DE2435666C3

DE2435666C3 -

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Publication number: DE2435666C3
Application number: DE19742435666
Authority: DE
Priority date: 1973-07-25
Filing date: 1974-07-24
Publication date: 1978-02-16

Description

Die Erfindung betrifft eine Uitraschall-Abbildungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a ultrasonic imaging arrangement according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Ultraschall-Abbildungsanordnung ist bereits seit langem bekannt (vgl. US-PS 25 28 730). Bei dieser werden von einem nicht näher beschriebenen Ultraschall-Sender Ultraschallwellen auf ein Zielobjekt gerichtet, von dessen Oberfläche die Ultraschallwellen zu dem Ultraschall-Empfänger gestreut oder reflektiert werden, von dessen einzelnen Gliedern der Schall über Schalleiter zu einer entsprechend großen Anzahl vonSuch an ultrasonic imaging arrangement has been known for a long time (cf. US Pat. No. 25 28 730). at these are ultrasonic waves from an ultrasonic transmitter, which is not described in detail, at a target object directed, from the surface of which the ultrasonic waves are scattered or reflected to the ultrasonic receiver are, of the individual members of the sound via sound conductors to a correspondingly large number of

Schallkontakten geführt wird, die zeitlich nacheinander von einem umlaufenden Schalleiterarm abgetastet werden, so daß nacheinander der Schall von den einzelnen Gliedern zu einem magnetostriktiven Kern gelangt, der in eine elektrische Spule eingeführt ist, deren Ausgangssignal über einen Verstärker und einen Gleichrichter an eine Elektronenstrahlröhre gelegt wird.Sound contacts is performed, one after the other are scanned by a rotating sound conductor arm, so that one after the other the sound from the individual links to a magnetostrictive core inserted in an electrical coil, their output signal is applied to a cathode ray tube via an amplifier and a rectifier will.

Mit dieser bekannten Ultraschall-Abbildungsanordnung kann aber auf dem Schirm der Elektronenstrahlröhre nur ein zweidimensionales bzw. Flächenbild des Zielobjekts erzeugt werden, d.h. die Darstellung nur einer bestimmten Zielebene eines normalerweise aus vielen Zielebenen (senkrecht zur Schallwellen-Ausbreitungsrichtung) zusammengesetzten, also räumlichen Zielobjekts.With this known ultrasonic imaging arrangement, however, on the screen of the cathode ray tube only a two-dimensional or surface image of the target object can be generated, i.e. the display only a specific target plane one normally of many target planes (perpendicular to the direction of sound wave propagation) composite, i.e. spatial target object.

Eine räumliche bzw. dreidimensionale Abbildung ist aber für viele Zwecke erwünscht, z. B. bei Unterwasserarbeiten, insbesondere im Meer, zur medizinischen Ultraschall-Diagnostik, aber auch ganz a"gemein zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung.A spatial or three-dimensional image is desirable for many purposes, for. B. underwater work, especially in the sea, for medical ultrasound diagnostics, but also very common to non-destructive testing of materials.

Wolke man mit der bekannten Ultraschall-Abbildungsanordnung eine räumliche Untersuchung des gesamten Zielobjekts durchführen, so müßte man von Hand eine Verstellung der Abbildungsanordnung vornehmen, um eine Ziel(objekt)ebene nach der anderen zu erfassen. Dabei blieben aber die über die einzelnen Ziel(objekt)ebenen gewonnenen Informationen voneinander isoliert, da auf dem Schirm der Elektronenstrahlröhre jeweils nur das Bild einer der vielen Ziel(objekt)ebenen dargestellt würde. Mit der bekannten Ultraschall-Abbildungsanordnung können also nicht gleichzeitig mehrere Ziel(objekt)ebenen beobachtet werden.A spatial examination of the cloud can be carried out using the known ultrasound imaging arrangement carry out the entire target object, one would have to adjust the imaging arrangement by hand to capture one target (object) level at a time. But they stayed with them individual target (object) levels isolated from each other, because on the screen of the Cathode ray tube would only show the image of one of the many target (object) planes. With the known ultrasound imaging arrangement can therefore not have several target (object) planes at the same time to be observed.

Hinzu kommt, daß selbst dann, wenn das Zielobjekt ein flächiger, also ebener Körper ist, die Flächenebene nicht unbedingt senkrecht zur Schallwellen-Ausbreitungsrichtung liegen, sondern meistens geneigt sein wird, so daß bei Verwendung der bekannten Ultraschall-Abbildungsanordnung auch in diesem Fall jeweils nur ein Teil des flächigen Zielobjekts beobachtet werden kann.In addition, even if the target object is a flat, that is, a flat body, the surface plane not necessarily be perpendicular to the direction of sound wave propagation, but mostly be inclined is, so that when using the known ultrasonic imaging arrangement in this case only part of the flat target object can be observed.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Ultraschall-Abbildungsanordnung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß mit ihr auf ihrem Sichtgerät ein Bild des Zielobjekts erzeugt werden kann, das nicht nur Information über dessen Beschaffenheit in Vertikal- und Horizontalrichtung, sondern auch in dessen Tiefenrichtung enthält, also mit einer Einstellung der Ultraschall-Abbildungsanordnung das gesamte Zielobjekt erfaßt.It is therefore an object of the invention to provide the ultrasound imaging arrangement to improve the type mentioned so that with her on your viewing device a picture of the target object can be generated, which not only provides information about its nature in vertical and Contains horizontal direction, but also in its depth direction, that is, with an adjustment of the ultrasonic imaging arrangement captures the entire target object.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.This object is achieved according to the invention by the characterizing part of claim 1.

Mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen Frequenzanalysator zur Frequenzanalyse der aus dem Ultraschall-Empfangswandler abgeleiteten elektrischen Signale ist es möglich, die Reflexionsorte auf einer Zielebene in einer Richtung mit Hilfe der Frequenz und in der anderen Richtung mit Hilfe der Positionen der einzelnen Glieder des Uhraschall-Empfangswandlers derart zu unterscheiden, daß das Bild des Zielobjekts durch die reflektierten Schallwellen auf den durch die beschriebene Unterscheidung in den beiden Richtungen erhaltenen Positionen erhältlich ist, wobei die Frequenzanalyse vom Frequenzanalysator in vorbestimmten Zeitabständen durchgeführt wird, um mit dem Ankunftszeitpunkt der jeweils reflektierten Schallwellen übereinzustimmen, die aus mehreren Zielebenen stammen und in Tiefenrichtung des Zielobjekts jeweils um einen vorbestimmten räumlichsn Abstand getrennt sind, so daß mehrere zweidirnensionale Ultraschallbilder von unterschiedlichen Tiefen des Zielobjekts erhalten werden, die durch Überlagerung auf dem Sichtgerät letzlich ein dreidimensionales Bild des Zielobjekts ergeben.With the frequency analyzer provided according to the invention for frequency analysis of the ultrasonic receiving transducer derived electrical signals it is possible to determine the reflection locations on a target plane in one direction with the help of the frequency and in the other direction with the help of the positions of the individual links of the clock-sound receiving transducer to be distinguished in such a way that the image of the target object by the reflected sound waves on the through the The distinction described in the two directions obtained positions can be obtained using the frequency analysis is carried out by the frequency analyzer at predetermined time intervals in order to use the Time of arrival of each of the reflected sound waves to match that of several target planes originate and separated in the depth direction of the target object by a predetermined spatial distance are, so that several two-dimensional ultrasound images of different depths of the target object are obtained, which ultimately a three-dimensional image of the by superimposition on the viewing device Target object.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. ,Advantageous further developments of the invention are given in the subclaims. ,

Demgegenüber ist lediglich noch ein? Schall-Entfernungsmeßancrdnung bekanntgeworden (vgl. US-PS 30 16 513), di j einen Sägezahngenerator aufweist, der einerseits an eine Elektronenstrahlröhre und andererseits an einen frequenzmodulierten Oszillator angeschlossen ist, der seinerseits über einen Leistungsverstärker einen Schallsender speist, während ein zugeordneter Schallempfänger über mehrere Demodulator- und Verstärker-Stufen parallel einen Lautsprecher und die Elektronenstrahlröhre speist Dabei ist der frequenzmodulierte Oszillator auch mit einer ersten der dem Schallempfänger nachgeschalteten Demodulator-Stufen verbunden. Mit dieser bekannten Anordnung kann ebenfalls nur zweidimensionale Information, und zwar hinsichtlich Abstand und Entfernung des Zielobjekts, auf dem Schirm der Elektronenstrahlröhre abgebildet werden, d. h. eine gleichzeitige Anzeige von Information über verschiedene Tiefen des Zielobjekts ist unmöglich. Die erfindungsgemäße Ultraschall-Abbildungsanordnung kann insbesondere in trübem Wasser eingesetzt werden, wenn in größeren Tiefen eine optische Beobachtung nicht mehr gut möglich istIn contrast, there is only one? Sound distance measuring device become known (see. US-PS 30 16 513), di j has a sawtooth generator, the connected on the one hand to a cathode ray tube and on the other hand to a frequency-modulated oscillator is, which in turn feeds a sound transmitter via a power amplifier, while an assigned Sound receiver via several demodulator and amplifier stages in parallel a loudspeaker and the The cathode ray tube feeds the frequency-modulated oscillator with a first of the dem Sound receiver connected downstream demodulator stages. With this known arrangement can likewise only two-dimensional information, namely with regard to the distance and distance of the target object imaged on the screen of the cathode ray tube, d. H. a simultaneous display of information over different depths of the target object is impossible. The ultrasonic imaging arrangement according to the invention can be used especially in cloudy water, if an optical one at greater depths Observation is no longer possible

Auf dem Bildschirm des Sichtgeräts können die den verschiedenen Zielobjektebenen entsprechenden Bildanteile z. B. durch unterschiedliche Helligkeit oder Farbgebung angedeutet werden, um die gewünschte dreidimensionale Abbildung zu erzielen.The image components corresponding to the various target object planes can be displayed on the screen of the viewing device z. B. indicated by different brightness or coloring to the desired to achieve three-dimensional imaging.

Dabei spielt für die Einstellung der Ultraschall-Abbildungsanordnung die Entfernung des Zielobjekts grundsätzlich keine Rolle. Lediglich bei Verwendung einer Schall-Linse vor dem Ultraschall-Sendewandler muß diese Entfernung innerhalb des Scharfeinstellbereichs der Linse liegen.This plays a role in the setting of the ultrasound imaging arrangement the distance of the target object is basically irrelevant. Only when using a Sonic lens in front of the ultrasonic transmitter transducer, this distance must be within the focusing range the lens.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Grundprinzips der Erfindung,Fig. 1 is a block diagram to explain the basic principle of the invention,

F i g. 2 Signale zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anordnung nach F i g. 1,F i g. 2 signals to explain the mode of operation of the arrangement according to FIG. 1,

F i g. 3 ein Blockschaltbild des Aufbaus eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Ultraschall-Abbildungsanordnung, F i g. 3 shows a block diagram of the structure of an exemplary embodiment the ultrasonic imaging arrangement according to the invention,

F i g. 4 Signale zur Erläuterung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels nach F i g. 3,F i g. 4 signals to explain the mode of operation of the exemplary embodiment according to FIG. 3,

Fig.5 ein Rasterdiagramm zur Erläuterung der Ablenkung in einem im Ausführungsbeisp'el nach F i g. 3 verwendeten Sichtgerät,5 shows a raster diagram to explain the deflection in one of the embodiments according to FIG. 3 display device used,

Fig.6 eine Schaltung eines im Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 eingesetzten Analogschalters 46 und6 shows a circuit in the exemplary embodiment according to FIG. 3 used analog switch 46 and

F i g. 7 Signale zur Erläuterung der Arbeitsweise des in F i g. 6 gezeigten Analogschalters. In Fig. 1 ist angenommen, daß ein Zielobjekt 6F i g. 7 signals to explain the operation of the in F i g. 6 analog switch shown. In Fig. 1 it is assumed that a target object 6

mehrere Zielebenen 6—1,6—2 6— Menthält, derencontains several target levels 6—1,6—2 6— M , their

jede sich zweidimensional in Jf- und y-Richtung erstreckt. Ein Sendewandler 1 sendet Schall- oder Ultraschallwellen (im folgenden allgemein als Ultra-(> 5 schallwellen bezeichnet) aus, die in y-Richtung auseinanderlaufen. Eine elektrische Signalquelle 20 erzeugt ein elektrisches Signal veränderlicher Frequenz derart, daß mit Frequenzänderungen dieses Signals die Richtungeach moving two-dimensionally in the Jf and y directions extends. A transmitting transducer 1 sends sound or ultrasonic waves (hereinafter generally referred to as Ultra - (> 5 called sound waves) that diverge in the y-direction. An electrical signal source 20 generates an electrical signal of variable frequency such that with frequency changes of this signal the direction

der vom Sendewandler 1 ausgesandten Ultraschallwellen in x-Richtung veränderlich ist. Ein Empfangswandler 5 besteht aus mehreren, in y-Richtung verteilten Empfangsgliedern und empfängt Ultraschallwellen, die an den Zielebenen 6—1 bis 6— M reflektiert werden, und setzt diese reflektierten Ultraschallwellen in elektrische Signale um. Ein Frequenzanalysator 40 analysiert die Frequenzen der Ausgangssignale des Empfangswandlers 5 und leitet daraus benötigte Frequenzkomponenten ab. Ein Sichtgerät-Signalgenerator 50 setzt die Ausgangssignale des Frequenzanalysators 40 in Signale um, die zur Darstellung auf einem Sichtgerät 60, das weiter unten beschrieben wird, geeignet sind. Ein Steuersignalgenerator 30 erzeugt Steuersignale für die Steuerung des Frequenzanalyse- is tors 40 und für den Sichtgerät-Signalgenerator 50.of the ultrasonic waves emitted by the transmitting transducer 1 is variable in the x-direction. A receiving transducer 5 consists of several receiving elements distributed in the y-direction and receives ultrasonic waves which are reflected at the target planes 6-1 to 6-M and converts these reflected ultrasonic waves into electrical signals. A frequency analyzer 40 analyzes the frequencies of the output signals of the receiving transducer 5 and derives the required frequency components therefrom. A display device signal generator 50 converts the output signals of the frequency analyzer 40 into signals which are suitable for display on a display device 60, which will be described further below. A control signal generator 30 generates control signals for controlling the frequency analyzer 40 and for the display device signal generator 50.

Mehrere aus den Zielebenen 6—1, 6—2,..., 6-M abgeleitete Bilder werden auf dem Sichtgerät 60 derart überlagert dargestellt, daß der relative Abstand dieser Bilder zueinander unterschieden werden kann.Several of the target planes 6-1, 6-2, ..., 6-M derived images are displayed superimposed on the display 60 such that the relative distance between these pictures can be distinguished from each other.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nun vor einer genaueren Beschreibung der Erfindung der Bildabnahmevorgang für eine Zielebene, z. B. die Zielebene 6— 1, beschrieben.For a better understanding of the invention, before a more detailed description of the invention, FIG Image acquisition process for a target plane, e.g. B. the target level 6-1 described.

F i g. 2 zeigt Signale zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anordnung nach Fi g. 1. Der Sendewandler 1 wird mit einem Signal (a) gespeist, dessen Frequenz zeitabhängig ist. Wenn ein derartiges Signal in den Sendewandler 1 eingespeist wird, der Ultraschallwellen abstrahlt, tritt am Empfangswandler 5 ein Reflexionssignal (b) auf, dessen Frequenz sich nach F i g. 2 ändert. Wie man sieht, ist das Signal (b) gegenüber dem Signal (a) um eine Zeitdauer Td = 21/ V verzögert, die zum Senden zum Empfangen erforderlich ist, mit: 1 = Abstand zwischen der Zielebene 6— 1 und den Sende- und Empfangswandlern 1 und 5, und V = Ultraschallwellengeschwindigkeit. F i g. FIG. 2 shows signals for explaining the mode of operation of the arrangement according to FIG. 1. The transmission transducer 1 is fed with a signal (a) , the frequency of which is time-dependent. When such a signal is fed into the transmitting transducer 1, which emits ultrasonic waves, a reflection signal (b) occurs at the receiving transducer 5, the frequency of which is shown in FIG. 2 changes. As can be seen, the signal (b) is delayed with respect to the signal (a) by a time period Td = 21 / V , which is necessary for sending to receiving, with: 1 = distance between the target plane 6-1 and the sending and receiving Receiving transducers 1 and 5, and V = ultrasonic wave speed.

Wenn ein Signal mit kleinem Frequenzunterschied AF zur Frequenz des Signals (b) zum Signal (b) addiert wird, enthält das resultierende Signal die Frequenzkomponente AF. Wenn dieses Signal durch ein Bandpaßfilter mit einer Durchlaßbandbreite AF übertragen wird, ergibt sich ein Signal (c) der Frequenz AF. Das ist diejenige Signalkomponente, die nur das an der Zielebene 6—1 reflektierte Signal enthält. Wenn die Frequenzänderungsperiode T gleich der Horizontal-Ablenkperiode des Sichtgerätes 60 nach F i g. 1 gewählt wird und wenn die Periode Tr, die zum Abtasten aller Glieder des Empfangswandlers 5 benötigt wird, gleich der Vertikal-Ablenkperiode Tr des Sichtgerätes 60 gewählt wird, stellt das Signal (c) das Bildsignal der Zielebene 6—1 dar.When a signal with a small frequency difference AF is added to the frequency of the signal (b) to the signal (b) , the resulting signal contains the frequency component AF. When this signal is transmitted through a bandpass filter having a pass band width AF, a signal (c) results in the frequency AF. This is the signal component that only contains the signal reflected from the target plane 6-1. When the frequency change period T is equal to the horizontal deflection period of the display device 60 of FIG. 1 is selected and if the period Tr required for scanning all the members of the receiving transducer 5 is selected to be equal to the vertical deflection period Tr of the display device 60, the signal (c) represents the image signal of the target plane 6-1.

In der erfindungsgemäßen Anordnung erhält man ähnliche Bildsignale auch aus den übrigen Zielebenen 6—2, 6—3,..., 6—M, die auf dem Sichtgerät 60 in überlagerter Form dargestellt werden. Zum Beispiel ist die zur Aufnahme eines an der Zielebene 6—2 reflektierten und durch den Empfangswandler 5 aufgenommenen Signals (W^benötigte Periode um AT größer als beim Signal (b). Das Signal ist also gegenüber dem Signal (b)um AT= 2 AMVverzögert, wobei A 1 der Abstand zwischen den Zielebenen 6—1 und 6—2 ist Das Bildsignal der Zielebene 6—2 kann also durch Addieren eines Signals mit einem Frequenzunterschied A F zum Empfangssignal (d) erhalten werden, das synchron zum Empfangssignal ist, und durch Überlagerungsdetektion des Summensignals. Die auf diese Weise erhaltenen Bildsignale der einzelnen Zielebenen werden auf derselben Sichtgerätfläche des Sichtgerätes 60 in überlagerter Form dargestellt, wobei sie voneinander abgesetzt sind durch unterschiedliche Helligkeit, unterschiedliche Farben od. dgl., um ein dreidimensionales Bild des Zielobjekts darzustellen.In the arrangement according to the invention, similar image signals are also obtained from the other target planes 6-2, 6-3,..., 6- M, which are displayed on the viewing device 60 in a superimposed form. For example, the period required for recording a signal reflected at the target plane 6-2 and recorded by the receiving transducer 5 (W ^ ) is greater by AT than for signal (b). The signal is therefore AT = 2 compared to signal (b) AMV delayed, where A 1 is the distance between the target planes 6-1 and 6-2. Thus, the image signal of the target plane 6-2 can be obtained by adding a signal with a frequency difference AF to the reception signal (d) that is synchronous with the reception signal, The image signals of the individual target planes obtained in this way are displayed on the same viewing device surface of the viewing device 60 in a superimposed form, being separated from one another by different brightness, different colors or the like in order to display a three-dimensional image of the target object .

Die Erfindung wird nun anhand der F i g. 3 bis 7 näher beschrieben. Fig.3 zeigt ein Blockschaltbild, das den Aufbau eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Ultraschall-Abbildungsanordnung darstellt, und F i g. 4 zeigt Signale, die die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels nach F i g. 3 erläutern.The invention will now be described with reference to FIGS. 3 to 7 described in more detail. Fig.3 shows a block diagram showing the Represents the structure of an exemplary embodiment of the ultrasonic imaging arrangement according to the invention, and F i g. FIG. 4 shows signals which the mode of operation of the embodiment according to FIG. 3 explain.

Nach Fig.3 erzeugt ein Taktimpulsgenerator 21 ein Taktsignal, das die Zeitbeziehungen bei der Operation der Ultraschall-Abbildungsanordnung steuert. Das Taktsignal (a) nach Fig.4 besitzt einen Impulsabstand T₀. Ein Zähler 22 erzeugt ein. !nipulssigna! (d) nach F i g. 4 mit einer Periode T. Anhand des Signals (d) nach F i g. 4 ist ersichtlich, daß ein Impuls immer dann erzeugt wird, wenn TIT₀ Impulse des Taktsignals des Taktimpulsgenerators 21 durch den Zähler 22 gezählt sind. Das Signal (d) nach F i g. 4 dient als Triggersignal für einen Sägezahngenerator 23, der ein Sägezahnsignal (e) erzeugt. Die Spannung dieses Sägezahnsignals wird anschließend in einem spannungsgesteuerten Oszillator 24 in ein Frequenzablenksignal (f) mit einer Periode T nach F i g. 4 umgesetzt. Im Signal (I) nach F i g. 4 stellt die vertikale Achse die Frequenz dar, und der Frequenzablenkbereich geht von /}. bis /<a Dieses Frequenzablenksignal wird über einen Leistungsverstärker 25 in den Sendewandler 1 eingespeist und dort in ein Ultraschallsignal umgesetzt, das auf ein Zielobjekt 6 gerichtet wird. Die Richtung der vom Sendewandler 1 abgestrahlten Ultraschallwellen ist in einer Richtung veränderlich, und zwar abhängig von der Frequenzänderung im Bereich //. bis fu. Die veränderliche Richtung ist z. B. die Horizontalrichtung. Der Sendewandler 1 ist derart aufgebaut, daß eine Anzahl von Sendegliedern aus elektrostriktivem oder aus anderem geeignetem Material geradlinig in einer vorbestimmten Richtung angeordnet sind; die Polarisationsrichtungen der einzelnen Sendeglieder sind derart gewählt, daß die Polarisationsrichtung eines Sendegliedes sich z. B. um 180° von derjenigen eines benachbarten Sendegliedes unterscheidet.According to FIG. 3, a clock pulse generator 21 generates a clock signal which controls the time relationships during the operation of the ultrasound imaging arrangement. The clock signal (a) according to FIG. ₄ has a pulse spacing T 0. A counter 22 generates a. ! nipulssigna! (d) according to FIG. 4 with a period T. Using the signal (d) according to FIG. 4 it can be seen that a pulse is always generated when TIT ₀ pulses of the clock signal of the clock pulse generator 21 are counted by the counter 22. The signal (d) according to FIG. 4 serves as a trigger signal for a sawtooth generator 23 which generates a sawtooth signal (e). The voltage of this sawtooth signal is then converted in a voltage-controlled oscillator 24 into a frequency deflection signal (f) with a period T according to FIG. 4 implemented. In the signal (I) according to FIG. 4, the vertical axis represents frequency and the frequency sweep range is from /}. to / <a This frequency deflection signal is fed into the transmitting transducer 1 via a power amplifier 25 and converted there into an ultrasonic signal which is directed at a target object 6. The direction of the ultrasonic waves emitted by the transmitting transducer 1 can be changed in one direction, depending on the frequency change in the range //. to fu. The changing direction is e.g. B. the horizontal direction. The transmission transducer 1 is constructed in such a way that a number of transmission members made of electrostrictive or other suitable material are arranged in a straight line in a predetermined direction; the polarization directions of the individual transmitting members are chosen so that the polarization direction of a transmitting member z. B. differs by 180 ° from that of an adjacent transmitting member.

Bei Anlegen des Frequenzablenksignals an diesen Sendewandler 1 werden ebene Ultraschallwellen abgestrahlt, deren Strahlungsrichtung von der Frequenzänderung abhängt Diese Ultraschallwellen werden durch eine plankonkave Schall-Linse 2 zu einem sogenannten Sektorbündel aus Ultraschallwellen zusammengefaßt; dieses Bündel bestrahlt bzw. beschallt das Zielobjekt 6. Von einer vorbestimmten Zielebene des Zielobjekts 6 reflektierte Schallwellen durchlaufen eine Schall-Linse 4 und werden in einem Empfangswandler 5 fokussiert Somit werden die Schallwellen, die dem Reflexionsbild des Zielobjekts 6 entsprechen, in dem Empfangswandler 5 eingespeist Der Empfangswandler 5 besteht aus einer Anzahl von Empfangsgliedern, die in vorbestimmter Richtung derart verteilt sind, daß die Reflexionspunkte in vertikaler Richtung des Zielobjekts 6 durch die Lagen der einzelnen Empfangsglieder unterscheidbar sind. When the frequency deflection signal is applied to this transmitting transducer 1, plane ultrasonic waves are emitted, the direction of which depends on the frequency change. This bundle irradiates or irradiates the target object 6 with sound. Sound waves reflected from a predetermined target plane of the target object 6 pass through a sound lens 4 and are focused in a receiving transducer 5 The receiving transducer 5 consists of a number of receiving elements which are distributed in a predetermined direction in such a way that the reflection points in the vertical direction of the target object 6 can be distinguished by the positions of the individual receiving elements.

Die Anzahl der den Empfangswandler 5 bildenden Empfangsglieder sei N. Die Ausgangssignale dieser Λ Empfangsglieder werden in einen /V-Kanal-Uberlagerungsfrequenzanalysator 40 eingespeist Dieser Frequenzanalysator 40 besteht aus N Vorverstärkern 41 — 1 bis 41—Λζ entsprechend den JV zugehörigen GliedernLet the number of receiving elements forming the receiving transducer 5 be N. The output signals of these receiving elements are fed into a / V-channel superimposition frequency analyzer 40. This frequency analyzer 40 consists of N preamplifiers 41-1 to 41-Λζ corresponding to the elements belonging to the JV

des Empfangswandlers 5, aus N Frequenzumsetzern 42-1 bis42-yV, aus N Bandpaßfiltern 43-1 bis 43- /V, aus /VHüllkurvendetektoren 44— 1 bis 44—/Vund aus N Zwischenverstärkern 45—1 bis 45— N. Ein Analogschalter 46 dient zum sequentiellen Umschalten der N s parallelen Ausgangssignale des Frequenzanalysators 40, so daß diese Ausgangssignale in ein Zeitreihensignal umgesetzt werden.of the receiving transducer 5, from N frequency converters 42-1 to 42-yV, from N bandpass filters 43-1 to 43- / V, from / V envelope detectors 44-1 to 44- / V and from N repeaters 45-1 to 45- N. One analog switch 46 is used to sequentially switch the N s parallel output signals of the frequency analyzer 40, so that these output signals are converted into a time series signal.

Ein lokaler bzw. örtlicher Oszillator speist sein Ausgangssignal in den Überlagerungsfrequenzanalysator 40 ein, damit ein dreidimensionales Bild erhalten werden kann. Zu diesem Zweck ist ein in F i g. 3 dargestellter Zähler 34 an den Taktimpulsgenerator 21 angeschlossen, um ein Impulssignal (J) nach F i g. 4 mit einer Periode von (M + i)Tzu erzeugen, wobei M die Anzahl der Zielebenen ist, d. h. die Anzahl von Schritten in der Tiefenrichtung, die hier aus Gründen der Zweckmäßigkeit zu acht angenommen ist. Das Impulssignal des Zählers 34 hat somit eine Periode 9T. Jeder Impuls dieses Impulssignals wird als Löschimpuls für einen Zähler 31 verwendet. An den Zähler 34 ist eine Verzögerungsschaltung 35 angeschlossen, die das Impulssignal am Ausgang des Zählers 34 um eine Zeitdauer Td-AT verzögert, mit: AT= benötigte Zeitdauer für Schallwellen, um eine Schritteinheit in der Tiefenrichtung hin und zurück zu laufen. Am Ausgang der Verzögerungsschaltung 35 tritt ein Impulssignal (i) nach Fig.4 auf, dessen Periode ebenfalls 97"ist. Diese Impulse dienen als Zählimpulse für den Zähler 31 aus F i g. 3.A local oscillator feeds its output signal to the beat frequency analyzer 40 so that a three-dimensional image can be obtained. For this purpose, one shown in FIG. 3, the counter 34 shown is connected to the clock pulse generator 21 in order to generate a pulse signal (J) according to FIG. 4 with a period of (M + i) T, where M is the number of target planes, ie the number of steps in the depth direction, which is assumed here to be eight for the sake of convenience. The pulse signal of the counter 34 thus has a period 9T. Each pulse of this pulse signal is used as an erase pulse for a counter 31. A delay circuit 35 is connected to the counter 34, which delays the pulse signal at the output of the counter 34 by a time period Td-AT , with: AT = required time period for sound waves to run one step unit back and forth in the depth direction. A pulse signal (i) according to FIG. 4 appears at the output of the delay circuit 35, the period of which is also 97 ". These pulses serve as counting pulses for the counter 31 from FIG. 3.

Das Taktimpulssignal mit der Periode T_c wird in den Zähler 31 eingespeist, der durch den Setzimpuls (i) nach F i g. 4 gesetzt und durch den Löschimpuls Q) nach F i g. 4 gelöscht wird. Am Zähler 31 tritt somit ein Impulssigna! (g) nach F i g. 4 mit einer Periode T + AT auf. Dieses Impulssignal triggert einen Sägezahngenerator 32, dessen Sägezahnsignal in einen spannungsgesteuerten Oszillator 33 eingespeist wird, so daß ein Frequenzablenksignal (h) nach Fig.4 entsteht. Der Frequenzbereich dieses Ablenksignals geht von 4 + AF bis fu + AF, mit: /}. und fu = untere und obere Grenze des Frequenzablenksignals aus dem Oszillator 24. Das Frequenzablenksignal (h) nach F i g. 4 dient als lokales Schwingungssignal, das in den Überlagerungsfrequenzanalysator 40 eingespeist wird.The clock pulse signal with the period T _c is fed into the counter 31, which is determined by the set pulse (i) according to FIG. 4 set and by the extinguishing pulse Q) according to FIG. 4 is deleted. A pulse signal thus occurs at the counter 31! (g) according to FIG. 4 with a period T + AT . This pulse signal triggers a sawtooth generator 32, the sawtooth signal of which is fed into a voltage-controlled oscillator 33, so that a frequency deflection signal (h) according to FIG. 4 is produced. The frequency range of this deflection signal goes from 4 + AF to fu + AF, with: /}. and fu = lower and upper limit of the frequency deflection signal from the oscillator 24. The frequency deflection signal (h) according to FIG. 4 serves as a local oscillation signal which is fed into the heterodyne frequency analyzer 40.

Aus F i g. 4 geht hervor, daß die die Tiefe bezeichnenden lokalen Schwingungssignale 1, 2,..., 8 von (h) nacheinander auftreten, und zwar mit entsprechenden Verzögerungszeiten Td, Td + AT, Td + 2 AT₁
Td + υ A T bezogen auf die einzelnen Sendesignale 1,2, ....8 von (f) Die Schallwellen,die nacheinander an den Zielebenen reflektiert werden und deren Abstände zueinander je einer Verzögerungszeit Δ Τ entsprechen, werden somit nacheinander vom Empfangswandler 5 empfangen.From Fig. 4 shows that the depth of the characteristic local oscillation signals 1, 2, ..., 8 occur of (h) sequentially, with corresponding delay time Td, Td + AT, Td + 2 AT ₁
Td + υ AT based on the individual transmission signals 1, 2, .... 8 from (f) The sound waves that are successively reflected on the target planes and whose distances from one another each correspond to a delay time Δ Τ are thus received one after the other by the receiving transducer 5 .

Der Löschimpuls Q) nach Fig.4 muß nach dem Auftreten des den letzten Schritt entsprechenden Triggerimpulses aus Triggerimpulsen erscheinen, die in den Sägezahngenerator 32 eingespeist werden, um aus dem Oszillator 33 das lokale Schwingungssignal zu erhalten. Dieser besondere Tnggerimpuls ist der M-te Impuls, da die Anzahl von Schritten M ist Somit muß folgende Beziehung gelten:The erase pulse Q) according to FIG. 4 must appear after the occurrence of the trigger pulse corresponding to the last step consisting of trigger pulses which are fed into the sawtooth generator 32 in order to obtain the local oscillation signal from the oscillator 33. This special Tnggerimpulse is the M-th impulse, since the number of steps is M Thus the following relation must apply:

M(T + AT) + Td- AT< 9T. ^M (T + AT) + Td- AT < 9T. ^

Daraus ergibt sich eine weitere Beziehung:This results in another relationship:

(M-I) 1 T + Td < T. (MI) 1 T + Td <T.

(D(D

Da der Zeitabstand zwischen dem Löschimpuls und dem Setzimpuls Td-4 7" ist, und der Setzimpuls nach dem Auftreten des Löschimpulses auftreten muß, gilt ferner:Since the time interval between the erase pulse and the set pulse is Td- 4 7 ", and the set pulse must occur after the erase pulse has occurred, the following also applies:

Td > \T.Td> \ T. (2)(2)

Um beide Beziehungen (1) und (2) zu erfüllen, müssen folgende Größen geeignet gewählt werden: die Entfernungseinheit AT zwischen den Schritten, der Abstand Td zwischen dem Sendewandler 1 und dem Empfangswandler 5 von der nächstliegenden Zielebene, und T, das im wesentlichen der Teilbild- oder Rahmenperiode entspricht.In order to satisfy both relationships (1) and (2), the following quantities must be suitably selected: the distance unit AT between the steps, the distance Td between the transmitting transducer 1 and the receiving transducer 5 from the closest target plane, and T, which is essentially the Corresponds to the field or frame period.

Daraus geht hervor, daß der Frequenzunterschied zwischen dem reflektierten Schallwellensignal und dem lokalen Schwingungssignal immer nur dann AF sein kann, wenn die Ausgangssignale des Empfangswandlers 5 den Frequenzanalysator 40 im Takt des Signals (h) nach F i g. 4 speisen, oder anders ausgedrückt: Nur wenn die reflektierten Schallwellen aus aufeinanderfolgenden Lagen des Zielobjekts ankommen, dessen Lagen voneinander durch einen Abstand V- ΔΤ/2 getrennt sind, mit: V — Schallwellengeschwindigkeit. Die sogenannte Überlagerungsfrequenzanalyse ist durchführbar, wenn die Mittenfrequenz aller Bandpaßfilter 43—1 bis 43—N nach Fig. 3 zu AFgewählt ist. Durch Anlegen der lokalen Schwingungssignale 1, 2 ... 8 von (h) nach F i g. 4 können infolgedessen analysierte Ausgangssignale erhalten werden, die den reflektierten Schallwellen aus den acht Lagen oder Schritten in Tiefenrichtung entsprechen, da M = 8 gewählt ist.It can be seen from this that the frequency difference between the reflected sound wave signal and the local oscillation signal can only be AF if the output signals of the receiving transducer 5 feed the frequency analyzer 40 in time with the signal (h) according to FIG. 4 feed, or in other words: only when the reflected sound waves arrive from successive layers of the target object, the layers of which are separated from one another by a distance V- ΔΤ / 2 , with: V - sound wave speed. The so-called superimposition frequency analysis can be carried out if the center frequency of all bandpass filters 43-1 to 43- N according to FIG. 3 is selected to be AF . By applying the local vibration signals 1, 2 ... 8 from (h) to FIG. 4, as a result, analyzed output signals can be obtained which correspond to the reflected sound waves from the eight layers or steps in the depth direction, since M = 8 is selected.

Der Analogschalter 46 setzt die Ausgangssignale der N Kanäle, d. h. die Ausgangssignale der Zwischenverstärker 45—1 bis 45—JV, in ein Zeitreihensignal um. Wenn z. B. für ein Sichtgerät 60 ein ähnliches Abtastverfahren wie für eine Elektronenstrahlröhre in einem Fernsehempfänger verwendet wird, wird ein dementstrechendes Zeitreihensignal erzeugt. Wenn die Vertikal-Ablenkperiode nach Fig.5 zu Tr und die Horizontal-Ablenkperiode zu T gewählt sind, werden die Ausgangssignale der Zwischenverstärker 45—1 bis 45—N nacheinander mit einer Periode von TrIN = T_s innerhalb der Zeit Tr umgesetzt, so daß ein Zeitreihensignal entsteht.The analog switch 46 converts the output signals of the N channels, that is, the output signals of the intermediate amplifiers 45-1 to 45-JV, into a time series signal. If z. B. a similar scanning method is used for a viewing device 60 as for a cathode ray tube in a television receiver, a corresponding time series signal is generated. If the vertical deflection period according to FIG. 5 is selected to be Tr and the horizontal deflection period to be T , the output signals of the repeaters 45-1 to 45- N are successively converted with a period of TrIN = T _s within the time Tr so that a time series signal arises.

F i g. 6 zeigt den Aufbau des Analogschalters 46 und F i g. 7 stellt Signale zur Erläuterung der Arbeitsweise dieses Analogschalters 46 dar. Nach F i g. 6 ist ein Schieberegister 39 an einen Zähler 38 aus F i g. 3 angeschlossen. Der Zähler 38 gibt Ausgangsimpulse (b) nach F i g. 7 mit einem Zeitabstand 7"_s ab, die in das Schieberegister 39 eingespeist werden, und Jie Lage einer »1« im Schieberegister 39 wird durch die Ausgangsimpulse des Zählers 38 nacheinander verschoben. Die Ausgänge 61, 6z, .., b\ des Schieberegisters werden nacheinander an entsprechende Analoggatter 48—1, 48—2,..., 48—N angelegt, um diese Gatter zu triggern. Außerdem werden an diese Analoggatter auch Ausgangssignale y_u yi,.., jw der Zwischenversiärker 45—1, 45—2, .... Ί5—Ν angelegt, damit diese beim Triggern der Gatter an diesen auftreten. Die Ausgangssignale der Analoggatter 48—1, 48—2, ..., 48—N werden durch eine Verknüpfungsschaltung 49 miteinander verknüpft, so daß ein Zeitreihensignal (7^ nach F i g. 7 erhältlich ist, aus dem -hervorgeht, daß die Ausgangssignale yu yz ■ ■ ·, Yn der entsprechenden Zwischenverstärker 45-1, 45-2 45-N mit der Periode T_s F i g. 6 shows the structure of the analog switch 46 and FIG. 7 shows signals for explaining the operation of this analog switch 46. According to FIG. 6 is a shift register 39 to a counter 38 of FIG. 3 connected. The counter 38 gives output pulses (b) according to FIG. 7 with a time interval of 7 " _s , which are fed into the shift register 39, and the position of a" 1 "in the shift register 39 is shifted one after the other by the output pulses of the counter 38. The outputs 61, 6z, .., b \ of the shift register are applied in succession to corresponding analog gates 48-1, 48-2, ..., 48-N, to trigger these gates. in addition to these analog gates and output signals y _u yi ,. be., the Zwischenversiärker jw 45-1, 45 -2, .... Ί5-Ν applied so that they occur in triggering the gate of these. the outputs of the analog gates 48-1, 48-2, ..., 48-N are linked by a switching circuit 49, so that a time series signal (7 ^ according to FIG. 7 is obtainable, from which it follows that the output signals yu yz ■ ■ ·, Yn of the corresponding intermediate amplifiers 45-1, 45-2 45-N with the period T _s

umgesetzt sind. Im Signal fljnach Fig. 7 bezeichnen λϊ, X₂,-.^ Signale, die bei einzelnen Lagen einer Zielebeneare implemented. In the signal flj according to FIG. 7, λϊ, X ₂ , -. ^ Denote signals which, in the case of individual positions of a target plane

in x-Richtung erhalten werden, und y\, yi yN in the x-direction, and y \, yi yN

bezeichnen Signale, die bei einzelnen Lagen der Zielebene in /-Richtung erhalten werden. Derjenige Zeitpunkt, zu dem das Ausgangssignal b\ auftritt, ist durch den Setzimpuls aus der Verzögerungsschaltung 35 nach Fig.3 bestimmt, und in ähnlicher Weise wird die Operation nach dem Auftreten des Löschimpulses am Zähler 34 beendet. Während sich die vorhergehende Beschreibung auf ein Zeitreihensignal bezieht, das durch Schallwellen erhalten wird, die an einer Zielebene reflektiert werden, können die durch Abtasten der entsprechenden Zielebenen 6—1, 6—2, ..., t—M in verschiedenen Tiefen erzeugten Zeitreihensignale durch aufeinanderfolgendes Einspeisen der lokalen Schwingungssignale 1,2,.. .8 von (h)nach Fig. 4 in den Frequenzanalysator 40 erhalten werden.denote signals that are obtained for individual positions of the target plane in / -direction. The point in time at which the output signal b \ occurs is determined by the set pulse from the delay circuit 35 according to FIG. While the foregoing description refers to a time series signal obtained by sound waves reflected from a target plane, the time series signals generated by scanning the respective target planes 6-1, 6-2, ..., t-M at different depths can be used by successively feeding the local oscillation signals 1, 2, ... 8 from (h) according to FIG. 4 into the frequency analyzer 40.

in dem beschriebenen Ausführungsbeispiei sind die den N Kanälen entsprechenden Schaltungselemente des Frequenzsnalysators 40 parallel angeordnet, und der Analogschalter 46 ist an den Frequenzschalter 40 derart angeschlossen, daß er die Ausgangssigriale der N Kanäle in ein Zeitreihensignal umsetzt. Die Lage des Analogschalters 46 ist jedoch keineswegs auf die in der F i g. 3 gezeigten Lage beschränkt, vielmehr kann der Analogschalter 46 zwischen den Bandpaßfiltern 43 und den Hüllkurvendetektoren 44 liegen oder zwischen den Frequenzumsetzern 42 und den Bandpaßfiltern 43, und sein Ausgang kann aus einem einzigen Kanal bestehen.In the embodiment described, the circuit elements of the frequency analyzer 40 corresponding to the N channels are arranged in parallel, and the analog switch 46 is connected to the frequency switch 40 such that it converts the output signals of the N channels into a time series signal. However, the location of the analog switch 46 is by no means limited to that shown in FIG. 3, the analog switch 46 can be between the bandpass filters 43 and the envelope detectors 44 or between the frequency converters 42 and the bandpass filters 43, and its output can consist of a single channel.

Nach F i g. 3 wird das Ausgangssignal des Analogschalters 46 über einen Zwischen verstärker 47 in einen weiteren Analogschalter 51 eingespeist. In diesen Analogschalter 51 wird zusätzlich das Impulssignal (g) nach F i g. 4, dessen Periode T + Δ Tisi, aus dem Zähler 31 eingespeist, so daß die analysierten Ausgangssignale des Frequenzanalysators 40 durch sequentielles Umschalten der Schritte umschaltbar sind, wodurch die Signale aus den einzelnen Zielebenen unterschieden werden können. Diese Signale werden in eine Farbmatrix 52 eingespeist. In der Farbmatrix 52 werden die den einzelnen Abständen entsprechenden Signale in verschiedene Farbsignale umgesetzt, die zuvor für die einzelnen Abstände ausgewählt wurden. Diese Farbsignale speisen ein Sichtgerät, z. B. eine Farbelektronenstrahlröhre derart, daß die nach den Abständen in Tiefenrichtung durch Farben klassierten reflektierten Bildmuster auf dem Schirm der Farbelektronenstrahlröhre 60 darstellbar sind.According to FIG. 3, the output signal of the analog switch 46 is fed into a further analog switch 51 via an intermediate amplifier 47. In this analog switch 51, the pulse signal (g) according to FIG. 4, whose period T + Δ Tisi, is fed in from the counter 31, so that the analyzed output signals of the frequency analyzer 40 can be switched by sequentially switching the steps, whereby the signals from the individual target levels can be differentiated. These signals are fed into a color matrix 52. In the color matrix 52, the signals corresponding to the individual distances are converted into different color signals which were previously selected for the individual distances. These color signals feed a display device, e.g. B. a color electron beam tube in such a way that the reflected image patterns classified according to the distances in the depth direction by colors can be displayed on the screen of the color electron ray tube 60.

Die Zuordnung der Farben, die die verschiedenen Abstände kennzeichen, können z. B. ähnlich wie bei einer Farbzuordnung in Landkarten gewählt sein. Mit anderen Worten: Die Farbe Rot, die üblicherweise als auffällige Farbe bezeichnet wird, kann zum Kennzeichnen der geringsten Entfernung verwendet werden, und die Farbe Blau, die üblicherweise als unauffällige Farbe bezeichnet wird, kann zum Kennzeichnen der größten Entfernung verwendet werden, so daß eine Farbzuordnung entsteht, die von Rot über Grün bis Blau reicht.The assignment of the colors that characterize the different distances can, for. B. similar to a color assignment in maps. In other words, the color red, commonly known as conspicuous color can be used to indicate the closest distance, and the color blue, commonly referred to as the inconspicuous color, can be used to denote the greatest Distance can be used so that a color mapping is created that ranges from red to green to blue.

Ein dreidimensionales Reflexionsbild eines Zielobjektes erhält man durch Darstellung der Vertikalpositionen des Zielobjektes in Vertikalrichtung des Schirms, durch Darstellung der Horizontalpositionen des Zielobjekts inA three-dimensional reflection image of a target object is obtained by displaying the vertical positions of the target object in the vertical direction of the screen, by showing the horizontal positions of the target object in

ίο Horizontalrichtung des Schirms und durch Darstellung der Tiefenpositionen des Zielobjektes durch unterschiedliche Farben. Anstatt durch Farben kann die Tiefe des Zielobjektes auch durch unterschiedliche Helligkeitspegel unterschieden werden.ίο Horizontal direction of the screen and through representation the depth positions of the target object through different colors. Instead of using colors, the depth of the target object can also be distinguished by different brightness levels.

Es seien nun folgende Zahlenwerte angenommen: Kanal-Umschaltperiode = 1 μϊ, Anzahl der den Empfangswandier 5 darstellenden Glieder, NR = iöO, Anzahl der Kanäle des Frequenzanalysators 40, N = 100, und Anzahl der Schritte in Tiefenrichtung oder Farbarten, M - 8. Dann gilt für die Zeitdauer Tf, die für eine dreidimensionale Darstellung benötigt wird:The following numerical values are now assumed: Channel switching period = 1 μϊ, number of elements representing the receiving transducer 5, NR = iöO, number of channels of frequency analyzer 40, N = 100, and number of steps in depth direction or color types, M - 8. Then the following applies to the time Tf, which is required for a three-dimensional representation:

= Tc ■ Nr ■ N ■ M = 2 χ 100 χ 100 χ 8 = Tc ■ Nr ■ N ■ M = 2 χ 100 χ 100 χ 8

160160

2s Die Bildaufnahmegeschwindigkeit beträgt also etwa 6 Teilbilder/s. Diese Geschwindigkeit kann erhöht werden, wenn die Kanal-Umschaltrate so weit erhöht wird, wie es die Schaltgeschwindigkeit des Analogschalters 51 zuläßt.2s The image acquisition speed is therefore about 6 Partial images / s. This speed can be increased if the channel switching rate is increased as the switching speed of the analog switch 51 allows.

Obwohl sich in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel die Frequenz des an den Sendewandler angelegten Signals linear mit der Zeit ändert, kann sich diese Frequenz natürlich auch stufenweise oder quadratisch ändern.Although in the described embodiment, the frequency of the applied to the transmitter transducer If the signal changes linearly over time, this frequency can of course also change in steps or as a square to change.

Aus der vorhergehenden genauen Beschreibung der Erfindung ist ersichtlich, daß der Aufbau, z. B. der Umriß, eines Zielobjekts in trübem Wasser unabhängig von der Situation und dem Abstand des Zielobjektes zuverlässig erfaübar ist. (Wenn jedoch eine Schall-Linse vor dem Sendewandler angeordnet ist, muß dieser Abstand innerhalb des Scharfeinstellbereiches der Linse liegen). Somit ist die vorliegende Erfindung bereits bekannten zweidimensionalen Abbildungsanordnungen überlegen, indem die Leistungsfähigkeit bei der Durchführung verbessert und die Sicherheit vergrößert ist. Die Erfindung läßt sich in einer Vielzahl von Anwendungen einsetzen, beispielsweise bei Konstruktions- und Vermessungsarbeiten in Meerwasser, für medizinische Anwendungen zum Erfassen von inneren Schäden im menschlichen Körper, die nicht optisch feststellbar sind, oder zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung. From the foregoing detailed description of the invention it can be seen that the structure, e.g. B. the Outline, of a target in cloudy water regardless of the situation and distance of the target is reliably detectable. (If, however, a sonic lens is placed in front of the transmitting transducer, it must Distance within the focus range of the lens). Thus, the present invention is complete Known two-dimensional imaging arrangements superior by the performance in the Implementation is improved and security is increased. The invention can be implemented in a variety of Use applications, for example in construction and surveying work in seawater, for medical applications for detecting internal damage in the human body that is not optical can be determined, or for non-destructive testing of materials.

Hierzu 7 Blatt ZeichnungenIn addition 7 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Ultraschall-Abbildungsanordnung, mit einem Ultraschall-Sender zum Abstrahlen von Ultraschall- s wellen, mit einem auf mehrere Glieder im wesentlichen senkrecht zur Strahlungsrichtung der Ultraschallwellen aufgeteilten Ultraschall-Empfangswandler, mit einem Sichtgerät-Signalgenerator zur Erzeugung von Sichtgerät-Ansteuersignalen und mit einem dem Sichtgerät-Signalgenerator nachgeschalteten Bildsichtgerät, dadurchgekennzeich-1. An ultrasonic imaging assembly with an ultrasound transmitter for radiating ultrasound s waves, with one on a plurality of members substantially perpendicular to the radiation direction of the ultrasound waves divided ultrasonic receiving converter, with a visual display unit-signal generator for generating vision device-control signals, and a the video display device connected downstream of the display device signal generator, n e t, daß der Ultraschall-Sender aufweist: eine erste Signalquelle (20) zum Erzeugen mehrerer Wiederholungssignale, deren Frequenz sich innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls ändert, und einen vom Ausgangssignal der ersten Signalquelle (20) betriebenen Ultraschall-Sendewandler (1) zum Abstrahlen von Ultraschallwellen, deren Strahlungsrichtung in einer Richtung mit der Frequenz des Ausgangssignals der ersten Signalquelle (20) veränderlich ist; daß eine zweite Signalquelle (30) zum Erzeugen mehrerer Wiederholungssignale vorgesehen ist, die den einzelnen Wiederholungssignalen von der ersten Signalquelle (20) entsprechen und zu Zeitpunkten auftreten, die um verschiedene Verzögerungszeiten, bezogen auf die Wiederholungssignale von der ersten Signalquelle (20), verzögert sind; daß ein Frequenzanalysator (40) zum Durchführen einer Frequenzanalyse bei Anlegen der Ausgangssignale des Ultraschall-Empfangswandlers (5) und der zweiten Signalquelle (30) vorgesehen ist, um die empfangenen Schallwellen entsprechend ihrer relativen Intensität in Signale umzuwandeln, und daß der Sichtgerät-Signalgenerator (S9) an den Ausgang des Frequenzanalysator (40) angeschlossen ist (F i g. 1).n e t that the ultrasonic transmitter has: a first signal source (20) for generating a plurality of repetitive signals, the frequency of which is within a a predetermined time interval changes, and an ultrasonic transmitting transducer (1) operated by the output signal of the first signal source (20) for emitting of ultrasonic waves, the direction of radiation of which is variable in one direction with the frequency of the output signal of the first signal source (20); that a second signal source (30) is provided for generating a plurality of repetition signals which correspond to the individual repetition signals from the first signal source (20) and occur at points in time which have different delay times relative to the repetition signals from the first signal source (20) are delayed; that a frequency analyzer (40) for performing a Frequency analysis when applying the output signals of the ultrasonic receiving transducer (5) and the second signal source (30) is provided to convert the received sound waves according to their relative intensity into signals, and that the Display device signal generator (S9) is connected to the output of the frequency analyzer (40) (FIG. 1).

2. Ultraschall-Abbildungsanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Signalquelle (20) ein Sägezahngenerator mit vorbestimmter Periode ist.2. Ultrasonic imaging arrangement according to claim I, characterized in that the first Signal source (20) is a sawtooth generator with a predetermined period.

3. Ultraschall-Abbildungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzanalysator (40) aus mehreren Parallelschaltungen besteht, deren jede einen Frequenzumsetzer (42), ein Bandpaßfilter (43) und einen Hüllkurvendetektor (44) enthält, die in der genannten Reihenfolge3. Ultrasonic imaging arrangement according to claim 2, characterized in that the Frequency analyzer (40) consists of several parallel circuits, each of which has a frequency converter (42), a bandpass filter (43) and an envelope curve detector (44), in the order named in Reihe geschaltet sind, wobei die Frequenzumsetzer an die Ausgänge der zugehörigen Glieder des Empfangswandlers (5) angeschlossen sind, wobei das Ausgangssignal der zweiten Signalquelle (30) gemeinsam an die Frequenzumsetzer angelegt ist, und wobei die Ausgangssignale der Hüllkurvendetektoren einen Analogschalter (46) speisen, der die Ausgangssignale der Hüllkurvendetektoren periodisch derart umschaltet, daß diese Ausgangssignale in Zeitreihensignale umsetzbar sind (F i g. 1,3).are connected in series, the frequency converters to the outputs of the associated members of the Receiving transducer (5) are connected, the output signal of the second signal source (30) being applied jointly to the frequency converter, and wherein the output signals of the envelope curve detectors feed an analog switch (46) which the Periodically switches output signals of the envelope curve detectors in such a way that these output signals can be converted into time series signals (Fig. 1,3).

4. Ultraschall-Abbildungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sichtgerät-Signalgenerator (50) synchron mit dem Ausgangssignal der zweiten Signalquelle umschaltbar ist, um die Zeitreihensignale in verschiedene Farbsignale umzusetzen, und daß das Bildsichtgerät (60) eine Farbelektronenstrahlröhre ist (F i g. 1,3).4. Ultrasonic imaging arrangement according to claim 3, characterized in that the display device signal generator (50) can be switched synchronously with the output signal of the second signal source is to convert the time series signals into various color signals, and that the image display device (60) is a color electron beam tube (Fig. 1,3).

5. Ultraschall-Abbildungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitab- stand zwischen den einzelnen Wiederholungssignalen aus der ersten Signalquelle gleich der Horizontal- oder Vertikalablenkperiode der Elektronen5. Ultrasonic imaging arrangement according to claim 4, characterized in that the time interval stood between the individual repetitive signals from the first signal source equal to the horizontal or vertical deflection period of the electrons strahlröhre ist, und daß die Umschaltperiode der Hüllkurvendetektoren gleich der Vertikal- oder Horizontalablenkperiode der Elektronenstrahlröhre istbeam tube, and that the switching period of the envelope curve detectors is equal to the vertical or Horizontal deflection period of the cathode ray tube is

6. Ultraschall-Abbildungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzanalysator mehrere Parallelschaltungen aus je einem Frequenzumsetzer und einem Bandpaßfilter enthält, die in der genannten Reihenfolge in Reihe geschaltet sind, wobei die Frequenzumsetzer an die Ausgänge der zugehörigen Glieder des Empfangswandlers angeschlossen sind, wobei das Ausgangssignal der zweiten Signalquelle gemeinsam an die Frequenzumsetzer angelegt ist, wobei die Bandpaßfilter an einen Analogschalter angeschlossen sind, der die Ausgangssignale der Bandpaßfilter periodisch umschaltet, um diese Ausgangssignale in Zeitreihensignale umzusetzen, und wobei das Ausgangssignal des Analogschalters in ein einzelnes Bandpaßfilter einspeisbar ist6. Ultrasonic imaging arrangement according to claim 1, characterized in that the Frequency analyzer contains several parallel circuits, each consisting of a frequency converter and a bandpass filter, which are shown in the order mentioned in Are connected in series, the frequency converters to the outputs of the associated members of the Receiving transducer are connected, the output signal of the second signal source common is applied to the frequency converters, the band-pass filters being connected to an analog switch that controls the output signals of the band-pass filters periodically switches to convert these output signals into time series signals, and wherein the output signal of the analog switch into a single Bandpass filter can be fed

7. Ultraschall-Abbildungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der ersten Signalquelle ein Sägezahnsignal mh vorbestimmter Periode ist7. Ultrasonic imaging arrangement according to claim 6, characterized in that the output signal of the first signal source is a sawtooth signal mh of a predetermined period

8. Ultraschall-Abbildungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Signalquelle enthält:8. Ultrasonic imaging arrangement according to claim 1, characterized in that the first Signal source contains:

einen Taktimpulsgenerator (21); einen ersten Zähler (22) zum Zählen der vom Taktimpulsgenerator erzeugten Taktimpulse derart, daß in jeder Periode des Ausgangssignals der ersten Signalquelle ein Ausgangsimpuls ableitbar ist; einen durch das Ausgangssignal des ersten Zählers getriggerten Sägezahngenerator (23) und einen Oszillator (24) zum Umsetzen des Sägezahnsignals aus dem Sägezahngenerator in ein Sägezahn-Frequenzsignal und daß die zweite Signalquelle enthält: einen zweiten Zähler (34) zum Zählen der vom Taktimpulsgenerator erzeugten Taktimpulse, so daß in jeder Periode des Ausgangssignals der ersten Signalquelle ein Ausgangsimpuls ableitbar ist; eine Varzögerungsschaltung (35) zum Verzögern des Ausgangssignals des zweiten Zählers um eine vorbestimmte Zeitdauer;a clock pulse generator (21); a first counter (22) for counting the clock pulses generated by the clock pulse generator in such a way that that an output pulse can be derived in each period of the output signal of the first signal source; a sawtooth generator (23) triggered by the output signal of the first counter and an oscillator (24) for converting the sawtooth signal from the sawtooth generator into a sawtooth frequency signal and that the second signal source contains: a second counter (34) for counting the clock pulses generated by the clock pulse generator so that an output pulse can be derived in each period of the output signal of the first signal source; a delay circuit (35) for delaying the output of the second counter by one predetermined length of time;

einen durch das Ausgangssignal der zweiten Verzögerungsschaltung derart getriggerten dritten Zähler (31), daß Ausgangsimpulse mit einem vorbestimmten Zeitabstand ableitbar sind; einen durch das Ausgangssignal des dritten Zählers getriggerten Sägezahngenerator (32) und einen spannungsgesteuerten Oszillator (33) zum Umsetzen der Sägezahnspannung vom Sägezahngenerator in ein Sägezahn-Frequenzsignal.a third triggered in this way by the output signal of the second delay circuit Counter (31) that output pulses can be derived with a predetermined time interval; a sawtooth generator (32) triggered by the output signal of the third counter and a voltage controlled oscillator (33) for converting the sawtooth voltage from the sawtooth generator into a sawtooth frequency signal.