DE3023386A1 - Schaltungsanordnung fuer eine ultraschall-untersuchungseinrichtung - Google Patents

Schaltungsanordnung fuer eine ultraschall-untersuchungseinrichtung

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DE3023386A1 DE19803023386 DE3023386A DE3023386A1 DE 3023386 A1 DE3023386 A1 DE 3023386A1 DE 19803023386 DE19803023386 DE 19803023386 DE 3023386 A DE3023386 A DE 3023386A DE 3023386 A1 DE3023386 A1 DE 3023386A1
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Description

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KOCH & STERZEL
GmbH & Co.
Schaltungsanordnung für eine Ultraschall-Untersuchungseinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für die Ansteuerung von mit Ladungsverschiebe-Elementen versehenen Verzögerungsleitungen eines Ultraschall-Sende/Empfangs-Wandlers mit sektorförmigem Strahlenverlauf.
Bei der Untersuchung von Objekten mittels Ultraschall hat sich das sogenannte Sectorscan-Verfahren in vielen Fällen als sehr vorteilhaft erwiesen. Hierbei wird ein relativ kleiner aus mehreren Einzelelementen bestehender Ultraschall-Sende/Empfangs-Wandler so angesteuert, daß durch entsprechende Phasenunterschiede der Sende- und Empfangssignale der Einzelelemente ein richtungsselektives Senden bzw. Empfangen möglich ist.
Im Empfangsfall trifft die von einem Punkt A (siehe Zeichnung Fig.1) ausgehende reflektierte Ultraschallwelle zu unterschiedlichen Zeiten auf die einzeffen Elemente des Ultraschall-Sende/Empfangs-Wandlers. Die aus dem unterschiedlichen Eintreffen der reflektierten Ultraschallwelle auf den Einzelelementen resultierende Verzögerungszeit At ist dabei abhängig von dem Winkel Λ unter dem das Ultraschallsignal auf die Oberfläche des Ultraschall-Sende/Empfangs-Wandlers trifft und von der Breite b des Ultraschall-Sende/Empfangs-Wandlers und ist
dt = b . sino(
Für die ph.asenrich.tige Summation der elektrischen Ausgangs signale der Einzelelemente ist es erforderlich, diese Signale so zu verzögern, daß nur Signale addiert werden, welche von der gleichen zu einem bestimmten Zeitpunkt vom Punkt A ausgehenden reflektierten Welle erzeugt wurden.
Bei einigen der bislang bekanntgewordenen Einrichtungen werden zur Signalverzögerung Ladungsverschiebe-Elemente (CCD = Charge-Coupled-Device) verwendet, wobei diese als analoge Verzögerungsleitungen eingesetzt werden, welche es ermöglichen, ein Eingangssignal abzutasten und anschließend in Form von elektrischen Ladungspaketen durch die einzelnen CCD-Stufen weiterzuschieben. Die Abtastrate und die Durchtaktfrequenz werden durch ein von außen an das CCD angelegtes, in weiten Frequenzbereichen variierbares Taktsignal bestimmt.
Die Verzögerungszeit 4t ist dabei die Zeit, die ein Signal in Bezug auf ein anderes Signal bei der Durchtaktung durch die CCD's mehr benötigt.
Um verschiedene Verzögerungszeiten für die einzelnen Kanäle zu erhalten, wird die Frequenz des Taktsignals für die Kanäle entsprechend unterschiedlich gewählt. Da sich die Verzögerungszeiten in Abhängigkeit vom Empfangswinkel ändern, müssen für jeden neuen Winkel auch neue Taktfrequenzen eingestellt werden. Soll diese Einstellung der Taktfrequenzen schnell genug und mit entspreclfhder Genauigkeit erfolgen, (unumgänglich bei einer sogenannten Echtzeit-Darstellung) ist ein relativ hoher elektronischer Aufwand erTorderlich. Setzt man voraus, daß die Frequenz in einem Synthesizer mittels spannungsgesteuertem Oszillator (VCO) eingestellt wird, so ist neben dem notwendigerweise sehr schnellen Regelkreis ein schneller, entsprechend genauer D/A-Wandler erforderlich, der die digital gespeicherte Information über die Verzögerungszeit in ein analoges Steuersignal für den VCO umsetzt.
Bei all diesen Bauelementen sind die bekannten Eigenschaften analoger Bauelemente wie Temperaturdrift, Spannungsabhängigkeit usw.
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zu berücksichtigen bzw. zu kompensieren. Um eine entsprechende Genauigkeit zu erreichen, müssen hohe Anforderungen bzgl. der Stabilität und des Regelverhaltens erfüllt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art mit relativ geringem Aufwand die Einstellgenauigkeit und die Gesamtstabilität zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst.
Im Gegensatz zur bekannten analogen Steuerung ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ( bis auf die CCD's) rein digital aufgebaut. Hierbei wird die Information einer gesamten Linie eines Ultraschall-Sectorscan für jeweils ein Element des Ultraschall-Sende/Empfangs-Wandlers in einem CCD gespeichert. Die Verzögerungszeit wird durch eine programmierbare Verzögerungsschaltung eingestellt, die durch einen sehr hochfrequenten Takt beeinflußt wird.
Anhand einer in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellten Anordnung sei die Erfindung näher erläutert, und zwar zeigen:
Fig. 1, eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und
Fig. 2, eine vorteilhafte Ausgestaltung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, besteht ein Ultraschall-Sende/Empfangs-Wandler 1 aus mehreren Einzelelementen I1-I, die zusammen die Breite b aufweisen. Von diesen Einzelelementen wird durch geeignete Ansteuerung je ein Sendeimpuls abgegeben, (durchgezogene Linien) der zu einem Punkt A gelangt und dort reflektiert wird, (gestrichelte Linien). Durch Änderung der Verhältnisse der Phasen-
130062/0195
steuerung wird dann eine Vielzahl von Linien erzeugt, die in dem durch den Pfeil P markierten Bereich liegen. Auf die Abgabe der Sendeimpulse und die damit im Zusammenhang stehenden Einrichtungen wird hier nicht näher eingegangen, da dies für die Erfindung nicht von Bedeutung ist.
Erfindungswesentlich sind die eingehenden Signale und dabei läuft ein Zyklus, d.h. Empfang, Speicherung und Austakten einer Linie wie folgt ab:
N chdem die Einzelelemente 1- - 1 des Ultraschall-Sende/Empfangs-
a ' η
¥andlers 1 in der entsprechenden Reihenfolge einen Sendeimpuls abgegeben haben, werden von einer Ablaufsteuerung 2 Verzögerungsschaltungen 3·. - 3 derart beeinflußt, daß über je eine für jeden Kanal vorhandene, von einer digitalen Ein-Auslese-Steuerung h beeinflußten digitalen Ein-Auslese-Logik 5-, - 5 die Eintaktung der Meßsignale mittels eines Taktgenerators 6 in Ladungsverschiebe-Elemente 7·. - 7 verzögert erfolgt, und zwar in Abhängigkeit der Richtung der jeweiligen Linie. Das Auslesen der Nutzinformation aus den CCD's 71 - 7 wird dann wieder über die Ablaufsteuerung 2, und zwar ebenfalls mit Hilfe des Taktgenerators 6 vorgenommen, und die Signale einem Summationsverstärker 8 zugeführt, dem zwecks Weiterverarbeitung und Darstellung der Einfachheit halber nicht näher veranschaulichte Schaltkreise nachgeschaltet sind.
Gemäß der in Fig. 2 dargestellten vorteilhaften Ausgestaltung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1, wird von der hier nicht veranschaulichten Ablaufsteuerung 2 (Fig. 1) nach der Abgabe des Sendeimpulses das sogenannte Startsignal S1 - S gegeben. Damit wird ein Verzögerungszeit-Zähler 11- beeinflußt, d.h. er zählt von einem durch die Ablaufsteuerung 2 über einen Setzeingang E-' gesetzten Wert bis auf Null herab. Nach dem Ablauf des Verzögerungszeit-Zählers, wird der in einem Divisionsglied 12- durch einen Faktor Z dividierte Takt auf einen ebenfalls durch die Ablaufsteuerung 2 über einen Setzeingang E-·' auf einen Festwert gesetzten Linien-
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Länge-Zähler I3.. gegeben, welcher je nach Stellung eines in der Ein-Auslese-Steuerung k vorhandenen elektronischen Schaltgliedes z.B. eines Flip-Flop's Ik die Eintaktung des Meßsignals über die Logik 51 in das CCD 7-\ oder das CCD 7 erlaubt. Nach Ablauf des Linien-Länge-Zähl er s 13-, ist das Nutzsignal vollständig im CCD 7-.
1 la
oder 71-h gespeichert udn es erfolgt kein weiteres Takten mehr. Erst wenn alle Linien-Länge-Zähler 13- - 13 gleich Null sind, kann durch Setzen des Freigabesignals F die Nutzinformation ausgelesen werden. Wenn alle Linien-Länge-Zähler gleich Null sind, wird ein weiteres elektronisches Schaltelement z.B. ein Flip-Flop I5 umgeschaltet und bleibt solange in diesem Zustand bis ein Auslese-Zähler 17 abgelaufen ist. Während dieser Zeit werden dann die CCD's parallel ausgelesen, welche vorher das Nutzsignal empfangen haben. Sind alle CCD's ausgelesen, erfolt kein weiteres Austakten mehr. Da bei dem Zustand "alle Linien-Länge-Zähler gleich Null" neben dem elektronischen Schaltglied 15 auch das Schaltelement 14 gesetzt ist, kann die eine CCD-Gruppe z.B. 7-, - 7 zum Auslesen
I cL TlXSl
des Nutzsignals freigegeben werden, während die andere CCD-Gruppe z.B. 7■,-, - 7 -fr für das Einlesen eines neuen Nutzsignals bereitgestellt wird. Damit kann also bereits ein neuer Einlesezyklus beginnen, sobald die Zahler neu gesetzt sind. (Der Auslese-Zähler wird erst nach Beendigung des Auslesens gesetzt.) Ein weiteres, in der Ein-Auslese-Steuerung k vorhandenes Schaltglied z.B. ein Flip-Flop 16, sorgt dafür, daß beim Auslesen die richtige Impulslage sichergestellt ist. Es schaltet bei gesetztem Flip-Flop 15 mit der negativen (oder positiven) Flanke des durch den Faktor Z/2 in einem Divisionsglied 10 dividierten Taktes des Taktgebers 9 (Mastertakt). Dadurch ist gewährleistet, daß unAbhängig vom Zeitpunkt des Umschaltens des elektronischen Schaltgliedes 15 das Austakten des Nutzsignals mit einer Flanke des Taktsignals und nicht im Augenblick der Schaltzustandsänderung des Schaltgliedes 15 erfolgt. Die Verwendung des durch den Faktor Z bzw. Z/2 dividierten Mastertaktes stellt sicher, daß die Einstell-
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/8
Ungenauigkeit der Verzögerungszelt nur einem Mastertakt entspricht und nicht der entsprechenden Zeit des Z-mal bzw. Z/2-mal längeren CCD Eintaktimpulses, wie er bei der Verwendung eines neuen Taktes der Frequenz Mastertakt/Z auftreten würde, womit der Einschaltpunkt für den CCD-Takt nicht genau bestimmt wäre.
Die Verwendung von zwei CCD1 s 7-. und 1-,-^ ist vorteilhaft, und zwar damit beim Auslesen einer alten Nutzinformation gleichzeitig (aber nach entsprechender Verzögerung des Einlesebeginns) eine neue Nutzinformation eingelesen werden kann. Hierin liegt auch noch ein Vorteil gegenüber der bekannten CCD-Steuerung mit variabler Taktfrequenz und nur einem CCD je Kanal, und zwar, weil die Taktfrequenz für das Auslesen der alten Nutzinformation gleich der Taktfrequenz ist, die für das Einlesen der neuen Nutzinformation erforderlich ist, wodurch bei der Summation der alten Nutzinformation ein Phasenfehler auftritt.
Leerseite

Claims (4)

KOCH & STERZEL Essen, den 19. Juni I98O GmbH & Co. Bt/Os Patentansprüche
1.) Schaltungsanordnung für die Ansteuerung von mit Ladungsverschiebe-Elementen versehenen Verzögerungsleitungen eines Ultraschall-Sende/ Empfangs-Wandlers mit sektorförmigem Strahlenverlauf, dadurch gekennzeichnet, daß die für jede Verzögerungsleitung mindestens einmal vorhandenen Ladungsverschiebe-Elemente (7-, - 7 ) mit je einer für jede Verzögerungsleitung vorhandenen digitalen Ein-Ausleselogik (5-, - 5 ) verbunden sind, die einerseits an je einer für jede Verzögerungsleitung vorhandenen digitalen Verzögerungsschaltung (31 - 3 ) und andererseits an einer allen Verzögerungsleitungen gemeinsamen digitalen Ein-Auslese-Steuerung (4) angeschlossen ist, daß ein ebenfalls allen Verzögerungsleitungen gemeinsamer Takt-Generator (6) vorhanden ist, der einerseits mit der Ein-Auslese-Steuerung (4) und andererseits mit den Verzögerungsschaltungen (3~ -3 ) verbunden ist, und daß eine digitale Ablaufsteuerung (2) vorhanden ist, die einerseits mit der Ein-Auslese-Steuerung (4) und andererseits mit den Verzögerungsschaltungen (31 - 3 ) verbunden ist.
2.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verzögerungsschaltung (31 - 3 ) mit einem von der Ablaufsteuerung (2) beeinflußten Verzögerungszeit-Zähler (11) und einem nachgeschalteten, ebenfalls von der Ablaufsteuerung (2) beeinflußten Linien-Länge-Zähler (I3) versehen ist.
ORIGINAL INSPECTED
/2
3·) Schaltungsanordnung nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein-Auslese-Steuerung (4) im wesentlichen mit einem von elektronischen Schaltelementen (15, 16) beeinflußten Auslese-Zähler (17) versehen ist.
4.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß pro Verzögerungsleitung zwei Ladungsverschiebe-Elemente (7-. > ^1T3
7 , 7 , ) vorhanden sind, die mit einem Summationsverstärker (8) na' nb ' '
verbunden sind.
- Beschreibung -
130062/019$
DE3023386A 1980-06-23 1980-06-23 Schaltungsanordnung für eine Ultraschall-Untersuchungseinrichtung Expired DE3023386C2 (de)

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