DE3327525C2 - Verfahren zur Darstellung von Ultraschallsignalen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Darstellung von Ultraschallsignalen auf dem Bildschirm einer Bilddarstellungsvorrichtung (20). Dabei werden zunächst die empfangenen Ultraschallsignale digitalisiert und diese digitalen Signalwerte dann in einem Schreib/Lesespeicher (8) zwischengespeichert. Anschließend werden die digitalen Signalwerte mit Hilfe eines Rechners (15) wieder aus dem Speicher (8) ausgelesen und der Bilddarstellungsvorrichtung (20) zugeführt. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, bei hochauflösenden Ultraschall-Meßeinrichtungen, die zwangsläufig sehr schnelle A/D-Wandler verwenden, trotzdem bei Durchführung eines ON-Line-Betriebes Rechner mit relativ langsamer Verarbeitungszeit zu benutzen. Erfindungsgemäß wird dieses dadurch erreicht, daß das Einlesen in den Schreib/Lesespeicher (8) wesentlich häufiger erfolgt als das Abfragen des Speichers, und daß nach dem Abfragen des entsprechenden Speicherplatzes der Inhalt dieses Speicherplatzes gelöscht wird.

Description

3 4

den im folgenden mit Hilfe von Figuren anhand von speicher 8 gespeichert Dia richtige Adressenzuordnung

Ausführungsbeispielen näher beschrieben. erfolgt mit Hilfe der Adressensteuerung 12, die im we- Es zeigt sentlichen aus einem Adressenzähler (nicht dargestellt)

Fig. 1 das Blockschaltbild einer ersten Schaltungs- besteht Der AdressenzähJer startet jeweils mit dem Envorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen 5 de des von dem Triggergenerator 1 erzeugten Trigger-Verfahrens; impulses (tE in F i g. 2a) und erzeugt im Rhythmus des

Fig.2 Diagramme zur Erklärung des Einlese- und von dem Taktgenerator 13 erzeugten Taktes (Fig.2b) Abfragevorganges des Schreib-/Lesespeichers nach die RAM-Adresse für den Einlesevorgaiig (Fig.2c). In F i g. 1; F i g. 2d ist der zeitliche Verlauf, der auf der Leitung 60 F i g. 3 daj Blockschaltbild einer zweiten Schaltungs- 10 vom A/D-Wandler 6 kommenden Daten dargestellt

anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Diese Daten werden allerdings nur· dann in den Schreib-

Verfahrens; und /Lesespeicher 8 eingelesen, wenn der A/D-Wandler 6 F i g. 4 Diagramme zur Erklärung der Schaltungsvor- zusätzlich einen Freigabeimpuls über die Leitung 61

richtung nach F i g. 3. (Fi g. 2e) an die Schreib-/Lesesteuerung 10 des RAM 8

In F i g. 1 ist mit 1 ein Triggergenerator, mit 2 ein 15 abgibt Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Takt-Sender, mit 3 ein Ultraschall-Prüfkopf und mit 4 ein auf frequenz des Taktgenerators 13 und damit die jeweilige Fehler 40 zu prüfendes Werkstück bezeichnet Mit dem Adressendauer etwas höher zu wählen wie die Datenra-Prufkopf 3 ebenfalls verbunden ist ein Empfangsver- te des A/D-Wandlers 6, damit sichergestellt ist, daß bei stärker 5, dem über eine Leitung 50 ein Anaiog/Digital- maximaler Datenrate des A/D-Wandlers 6 in einen Wandler 6 (A/D-Wandler) und diesem, über eine Lei- 20 Adressenzeitabschnitt (Zeitdauer während der die gleitung 60 eine Amplitudenvergleichseinheit 7 nachge- ehe Adresse vorhanden ist, nur 1 Datenwort fällt
schaltet ist Die Einheit 7 ist mit einem Schreib'/Lese- In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung betrug speicher (RAM) 8 und einem Zwischenspeicher 9 ver- die Datenrate des A/D-Wandlers 10 MHz, d.h. alle bunden. 100 ns lieferte der A/D-Wandler 6 einen neuen abzu-

Mit dem RAM 8 sind ferner eine Schre:b-/Lesesteue- 25 speichernden Signalwert Die Taktfrequenz des Taktge-

rung 10 und der Ausgang einefc schnell schaltenden elek- nerators 13 betrug hingegen 15MHz, so daß für den

tronischen Schalters 11 verbunden. Ein Eingang des . Speichervorgang etwa 66 ns zur Verfügung standen.

Schalters 11 ist über eine Leitung 110 mit dem Ausgang Mit dem Anfang des jeweils nächsten Triggerimpul-

einer Adressensteuereinheit 12, die ihrerseits über eine ses (t'A in F i g. 2a) wird der Adressenzähler der Adres-

Leitung 120 von einem Taktgenerator 13 getaktet und 30 sensteuereinheit 12 wieder gestoppt und anschließend

von dem Triggergenerator 1 über eine Leitung 130 ge- auf die Adresse 0 zurückgesetzt Damit ist die Aus-

triggert wird, verbunden. Der andere Eingang des gangsposition für den erneuten Adressenzählerstart ge-

Schalters U ist über eine Leitung 111 an den Adressen- geben.

bus 17 des das Grafik-Interface 14 steuernden Mikro- In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wer-

computers (pC) 15 angeschlossen. Das Umschalten des 35 den die digitalen Signalwerte des A/D-Wandlers 6 nach

Schalters 11 wird von einer Adressen-Synchronisations- dem erneuten Start des Adressenzählers von dem

einheit 16 bewirkt die ihrerseits mit dem Adressenbus Schreib-/Lesespeicher 8 nur dann übernommen, wenn

17 und dem Steuerbus 19 des μϋ 15 verbunden ist sie größer sind als die digitalen Werte, die in dem ent-

Der dem Grafik-Inteface 14 nachgeschaltete Video- sprechend adressierten Speicher stehen. Für den VerMonitor ist mit 20 und der Datenbus des μC 15 mit 18 40 gleich der neuen Signalwerte mit den bereits gespeibezeichnet Über den Datenbus 18 können auch die in cherten Signalwerten ist die Amplitudenvergleichseindem Zwischenspeicher 9 gespeicherten Signalwerte von heit 7 vorgesehen,
dem μθ 15 übernommen werden. Zur Durchführung des Abfragevorganges gibt der μϋ

Die SchreibVLesesteuerung 10 ist außer mit dem 15 über den Adressenbus 17 die entsprechende Adresse RAM 8 auch mit der Adressensteuereinheit 12 und über 45 des abzufragenden Speicherplatzes des Schreib-/Lese-

eine Leitung 61 mit dem A/D-Wandler 6 verbunden. speicher 8 vor (F i g. 2f). Dann schaltet der Schalter 11 in

Im folgenden wird mit Hilfe von F i g. 2 die Funktions- die strichliert dargestellte Lage und verharrt in dieser

weise der Schaltungsvorrichtung nach F i g. 1 näher be- Stelle genau eine Periode des von dem Taktgenerator

schrieben. Dabei soll zunächst auf das Einlesen der digi- 13 erzeugten Taktes (F i g. 2b). Die Dauer während der

talisierten Echosignale in den Schreib'/Lesespeicher 8 50 die vom μθ 15 vorgegebene Adresse an dem RAM 8

und dann auf das Auslesen dieses Speichers näher einge- liegt (Fig. 2g) entspricht also genau der Dauer, wäh-

gangen werden: rend der die von der Adressensteuereinheit 12 vorgege-

Der Triggergenerator 1 erzeugt in vorgegebenen benen Adressen an dem RAM 8 liegen (F i g. 2c). Die zeitlichen Abständen 7"(z. B. alle 50 us) einen Trijgerim- Umschaltung des Schalters 11 wird dabei von der puls (F i g. 2a). Dieser Impuls veranlaßt den Sender 2 zur 55 Adressensynchronisationseinheit 16 bewirkt, die von Erzeugung eines entsprechenden Sendeimpulses, der der Adressensteuereinheit 12 synchronisiert wird,
seinerseits dem Prüfkopf 3 zugeführt und von diesem in Während der Zeit, während der die von dem μθ 15 einen entsprechenden Ultraschallimpuls umgewandelt vorgegebenen Adressen an dem RAM liegen (F i g. 2g), wird. Der Ultraschallimpuls gelangt in das zu prüfende werden die abgefragten Daten des adressierten Spei-Werkstück 4, wird von dem Fehler 40 reflektiert, ge- ω cherplatzes in den Zwischenspeicher 9 übertragen, langt wiederum zu dem Prüfkopf 3 und wird von diesem Hierzu gibt die Adressensynchronisationseinheit 16 ein in einen entsprechenden elektrischen Impuls umgewan- entsprechendes Signal über eine mit 90 bezeichnete Leidelt. Nach Verstärkung dieses elektrischen Impulses, in tung an den Zwischenspeicher 9 (F i g. 2h). Anschließend dem Empfangsverstärker 5 und anschließender Digitali- wird der entsprechend adressierte Speicherplatz des sierung in dem schnellen A/D-Wandler 6, werden die 65 RAM 8 gelöscht

entsprechenden digitalen Signalwerte, nach Vergleich Nach dem Umschalten des Schalters 11 in seine Ausrnit den bereits im RAM gespeicherten Werten in der gangsstellung werden wieder die am Ausgang des A/D-Amplitudenvergleichseinheit 7, in dem Schreib-/Lese- Wandlers 6 sich ergebenden Signalwerte gespeichert.

Gleichzeitig werden die in dem Zwischenspeicher 9 gespeicherten Daten über die Datenleitung 18 an den μθ 15 weitergeleitet (F i g. 2i) und dann von diesem dem Grafik-Interface 13 zugeführt.

Fig.3 zeigt eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Schaltungsvorrichtung nach Fig. 1. Dabei werden statt nur eines Festwertspeichers zwei Speicher 81 und 82 verwendet Dadurch ist es möglich die Zeit für den jeweiligen Einspeichervorgang größer zu wählen und damit kostengünstigere Speicher zu verwenden. Im folgenden wird kurz auf die Wirkungsweise dieser Schaltungsvorrichtung eingegangen:

Während eines ersten Zeitabschnittes Γ1, der der Periodendauer der von dem Taktgenerator 13 erzeugten Taktsignale entspricht, wird der jeweilige am Ausgang des A/D-Wandlers 6 vorhandene Signaiwert über die Leitung 60 in einen Zwischenspeicher 22 übernommen, sofern ein entsprechendes Freigabesignal über die Leitung 61 an den Speicher 22 gelangt. Während eines sich an den ersten Zeitabschnitt anschließenden zweiten Zeitabschnitt T% der ebenfalls der Periodendauer des Taktsignales entspricht, erfolgt dann die Übertragung des entsprechenden digitalen Signals vom A/D-Wandler 6 auf einen zweiten Zwischenspeicher 23. Dieser Vorgang der wechselweisen Abspeicherung in den Speiehern 22 und 23 wiederholt sich in den folgenden Zeitabschnitten 7*3, TA usw.

Während des Zeitabschnittes T2 wird außerdem der Inhalt des Speichers 22 in einen weiteren Zwischenspeicher 24 übertragen, der Speicher 22 gelöscht und dann der Inhalt des Speichers 24 nach einem Vergleich in der Schaltungsvorrichtung 71, in den Schreib-/Lesespeicher 81 eingelesen. Während des Zeitabschnittes Γ3 wird der Inhalt des Speichers 23 über den Zwischenspeicher 25 und die Vergleichseinheit 72 in den Schreib-/Lesespeieher 82 eingelesen usw.

Die zeitrichtige Freigabe und Löschung der Zwischenspeicher 22, 23,24, 25 sowie der für die Ausgabe erforderlichen Zwischenspeicher 91 und 92 erfolgt über eine Taktsteuereinheit 21, die über Leitungen 21Ö bis 260 mit den entsprechenden Zwischenspeichern verbunden ist.

F i g. 4 zeigt beispielsweise den zeitlichen Verlauf der Signale 210 (Fig.4b) und 220 (Fig.4c) für die Zwischenspeicher 22 und 23.InFi g. 4a ist wiederum das von dem Taktgenerator 13 erzeugte Signal dargestellt (vgl. auch F i g. 2b), von dem die Taktsteuersignale abgeleitet werden.

Der Auslesevorgang der in Fig.3 dargestellten Schaltungsvorrichtung erfolgt im Prinzip wie der oben zu F i g. 1 beschriebene Auslesevorgang. Nur sind in diesem Fail jeweils zwei elektronische Schalter iöi und iö2 sowie zwei Adressensynchronisationseinheiten 161 und 162 und zwei Zwischenspeicher für die Datenausgabe 91 und 92 vorgesehen. Der μθ 15 ruft dann abwechselnd die Werte aus den Speichern 81 und 82 ab, wobei wiederum der jeweilige Ausgabezyklus wesentlich größer ist als der Eingabezyklus.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

Aus der DE-PS 2945 202 ist ferner ein Verfahren

Patentanspruch: bekannt, bei dem das jeweils gemessene Ultraschallsigna! digitalisiert und abgespeichert wird. Das gespei-

Verfahren zur Darstellung von Ultraschallsigna- cherte Signal kann dann zu einem späteren Zeitpunkt

len, wobei ein Ultraschall-Sendesignal in ein zu un- s von dem Speicher abgerufen und auf einem Bildschirm

tersuchendes Werkstück eingeschallt wird, daß das dargestellt werden. Auch bei diesem Verfahren müssen

von einer Ungänze reflektierte Signal empfangen reUuv lange Echoempfangszeiten in Kauf genommen

und in einem digitalen Schreib-/Lesespeicher zwi- werden. Zwar wird nur an einem bestimmten vorgege-

schengespeichert wird, daß die zwischengespeicher- benen Ort gemessen, doch ist zur Digitalisierung der

ten Signalwerte mit Hilfe eines Rechners von dem io gemessenen Signale der Empfang einiger hundert

Speicher abgefragt und einer Bilddarstellungsvor- Echosginale an diesem Ort erforderlich,

richtung zugeführt werden, daß das Abfragen des Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich nun mit

Speichers unabhängig von seinem Einlesen erfolgt, dem Problem, daß das jeweils einzelne Ultraschallsignal

daß der Abfragevorgang während des Einlesevor- mit Hilfe eines sehr schnellen A/D-Wandlers digitali-

ganges vorgenommen wird, daß vor der Speiche- 15 siert (kurze Echoempfangszeit bei hoher Auflösung)

rung eines neuen Signalwertes dieser mit dem Si- und dann die digitalen Signalwerte einer Auswerteein-

gnalwert verglichen wird, der auf dem entsprechen- heit zugeführt werden. Gleichzeitig soll das digitalisierte

den Speicherplatz vorhanden ist und daß der neue und gegebenenfalls ir der Auswerteeinheit korrigierte

Signalwert nur dann in den Speicher übernommen Ultraschallsignal dargestellt werden (ON-üne Betrieb),

wird, wenn er in Bezug auf den bereits gespeicherten 20 Dieses Problem könnte an sich dadurch gelöst wer-

Signalwert bestimmte vorgegebene Bedingungen den, daß die digitalen Signalwerte über einen Digital/

erfüllt, dadurchgekennzeichnet, Analog-Wandler in entsprechende analoge Signalwerte

— daß das Einlesen in den SchreiWLesespeicher zurücktransformiert und auf einem Oszillografenbild-(8; 81, 82) wesentlich häufiger erfolgt als das schirm dargestellt werden. So wird beispielsweise auch Abfragen des Speichers (8; 81,82), 25 in der eingangs erwähnten AS 24 17 946 eine Vorrich-

— daß zur Darstellung kurzzeitig auftretender Si- tung beschrieben, bei der zur Darstellung dir digitalignalwerte der jeweils neu digitalisierte Signal- sierten Signale ein Digital/Analog-Wandler erforderlich wert nur dann gespeichert wird, wenn er größer ist Die für die Durchführung derartiger Verfahren erist als der auf dem entsprechenden Speicher- forderlichen Schaltungsvorrichtungen sind allerdings platz vorhandene Signalwert, und 30 außerordentlich teuer.

— daß nach dem Abfragen des entsprechenden Wesentlich preisgünstiger wäre es, statt eines D/A-adressierten Speicherplatzes der Inhalt dieses Wandlers mit nachgeschalteter Oszillografenröhre, ei-Speicherplatzes gelöscht wird. nen käuflich erhältlichen Video-Monitor in Verbindung

mit einem Grafikprozessor und einem nicht zu teuren

35 Mikrocomputer (μθ) zu verwenden. Dabei ergibt sich

allerdings die Schwierigkeit, daß die maximale Datenrate am Ausgang des schnellen A/D-Wandlers wesentlich

Die Erfindung betrifft eine Verfahren entsprechend größer ist als die Verarbeitungszeit, die der für die Andern Oberbegriff des Patentanspruchs. steuerung des Grafikprozessors erforderliche Rechner,

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der DE- 40 benötigt

AS 24 17 946 (Spalte 7, Zeilen 24 bis 37 in Verbindung Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung

mit Spalte 6, Zeilen 49 bis 53) beschrieben. Dabei wer- ein Verfahren der eingangs erwähnten Art so weiter zu

den die digitalen Echosignalwerte an denjenigen Adres- entwickeln, daß auch bei hochauflösenden Ultraschall-

sen des Speichers gespeichert, die dem Ort ihrer Entste- Meßeinrichtungen (schnelle A/D-Wandler) die Verwen-

hung geometrisch zugeordnet sind. Es wird daher einer- 45 dung käuflicher digitaler Grafikprozessoren in Verbin-

seits jeweils für ein empfangenes Echosginal nur ein dung mit Fernsehmonitoren und Mikrocomputern mög-

Speicherplatz belegt (z. B. Abspeicherung der Amplitu- lieh ist, wobei eine ON-Line-Darstellung der Ultra-

de des gleichgerichteten Signals). Andererseits muß ein schallechos erfolgen soll.

Positionsgeber vorhanden sein, der die jeweilige ReIa- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die

tivlage des Prüfkopfes ermittelt, um entsprechend die 50 Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs

Adressensteuerung zu synchronisieren. Da der gesamte gelöst.

Einspeicherungsvorgang relativ lange dauert, muß — Anders als bei den eingangs erwähnten Schriften wird

damit ein Bild auf dem Bildschirm für das menschliche der Schreib-/Lesespeicher erfindungsgemäß nicht mehr

Auge sichtbar ist — zwangsläufig der Abfragevorgang zur Anpassung einer relativ langsamen Echoempfangs-

des Speichers mehrmals nacheinander und mit viel grö- 55 zeit an einen schnellen Bildaufbau verwendet sondern

ßerer Geschwindigkeit als der Einschreibevorgang vor- zur Anpassung einer hohen Datenrate an die relativ

genommen werden. langsame Weiterverarbeitung der Daten zur Darstel-

Aus den deutschen Auslegeschriften 26 29 895, lung auf einem Sichtgerät

26 29 942 und 29 23 329 sind beispielsweise Ultraschall- Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Ver-

geräte bekannt, die zur Aufzeichnung von B-Bildern 60 fahrens gegenüber Verfahren, die nur mit einer Oszillo-

dienen. Dabei werden zur Anpassung der langsamen grafenröhre arbeiten, besteht darin, daß nur kurzzeitig

Echoempfangszeit, während der mehrere Echosignale auftretende Signale nicht auch entsprechend kurzzeitig

(die wiederum unterschiedlichen Orten zugeordnet dargestellt werden (und daher nur sehr schwach sicht-

|i sind) nacheinander empfangen werden, an den rasche- bar werden), sondern gut sichtbar auf dem Bildschirm

!'■; ren Aufbau des Echobildes auf einem nach den Zeilen- 65 erscheinen. Denn der entsprechende Signalwert bleibt

sprungsverfahren arbeitenden Fernsehmonitors zwei so lange (in dem Speicher) erhalten, bis er von dem μC

|| Schreib'/Lesespeicher als Wechselpufferspeicher ver- zur grafischen Abbildung abgeholt wird.

fc wendet. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung wer-