DE3701786A1 - Ultraschallgeschwindigkeitsmessvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zum Messen der Geschwindigkeit eines Gegenstandes mit Hilfe einer Ultraschallwelle und insbesondere eine Meßvorrichtung, die in Echtzeit die Geschwindigkeit eines Blutstromes in einem Organismus mißt.

Es sind verschiedene Arten von Vorrichtungen bekannt, die die Geschwindigkeit eines Gegenstandes auf der Grundlage des Doppler-Effektes bestimmen. Bei einer Vorrichtung, die nach dem Impuls-Doppler-Verfahren arbeitet, wie es beispielsweise in IEEE Transaction on Sonics and Ultrasonics, Bd. SU-17, Nr. 3, Juli 1970, Seite 170 bis 185 beschrieben ist, werden Ultraschallimpulse wiederholt zu dem zu messenden Gegenstand ausgesandt und wird das aus einer empfangenen Welle erhaltene Signal einem Zeittastvorgang unterworfen, um dadurch einen Teil des gemessenen Gegenstandes nachzuweisen.

Wenn bei diesem Impuls-Doppler-Verfahren das Zeitintervall, in dem die Aussendung des Ultraschallimpulses wiederholt wird, gleich T ist, ist die meßbare maximale Dopplerverschiebungsfrequenz fd gleich 1/2T. Wenn andererseits die Fortpflanzungsgeschwindigkeit einer zum Gegenstand hin ausgesandten akustischen Welle gleich S ist, ist die Tiefe D, bis zu der der Gegenstand gemessen werden kann und die im folgenden als meßbare Tiefe bezeichnet wird, gleich S/2. Dementsprechend ist das Produkt aus fd und D gleich S/4 und somit konstant. Die meßbare Geschwindigkeit oder die meßbare Tiefe ist somit begrenzt.

Durch die Erfindung soll die für das herkömmliche Verfahren bezeichnende Begrenzung beseitigt werden, die darin besteht, daß das herkömmliche Verfahren durch das konstante Produkt der meßbaren Tiefe und der maximal meßbaren Doppler-Verschiebungsfrequenz beschränkt ist, und soll sichergestellt werden, daß die Geschwindigkeit eines Gegenstandes gemessen werden kann, der sich mit einer höheren Geschwindigkeit in einem tieferen Bereich bewegt.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dazu der Impulsabstand der Aussendung der Ultraschallwellen periodisch vom regulären Intervall aus verschoben und werden die Phasenunterschiede der reflektierten Signale, die von dieser Impulskette erhalten werden, in eine Vielzahl von Gruppen aufgeteilt, um dadurch eine Beschränkung auszuschließen, wie sie oben angegeben ist.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 in einem Blockschaltbild den Aufbau eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2, 4, 6A und 6B die Blockschaltbilder der Schaltungsbauteile des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels,

Fig. 3A bis 3F und Fig. 5 in Zeitdiagrammen die Arbeitsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels,

Fig. 7 eine graphische Darstellung eines Beispiels einer Anzeige bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel,

Fig. 8 und 10 Blockschaltbilder weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung und

Fig. 9A und 9B graphische Darstellungen von Beispielen der Anzeige bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind eine Wellensendeschaltung 14 und ein Empfangsverstärker 16 mit einem akustischen Wandler 1 verbunden. Sendesignale in Form kurzer Impulse mit einer vorbestimmten Winkelfrequenz ω ₀ werden wiederholt von der Sendeschaltung 14 zum akustischen Wandler 1 ausgegeben und akustische Impulswellen mit einer Komponente der Mittenfrequenz ω ₀ werden durch den akustischen Wandler 1 zu einem Reflektor 2 ausgesandt. Eine vom Reflektor 2 reflektierte Welle wird vom akustischen Wandler 1 erfaßt. Das dadurch erfaßte Empfangssignal liegt über den Empfangsverstärker 16 an einem Phasenkomparator 3. Der Aufbau des Phasenkomparators 3 ist in Fig. 2 dargestellt. Ein Mischer 31 mischt das empfangene Signal mit einer Bezugswelle, die durch α = A.cos ω ₀ t wiedergegeben ist und ein Mischer 32 mischt das empfangene Signal mit einer Bezugswelle, die durch α′ = A.sin ω ₀ t wiedergegeben ist. Die Ausgangssignale dieser Mischer werden über Tiefpaßfilter 33 und 34 ausgegeben. Das heißt, daß ein Ausgangssignal V _R der niederfrequente Anteil einer Mischwelle aus dem empfangenen Signal und der Bezugswelle α ist und daß ein Ausgangssignal V _T ein niederfrequenter Anteil einer Mischwelle aus dem empfangenen Signal und der Bezugswelle α′ ist, wobei diese beiden Bezugswellen einen Phasenunterschied von 90° haben.

Die Fig. 3A bis 3D zeigen die Wellenformen an den oben beschriebenen Teilen dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die Sendeschaltung 14 gibt Wellen auf der Grundlage des in Fig. 3A dargestellten Zeitablaufs aus. Das Zeitintervall zwischen dem ersten Ausgabeimpuls a ₁ und einem zweiten Ausgabeimpuls a ₂ beträgt T - T _S , das Zeitintervall zwischen dem zweiten Ausgabeimpuls a ₂ und einem dritten Ausgabeimpuls a ₃ beträgt T + T _S und das Zeitintervall zwischen dem dritten Ausgabeimpuls a ₃ und einem vierten Ausgabeimpuls a ₄ beträgt T - T _S .

Die Intervalle der Impulse, die dann folgen, haben abwechselnd die folgenden Zeitunterschiede: T - T _S und T + T _S . T _S ist ein bestimmtes Zeitintervall, das kleiner als T ist und jede Zeitdifferenz T - T _S und T + T _S ist ein ganzzahliges Vielfaches des Intervalls 2 π/ω ₀ der Ausgabeimpulse und der Bezugswellen. Zum Vergleich zeigt Fig. 3B eine Ausgabewellenform bei dem herkömmlichen Impulsdopplerverfahren, nämlich die Wellenform der in regelmäßigen Intervallen ausgegebenen Impulse.

Die empfangenen Signale, die durch die reflektierten akustischen Wellen dargestellt sind, die dann erhalten werden, wenn die in Fig. 3A dargestellten Impulse ausgegeben werden, sind in Fig. 3C mit C ₁, C ₂, C ₃ . . . dargestellt. Diese empfangenen Signale haben eine Verzögerung τ ₀ gegenüber den ausgegebenen Impulsen a ₁, a ₂ und a ₃, die dem Zeitintervall entspricht, das die akustische Welle braucht, um vom Wandler 1 zum Reflektor 2 und wieder zurück zu gehen. Diese empfangenen Signale C ₁, C ₂ und C ₃ werden mit den beiden Bezugswellen, die in Fig. 3D dargestellt sind, durch die Phasenkomparatoren gemischt, um miteinander bezüglich ihrer Phase verglichen zu werden. Die Ausgangssignale des Phasenkomparators, die auf die empfangenen Signale C _n (n=1, 2, 3 . . . ) ausgegeben werden, sind durch V _Rn und V _In (n=1, 2, 3 . . . ) dargestellt und gegeben durch

V _Rn = A _n cosϑ _n
V _In = A _n sinϑ _n .

Daraus ergibt sich die folgende Gleichung:

V _n = V _Rn + jV _In = A _n e ^{j ϑ} -n.

Von V _Rn und V _In wird jeweils angenommen, daß sie der Realteil und der Imaginärteil des Vektors V _n sind. Der Phasenwinkel ϑ _n des Vektors V _n zeigt einen konstanten Wert ϑ ₀, wie es in Fig. 3E dargestellt ist, wenn der Reflektor 2 unbeweglich ist.

Wenn sich andererseits der Reflektor 2 mit einer Geschwindigkeit bewegt, die durch eine Dopplerwinkelfrequenz ω d bestimmt ist, dann bewegt sich der Phasenwinkel des empfangenen Signals bezüglich der Bezugssignale α und α′ annähernd um einen Winkel l d pro Zeiteinheit. Der Phasenwinkel ϑ _n des Vektors V _n bewegt sich somit mit der Winkelfrequenz ω d, so daß der Phasenunterschied ϕ _e zwischen V _n und V _n+1 bei geradzahligem n durch die folgende Gleichung gegeben ist:

ϕ _E = ω d (T + T _S ).

Wenn n eine ungerade Zahl ist, ist der Phasenunterschied ϕ ₀ zwischen V _n und V _n+1 gleich

ϕ ₀ = ω d (T - T _S ).

Die Dopplerverschiebungsdetektorschaltung 12, die in Fig. 1 dargestellt ist, nimmt diese Phasenunterschiede ϕ _E und ϕ ₀ wahr, bildet den Unterschied zwischen d _E und ϕ ₀, nämlich 2ω dT _S und berechnet die Dopplerwinkelfrequenz ω d.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Dopplerverschiebungsdetektorschaltung anhand der Funktionsblöcke beschrieben, die im Block 12 von Fig. 1 dargestellt sind. Eine Phasendifferenzdetektoreinrichtung 4 ermittelt bezüglich des Vektors V _n ( = V _Rn + jV _In ) einen Vektor Y _n , der den Phasenunterschied zwischen dem Vektor V _n und dem Vektor V _n+1 angibt, der im vorhergehenden Schritt erfaßt wurde. Unter Verwendung von V* _n , die die konjugiert komplexe Zahl von V _n ist, wird Y _n aus der folgenden Gleichung berechnet:

Y _n = V _n+1·V* _n

Wenn Y _n = Y _E bei geradzahligem n und wenn Y _n = Y ₀ bei ungeradzahligem n ist, dann werden Y _E und Y ₀ durch die folgenden Gleichungen wiedergegeben:

Da diese Vektoren Y _E und Y ₀ unter dem Einfluß von Störungen schwanken, wird der Vorgang der Aufnahme des Vektors Y _n bezüglich der reflektierten Signale wiederholt, die wiederholt werden können, und werden bezüglich der Vektoren Y _E und Y ₀ durch die Vektoraddierer 5 und 6 Additionen vorgenommen. Wenn die Ergebnisse dieser Additionen gleich X _E und X ₀ sind, nachdem die Additionen in einer gegebenen Anzahl, beispielsweise achtmal jeweils, wiederholt sind, ergeben sich X _E und X ₀ = :

Die Phasen _e und ₀ der Vektoren X _E und X ₀ sind die Mittelwerte der Phasen der Vektoren Y _E und Y ₀ jeweils. X _E und X ₀ werden daher als diejenigen Vektoren verwandt, die die richtigen Werte von ϕ _E und d ₀ angeben.

Dann wird ein Vektor U, der den Phasenunterschied zwischen X _E und X ₀ wiedergibt, durch eine Phasendifferenzdetektoreinrichtung 7 erhalten, deren Aufbau äquivalent der Phasendifferenzdetektoreinrichtung 4 ist. Der Vektor U am Ausgang der Phasendifferenzdetektoreinrichtung 7 ist gleich:

Die Werte des Vektors U liegen an einer Winkeldetektoreinrichtung 8 und es wird der Winkel: Q = 2 dT _S erhalten. Diese Winkeldetektoreinrichtung 8 berechnet den folgenden Ausdruck:

In diesem Fall ist T _S bekannt und ein Teiler 9 berechnet den Ausdruck:

Es wird dadurch ein Betrag einer Frequenzschwankung d erhalten und die Geschwindigkeit des Reflektors ermittelt.

Der Einfachheit halber wurde im obigen die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels der Erfindung bezüglich des Falls beschrieben, in dem nur ein Reflektor vorhanden ist. Da in Wirklichkeit dieses Ausführungsbeispiel so ausgelegt ist, daß die Verteilung der Blutstromgeschwindigkeit usw. erhalten wird, ist die Doppler- Verschiebungsdetektorschaltung 12 so ausgebildet, daß sie den Wert von d über den Abstand zwischen einer Sonde und jedem der verschiedenen zu messenden Teile, d. h. der Stellen an verschiedenen Tiefen unter der Hautoberfläche ermittelt. Aufbau und Arbeitsweise jedes Teils der in Fig. 1 dargestellten Doppler- Verschiebungsdetektorschaltung 12 werden im folgenden mehr im einzelnen beschrieben.

Fig. 4 zeigt den Aufbau der Phasendifferenzdetektoreinrichtung 4 in Fig. 1. Analog/Digitalwandler 41 und 42 bilden Werte der Ausgangssignale V _R und V _I des Phasenkomparators 3 in jedem vorbestimmten Zeitintervall, um diese in der Art einer Analog/Digitalumwandlung umzuwandeln. Fig. 5 zeigt die Zeitintervalle, in denen diese Meßwertnahme erfolgt. Wie es in Fig. 5 dargestellt ist, wird nach der Ausgabe des ersten Impulses a ₁ der Ausgangssignalwert für ein Zeitintervall, in dem die Signale, die von Stellen des Gegenstandes in verschiedenen Tiefen reflektiert werden, wirksam erfaßt werden, d. h. von einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abgabe von a ₁ bis zu einem Zeitpunkt unmittelbar vor der Abgabe des nächsten Impulses genommen. Nach der Abgabe des zweiten Impulses a ₂ oder nach der Abgabe jedes weiteren folgenden Impulses wird die Meßwertnahme für dasselbe Zeitintervall bewirkt. M Reihen von Daten werden von jedem der Ausgangssignale V _R und V _I durch die Meßwertnahme bezüglich jeder Impulsabgabe erhalten. Diese Datenreihen werden nacheinander in einem Speicher 43 gespeichert, der Adressen in Richtung der Tiefe hat. Zu diesem Zeitpunkt werden die Datenreihen, die im Speicher 43 bezüglich des vorhergehenden Impulsabgabeschrittes gespeichert worden sind, auf einen weiteren Speicher 44 mit Adressen in Richtung der Tiefe übertragen. Die Werte des Vektors V _n , die bezüglich der Tiefen 1, 2 . . . M erhalten werden, werden somit konstant im Speicher 43 gespeichert, während die Werte des Vektors V _n-1, die bezüglich der Tiefen 1, 2 . . . M im vorhergehenden Schritt berechnet wurden, im Speicher 44 gespeichert werden. Diese Werte der Vektoren V _n und V _n-1 werden in der Reihenfolge der Tiefen 1, 2 . . . M ausgelesen und jeweils über einen Konjugator 45 in einen Vektor V _n-1* umgewandelt, der die konjugiert komplexe Zahl von V _n-1 ist. Diese Werte der Vektoren V _n-1* und V _n werden durch einen komplexen Multiplikator 46 miteinander multipliziert, um dadurch das Produkt Y _n = V _n · V _n-1* dieser Vektoren bezüglich jeder Tiefe zu erhalten. Wenn n eine gerade Zahl ist, wird der Schalter 47 auf die Seite a umgeschaltet, um Y _n als Y _E auszugeben. Wenn n eine ungerade Zahl ist, wird der Schalter 47 auf die Seite b geschaltet, um Y _n als Y ₀ auszugeben.

Fig. 6A zeigt den Aufbau des Vektoraddierers 5. Der Vektoraddierer 5 weist acht Speicher 51-1, 51-2 . . . 51-8 jeweils mit Adressen 1, 2, . . .M in Richtung der Tiefe auf, um die Werte des reellen Teils Y _ER des Vektors Y _E zu halten, die in den vergangenen acht Schritten erhalten wurden, während diese Werte der Reihe nach verschoben wurden. Der Vektoraddierer 5 weist gleichfalls acht Speicher 53-1, 53-2 . . . 53-8 jeweils mit Adressen 1, 2 . . . M in Richtung der Tiefe auf, um die Werte des imaginären Teils Y _EI zu halten, die in den vergangenen acht Schritten erhalten wurden, während diese Werte der Reihe nach verschoben wurden. Jedesmal wenn die Werte des Vektors Y _E von der Phasendifferenzdetektoreinrichtung geliefert werden, die in Fig. 4 dargestellt ist, wird der Wert des reellen Teils Y _ER des Vektors Y _E mit der entsprechenden Adresse im Speicher 51-1 gespeichert. Gleichzeitig werden die Daten Y _ER , die in den vergangenen sieben Schritten gespeichert wurden, jeweils zu den unteren Speichern verschoben. Wenn diese Arbeitsvorgänge abgeschlossen sind, zeigt das Ausgangssignal eines Addierers 52 einen Wert X _ER , der dadurch erhalten wird, daß die acht Werte von Y _ER addiert werden, die in den Speichern 51-1 bis 51-8 gespeichert sind. Bezüglich des imaginären Teils Y _EI werden dieselben Verschiebevorgänge in den Speichern 53-1 bis 53-8 bewirkt, wobei das Ausgangssignal eines Addierers 54 einen Wert X _EI zeigt, der dadurch erhalten wird, daß die acht Werte von Y _EI addiert werden. Diese Arbeitsvorgänge führen dazu, daß der Addierer 5 den addierten Vektor X _E ausgibt, der aus den Werten von Y _E in den vergangenen acht Schritten berechnet wurde.

Der Vektoraddierer 6, der in Fig. 6B dargestellt ist, hat denselben Aufbau wie der Vektoraddierer 5. X _OR wird durch die Arbeit der Speicher 61-1 bis 61-8 und eines Addierers 62 erhalten, während X _OI durch die Arbeit der Speicher 63-1 bis 63-8 und eines Addierers 63 erhalten wird. Immer dann, wenn Y ₀ bezüglich jeder Tiefe geliefert wird, wird der addierte Vektor X ₀ aus den Werten von Y ₀ berechnet, die in den vergangenen acht Schritten erhalten wurden.

Die Datenfelder X _E und X ₀ werden einer Phasendifferenzdetektoreinrichtung 7 mit dem gleichen Aufbau, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, eingegeben, um dadurch den Vektor U zu berechnen, wobei U = X _E · X ₀*, mit X ₀* gleich dem Vektor, der die konjugiert komplexe Zahl von X ₀ wiedergibt. Aus den Datenfeldern für den Vektor U, die bezüglich jeder Tiefe berechnet werden, kann der Wert von ω d durch die Winkelberechnungseinheit 8 und den Teiler 9 bezüglich jeder Tiefe erhalten werden. Der Wert von ω d, der jeder der Tiefen 1, 2 . . . M entspricht, wird an der Anzeige 10 angezeigt. Fig. 7 zeigt ein Beispiel dieser Anzeige, wobei auf der Ordinate der Wert ω d und auf der Abszisse die Tiefe aufgetragen sind. Aus dem Bild dieser Anzeige kann die Geschwindigkeitsverteilung in einem Gegenstand, beispielsweise die Geschwindigkeitsverteilung eines Blutstromes entnommen werden.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Mittel der Geschwindigkeit, die während Zeitintervallen gemessen wurde, die der Impulsübertragung entspricht, die in den vergangenen sechzehn Schritten bewirkt wurde, fortlaufend durch die Arbeit der Vektoraddierer 5 und 6 berechnet, die anhand der Fig. 6A und 6B beschrieben wurden. Der Mittelwert wird immer dann fortgeschrieben, wenn ein Impuls übertragen wird. Um diese Arbeitsvorgänge zu bewirken, werden die Werte X _E und X ₀ immer dann ausgelesen, wenn Y _E und Y ₀ auf jede Impulsübertragung geliefert werden, das Lesen dieser Werte kann jedoch auch in anderer Weise so bewirkt werden, daß Y _E immer dann gelesen wird, wenn der Vorgang der Speicherung der Datenfelder Y _E in den Speichern 51-1 bis 51-8 und in den Speichern 53-1 bis 53-8 bezüglich der vergangenen sechzehn Übertragungsschritte abgeschlossen ist, und daß in ähnlicher Weise X ₀ immer dann gelesen wird, wenn der Vorgang der Speicherung der Datenfelder Y ₀ in den Speichern 61-1 bis 61-8 und in den Speichern 63-1 bis 63-8 abgeschlossen ist. In diesem Fall wird das Mittel der Geschwindigkeit alle weiteren sechzehn Übertragungsschritte fortgeschrieben. Bei einer Ausbildung, bei der der Mittelwert alle weiteren sechzehn Übertragungsschritte fortgeschrieben wird, kann eine Abfolge von Arbeitsschritten derart bewirkt werden, daß der Übertragungsschritt zunächst achtmal in Zeitintervallen von T - T _S wiederholt wird, um den Wert von X _E zu erhalten, und dann achtmal in Zeitintervallen T + T _S wiederholt wird, um den Wert von X ₀ zu erhalten.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Phasenunterschied zwischen Y _E und Y ₀ direkt erhalten wird, ohne den Vorgang der Vektoraddition bezüglich Y _E und Y ₀ durchzuführen. In Fig. 8 ist nur der Teil dargestellt, der dem Block 12 von Fig. 1 entspricht. Die anderen Bauteile sind die gleichen wie bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung. Bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Aufbau der Blöcke 41 bis 46 gleich dem, wie er in Fig. 4 dargestellt ist und wird der Vektor Y _n (Y _n = V _n -· V _n-1*) an den Tiefen 1, 2 . . . M erhalten. Dieser Teil bildet eine erste Phasendifferenzvergleichsschaltung 4′. Der Vektor Y _n , der an jeder Tiefe gemessen wird, wird in einen Speicher 71 mit M Adressen in Richtung der Tiefe eingeschrieben. Zu diesem Zeitpunkt wird der Vektor Y _n-1(Y _n-1 = V _n-1 · V _-n-2*), der nach dem vorhergehenden Übertragungsschritt berechnet worden ist, vom Speicher 71 auf einen Speicher 72 übertragen. Wenn der Schritt der Datenübertragung in dieser Weise abgeschlossen ist, werden Y _n und Y _n-1 ausgelesen. Einer davon liegt über Schalter 76 und 77 an einem Konjugator 73 und der andere liegt über diese Schalter 76 und 77 an einem Eingang eines komplexen Multiplikators 74. Der durch den Konjugator 73 in die konjugiert komplexe Zahl umgewandelte Vektor liegt am anderen Eingang des komplexen Multiplikators. Die Schalter 76 und 77 werden auf die Seite a bei geradzahligem n und auf die Seiten b bei ungeradzahligem n umgeschaltet. Dementsprechend wird das Ausgangssignal W des komplexen Multiplikators 74 immer durch die folgende Gleichung wiedergegeben:

W = Y ₀ · Y _E *.

Dieser Vorgang wird wiederholt, bis das Einschreiben der Datenfelder Y _n bezüglich der Tiefen 1, 2 . . . M abgeschlossen ist. Es wird ein neuer Wert des Vektors Y _n in den Speicher 71 eingeschrieben, um den obigen Vorgang zu wiederholen, immer wenn ein Impuls übertragen wird. Die Schaltungen 71 bis 77 bilden eine zweite Phasendifferenzvergleichseinrichtung 7′ zum Berechnen eines Vektors W, der den Unterschied zwischen dem Phasenunterschied Y _n , der durch die erste Phasendifferenzdetektoreinrichtung 4′ ermittelt wurde, und dem Phasenunterschied Y _n-1 wiedergibt, der durch dieselbe Einrichtung im vorhergehenden Schritt ermittelt wurde. Dieser Vektor W wird in einen Winkel Arg {W} durch die Winkeldetektoreinrichtung 8 durch Berechnung des folgenden Ausdruckes umgewandelt:

Arg {W} = tan^-1 [W _I /W _R ]

wobei W _I der imaginäre Teil des Vektors ist und W _R der reelle Teil des Vektors ist. Da der Wert von Arg {W} 2T _S ω d entspricht, kann die Geschwindigkeitsverteilung in Echtzeit dadurch angezeigt werden, daß an der Anzeige die Werte von Arg {W} angezeigt werden, die der Reihe nach bezüglich der Tiefen 1, 2 . . . M berechnet werden. Ein Typ einer Anzeige mit einer Nachbildeigenschaft kann dazu benutzt werden, die Änderungen der Geschwindigkeit an jeder Tiefe während eines Zeitintervalls von vergangenen Übertragungsschritten anzuzeigen, wie es in Fig. 9A dargestellt ist. Es kann auch ein Typ einer Anzeige mit einem Bildspeicher dazu verwandt werden, die Änderungen in der Geschwindigkeit an einer Tiefe bezogen auf die Zeit anzuzeigen, indem nur die Daten über die Geschwindigkeit an der Tiefe aus den Werten Arg {W} gewählt werden, die die Geschwindigkeit der Tiefen 1, 2 . . . M angeben, die gewählten Daten in den Bildspeicher der Reihe nach eingeschrieben werden und der Reihe nach die Datenfelder verschoben werden, die in den Bildspeicher an den vergangenen Schritten eingeschrieben worden sind. Fig. 9B zeigt ein Beispiel dieses Typs der Anzeige.

Fig. 10 zeigt noch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind der Aufbau und die Arbeitsweise des Teils, in dem der Vektor U berechnet wird, nämlich des Teils, der die Phasendifferenzdetektoreinrichtungen 4 und 7 und die Vektoraddierer 5 und 6 einschließt, gleich denen, wie sie in Fig. 1 bis 7 dargestellt sind. Der Vektor U, der der Reihe nach ermittelt wird, wird als eine zeitliche Reihe U _n angesehen und es wird der Vektor gebildet.

Ein komplexer Multiplikator 22 und ein Speicher 24 mit Adressen 1, 2 . . . M in Richtung der Tiefe sind dazu vorgesehen, diesen Vektor Z _n an jeder Tiefe zu bilden. Der Vektor Z _n wird über einen Fourier-Transformator 26 nach Art einer Fourier- Transformation umgewandelt und das Ausgangssignal des Fourier- Transformators wird an der Anzeige angezeigt. Die Anzeige wird im wesentlichen in der gleichen Form bewirkt, wie sie in Fig. 9A dargestellt ist, wobei alle verschiedenen Geschwindigkeitskomponenten an jeder Tiefe angezeigt werden.

Der meßbare Bereich der Doppler-Verschiebungsfrequenz bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird im folgenden beschrieben. Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen können zwei Phasen ohne Unbestimmtheit im Bereich der Phase des Vektors U oder des Vektors W ± π bestimmt werden. Die Doppler-Verschiebungswinkelfrequenz kann daher innerhalb eines Bereiches ermittelt werden:

Die Doppler-Verschiebungsfrequenz fd kann daher innerhalb eines Bereiches ermittelt werden:

Beim Vorgang der Impulsübertragung auf der Grundlage des herkömmlichen Impuls-Dopplerverfahrens, wie es in Fig. 3B dargestellt ist, werden die Daten andererseits alle T Sekunden erhalten, so daß die Doppler-Verschiebungsfrequenz fd innerhalb eines Bereiches ermittelt werden kann:

Der meßbare Geschwindigkeitsbereich ist somit gemäß der Erfindung verbreitert und um T/2 · T _S multipliziert.

Die maximale Tiefe D, bis zu der die Geschwindigkeit des Gegenstandes gemessen werden kann, wird andererseits wiedergegeben durch: wobei S die Schallgeschwindigkeit ist. Dann beträgt das Produkt aus D und der maximal ermittelbaren Doppler-Verschiebungsfrequenz fd _max Da bei dem herkömmlichen Impuls-Dopplerverfahren ist, ist der Wert von D · fd _max gemäß der Erfindung größer als derjenige, der beim herkömmlichen Impuls-Dopplerverfahren erhalten wird, wenn ist. Das heißt, daß es bevorzugt ist, einen Wert von T _S kleiner als T/3 zu wählen.

Claims (6)

1. Ultraschallgeschwindigkeitsmeßvorrichtung zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Gegenstandes aus den Phasenänderungen der von dem Gegenstand reflektierten Wellen, die dadurch erhalten werden, daß wiederholt Ultraschallimpulse zum Gegenstand ausgesandt werden, gekennzeichnet durch eine Sendeeinrichtung (14) zum wiederholten Aussenden von Ultraschallimpulsen zu verschiedenen Zeitintervallen, eine erste Detektoreinrichtung (4, 4′), die nacheinander den Phasenunterschied zwischen den reflektierten Wellen ermittelt, die wiederholt durch den Gegenstand von den ausgesandten Ultraschallimpulsen erhalten werden, und eine zweite Detektoreinrichtung (7, 7′), die einen zweiten Phasenunterschied zwischen den ersten Phasenunterschieden ermittelt, die durch die erste Detektoreinrichtung (4, 4′) ermittelt wurden, wobei die Geschwindigkeit des Gegenstandes auf der Grundlage der zweiten Phasenunterschiede zwischen den ersten Phasenunterschieden ermittelt wird.

2. Ultraschallgeschwindigkeitsmeßvorrichtung gekennzeichnet durch eine Sendeeinrichtung (14), die wiederholt akustische Wellen in Form von Impulsen zu einem Gegenstand (2) abwechselnd zu ersten und zweiten Zeitintervallen aussendet, die voneinander verschieden sind, eine Empfangseinrichtung (16), die die reflektierten Wellen aufnimmt, die durch die Wellen in Form von Impulsen erzeugt und durch den Gegenstand (2) reflektiert werden, einen Phasenkomparator (3), der eine erste und eine zweite gemischte Welle dadurch erzeugt, daß er ein Empfangssignal mit zwei Bezugswellen mischt, wobei die Phasen der Bezugswellen um 90° voneinander verschieden sind, eine erste Phasendifferenzdetektoreinrichtung (4), die Phasenunterschiede zwischen einem Paar von Vektoren, die die erste und die zweite gemischte Welle wiedergeben, die aus der reflektierten Welle erzeugt werden, die bei jedem Aussenden eines der Impulse erhalten wird, und einem Paar von Vektoren ermittelt, die die erste und die zweite gemischte Welle wiedergeben, die durch das vorhergehende Aussenden eines anderen Impulses erhalten wurden, eine zweite Phasendifferenzdetektoreinrichtung (7), die den Unterschied zwischen den ersten Phasenunterschieden, die bezüglich des ersten Zeitintervalls bewirkt werden, und zweiten Phasenunterschieden, die bezüglich des zweiten Zeitintervalls bewirkt werden, in Hinblick auf die Phasenunterschiede ermittelt, die der Reihe nach von der ersten Phasendifferenzdetektoreinrichtung (4) geliefert werden, und eine Anzeigeeinrichtung (10), die das Ausgangssignal der zweiten Phasendifferenzdetektoreinrichtung (7) als Geschwindigkeit des Gegenstandes (2) anzeigt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Vektoraddiereinrichtung (5, 6) zum Addieren und Mitteln der Werte der ersten und der zweiten Phasenunterschiede, nachdem die Bildung der ersten oder zweiten Phasenunterschiede mehrmals wiederholt worden ist, wobei die zweite Phasendifferenzdetektoreinrichtung (7) den Unterschied zwischen den gemittelten Werten der ersten und zweiten Phasenunterschiede bildet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Phasendifferenzdetektoreinrichtung (4) Werte der ersten und zweiten gemischten Welle für ein gegebenes Zeitintervall nach dem Aussenden eines der Impulse nimmt und Einrichtungen vorgesehen sind, die die Phasenunterschiede zwischen einem Paar Vektoren, die die erste und die zweite gemischte Welle wiedergeben, deren Werte bezüglich jedes Aussendens eines der Impulse genommen wurden, und einem Paar von Vektoren der ersten und der zweiten gemischten Welle ermittelt, deren Werte bezüglich des vorhergehenden Aussendens eines anderen Impulses genommen wurden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Vektormultiplikator (22) zum Addieren und Multiplizieren der Vektoren, die den Phasenunterschied angeben, der der Reihe nach von der zweiten Phasendifferenzdetektoreinrichtung (7) kommt, und einen Fourier-Transformator (26), der das Ausgangssignal des Vektormultiplikators (22) nach Art einer Fourier-Transformation umwandelt, wobei die dadurch umgewandelten Vektoren angezeigt werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Zeitintervall durch T - T _S und T + T _S wiedergegeben sind, wobei T _S ≦ωτ T/3 ist.