DE3839343A1 - Ultraschall-kamera - Google Patents

Ultraschall-kamera

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DE3839343A1
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ultrasound
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DE3839343A
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Geron A Loebbe
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H3/00—Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
    • G01H3/10—Amplitude; Power
    • G01H3/12—Amplitude; Power by electric means
    • G01H3/125—Amplitude; Power by electric means for representing acoustic field distribution
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52023—Details of receivers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

Wirkungs- und Funktionsweise
Dieses System macht sich den Effekt zunutze, daß sich der Schall wie Licht "optisch" verarbeiten läßt. Das erzeugte Schall-"bild" wird dann über ein selektiv druckempfindliches Sensorfeld in elektrische Signale umgewandelt, die zeilenweise abgerufen, direkt als Videosignal weiter­ verarbeitet werden.
Zur Beseitigung von Schallstörungen aufgrund äußerer Einflüsse ist es vorteilhaft, alle Signale mit einer von der Geberfrequenz abweichenden Frequenz auszufiltern.
Zur Erzielung eines klaren Bildes ist es erforderlich, ein Schallsignal mit möglichst kurzer Wellenlänge (hohe Auflösung) also Ultraschall zu benutzen.
Dieses Schallsignal wird vom Objekt reflektiert und zwar in unter­ schiedlichen Intensitäten, je nach Material und Oberflächenbeschaffen­ heit.
Die reflektierten Wellen werden durch die "akustische Optik" in ein "Bild" umgewandelt, das unterschiedliche Schalldruckintensitäten auf­ weist, die vom Sensor in brauchbare Signale umgewandelt werden.
Der Sensor beruht auf dem piezoelektrischen Effekt, wobei das Sensor­ feld zur Bildverarbeitung aus kleinen gerasterten Elementen bestehen muß, die einzeln abgerufen werden können. (Rastergröße im 10tel mm bis µm Bereich).
Die Sensorebene wird einem Schalldruckfeld ausgesetzt, das unterschied­ liche Schalldruckintensitäten aufweist.
In dem mit 2 bezeichneten piezoelektrischen Material wird der Schall in ein elektrisches Wechselspannungssignal umgewandelt.
Die Wechselspannung bewirkt als Steuerspannung einen Stromzufluß von 3 a nach 3 b, dessen Stärke sich proportional zur Steuerspannung verhält.
Da wie beim Feldeffekttransistor nur die positive Steuerspannung ver­ stärkt wird, hat das gepulste Gleichstromsignal nur die halbe Frequenz des Schalls.
Die Stromsignale, die proportional zum Schalldruck sind, werden über 3 b an den Rand des Sensors geleitet, wo sie abgerufen werden können. Durch die kreuzweise Anordnung der Signalschienen (3 b) kann jedes Feld separat abgerufen werden.
Anwendungsmöglichkeiten
Für Forschung und Arbeiten besonders in trüben Gewässern.
Bei sehr hohen Schallintensitäten auch in der Meeresforschung für größere Gebiete und Tiefen.
In der Medizin zum "durchleuchten" von Körperteilen oder als Hilfs­ mittel bei Untersuchungen. (Herkömmliche Geräte erreichen nicht die hohe Auflösung).
Bei Einsatz von verschiedenen Frequenzen gleichzeitig ist es möglich, "Farbbilder" zu erzeugen (jeder Frequenz wird eine Farbe zugeordnet).
Durch die Ausnutzung des Dopplereffekts ist es möglich, gezielt nur bewegte Objekte zu erfassen.
Erläuterungen zur Zeichnung
1  Ultraschallgeber
2  Linse aus Gummi oder anderem Material, das den Schall langsamer leitet als das Medium, in dem die Kamera eingesetzt wird. (Im umgekehrten Fall muß die Linse konkav sein).
3 Flüssigkeitsgefüllter Innenraum z. B. Öl oder Wasser. Bei Festkörperfüllung ist die variable Fokussierung schwierig zu verwirklichen.
4 Sensor
5 Scharfstellvorrichtung z. B. Hydraulikzylinder oder Piezo­ kristall oder anderes zum Justieren des Sensors in die Brenn­ ebene.
6 Gehäuse
7 Massiver Parabolreflektor aus einem harten Material, z. B. Glas, Metall oder ähnliches. Diese Version ist am ehesten auch für den Einsatz in Luft oder Gasen geeignet, dazu muß aber der Innenraum luft- oder gasgefüllt und der Reflektor größer dimen­ sioniert sein.
8 Dünne Membran um den Innenraum und damit den Sensor vor äußeren Einflüssen und Verschmutzung zu schützen.

Claims (4)

1. Ultraschall-Kamera, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flächensensor im Rasteraufbau aus Schallsignalen über den piezoelektrischen Effekt elektrische Signale zur Bilddarstellung liefert.
2. Ultraschall-Kamera, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalloptik-Linse aus schalldurchlässigem Material mit unterschiedlicher Schallgeschwindigkeit als das umgebende Material besteht,
oder bei Parabelreflektor hartes Material mit hoher Schallreflektionseigenschaft verwendet wird.
3. Ultraschall-Kamera, dadurch gekennzeichnet, daß beide schalloptischen Systeme ein gebündeltes Schallbild auf den Sensor werfen.
4. Ultraschall-Kamera, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschall­ sensor zur Fokussierung in Längsachse beweglich ist.
DE3839343A 1988-11-22 1988-11-22 Ultraschall-kamera Withdrawn DE3839343A1 (de)

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