DE3886170T2 - Wandler. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft Wandler, insbesondere einen abtastenden Ultraschallwandler.
• Wandler, und insbesondere Ultraschallwandler, werden bei vielen Anwendungen verwendet, so wie der medizinischen Abbildung, wo hohe Präzision erforderlich ist. Besonders, wenn die Wandler für die medizinische Abbildung benutzt werden, könnte ein Fehler beim Positionieren des Wandlers, wenn die Ablesungen aufgenommen werden, zu einer falschen Diagnose oder Behandlung führen. Bestirmnungen der FDA (Food and Drug Administration) beschränken auch die akustische Leistungsabgabe, die zum Abbilden verschiedener Gebiete des Körpers und unterschiedlicher Klassen von Patienten, so wie Föten oder Kinder, verwendet werden können. Genaue Steuerung der Ausgabeleistung ist daher gefordert, insbesondere für Wandler, die für mehr als eine Abbildungsklasse verwendet werden sollen.
• Bis jetzt ist die Steuerung der Wandlerposition bis zu einem gewählten Präzisionsgrad durch Aufrechterhalten hoher Toleranzen bei dem Herstellungsprozeß und durch sorgfältiges Prüfen und Handeinstellen von Wandlereinheiten, die diesen Toleranzen nicht entsprechen, erreicht worden. Beispielsweise haben mechanische abtastende Wandler typischerweise einen Positionsfühler, dessen Ausgabe mit einem Referenzsignal verglichen wird, und die Fehlerausgabe der Vergleichseinrichtung wird verwendet, um einen Servomotor zu steuern, der den Wandler durch seinen Abtastpfad bewegt. Irgendwelche Nichtlinearität in der Positionsfühlervorrichtung kann zu falschen Positionsablesungen führen und kann auch geringe Änderungen in der Überstreichgeschwindigkeit des Wandlers verursachen.
• Selbst wenn große Sorgfalt und Kosten beim Herstellungsprozeß und bei der Handeinstellung der Vorrichtung vorgenommen werden, ist es unmöglich, jegliche Nichtlinearität bei dem Positionsfühlermechanismus auszuschalten. Im Ergebnis sind solche Wandler relativ teuer gewesen, wobei sie noch weniger als den idealen Betrieb liefern.
• Ähnlich können die Leistungsabgabeeigenschaften einzelner Wandlerelemente sich etwas mit der aufgegebenen Eingabe ändern, was es schwierig macht, selbst bei hohen Herstellungstoleranzen, Wandler zur Verfügung zu stellen, die die erforderliche akustische Abgabeleistung für unterschiedliche Betriebsklassen liefern. Wiederum werden selbst bei relativ hohen Kosten weniger als ideale Ergebnisse erreicht.
• Da, entweder wegen der FDA-Bestimmungen oder aus anderen Gründen, bestimmte Wandler für bestimmte Betriebsklassen nicht geeignet sein können, wäre es wünschenswert, wenn eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden könnte, die Verwendung solcher Wandler für solche Betriebsklassen zu verhindern. Existierende Wandler vermögen dies im allgemeinen nicht.
• Ein weiteres Problem bei den existierenden Wandlern ist es, daß jeder Wandler verschiedene Konstanten und andere Parameterwerte hat, die dem System bekannt sein müssen, welches den Wandler verwendet, damit das System den Wandler genau kontrollieren kann und die Ergebnisse, die von ihm erhalten werden, genau interpretieren kann. Bis jetzt mußte das System, das den Wandler verwendet, repräsentative Werte für jede Klasse von Wandlern speichern, die mit dem System verwendet werden könnten, und geeignete Werte aus einer Identifikation der Wandlerklasse auswählen, die zu irgendeinem Zeitpunkt mit dem System verwendet wird. Diese Information für die Wandlerklasse, die verwendet wird, kann entweder manuell eingegeben oder kann aus einem einfachen Datenspeicherelement gelesen werden, das in den Wandler eingeschlossen ist.
• Diese Vorgehensweise leidet an einer Anzahl von Beschränkungen. Zuerst, obwohl die verschiedenen Konstanten und weiteren Werte, die gespeichert sind, im wesentlichen für eine gegebene Wandlerklasse gleichförmig sind, können wesentliche Abweichungen in diesen Werten unter einzelnen Wandlern in der Klasse vorliegen. Somit, obwohl die gespeicherten Werte für alle Wandler einer Klasse verwendbar sein können, sind sie nicht die exakten Werte für den speziellen Wandler, der zu einem gegebenen Zeitpunkt verwendet wird. Unterschiede zwischen den mittleren gespeicherten Werten und den tatsächlichen Werten für den Wandler, der verwendet wird, können bei manchen Anwendungen zu fehlerhaften Ausgaben führen.
• Weiterhin werden im Laufe der Jahre, in denen ein Ultraschallsystem verwendet wird, neue Wandlerklassen verfügbar werden, deren Parameter nicht von Anf ang an in dem System gespeichert sind. Dies erfordert eine Neuprogrammierung des Systems, was entweder Hardware- oder Softwareänderungen für jeden neuen Wandler oder jede Familie von Wandlern einschließt, die zur Verwendung dem System zur Verfügung gestellt werden. Softwaremedien und/oder Dokumentation muß daher mit jeder neuen Ausgabe von Wandlern zur Verfügung gestellt werden, um ein zweckmäßiges Aktualisieren des Systems zu erlauben, in dem die Wandler verwendet werden können.
• Ein weiteres potentielles Problem mit existierenden Wandlern ist, daß, in dem Ausmaß, daß es überhaupt Aufzeichnungen über die Verwendung eines Wandlers gibt, solche Aufzeichnungen normalerweise manuell gepflegt werden. Da der Wandler, der in einem gegebenen System benutzt wird, für unterschiedliche Anwendungen geändert werden kann, kann es schwierig oder unmöglich sein, die Zeitdauer zu bestimmen, über die ein gegebener Wandler tatsächlich benutzt worden ist. Somit gibt es normalerweise keine Aufzeichnungen über die tatsächliche Stundenzahl der Verwendung für einen gegebenen Wandler. Eine solche Information könnte nützlich sein, um festzulegen, wann ein Wandler ersetzt werden sollte, wann eine präventive Wartung durchgeführt werden sollte oder für andere Betriebsoder verwandte Zwecke. Eine solche Information würde es auch erlauben, Betriebsarchive für Wandler oder Klassen von Wandlern zu entwickeln, die für verschiedene Zwecke benutzt werden könnten.
• Schließlich gibt es gegenwärtig keinen Mechanismus zum Informieren des Ultraschall- oder anderen Wandlersystems über den vollen Bereich von Betriebsparametern für einen gegebenen Wandler, so wie seinen Typ, Modellnummer, laufende Nummer und verschiedene angezeigte und tatsächliche Eigenschaften, so wie Frequenz, maximaler Abtastwinkel, Brennweite und dergleichen.
• Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, einen relativ einfachen und kostengünstigen Mechanismus zur Verwendung in Wandlersystemen zur Verfügung zu stellen, um Positionsgenauigkeit, gleichförmige Abtastgeschwindigkeit und genaue Leistungsausgabe aus dem Wandlerelement sicherzustellen, wobei gleichzeitig die Herstellungstoleranzen für die Wandler nachgelassen werden.
• Eine genauere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Ultraschallwandlersystem zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, die Nichtlinearität bei dem Positionsfühlermechanismus zu kompensieren, um somit die genaue Positionierung des Wandlerelementes und eine gleichförmige Abtastgeschwindigkeit für das Element zu ermöglichen.
• Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen Mechanismus zu schaffen, um an ein Wandlersystem genaue Information über die Betriebseigenschaften und Konstanten des Wandlers zu liefern, der in dem System benutzt wird, ohne daß irgendeine Neuprogrammierung des Systems erforderlich ist.
• Noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen einfachen Mechanismus zu schaffen, um solche Dinge wie das Alter des Wandlerelementes, die tatsächliche Nutzungsdauer für den Wandler, die Nutzungsdauer für unterschiedliche Betriebsklassen, die Nutzungsdauer seit der letzten Wartung und dergleichen zu verfolgen.
• In der US-A 4,587,971 ist ein servogesteuertes abtastendes Wandlersystem offenbart, mit einem Wandlerelement für das Abtasten, einer Vorrichtung zum Fühlen der Position des Elementes auf seinem Abtastpfad und einer Einrichtung, die auf die von der Fühlervorrichtung erfaßte Position anspricht, um die Bewegung des Elementes zu steuern, wobei die Steuereinrichtung eine Einrichtung zum Erzeugen eines Referenzsignales, eine Einrichtung zum Vergleichen der durch die Positionsfühlervorrichtung erfaßten Position zu einem Zeitpunkt mit dem Referenzsignal für den entsprechenden Zeitpunkt und eine Einrichtung, die auf eine Differenzausgabe aus der Vergleichseinrichtung anspricht, zum Steuern des Abtastens des Wandlerelementes und eine Vorrichtung zum Ausgleichen von Fehlern beim Abtasten des Wandlerelementes, welche eine Speichereinrichtung zum Speichern von Korrekturinformation für die Fehler aufweist, umfaßt. Der Offenbarungsgehalt dieses Dokumentes entspricht dem einleitenden Teil von Anspruch 1.
• Das Dokument JP-A 60 60507 offenbart eine Vorrichtung mit einem Fehlerkorrektur-Speicherschaltkreis zum Korrigieren eines Fehlers eines Positionsdetektors.
• Das Dokument EP-A 0 079 086 offenbart einen Sensor zum Auf zeichnen eines chemischen, physikalischen oder biologischen Parameters und einschließlich einer Speichereinheit in dem Sensorgehäuse oder in einem Verbinder.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Abtasten des Wandlersystems mit einem Wandlerelement für das Abtasten, einer Vorrichtung zum Abfühlen der das Element betreffenden Abtastinformation und einer auf die von der Fühlervorrichtung abgefühlte Abtastinformation ansprechende Vorrichtung zum Steuern des Betriebes des Elementes, und einer Vorrichtung zum Ausgleichen von Fehlern beim Abtasten mit dem Wandlerelement, die eine Speichereinrichtung zum Speichern von Korrekturinformation für die Fehler aufweist, zur Verfügung gestellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung in das Wandlerelement integriert ist und zumindest wahlweise löschbar ist und daß die Vorrichtung zum Steuern eine Verarbeitungseinrichtung aufweist, die die in der Speichereinrichtung gespeicherte Information verwendet, um den Ausgang von der Vorrichtung zum Steuern zu modifizieren, um die Fehler auszugleichen, wobei die Verarbeitungseinrichtung auch die Information periodisch aktualisiert.
• Die Abtastinformation betrifft bevorzugt die Position des Elementes auf seinem Abtastpfad, und die Steuervorrichtung spricht auf die von der Fühlervorrichtung abgefühlte Position an, um die Bewegung des Elementes zu steuern.
• Die in der Speichereinrichtung gespeicherte Fehlerinformation kann verwendet werden, um Positionen zu modifizieren, die in einer Positionstabelle gespeichert sind, wobei die Tabelle verwendet wird, um den Punkt zu steuern, an dem Ablesungen oder andere Vorgänge von dem Wandler vorgenommen werden. Beispielsweise könnte die Tabelle die Punkte steuern, an denen Ultraschallinien erzeugt werden. Die gespeicherte Fehlerinformation kann auch verwendet werden, um das Referenzsignal zu modifizieren, das verwendet wird, um die Servobewegung des Wandlerelementes zu steuern, was somit eine im wesentlichen gleichförmige Abtastgeschwindigkeit eines solchen Elementes schafft.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Wandlerelement in einem Kopf angebracht, der über ein Kabel mit dem Stecker verbunden ist, der an den Rest des Wandlersystemes geschaltet ist, und die Speichereinrichtung ist in den Stecker eingebaut.
• Die Speichereinrichtung kann auch eine Angabe über eine ausgewählte Ausgangssignal-Kenngröße von dem Wandlerelement für ausgewählte Bedingungen speichern, so wie die Ausgabesignalleistung, von dem Wandlerelement für ausgewählte Bedingungen, wobei das System eine Einrichtung zum Verwenden der Ausgangssignal-Kenngröße, die in der Speichereinrichtung gespeichert ist, umfaßt, um die ausgewählte Ausgangssignal-Kenngröße aus dem Wandlerelement auszuwählen. Die Speichereinrichtung kann auch eine Einsatzbereichs-Steuerangabe aufweisen, wobei das System eine Einrichtung hat, die auf die Einsatzbereichs-Steuerangabe anspricht, um den Einsatzbereich des Wandlers zu begrenzen.
• Die Speichereinrichtung kann wenigstens wahlweise löschbar sein, und eine Einrichtung zum Speichern ausgewählter Information, die die Betriebsweise des Wandlerelementes betrifft, so wie beispielsweise dessen Betriebszeit, kann vorgesehen sein. Verschiedene andere ausgewählte Information, die den Wandler betrifft, so wie, beispielsweise, unterschiedliche Betriebskonstanten, kann auch in der Speichereinrichtung gespeichert werden, die in dem Wandlerelement eingebaut ist.
• Die vorangehenden und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden genaueren Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt, deutlich.
• In den Zeichnungen:
• Figur 1 ist eine halbschematische, teilweise geschnittene Ansicht eines Wandlersystems einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
• Figur 2 ist eine schematische Darstellung eines Wandlersystems dieser Erfindung.
• Figur 3 ist eine Darstellung, die ideale und tatsächliche Spannungen an verschiedenen Punkten in dem Schaltkreis der Figur 2 erläutert.
Genaue Beschreibung:
• Figur 1 ist eine halbschematische Darstellung eines abtastenden, mechanischen Ultraschallwandlersystems, welches die Lehren der vorliegenden Erfindung verwendet. Das Wandler-System umfaßt einen Wandlerkopf 10, ein Kabel 12, das von dem Kopf 10 zu dem Stecker 14 eines Verbinders 16 führt, und einen Systemschaltkreis 18, der an den Sockel 22 des Verbinders 16 geschaltet ist. Der Kopf 10 hat einen Hauptkörper oder ein Gehäuse 24, an dessen oberem Ende eine transparente Abdeckung 26 befestigt ist. In der Figur ist die Abdeckung 26 an dem Körper 24 durch eine Schraubverbindung 28 befestigt gezeigt. Der abgedichtete Hohlraum 30, der innerhalb der Abdeckung 26 gebildet ist, ist normalerweise mit einem akustisch koppelnden Fluid mit einer akustischen Impedanz, die im wesentlichen der des abzubildenden Objektes angepaßt ist, gefüllt.
• Eingebaut in den Hohlraum 30 ist ein Wandlerelement 32, das so ausgelegt ist, daß es abwechselnd akustische Ultraschallsignale erzeugt und empfängt. Das Element 32 ist an einer Basis 34 befestigt, die in dem Hohlraum so angebracht ist, daß sie um eine Welle 36 schwenkbar ist. Ein flexibles Element, so wie eine Feder, ein Draht oder eine Litze 38 ist an einem Ende um eine Scheibe 40 gewickelt, die an der Basis 34 festgelegt ist, und ist an der Scheibe befestigt. Das andere Ende des Elementes 38 ist an dem Servomotor 42 befestigt, der in dem Gehäuse 24 eingebaut ist. Die Bewegung des Motors 42 wird über das Element 38 übertragen, um die Basis 34 und das daran angebrachte Wandlerelement 32 in eine Richtung zu drehen und um das Umkehren dieser Elemente in die entgegengesetzte Richtung zu steuern.
• Eine Platte oder Lamelle 44 ist an der Unterseite der Basis 34 befestigt, wobei die Platte auf der einen Seite breiter ist als auf der anderen und in ihrer Breite (Radius) zwischen den beiden Enden in einer vorbestimmten Weise variiert (so wie beispielsweise ein Schnitt einer Spirale) . Die Platte 44 bewegt sich durch einen Schlitz in einen toroidalen Induktor 46, der vorbestimmte Änderungen in seiner Induktivität bewirkt, welche als eine Funktion der Winkelposition des Wandlerelementes 32 variiert. Idealerweise ändert sich die Induktivität des Induktors 46 linear mit der Winkelposition des Wandlerelementes. Jedoch, wie zuvor diskutiert worden ist, ist diese Aufgabe nicht einfach lösbar, und die Ausgabe aus dem toroidalen Induktor ist daher im allgemeinen, wenigstens zu einem gewissen Grad, nichtlinear.
• In dem Steckverbinder 14 angeordnet ist eine Speichervorrichtung 50. Dies kann ein programmierbarer Nur -Lese-Speicher (PROM) sein, ist jedoch bevorzugt ein löschbarer PROM (EPROM). Für eine bevorzugte Ausführungsform ist die Speichervorrichtung 50 ein elektrisch löschbarer PROM (EEPROM). Ein EEPROM kann digital adressiert und auf ihn kann in derselben Weise zugegriffen werden, wie auf einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff, und es kann Information an irgendeiner und allen seiner Speicherstellen gelöscht und neu geschrieben werden. Der Speicher 50 ist elektrisch über beispielsweise Stifte 52 mit dem Systemschaltkreis 18 verschaltet.
• Figur 2 ist eine allgemeine schematische Darstellung des Systems dieser Erfindung. Eingeschlossen als Teil des Systemschaltkreises 10 ist ein Prozessor 60, der für einfachere Anwendungen ein Standardmikroprozessor sein kann. Für komplexere Anwendungen kann der Prozessor 60 ein Minicomputer sein. Der Prozessor 60 empfängt bestimmte Information, die hiernach in größeren Einzelheiten beschrieben werden wird, aus der Speichervorrichtung 50 und verwendet solche Information zusammen mit weiterer Information, die ihm eingegeben worden ist, um unter anderem das Abtasten des und die Ausgabeleistung vom Wandlerelement 32 zu steuern. Insbesondere erzeugt der Prozessor 60 das Referenzsignal, das zur Steuerung des Servomotors 42 benutzt werden soll und speichert eine digitale Darstellung des Signales in dem Referenzsignalspeicher 62. Diese Information wird periodisch ausgelesen und über den Digital-Analog-Wandler 64 als eine Eingabe in den Komparator 66 gegeben. Die andere Eingabe in den Komparator 66 ist die Ausgabe vom Positionsfühler 68. Der Positionsfühler 68 umfaßt einen Induktor 46 und einen Schieber 44, wobei die Ausgabe vom Induktor 46 kommt. Die Ausgabe vom Komparator 66, der z.B. Teil des Systemschaltkreises 18 sein kann, ist eine Spannung, die proportional zu der Differenz zwischen der tatsächlichen Position des Wandlerelementes 32 und der gewünschten Drehposition dieses Elementes ist. Dieses Signal wird angewendet, um den Servomotor 42 zu steuern. Die Elemente 62 - 68 und 42 arbeiten standardmäßig, um zu bewirken, daß das Wandlerelement 32 um die Schwenkachse 36 mit einer Frequenz und andererseits gemäß dem Referenzsignal, das in dem Referenzsignalspeicher 62 gespeichert ist, zurück- und vorgeschwenkt wird.
• Auf ähnliche Weise erzeugt der Prozessor 60 eine Tabelle von Spannungswerten von dem Positionsfühler 68, welche Wandlerpositionen auf seinem Abtastpfad entsprechen, an denen Ablesungen oder andere gewünschte Vorgänge vorgenommen werden sollen, und speichert sie im Positionsspeicher 69. Diese Information wird periodisch ausgelesen und über den D/A-Wandler 71 als eine Eingabe in den Komparator 72 gegeben. Die andere Eingabe in den Komparator 73 ist die Ausgabe von dem Positionsfühler 68. Die Ausgabe von dem Komparator 73 wird verwendet, um das Wandlerelement 32 zu triggern. Mit Ausnahme dessen, was hiernach diskutiert wird, sind Natur und Betriebsweise dieses Triggerschaltkreises auch herkömmlich.
• Der Prozessor 60 bestimmt auch die Energiewertausgabe von dem Wandler 32 und speichert eine digitale Angabe des gewünschten Energiewertes in dem Energiewertspeicher 70. Die Ausgabe von dem Energiewertspeicher 70 wird über den Digital-Analog-Wandler 72 verwendet, um die Energiewertausgabe von dem Wandlerelement 32 zu steuern.
• Der Speicher 50 kann eine Anzahl unterschiedlicher Speicherbereiche haben. Obwohl unterschiedliche Leitungen gezeigt worden sind, die von jedem Speicherbereich zum Prozessor 60 führen, sollte es so verstanden werden, daß der Speicher 50 von dem Prozessor adressiert werden kann und die Ausgabe von allen Speicherbereichen über einen gemeinsamen Ausgabebus geführt werden können. Zu Zwecken der Erläuterung ist der Speicher 50 so gezeigt, daß er einen Bereich 80 hat, welcher Information speichert, die Nichtlinearitätsfehlern im Positionsfehler 68 entspricht, einen Bereich 82, der Energietabellen speichert, welche zum Steuern der Energieausgabe des Wandlers 32 verwendet werden, und einen Bereich 84 zum Speichern allgemeiner Information, die den Wandler betrifft, so wie seinen Typ, Modellnummer, laufende Nummer, angegebene und tatsächliche gemessene Betriebsfrequenz, angegebene und tatsächliche Brennweite und dergleichen. Der Bereich 82 kann ein Einsatzbereich- oder Verwendungsklassen-Steuerbyte 83 enthalten, das verwendet werden kann, um zu verhindern, daß der Wandler für ausgewählte Verwendungen benutzt wird, für die er nicht geeignet ist. Der Bereich 84 kann auch bestimmte Konstanten speichern, die in Verbindung mit dem Betreiben des Wandlers und Auswerten von dessen Ergebnissen benutzt werden. Obwohl die Bereiche 80 - 84 des Speichers 50 in einem EEPROM gespeichert werden können, wird in Erwägung gezogen, daß die Informationen in diesen Bereichen des Speichers nur zu lesen sein würden.
• Schließlich hat der Speicher 50 einen Bereich 86, der verschiedene Information speichert, die die Nutzungsdauer des Wandlers, so wie die Gesamtstunden der tatsächlichen Nutzung, die Stunden der Nutzung seit der letzten Wartung, die Stunden der Nutzung für verschiedene Betriebsklassen oder dergleichen betrifft. Einträge in diesen Bereich des Speichers würden periodisch gelöscht und neu geschrieben werden, wenn der Wandler benutzt wird. Verschiedene weitere Information kann auch in diesem Bereich des Speichers aufgezeichnet werden.
Betriebsweise:
• Wie zuvor angegeben ändert sich die Ausgabe des Positionsfühlers 68 idealerweise als eine direkte lineare Funktion der Winkelposition des Wandlerelementes 32. Dies wird durch die Linie 100 in Figur 3 veranschaulicht, welche die Spannung zeigt, die linear ansteigt, wenn die Induktivität als ein Ergebnis dessen verringert wird, daß das Element 32 über, beispielsweise, einen Winkel von 60º im Gegenuhrzeigersinn aus seiner extremen Position, die rechts zur Mitte gewandt ist, wie in Figur 1 gezeigt, zu der extremen Position, die links zur Mitte gewandt ist, wie in dieser Figur zu sehen ist, bewegt wird. Aufgrund von Nichtlinearitäten bei der Positionsfühlervorrichtung jedoch kann sich die tatsächliche Ausgabe des Positionsfühlers in der Tat nichtlinear ändern, wie z.B. durch die Linie 102 gezeigt. Es sollte hervorgehoben werden, daß die Linie 102 nur zu Zwecken der Erläuterung gezeigt ist und die Nichtlinearität irgendeine Form annehmen kann. Beispielsweise kann die Nichtlinearität nur in eine Richtung gehen, die tatsächliche Kurve kann der idealen Kurve für einen Teil des Abtastpfades folgen, und es kann eine oder mehrere Überschneidungen geben, welche an irgendeinem Punkt entlang des Abtastpfades auftreten. Ungeachtet der Form, die die Nichtlinearität annimmt, wenn, beispielsweise, es gewünscht wird, daß Ablesungen oder andere Vorgänge an den Punkten A-I entlang des Bewegungsweges des Wandlerelementes 32 vorgenommen werden, kann die Nichtlinearität in der Positionsangabe von dem Fühler 68 bewirken, daß eine oder mehrere dieser Ablesungen an dem falschen Punkt auf dem Abtastpfad vorgenommen werden, und kann zu ungleichmäßigem Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Ablesungen führen. Somit würde beispielsweise der Prozessor 60 das Ablesen am Punkt C auf dem Abtastpfad dann auftreten lassen, wenn der Spannungswert von dem Positionsfühler 68 auf dem Wert X ist. Aufgrund der Nichtlinearität in der Ausgabe von dem Positionsfühler jedoch wird deutlich, daß die Spannung X auf der Linie 102 erreicht wird, wenn das Wandlerelement tatsächlich am Punkt C' auf seinem Abtastpfad ist, wobei C' ein Punkt auf dem Abtastpfad ist, der etwas früher als der Punkt C liegt. Das Vornehmen einer Ablesung an diesem Punkt auf dem Abtastpfad würde somit bewirken, daß die Ergebnisse aus der Ultraschallabbildung im besten Falle verzerrt und im schlimmsten Falle fehlerhaft sind.
• Gemäß den Lehren dieser Erfindung, als Teil eines endgültigen Schritts in Anordnung des Wandlers, der aus Kopf 10, Kabel 12 und Stecker 14 besteht, wird die tatsächliche Ausgabe von dem Positionsfühler 60 an ausgewählten Punkten auf dem Abtastpfad, z.B. bei jedem halben Grad der Drehung durch den Abtastpfad, gemessen, und die tatsächliche oder inkrementale Abweichung dieses Wertes von dem gewünschten Wert, dargestellt durch die Linie 100, an dem Punkt auf dem Abtastpfad wird in dem Bereich 80 des Speichers 50 gespeichert. Wie zuvor diskutiert speichert der Prozessor 60 anfangs eine Tabelle mit den Spannungswerten von dem Positionsfühler 68, bei denen jede Ablesung oder ein weiterer gewünschter Vorgang vorgenommen werden soll, in dem Positionstabellenspeicher 69. Wenn der Stecker 14 in die Buchse 22 gesteckt wird, liest der Prozessor 60 die Inhalte des Bereiches 80 des Speichers 50 für den Wandler und verwendet den Abweichungswert, der für jeden Punkt auf dem Abtastpfad, an dem eine Ablesung vorgenommen werden soll, gespeichert ist, um den Spannungswert in der Tabelle in dem Speicher 69 für den Punkt zu modifizieren, so daß die Ablesungen tatsächlich an den genau richtigen Positionen auf dem Abtastpfad für den verwendeten Wandler stattfinden. Somit würde an dem Punkt C die Abweichung (d) zu dem Wert X addiert werden, der in der Tabelle gespeichert ist, so daß für diesen Wandler die Ablesung an der Position C dann auftreten würde, wenn die Ausgabe von dem Positionsfühler 68 gleich einer Spannung von (X+d) war. Das System ist somit in der Lage, Positionsfühler mit geringeren Toleranzen zu verwenden, wobei weiterhin ein sehr hoher Wert der Linearität bei dem Betrieb des Systems erreicht wird.
• Aus Figur 2 ist ersichtlich, daß die Ausgabe des Positionsfühlers 68 auch verwendet wird, um die Bewegung des Servomotors 42 zu steuern. Somit kann die Nichtlinearität in der Ausgabe des Positionsfühlers 68 auch Nichtlinearitäten in der Bewegung des Servomotors bewirken, was dazu führt, daß die Abtastgeschwindigkeit des Wandlerelementes 32 nicht gleichförmig wird und zu ungleichmäßigen Abständen zwischen den Punkten führt, so wie den Punkten A-1, wo Ablesungen oder andere Vorgänge vorgenommen werden.
• Gemäß den Lehren dieser Erfindung wird dieses Problem behandelt, indem das Referenzsignal, das in dem Speicher 62 gespeichert ist, in einer gleichen und entgegengesetzten Weise behandelt wird, wie das der Nichtlinearität in dem Positionssignal von dem Fühler 68.
• Genauer gesagt, mit Bezug auf Figur 3, kann das Referenzsignal für das Überstreichen in einer Richtung z.B. die Form der Kurve 104 in Figur 3 haben. Um die Nichtlinearität in dem Positionssignal von dem Fühler 68 zu kompensieren, verwendet der Prozessor 60 die Abweichungsinformation in dem Bereich 80 des Speichers 50, um daß im Speicher 62 gespeicherte Referenzsignal in, z.B., das Referenzsignal 106, das in Figur 3 gezeigt ist, zu modifizieren, so daß die Eingabe in den Komparator 66 zu gleichförmigen Antriebssignalen zum Servomotor 42 führen.
• Wie zuvor angegeben wird sich die Ausgabeschalleistung von dem Wandlerelement 32 von Wandlerelement zu Wandlerelement für eine gegebene Potentialeingabe in den Wandler von dem Konvertierer 72 etwas ändern. Da die Ausgabeleistung von dem Wandler für verschiedene Betriebsklassen streng durch die FDA überwacht wird, um potentiellen Schaden für einen Patienten zu vermeiden, ist es wichtig, daß die tatsächliche Ausgabeleistung sehr eng der gewünschten Ausgabeleistung entspricht. Wandler in der Vergangenheit sind oftmals unter der optimalen Leistung betrieben worden, um jede Möglichkeit einer zu großen Ausgabe von einem gegebenen Wandlerelement zu vermeiden.
• Gemäß den Lehren dieser Erfindung wird die tatsächliche Leistungsabgabe von dem Wandlerelement 32, das in einem gegebenen Wandler verwendet wird, für ausgewählte Eingaben in einer letzten Stufe bei der Herstellung oder beim Prüfen des Wandlers gemessen, und diese Information wird als eine Leistungstabelle in dem Bereich 82 des Speichers 50 für den Wandler gespeichert. Wenn der Wandler an den Systemschaltkreis 18 angeschaltet wird, liest der Prozessor 60 die Information aus der Leistungstabelle für den Wandler in seinen eigenen Speicher und verwendet die Information, um den zweckmäßigen Energielevelwert in den Speicher 70 für eine gewünschte Energiewertausgabe von dem Wandler 32 zu speichern.
• Wenn ein bestimmter Wandler nicht für bestimmte Verwendungsarten oder Betriebsklassen ausgelegt ist, kann das Byte 83 in dem Bereich 82 geeignet eingestellt werden. Dieses Byte wird von dem Prozessor 60 erfaßt und von dem Prozessor benutzt, um die Verwendung des Wandlers für die verbotenen Betriebsklassen zu verhindern. Beispielsweise, wenn der Wandler nicht für die Verwendung beim Abtasten von Föten geeignet ist, würde das Byte 83 angeben, daß diese Betriebsklasse verboten war und würde an einem geeigneten Ort in dem Prozessor 60 gespeichert sein. Wenn dem Prozessor angezeigt worden wäre, daß das System für das Abtasten von Föten verwendet werden soll, würde er die Inhalte dieses Byte in seinem Speicher überprüfen, und wenn das Byte angeben würde, daß für den Wandler ein solches Abtasten nicht erlaubt ist, würde der Prozessor die Verwendung des Systems für ein solches Abtasten unterbinden, bis der Wandler ersetzt worden wäre.
• Zu derselben Zeit, zu der die Information in den Bereichen 80 und 82 des Speichers 50 in den Speicher des Prozessor 60 gelesen werden, würden die verschiedenen Punkte der allgemeinen Information und Konstanten, die in dem Bereich 84 des Speichers gespeichert sind, auch in den Prozessor 60 gelesen werden. Diese Werte würden von dem Prozessor als geeignet beim Betreiben des Systems oder beim Auswerten von dessen Ergebnissen verwendet werden. Sie könnten auch für den Betrieb oder andere Zwecke verwendet werden. Die gespeicherten und benutzten Werte sind zu jedem Augenblick die korrekten Werte für den bestimmten Wandler, der verwendet wird. Weiterhin ist diese Information für das System für neue Klassen von Wandlern oder selbst einen experimentellen Wandler verfügbar, der mit dem System benutzt werden soll, ohne daß es erforderlich ist, daß das System neu programmiert werden muß, wenn eine neue Wandlerklasse auf den Markt kommt. Es ist daher viel schneller und einfacher, neue Wandlertypen einzuführen.
• Schließlich ist der Bereich 86 des Speichers so ausgelegt, daß er ausgewählte Information speichert, die die Betriebsweise des Wandlers betrifft. Die Information, die anfänglich in diesen Bereich des Speichers 50 gespeichert wird, der anfangs vollständig leer sein kann, wird in einen geeigneten Bereich in den Speicher des Prozessors 60 gelesen. Diese Information wird dann durch den Prozessor aktualisiert, um den Betrieb des Wandlers wiederzugeben und wird periodisch in die geeignete Stelle im Bereich 86 geschrieben. Zum Beispiel kann der Prozessor 60 ein Laufzeitbuch über die Nutzungsdauer des Wandlers führen und kann die laufende Einstellung dieses Buches in die geeignete Stelle in dem Bereich 86 am Ende jeder Sitzung schreiben, oder zu anderen ausgewählten Zeiten. Jedenfalls würde solche Information in den Speicher 50 gelesen, bevor die Einheiten abgeschaltet würden, so daß der Verbinder 16 offen sein könnte, wodurch sichergestellt wird, daß wenn der Wandler von dem Systemschaltkreis 86 getrennt wird, der Bereich 86 des Speichers 50 die gültige Information enthalten wird, die den Betrieb und die Nutzung des Wandlers betrifft.
• Obwohl sie in der obigen Diskussion so gezeigt ist, daß sie in Verbindung mit einem mechanischen Ultraschall-Abtastwandler verwendet wird, wird deutlich, daß die Grundsätze dieser Erfindung mit phasengesteuerten Ultraschallwandlern oder mit anderen Wandlern verwendet werden könnten, die die Präzision des Abtastortes oder der Ausgabe erfordern, und bei denen die Steuerungen für die Positionierung und/oder die Ausgabe sich von Einheit zu Einheit ändern können. Sie kann auch bei Wandleranwendungen verwendet werden, wenn es notwendig ist, ein Laufzeitbuch über einige Aspekte des Betriebes oder Verwendung des Wandlers zu führen.
• Weiterhin, obwohl für die bevorzugte Ausführungsform der Speicher 50 so gezeigt ist, daß er in dem Stecker 14 des Verbinders 16 angeordnet ist, ist deutlich, daß die Speichervorrichtung 50 an irgendeinem geeigneten Ort in der Wandleranordnung, die aus Kopf 10, Kabel 12 und Stecker 14 besteht, angeordnet sein könnte. Faktoren beim Auswählen des Ortes sind der verfügbare Raum, die Möglichkeit, Verbindungen herzustellen und die Länge der Verbindungen. Somit, obwohl die Speichervorrichtung integral in das Wandlerelement 32 eingebaut werden muß, ist der genaue Ort in der Wandleranordnung, wo sie liegt, nicht kritisch.
• Zusätzlich, obwohl der Speicher 50 so gezeigt ist, daß er Bereiche 80-86 für die bevorzugte Ausführungsform hat, kann der Speicher 50, wenn er für eine bestimmte Anwendung benutzt wird, irgendeinen oder mehrere dieser Bereiche haben oder könnte einen oder mehrere Bereiche haben, die unterschiedliche Information speichern, wie es für die Anwendung erforderlich ist.
• Weiterhin, obwohl für die bevorzugte Ausführungsform der kompensierte Fehler eine Nichtlinearität in der Positionsfühlervorrichtung war, die mit dem Servomotor benutzt wurde, ist es deutlich, daß die Lehren dieser Erfindung verwendet werden könnten, um jeglichen meßbaren Fehler zu kompensieren, der in dem Mechanismus zum Steuern der Bewegung oder Abtastposition des Wandlers auftreten könnte, einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf eine Nichtlinearität in dem Fühler selbst oder dergleichen. Ähnlich, obwohl es für die bevorzugte Ausführungsform die Leistungsabgabe des Wandlerelementes ist, die gesteuert wird, könnten die Lehren dieser Erfindung auch verwendet werden, um Anderungen bei Wandlerelementen in einigen anderen Eigenschaften oder Aspekten der Wandlerausgabe, so wie z.B. der Frequenz, zu kompensieren.

Claims (10)

1. Abtastendes Wandlersystem mit einem Wandlerelement (32) für das Abtasten, einer Vorrichtung (68, 44, 46) zum Abfühlen der das Element betreffenden Abtastinformation und einer auf die von der Fühlervorrichtung abgefühlte Abtastinformation ansprechende Vorrichtung zum Steuern des Betriebes des Elementes, und einer Vorrichtung zum Ausgleichen von Fehlern beim Abtasten mit dem Wandlerelement, die eine Speichereinrichtung (50, 80) zum Speichern von Korrekturinformationen für die Fehler aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung in das Wandlerelement integriert ist und zumindest wahlweise löschbar ist, und daß die Vorrichtung zum Steuern eine Verarbeitungseinrichtung (60) aufweist, die die in der Speichereinrichtung gespeicherte Information verwendet, um den Ausgang von der Vorrichtung zum Steuern zu modifizieren, um die Fehler auszugleichen, wobei die Verarbeitungseinrichtung auch die Information periodisch aktualisiert.

2. Wandlersystem nach Anspruch 1, bei dem die Abtastinformation die Position des Elementes (32) in seinem Abtastpfad betrifft, und die Steuervorrichtung auf die von der Fühlervorrichtung (68, 44, 46) abgetühlte Position anspricht, tun die Bewegung des Elementes zu steuern.

3. Wandlersystem nach Anspruch 2, bei dem die Fehler beim Abtasten mit dein Wandlerelement durch eine Nichtlinearität in der Vorrichtung zum Abfühlen der Position verursacht sind, und bei dem die Speichereinrichtung (50, 80) einen gemessenen Fehler für diese Positions-Fühlervorrichtung bei ausgewählten Punkten im Abtastpfad speichert.

4. Wandlersystem nach Anspruch 3, bei dem die Vorrichtung zum Steuern eine Einrichtung (69) zum Speichern einer Tabelle mit ausgewählten Positionen im Abtastpfad aufweist, und bei dem die Verarbeitungseinrichtung (60) eine Vorrichtung zum Verwenden der in der Speichereinrichtung (50, 80) gespeicherten Fehler aufweist, um die in der Tabelle gespeicherten Positionen zu modifizieren.

5. Wandlersystem nach Anspruch 4, bei dem eine Vergleichervorrichtung (73) zum Triggern des Wandlerelementes (32) vorgesehen ist und die Vergleichervorrichtung (73) Ausgangssignale von der Speichereinrichtung (69) und der Positions-Fühlervorrichtung (68) vergleicht.

6. Wandlersysten nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit ferner einem Kopf (10), der das Wandlerelement (32) enthält, einem elektrischen Stecker (16) zum Verbinden des Wandlerelementes mit einem anderen Stromkreis (18) und einem Kabel (12) zum Verbinden des Kopfes und des Steckers, wobei die Speichervorrichtung (50) in den elektrischen Stecker (14) eingebaut ist.

7. Wandlersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Wandlerelement (32), während es abtastet, ein Ausgangssignal erzeugt und die Speichereinrichtung (50, 82) eine Angabe über eine ausgewählte Ausgangsignal-Kenngröße von dem Wandlerelement für ausgewählte Bedingungen speichert, und mit einer Vorrichtung (70) zum Verwenden in der Speichereinrichtung gespeicherten Angaben über die Ausgangssignal-Kenngröße, um die ausgewählte Ausgangssignal-Kenngröße von dem Wandlerelement zu steuern.

8. Wandlersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer in der Speichereinrichtung (50, 82) gespeicherten Einsatzbereichs-Steuerangabe (83), wobei die Verarbeitungseinrichtung (60) auf diese Einsatzbereichs-Steuerangabe anspricht, um den Einsatzbereich des Wandlers zu begrenzen.

9. Wandlersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Speichereinrichtung (50, 84, 86) zusätzliche Information speichert, die den Betrieb des Wandlerelementes betrifft.

10. Wandlersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Wandlerelement (32) ein abtastender Ultraschallwandler ist.