EP0036688A1 - Appareil d'exploration de milieux par méthode ultrasonore à mosaique de transducteurs réalisée en un matériau électrostrictif - Google Patents

Appareil d'exploration de milieux par méthode ultrasonore à mosaique de transducteurs réalisée en un matériau électrostrictif Download PDF

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EP0036688A1 EP81200283A EP81200283A EP0036688A1 EP 0036688 A1 EP0036688 A1 EP 0036688A1 EP 81200283 A EP81200283 A EP 81200283A EP 81200283 A EP81200283 A EP 81200283A EP 0036688 A1 EP0036688 A1 EP 0036688A1
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Laboratoires dElectronique et de Physique Appliquee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for exploring media by ultrasonic method comprising at least one transducer for the repeated emission of ultrasonic signals and, for the reception of ultrasonic signals, a mosaic of individual ultrasonic transducers made of an electrostrictive material with non-polarization. remanent applied to each individual transducer by a corresponding electrode connected to a polarization stage.
  • Mosaic of transducers is understood to mean any multi-element transducer, such as in particular linear arrays or matrix arrays.
  • the object of the invention is to use in the processing circuit reception signals of an apparatus as defined above, this same known characteristic, but in the following original way, namely by using the bias voltage for impose the same instantaneous sensitivity on several transducers used in reception.
  • the apparatus is characterized in that it comprises a circuit for processing the reception signals delivered by the individual transducers, in which the processing channels each associated with one or more individual transducers comprise means for coupling the electrodes to the polarization stage, intended to allow the sending of a polarization voltage on each of the electrodes while preventing the transmission of this voltage to the part of the processing channels which is located downstream of these means coupling, and in that this polarization stage comprises a single circuit for generating a voltage ramp of approximately opposite shape to that of the attenuation curve of the ultrasonic signals in the media explored.
  • the processing circuit provided in this device is simpler and more economical than previous embodiments since it allows the elimination of the multiplication circuits usually provided in the stages of gain compensation and which must be chosen to be exactly identical in each of the treatment paths (for the precision of this treatment) and, despite this simplicity, however, makes it possible to obtain significant dynamics and therefore proves to be remarkably effective.
  • the circuit for processing the electrical signals delivered by a mosaic 1 (a bar in the example shown in FIG. 1) of individual ultrasonic transducers 2a to 2n in correspondence with the echoes it receives after transmission of ultrasonic waves by these transducers (or possibly by one or more separate transducers not shown) generally comprises, in each channel i (i varying from a to n) of treatment provided following these transducers each equipped with an electrode output, an amplifier 3i whose input is connected to this electrode, a multiplication circuit 4i receiving on one input the output signal of the amplifier 3i and on another input the output signal of a generation circuit 5i an adjustable voltage ramp, a line to delay 6i, then a whole set of analog circuits which are known and are not represented here (following the multiplication circuit 4i, it is possible, as a variant with respect to the structure which has just been defined, to have provided a converter analog-digital then a whole set of digital circuits).
  • gain compensation operated by the multiplication circuits, is absolutely essential and must be carried out in such a way that the gain evolves over time according to a form of curve inversely proportional to that of the curve for attenuation of the ultrasonic signals in the media explored (see FIG. 2 showing the curve of evolution of the gain).
  • the multiplication circuits must be identical, and therefore should themselves be very precise, which is not really achieved in practice.
  • the treatment circuit according to the invention therefore comprises, in each treatment channel i, a coupling circuit 10i of the electrode or electrodes to which this channel corresponds. i to a polarization stage common to all the individual transducers 2a to 2n of the. mosaic.
  • the mosaic is made of an electrostrictive material delivering a signal only if it is previously polarized, and the stage of polarization of the transducers composing this mosaic is a single circuit 20 for generating a voltage ramp having a reverse shape, or approximately inverse to that of the attenuation curve for ultrasonic signals in the media explored.
  • the electric field thus applied to the electrostrictive material by the sending of a single bias voltage on each of the electrodes is identical at a given time opposite each of the transducers, and the evolution over time of this voltage delivered by the circuit 20, inversely proportional to the attenuation curve of the ultrasound, guarantees that the sensitivity of each transducer and therefore the gain of each treatment channel increases in the same way to compensate for this attenuation.
  • the processing circuit according to the invention therefore avoids the use of multiplication circuits, the difficulty of production of which was recalled above.
  • the coupling circuit 10i comprises for example a circuit of the RC type (see FIG. 3a), the capacitor lli of which is in series with the processing channel and so as to prevent the bias voltage cannot be superimposed on the reception signal during its processing, and the resistor 12i of which is in series with the circuit 20 for generating a voltage ramp, or includes a transformer 13i (see FIG. 3b).
  • each coupling circuit 10i is inserted between the output of the transducer (s) concerned and the input of the amplifier 3i of the corresponding processing channel.
  • the present invention is not limited to the embodiments which have just been described, from which various variants can be proposed without thereby departing from the scope of the invention.
  • triglycine sulphate is very particularly suitable as an electrostrictive material with non-remanent polarization, but that other materials can be used for producing the mosaic, for example materials with a lower Curie point than that of sulphate. triglycine and in particular, among these, mixtures based on triglycine sulfate.

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Abstract

Dans un appareil d'exploration de milieux par méthode ultrasonore, circuit de traitement des signaux de réception d'une mosaïque de transducteurs ultrasonores réalisée en un matériau électrostrictif à polarisation non rémanente, ces signaux étant fournis à des voies de traitement qui comprennent des moyens de couplage (10i) d'un circuit unique de génération (20) d'une rampe de tension de polarisation de forme inverse de celle de la courbe d'atténuation des ultrasons dans les milieux explorés aux électrodes des transducteurs, interdisant simultanément la transmission de cette tension vers la partie des voies de traitement située en aval de ces moyens de couplage. Ce circuit est plus simple et plus économique que les réalisations antérieures puis-qu'il autorise la suppression des circuits de multiplication habituellement prévus dans les étages de compensation de gain et qui devaient pour la précision du traitement être choisis rigoureusement identiques dans chacune des voies de traitement.

Description

  • La présente invention concerne un appareil d'exploration de milieux par méthode ultrasonore comportant au moins un transducteur pour l'émission répétée de signaux ultrasonores et, pour la réception des signaux ultrasonores, une mosaïque de transducteurs ultrasonores individuels réalisée en un matériau électrostrictif à polarisation non rémanente appliquée à chaque transducteur individuel par une électrode correspondante reliée à un étage de polarisation. On entend par mosaïque de transducteurs tout transducteur multi-éléments, tel que notamment des barrettes linéaires ou des réseaux matriciels.
  • On sait qu'un matériau électrostrictif peut acquérir des états différents selon la polarisation à laquelle il est soumis. Le but de l'invention est d'utiliser dans le circuit de traitement des signaux de réception d'un appareil tel que défini ci-dessus cette même caractéristique connue, mais de la façon originale suivante, à savoir en utilisant la tension de polarisation pour imposer à plusieurs transducteurs utilisés en réception une même sensibilité instantanée.
  • A cet effet, l'appareil selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de traitement des signaux de réception délivrés par les transducteurs individuels, dans lequel les voies de traitement associées chacune à un ou plusieurs transducteurs individuels comprennent des moyens de couplage des électrodes à l'étage de polarisation, destinés à permettre l'envoi d'une tension de polarisation sur chacune des électrodes tout en interdisant la transmission de cette tension vers la partie des voies de traitement qui est située en aval de ces moyens de couplage, et en ce que cet étage de polarisation comprend un circuit unique de génération d'une rampe de tension de forme approximativement inverse de celle de la courbe d'atténuation des signaux ultrasonores dans les milieux explorés.
  • L'utilisation d'un matériau électrostrictif permet, dans le cas de la structure d'appareil qui vient d'être définie, d'imposer à tous les transducteurs individuels de la mosaïque une tension de polarisation unique et donc une même sensibilité instantanée à la réception des échos ultrasonores par ces transducteurs. Mais, en faisant évoluer cette sensibilité dans le temps par action sur l'étage de polarisation, de façon à rendre la tension de polarisation (et donc la sensibilité) inversement proportionnelle à la courbe d'atténuation des signaux émis et reçus, on obtient un effet de compensation de gain identique dans toutes les voies de traitement.
  • L'avantage essentiel de l'appareil selon l'invention est maintenant manifeste : le circuit de traitement prévu dans cet appareil est plus simple et plus économique que les réalisations antérieures puisqu'il autorise la suppression des circuits de multiplication habituellement prévus dans les étages de compensation de gain et qui doivent être choisis rigoureusement identiques dans chacune des voies de traitement (pour la précision de ce traitement) et, malgré cette simplicité, permet cependant d'obtenir une importante dynamique et s'avère donc d'une efficacité remarquable.
  • D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront plus complètement en référence à la description qui suit et aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels :
    • - la figure 1 montre schématiquement un exemple de circuit de traitement tel que connu de l'art antérieur ;
    • - la figure 2 est une représentation d'un exemple de la forme que doit présenter la courbe d'évolution du gain en fonction du temps dans chaque voie de traitement des signaux de réception ;
    • - les figures 3a et 3b montrent deux exemples de réalisation du circuit de traitement selon l'invention.
  • Dans les échographes à focalisation, le circuit de traitement des signaux électriques délivrés par une mosaïque 1 (une barrette dans l'exemple représenté sur la figure 1) de transducteurs ultrasonores individuels 2a à 2n en correspondance aux échos qu'elle reçoit après l'émission d'ondes ultrasonores par ces transduçteurs (ou éventuellement par un ou plusieurs transducteurs distincts non représentés) comprend en général, dans chaque voie i (i variant de a à n) de traitement prévue à la suite de ces transducteurs équipés chacun d'une électrode de sortie, un amplificateur 3i dont l'entrée est reliée à cette électrode, un circuit de multiplication 4i recevant sur une entrée le signal de sortie de l'amplificateur 3i et sur une autre enntrée le signal de sortie d'un circuit 5i de génération d'une rampe de tension réglable, une ligne à retard 6i, puis tout un ensemble de circuits analogiques qui sont connus et ne sont pas représentés ici (à la suite du circuit de multiplication 4i, on peut, en variante par rapport à la structure qui vient d'être définie, avoir prévu un convertisseur analogique-numérique puis tout un ensemble de circuits numériques).
  • Compte tenu de l'absorption des ondes ultrasonores par les tissus ou le milieu traversés, qui conduit à observer une importante dynamique des échos reçus et donc des signaux électriques qui leur correspondent, une compensation de gain, opérée par les circuits de multiplication, est absolument indispensable et doit s'effectuer de telle sorte que le gain évolue dans le temps selon une forme de courbe inversement proportionnelle à celle de la courbe d'atténuation des signaux ultrasonores dans les milieux explorés (voir la figure 2 montrant la courbe d'évolution du gain). Comme la focalisation est un traitement de signal extrêmement précis, les circuits de multiplication doivent être identiques, et devraient donc être eux-mêmes très précis, ce qui n'est pas vraiment réalisé dans la pratique.
  • Par rapport au circuit de la figure 1, le circuit de traitement conforme à l'invention (voir les figures 3a et 3b) comprend donc, dans chaque voie i de traitement, un circuit de couplage 10i de la ou des électrodes auxquelles correspond cette voie i à un étage de polarisation commun à tous les transducteurs individuels 2a à 2n de la . mosaïque. La mosaïque est réalisée en un matériau électrostrictif ne délivrant un signal que s'il est préalablement polarisé, et l'étage de polarisation des transducteurs composant cette mosaïque est un circuit unique 20 de génération d'une rampe de tension ayant une forme inverse, ou approximativement inverse, de celle de la courbe d'atténuation des signaux ultrasonores dans les milieux explorés. Le champ électrique ainsi appliqué au matériau électrostrictif par l'envoi d'une tension de polarisation unique sur chacune des électrodes est identique à un instant donné en regard de chacun des transducteurs, et l'évolution dans le temps de cette tension délivrée par le circuit 20, d'une façon inversement proportionnelle à la courbe d'atténuation des ultrasons, garantit que la sensibilité de chaque transducteur et donc le gain de chaque voie de traitement croissent de la même façon pour compenser cette atténuation. Le circuit de traitement selon l'invention évite donc l'emploi des circuits de multiplication dont la difficulté de réalisation a été rappelée plus haut.
  • Selon le mode de réalisation retenu, le circuit de couplage 10i comprend par exemple un circuit du type RC (voir la figure 3a), dont le condensateur lli se trouve en série avec la voie de traitement et de façon à éviter que la tension de polarisation ne puisse se superposer au signal de réception au cours de son traitement, et dont la résistance 12i est en série avec le circuit 20 de génération de rampe de tension, ou comprend un transformateur 13i (voir la figure 3b). Dans l'un ou l'autre des cas, chaque circuit de couplage 10i est inséré entre la sortie du (des) transducteur(s) concerné(s) et l'entrée de l'amplificateur 3i de la voie de traitement correspondante.
  • Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, à partir desquels on peut proposer diverses variantes sans pour cela sortir du cadre de l'invention. On peut en particulier prévoir d'autres types de circuits de couplage, pourvu qu'ils permettent bien l'envoi de la tension de polarisation sur les électrodes tout en interdisant la transmission de cette tension vers la partie des voies de traitement située en aval de ces circuits de couplage (par un effet de filtrage empêchant le passage de signaux à basse fréquence).
  • On notera par ailleurs que le sulfate de triglycine convient tout particulièrement comme matériau électrostrictif à polarisation non rémanente, mais que d'autres matériaux peuvent être utilisés pour la réalisation de la mosaïque, par exemple des matériaux au point de Curie plus faible que celui du sulfate de triglycine et notamment, parmi ceux-ci, des mélanges à base de sulfate de triglycine.

Claims (3)

1. Appareil d'exploration de milieux par méthode ultrasonore comportant au moins un transducteur pour l'émission répétée de signaux ultrasonores et, pour la réception des signaux ultrasonores, une mosaïque de transducteurs ultrasonores individuels réalisée en un matériau électrostrictif à polarisation non rémanente appliquée à chaque transducteur individuel par une électrode correspondante reliée à un étage de polarisation, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de traitement des signaux de réception délivrés par les transducteurs individuels, dans lequel les voies de traitement associées chacune à un ou plusieurs transducteurs individuels comprennent des moyens de couplage (10i) des électrodes à l'étage de polarisation, destinés à permettre l'envoi d'une tension de polarisation sur chacune des électrodes tout en interdisant la transmission de cette tension vers la partie des voies de traitement qui est située en aval de ces moyens de couplage, et en ce que cet étage de polarisation comprend un circuit unique de génération (20) d'une rampe de tension de forme approximativement inverse de celle de la courbe d'atténuation des signaux ultrasonores dans les milieux explorés.
2. Appareil selon la revendication l, caractérisé en ce que les moyens de couplage comprennent un circuit du type RC, à condensateur (lli) en série avec la voie de traitement et à résistance (12i) en série avec le circuit de génération (20) de rampe de tension.
3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de couplage comprennent un transformateur (13i).
EP81200283A 1980-03-21 1981-03-13 Appareil d'exploration de milieux par méthode ultrasonore à mosaique de transducteurs réalisée en un matériau électrostrictif Expired EP0036688B1 (fr)

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