FR2616914A1

FR2616914A1 - Ultrasonic analysis device

Info

Publication number: FR2616914A1
Application number: FR8709159A
Authority: FR
Original assignee: CHAIR ATIKA
Current assignee: CHAIR ATIKA
Priority date: 1987-06-22
Filing date: 1987-06-22
Publication date: 1988-12-23
Anticipated expiration: 2007-06-22
Also published as: FR2616914B1

Abstract

Device capable of forming either an echographic or a flow-meter analysis using ultrasound. There is a single transducer 1 and generator 5, but the latter generates either a fixed-frequency wave (flow metering) or a "chip" signal (echography) centred on the resonant frequency F0 of the transducer and swept between F1 and F2, the difference F2 - F1 being equal to the width of the response curve of the transducer 1. The frequencies emitted F0 and received Fr are in each case subtracted in a frequency mixer 18 followed by a low-pass stage 34, then applied to a monitoring loudspeaker 37 and a digital spectrum analyser 36, which, as well as the generator 5, is controlled by a computer 8.

Description

DISPOSITIF D'ANALYSE PAR ULTRASONS
La présente invention se rapporte à un dispositif d'analyse par échographie et par débitmétrie ultrasonores.ULTRASONIC ANALYSIS DEVICE
The present invention relates to a device for analysis by ultrasound and by ultrasonic flow measurement.

Les applications industrielles et médicales des ultrasons font en grande partie appel aux techniques d'échographie et de débitmétrie. The industrial and medical applications of ultrasound largely use ultrasound and flow measurement techniques.

Les analyses par échographie et par débitmétrie sont traditionnellement réalisées au moyen de dispositifs différents et séparés.Traditionally, ultrasound and flow meter analyzes have been performed using different and separate devices.

L'échographie traditionnelle utilise des signaux électriques impulsionnels. Ces impulsions sont appliquées à un transducteur piézo-électrique, ou sonde, qui émet en réponse une onde ultrasonore dans le milieu à explorer. Cette onde est réfléchie ou diffusée dans le milieu s'il présente des variations d'impédance acoustique, puis est captée par un transducteur piézo-électrique récepteur qui la transforme en un signal électrique de retour. Dans le cas le plus courant où il s'agit d'une onde réfléchie, le transducteur récepteur est le même que le transducteur émetteur. Traditional ultrasound uses electrical impulse signals. These pulses are applied to a piezoelectric transducer, or probe, which in response emits an ultrasonic wave in the medium to be explored. This wave is reflected or scattered in the medium if it has variations in acoustic impedance, then is picked up by a receiving piezoelectric transducer which transforms it into an electrical return signal. In the most common case where it is a reflected wave, the receiving transducer is the same as the transmitting transducer.

Ce signal électrique de retour est. alors analysé dans le domaine temporel en vue d'obtenir la réponse impulsionnelle acoustique du milieu.This electrical return signal is. then analyzed in the time domain in order to obtain the acoustic impulse response of the medium.

Un transducteur piézo-électrique est un organe résonant, de sorte que sa courbe de réponse Amplitude/Fréquence est celle d'un filtre passe-bande dont la bande passante est centrée sur la fréquence de. résonance Fo de ce transducteur. Comme la courbe Amplitude/Fréquence du signal impulsionnel émis est en grande partie incluse dans le domaine des basses fréquences, c'est-à-dire en dehors de la bande de fréquences du transducteur, il s'ensuit qu'une partie relativement - importante de l'énergie du signal électrique impulsionnel n'est pas réémise par le transducteur, ce qui entraîne une perte de sensibilité et une mauvaise résolution du dispositif.On est par suite amené à utiliser des signaux de très grande amplitude, ce qui non seulement peut entraîner des défauts de linéarité des réponses du transducteur et du milieu de propagation, mais encore risque d'être dangereux en cas d'analyse échographique du corps humain ou animal. A piezoelectric transducer is a resonant member, so that its Amplitude / Frequency response curve is that of a bandpass filter whose passband is centered on the frequency of. Fo resonance of this transducer. As the Amplitude / Frequency curve of the transmitted impulse signal is largely included in the low frequency range, that is to say outside the frequency band of the transducer, it follows that a relatively large part energy of the impulse electrical signal is not re-emitted by the transducer, which results in a loss of sensitivity and poor resolution of the device. We are therefore led to use very large amplitude signals, which not only can cause linearity faults in the transducer and propagation medium responses, but still risks being dangerous in the event of ultrasound analysis of the human or animal body.

La débitmétrie traditionnelle utilise un signal ultrasonore sinusoldal d'amplitude constante et de fréquence fixe Fe Les particules en suspension entraînées par le liquide (par exemple: globules rouges dans le sang en circulation) réfléchissent vers le transducteur récepteur une onde ultrasonore dont la fréquence F r est décalée par l'effet Doppler. Traditional flow measurement uses a sinusoidal ultrasonic signal of constant amplitude and fixed frequency Fe The suspended particles entrained by the liquid (for example: red blood cells in the circulating blood) reflect towards the receiving transducer an ultrasonic wave whose frequency F r is offset by the Doppler effect.

Le signal reçu est habituellement transmis à un haut-parleur et à un simple compteur de passage à zéro dont la valeur affichée donne une information peu précise sur la vitesse. En revanche, les informations contenues dans le spectre sont peu exploitées, même lorsqu'une analyse spectrale sommaire est réalisée au moyen de quelques filtres analogiques.The received signal is usually transmitted to a loudspeaker and a simple zero crossing counter whose displayed value gives imprecise information on speed. On the other hand, the information contained in the spectrum is little exploited, even when a summary spectral analysis is carried out by means of a few analog filters.

Par ailleurs, ces dispositifs connus utilisent deux transducteurs voisins qui sont tous deux placés en bout d'un organe manuel en forme de cylindre étroit et allongé, de sorte qu'en fait la mesure dépend de l'angle de positionnement instantané, donné par l'opérateur à ce cylindre portetransducteur, par rapport à l'axe longitudinal dudit cylindre.Furthermore, these known devices use two neighboring transducers which are both placed at the end of a manual member in the form of a narrow and elongated cylinder, so that in fact the measurement depends on the instantaneous positioning angle, given by the operator to this cylinder carrying the transducer, relative to the longitudinal axis of said cylinder.

Quoi qu'il en soit, il est traditionnellement nécessaire de prévoir deux appareils différents et séparés, un pour l'échographie et un pour la débitmétrie, ce qui est pénalisant et d'autant plus regrettable que ces deux sortes d'analyses sont souvent pratiquées par le même opérateur. Anyway, it is traditionally necessary to provide two different and separate devices, one for ultrasound and one for flow measurement, which is disadvantageous and all the more regrettable since these two kinds of analyzes are often performed by the same operator.

L'invention vise à remédier à tous ces inconvénients de l'écho- graphie et de la débitmétrie traditionnelles. Elle vise en outre à permettre une analyse échographique à l'oreille, ce qui n'est pas possible en échographie traditionnelle et ce qui est particulièrement avantageux en contrôle non destructif des matériaux. The invention aims to remedy all these drawbacks of traditional ultrasound and flow measurement. It also aims to allow ultrasound analysis by ear, which is not possible in traditional ultrasound and which is particularly advantageous in non-destructive testing of materials.

Ces résultats sont obtenus à l'aide d'un dispositif unique, apte à réaliser indifféremment des analyses échographiques ou débit métriques par ultrasons, ce dispositif comportant
- un ou plusieurs transducteurs fonctionnant chacun simultanément en émission et en réception
- un générateur électrique apte à générer soit, pour la débit- métrie, une onde sinusoldale de fréquence fixe substantiellement égale à la fréquence de résonance Fo du ou des transducteurs, soit, pour l'échographie, un signal du type "chirp", constitué par une onde sinusoïdale balayée linéairement en fréquence autour de cette frequence Fg, la fréquence instantanée de cette onde augmentant puis diminuant, alternativement et avec la même pente, entre deux fréquences limites inférieure
F1 et supérieure F2 situées symétriquement de part et d'autre de la fréquence Fg, la différence F2-- F1 entre ces deux fréquences limites étant du même ordre de grandeur que la largeur de la courbe de réponse du ou des transducteurs, et la demi-période de balayage étant très supérieure à l'intervalle de temps, entre onde émise et onde. reçue en échographie, qui correspond à la profondeur maximale d'exploration échogra phique
- un coupeur directif alimenté par ce générateur et fournissant une petite partie de ce signal à l'entrée '#scillateur Local" d'un mélangeur de fréquences, et l'autre partie de ce signal à un séparateur qui la transmet vers le ou les transducteurs, ce séparateur étant apte à diriger le signal de retour, reçu et transmis par ce ou ces transducteurs, vers l'entrée "Radio-Fréquences" du mélangeur, le signal différentiel en sortie du mélangeur étant appliqué à un analyseur de spectre et/ou un dispositif de reproduction sonore.These results are obtained using a single device, capable of performing either ultrasound or metric flow analyzes by ultrasound, this device comprising
- one or more transducers, each operating simultaneously in transmission and reception
an electric generator capable of generating either, for the flow meter, a sine wave of fixed frequency substantially equal to the resonance frequency Fo of the transducer (s), or, for ultrasound, a signal of the "chirp" type, consisting by a sine wave swept linearly in frequency around this frequency Fg, the instantaneous frequency of this wave increasing then decreasing, alternately and with the same slope, between two lower limit frequencies
F1 and higher F2 located symmetrically on either side of the frequency Fg, the difference F2-- F1 between these two limiting frequencies being of the same order of magnitude as the width of the response curve of the transducer (s), and half -scanning period being much greater than the time interval, between transmitted wave and wave. received in ultrasound, which corresponds to the maximum depth of ultrasound exploration
- a directional cutter supplied by this generator and supplying a small part of this signal to the input '#scillator Local "of a frequency mixer, and the other part of this signal to a separator which transmits it to the transducers, this separator being able to direct the return signal, received and transmitted by this or these transducers, to the "Radio-Frequency" input of the mixer, the differential signal at the output of the mixer being applied to a spectrum analyzer and / or a sound reproduction device.

Avantageusement en conséquence, les caractéristiques de modulation du signal "chirp" sont choisies pour que la fréquence quasi constante obtenue par la soustraction du signal émis et du signal reçu en échographie soit toujours située, quelle que soit la pénétration analysée, dans la gamme des fréquences audibles, ce qui permet d'alimenter par ledit signal différentiel, un haut-parleur d'écoute du signal échographique ou débitmétrique. Advantageously therefore, the modulation characteristics of the "chirp" signal are chosen so that the almost constant frequency obtained by subtracting the transmitted signal and the signal received on ultrasound is always located, whatever the penetration analyzed, in the frequency range. audible, which allows to supply by said differential signal, a loudspeaker for listening to the ultrasound or flow meter signal.

De toute façon, l'invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, au cours de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation de ce dispositif hybride d'échographie et débitmétrie ultrasonores, en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels
Figure 1 est un schéma électrique, sous forme de schéma-blocs, de ce dispositif;
Figure 2 montre, sur un même graphique, les courbes Amplitude/
Fréquence d'un signal impulsionnel traditionnel d'échographie et du signal chirp émis en échographie par le générateur de ce dispositif, ainsi que la courbe de réponse du transducteur ;
Figure 3 montre la courbe de variation temporelle de la fréquence de ce signal chirp, ainsi que la courbe de variation temporelle de la fréquence du signal différentiel échographique.In any case, the invention will be well understood, and its advantages and other characteristics will emerge during the following description of a nonlimiting example of embodiment of this hybrid ultrasound and ultrasound flow meter device, with reference to the attached schematic drawings. wherein
Figure 1 is an electrical diagram, in the form of block diagrams, of this device;
Figure 2 shows, on the same graph, the Amplitude /
Frequency of a traditional pulse ultrasound signal and the chirp signal emitted in ultrasound by the generator of this device, as well as the response curve of the transducer;
Figure 3 shows the temporal variation curve of the frequency of this chirp signal, as well as the temporal variation curve of the frequency of the ultrasound differential signal.

En se reportant à l'ensemble des figures, ce dispositif hybride pour débitmétrie et échographie ultrasonores utilise, pour l'émission et la réception de l'onde ultrasonore, un seul et même transducteur piézoélectrique 1, de fréquence de résonance égale à Fg, par exemple 5 Mégahertz. La courbe de réponse "Amplitude AI Fréquence f" de ce capteur est représentée en 2 sur le graphique de la figure 2. Cette courbe est du type passe-bande, de largeur à 3 -db égale à B, et centrée sur Fo
A titre indicatif, on a tracé sur la figure 2 la courbe de réponse 3 du signal impulsionnel rectangulaire émis en échographie traditionnelle. Referring to all the figures, this hybrid device for ultrasonic flow and ultrasound uses, for the emission and reception of the ultrasonic wave, a single piezoelectric transducer 1, with a resonance frequency equal to Fg, by example 5 Megahertz. The response curve "Amplitude AI Frequency f" of this sensor is shown in 2 on the graph in FIG. 2. This curve is of the bandpass type, of width at 3 -db equal to B, and centered on Fo
As an indication, the response curve 3 of the rectangular impulse signal emitted in traditional ultrasound is plotted in FIG. 2.

L'énergie alors transmise par le transducteur 1 correspond à la zone hachurée 4, et l'on voit donc qu'une grande partie de l'énergie disponible est perdue.The energy then transmitted by the transducer 1 corresponds to the hatched area 4, and we therefore see that a large part of the available energy is lost.

Le dispositif de l'invention utilise, pour activer le transducteur 1, un générateur-synthétiseur à balayage programmable 5 qui possède deux entrées de commande
- une entrée 6 de réglage automatique de sa fréquence centrale ainsi que de ses paramètres de balayage, recevant, par un bus 7, ses instructions d'une unité logique centrale de commande et de calcul 8, constituée par un calculateur avec interfaces,
- une commande 9 de commutation entre une première position pour laquelle le générateur 5 émet une onde sinusoïdale de fréquence égale à la fréque#nce de résonance Fo du transducteur, et une deuxième position pour laquelle ce générateur émet une onde sinusoïdale 10 (figure 2) balayée en fréquence entre une fréquence inférieure F1 (par exemple 3 Mégahertz) et une fréquence supérieure F2 (par exemple 7 Mégahertz), dont le spectre a une courbe de réponse 10 du type "chirp", centrée sur FoX d'amplitude a quasi constante sur une largeur L substantiellement égale à celle de la courbe 2. De la sorte, la quasi-totalité de la courbe de réponse 2 est utilisée pour la transmission du signal 10, et la transmission d'énergie est maximale dans ce cas.The device of the invention uses, to activate the transducer 1, a programmable scanning generator-synthesizer 5 which has two control inputs
an input 6 for automatic adjustment of its central frequency and of its scanning parameters, receiving, by a bus 7, its instructions from a central logic control and calculation unit 8, constituted by a computer with interfaces,
a command 9 for switching between a first position for which the generator 5 emits a sine wave of frequency equal to the frequency # nce of resonance Fo of the transducer, and a second position for which this generator emits a sine wave 10 (FIG. 2) swept in frequency between a lower frequency F1 (for example 3 Megahertz) and a higher frequency F2 (for example 7 Megahertz), the spectrum of which has a response curve 10 of the "chirp" type, centered on FoX of almost constant amplitude over a width L substantially equal to that of curve 2. In this way, almost all of the response curve 2 is used for the transmission of signal 10, and the energy transmission is maximum in this case.

Conformément à l'invention, la position d'émission d'une fréquence fixe Fo est celle correspondant à l'utilisation du dispositif pour la débitmétrie, tandis que celle correspondant à l'émission du signal chirp 10 est celle utilisée pour l'échographie. According to the invention, the position of emission of a fixed frequency Fo is that corresponding to the use of the device for flow measurement, while that corresponding to the emission of the chirp signal 10 is that used for ultrasound.

Le signal 10 a, en fonction du temps t, une fréquence Fe qui varie (figure 3) de façon "triangulaire" et périodiquement entre F1 et
F2, la fréquence de variation ayant pour période 2T. Ce signal est modulé linéairement entre F1 et F2 pendant une durée T autour de la fréquence Fo du transducteur, avec une pente de modulation, alternativement montante et descendante, égale à
Sur la figure 3 a été représentée en pointillés la courbe F r du signal reçu en écho du signal émis Fe, pour la distance maximale de pénétration p dans le milieu à analyser. Ce signal est décalé dans le temps, par rapport au signal Fe émis, de la quantité

ou c est la vitesse de propagation de l'onde ultrasonore dans ce milieu.The signal 10 has, as a function of time t, a frequency Fe which varies (FIG. 3) in a "triangular" manner and periodically between F1 and
F2, the frequency of variation having for period 2T. This signal is linearly modulated between F1 and F2 for a duration T around the frequency Fo of the transducer, with a modulation slope, alternately rising and falling, equal to
In Figure 3 has been shown in dotted lines the curve F r of the signal received in echo of the signal emitted Fe, for the maximum penetration distance p in the medium to be analyzed. This signal is offset in time, relative to the signal Fe emitted, by the quantity

where c is the speed of propagation of the ultrasonic wave in this medium.

Si l'on soustrait les deux fréquences F et Fr, on obtient la
e r fréquence Fd représentée à la partie inférieure de la figure 3. Si T est choisi pour être très supérieure à # ?, cette fréquence Fd est pratique- ment constante et de valeur proportionnelle à la pente de modulation précédemment définie, à la distance de l'écho x à mesurer, et inversement proportionnelle à c.If we subtract the two frequencies F and Fr, we obtain the
er frequency Fd represented in the lower part of figure 3. If T is chosen to be much higher than #?, this frequency Fd is practically constant and of value proportional to the slope of modulation previously defined, at the distance of l echo x to be measured, and inversely proportional to c.

La mesure de la fréquence Fd fournit donc la mesure de la distance de l'écho x, sous réserve que
T ce qui est réglé pour l'unité centrale programmée 8.The measurement of the frequency Fd therefore provides the measurement of the distance from the echo x, provided that
T which is set for the programmed central unit 8.

Par ailleurs, selon un aspect particulièrement intéressant de l'invention, les différents paramètres, dont la pente de modulation, sont réglés par l'ordinateur 8 pour qu en outre cette fréquence Fd soit toujours réglée, compte tenu de la célérité c du milieu et de la profondeur maximale de pénétration p, pour être toujours située dans la gamme des fréquences audibles, ce qui permet, à l'aide d'un appareil de reproduction sonore, l'analyse à l'oreille des échos dans le milieu. Furthermore, according to a particularly interesting aspect of the invention, the various parameters, including the modulation slope, are adjusted by the computer 8 so that, in addition, this frequency Fd is always adjusted, taking into account the speed c of the medium and of the maximum penetration depth p, to be always located in the range of audible frequencies, which allows, using a sound reproduction device, the analysis by ear of echoes in the medium.

En se reportant particulièrement à la figure 1, le signal sinusal dal, modulé en fréquence ou non selon qu'il s'agisse d'échographie ou de débitmétrie, fourni sur la sortie 11 du générateur 5, est appliquée à un coupleur directif 12. With particular reference to FIG. 1, the sinus signal dal, frequency modulated or not depending on whether it is an ultrasound or a flow meter, supplied on the output 11 of the generator 5, is applied to a directional coupler 12.

Une faible partie (environ 10 %) de ce signal sort du coupleur en 13 et est appliquée à l'entrée 'Y)scillateur Local" 14 d'un mélangeur 15, constitué par exemple par un modulateur en anneau. La partie restante de ce signal sort en 16 et est appliquée à un circuit 17 de séparation et d'adaptation. A small part (about 10%) of this signal leaves the coupler at 13 and is applied to the input "Y) Local scillator" 14 of a mixer 15, constituted for example by a ring modulator. The remaining part of this signal leaves at 16 and is applied to a circuit 17 for separation and adaptation.

Ce circuit 17 est apte à
- en mode émission, transmettre une partie de l'onde sortant en 16 vers le transducteur ultrasonore 1, sans rien transmettre de cette onde vers l'entrée "Radio-Fréquences" 18 du mélangeur 15
- en mode réception, transmettre l'onde reçue en sortie 19 du transducteur 1 vers cette entrée 18, à travers un amplificateur 20 court- circuité au moyen d'un interrupteur 21 dans le cas de l'échographie;
- aussi bien à l'émission qu'à la réception, réaliser l'adaptation d'impédance, au moyen d'un transformateur haute fréquence 22, du transducteur 1.This circuit 17 is suitable for
- in transmission mode, transmit part of the wave leaving at 16 to the ultrasonic transducer 1, without transmitting anything from this wave to the "Radio-Frequency" input 18 of the mixer 15
- in reception mode, transmit the wave received at output 19 from transducer 1 to this input 18, through an amplifier 20 short-circuited by means of a switch 21 in the case of ultrasound;
- both on transmission and on reception, carry out the impedance adaptation, by means of a high frequency transformer 22, of the transducer 1.

Le circuit 17 a donc pour rôle essentiel de séparer les signaux émis des signaux reçus, en dirigeant au moins une partie des signaux émis, en sortie 16 du coupleur directif 12, vers le transducteur I uniquement, et en dirigeant tout ou partie des signaux reçus, en sortie 19 du transducteur 1, vers l'entrée "Radio-Fréquences" du mélangeur 15 uniquement. The main role of circuit 17 therefore is to separate the signals transmitted from the signals received, by directing at least part of the signals transmitted, at output 16 of the directional coupler 12, towards the transducer I only, and by directing all or part of the signals received. , at output 19 of transducer 1, towards the "Radio-Frequencies" input of mixer 15 only.

Le circuit de séparation 17 comporte dans cet exemple un diviseur de puissance par deux réversible 23, à une entrée 24, connectée à la sortie 16 du coupleur directif 12, et deux sorties divisées, ou voies 25,26 en phase. Ces deux bornes 25,26 sont connectées aux deux bornes similaires 27,28 d'un autre diviseur de puissance par deux réversible 29, celui-ci étant à deux voies 27,28 en oppositibn de phase. L'autre borne 30 de ce diviseur 29 est reliée d'une part à l'entrée de l'amplificateur 20, et d'autre part à la masse par une résistance d'adaptation 31. La borne 25 est également reliée à la masse par une résistance d'adaptation 32 de même valeur que la résistance 31, par exemple 50 ohms. The separation circuit 17 in this example comprises a power divider by two reversible 23, with one input 24, connected to the output 16 of the directional coupler 12, and two divided outputs, or channels 25, 26 in phase. These two terminals 25, 26 are connected to the two similar terminals 27, 28 of another power divider by two reversible 29, the latter being two-way 27, 28 in phase opposition. The other terminal 30 of this divider 29 is connected on the one hand to the input of the amplifier 20, and on the other hand to earth by an adaptation resistor 31. Terminal 25 is also connected to earth by an adaptation resistor 32 of the same value as the resistor 31, for example 50 ohms.

La sortie 33 du modulateur en anneau 15 est connectée à un bloc 34 comportant un pré-amplificateur à faible bruit suivi d'un filtre passe-bas, chargé d'éliminer la composante d'addition des fréquences appliquées respectivement en 14 et 18, pour n'en garder que la différence. The output 33 of the ring modulator 15 is connected to a block 34 comprising a low noise pre-amplifier followed by a low-pass filter, responsible for eliminating the addition component of the frequencies applied respectively at 14 and 18, for keep only the difference.

Le signal basse fréquence ainsi filtré est appliqué, à travers un amplificateur basse fréquence 35, d'une part à un analyseur de spectre 36, et d'autre part à un haut-parleur 37.The low frequency signal thus filtered is applied, through a low frequency amplifier 35, on the one hand to a spectrum analyzer 36, and on the other hand to a loudspeaker 37.

L'analyseur 36 est un analyseur de spectre numérique programmable qui est relié à l'ordinateur 8 par le bus 37. Cet analyseur 36 est déclenché en échographie par un signal synchrone du balayage de fréquence, et il analyse le signal pendant la durée T' de sa fenêtre temporelle. Afin d'obtenir une bonne résolution, on démontre aisément que cette durée T' doit être supérieure ou égale à la demi-période T précédemment définie. En pratique, afin d'éviter un élargissement de la raie spectrale due aux variations de la fréquence Fd, on choisira T' égale à T. The analyzer 36 is a programmable digital spectrum analyzer which is connected to the computer 8 by the bus 37. This analyzer 36 is triggered in ultrasound by a synchronous signal of the frequency sweep, and it analyzes the signal for the duration T ' of its time window. In order to obtain good resolution, it is easily demonstrated that this duration T ′ must be greater than or equal to the half-period T previously defined. In practice, in order to avoid a widening of the spectral line due to variations in the frequency Fd, we will choose T 'equal to T.

Le fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit est le suivant
Pour utiliser l'appareil pour une mesure de débitmétrie, I'inter rupteur 21 est ouvert, et le mini-ordinateur 8, conformément à sa programmation, commande, par le bus 7 et l'entrée 9, la suppression du balayage du générateur.The operation of the device which has just been described is as follows
To use the device for a flow measurement, the switch 21 is open, and the minicomputer 8, in accordance with its programming, controls, by the bus 7 and the input 9, the suppression of the generator scan.

Le générateur 5 délivre donc en 11 une onde sinusoïdale à la fréquence Fo ci-dessus définie. Par le coupleur directif 12, une faible portion énergétique de cette onde est appliquée sur l'entrée "Oscillateur
Local" 14 du mélangeur -15, tandis que la portion restante de celle-ci est appliquée à l'entrée 24 du diviseur de puissance à deux voies en phase 23. En 25 et 26 apparaissent alors deux signaux en phase. Le transformateur 22 est réglé pour ramener de la sonde 1 et sur la borne 26 une résistance égale à celle de la résistance 32, c'est-à-dire 50 ohms dans l'exemple considéré. Dans ces conditions, les signaux sont appliqués symétriquement en 27 et 28, de sorte que le signal transmis en 30 est nul en raison du déphasage de 180 degrés dû au diviseur 29.Seule est transmise la moitié de la puissance de l'onde incidente vers le transducteur 1, qui émet alors l'onde ultrasonore 39 dans le milieu à analyser.The generator 5 therefore delivers at 11 a sine wave at the frequency Fo defined above. By the directional coupler 12, a small energy portion of this wave is applied to the "Oscillator" input.
Local "14 of the mixer -15, while the remaining portion of it is applied to the input 24 of the two-way power divider in phase 23. At 25 and 26 then appear two signals in phase. The transformer 22 is set to bring a resistance equal to that of resistor 32 from probe 1 and to terminal 26, that is to say 50 ohms in the example considered. Under these conditions, the signals are applied symmetrically at 27 and 28 , so that the signal transmitted at 30 is zero due to the 180-degree phase shift due to the divider 29. Only half the power of the incident wave is transmitted to the transducer 1, which then emits the ultrasonic wave 39 in the medium to be analyzed.

Ce milieu renvoie vers ce transducteur une onde de retour 40. This medium returns a return wave 40 to this transducer.

Le transducteur 1 agit alors comme un générateur de tension dont l'impédance interne est égale à 50 ohms, ce qui équilibre le pont, de sorte que sa tension émise se retrouve presque intégralement en 30 pour être appliquée, à travers l'amplificateur 20, sur l'entrée "Radio-Fréquences" 18 du mélangeur 15.The transducer 1 then acts as a voltage generator whose internal impedance is equal to 50 ohms, which balances the bridge, so that its emitted voltage is found almost entirely at 30 to be applied, through the amplifier 20, on the "Radio-Frequencies" input 18 of the mixer 15.

S'agissant de débitmétrie, la fréquence de cette onde reçue est différente de celle de l'onde émise, appliquée en 14. En 33 apparaissent la somme et la différence de ces deux fréquences. Le filtre 34 en élimine la somme, et la différence Fd est appliquée, à travers l'amplificateur de puissance 35, à la fois au haut-parleur 37 et à l'analyseur de spectre 36, ce dernier étant commandé par l'ordinateur 8. Le tracé du spectre par l'analyseur numérique 36 fournit des renseignements sur l'écoulement que ne peuvent donner les techniques de débitmétrie traditionnelles. With regard to flow measurement, the frequency of this received wave is different from that of the transmitted wave, applied at 14. At 33 appear the sum and the difference of these two frequencies. The filter 34 eliminates the sum thereof, and the difference Fd is applied, through the power amplifier 35, to both the speaker 37 and the spectrum analyzer 36, the latter being controlled by the computer 8 The tracing of the spectrum by the digital analyzer 36 provides information on the flow which cannot be given by traditional flow measurement techniques.

Si l'on veut utiliser l'appareil pour une analyse échographique, on ferme l'interrupteur 21, l'amplificateur 20 n'étant alors généralement pas nécessaire en raison de la relative puissance du signal reçu en échographie, et le mini-ordinateur 8 commande, par l'entrée 9, le balayage, entre F1 et F2 et tel que précédemment défini, de la fréquence du générateur 5. If we want to use the device for an ultrasound analysis, we close the switch 21, the amplifier 20 is then generally not necessary because of the relative strength of the signal received in ultrasound, and the mini-computer 8 control, via input 9, the sweep, between F1 and F2 and as defined above, of the frequency of generator 5.

Le signal, correspondant à la courbe F de la figure 3, est d'une
e part, pour une faible partie, appliqué en 14, et d'autre part, pour sa majeure partie, appliqué au transducteur I, qui émet l'onde 39 vers le milieu à analyser, et en reçoit l'onde 40, réfléchie et retardée, qui donne en sortie du transducteur, et via le circuit 17, l'onde reçue Fr (figure 3), appliquée en 18.The signal, corresponding to curve F in FIG. 3, is of a
on the one hand, for a small part, applied at 14, and on the other hand, for the major part, applied to the transducer I, which emits wave 39 towards the medium to be analyzed, and receives wave 40 therefrom, reflected and delayed, which gives at the output of the transducer, and via circuit 17, the received wave Fr (FIG. 3), applied at 18.

En sortie du filtre 34, on recueille cette fois-ci l'onde Fd de la figure 3, qui représente, comme expliqué ci-dessus, la distance de l'écho x recherchée. Cette fréquence Fd est là encore appliquée au hautparleur 37 et à l'analyseur de spectre 36. On voit finalement que les mêmes circuits sont utilisés pour l'échographie et pour la débitmétrie. At the output of the filter 34, this time the wave Fd of FIG. 3 is collected, which represents, as explained above, the distance from the desired echo x. This frequency Fd is again applied to the loudspeaker 37 and to the spectrum analyzer 36. We finally see that the same circuits are used for ultrasound and for flow measurement.

Dans tout ce qui précède, on a supposé qu'il n'y avait, aussi bien en débitmétrie qu'en échographie, qu'une seule cible. Dans le cas de plusieurs cibles, il est bien évident que le signal fourni à l'analyseur 36 est la superposition des signaux dus à chacune de ces cibles. Le spectre résultant sera alors constitué d'une série de raies caractéristiques de chaque cible. Dans le cas d'une distribution continue de cibles, ou d'une diffusion par le milieu, le spectre obtenu sera également continu. In all of the above, it has been assumed that there is only one target, both in flow measurement and in ultrasound. In the case of several targets, it is obvious that the signal supplied to the analyzer 36 is the superposition of the signals due to each of these targets. The resulting spectrum will then consist of a series of lines characteristic of each target. In the case of a continuous distribution of targets, or of a diffusion by the medium, the spectrum obtained will also be continuous.

L'invention n'est, bien entendu, pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit et est susceptible en particulier d'être réalisée selon de nombreuses variantes. Par exemple, un autre circuit de séparation et d'adaptation que le circuit 17 décrit ci-dessus pourrait être utilisé. The invention is, of course, not limited to the embodiment which has just been described and is in particular capable of being produced according to numerous variants. For example, another separation and adaptation circuit than circuit 17 described above could be used.

Les applications de ce dispositif sont celles de l'échographie et de la débitmétrie ultrasonores en général. Ses avantages essentiels sont de regrouper ces deux techniques dans le même appareil, avec des performances améliorées, et de fournir en échographie un signal audible très utile en cours d'examen. Parmi les applications où les performances de ce dispositif pourraient être utilisées avec profit, nous citerons, à titre d'exemples, les domaines suivants
Industrie
L'utilisation principale concerne le contrôle non destructif des matériaux et des assemblages. Le signal audible provenant des défauts permet une analyse rapide et précise compte tenu de la bonne résolution du système.The applications of this device are those of ultrasound and ultrasonic flow measurement in general. Its main advantages are to combine these two techniques in the same device, with improved performance, and to provide ultrasound with an audible signal which is very useful during examination. Among the applications where the performance of this device could be used with profit, we will cite, by way of examples, the following fields
Industry
The main use is for non-destructive testing of materials and assemblies. The audible signal from faults allows a quick and precise analysis taking into account the good resolution of the system.

Médecine
De nombreux services utilisent ces techniques pour l'exploration, l'aide au diagnostic et les contrôles per-opératoire et thérapeutique
a) Ophtalmologie : La détection de décollement de rétine et de pseudo-membranes de l'uvée dans la chambre postérieure, ainsi que la mesure du débit de l'artère centrale de la rétine nécessitent un appareil de grande résolution, tel que celui de l'invention.Medicine
Many departments use these techniques for exploration, diagnostic assistance and intraoperative and therapeutic controls
a) Ophthalmology: The detection of retinal detachment and pseudo-membranes of the uvea in the posterior chamber, as well as the measurement of the flow of the central artery of the retina require a high resolution device, such as that of the 'invention.

b) Neurologie: La visualisation de l'écho-médian et des hématomes craniens, et la mesure du débit carotidien pourront, grâce à la présente invention, être réalisées par un seul appareil. b) Neurology: The visualization of the echo-median and cranial hematomas, and the measurement of the carotid flow can, thanks to the present invention, be carried out by a single device.

c) Gynécologie-obstétrique : Ces services font largement appel à l'exploration ultrasonore. Le dispositif selon l'invention y sera apprécié, en particulier dans le diagnostic des malformations cardiaques foetales, et la recherche de la mesure du débit placentaire. c) Gynecology-obstetrics: These services make extensive use of ultrasound exploration. The device according to the invention will be appreciated there, in particular in the diagnosis of fetal cardiac malformations, and the search for the measurement of placental flow.

d) Cardialogie et pathologie Cardio-vasculaire: Les examens pratiqués peuvent se classer en deux catégories, la visualisation anatomique (atteintes valvulaires, dissection aortique), ainsi que la débitmétrie et la cinétique cardiaque (volume d'éjection systolique, sténose et thromboses vasculaires, mouvement des parois et des valves). Par ailleurs, d'autres applications peuvent être trouvées en chirurgie cardiaque (contrôle de CEC...). d) Cardialogy and Cardiovascular pathology: The examinations carried out can be classified into two categories, anatomical visualization (valve damage, aortic dissection), as well as cardiac flow and kinetics (volume of systolic ejection, stenosis and vascular thromboses, movement of walls and valves). In addition, other applications can be found in cardiac surgery (control of CEC ...).

e) Appareil digestif: Les points essentiels concernent la visualisation des organes (foie, vésicule biliaire,...) et le contrôle per-opératoire du cholédoque et du canal de Wirsung. e) Digestive system: The essential points concern the visualization of the organs (liver, gall bladder, ...) and the intraoperative control of the common bile duct and the Wirsung canal.

f) Urologie-néphrologie : Les ultrasons sont utilisés pour la détection des calculs et des kystes rénaux, l'examen de la prostate, la mesure du débit dans l'artère rénale et dans les fistules artério-veineuses chez les hémodialysés. f) Urology-nephrology: Ultrasound is used for the detection of kidney stones and cysts, examination of the prostate, measurement of the flow in the renal artery and in arteriovenous fistulas in hemodialysis patients.

g) Caractérisation de tissus: Elle est nécessaire dans les examens cliniques (exploration de. la thyroïde, du foie, détection de kystes ou de tumeurs,...) ou dans les études de laboratoire sur les tissus (études fondamentales et service d'anatomo-pathologie). Dans ce dernier cas, une mesure de transmission peut facilement être réalisée avec deux sondes et le même appareil selon l'invention. g) Characterization of tissues: It is necessary in clinical examinations (exploration of the thyroid, liver, detection of cysts or tumors, ...) or in laboratory studies on tissues (fundamental studies and service anatomical pathology). In the latter case, a transmission measurement can easily be carried out with two probes and the same device according to the invention.

Claims

1 - Ultrasonic analysis device, characterized in that it is constituted by a single device, capable of carrying out either ultrasound or flowmeter analyzes, and comprising

- at least one transducer (1) operating simultaneously in transmission and in reception

a generator (5) capable of delivering either, for the flowmetry, a sinusoidal electric wave of fixed frequency substantially equal to the resonance frequency (Fo) of the transducer (1), or, for the echography, a signal ( 10) of the "chirp" type constituted by a sinusoidal electric wave swept linearly in frequency around this frequency (Fg)> the instantaneous frequency of this wave increasing then decreasing, alternately and with the same slope, between two lower limit frequencies (F1) and higher (F2) located symmetrically on either side of the frequency (Fg), the scanning half-period (T) being much greater than the time interval (Zw), between emitted wave (Fe) and wave received (Fr) in ultrasound, which corresponds to the maximum depth of ultrasound exploration (p)

- a directional coupler (12) supplied by the sine wave of the generator (5) and delivering, on a first output (13), a portion of this signal to the input "Local Oscillator" (14) of a mixer frequencies (15), and on a second output (16) the other portion of the signal to a separator (17) capable of transmitting it to the transducer (1), this separator (17) being further able to direct the signal of return, transmitted by this transducer (1), to the "Radio-Frequency" input (18) of the mixer (15), the differential signal at the output of the mixer (15) being applied to a spectrum analyzer (36) and / or a sound reproduction device (37).

2 - ultrasonic analysis device according to claim 1, characterized in that the difference (F2 - F1) between the two limit frequencies (F2, F1) is chosen to be of the same order of magnitude as the width (L) of the curve response (2) from transducer (1).

3 - Device according to claim 1 or claim 2, characterized in that the modulation characteristics of the chirp signal (10) are chosen so that the almost constant frequency (Fd) of the differential signal obtained is always located in the range of audible frequencies .

4 - Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the generator (5) and the spectrum analyzer (36) are controlled by computer (8).

5 - Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the spectrum analyzer has a time window whose duration (T ') is greater than or equal to said half-scanning period (T).

6 - Device according to claim 5, characterized in that this duration (T ') is equal to this half-scanning period (T).

7 - Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the separator (17) also forms an impedance adapter for the transducer (1).

8 - Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the separator comprises a first two-way power divider in phase (23) and a second two-way power divider in phase opposition (29), the input (24) of the first divider (23) being connected to the directional coupler (12), the input (30) of the second divider (29) being connected to the "Radio-Frequency" input (18) of the mixer ( 15), the first two terminals (25,27) of the dividers (23,29) being connected to each other and to ground by an adaptation resistor (32), while their two other terminals (26 , 28) are connected together and to the transducer (19) through an impedance matching circuit (22).

9 - Device according to claim 8, characterized in that said impedance matching circuit (22) is a high frequency transformer.

10 - Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the wave generated by the generator (5) is of almost constant amplitude (a).