JP2999880B2 - 超音波探触子切換回路 - Google Patents

超音波探触子切換回路

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JP2999880B2
JP2999880B2 JP4029988A JP2998892A JP2999880B2 JP 2999880 B2 JP2999880 B2 JP 2999880B2 JP 4029988 A JP4029988 A JP 4029988A JP 2998892 A JP2998892 A JP 2998892A JP 2999880 B2 JP2999880 B2 JP 2999880B2
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秀夫 小林
恭子 森岡
正仁 関根
由起彦 鈴木
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は例えば超音波を用いた
流量測定,被検材の欠陥検出,生体の医用診断などにお
いて複数の超音波探触子の中から1つを選択して共通に
用いる送受信器へ接続する超音波探触子切換回路,特に
半導体スイッチを用いて小型化ならびに長寿命化を図っ
たものに関する。
【0002】
【従来の技術】図6は従来の超音波探触子切換回路の一
例を示す回路図,1はタイミング回路,2は送受信器,
3は切換制御回路,9−1,9−2はケーブル,10−
1は第1超音波探触子,10−2は第2超音波探触子,
26はリレーである。従来の超音波探触子切換回路は上
記のように構成され,タイミング回路1は周期的にタイ
ミング信号を発生し,タイミング信号にて動作する送受
信器2ならびにリレー26はケーブル9−1,9−2を
経て,第1超音波探触子10−1または第2超音波探触
子10−2へ接続される。
【0003】送受信器2は通常,非導通状態にあり,タ
イミング信号が加わると送信パルスを発生する。送信パ
ルスはタイミング信号と同期して動作するリレー26に
より選択された第1超音波探触子10−1を付勢し超音
波を放射する。また放射された超音波は対象物から反射
後,第1超音波探触子10−1で受波されリレー26を
経て送受信器2の受信部に入力する。このとき第2超音
波探触子10−2は動作しない。
【0004】次のタイミング信号によりリレー26が切
り変わると選択された第2超音波探触子10−2に送信
パルスが加わってこれを付勢し反射波は第2超音波探触
子10−2で受信され,受信信号はリレー26を経て送
受信器2に入力される。この時第1超音波探触子10−
1は動作しない。上記例においては2つの超音波探触子
を切り換える場合について説明したが,更に超音波探触
子の数が多くなっても同様に行える。
【0005】図7は従来の超音波探触子切換回路の他の
一例を示す回路図,1,2,3,9−1,9−2,10
−1,10−2は上記従来例と同一であり,−1は第
1切換回路,−2は第2切換回路,7は超音波探触子
切換の制御信号が加わる制御端子,8は送信信号ならび
に受信信号の導通及び遮断をするダイオード,25は直
流電圧阻止キャパシタである。
【0006】従来の超音波探触子切換回路は上記のよう
に構成され,タイミング回路1からのタイミング信号に
て動作する送受信器2は第1切換回路−1ならびに第
2切換回路−2に接続され,ダイオード8やキャパシ
タ25を経た後,さらにケーブル9−1,9−2から第
1超音波探触子10−1ならびに第2超音波探触子へそ
れぞれ接続される。ダイオード8の一端には抵抗RC
介して制御端子7にダイオード8の動作を制御する制御
電圧が加えられている。
【0007】制御端子7に正の制御電圧が加わるとダイ
オード8は導通状態となる。このとき,非導通状態にあ
る送受信器2へタイミング回路1からタイミング信号が
加わると送信パルスを発生する。送信パルスはダイオー
ド8を経て第1超音波探触子10−1を付勢し超音波パ
ルスを放射する。また対象物からの反射信号は送受信器
2の受信部に入力する。
【0008】この時,第2切換回路−2の制御端子7
には負の高電圧が加えられて,ダイオード8はカットオ
フ状態となり,このため第2超音波探触子10−2に送
信パルスが印加されず,第1超音波探触子10−1のみ
が送信ならびに受信に関与する。次に第1切換回路
1の制御端子7に負の高電圧の制御電圧,第2切換回路
−2の制御端子7に正の電圧を与えると,第2超音波
探触子10−2のみから送受信が行われる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の超
音波探触子切換回路では,切換のためのリレー26にリ
ードリレーなどを用いて,例えば切換頻度が50回/秒
とすると,連続使用機器では直ちに寿命が限界に達する
ので長寿命の水銀リレーが使われる。しかし水銀リレー
は使用時の姿勢に制約があり可搬機器などでは正しい姿
勢で使用するように注意しないと動作不良となる。また
動作は機械的に行われるため切換時間は数ミリ秒と長く
なり且つ寸法も大きくなる。さらに駆動のためのコイル
電流を流す必要があり数百ミリワットの消費電力が必要
とされる。
【0010】一方,切換のためにダイオード8を用いた
回路では機械的な動作を利用しないので長寿命化に適し
ており,切換時間も短くできてリレー26駆動に比べ消
費電力が小さくできる。しかしながら超音波の減衰が顕
著な材料や伝搬距離が大きな被検材等に超音波を用いる
とき,所定の信号対雑音比を得るため超音波探触子を高
電圧の送信パルスで付勢する。従って高電圧の送信パル
スを阻止するためダイオード8をカットオフ状態とする
には,高電圧の制御電圧をダイオード8に印加する必要
がある。
【0011】この制御用の高電圧が負荷側などの他の回
路へ加わることを防止するためにキャパシタ25が切換
回路に用いられる。このキャパシタ25には高電圧の制
御電圧が加わるため高耐圧が必要とされ,また伝達損失
を小さくするには静電容量値は大きいことが要求され
る。この2つの条件を満たす制御電圧阻止用キャパシタ
25は寸法が大きくなってしまう。静電容量値が大きい
キャパシタ25を用いると制御電圧の充電のためにリレ
ー26の制御電力に比べれば小さいが消費電力が増加
し,更に充放電時定数が大きくなるので高速度で超音波
探触子の切換が行えないという問題点があった。
【0012】この発明はかかる問題点を解決するために
なされたもので,超音波探触子を選択するダイオード8
に直流電圧阻止のための半導体スイッチを直列に接続す
ることにより,高電圧の送信パルスを発生する送受信器
を超音波探触子に切換接続するため小型,高速,低消費
電力で動作姿勢に制限が無く且つ長寿命の超音波探触子
切換回路を得ること目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】この発明に係わる超音波
探触子切換回路は,送受信器と超音波探触子との間に接
続されて超音波探触子切換の制御信号により超音波探触
子を選択するスイッチ作用を行うダイオードと,ダイオ
ードと直列に接続され当該接続位置に加えられた制御信
号の他への干渉を阻止する半導体スイッチを設けたもの
である。
【0014】
【作用】この発明に於いては,送受信器と超音波探触子
との間にダイオードと直列に接続された半導体スイッチ
を設け上記接続位置へダイオードに導通ならびに遮断の
スイッチ作用を与える制御信号を加える。またダイオー
ドのスイッチ作用の動作と同期した制御信号により半導
体スイッチの動作を制御する。このときダイオードに加
わる高電圧の他への干渉は半導体スイッチにより阻止で
きるので寸法の大きな高耐圧で静電容量値が大きいキャ
パシタの利用が不要となり,小型で高速かつ長寿命で低
消費電力の超音波探触子切換回路が得られる。
【0015】本装置は超音波を用いた流量測定,被検材
の欠陥検出,生体の医用診断などに利用でき,小型で低
消費電力且つその動作姿勢が自由な可搬型機器に適用で
きる。
【0016】
【実施例】この発明の一実施例を添付図面を参照して詳
細に説明する。図1はこの発明の一実施例を示す回路
図,図2は図1に示す回路の動作波形の一例,1,2,
3,−1,−2,7,8,9−1,9−2,10−
1,10−2は上記従来回路と同一であり,5は半導体
スイッチ,は半導体スイッチ5への制御信号を伝達す
る結合回路,11は切換制御回路3からの信号に同期し
て作動する発光体,12は発光体11とそれぞれ光学的
に結合して光起電力を発生する受光体,はタイミング
信号,,は切換制御信号,は第1超音波探触子の
動作例,は第2超音波探触子の動作例,Tは送信信
号,Rは受信信号,を示している。
【0017】上記のように構成された超音波探触子切換
回路に於いては,タイミング回路1,送受信器2,第1
切換回路−1ならびに第2切換回路−2,ケーブル
9−1,9−2ならびに第1超音波探触子10−1,第
2超音波探触子10−2は互いに送受信器2を共通とし
て超音波探触子の系列毎に直列に接続される。またタイ
ミング回路1からの信号は切換制御回路3を経て第1切
換回路−1ならびに第2切換回路−2へ加えられ
る。
【0018】タイミング回路1からのタイミング信号
により送受信器2は超音波振動子を付勢するパルス信号
を発生する。他方タイミング信号は切換制御回路3に
おいて1周期毎に極性が反転する方形状の制御信号,
となり,切換回路へ加えられる。第1切換回路−1
において,制御端子7に正の高電圧の制御信号が加わ
ると抵抗RCを介してこれと接続するダイオード8は遮
断状態となる。この時同時に発光体11を発光させない
と半導体スイッチ5も遮断状態となり,高電圧のダイオ
ード制御電圧は高耐圧の半導体スイッチ5により阻止さ
れ送受信器2と切り放される。従って,送受信器2で発
生した送信パルスは第1超音波探触子10−1へ伝達さ
れない。
【0019】他方第2切換回路−2の制御端子7に負
の高電圧の制御信号が加わるとダイオード8は導通状
態になる。この時,発光体11を発光させると光学的な
結合により,例えば光起電ダイオード用いた受光体12
に光起電力を生じる。この光起電力は半導体スイッチ5
としてのMOSFETのゲートとソース間に与えられ,
高耐圧のMOSFETが導通状態となる。
【0020】すなわち送受信器2へタイミング信号が
加わると高電圧の送信パルスを発生し,第2切換回路
−2の半導体スイッチ5,ケーブル9−2を経て第2超
音波探触子10−2が付勢されて超音波パルスのTを
放射する。反射信号のRは逆の経路を経て送受信器2
の受信部に入力する。
【0021】次に切換制御回路3から第1切換回路
1の制御端子7に負の高電圧を加え同時に発光体11を
発光させ,また第2切換回路−2の制御端子7に正の
高電圧を加え発光体を消灯すると第1切換回路−1の
ダイオード8と半導体スイッチ5は導通状態になり,第
2切換回路−2のダイオード8と半導体スイッチ5を
遮断状態にすると第1超音波探触子10−1のみが付勢
されて超音波パルスのTを放射する。反射信号のR
は逆の経路を経て送受信器2の受信部に入力する。
【0022】図3は切換回路の他の実施例を示す回路図
であり,ダイオード8を送受信器2と半導体スイッチ5
との間に配置する。この場合にダイオード8を導通状態
とするには,制御端子7へ正の高電圧を加え,またダイ
オード8を遮断状態とするには制御端子7へ負の高電圧
を加える以外は上記実施例と同一である。
【0023】図4は結合回路の他の実施例を示す回路図
で,結合回路には電磁結合回路を利用し,一次側には
入力信号として矩形波による変調信号を加えると,結合
回路の二次側に同様の変調信号が誘起される。変調信
号は検波回路15にて検波され,その包絡線の矩形信号
が出力される。この出力信号を用いて同様に半導体スイ
ッチ5の導通ならびに遮断制御が行える。
【0024】図5は半導体スイッチの動作回路の一例,
半導体スイッチ5として用いるMOSFETは,チップ
上に多数のFETセルを並列に配列し,高耐圧で大きな
電流の制御,高速スイッチの作用が可能で,低いオン抵
抗を備えている。しかしながら通常ドレインとソース間
には寄生ダイオード13と比較的大きな寄生容量14が
形成され高周波信号のスイッチには適していないが,直
流ならびに低周波信号のスイッチとしては安定した動作
が得られる。
【0025】本発明は切換回路2にダイオードと高耐圧
の半導体スイッチ5の直列回路を利用し,ダイオード8
をスイッチ動作させる制御電圧の他の回路への干渉を阻
止するため,寸法が大きいキャパシタを用いることなく
高耐圧のMOSFETを用いたことにより,高電圧の送
信パルスが切換接続でき小型,高速動作の可能な長寿命
の超音波探触子切換回路が提供できる。超音波探触子の
受波信号は別に設けられた共通に用いる受信器に加わ
り,送受信器2を送信器としても同等の動作を行うこと
ができる。
【0026】このため本発明は流体が流れる管路へ設け
られた1組の超音波探触子の超音波の送波ならびに受波
を交互に切換えて行われる流量測定,被検材上へ複数の
超音波探触子を配設しこれを順次切換えての被検材の欠
陥検出ならびに配設された複数の振動子を順次切換える
超音波診断における生体内の異常部位の画像表示などに
利用できる。
【0027】
【発明の効果】この発明は以上説明した通り超音波探触
子の切換えにおいて,加えられた制御信号により超音波
探触子を選択するダイオードと直流電圧阻止用の半導体
スイッチとを直列に設ける簡単な構成により,小型,高
速で長寿命かつ低消費電力の超音波探触子切換回路が得
られる。本回路を用いれば使用時の姿勢に制限がないた
め小型の可搬型機器に適用できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す回路図
【図2】図1に示す回路の動作波形の一例
【図3】切換回路の他の実施例を示す回路図
【図4】結合回路の他の実施例を示す回路図
【図5】半導体スイッチの動作回路の一例
【図6】従来の超音波探触子切換回路の一例を示す回路
【図7】従来の超音波探触子切換回路の他の一例を示す
回路図
【符号の説明】
1 タイミング回路 2 送受信器 3 切換制御回路 −1 第1切換回路 −2 第2切換回路 5 半導体スイッチ 結合回路 7 制御端子 8 ダイオード 10−1 第1超音波探触子 10−2 第2超音波探触子
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 由起彦 東京都大田区南蒲田2丁目16番46号 株 式会社トキメック内 (56)参考文献 特開 平3−131784(JP,A) 特開 平2−49181(JP,A) 特開 平2−44273(JP,A) 特開 昭63−84531(JP,A) 特開 昭63−46145(JP,A) 特開 昭63−32387(JP,A) 藤森聰雄 著、<新版>「やさしい超 音波の応用」《電子科学シリーズ7》、 産業報知センター、1985年2月5日16版 発行、P.106−111 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01S 7/52 - 7/64 G01S 15/00 - 15/96 A61B 8/00 G01N 29/22

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の超音波探触子の中から選択された
    超音波探触子を共通に用いる送受信器へ接続する超音波
    探触子切換回路において,上記送受信器と上記超音波探
    触子との間に接続されて超音波探触子切換の制御信号に
    より上記超音波探触子を選択するスイッチ作用を行うダ
    イオードと,上記ダイオードと直列に接続され当該接続
    位置に加えられた制御信号の他への干渉を阻止する半導
    体スイッチとを備えたことを特徴とする超音波探触子切
    換回路。
  2. 【請求項2】 半導体スイッチはMOSFETである請
    求項1記載の超音波探触子切換回路。
  3. 【請求項3】 送受信器は送信器である請求項1記載の
    超音波探触子切換回路。
JP4029988A 1992-01-21 1992-01-21 超音波探触子切換回路 Expired - Lifetime JP2999880B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
藤森聰雄 著、<新版>「やさしい超音波の応用」《電子科学シリーズ7》、産業報知センター、1985年2月5日16版発行、P.106−111

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