JPH0137147B2 - - Google Patents
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- JPH0137147B2 JPH0137147B2 JP57193380A JP19338082A JPH0137147B2 JP H0137147 B2 JPH0137147 B2 JP H0137147B2 JP 57193380 A JP57193380 A JP 57193380A JP 19338082 A JP19338082 A JP 19338082A JP H0137147 B2 JPH0137147 B2 JP H0137147B2
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は超音波診断装置における圧電振動子の
駆動回路に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a drive circuit for a piezoelectric vibrator in an ultrasonic diagnostic apparatus.
超音波診断装置において、生体内に発射する超
音波のパワーを大きくすることは、反射エコーが
大きくなり画像の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が大
きくなつて、映像の鮮明化に有効である。
In an ultrasound diagnostic device, increasing the power of ultrasound emitted into a living body increases the reflected echo and increases the signal-to-noise ratio (S/N ratio) of the image, which is effective in making the image clearer. be.
探触子の圧電振動子を駆動する技術としては、
例えば特開昭49−18021号公報に記載された技術
や、第３図に示す技術がある。これらの技術のう
ち前者は、直流電源にインピーダンス素子を介し
て直列に接続されたコンデンサ及びコイルと、前
記コンデンサ及びコイルの直列回路に並列接続さ
れたトランジスタと、このトランジスタに駆動パ
ルスを与えてトランジスタをオン／オフ制御する
パルス発生器と、前記コイルの両端に並列に接続
された圧電振動子とで圧電振動子と駆動回路を構
成し、前記トランジスタをオンしてコンデンサに
予め充電されていた電荷をコイルに放電し、この
放電電流が最大のときにトランジスタをオフし、
このときにコイルの両端に生ずるインパルス状電
圧によつて圧電振動子を駆動するというものであ
る。この技術において、直流電源電圧はトランジ
スタの端圧特性から20V程度とされ、トランジス
タのオフ動作によりコイルのインダクタンスをＬ
としたときにコイルの両端を生ずるＬ×di／dtなる
インパルス状電圧を電源電圧より十分高い電圧に
して圧電振動子に印加する。 The technology for driving the piezoelectric vibrator of the probe is as follows:
For example, there is a technique described in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 18021/1983, and a technique shown in FIG. The former of these technologies consists of a capacitor and a coil connected in series to a DC power source via an impedance element, a transistor connected in parallel to the series circuit of the capacitor and coil, and a driving pulse applied to this transistor to drive the transistor. A piezoelectric vibrator and a drive circuit are composed of a pulse generator for on/off control and a piezoelectric vibrator connected in parallel to both ends of the coil. is discharged into the coil, and when this discharge current is maximum, the transistor is turned off,
At this time, the piezoelectric vibrator is driven by the impulse voltage generated at both ends of the coil. In this technology, the DC power supply voltage is set to about 20V due to the terminal voltage characteristics of the transistor, and the inductance of the coil is reduced by turning off the transistor.
When this happens, an impulse voltage of L×di/dt generated at both ends of the coil is made sufficiently higher than the power supply voltage and is applied to the piezoelectric vibrator.
一方、第３図に示す構成の後者はスイツチング
素子としてサイリスタ１を用い、直流電源電圧を
200V程度の高い電圧とし、サイリスタ１のゲー
トに第４図１に示すようなパルス電圧を印加す
る。すると、サイリスタ１が遮断状態のときコン
デンサ４に抵抗２，３を介して電源より充電され
ていた電荷は、サイリスタ１、抵抗３を介して放
電される。コンデンサ４と抵抗３との接続点の電
位は、サイリスタ１のゲートにパルス電圧が印加
されると第４図２に示すように変化し、これに伴
つて振動子６へ印加される駆動電圧は第４図３に
示すように変化する。この構成では、抵抗２とコ
ンデンサ４の充電回路の時定数は、探触子から超
音波を送出する繰返し時間、即ちサイリスタ１が
遮断状態となつている間に、コンデンサ４が完全
に充電されるような値に選んであり、またインダ
クタ５は振動子６とともに共振回路を形成してい
るが、振動子６の共振周波数と上記共振回路の共
振周波数は一致させてあるのが一般的である。 On the other hand, the latter configuration shown in Figure 3 uses thyristor 1 as the switching element, and changes the DC power supply voltage.
A high voltage of about 200 V is applied, and a pulse voltage as shown in FIG. 4 is applied to the gate of the thyristor 1. Then, when the thyristor 1 is in the cut-off state, the charge that has been charged in the capacitor 4 from the power supply via the resistors 2 and 3 is discharged via the thyristor 1 and the resistor 3. When a pulse voltage is applied to the gate of the thyristor 1, the potential at the connection point between the capacitor 4 and the resistor 3 changes as shown in FIG. It changes as shown in FIG. 4. In this configuration, the time constant of the charging circuit of the resistor 2 and the capacitor 4 is the repetition time of transmitting ultrasound from the probe, that is, the capacitor 4 is fully charged while the thyristor 1 is in the cut-off state. Although the inductor 5 and the vibrator 6 form a resonant circuit, the resonant frequency of the vibrator 6 and the resonant frequency of the resonant circuit are generally made to match.
上記従来技術における振動子の駆動電圧は、例
えば後者を例にすると、第４図３に示すように波
形が時間経過とともに減衰する。超音波診断装置
のように超音波パルスビームを扱う装置では、振
動子の特性が同じであれば第４図３に示すv′の値
が大きいことが、前に述べた超音波のパワーが大
きくなることに対応する。
In the latter case, for example, the waveform of the drive voltage for the vibrator in the prior art described above attenuates over time as shown in FIG. 4, FIG. In a device that handles ultrasonic pulse beams, such as an ultrasonic diagnostic device, if the characteristics of the transducer are the same, the value of v' shown in Figure 4, 3, is large, which means that the power of the ultrasonic wave is large, as mentioned earlier. Respond to what is happening.
ところが上記従来技術では、振動子の駆動電圧
v′を形成する共振波形の最初の半周期の電圧va′
と、それに続く半周期の電圧vb′とを比較すると、
vb′はva′よりかなり低下したものとなつていた。
つまり、振動子の駆動電圧は、スイツチング素子
をオンしたときに第３図のコンデンサ４と抵抗３
との接続点に印加される電圧で決まるva′が減衰
して行くにまかせたv′の値となつていた。特開昭
49−18021号に記載の技術もトランジスタをオフ
したときに決まる電圧の波形となつていた。 However, in the above conventional technology, the drive voltage of the vibrator
The voltage v a ′ in the first half period of the resonant waveform forming v′
Comparing the following half-cycle voltage v b ′,
v b ′ was considerably lower than v a ′.
In other words, when the switching element is turned on, the driving voltage of the vibrator is determined by the capacitor 4 and resistor 3 in Fig. 3.
The value of v' was determined by the voltage applied to the connection point with v a ', which was allowed to decay. Tokukai Akira
The technique described in No. 49-18021 also had a voltage waveform determined when the transistor was turned off.
本発明は、上記従来技術を改良し、探触子から
発射される超音波出力を増加させることにある。
より詳しくは、スイツチング素子をオンしたと同
時にスタートする振動子駆動電圧の最初の半周期
の立下り時と、その後に続く半周期の駆動電圧の
立上り時を振動子の振動周期に一致させて、振動
子へのエネルギの受け渡す効率を上げることにあ
る。 The present invention improves the above-mentioned prior art and increases the ultrasonic output emitted from the probe.
More specifically, the falling time of the first half cycle of the vibrator drive voltage, which starts at the same time as the switching element is turned on, and the rising time of the subsequent half cycle of the drive voltage are made to coincide with the vibration period of the vibrator. The goal is to increase the efficiency of energy transfer to the vibrator.
上記課題は、直流電圧源と、この直流電圧源か
ら電荷を供給され両端に電流制限素子を直列接続
されたコンデンサと、このコンデンサに充電され
た電荷を前記電流制限素子の１つを介して放電さ
せるスイツチング素子と、前記放電により生ずる
電圧が印加される圧電振動子を含む共振回路とを
備えた超音波探触子駆動回路において、前記スイ
ツチング素子に導通時でも遮断制御可能な半導体
素子を用いるとともに、この半導体素子の導通時
間を前記共振回路の共振周期の1/2で制御する手
段を備えたことを特徴とする超音波探触子駆動回
路によつて達成される。
The above problem consists of a DC voltage source, a capacitor supplied with charge from the DC voltage source and connected in series with a current limiting element at both ends, and discharging the electrical charge charged in the capacitor through one of the current limiting elements. In the ultrasonic probe drive circuit, the ultrasonic probe drive circuit includes a switching element that causes the switching element to switch, and a resonant circuit that includes a piezoelectric vibrator to which a voltage generated by the discharge is applied, in which a semiconductor element that can be controlled to shut off even when conductive is used in the switching element, and This is achieved by an ultrasonic probe drive circuit characterized by comprising means for controlling the conduction time of the semiconductor element to 1/2 of the resonant period of the resonant circuit.
直流電圧源によつて一方の電流制限素子を介し
て充電されたコンデンサの電荷を放電させるため
にスイツチング素子を導通（オン）させると、も
う一方の電流制限素子とコンデンサとの接続点の
電位は急激に負の所定値まで変化する。この電圧
と同時に振動子を含む共振回路には共振波形の駆
動電圧が発生する。駆動電圧は時間の経過ととも
に共振波形を描き、共振周期の1/2の時間が経過
した時点で電圧は零となる。スイツチング素子制
御手段はこの時点でコンデンサからの放電電流を
遮断（オフ）する。すると今まで放電時定数で変
化していた前記接続点の電位は瞬時に零へ復帰す
る。この零復帰電圧変動は共振回路の次の半周期
の電圧波形の落込みを著しく少なくするように作
用する。
When the switching element is turned on (turned on) to discharge the charge in the capacitor charged by the DC voltage source through one current limiting element, the potential at the connection point between the other current limiting element and the capacitor will be It suddenly changes to a predetermined negative value. Simultaneously with this voltage, a driving voltage having a resonant waveform is generated in the resonant circuit including the vibrator. The drive voltage draws a resonant waveform over time, and the voltage becomes zero when half the resonance period has elapsed. The switching element control means cuts off (turns off) the discharge current from the capacitor at this point. Then, the potential at the connection point, which had been changing with the discharge time constant, instantly returns to zero. This zero return voltage fluctuation acts to significantly reduce the drop in the voltage waveform of the next half cycle of the resonant circuit.
以下、本発明の一実施例を第１図、第２図を用
いて説明する。第１図は回路図、第２図は回路動
作の説明図である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a circuit diagram, and FIG. 2 is an explanatory diagram of circuit operation.
第１図において、２，３は抵抗、４はコンデン
サでこれらは直列接続され、抵抗２の他端には直
流電圧源（図示省略）により＋Ｖの直流電圧が印
加される。また、抵抗３の一端は接地されてい
る。５はインダクタ、６は圧電振動子で抵抗３に
対し並列接続され、このインダクタ５と圧電振動
子６とで共振回路が構成されている。この共振回
路の共振周波数は圧電振動子６の共振周波数に一
致させられ、インダクタ５によつて共振波形が強
められている。８は電界効果トランジスタ（以
下、「FET」と称す。）で、抵抗２とコンデンサ
４との接続点にソースが、そしてドレインが抵抗
３の一端に接続されている。そしてまたFET８
のゲートには圧電振動子６を駆動するためのパル
ス電圧が印加されるようになつている。このパル
ス電圧のパルス幅は上記共振周波数の共振周期の
１／２に設定されている。 In FIG. 1, 2 and 3 are resistors, and 4 is a capacitor, which are connected in series, and a DC voltage of +V is applied to the other end of the resistor 2 by a DC voltage source (not shown). Further, one end of the resistor 3 is grounded. An inductor 5 and a piezoelectric vibrator 6 are connected in parallel to the resistor 3, and the inductor 5 and the piezoelectric vibrator 6 constitute a resonant circuit. The resonant frequency of this resonant circuit is made to match the resonant frequency of the piezoelectric vibrator 6, and the resonant waveform is strengthened by the inductor 5. Reference numeral 8 denotes a field effect transistor (hereinafter referred to as "FET"), whose source is connected to the connection point between the resistor 2 and the capacitor 4, and whose drain is connected to one end of the resistor 3. And again FET8
A pulse voltage for driving the piezoelectric vibrator 6 is applied to the gate of the piezoelectric vibrator 6 . The pulse width of this pulse voltage is set to 1/2 of the resonance period of the above-mentioned resonance frequency.
次に、第１図と第２図により探触子駆動回路の
動作を説明する。FET８がオフしている間にコ
ンデンサ４へ抵抗２を介して電荷が充電される。
次いで、圧電振動子６より超音波パルスを放射す
るために、FET８のゲートへ第２図１に示す時
刻t1においてパルス電圧を印加する。すると、
FET８のソース・ドレイン間が導通状態となり、
第２図２に示す無負荷状態における駆動回路９の
出力電圧波形（コンデンサ４と抵抗３との接続点
の電位と等価）は瞬時に零からマイナスの所定値
へ変化する。この電圧によつて、インダクタ５と
圧電振動子６との共振回路に第２図３に示すよう
な共振波形の駆動電圧が生じ、それが圧電振動子
６に印加される。時間の経過とともにコンデンサ
４の電荷は抵抗３を介して放電され、駆動回路９
の出力電圧２は放電とともに上昇し、また駆動電
圧３は駆動回路９の出力電圧の最小値によつて決
まるvaを最小値として共振の弧を描いて変化す
る。駆動電圧３は時刻t1より共振周期の1/2の時
刻が経過した時刻t2において零となる。この時刻
t2に時を同じくして、FET８のゲートに印加され
ていたパルス電圧を図示を省略した制御手段によ
つて遮断（オフ）する。FET８は時刻t1以降は導
通状態にあつたが、時刻t2においてゲートに印加
されていた電圧が遮断されると、そのソース・ド
レイン間は非導通状態となり、コンデンサ４の放
電電流を遮断するスイツチング動作をする。
FET８がオフすると、駆動回路９の出力電圧２
は瞬時に零へ復帰する。この駆動回路９の出力電
圧２の急激な変化によつて駆動電圧３は次の共振
の半周期における最大値vbのvaに対する減衰を小
さくする。駆動回路９の出力電圧２は零を通り越
してオーバシユートする。これは直流電圧源から
コンデンサ４への充電電流による。時刻t2以降
は、駆動回路９の出力電圧２は充電時定数で零へ
変化し、一方駆動電圧３は共振の半周期にvbを最
大値とする共振波形を描き、その後減衰して行
く。 Next, the operation of the probe drive circuit will be explained with reference to FIGS. 1 and 2. While the FET 8 is off, the capacitor 4 is charged via the resistor 2.
Next, in order to emit an ultrasonic pulse from the piezoelectric vibrator 6, a pulse voltage is applied to the gate of the FET 8 at time t1 shown in FIG. Then,
The source and drain of FET8 become conductive,
2 The output voltage waveform of the drive circuit 9 in the no-load state shown in FIG. 2 (equivalent to the potential at the connection point between the capacitor 4 and the resistor 3) instantaneously changes from zero to a predetermined negative value. This voltage generates a driving voltage having a resonant waveform as shown in FIG. As time passes, the charge in the capacitor 4 is discharged via the resistor 3, and the drive circuit 9
The output voltage 2 increases with discharge, and the drive voltage 3 changes in a resonant arc with the minimum value v a determined by the minimum value of the output voltage of the drive circuit 9. The drive voltage 3 becomes zero at time t 2 when 1/2 of the resonance period has elapsed from time t 1 . this time
At the same time as t 2 , the pulse voltage applied to the gate of FET 8 is cut off (turned off) by a control means (not shown). FET 8 was in a conductive state after time t 1 , but when the voltage applied to the gate is cut off at time t 2 , the source and drain become non-conductive, cutting off the discharge current of capacitor 4. Performs switching action.
When FET8 turns off, the output voltage 2 of the drive circuit 9
returns to zero instantly. Due to this rapid change in the output voltage 2 of the drive circuit 9, the drive voltage 3 reduces the attenuation of the maximum value v b with respect to v a in the next half cycle of resonance. The output voltage 2 of the drive circuit 9 exceeds zero and overshoots. This is due to the charging current to the capacitor 4 from the DC voltage source. After time t2 , the output voltage 2 of the drive circuit 9 changes to zero due to the charging time constant, while the drive voltage 3 draws a resonant waveform with a maximum value of v b in a half period of resonance, and then attenuates. .
以上は第２図２に示す無負荷状態における駆動
回路９の出力電圧波形を振幅と時間の関係から説
明したが、この出力電圧波形を振幅と周波数の関
係から説明すると次の如くなる。 The output voltage waveform of the drive circuit 9 in the no-load state shown in FIG. 2 has been described above in terms of the relationship between amplitude and time, but the output voltage waveform will be explained in terms of the relationship between amplitude and frequency as follows.
従来のステツプ状の出力波と本発明の矩形状の
出力波の周波数成分を比較すると、後者の方が振
動子の基本共振周波数の周期と駆動電圧の周期を
半周期にわたり一致させることにより、駆動電圧
における共振周波数成分が多くなり、より多くの
エネルギが伝達される。 Comparing the frequency components of the conventional step-shaped output wave and the rectangular output wave of the present invention, the latter is better because the period of the fundamental resonant frequency of the oscillator and the period of the driving voltage are made to match over half a period. There are more resonant frequency components in the voltage and more energy is transferred.
本発明の駆動回路を用い、幅0.4mm、共振周波
数2.4MHzの圧電素子32本をバリウムフエライト
を混入したゴムに接着したアレー形探触子を駆動
した結果、放射された超音波の音圧は、従来の駆
動回路（第３図）を用いた場合に比べ、70％程度
増加させることができた。 As a result of driving an array type probe in which 32 piezoelectric elements with a width of 0.4 mm and a resonance frequency of 2.4 MHz were bonded to rubber mixed with barium ferrite using the drive circuit of the present invention, the sound pressure of the emitted ultrasonic waves was , an increase of about 70% compared to when using a conventional drive circuit (Fig. 3).
なお、上記実施例ではスイツチング素子として
FETを使用した場合について説明したが、本発
明の駆動回路において、スイツチング素子の機能
は、瞬時にかつ共振周期の1/2の期間内にコンデ
ンサの放電電流の導通・遮断制御が行えること、
耐圧が印加される直流電圧以上であることにあ
り、これらを満たすものであればFET以外の素
子であつても良い。 In addition, in the above embodiment, as a switching element
Although the case where FET is used has been explained, in the drive circuit of the present invention, the function of the switching element is to be able to control conduction/cutoff of the discharge current of the capacitor instantaneously and within a period of 1/2 of the resonance period.
The withstand voltage must be higher than the applied DC voltage, and any element other than the FET may be used as long as it satisfies these requirements.
以上説明したように、本発明による駆動回路を
用いることにより、探触子から放射される超音波
出力を従来に比べはるかに増大させることができ
る。
As explained above, by using the drive circuit according to the present invention, the ultrasonic output emitted from the probe can be greatly increased compared to the conventional one.
第１図は本発明を適用した超音波探触子駆動回
路の一実施例を示す回路図、第２図は第１図の回
路動作を説明するための各部の電圧波形図、第３
図は従来の駆動回路の一例を示す回路図、第４図
は第３図の回路動作を説明するための各部の電圧
波形図である。
１……サイリスタ、２，３……抵抗、４……コ
ンデンサ、５……インダクタ、６……圧電振動
子、７，９……駆動回路、８……電界効果トラン
ジスタ（FET）、Ｔ……共振周期。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of an ultrasonic probe drive circuit to which the present invention is applied, FIG. 2 is a voltage waveform diagram of each part for explaining the circuit operation of FIG. 1, and FIG.
The figure is a circuit diagram showing an example of a conventional drive circuit, and FIG. 4 is a voltage waveform diagram of various parts for explaining the circuit operation of FIG. 3. 1... Thyristor, 2, 3... Resistor, 4... Capacitor, 5... Inductor, 6... Piezoelectric vibrator, 7, 9... Drive circuit, 8... Field effect transistor (FET), T... resonance period.
Claims (1)
給され両端に電流制限素子を直列接続されたコン
デンサと、このコンデンサに充電された電荷を前
記電流制限素子の１つを介して放電させるスイツ
チング素子と、前記放電により生ずる電圧が印加
される圧電振動子を含む共振回路とを備えた超音
波探触子駆動回路において、前記スイツチング素
子に導通時にも遮断制御可能な半導体素子を用い
るとともに、この半導体素子の導通期間を前記共
振回路の共振周期の1/2で制御する手段を備えた
ことを特徴とする超音波探触子駆動回路。1. A DC voltage source, a capacitor supplied with electric charge from the DC voltage source and having a current limiting element connected in series at both ends thereof, and a switching element that discharges the electric charge charged in this capacitor through one of the current limiting elements. and a resonant circuit including a piezoelectric vibrator to which a voltage generated by the discharge is applied, in which a semiconductor element that can be controlled to be cut off even when conductive is used as the switching element; An ultrasonic probe drive circuit characterized by comprising means for controlling a conduction period of an element to be half the resonance period of the resonance circuit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57193380A JPS5886149A (en) | 1982-11-05 | 1982-11-05 | Drive circuit of ultrasonic probe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57193380A JPS5886149A (en) | 1982-11-05 | 1982-11-05 | Drive circuit of ultrasonic probe |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5886149A JPS5886149A (en) | 1983-05-23 |
| JPH0137147B2 true JPH0137147B2 (en) | 1989-08-04 |
Family
ID=16306955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57193380A Granted JPS5886149A (en) | 1982-11-05 | 1982-11-05 | Drive circuit of ultrasonic probe |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5886149A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0616781B2 (en) * | 1988-12-08 | 1994-03-09 | 株式会社東芝 | Ultrasonic drive |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4918021A (en) * | 1972-06-09 | 1974-02-18 |
-
1982
- 1982-11-05 JP JP57193380A patent/JPS5886149A/en active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4918021A (en) * | 1972-06-09 | 1974-02-18 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5886149A (en) | 1983-05-23 |
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