JPH074369B2 - 非線形パラメ−タｂ／ａ測定装置 - Google Patents
非線形パラメ−タｂ／ａ測定装置Info
- Publication number
- JPH074369B2 JPH074369B2 JP26105785A JP26105785A JPH074369B2 JP H074369 B2 JPH074369 B2 JP H074369B2 JP 26105785 A JP26105785 A JP 26105785A JP 26105785 A JP26105785 A JP 26105785A JP H074369 B2 JPH074369 B2 JP H074369B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wave
- probe
- pump
- phase
- frequency
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- Expired - Lifetime
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 多くの重要な超音波の臨床応用により、生物媒体の音響
的伝播現象をより深く理解する必要性が増大している。
そのため、媒質の非線形パラメータB/Aの正確な数値を
得る装置が望まれる。
的伝播現象をより深く理解する必要性が増大している。
そのため、媒質の非線形パラメータB/Aの正確な数値を
得る装置が望まれる。
媒質の非線形性は、B/Aパラメータにより定量的に測定
される。B/Aは、圧力と密度により、媒質の状態方程式
を表すのに用いられるテーラ級数の自乗項と線形項の比
である。B/Aは計測する装置として、従来ジヤーナル・
オブ・アコーステイク・ソサイエテイ・オブ・アメリカ
（J.Acoust.Soc.Am.）第76巻第４号（1984年８月）第10
23頁に掲載されたものが知られているがこの例では圧力
容器を必要とし、人体への適用を考えたときは現実的で
はない。
される。B/Aは、圧力と密度により、媒質の状態方程式
を表すのに用いられるテーラ級数の自乗項と線形項の比
である。B/Aは計測する装置として、従来ジヤーナル・
オブ・アコーステイク・ソサイエテイ・オブ・アメリカ
（J.Acoust.Soc.Am.）第76巻第４号（1984年８月）第10
23頁に掲載されたものが知られているがこの例では圧力
容器を必要とし、人体への適用を考えたときは現実的で
はない。
本発明の目的は簡単は構成の装置により非線形パラメー
タB/A測定技術を提供することにある。
タB/A測定技術を提供することにある。
第１図は本発明の原理を示す図である。低周波数の正弦
波ポンプ波とそれより高周波のプローブ波の和からなる
第１図（ａ）のような複合周波数では、非線形媒体中で
第２図（ｂ）のようにプローブ波はポンプ波により媒質
の非線形性を反映した位相変調を受ける。ポンプ周波数
における位相偏差は直接測定することは可能である。位
相偏差はポンプ圧に依存して線形的に増加する。そして
媒質の非線形性の関数である傾きに線形に依存する。し
たがつて、B/Aの測定手段が提供される。
波ポンプ波とそれより高周波のプローブ波の和からなる
第１図（ａ）のような複合周波数では、非線形媒体中で
第２図（ｂ）のようにプローブ波はポンプ波により媒質
の非線形性を反映した位相変調を受ける。ポンプ周波数
における位相偏差は直接測定することは可能である。位
相偏差はポンプ圧に依存して線形的に増加する。そして
媒質の非線形性の関数である傾きに線形に依存する。し
たがつて、B/Aの測定手段が提供される。
非吸収流体において、一般的非線形方程式は、 である。ただし、ξは粒子変位、Coは著しく小さい乱れ
における音速である。圧力項により、式の一般解は、 ｐ＝Ｆ〔ω（ｔ±x/v）〕 …… である。ただし、ｖは圧力関数としての波の伝播率であ
り、 と与えられる。
における音速である。圧力項により、式の一般解は、 ｐ＝Ｆ〔ω（ｔ±x/v）〕 …… である。ただし、ｖは圧力関数としての波の伝播率であ
り、 と与えられる。
ポンプ波とプローブ波がｘ＝０で打ち出され、＋ｘ方向
に伝播する波だけを考慮するものと仮定する。ポンプ圧
がプローブ圧を大きく上回るならば（Pm》Ps）、境界条
件 ｐ（0,t）＝Ps sin ωst＋Pm sin ωmt …… により、原点近傍で陰解 が得られる。ただし、PmとPs（ωmとωs）は、それぞれ
ピークのポンプ圧とプローブ圧（ポンプ周波数とプロー
ブ周波数）である。式は を二項級数に展開し、最初の２項を残すことで、 ｐ（x,t）Pssin〔ωst−ｋsx＋γsp） ＋Pmsin〔ωmt−ｋmx＋γmp） …… と近似できる。ただし、ks＝ωs/Co,km＝ωm/Co,γs＝
πfmx（B/A＋２）／PoCo3、そしてγm＝πfmx（B/A＋
２）／PoCo3である。
に伝播する波だけを考慮するものと仮定する。ポンプ圧
がプローブ圧を大きく上回るならば（Pm》Ps）、境界条
件 ｐ（0,t）＝Ps sin ωst＋Pm sin ωmt …… により、原点近傍で陰解 が得られる。ただし、PmとPs（ωmとωs）は、それぞれ
ピークのポンプ圧とプローブ圧（ポンプ周波数とプロー
ブ周波数）である。式は を二項級数に展開し、最初の２項を残すことで、 ｐ（x,t）Pssin〔ωst−ｋsx＋γsp） ＋Pmsin〔ωmt−ｋmx＋γmp） …… と近似できる。ただし、ks＝ωs/Co,km＝ωm/Co,γs＝
πfmx（B/A＋２）／PoCo3、そしてγm＝πfmx（B/A＋
２）／PoCo3である。
ピークポンプ圧がピークプローブ圧より、たいへん大き
いと仮定されているので（すなわちPm》Ps）、式の非
線形項γspとγmpはポンプ圧により支配される。式は ｐ（x,t）＝Pssin｛ωst−ｋsx＋γs〔Pmsin（ωmt−ｋ
mx） ＋Pssin｛ωst−ｋsx〕）｝＋Pmsin〔ωmt−ｋ
mx ＋γm〔Pmsin（ωmt−ｋmx）＋Pssin（ωst−
ｋsx）〕｝ …… と書ける。
いと仮定されているので（すなわちPm》Ps）、式の非
線形項γspとγmpはポンプ圧により支配される。式は ｐ（x,t）＝Pssin｛ωst−ｋsx＋γs〔Pmsin（ωmt−ｋ
mx） ＋Pssin｛ωst−ｋsx〕）｝＋Pmsin〔ωmt−ｋ
mx ＋γm〔Pmsin（ωmt−ｋmx）＋Pssin（ωst−
ｋsx）〕｝ …… と書ける。
式の第１項は明らかにプローブがポンプにより位相変
調されることを示している。式から、プローブのピー
クからピーク（peak to peak）の位相偏差は、 式から言えるのは、位相偏差Δφはプローブ周波数 とポンプ圧Pmに比例することである。それはプローブの
振幅Psの関数ではない。これは重要なことである。なぜ
なら、たとえ搬送波（プローブ）が減衰しても直接測定
されることを意味するからである。ピークからピークの
位相偏差はバーストロツク位相同調回路PPL OSCを用い
て直接測定可能である。
調されることを示している。式から、プローブのピー
クからピーク（peak to peak）の位相偏差は、 式から言えるのは、位相偏差Δφはプローブ周波数 とポンプ圧Pmに比例することである。それはプローブの
振幅Psの関数ではない。これは重要なことである。なぜ
なら、たとえ搬送波（プローブ）が減衰しても直接測定
されることを意味するからである。ピークからピークの
位相偏差はバーストロツク位相同調回路PPL OSCを用い
て直接測定可能である。
なお、現在用いられている“有限振幅”技術において
は、第２高調波はしばしば、媒休中で顕著に減衰するほ
ど高周波数であるのが欠点である。本方式第２高調波を
用いるものではない。
は、第２高調波はしばしば、媒休中で顕著に減衰するほ
ど高周波数であるのが欠点である。本方式第２高調波を
用いるものではない。
第２図は本発明の一実施例である。
以下、本発明の一実施例を第２図により説明する。関数
発生器１はポンプの周波数源（0.325MHz）として、また
それと同一の周波数のシンクパルス列源として用いられ
る。周波数合成器（Hp3330B）２はプローブの周波数源
（4.0MHz）である。加算回路３によりプローブとポンプ
が加算されて広帯域パワーアンプ４に入力される。なお
周波数合成器２と回路網解析器（Hp3570A）は組合せて
用いる。回路網解析器は±0.01°の正確な位相測定が可
能な位相検出器として役立つ。
発生器１はポンプの周波数源（0.325MHz）として、また
それと同一の周波数のシンクパルス列源として用いられ
る。周波数合成器（Hp3330B）２はプローブの周波数源
（4.0MHz）である。加算回路３によりプローブとポンプ
が加算されて広帯域パワーアンプ４に入力される。なお
周波数合成器２と回路網解析器（Hp3570A）は組合せて
用いる。回路網解析器は±0.01°の正確な位相測定が可
能な位相検出器として役立つ。
送波器５は直径4.79cm、厚さ0.59cmのPZT板（富士セラ
ミツクスC-6）である。この送波器５は広帯域パワーア
ンプ４により駆動されてポンプとプローブ（送波器の共
振周波数の第11高調波に近い）と両方を被検体20の送波
する。受波器６は直径0.64cm、共振周波数5MHzの狭帯域
変換器（パナメトリクスA310）６である。受波器６の出
力は増幅なしで集積回路11,12に礎づく２つの特別に製
作したバーストロツク位相同調回路14へ入力される。ピ
ークとピークの位相偏差は、２つのフエーズロツクドル
ープ（PPL）振動回路11,12を利用して得られる。これら
の振動回路は短時間のゲートパルス中に存在する受波プ
ローブ波の位相と位相同期する。プローブ波はポンプ波
形の正確に半周期離れた時点で、２個のPPL振動回路に
交互にゲイトされる。このとき２個の振動回路の出力
は、式により与えられた位相偏差Δφに比例する量、
位相が異なる。その位相差は、ゲインパルス幅がポンプ
周期に関して狭く、そしてポンプ波形の極値と同期する
とき最大となる。ゲイトパルスは、ポンプ信号に使つて
いる関数発生器１の周期出力から得られる。すなわち、
関数発生器１の周期出力を可変遅延回路７、固定遅延回
路８によりポンプの半周期（1.54μｓ）に相当する分だ
け遅延してゲイトパルス発生器10の同期入力とする。ま
た可変遅延回路７はシンクパルス列を一定量（０〜3.07
μｓ）遅延させる回路であり、この回路７により遅延量
を調整してゲイトパルス発生器９のゲイト信号を得るこ
とによりポンプ波形の極値と同期させる。またさらに固
定遅延回路８によりポンプ波の半周期（1.54μｓ）だけ
遅延した同期信号を得、ゲートパルス発生器10の同期入
力とする。
ミツクスC-6）である。この送波器５は広帯域パワーア
ンプ４により駆動されてポンプとプローブ（送波器の共
振周波数の第11高調波に近い）と両方を被検体20の送波
する。受波器６は直径0.64cm、共振周波数5MHzの狭帯域
変換器（パナメトリクスA310）６である。受波器６の出
力は増幅なしで集積回路11,12に礎づく２つの特別に製
作したバーストロツク位相同調回路14へ入力される。ピ
ークとピークの位相偏差は、２つのフエーズロツクドル
ープ（PPL）振動回路11,12を利用して得られる。これら
の振動回路は短時間のゲートパルス中に存在する受波プ
ローブ波の位相と位相同期する。プローブ波はポンプ波
形の正確に半周期離れた時点で、２個のPPL振動回路に
交互にゲイトされる。このとき２個の振動回路の出力
は、式により与えられた位相偏差Δφに比例する量、
位相が異なる。その位相差は、ゲインパルス幅がポンプ
周期に関して狭く、そしてポンプ波形の極値と同期する
とき最大となる。ゲイトパルスは、ポンプ信号に使つて
いる関数発生器１の周期出力から得られる。すなわち、
関数発生器１の周期出力を可変遅延回路７、固定遅延回
路８によりポンプの半周期（1.54μｓ）に相当する分だ
け遅延してゲイトパルス発生器10の同期入力とする。ま
た可変遅延回路７はシンクパルス列を一定量（０〜3.07
μｓ）遅延させる回路であり、この回路７により遅延量
を調整してゲイトパルス発生器９のゲイト信号を得るこ
とによりポンプ波形の極値と同期させる。またさらに固
定遅延回路８によりポンプ波の半周期（1.54μｓ）だけ
遅延した同期信号を得、ゲートパルス発生器10の同期入
力とする。
２つの振動回路11,12の出力の位相差は回路網解析器13
により測定される。第３図に示しているのは、２つの変
換器の離れた距離における、ポンプの受波出力電圧の関
数として、２つのPPL振動回路の位相差をプロツトした
ものである。その結果、明らかに、ポンプ圧の増加に伴
つて、位相偏差Δφは線形的に増加することを示してい
る。それは、で搬送波（プローブ）のピークピーク位
相偏差Δφがポンプ圧によつて線形的に増大すると予測
されたとおりである。さらに位相偏差Δφは、式で予
測されたように、変換器距離ｘの増大につれて、増加し
ていることを示している。
により測定される。第３図に示しているのは、２つの変
換器の離れた距離における、ポンプの受波出力電圧の関
数として、２つのPPL振動回路の位相差をプロツトした
ものである。その結果、明らかに、ポンプ圧の増加に伴
つて、位相偏差Δφは線形的に増加することを示してい
る。それは、で搬送波（プローブ）のピークピーク位
相偏差Δφがポンプ圧によつて線形的に増大すると予測
されたとおりである。さらに位相偏差Δφは、式で予
測されたように、変換器距離ｘの増大につれて、増加し
ていることを示している。
式において、密度ρｏ、音速Co、プローブ周波数
ｓ、変換器距離ｘは既知である。適当なキヤリブレーシ
ヨンを適用したのち、得られた直線の傾きから、非線形
パラメータB/Aが与えられる。
ｓ、変換器距離ｘは既知である。適当なキヤリブレーシ
ヨンを適用したのち、得られた直線の傾きから、非線形
パラメータB/Aが与えられる。
本発明による非線形パラメータB/A測定装置によれば、B
/Aの情報を反映している位相偏差は、簡易なバーストロ
ツク位相同調回路を用いて直接測定可能である。位相偏
差は搬送波（プローブ）の振幅の関数ではないので、プ
ローブが大きく減衰しても検知できる。その上、ポンプ
周波数はプローブ周波数よりかなり下に選択できるの
で、測定系での減衰の影響をかなり軽減できる利点があ
る。また本発明では、ポンプ圧に対して測定値を得る方
法であるので、切除または手を触れない形式での、半固
体の細胞を含む多くの標本を計測するのに有利である。
/Aの情報を反映している位相偏差は、簡易なバーストロ
ツク位相同調回路を用いて直接測定可能である。位相偏
差は搬送波（プローブ）の振幅の関数ではないので、プ
ローブが大きく減衰しても検知できる。その上、ポンプ
周波数はプローブ周波数よりかなり下に選択できるの
で、測定系での減衰の影響をかなり軽減できる利点があ
る。また本発明では、ポンプ圧に対して測定値を得る方
法であるので、切除または手を触れない形式での、半固
体の細胞を含む多くの標本を計測するのに有利である。
第１図は本発明の原理図（ａ）は送波直後の波形（ｂ）
は送波後媒質の非線形性の影響を受けた波形、第２図は
本発明の一実施例のブロツク構成図、第３図は受波ポン
プ電圧対ピーク対ピーク位相偏差の関係を表わす図。 １……関数発生器、２……周波数合成器、３……加算回
路、４……広帯域増幅器、５……送波探触子、６……受
波探触子、７……可変遅延回路、８……固定遅延回路、
9,10……ゲイトパルス発生器、11,12……PPL振動回路、
13……回路網解析器、14……バーストロツク位相同調回
路。
は送波後媒質の非線形性の影響を受けた波形、第２図は
本発明の一実施例のブロツク構成図、第３図は受波ポン
プ電圧対ピーク対ピーク位相偏差の関係を表わす図。 １……関数発生器、２……周波数合成器、３……加算回
路、４……広帯域増幅器、５……送波探触子、６……受
波探触子、７……可変遅延回路、８……固定遅延回路、
9,10……ゲイトパルス発生器、11,12……PPL振動回路、
13……回路網解析器、14……バーストロツク位相同調回
路。
Claims (1)
- 【請求項１】低周波数の正弦波ポンプ波にそれより高周
波数の正弦波プローブ波を加算し単一の探触子から、も
しくは低周波数の正弦波ポンプ波とそれより高周波数の
正弦波プローブ波をそれぞれ異なる探触子から送波する
送波手段と、前記送波手段から送波され被検体を通過し
該被検体の非線形性により位相変調を受けた前記正弦波
プローブ波を受波する受波手段と、該受波手段により受
波された受波波形に前記正弦波ポンプ波の半周期ずれた
極値を与える２つの時点でゲートをかけるゲート手段
と、前記２つの時点でゲートされた前記受波波形をそれ
ぞれ別個のパルス位相同調回路へそれぞれ入力し、ゲー
トされたそれぞれの前記受波波形と前記正弦波プローブ
波との位相のずれをそれぞれ検出する手段と、前記位相
のずれを比較して位相偏差を検出する手段とを有し、前
記位相偏差から非線形パラメータB/Aを得ることを特徴
とする非線形パラメータB/A測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26105785A JPH074369B2 (ja) | 1985-11-22 | 1985-11-22 | 非線形パラメ−タｂ／ａ測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26105785A JPH074369B2 (ja) | 1985-11-22 | 1985-11-22 | 非線形パラメ−タｂ／ａ測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62120841A JPS62120841A (ja) | 1987-06-02 |
| JPH074369B2 true JPH074369B2 (ja) | 1995-01-25 |
Family
ID=17356470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26105785A Expired - Lifetime JPH074369B2 (ja) | 1985-11-22 | 1985-11-22 | 非線形パラメ−タｂ／ａ測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH074369B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101647027B1 (ko) * | 2015-03-02 | 2016-08-23 | 주식회사 사람들과사람들 | 기준지점 기반의 가변형 패턴을 이용한 사용자 인증 장치 및 그 방법 |
-
1985
- 1985-11-22 JP JP26105785A patent/JPH074369B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101647027B1 (ko) * | 2015-03-02 | 2016-08-23 | 주식회사 사람들과사람들 | 기준지점 기반의 가변형 패턴을 이용한 사용자 인증 장치 및 그 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62120841A (ja) | 1987-06-02 |
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