NL7907595A

NL7907595A - Werkwijze en inrichting van onderzoek met ultrasone bundels.

Info

Publication number: NL7907595A
Application number: NL7907595A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1979-10-15
Filing date: 1979-10-15
Publication date: 1981-04-21
Also published as: SE8007146L; BE885678A; ES8202640A1; DE3038111A1; AU6328080A; JPS6327664B2; FR2467413A1; GB2064118B; FR2467413B1; ES495877A0; AU540713B2; DE3038111C2; IT1132941B; GB2064118A; ES8106609A1; IT8025258A0; US4448076A; JPS5663280A; ES497871A0

Description

PHN 9605 j N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven ¥erkwijze en inrichting van onderzoek met ultrasone bundels *

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het onderzoeken van een object met behulp van een rij van H elektro-akoestische omzetters, waarbij telkens een groep van M naast elkaar liggende omzetters (M^Tn) geselec-5 teerd wordt voor het uitzenden van een ultrasone bundel en het ontvangen van een door akoestische discontinuïteiten in het object gereflecteerd gedeelte van die bundel, waartoe acltereenvolgens aan ten minste een gedeelte van de groep Van M omzetters een zendsignaal wordt toegevoerd en ^ ten minste een gedeelte van de M omzetters in ontvangketens opgenomen wordt. De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van die werkwijze, bevattende een aftastkop met een rjj van N elektro-akoestische omzetters en een schakelorgaan voor het selectief verbinden 15 van een groep van M naast elkaar liggende omzetters met een zendinrïchting of met een ontvanginrichting teneinde zend- en/of ontvangketens te vormen.

Een dergelijke werkwijze en inrichting zijn bekend uit het Duitse "Auslegêschrift” 2618I78. Hieruit is 20 ook bekend, dat het wenselijk is, het aantal verschillende combinaties van uitgezonden en ontvangen ultrasone bundels (af tast lijnen) te vergroten teneinde het object meer gedetailleerd te kunnen weergeven. Aangezien het aantal omzetters per lengte-eenheid van de aftastkop niet onbeperkt vergroot kar» worden, zijn andere methoden nodig. Een van deze methoden is beschreven in het genoemde "Auslegeschrift” Daarbij worden na elkaar ultrasone bundels uitgezonden in een richting loodrecht op de rij omzetters en in een aan~ tal verschillende richtingen die met de eerstgenoemde 30 richting een kleine hoek maken. Vanuit elke omzetter wordt dus een waaiervormige bundel aftastlijnen gevormd. De met deze aftastlijnen 790 75 95 PHN 9Ó05 2 verkregen informatie wordt weergegeven op een beeldscherm dat volgens een patroon van evenwijdige lijnen wordt afgetast. Hierdoor ontstaan fouten in de weergave. . en het doel van de uitvinding is, een werkwijze en een inrichting 5 aan te geven, waarbij deze fouten niet’ ontstaan doordat met evenwijdige aftastlijnen wordt gewerkt.

De werkwijze volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk, dat het -voor elke omzetter bestemde zendsig-naal, respectievelijk het door elke omzetter geproduceerde 10 ontvangsignaal wordt vermenigvuldigd met een tussen O en 1 liggende gewichtsfactor, en dat voor elke groep van M omzettere bij het zenden en/of bij het ontvangen tenminste twee verschillende combinaties van gewichtsfactoren toegepast worden, waarbij de som van de gewichtsfactoren in de 15 verschillende combinaties bij het zenden gelijk is, evenals de som van de gewichtsfactoren in de verschillende combinaties bij het ontvangen. . ’ ·

Het feit, dat de gewichtsfactoren tussen O en. 1 liggen, betekent, dat het. signaal, dat hei minst verzwakt of 20 het meest versterkt wordt, per definitie met een gewichtsfactor 1 vermenigvuldigd wordt. Een onderbroken zend- of ontvangketen betekent een vermenigvuldiging van het desbetreffende signaal met een gewichtsfactor O.

Een verdere uitwerking van de werkwijze volgens 25 de uitvinding, waarbij de benodigde onderzoektijd aanzienlijk bekort is, heeft het kenmerk dat na het uitzenden van een ultrasone bundel door een groep omzetters de ontvangst met tenminste twee. verschillende combinaties van.gewichtsfactoren tegelijk plaatsvindt.

30 De inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat in elk der zendketens en/of in elk dér ont-vangketêns middelen opgenomen zijn voor het vermenigvuldigen van de passerende signalen met een gewichtsfactor die tussen O en 1 ligt, en dat middelen aanwezig zijn om per ^ groep van M omzetters verschillende combinaties van gewichtsfactoren in de zend- en/of ontvangketens te verwezenlijken, waarbij de som van de gewichtsfactoren van de verschillende combinaties in de zendketens gelijk is, 790 75 95 * ' - PHtf 9605 3 evenals die· in de ontvangketens.

Een gunstige uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de gewichts-factoren in de zendketens alle gelijk zijn aan 1, terwijl de g gewichtsfactoren in de ontvangketens van de eerste en de laatste omzetter van de groep van M omzettere gelijk zijn aan a, respectievelijk ΐ-a (o^a^l) en die in de overige ontvangketens gelijk zijn aan 1.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan 10 de hand van de tekening. Hierin is

Fig. 1 een blokschema van een uitvoerings voor- "beeld van een inrichting volgens de uitvinding,

Fig. 2 een weergave van een voorbeeld van de werkwijze volgens de uitvinding, 15

Fig. 3 een meer gedetailleerd blokschema van een deel van de in fig. 1 weergegeven inrichting, en

Fig. h een meer gedetailleerd blokschema van een ander deel van de inrichting volgens fig. 1.

De in fig. 1 zeer schematisch weergegeven inrich- 20 ting bevat een aftastkop 1 met een rij^aiH.ébktro-akoestische omzetters , T^,...«..T^, bijvoorbeeld uit piezo-elektrisch keramisch materiaal, elk voorzien van twee elektroden, waarvan er een geaard is, terwijl de andere verbonden is met ^ een schakelorgaan 3, dat N elektronische schakelaars bevat voor het selectief verbinden van een groep van M naast elkaar gelegen omzetters met een zendinrichting 5 of een ontvanginrichting 7· Daarbij is in het beschreven voorbeeld is M=6 en zijn er zes zendsignaallijnen 9 tussen de zendinrichting 5 en het schakelorgaan 3 en eveneens zes 30 ontvangsignaallijnen 11 tussen het schakelorgaan en de ontvanginrichting 7· Dike zendsignaallijn 9 vormt met een omzetter en met een deel van de zendinrichting 5 een zend-keten en elke ontvangsignaalli jn 11 vormt met een omzetter 35 en met een deel van de ontvanginrichting 7 een ontvangketen. De ontvanginrichting 7 is voorts verbonden met een op zichzelf bekende weergeefinrichting 13, die een beeldscherm bevat, waarop een te onderzoeken object wordt afgebeeld.

79075 95 PHN 9605 4 $ - . * I *

Deze weergeefinrichting kan ook een geheugen bevatten voor het tijdelijk opslaan van de door de ontvanginrichting 7 geproduceerde informatie.

De voor het vormen van een afbeelding noodzakelijke 5 samenwerking tussen het schakelorgaan 3> de zendinrichting 5, de ontvanginrichting 7 en de weergeefinrichting 13 wordt geregeld door een hoofdstuurketen 15·

De algeméne opbouw van de verschillende onderdelen van de in fig. 1 beschreven inrichting is op zichzelf be-^ kend (zie bijvoorbeeld de ter inzage gelegde Nederlandse octrooiaanvrage 7608280 en de .Duitse "Auslegeschriften" 2618178 en 2628492). Zij zullen in het vervolg dan ook slechts nader worden beschreven voor zover dit voor een goed begrip van de uitvinding van belang is.

15 Alvorens hiertoe over te gaan zal echter eerst aan de hand van fig. 2 een voorbeeld van de werkwijze volgens de uitvinding worden beschreven. Fig. 2 toont een deel van de aftastkop 1 met een door het schakelorgaan 3 geselecteerde groep van zes naast elkaar liggende omzetters T., Ί\+1 +5 (l^(i^N-5). Via de zendsignaallijnen 9 wordt aan deze zes omzetters een zendsignaal toegevoerd, wike zes zendsignalen in dit voorbeeld alle dezelfde amplitude hebben, met andere woorden, alle zendsignalen zijn vermenigvuldigd met een gewichtsfactor 1 en het aantal effectief 25 aan de uitgezonden ultrasone bundel bijdragende omzetters is gelijk aan 6 x 1=6. De uitgezonden bundel is een ongeveer evenwijdige bundel, waarvan de: as 17 loodrecht op de rij omzetters staat en symmetrischten opzichte van de geselecteerde groep omzetters ligt, dus halverwege de om-30 zetters T. „ en T. „.

1+2 1+3

De uitgezonden ultrasone bundel treft een te onderzoeken object 19 en wordt door akoestische discontinuïteiten in dat object gedeeltekijk gereflecteerd. Daardoor ontstaat een terugg.ekaatste bundel die de omzetters 35 . ’ Ί\ t/m treft en daarin elektrische signalen opwekt die via de ontvangsignaallijnen 11 naar de ontvanginrichting 7 gevoerd worden. De ontvangketens zijn zo ingericht, dat 790 75 95 as -* ΡΗΝ 9605 5 slechts die signalen verwerkt worden, die afkomstig zijn van gereflecteerde bundels waarvan de assen evenwijdig zijn met de as 17 van de uitgezonden bundel. Voorts zijn niet alle gewichtsf actoren, waarmee de ontvangsignalen vermenig- 5 vuldigd worden, gelijk aan 1, zodat niet alle zes omzetters in gelijke mate aan de ontvangst bijdragen. Het aantal effectief aan dë ontvangst bijdragende omzetters is dus kleiner dan 6. In fig. 2 zijn enkele voorbeelden gegeven, waarin dit aantal gelijk is aan 5· 10

In het voorbeeld is de gewichtfactor, waarmee het door de omzetter opgewekte signaal vermenigvuldigd wordt, gelijk aan nul en die, waarmee de andere signalen vermenigvuldigd worden, gelijk aan 1. Alleen de omzetters T_^ t/m Thdragen dus effectief bij aan de ontvangst en wel in dezelfde mate. De as 21 van de ontvangen bundel ligt dus symmetrisch ten opzichte van deze deelgroep van vijf omzetters, dat wil zeggen, dat hij door het midden van de middelste omzetter T. 0 gaat. De assen 17 en 21 van de uitgezonden, respectievelijk de ontvangen bundel vallen dus 20 niet samen, en de aftastlijn 23 (gestippeld aangegeven) ligt midden tussen deze beide assen. De aftastlijn is de symmetrie- lijn van het door de combinatie van de genoemde uitgezonden en ontvangen bundels afgetaste gebied.

In het tweede voorbeeld is de gewichtsfactor, 25 waarmee het door de omzetter Ί\ opgewekte signaal vermenigvuldigd wordt, gelijk aan nul en die, waarmee de andere signalen vermenigvuldigd worden, gelijk aan 1. Hu dragen dus alleen de omzetters Ti+^ t/m in gelijke mate aan de ontvangst bij. De as 25 van de ontvangen bundel gaat 30 door het midden van de middelste omzetter T. „ van deze i+3 deelgroep en de aftastlijn 27 ' (gestippeld aangegeven) ligt midden tussen deze as en de as 17 van de uitgezonden bundel.

In het derde voorbeeld is de gewichtsfactor, waarmee de door de omzetter en opgewekte signalen vermenigvuldigd worden, gelijk aan ·§· en die, waarmee de overige signalen vermenigvuldigd worden, gelijk aan 1. Het 790 75 95 , ·*: I' ' * ΡΗΝ 9^05 6 totale aantal effectief aan de ontvangst bijdragende omzettere is dus gelijk aan 4 x 1 + 2 x γ = 5 en de as van . de ontvangen bundel valt samen met de as 17 van de uitgezonden bundel» Ook de aftastlijn valt samen met de as 17* 5 Uit het bovenstaande blijkt, dat één uitgezonden bundel (as 17) drie verschillende aftastlijnen 23, 17, 27 oplevert. Doordat dé som van de gewichtsfactoren in alle drie de gevallen dezelfde is, zijn de ontvangen signalen zonder meer vergelijkbaar en kunnen zij op dezelfde wijze 10 verder verwerkt worden.

Het is uiteraard mogelijk, drie maal achtereen een bundel met de as 17 uit te zenden en achtereenvolgens bundels met de assen 21, 17 en 25 te ontvangen. De aftasting verloopt echter aanzienlijk sneller, Wanneer, na een uit-10 gezonden bundel met as 17 tegelijk de drie bundels met assen 21, 17 en 25 ontvangen en verwerkt worden, waarbij de informatie desgewenst tijdelijk in het geheugen van de. weergeefinrichting 13 opgeslagen kan worden.Zoals in het onderstaande uiteengezet zal worden, is dit mogelijk met 2° een geschikte uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de. uitvinding. Daartoe toont fig. 3 een blokschema van een uitvoeringsvoorbeeld van het ingangsgedeelte van de ontvanginrichting 7· Ter vereenvoudiging van de figuur zijn de ontvangsignaaTijnen 11 direkt verbonden getekend met zes omzetters T^,..,T^+^ met weglating van het in werkelijkheid aanwezige schakelorgaan 3, Elk van de ontvangsignaallijnen 11 is verbonden ,met een voorversterker. Deze zes voorver-sterkers zijn aangegeven met de verwijzingscijfers 29, 31, 33, 35, 37 en 39· De voorversterkers 29 en 39, die de van de 00 buitenste omzetters TA respectievelijk afkomstige signalen ontvangen, zijn ieder verbonden met een cpteller 41, respectievelijk 43,en met een verzwakker 45, respectievelijk 47· De overige versterkers 31, 33, 35 en 37 zijn verbonden - met een gezamenlijke opteller 49, waarvan de uitgang ener- 35 , zijds verbonden is met de beide eerstgenoemde optellers 41 en 43 anderzijds mét een verdere opteller 51 die tevens verbonden is met de uitgangen van de beide verzwakkers 45 m47 790 75 95 PEN 9605 7

De beschreven schakeling vormt een netwerk van drie series van zes ontvangketens, waarbij elke serie ont- vangketens de signalen verwerkt, die afkomstig zijn van de zes omzettere. De eerste serie ontvangketens eindigt in 5 , de opteller 41 en voert een uitgangssignaal toe aan de eerste uitgangsleiding 53 s de tweede serie eindigt in de opteller 43 en voert een uitgangssignaal toe aan de uitgangsleiding 55 en de derde serie eindigt in de opteller 51 en voert een uitgangssignaal toe aan de uitgangsleiding 10 57. De ontvangketens in de eerste serie vermenigvuldigen de signalen van de omzetters t/m ^ niet een ge- wichtsfactor 1 en die van de omzetter met een ge- wichtsfactor 0 aangezien de voorversterker 39 niet met de opteller 4l verbonden is. Op analoge wijze vermenigvuldigen 15 de ontvangketens in de tweede serie de signalen van de omzetters t/m met een gewichtsfactor 1 en die van de omzetter met een gewichtsfactor 0. De ontvangketens van de derde serie vermenigvuldigen de signalen van de omzetters T^+1 t/m met een gewichtsfactor 1- en die van de omzetters βη,Τ^^ met een gewichtsfactor -J.

In alle gevallen is dus de som van de gewichts-factoren gelijk aan 5. De tegelijk op de drie uitgangs-leidingen 53j 55 en 57 verschijnende uitgangssignalen komen overeen met de aan de hand van fig» 2 beschreven drie bundels met respectievelijk de assen 21, 25 en 17·

Ih het beschreven voorbeeld zijn de gewichts-factoren van de beide verzwakken s 45 en 47 constant en gelijk aan Het is eveneens mogelijk, deze gewichtsfac-3jj toren regelbaar te maken, waarbij hun som steeds gelijk is aan 1. De gewichtsfactoren zijn dan respectievelijk a en 1-a, waarbij a door middel van een bedieningsorgaan ( niet getekend) gevarieerd kan worden tussen 0 en 1. Indien deze variatie continu gebeurt, kan de as van de ontvangen bun-32 del continu verplaatst worden van de as 21 naar de as 25 (fig. 2). Het aantal aftastlijnen is dan dus onbeperkt.

De optellers 41 en 43 met de bijbehorende uitgangsleidingen 53 en 55 kunnen in dat geval vervallen.

790 75 95 ΡΗΝ 9605 8 v * τ

Bij de tot nu toe beschreven voorbeelden is er van uitgegaan, dat de uitgezonden en ontvangen ultrasone bundels vlakke golffronten evenwijdig aan de rij omzetters hebben. Het is echter op zichzelf bekend, zowel bij het 5 zenden als bij het ontvangen bundels met gebogen golffronten toe te passen teneinde de bundels op een geselecteerd gebied te focusseren. Zoals bijvoorbeeld in het Amerikaanse octrooischrift 3919683 uitvoerig beschreven is, kan dit bereikt worden door de naar de omzetters toegevoerde elek-10 ' .

trische signalen (bij het zenden) of de door de omzetters geproduceerde elektrische signalen (bij het ontvangen) selectief te vertragen. Hiertoe moeten in de zend- en/of ontvangketens regelbare vertragingselementen opgenomen worden. Deze kunnen in de schakeling volgens fig. 3 bij-15 , voorbeeld vóór de voorversterkers 29 t/m 39 in de ontvang-signaallijnen 1.1 ·ingevoegd worden door deze ontvangsignaal-lijnen te onderbreken ter plaatse van de stippellijn 59·

Fig. 4 toont schematisch een uitvoeringsvoorbeeld van de zendinrichting 5, waarbij ter vereenvoudiging het schakel orgaan 3 tussen de zend-signaallijnen 9 en..der om-zetters IV. ..... .Ί\is weggelaten. De zendinrichting bevat een zendsignaalgenerator 61, waarvan, de uitgang verbonden is met zes vertragingselementen 63, 65, 67, 69, 71 25 en 73· Elk van deze vertragingselementen is weer verbonden met een van de zes zendsignaallijnen 9· Wanneer de vertragingselementen op een geschikte wijze vanuit de hoofdstuur-keten 15 ingesteld worden·, zenden de omzetters Th· t/m een gefocusseerde ultrasone bundel uit.

Bij de in het bovenstaande beschreven voorbeelden 30 ° is steeds verondersteld, dat een uitgezonden bundel (as 17 , fig. 2) gecombineerd wordt met meer dan een ontvangen bundel (assen 21, 17»25). Uiteraard is het ook mogelijk, meer dan een uitgezonden bundel te combineren met een. of 3g meer ontvangen bundels. Men kan bijvoorbeeld door op ge -schikte wijze· het schakelorgaan 3 te besturen eerst omzetters T. t/m T. . en vervolgens de omzetters T. „ t/m T. _ met de zendinrichting 5 verbinden, terwijl ontvangen 1+3 79 0 7 5 95 PHN 9605 9 wordt met de omzetters t/m Daarbij wordt dus eerst uitgezonden met gewiebtsfactoren 1 , 1, 1, 1, 1,0 en vervolgens met gewichtsfactoren 0, 1, 1, 1, 1, 1.

¥anneer met gefocusseerde bundels uitgezonden of* ontvangen wordt, zouden de assen van de bundels een van 90° afwijkende hoek maken met de rij omzetters, wanneer de verdeling van de gewichtsfactoren niet symmetrisch is ten opzichte van het midden van de groep van M omzetters. Daarom moet de besturing van de vertragingselemehten worden aan- 10 gepast aan de verdeling van de gewichtsfactoren. Wanneer bijvoorbeeld door de zendinrichting volgens fig. 4 aan alle omzetters t/m zendsignalen met dezelfde ge- wichtsfactor worden toegevoerd, gaat de as van de uitgezonden bundel midden tussen de omzetters T. „ en T. „ 15 i+<i i+_> door en moeten voor de foeüssering de vertragingstijden van de vertragingselementen 67 en 69 aan elkaar gelijk zijn evenals die van de vertragingselementen 65 en 71 en die van de vertragingselementen 63 en 73. Wanneer echter het signaal naar de eerste omzetter met een gewichtsfactor 0 20 wordt vermenigvuldigd en de signalen naar de overige omzetters met een gewichtsfactor 1, gaat de as van de uitgezonden bundel door het midden van de omzetter T. „ en 1+3 moeten voor de foeüssering de vertragingselementen 67 en 71 dezelfde vertragingstijd hebben evenals de vertragings-25 elementen 65 en 73* Het vertragingselement 69 heeft dan een eigen vertragingstijd.

Het zal duidelijk zijn, dat de in het bovenstaande beschreven voorbeeHanog verder aangevuld kunnen .

worden. Zo kan het getal M, dat het aantal omzetters van 30 de geselecteerde groep aangeeft, van zes afwijken. Ook kunnen meer ingewikkelde verdelingen van de gewichtsfactoren over de M omzetters toegepast worden, zowel bij het zenden als bij het ontvangen. De werkwijze volgens de uitvinding is ook bijzonder geschikt om toegepast te worden bij het met gelijkblijvende lijnendichtheid vergroot weergeven van een gedeelte van oorspronkelijk beeld, zoals beschreven is in de Nederlandse octrooiaanvrage (PHN 6904) 790 75 95 PHN 9^05 10 f ten name van aanvraagster.

5 10 15 - 20 ' 25 30 35 790 7 5 95

Claims

4. Inrichting voor bet onderzoeken van een object 30 met de werkwijze volgens een der conclusies 1 t/m 3» bevattende een aftastkop met een rij van N-elektro-akoestiscbe omzetters en een scbakelorgaan voor bet selectief verbinden van een groep van M naast elkaar liggende omzetters met een zendinrichting of met een ontvanginrichting teneinde zend- en/of ontvangketens te vormen, met bet kenmerk, dat in elk der zendketens en/of in elk der ontvangketens 790 75 95 PHN 9605 12 middelen (54, 47) opgenomen zijn voor het vermenigvuldigen van de passerende signalen met een gewichtsfactor die tussen 0 en 1 ligt, en dat middelen aanwezig zijn om per groep van M omzetters (Ί\.....Ti+5^ verschillende combina- ® ties van gewichtsfactoren in de zend- en/of ontvangketens te verwezenlijken, waarbij de som van de gewichtsfactoren van de verschillende combinaties in de zendketens gelijk is, evenals die in de ontvangketens.
5. Inrichting volgens conclusie 4 met het kenmerk, 10 dat de gewichtsfactoren in de zendketens alle gelijk zijn aan 1, terwjl de gewichtsiactoren in de ontvangketens van de eerste (l\ ) en de lafste omzetter (l\+,_) van de groep van M omzetters .(T^...gelijk zijn aan a, respectievelijk 1-a (o < a<£1) en die in de overige ontvangketens ge-15 N v lijk zijn aan 1.
6. Inrichting volgens conclusie 4 of 5 niet het ken- . merk, dat in tenminste een deel van de zend- en/of de ontvangketens variabele vertragingselementen (63, .65, 67 > 69 71 , 73) zijn opgenomen. 20 25 o _ 30 790 7 5 95 35