NL8101744A - Aftastinrichting voor het met behulp van ultrageluidsstraling aftasten van een objekt. - Google Patents

Description

* » * VO 0848 -1-

Aftastinrichting voor het met behulp van ultrageluidsstraling aftasten van een objekt.

De uitvinding heeft betrekking op een aftastinrichting voor het met behulp van ultrageluidsstraling aftasten van een objekt.

Een dergelijke aftastinrichting wordt in de regel gebruikt om onder toepassing van puls-echotechnieken een tweedimensionaal beeld te vormen 5 van een volgens een plat vlak genomen doorsnede van een te onderzoeken objekt.

Daartoe worden opeenvolgende ultrageluidspulsen, in de vorm van relatief slanke bundels, uitgezonden naar het te onderzoeken objekt volgens een zodanig patroon, dat met de verschillende echosignalen die 10 ontvangen worden, een voldoende gedetailleerd beeld van de te onderzoeken objektdoorsnede gevormd kan worden. Voor het registreren, verwerken en/of weergeven van de gereflecteerde echosignalen kam gebruik worden gemaakt van op zichzelf bekende technieken.

Een aftastinrichting waarop de onderhavige uitvinding betrekking 15 heeft, omvat een voor het bevatten van een transmissiemedium voor ultra-geluidstrillingen ingericht huis, waarin zijn aangebracht: transducent-middelen voor het uitzenden resp. ontvangen van ultrageluidstrillingen; een aantal reflectoren waarvan tenminste een als aftastreflector fingerende reflector ten opzichte van het huis beweegbaar is gemonteerd, en 20 een reflector als objektreflector fungeert; en focusseermiddelen voor het focusseren van ultrageluidsgolven, een en ander zodanig dat een door genoemde focusseermiddelen gefocuseerde en door de objektref lector naar het objekt gereflecteerde bundel van ultrageluidstrillingen, bij beweging van de aftastreflector een aftastbeweging uitvoert.

25 Een dergelijke inrichting is met uitzondering van bovenvermelde focusseermiddelen bekend uit het Duitse Gebrauchsmuster 1.860.245, dat een aftastinrichting volgens de hiervoor beschreven soort beschrijft. Volgens deze bekende techniek wordt de ultrageluidsbundel van vast gemonteerde transducentmiddelen via een om de brandlijn van een para-30 bolisch gekromde cilindrische reflector, draaibare, onder een hoek ten opzichte van die brandlijn gemonteerde, reflector zodanig verplaatst, dat een zogenaamde lineaire aftasting ontstaat.

Een dergelijke bekende opzet heeft als nadeel dat in deze constructie de door het objekt gereflecteerde ultrageluidsbundel nagenoeg 81 0 1744 -2- s i loodrecht zal invallen op tenminste een punt van de obj ektreflector. Hierdoor zullen bijzondere maatregelen nodig zijn om parasitaire, niet geometrische reflecties te vermijden.

Een aftastinrichting waarin getracht is dit laatstgenoemde effekt 5 te verminderen, is beschreven in de Nederlandse octrooiaanvrage 8000299 welke op 22 juli 1980 ter inzage werd gelegd, In deze octrooiaanvrage wordt een inrichting beschreven, waarin de voor de aftasting van het objekt noodzakelijke bundelverplaatsing wordt verkregen door een zwenkende reflector, waarmee een sectoraf tasting ontstaat.

10 In deze inrichting is het ontstaan van parasitaire, niet geometrische reflecties tegengegaan door de materiaalkeuze en constructiekeuze van de objektreflector. Een dergelijke bekende opzet leidt tot een omvangrijke constructie. Bovendien zullen bij onderzoek aan snel variërende objekten door de dan noodzakelijke snelle zwenking van de objektreflec-15 tor, hinderlijke trillingen kunnen ontstaan, die de beeldkwaliteit beïnvloeden. Dit bezwaar wordt nog vergroot door het benodigd oppervlak van de bewegende objektreflector, dat voldoende groot moet zijn om, uit het oogpunt van. gevoeligheid, nagenoeg alle uitgezonden ultrage-luidsenergie te reflecteren.

20 Een aftastinrichting van de in de aanhef omschreven soort is ver der bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4.185.501,

Dit octrooischrift beschrijft een aftastinrichting van de als sectoraf'tastinrichting aangeduide soort. Volgens deze bekende techniek wordt een om een as draaibare schijf met een aantal langs de omtrek daarvan 25 aangebrachte lens/reflectorcombinaties, om de as rondgedraaid langs een vast opgestelde transducent. Van deze transducent uitgaande ultrage-luidsstraling kan door zulk een lens/reflectorcombinatie wanneer deze zich in het werkgebied van de transducent bevindt, worden gebundeld en gereflecteerd naar- de in het huis vast opgestelde door een plat vlak 30 gevormde objektref lector.

In feite wordt door een desbetreffende lens van zulk een lens/ reflectorcombinatie tijdens het voortbewegen daarvan langs de transducent, een opeenvolging vein onderling evenwijdig verschoven bundels gevormd, waarbij elk zulk een bundel vanuit een door de momentane hoekstand van 35 de schijf bepaalde positie, via de bij de lens behorende en op de schijf gemonteerde reflector wordt ingestraald naar de vast opgestelde objektreflector.

81017 44 k % -3-

Een dergelijke bekende opzet leidt tot een betrekkelijk omvang- , rijke en zware constructie. Mede als gevolg van de door de toepassing van de draaischijf voorgeschreven contour van het apparaat, is dit slechts in zeer beperkte mate kantelbaar ten opzichte van een te onder-5 zoeken objekt. Bovendien zal bij een verdraaiing van het apparaat ten opzichte van het objekt, een gyroscopische werking ontstaan, hetgeen de hantering verder bemoeilijkt. Tevens is het noodzakelijk om voorzieningen te treffen waardoor ultrageluidsenergie wordt geabsorbeerd, hetgeen betekent dat meervoudige en storende echobeelden kunnen worden ver-10 wacht. Tenslotte is een volgens deze bekende techniek voorgestelde constructie niet op eenvoudige wijze zodanig te veranderen, dat in plaats van een sectoraf tasting een lineaire aftasting wordt verkregen.

Mtastinrichtingen zoals in het voorgaande beschreven, hebben naast de genoemde nadelen tevens het nadeel dat het over het algemeen 15 niet eenvoudig is de inrichting zodanig te wijzigen, dat een optimale aanpassing aan andere gebruikerseisen verkregen wordt. Met name wordt hierbij verwezen naar de optimale keuze van de ultrasonore frequentie-band van de gebruikte transducentmiddelen en de wijze van aftasting.

Dit is met name van belang voor specialistische toepassingen, waarbij 20 slechts kleine series van elke uitvoeringsvorm geproduceerd zullen worden.

Met de uitvinding is beoogd de in het voorafgaande geschetste bezwaren van de bekende techniek op te heffen. Meer in het bijzonder is beoogd een aftastinrichting beschikbaar te stellen, die door zijn 25 vorm en geringe afmetingen over een breed gebied kan worden toegepast.

Daarbij zijn als vereisten gesteld dat: 1) het in het objekt aanwezige focusgebied van de ultrageluidsbundel, met eenvoudige middelen, al dan niet dynamisch, kan worden verplaatst; 2) het aftastgébied kan worden aangepast aan het objéktgebied dat 30 van belang wordt geacht en/of aan de omstandigheden waarin de aftastinrichting moet worden toegepast; 3) het van het gewenste objektgebied gevormde beeld een hoogwaardige kwaliteit heeft, alsook vrij is van storende effekten, zoals b.v. veroorzaakt door parasitaire, niet-geometrische reflecties; 35 4) een constructie beschikbaar is gesteld waarbij het op eenvoudige wijze mogelijk is de aftastinrichting aan een gewenste toepassing, waarbij b.v. moet worden gewerkt in een gekozen frequentiegebied, aan te passen; 8101744 -4- 5) verliezen bij het vormen van de ultrageluidsbundel tot een minimum zijn beperkt; 6) de beeldkwaliteit niet nadelig wordt beinvloed door, door de inrichting zelf gegenereerde trillingen; en 5 7) een relatief hoge beeldfrequentie, van b.v, ca. 50 beelden per seconde, mogelijk is.

Een aftastinrichting is volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt dat van genoemde focusseermiddelen deel uitmaken eerste focusseermiddelen, die zijn ingericht voor het vormen van een eerste focus 10 dat zich binnen de door het huis begrensde ruimte bevindt, en tweede focusseermiddelen die zijn ingericht voor het afbeelden van het ge-. noemde eerste focus in het objekt.

Doordat een aftastinrichting volgens de uitvinding is ingericht voor het vormen van een dergelijke eerste focus, is het mogelijk om 15 op betrekkelijk eenvoudige wijze de scherptediepte van de aftastbundel over een groot gebied in te stellen. Daartoe is de aftastinrichting volgens de uitvinding verder daardoor gekenmerkt dat de genoemde eerste focusseermiddelen zodanig instelbaar zijn dat de plaats van het genoemde eerste focus langs de hoofdas van de transmissiebaan 20 tussen de genoemde transducentmiddelen en de genoemde objektreflector naar keuze kan worden verschoven. Met een geringe verschuiving van het eerste focus ten opzichte van de objektref lector kan op deze manier een relatief grote verschuiving van het gebied van "optimale scherptediepte" worden verkregen.

25 De objektreflector is in een dergelijke aftastinrichting volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt dat deze zodanig is gevormd dat de daardoor gereflecteerde ultrageluidsbundel in twee onderling loodrechte vlakken wordt gefocusseerd. Doordat de aftastinrichting volgens de uitvinding is ingericht voor het vormen van het genoemde eerste focus, 30 is het mogelijk dat de afmetingen van de aftastreflector klein kunnen worden gehouden als deze in de nabijheid van dit eerste focus kan worden opgesteld. Dit is een groot voordeel ten opzichte van bekende aftast-inrichtingen waarbij een dergelijke eerste focus niet wordt gevormd.

De aftastinrichting is volgens de uitvinding dan ook verder 35 daardoor gekenmerkt dat de aftastreflector is uitgevoerd als een door meerdere reflectorvlakken begrensd lichaam, waarbij de grootte van het 8101744 -5- oppervlak van elk van deze reflectorvlakken klein is ten opzichte van de grootte van het werkzame oppervlak van de transducentmiddelen en de absolute opening van elk van deze reflectorvlakken in een door de plaats van het eerste focus bepaalde verhouding is verkleind ten opzichte van de absolute opening van de transducentmiddelen.

5 In het algemeen is het verder gewenst, dat de aftastinrichting een desbetreffend objektgebied op een zo gunstig mogelijke wijze aftast. Zulks betekent dat men in afhankelijkheid van de gegeven omstandigheden, de keuze moet hebben om het objektgebied volgens hetzij een sectorvormig, hetzij een trapeziumvormig, hetzij een rechthoekig patroon af 10 te tasten.

De aftastinrichting volgens de uitvinding kan nu op eenvoudige wijze aan een van bovenomschreven aftastwijzen worden aangepast. Daartoe is de objektreflector losneembaar in het huis gemonteerd. Hierdoor is het mogelijk een bepaalde objektreflector te vervangen door een objekt-15 reflector met andere eigenschappen. Door de wijze waarop de objektreflec-tor is uitgevoerd kan de positie die de op een vaste plaats in het huis, draaibaar gemonteerde aftastreflector, ten opzichte van de objektreflector, meer in het bijzonder de brandlijn daarvan, inneemt, naar keuze worden vastgelegd. In afhankelijkheid van de aldus vastgelegde positie 20 kan de aftastinrichting dam werkzaam zijn volgens een van de gekozen aftastwijzen.

De constructie van de objektref lector is tevens bepalend voor de plaats waar de ultrageluidsbundel in het objekt is gefocusseerd.

Aldus kan door instelling vein de eerste focusseermiddelen en/of de 25 dimensionering van de objektref lector, worden bereikt dat het focusgebied van de ultrageluidsbundel op een gewenste plaats in het objektgebied is gelegen.

De aftastinrichting volgens de uitvinding is verder daardoor gekenmerkt dat in het huis een voor het geleiden van de ultrageluids-30 bundel dienende holte is gevormd, die tenminste gedeeltelijk de in longitudinale richting verlopende contour van de bundel volgt.

Tevens is de aftastinrichting volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt dat de reflecterende oppervlakken langs de transmissiebaan van de ultrageluidsbundel in het huis zodanig zijn geplaatst dat de 35 sinus van de hoek waaronder genoemde bundel deze oppervlakken treft, groter is dan het quotient van de voortplantingssnelheid van de ultrageluide- 8101744 —6— trillingen in het desbetreffend transmissiemedium en de snelheid waarmee de ultrageluidstrillingen zich in de desbetreffende vaste stof van de genoemde oppervlakken voortplanten.

Door dergelijke maatregelen worden de transmissieverliezen tot 5 een minimum beperkt terwijl het ontstaan van valse reflecties wordt voorkomen.

De uitvinding zal in het onderstaande nader worden toegelicht met verwijzing naar de tekening. In de tekening is: fig. 1 een gedeeltelijke dwarsdoorsnede, aangevuld met binnen-10 aanzicht van een uitvoeringsvorm van een aftastinrichting volgens de uitvinding; fig. 2 een doorsnede volgens de lijn II-II in fig. 1 inclusief aanzicht aldaar.

De uitvinding beperkt zich uiteraard niet tot de weergegeven 15' uitvoeringsvorm. De figuren geven een ireem FN weer, waarop alle andere onderdelen direkt of indirekt bevestigd worden. Dit freem wordt uitwendig omsloten door een voor het bevatten van een transmissiemedium voor ultrageluidstrillingen, ingericht huis dat een achtergedeelte AG en een voor-gedeelte VG omvat. Het voorgedeelte VG kan desgewenst met behulp van 20 een ultrageluidsgolven doorlatend venster VR vloeistofdicht worden afgesloten.

In het freem is een ruimte uitgespaard voor het akoestische kanaal AK, dienstdoende als transmissiebaan voor de ultrageluidsgolven. Dit kanaal is aan één zijde afgesloten door een zend/ontvangeenheid 20 voor 25 het uitzenden resp. ontvangen van ultrageluidsgolven, welke zend/ontvangeenheid eenvoudig verwisseld kan worden door een eenheid met een andere trillingsfrequentie. Het akoestische kanaal staat aan de onderzijde in open verbinding met het door het voorgedeelte begrensde gedeelte VL. Hierin bevinden zich een draaibare aftastreflector TR met meerdere onder-30 ling gelijke reflectorvlakken, en een stilstaande objektreflector OR, die losneembaar aan het freem is bevestigd. Hierdoor is het op eenvoudige wijze mogelijk om een dergelijke objektreflector te vervangen door een andere objektreflector met andere eigenschappen.

Bi j de weergegeven uitvoeringsvorm is de zend/ontvangeenheid 35 uitgevoerd als een cilindrisch lichaam, dat is samengesteld uit een cilindrische transducent en een tegen het kopvlak daarvan aanliggende focusseerlens FL, waardoor voortgebrachte geluidsgolven worden gevormd 8101744 -7- tot een conischvormige bundel die wordt gefocusseerd in een tussenfocus, ofwel eerste focus TF. De vorm van het akoestische kanaal AK is kanend vanaf de zend/ontvangeenheid tussen de focusseerlens FL en een stilstaande reflector RF aangepast aan de bundelvorm. De plaats van het eerste 5 focus kan naar keuze worden gevarieerd. B.v. kan ofwel door een gekozen instelling van de focusseerlens FL, ofwel een dynamische instelling daarvan, de plaats van dit eerste focus ofwel statisch, ofwel dynamisch worden gevarieerd. Het is in principe ook mogelijk dit eerste focus te doen ontstaan in het transmissiebaantraject tussen de af tastref lector 10 TS en de objektreflector OR.

Bij de behandelde uitvoeringsvorm omvat de samengestelde aftast-reflector TR vier gelijke, rechthoekige, platte vlakken, die ten opzichte van elkaar loodrecht en op eenzelfde afstand ten opzichte van de draai-ingsas zijn opgesteld.

15 Binnen het kader van de uitvinding zijn andere uitvoeringen van de aftastreflector mogelijk zo lang wordt voldaan aan de voorwaarde dat bij elke zwaai van alle reflectorvlakken langs een vast gemonteerde objektref lector steeds eenzelfde objektgebied wordt doorstraald. Door keuze van de kromming van het reflecterende oppervlak van de objektreflector 20 OR in vlakken loodrecht op het vlak van tekening van fig. 1, alsook door de opstelling van de aftastreflector ten opzichte van deze objektref lector (zie ook fig. 2) kan worden bewerkstelligd dat de, bij rond-draaiing van de aftastreflector langs de objektref lector, een daardoor vanaf de aftastreflector ontvangen bundel zodanig wordt gereflecteerd, 25 dat naar het venster VR een opeenvolging van gelijkgerichte bundels wordt uitgezonden. Aldus is de inrichting werkzaam als een lineaire aftaster. Door de onderlinge opstelling van de objektreflector en de aftastreflector, alsook de constructie van de objektreflector en/of de aftastreflector te wijzigen, kan desgewenst worden bereikt dat de 30 aftastinrichting b.v. als een sectoraftaster of een volgens een trapeziumvormig patroon aftastende inrichting werkzaam is.

De kromming van de objektreflector in het vlak van tekening volgens fig. 2 heeft tevens een focusserende werking ten aanzien van een divergerende bundel die vanaf de aftastreflector wordt ontvangen.

35 Teneinde ook in een richting die met betrekking tot de eerstbedoelde richting transversaal is een focusserende werking te verkrijgen, is de 8101744 -8- objektreflector ook in vlakken evenwijdig aan het vlak van tekening van fig. 1 gekromd uitgevoerd.

De af'tastreflector TR die vloeistofdicht gelagerd is, kan via een koppeling, een overbrengingsmechanisme en een elektromotor EM in 5 draaiing worden gebracht. Op de as is tevens een synchronisatieschijf SS aangebracht voor het leveren van signalen bestemd voor snelheids-regeling en synchronisatie.

Het akoestische kanaal AK en het gedeelte VL zijn gevuld met een voor transmissie van ultrageluidsenergie geschikte vloeistof, zoals 10 b.v. water.

Volgens een aspect van de uitvinding is de geometrie van de zich tussen de zend/ontvangeenheid ZO en de uitgang van het genoemde gedeelte VL bevindende transmissiebaan voor ultrageluidsgolven zodanig., dat zich in de vloeistof voortplantende ultrageluidstrillingen enig 15 gedeelte van. de begrenzing van deze.transmissiebaan slechts kunnen treffen onder een dusdanige hoek, dat bij de desbetreffende overgang tussen vloeistof en transmissiebaanbegrenzing steeds totale reflectie optreedt. Hieraan, wordt voldaan indien de sinus van de hoek waaronder de ultrageluidstrillingen vanuit de vloeistof op het desbetreffend, de . 20 transmissiebaan begrenzend gedeelte invallen, groter is dan het quotient van de voortplantingssnelheid van ultrageluidstrillingen in de desbetreffende vloeistof en de snelheid waarmee de transversale ultrageluidsgolven zich in de desbetreffende vaste stof van het desbetreffend begrenzend gedeelte voortplanten.

25 Doordat alle in de transmissiebaan voorkomende reflectoren zodanig zijn geplaatst, dat wordt voldaan aan de in het voorafgaande vermelde voorwaarde, ontstaan in een aftastinrichting volgens de uitvinding geen reflectieverliezen, terwijl het weergegeven beeld vrij is van valse reflecties.

30 Bij een configuratie van de in fig. 1 weergegeven soort is het mogelijk om in het objektgebied een relatief grote dieptescherpte te verkrijgen. Desgewenst kan het dieptescherptegebied in de asrichting van de bundel worden verschoven, door de instelling van de focusseer-lens FL en/of de plaats van de zend/ontvangeenheid ZO, te variëren.

81 01744

Claims (8)

1. Aftastinrichting voor het met behulp van ultrageluidstrillingen aftasten van een objekt, omvattende een voor het bevatten van een trans-missiemedium van ultrageluidstrillingen ingericht huis, waarin zijn aangebracht: transducentaiddelen voor het uitzenden resp. ontvangen van 5 ultrageluidstrillingen; een aantal reflectoren waarvan tenminste een als aftastreflector fungerende reflector ten opzichte van het huis beweegbaar is gemonteerd en een reflector als objektreflector fungeert? en focus-seermiddelen voor het focusseren van ultrageluidsgolven, een en ander zodanig dat een door genoemde focusseermiddelen gefocusseerde en door 10 de objektreflector naar het objekt gereflecteerde bundel van ultrageluidstrillingen bij beweging van de aftastreflector een aftastbeweging uitvoert, met het kenmerk, dat van genoemde focusseermiddelen deel uitmaken eerste focusseermiddelen die zijn ingericht voor het vormen van een eerste focus dat zich binnen de door het huis begrensde ruimte 15 bevindt, en tweede focusseermiddelen die zijn ingericht voor het afbeelden van het genoemde eerste focus in het objekt.

2. Aftastinrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat genoemde eerste focusseermiddelen zodanig instelbaar zijn, dat de plaats van het genoemde eerste focus langs de hoofdas van de transmissiebaan tussen de 20 genoemde transducentmiddelen en de genoemde objektreflector naar keuze kan worden verschoven.

3. Aftastinrichting volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk, dat de genoemde objektreflector zodanig is gevormd dat de daardoor gereflecteerde ultrageluidsbundel ii twee onderling loodrechte vlakken wordt ge- 25 focusseerd.

4. Aftastinrichting volgens een van de voorafgaande conclusies 1 t/m 3, met het kenmerk, dat de genoemde objektreflector losneembaar in het huis is gemonteerd.

5. Aftastinrichting volgens een van de voorafgaande conclusies 30. t/m 4, met het kenmerk, dat genoemde eerste focusseermiddelen met de genoemde transducentmiddelen een constructieve eenheid vormen die losneembaar in het huis is gemonteerd.

6. Aftastinrichting volgens een van de voorafgaande conclusies 1 t/m 5, met het kenmerk, dat de aftastreflector is uitgevoerd als een 35 door meedere reflectorvlakken begrensd lichaam, waarbij de grootte van 8101744 -k -10- het oppervlak elk van deze reflectorvlakken klein is ten opzichte van de grootte van het werkzame oppervlak van de transducentmiddelen en de absolute opening van elk van deze reflectorvlakken in een door de plaats van het eerste focus bepaalde verhouding is verkleind ten opzich-5 te van de absolute opening van de transducentmiddelen.

7. Aftastinrichting volgens een van de voorafgaande conclusies 1 t/m 6, met het kenmerk, dat-in het huis een voor het geleiden van de ultrageluidsbundel dienende holte is gevormd, die tenminste gedeeltelijk de in longitudinale richting verlopende contour van de bundel 10 volgt.

8. Aftastinrichting volgens een van de voorafgaande conclusies 1 t/m 7, met het kenmerk, dat de reflecterende oppervlakken langs de transmissiebaan van de ultrageluidsbundel in het huis zodanig zijn ~ge-plaatst dat de sinus van de hoek waar onder genoemde bundel deze opper-15 vlakken treft groter is dan het quotient van de voortplantingssnelheid van de ultrageluidstrillingen in het desbetreffende transmissiemedium en de snelheid waarmee de ultrageluidstrillingen zich in de desbetref- O fende vaste stof van de genoemde oppervlakken voortplanten. ----- 81 01 7 4 4-------------- -------------------- --------- — -------