NL8600444A

NL8600444A - Inrichting voor ultrageluiddetectie.

Info

Publication number: NL8600444A
Application number: NL8600444A
Authority: NL
Original assignee: Optische Ind De Oude Delft Nv
Priority date: 1986-02-21
Filing date: 1986-02-21
Publication date: 1987-09-16
Also published as: IL81634A0; US5042303A; EP0233676B1; CN1014464B; EP0233676A1; JPS62249058A; IL81634A; DE3760697D1; CN87102652A

Description

*<£ - * VO 7243

Inrichting voor ultrageluiddetectie.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor ultrageluiddetectie omvattende een ultrageluidtransducent, middelen voor het opwekken van een aansturingssignaal voor deze transducent en middelen voor het detecteren van het 5 door de transducent na reflectie ontvangen signaal.

Dergelijke inrichtingen voor ultrageluiddetectie worden tegenwoordig op grote schaal toegepast voor een verscheidenheid van zowel medische als technische onderzoekingen. Voor medische toepassingen heeft ultrageluid het voordeel dat 10 het niet schadelijk is voor de gezondheid van de patiënt, ook niet bij langdurige toepassing, en dat het onderzoek door middel van ultrageluid niet-invasief is.

In het bijzonder bij medische toepassingen is het echter een bezwaar dat het door middel van ultrageluiddetectie 15 verkregen beeld slechts de contouren van de organen in een lichaam aangeeft, zodat het op juiste wijze interpreteren van een verkregen beeld bijzonder veel ervaring vraagt.

De reden dat alleen een contourenbeeld verkregen wordt, is dat het tot nu toe onmogelijk is gebleken om na reflectie 20 van een door de ultrageluidtransducent uitgezonden signaal, van dat gereflecteerde signaal de faze of zelfs maar de polariteit ten opzichte van het oorspronkelijke signaal te bepalen. Deze faze en/of polariteitsinformatie gaat door de gangbare elektrische detectiemethoden volledig verloren.

25 Zonder deze faze en/of polariteitsinformatie is het ónmogelijk om te bepalen of een gereflecteerd ultrageluidsignaal afkomstig is van een reflectie tengevolge van een overgang van een acoustisch dichter medium naar een minder dicht medium of juist omgekeerd. Indien het wel mogelijk zou zijn deze infor-30 matie uit het gereflecteerde signaal te verkrijgen, zouden in het ultrageluidbeeld aan de gebieden tussen de contouren grijstinten of zelfs kleuren kunnen worden toegekend, hetgeen : ' } :* v ί ΐ -2- de duidelijkheid van het beeld aanzienlijk zou verbeteren en de interpretatie ervan zou vergemakkelijken.

De uitvinding beoogt derhalve te voorzien in een inrichting voor ultrageluiddetectie waarmee het wel mogelijk is 5 om de faze en/of de polariteit van een gereflecteerd ultrage-luidsignaal vast te stellen. Daardoor is het niet alleen mogelijk om te detecteren of de signaalreflectie veroorzaakt wordt door een overgang tussen een acoustisch dichter medium naar een minder dicht medium of omgekeerd, maar is het tevens 10 mogelijk. om het ontvangen signaal te integreren teneinde informatie omtrent de acoustische impedantie weer te geven.

De uitvinding voorziet' hiertoe in een inrichting van voornoemde soort waarbij de detectiemiddelen zijn ingericht om het ontvangen signaal tijdselectief te versterken met 15 een versterkingsfunctie die is afgeleid uit het ontvangen signaal, een en ander zodanig dat uit het na reflectie ontvangen signaal tenminste polariteitsinformatie is af te leiden.

Het is mogelijk om de gewenste polariteitsinformatie uit het ontvangen gereflecteerde signaal te verkrijgen indien 20 men de responsiekarakteristiek van de transducent, zowel bij zenden als bij ontvangen, kent. De polariteitsinformatie kan weliswaar uit het ontvangen signaal worden verkregen door aan de hand van deze bekende responsiekarakteristiek op het ontvangen signaal een deconvolutieberekening uit 25 te voeren, maar het is zeer tijdrovend om een dergelijke berekening bij ieder ontvangen signaal uit te voeren. Voor het verkrijgen van een ultrageluidbeeld worden nl. een groot aantal zendpulsen uitgezonden en ieder van deze pulsen verschaft ontvangstsignalen, waarvan het aantal overeenkomt 30 met het aantal malen dat een uitgezonden signaal wordt gereflecteerd bij de passage ervan door een te onderzoeken lichaam. Doordat het uitvoeren van een groot aantal van dergelijke deconvolutieberekeningen tijdrovend is, is het praktisch niet mogelijk het ultrageluidbeeld in real-time weer te 35 geven, terwijl dit bij een groot aantal toepassingen juist gewenst is.

'· "A

-3-

Volgens de uitvinding wordt bij voorkeur rekening houdend met de responsiekarakteristiek van de transducent een aanstu-ringssignaal met een zodanige vorm berekend/ dat dit bij ontvangst na reflectie een tevoren bepaalde, gewenste vorm 5 bezit, welke vorm zodanig is dat op eenvoudige wijze tenminste de polariteit van het signaal bepaald kan worden. Naast het voordeel van de veel grotere verwerkingssnelheid bij het systeem volgens de uitvinding ten opzichte van het achteraf uitvoeren van een deconvolutieberekening op het ontvangen 10 signaal, heeft de uitvinding als verder voordeel dat de spectrale energieverdeling van het ontvangen signaal aanzienlijk breder is dan bij het uitvoeren van een deconvolutieberekening achteraf, waardoor voor bepaalde spectrale gebieden een betere signaal-ruisverhouding wordt verkregen. Dit ver-15 schijnsel is op zich reeds beschreven in J.H. Kim et al "Prior inverse filtering for high-resolution pulse-echo images'* in Acoustical Imaging, Vol. 14, blz. 447-458.

Alhoewel er bij de beschrijving van de uitvinding steeds sprake is van een ultrageluidtransducent die een ontvangen 20 signaal afgeeft, zal het deskundigen duidelijk zijn dat bij .toepassing van een zgn. array van ultrageluidtransducenten, die al dan niet met in faze ten opzichte van elkaar verschoven signalen worden aangestuurd, het door dat array na reflectie ontvangen signaal beschouwd kan worden als een enkel signaal 25 dat op de wijze volgens de uitvinding behandeld kan worden om daaruit polariteitsinformatie af te leiden.

De uitvinding zal in het hierna volgende nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening, hierin toont: fig. 1 schematisch de vorm van een zendsignaal en een 30 na reflectie ontvangen signaal bij een conventioneel ultrageluid systeem; fig. 2 a, b en c mogelijke gewenste vormen van een door een ultrageluidtransducent ontvangen gereflecteerd signaal; : H 4 ί ·£ -4- fig. 3a-d een weergave in het tijddomein van achtereenvolgens de responsie van een transducent, een gewenste vorm van het na reflectie ontvangen signaal, de vorm van een voor het verkrijgen van het laatstgenoemde signaal bere-5 kende aansturingssignaal, en van het na reflectie hiervan ontvangen signaal; fig. 4a schematisch een weergave van mogelijke signaalvormen bij een inrichting volgens de uitvinding; fig. 4b een blokschema van een keten waarin de signaalvor- 10.. men. volgens fig. 4a kunnen worden gevormd; fig. 5a schematisch een weergave van andere mogelijke signaalvormen bij een inrichting volgens de uitvinding; fig. 5b een blokschema van een keten waarin de signaalvormen volgens fig. 5a kunnen worden gevormd; 15 fig. 6a-e een weergave van nog weer andere signaalvormen bij een inrichting volgens de uitvinding; fig. 7a-h een weergave van opnieuw andere signaalvormen · bij een inrichting volgens de uitvinding; fig. 8 schematisch op welke wijze uit een ontvangen 20 ultrageluidsignaal .fazeinformatie kan worden afgeleid.

Fig. 1 toont schematisch een ultrageluidzendsignaal en een na passage door een te onderzoeken medium en na reflectie door een overgang in dat medium door een ultrageluidtrans-ducent ontvangen gereflecteerd signaal. Alhoewel het ontvangen 25b signaal vereenvoudigd is weergegeven, zal het duidelijk zdjn dat het uitgangssignaal van een ultrageluidtransducent geen gelijkspanningscomponent kan bevatten, en dat het detecteren van de polariteit van het gereflecteerde signaal ten opzichte van het zendsignaal extra moeilijk is.

-5- * «

Fig. 2a toont een gereflecteerd signaal dat ook boven en onder het amplitudenulniveau een gelijke energieinhoud bezit, maar van welk signaal duidelijk de polariteit bepaald kan worden. Het is echter moeilijk een signaal met een derge-5 lijke vorm te verkrijgen omdat daartoe de transducent, die een sterk frequentie-selectief gedrag vertoont, ook met zeer lage frequenties moet worden aangestuurd. Dit heeft als gevolg dat van de aan de transducent toegevoerde hoeveelheid energie slechts een zeer gering gedeelte als zendsignaal IQ wordt overgedragen, waardoor de signaalruisverhouding sterk verslechtert, terwijl een gelijksoortige verslechtering opnieuw optreedt wanneer het gereflecteerde signaal door de transducent wordt ontvangen.

Volgens de uitvinding is gebleken dat het wel mogelijk 15 is om een geschikt zendsignaal te berekenen wanneer men uitgaat van een gereflecteerd signaal met een vorm zoals getoond in fig. 2b of fig. 2c. Een signaal met de in fig.

2b getoonde vorm zal in het hiernavolgende een symmetrisch signaal worden genoemd en een signaal met de in fig. 2c 20 getoonde vorm een antisymmetrisch signaal. Dergelijke signalen bevatten polariteitsinformatie die, zij het met enkele aanvullende bewerkingen van het signaal, daaruit is af te leiden.

Het aansturingssignaal dat nodig is om bij een transducent met een bekende responsiekarakteristiek een gereflecteerd 25. signaal met een vorm zoals getoond in fig. 2b of 2c te verkrijgen, kan worden berekend door het invers filteren van het signaal volgens fig. 2b of dat volgens fig. 2c.

Wanneer wordt gesteld: g(t) = impulsresponsie van de transducent? 30 f(t) = aansturingssignaal voor de transducent? h(t) = het door de transducent ontvangen gereflecteerde signaal, dan is h (t), het ontvangen gereflecteerde signaal in het tijdsdomein, te berekenen uit de convolutie van f(t) en 35 g(t), volgens: *·\ .» n ? » t , * * — * 5 3 -6-

CO

h(t) = ƒ f(t-T) .g(T) .dT (1) m ^

In het frequentiedomein geldt op overeenkomstige wijze: H(f) = F(f). G (f) (2) waarin 5 H(f), F(f) en G(f) de Fourier getransformeerden zijn van resp. h(t), f(t) en g(t).

Uit vergelijking 2 volgt: F(f) = H(f)/G(f) (3)

Deze vergelijking geeft de frequentiekarakteristiek 10' van. het inverse filter en men kan door middel van computerberekeningen bij een bepaalde gewenste H(f) en de bekende responsiekarakteristiek G(f) van de transducent de frequentiekarakteristiek van F(f) bepalen waarmee H(f) aan de gewenste vorm voldoet.

15 Wanneer de frequentiekarakteristiek van het aansturings- signaal F(f) bekend is, kan men door middel van frequentieanalyse de frequentiecomponenten van dit signaal bepalen, waarna het signaal b.v. kan worden opgewekt met behulp van een bekende signaalgenerator die de mogelijkheid biedt een signaal 20 samengesteld uit een groot aantal verschillende frequentiecomponenten met verschillende amplituden en fazehoeken op te wekken.

De fign. 3a-d tonen grafisch in het tijdsdomein voorbeelden van de responsiekarakteristiek van een ultrageluidtransdu-25' cent (fig. 3a); een gewenste vorm van het door de transducent ontvangen gereflecteerde signaal (fig. 3b); het overeenkomstig vergelijking 3 berekende aansturingssignaal (fig. 3c) en het na reflectie feitelijk ontvangen signaal (fig. 3d). Vanzelfsprekend zijn er diverse mogelijke vormen voor het 30 gewenste ontvangen signaal, zolang dit signaal een goede signaalruisverhouding heeft en een gunstige, d.w.z. duidelijk te detecteren, positief/negatief verhouding bezit. Tevens is de tijdsduur van het uitgezonden signaal in het algemeen relatief kort, omdat anders de mogelijkheid bestaat dat 35 reeds een gereflecteerd signaal wordt ontvangen terwijl het aansturingssignaal nog niet beëindigd is.

Onderstaand zal aan de hand van de fign. 4, 5, 6 en 7 5. * -7- worden verduidelijkt op welke wijze resp. uit het signaal dat in de fign. 4, 5 en 6 is aangegeven met u-j_n en dat een schematische weergave is van het symmetrische signaal volgens fig. 3d, en uit het asymmetrische signaal u^n volgens fig.

5 7a polariteitsinformatie verkregen kan worden.

Bij de uitvoeringsvormen volgens de fign. 4, 5 en 7 wordt door middel van tijdselectieve versterking uit het signaal uj_n polariteitsinformatie verkregen. Bij deze tijdselectieve versterking is de versterkingsfaktor in de tijd 10 afhankelijk van het te versterken signaal zelf, doordat deze versterkingsfaktor van dat signaal is afgeleid.

Fig. 4a toont de opeenvolgende signaalvormen die optreden in een keten zoals is weergegeven in fig. 4b en met behulp waarvan uit het signaal uin de polariteitsinformatie kan 15 worden verkregen. De signaalvormen zijn in fig. 4a aangegeven met resp. Ufn, ua, uj, en uc en in fig. 4b is aangegeven waar deze signaalvormen in de keten optreden.

De werking van de keten volgens fig. 4b is als volgt.

Het signaal u^n, wordt door de ultrageluidtransducent afgegeven 20 in responsie op het ultrageluid signaal dat na reflectie in het lichaam door de ultrageluidtransducent is ontvangen.

Het signaal Uin bevat geen gelijkspanningscomponent. Dit signaal wordt toegevoerd aan de ingangsklem van een keten 1, die is ingericht om door dubbelzijdige gelijkrichting 25. aan de uitgangsklem een signaal ua af te geven dat de modulus weergeeft van het ingangssignaal, dus ua =/uin/. Het signaal uin wor3t tevens toegevoerd aan een ingangsklem van een vermenigvuldigingsketen 2, aan de andere ingangsklem waarvan het signaal ua is aangelegd. Aan de uitgangsklem van keten 30 2 is derhalve het signaal uj-, = Uj_nua = uinfuin/ aanwezig.

Omdat de positieve top van signaal U£n bij de vermenigvuldiging met een grotere faktor wordt versterkt dan de negatieve toppen, resulteert een effectieve gelijkspanning waarvan de polariteit op eenduidige wijze gerelateerd is aan die 35 van u^n. Het signaal u^ is aangesloten op de ingangsklem van een integratorketen 3, welke aan de uitgangsklem een

i V

-8- signaal uc «Ju^dt =ƒUin/uin/dt afgeeft, welk signaal eveneens informatie omtrent de polariteit van u-j_n verschaft, omdat na de integratie een gelijkspanningssprong A resulteert, waarvan de grootte evenredig is met het kwadraat van de’ 5 ingangsspanning uin.

De fign. 5a en 5b tonen een andere mogelijkheid om uit het na reflectie ontvangen ultrageluidsignaal polariteits-informatie af te leiden. Evenals bij fig. 4 is in de keten volgens fig. 5b aangegeven waar de in fig. 5a getoonde signaal-10 vormen, resp. Up, Uq en ur, optreden.

In de keten volgens fig. 5b is het signaal U£n aangelegd aan de ingangsklem van een vertragingsketen 4, die het ingangssignaal vertraagt over een tijdsduur die ongeveer gelijk is aan één periode van het signaal uin. Het uitgangssignaal 15 van uj_n' van deze keten, dat in fig. 5a niet getoond is omdat het afgezien van de verschuiving in de tijd in vorm gelijk is aan Uj_n, is aangesloten op de inverterende ingangs-klem van een aftrekketen 5, aan de niet inverterende ingangs-klem waarvan het signaal uin is aangelegd. De keten 5 verschaft 20 aan de uitgangsklem ervan een signaal U£, dat een zodanige vorm heeft, dat rond het tijdstip t een signaal wordt verkregen met een amplitude die nagenoeg gelijk is aan nul. Het signaal Up is aahgelegd aan de ingangsklem van een keten 6 die door middel van dubbelzijdige gelijkrichting aan de 25. uitgangsklem een signaal Uq afgeeft, waarvoor geldt Uq = |up/. Het. signaal Uq is aangelegd aan een ingangsklem van een deelketen 7, aan de andere ingangsklem waarvan het signaal Uj_n is aangelegd, welk signaal in een vertragingsketen 8 op zodanige wijze is vertraagd dat de positieve top in signaal 30 Uj_n in de tijd samenvalt met het tijdstip t in het signaal Uq. De deelketen 7 verschaft aan de uitgangsklem ervan een signaal ur waarvoor geldt ur = Uin/Ug en dat de in fig.

5a getoonde vorm bezit. Door de deling van het signaal Uj_n door het signaal Uq in keten 7, wordt het signaal u^n rond 35 het tijdstip t met een grote factor versterkt, omdat de amplitude van Uq rond het tijdstip t nagenoeg gelijk is aan nul. Het signaal ur bevat daardoor een grote gelijkspan-ningscomponent, die op eenduidige wijze gerelateerd is aan * & -9- de polariteit van u-j_n, bovendien maakt het signaal ur een zeer nauwkeurige bepaling mogelijk van de plaats waar de reflectie is opgetreden, omdat het signaal ur een aanzienlijk kortere tijdsduur heeft dan het signaal uin.

5 Alhoewel het signaal up, dat in feite een convolutie vormt van het signaal uj_n, op zeer eenvoudige wijze met behulp van de in fig. 5b getoonde ketens 4 en 5 verkregen kan worden, zal het deskundigen duidelijk zijn dat er verscheidene andere manieren zijn om een dergelijk signaal te realise-10 ren.

Een andere mogelijkheid om uit uin een signaal af te leiden dat een polariteitsbepaling mogelijk maakt, is om het signaal u^ volgens fig. 4a te benutten als ingangssignaal voor de vertragingsketen 4 volgens fig. 5b. Doordat het 15 signaal u^ reeds een duidelijker top bezit dan u-;n, leidt de bewerking in de keten volgens fig. 5b tot een nog effectiever polariteitssignaal.

Nog een andere mogelijkheid is om het signaal uj-, volgens fig. 4a toe te voeren aan een filter en het uitgangssignaal 20 van het filter te onderwerpen aan een bewerking waarbij de wortel wordt getrokken uit dit signaal. Het dan verkregen signaal kan hetzij rechtstreeks, hetzij na integratie verder worden verwerkt. De bij een dergelijke bewerking verkregen signaalvormen zijn getoond in de fign. 6a-e.

25 Pig. 6a toont het na reflectie ontvangen ultrasone signaal, welk signaal vergelijkbaar is met het signaal U£n in fig. 4a. Pig. 6b toont het signaal ujj dat wordt verkregen na gelijkrichting in keten 1 en vermenigvuldiging in keten 2 volgens fig. 4b. Pig. 6c toont de karakteristiek van een 30 filter dat gebruikt wordt om het signaal uj-, te filteren en fig. 6d het na filtering verkregen uitgangssignaal. Tenslotte toont fig. 6e het na het trekken van de wortel uit het signaal volgens fig. 6d resulterende signaal dat zeer duidelijke polariteitsinformatie bevat en dat een lineair verband 35 vertoont met uin en dus direkt een maat is voor de grootte ·'' ···> . . .

. . V \ JA

-10- van de acoustische impedantie die de reflectie heeft veroorzaakt.

Voor verdere verwerking van het tijdaelectief versterkte signaal kan in het algemeen een lineair verband tussen de 5 gelijkspanningscomponent in het signaal uc (fig. 4a) of ur (fig.5a) en de ingangsspanning u-j_n gewenst zijn om de grootte van de acoustische impedantie die de reflectie veroorzaakt te kunnen berekenen.

Bij het signaal uc in fig. 4a is de grootte van de 10; gelijkspanningssprong A evenredig met het kwadraat van Uj_n. Door uit het signaal u^ in een verdere keten de wortel te trekken, kan weer een lineair verband worden verkregen tussen het uitgangssignaal en u-[n.

Bij het signaal ur in fig. 5 is de uitgangsspanning 15 genormeerd, d.w.z. onafhankelijk van de amplitude van Uj_n.

Door ur te vermenigvuldigen met b.v. de omhullende van het signaal ua volgens fig. 4a kan weer een evenredigheid tussen het uitgangssignaal en Uj_n worden gerealiseerd.

Een andere, bijzonder gunstige mogelijkheid is om uj-, 20 volgens fig. 4a te delen door Ug, volgens fig. 5a. De centrale topwaarde in de impuls wordt daardoor zowel door de vermenigvuldiging als door de deling bevoordeeld, zodat een zeer duidelijk polariteitssignaal wordt verkregen, terwijl het signaal u^/ug toch rechtevenredig is met de ingangsspanning.

25. Fig. 7 toont in de opeenvolgende fign. 7a-h hoe door diverse signaalbewerkingen, uitgaande van een door de ultrage-luidtransducent afgegeven antisymmetrisch signaal, op een elegante wijze polariteitsinformatie is af te leiden.

Fig. 7a toont een antisymmetrisch signaal dat na reflec-30 tie door een ultrageluidtransducent wordt afgegeven. Het zal duidelijk zijn, dat de berekening van het aansturingssig-naal voor de transducent op dezelfde wijze plaatsvindt als bovenstaand is toegelicht met betrekking tot het verkrijgen van een symmetrisch ontvangstsignaal.

35 Fig. 7b toont hetzelfde signaal als fig. 7a, maar nadat dit op een gebruikelijke wijze gedurende een halve signaalpe-riode is vertraagd.

-11-

Fig, 7c toont het signaal dat verkregen wordt bij het optellen van de signalen volgens fig. 7a en 7b. Het signaal volgens fig. 7c vormt in feite de essentie van de hier beschreven wijze van signaalbewerking omdat uitgaande van een ingangs-5 signaal/ zoals b.v. getoond in fig. 7a, en evenals bij de in fig. 5 getoonde uitvoeringsvorm, gestreefd wordt naar een signaal waarin een periode voorkomt gedurende welke de signaalamplitude nagenoeg gelijk is aan nul.

Het signaal volgens fig. 7e is gelijk aan dat volgens 10 fig. 7d, maar is opnieuw gedurende een halve signaalperiode vertraagd.

Fig. 7f toont het signaal dat wordt verkregen na het optellen van de signalen volgens fig. 7d en fig. 7e. De vorm van dit signaal is volledig onafhankelijk van de polari-15 teit van het signaal volgens fig. 7a.

Fig. 7g toont een signaal dat gelijk is aan dat volgens fig. 7a, maar dat op zodanige wijze is vertraagd, dat de nuldoorgang x van het signaal volgens fig. 7a samenvalt met de nuldoorgang y van het signaal volgens fig. 7f.

20 Tenslotte toont fig. 7h het signaal dat wordt verkregen door vermenigvuldiging van het signaal volgens fig. 7f en dat volgens fig. 7g. Dit signaal bevat vier halve signaalpe-rioden met elk een gewenste polariteit.

Een dergelijke polariteitsbepaling, waarbij meerdere 25, signaalperioden de juiste polariteit bezitten, is gunstig voor het verkrijgen van een goede S/N-verhouding. Het in fig. 5a met ur aangegeven signaal geeft b.v. wel een goede positiebepaling, maar minder goede S/N-verhouding omdat slechts één signaalperiode polariteitinformatie geeft, terwijl 30 het oorspronkelijke signaal Uj!n meerdere signaalperiodes bevat. Uit het bovenstaande blijkt dan ook dat afhankelijk van de gewenste toepassing hetzij de positiebepaling optimaal kan zijn, waarbij men genoegen moet nemen met een geringere S/N-verhouding, hetzij de S/N-verhouding optimaal kan zijn, 35 bij een minder nauwkeurige positiebepaling.

Er wordt echter op gewezen dat niettegenstaande het ' * ' , · -·* * * 5 -12- voorgaande de positiebepaling met behulp van het signaal volgens fig. 7h toch nauwkeuriger is dan de positiebepaling die mogelijk is met het signaal volgens fig. 7a omdat de duur van de polariteitsinformatie in het signaal volgens 5 fig. 7h door de diverse bewerkingen korter geworden is dan de duur van het gehele oorspronkelijk ontvangen signaal.

Een bijkomend voordeel is dat van de zes halve perioden die het signaal volgens fig.7h beslaat, de eerste en de laatste halve periode een polariteit bezitten die tegengesteld 10 is aan die van de overige halve perioden. Bij het weergeven van het signaal volgens fig. 7h ontstaat hierdoor een contour-versterking in het beeld, hetgeen gunstig is voor de duidelijkheid daarvan en hetgeen bovendien verrassend is omdat normaal gesproken een ontvangen puls een minder scherpe contour 15 verschaft naarmate de tijdsduur ervan langer is.

De amplitude van het signaal volgens fig. 7h is evenredig met (uin)2, waarbij U£n het in fig. 7a getoonde signaal is. Indien, zoals bovenstaand reeds is toegelicht, een lineair verband gewenst is tussen de amplitude van het signaal volgens 20 fig. 7a en dat volgens fig. 7h kan uit een van beide signalen de wortel worden getrokken.

Het aan de hand van de fign. 7a-7h toegelichte principe is uitbreidbaar indien men b.v. bij het signaal volgens fig. 7h in plaats van vier halve signaalperioden die de 25 juiste polariteit aanduiden, zes van dergelijke perioden wenst. Het volstaat daarbij om het in fig. 7c getoonde signaal over anderhalve periode te vertragen en nogmaals bij dat van fig. 7c op te tellen, waarbij voor het overige de aan de hand van de fign. 7d-7h toegelichte stappen op dezelfde 30 wijze worden uitgevoerd.

Het zal voor een deskundige geen problemen opleveren om een schakeling op te bouwen die achtereenvolgens de signaalvormen volgens de fign. 7b-7h uitgaande van het signaal volgens fig. 7a kan realiseren, zodat een dergelijke schakeling 35 verder geen toelichting behoeft.

Alhoewel de signaalbewerking volgens de fign. 7a-7h t 1 f -13- toegelicht is uitgaande van een ingangssignaal met een antisym-metrische vorm, is het ook mogelijk een dergelijke signaalbewerking uit te voeren op een signaal met een symmetrische vorm, b.v. het signaal zoals getoond in fig. 2b. Een eerste 5 mogelijkheid is daarbij om het symmetrische signaal te differentiëren, waardoor een antisymmetrisch signaal wordt verkregen, dat bewerkt kan worden op de wijze die is toegelicht in fig. 7.Een andere mogelijkheid is om het symmetrische signaal toe te voeren aan een keten die een zogenaamde Hilbert 10 transformatie uitvoert. Dit betekent dat het ingangssignaal wordt vermenigvuldigd met een signaal X(f) waarvoor geldt: X(f) = -i voor f)0 en X(f) = i voor f ζθ. Nog een andere mogelijkheid is het symmetrische signaal over een halve periode te vertragen en zodanig te verzwakken dat bij het 15 sommeren van het symmetrische signaal en het vertraagde symmetrische signaal een signaal wordt verkregen met de vorm zoals getoond in fig. 7c. Dit signaal kan dan weer verder bewerkt worden op de wijze zoals toegelicht aan de hand van de fign. 7d-7h.

20 Tenslotte is het ook mogelijk om signalen met een andere vorm dan een zuiver antisymmetrische of een zuiver symmetrische vorm, zodanig te bewerken dat een signaal verkregen wordt met als eigenschap dat in het signaal een signaalperiode voorkomt waarin de signaalamplitude nagenoeg nul is.

25 In de praktijk zal een door een ultrageluidstransducent na reflectie ontvangen ultrageluidsignaal noch een zuiver antisymmetrische noch een zuiver symmetrische vorm bezitten.

Ieder ontvangen signaal is echter te ontleden in een combinatie van een antisymmetrisch en een symmetrisch signaal.

30 Verder is gebleken dat de grootte van de uitgan'gsspanning van een dectector, b.v. een detector die werkzaam is op de wijze zoals toegelicht in fig. 7, een sinusvormig verband heeft met de fazehoek van het ingangssignaal. Fig. 8 toont op welke wijze uit een willekeurig door een ultrageluidtransdu-35 cent na reflectie ontvangen signaal informatie kan worden afgeleid omtrent de fazeverschuiving die opgetreden is in . m 4

V

-14- dat signaal tussen het uitzenden daarvan door de transducent en het opnieuw ontvangen daarvan. Het ontvangen signaal, uin' wordt daartoe toegevoerd aan een keten bestaande uit een eerste detector 9 die een uitgangssignaal met een maximale er 5 waarde afgeeft als aan de ingang/van een antisymmetrische puls wordt aangeboden, welke detector b.v. werkzaam is op de aan de hand van fig. 7 toegelichte wijze,en uit een tweede detector 10 die een uitgangssignaal met een maximale waarde afgeeft als aan de ingang ervan een symmetrische puls wordt 10aangeboden, welke detector bijvoorbeeld dezelfde opbouw kan hebben als de detectoren, die getoond zijn in fig. 4 en 5.

Het is ook mogelijk van de dectoren 9 en 10 identieke detectoren te gebruiken, waarbij dan voorzien dient te zijn 15 in middelen om tussen de resp. ingangssignalen van de dectoren een fazeverschuiving van ongeveer 90° te realiseren, opdat detector 9 toch een maximaal uitgangssignaal afgeeft bij een zuiver antisymmetrische ingangspuls en detector 10 een maximaal uitgangssignaal bij een zuiver symmetrische ingangspuls. 20 Het is ook mogelijk een fazeverschuiving tussen de ingangssignalen te realiseren die een andere waarde heeft dan 90°.

Dit leidt echter tot overspraak tussen beide uitgangssignalen, welke overspraak op bekende wijze weer electronisch kan worden geëlimineerd. Het is bijvoorbeeld mogelijk om de detectoren 259 en 10 zodanig op te bouwen dat zij werkzaam zijn op de aan de hand van fig. 7 toegelichte wijze. Daarbij kan dan tussen de ingang van detector 10 en de ingangsklem waaraan Uin wordt aangeboden de in de figuur in stippellijn getoonde keten 13 zijn opgenomen, welke keten een fazeverschuiving 30van 90° realiseert tussen het ingangssignaal en het uitgangssignaal ervan. Een dergelijke keten kan bijvoorbeeld, zoals bovenstaand is toegelicht een differentiator of een Hilbert transformator zijn. De detectoren 9 en 10 geven resp. een eerste en tweede detectiesignaal af waarvan het verloop, 35zoals bovenstaand is toegelicht, afhankelijk van de faze van het ingangssignaal resp. sinus- en cosinusvormig is.

\ * ‘ f . :· -> 4 -15- signaal

Bij een zuiver antisymmetrisch/ is bijvoorbeeld het uitgangssignaal van dectector 9 maximaal en dat van detector 10 gelijk aan nul, terwijl bij een zuiver symmetrisch signaal het uitgangssignaal van detector 10 maximaal is en dat van detector 5 9 gelijk aan nul. Door deling van de beide detectiesignalen in de deelketen 11 verkrijgt men aan uitgangsklem 12 een signaal dat informatie geeft omtrent de faze van het ingangssignaal .

Alhoewel in het voorgaande steeds sprake is geweest 10 van een door een ultrageluidtransducent uitgezonden signaal dat op zodanige wijze bewerkt is dat na reflectie en ontvangst door de ultrageluidtransducent een signaal wordt verkregen met een tevoren bepaalde vorm, is gebleken dat in bepaalde gevallen bij toepassing van een gebruikelijke ultrageluidzend-15 puls de bewerking van het ontvangen signaal volgens de uitvinding, zoals b.v. toegelicht aan de hand van fig. 7, zo nauwkeurig is, dat zelfs uit een in een dergelijk geval ontvangen, signaal fazeinformatie of tenminste polariteitsinformatie kan worden afgeleid. Ook een dergelijke uitvoering, waarbij 20 dus gebruik wordt gemaakt van een gebruikelijke ultrageluidzend-puls, valt binnen het kader van de uitvinding.

In het voorgaande is er vanuit gegaan dat er bij de voortplanting van ultrageluidgolven door een te onderzoeken medium geen dispersie optreedt, zodat de vorm van het signaal 25' onafhankelijk is van de doorlopen afstand. Het is echter mogelijk dat door dispersie de golfvorm als functie van de doorlopen afstand zo sterk varieert, dat niet met één enkele vorm van het zendsignaal kan worden volstaan, in dergelijke gevallen is het vaak nog wel raogelijk een afzonder-30 lijk polariteitssignaal te bepalen, waarmee het op traditionele wijze gedetecteerde ontvangstsignaal kan worden vermenigvuldigd .

Wanneer de polariteit niet of nauwelijks meetbaar is, b.v. bij relatief hoge ultrageluidfrequenties die gewenst 35 zijn voor een goede resolutie maar die een relatief slechte S/N verhouding tot gevolg hebben, is het mogelijk om eerst t ; * 4 -16- bij een relatief lage ultrageluidfrequentie een polariteits-beeld te maken en dit beeld later met het op conventionele wijze verkregen beeld bij een hoge ultrageluidfrequentie te combineren.

% N * / -* ‘ \ Jj» . i

Claims

1. Inrichting voor ultrageluiddetectie omvattende een ultrageluidtransducent, middelen voor het opwekken van een aansturingssignaal voor deze transducent en middelen voor het detecteren van het door de transducent na reflectie 5 ontvangen signaal, met het kenmerk, dat de detectiemiddelen zijn ingericht om het ontvangen signaal tijdselectief te versterken met een versterkingsfunctie die is afgeleid uit het ontvangen signaal,een en ander zodanig dat uit het na reflectie ontvangen signaal tenminste polariteitsinformatie 10 is af te leiden.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de middelen voor het opwekken van het aansturingssignaal zijn ingericht om een signaal op te wekken met een vorm waarin de responsiekarakteristiek van de transducent en 15 een tevoren bepaalde gewenste vorm van het na reflectie ontvangen signaal verdisconteerd zijn.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat indien G(f) de frequentieresponsiekarakteristiek van de ultrageluidtransducent is en H(f) de frequentiekarakteristiek 20 van de gewenste vorm van het na reflectie door de transducent afgegeven signaal, de frequentiekarakteristiek F(f) van het aansturingssignaal voor de transducent in principe bepaald is door F(f) = H(f)/G(f}.

4. Inrichting volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat de middelen voor het opwekken van een aansturingssignaal zijn ingericht om een signaal te verschaffen dat is samengesteld uit een groot aantal frequentiecomponenten.

5. Inrichting volgens tenminste één der conclusies 1- 30 4, met het kenmerk, dat de detectiemiddelen voorzien zijn van middelen om uit het ontvangen signaal een hulpsignaal af te leiden dat de versterkingsfunetie representeert, waarbij het hulpsignaal onafhankelijk is van de polariteit van het ontvangen signaal. -18-

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het hulpsignaal gedurende een gedeelte van de duur van dit signaal een amplitude bezit die nagenoeg nul is.

7. Inrichting volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk, 5 dat de middelen voor het uit het ontvangen signaal afleiden van het hulpsignaal zijn ingericht om het ontvangen signaal gedurende een tevoren bepaald aantal halve perioden te vertragen en om het vertraagde signaal op te tellen bij of af te trekken van het ontvangen signaal.

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat genoemde- middelen verder voorzien zijn van middelen om de modulus van het na het optellen of aftrekken resulterende signaal te vormen.

9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat 15 voorzien is in middelen om het ontvangen signaal te delen door de modulus van het na het aftrekken resulterende signaal, waarbij voorzien is in tijdvertragingsorganen om het ontvangen signaal, vooraf aan de deling over*een tevoren bepaalde tijdsduur te vertragen.

10. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat voorzien is in middelen om de modulus van het na het optellen resulterende signaal over een halve periode te vertragen, in middelen om het vertraagde signaal af te trekken van de modulus van het na het optellen resulterende signaal 25 en in middelen om het na het aftrekken resulterende signaal te. vermenigvuldigen met het ontvangen signaal, waarbij tevens voorzien is in tijdvertragingsorganen om het ontvangen signaal vooraf aan de vermenigvuldiging over een tevoren bepaalde tijdsduur te vertragen.

11. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de detectiemiddelen voorzien zijn van middelen om de modulus van het ontvangen signaal te bepalen en van middelen om het produkt te vormen van het ontvangen signaal en de modulus van het ontvangen signaal. ' ^ * -s « -19-

12. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat is voorzien in middelen om het produkt van het ontvangen signaal en de modulus van het ontvangen signaal te integreren.

13. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat 5 is voorzien in een filter om het produkt van het ontvangen signaal en de modulus van het ontvangen signaal te filteren en in middelen om de wortel te trekken uit het uitgangssignaal van het filter.

14. Inrichting volgens conclusie 7 en 8 in combinatie met 10 de inrichting volgens conclusie 11.

15. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat voorzien is in eerste en in tweede detectiemiddelen, met elk een ingang die gekoppeld is met de ultrageluidtransducent en met elk een uitgang voor het afgeven van resp. een eerste 15 en een tweede detectiesignaal en dat voorzien is in middelen om het quotient te bepalen van het eerste detectiesignaal en het tweede detectiesignaal, teneinde informatie te verkrijgen omtrent de fazeverschuiving tussen het aansturingssignaal en het ontvangen signaal, waarbij de eerste detectiemiddelen 2d zijn ingericht om een detectiesignaal met een maximale waarde af te geven wanneer het aan de ingang ervan aangeboden signaal een antisymmetrisch signaal is en waarbij de tweede detectiemiddelen zijn ingericht om een detectiesignaal met een maximale waarde af te geven wanneer het aan de ingang ervan aangeboden 25 signaal een symmetrisch signaal is.

16. Inrichting volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de eerste en tweede detectiemiddelen identieke detectieketens omvatten, en dat is voorzien in middelen die gekoppeld zijn tussen de ultrageluidtransducent en tenminste een van de 30 ingangen van de eerste of tweede detectieketens, welke middelen zijn ingericht om een fazeverschuiving van in wezen 90° tot stand te brengen tussen de aan de ingang van respectievelijk de eerste en de tweede detectieketens aangeboden signalen.

17. Inrichting volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat 35 de middelen voor het tot stand brengen van een fazeverschuiving een differentiator omvatten, die gekoppeld is tussen de \ ' ' f V-» >— -20- ultrageluidtransducent en de ingang van de tweede detectieketen.

18. Inrichting volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat de middelen voor het tot stand brengen van een fazeverschuiving een Hilbert-transformator omvatten, die gekoppeld is tussen 5 de ultrageluidtransducent en de ingang van de tweede detectieketen.

19. Inrichting volgens een der conclusies 16-18, met het kenmerk, dat iedere detectieketen voorzien is van middelen om een hulpsignaal te vormen omvattende middelen om het 10 aan de ingang aangeboden signaal gedurende een tevoren bepaald aantal, halve perioden te vertragen, middelen om het vertraagde signaal en het ingangssignaal op te tellen, middelen om de modulus van het na het optellen resulterende signaal te vormen, middelen om het na het optellen resulterende 15 signaal over een halve periode te vertragen, en middelen om het vertraagde signaal af te trekken van de modulus van het na het optellen resulterende signaal om zo het hulpsignaal· te vormen; dat elk van de detectiemiddelen voorzien is van middelen om het ingangssignaal over een tevoren bepaalde 20 tijdsduur te vertragen en van middelen om het vertraagde ingangssignaal en het hulpsignaal met elkaar te vermenigvuldigen voor het vormen van respectievelijk een eerste en tweede detectiesignaal. i . i