SU1250932A1 - Ультразвуковое сканирующее и фокусирующее устройство - Google Patents

Abstract

Изобретение предназначено дл  управлени  сканированием и фокусировкой ультразвукового луча в ультразвуковых приборах медицинской диагностики и дефектоскопах. Целью изобретени   вл етс  повьгаение функциональных возможностей, В режиме сканировани  путем записи в интерфейсы цифровых кодов блок управлени  управл ет работой селекторов, выбирающих один из числа N/n, подключенных к каждому каналу групповой коммутации и управл емой задержки (УЗ) элементов многоэлементной матрицы пьезо- преобразователей, и величиной задержки каждого канала групповой коммутации и (УЗ), определ   тем самым группу пьезопреобразователей, составл ющих приемопередающую апертуру, а также глубину и направление фокуси (Л IS9 СП со К9 М инЗинатор

Description

ровки ультразвукового луча. Дл  по- вышени  быстродействи  при сканировании в реальном,масштабе времени блок управлени  предварительно программно формирует в запоминающем блоке таблицу кодов, реализующих закон сканировани  и фокусировки. Микропроцессор, тактируемый задающим генератором, работает по программе , хран щейс  в блоке посто нной пам ти (Ш); Обращение к содержимому блока ПП осуществл етс  при помощи блока формировани  адреса. Считывание и запись информации из блока ГОТ, запоминающего блока интерфейсов производитс  по двунаправленным лини м данных через блок формировани  данных. Блок управлени  ПП дешифрирует часть адресных сигналов линий адреса и формирует сигналы управлени  записью (считыванием информации) в/из интерфейсов блока ШТ и запоминающего блока. В режиме калибровки при помощи калибратора производитс  измерение фактических времен задержек в каждом отдельном канале групповой коммутации и УЗ. Блок управлени  формирует на тактовый генератор и калибратор сигнал запуска, по переднему фронту которого тактовьш генератор выдает короткий импульс запуска на калибруемый канал групИзобретение относитс  к ультразвуковой технике и может быть использовано в ультразвуковых приборах медицинской диагностики, дефектоскопах и других контрольно-измерительных устройствах, в которых ультразвуковое сканирование производитс  немеханическим путем.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей.

На фиг.1 представлена блок-схема ультразвукового сканирующего и фокусирующего устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устрой-. ства, в режиме ска {ировани ; на фиг. 3 - временные диаграммы режима калибровки.

Ультразвуковое сканирующее и фокусирующее устройство содержит по250932

повой коммутации УЗ, а счетчики импульсов и триггер привод тс  в исходное состо ние. В режиме калибровки возникает так называемое синхро5 кольцо с периодом следовани  импульсов , равным времени задержки калибруемого канала групповой коммутации и УЗ тактового генератора. Р1мпульсы синхрокольца поступают, на счетный

О вход счетчика импульсов, в котором производитс  подсчет числа периодов Q синхрокольца, в течение которых производитс  измерение. Триггер, ус- тановленньй передним фронтом сигнала

15 запуска в единичное состо ние, открывает схему И, через которую с выхода калибровочного генератора импульсы счета подаютс  на счетный вход второго счетчика импульсов.

0 .Блок управлени  через интерфейс непрерывно опрашивает выход триггера, и когда сигнал на выходе становитс  равным нулю, -считьшает содержимое второго счетчика импульсов и снима25 ет сигнал запуска. Затем блок управ- лени  вычисл ет фактическое врем  Т задержки, полученное при калибровке , по ф-ле (1/f Q)-q, где f - частота калибровочного генера30 тора 1 МГц; q - содержимое второго счетчика импульсов,Q- число перио дов измерени  калибратора,.Зил.

следовательно соединенные многозле- ментную матрицу 1 пьезопреобразова- телей (например, с числом элементов ) и каналы 2 групповой коммутации -и управл емой задержки. Общее число каналов 2 групповой коммутации равно числу элементов многоэлементной матрицы 1 пьезопреобразовате- лей, одновременно коммутируемых в группы п пьезопреобразователей, образующих приемно-излучающую апертуру и составл ет, например, . Каждый канал 2 групповой коммутации и управл емой задержки соединен с N/n числом элементов, например 5, многоэлёмент- ной матрицы 1 пьезопреобразователей, по следующему закону: первый канал 2 групповой коммутации и управл емой задержки подключен к 1-му, (1+п),

31

(1+2n), (1+Зп), (1+4n) элементам, .второй - к второму, (2-1-п), (2+2п), (2+Зп), (2+Ап) элементам и т.д. Каждый канал 2 групповой коммутации и управл емой задержки состоит из последовательно соединенных запаралле- ленных пар, из генератора 3 зондирующих импульсов и предусилител  4 эхо- сигналов, селектора 5, многоэлементной линии 6 задержки, коммутатора 7 и компаратора 8, выход к торого соединен с входом селектора 5, а второй - .с входом многоэлементной линии 6 задержки, первого и второго интерфейсов 9 и 10, выходы которых соединены с управл ющими входами селектора 5 и коммутатора 7 соответственно . Устройство содержит также последовательно соединенные тактовый генератор 11 и счетчик 12 импульсов, запоминающий блок 13, выход которого подключен к входу каналов 2 групповой коммутации, и управл емой задержки , и приемник 14 эхо-сигналов, подключенный к выходу коммутатора 7, последовательно соединенные блок 15 управлени  и калибратор 16. Блок 15 управлени  выполнен из последовательно соединенных задающего генератора 17, микропроцессора 18, блока 19 формировани  адреса, блока 20 посто нной пам ти, блока 21 формировани  данных, выход которого подключен к второму входу микропроцессора 18, и блока 22 управлени  посто нной пам тью , вход которого подключен к выходу блока 21 формировани  данных, а выход - к второму входу блока 20 посто нной пам ти. Калибратор 16 выпол

иен из последовательно соединенных 40 триггера 23, схемь 24 И, второго счетчика 25 импульсов и интерфейса 26 и калибровочного генератора 27, подключенного к второму входу схемы 24 И. Выход первого счетчика 12 им- 45 пульсов подключен к входу триггера 23, второй вход второго счетчика 25 импульсов и второй вход триггера 23 объединены и подключены к второму

Микропроцессор 18, тактируемый задающим генератором 17, работает по программе, хран щейс  в блоке 20 посто нной пам ти. Обращение к содержимому блока 20 посто нной пам ти осуществл етс  при помощи блока 19 формировани  адреса. Счи- тьгеание и запись информации из блок 20 посто нной пам ти запоминающего блока 13, интерфейсов 9, 10, 26 про изводитс  по двунаправленным лини м данных через блок 21 формировани  данных. Блок 22 управлеии  посто нной пам тью дещифрирует часть аппег ных сигналов линий адреса и формирувыходу микропроцессора 18, соединен-so ет сигналы управлени  записью (считыванием информации) в/из интерфейсов 9, 10, 26, блока 20 посто нной пам ти и запоминанщего блока 13.

ному с выходом тактового генератора 11. Входы интерфейсов 9 и 10 соединены с блоком 21 формировани  данных и блоком 22 управлеии  посто нной пам тью.55

Устройство работает спедук цим образом .

0

5

0

5

Интерфейсы 9 каждого канала 2 групповой коммутации и управл емой задержки управл ют работой селекторов 5, выбирающих один из N/n, подключенных к каждому каналу 2 групповой коммутации и управл емой задержки элементов многоэлементной матрицы 1 пьезопреобразователей. Интерфейсы 10 управл ют величиной задержки импульсов запуска и эхо-сигналов в каждом канале-2 групповой коммутации и управл емой задержки. Это производитс  при помощи коммутации отдельных отводов многоэлементных линий 6 задержки коммутаторами 7, управл емыми с выходов интерфейсов 10. Таким образом, путем записи в интерфейсы 9 и 10 специальных цифровых кодов блок 15 управлени  может управл ть работой селекторов 5 и величиной задержки каждого канала 2 групповой коммутации и управл емой задержки, определ   тем самым группу пьезопреобразователей, составл ющих приемо-передающую апертуру, а также глубину и направление фокусировки ультразвукового луча. Дл  повьшени  быстродействи  при сканировании в реальном масщтабе времени блок 15 управлени  предварительно программно формирует в запоминающем блоке 13 таблицу кодов, реализуклцих заданный закон сканировани  и фокусировки.

Микропроцессор 18, тактируемый задающим генератором 17, работает по программе, хран щейс  в блоке 20 посто нной пам ти. Обращение к содержимому блока 20 посто нной пам ти осуществл етс  при помощи блока 19 формировани  адреса. Счи- тьгеание и запись информации из блока 20 посто нной пам ти запоминающего блока 13, интерфейсов 9, 10, 26 производитс  по двунаправленным лини м данных через блок 21 формировани  данных. Блок 22 управлеии  посто нной пам тью дещифрирует часть аппег- ных сигналов линий адреса и формирует сигналы управлени  записью (считыванием информации) в/из интерфейсов 9, 10, 26, блока 20 посто нной пам ти и запоминанщего блока 13.

Сам процесс сканировани  заключаетс  в том, что блок 15 управлени  считывает из залокинак цего блока 13 фрагмент таблицы кодов, записывает его в интерфейсы 9 и 10 каналов 2

групповой коммутации и управл емой задержки и формирует сигнал запуска, (эпюра 1, фиг.2) по переднему фронту которого тактовьпЧ генератор 11 выда- ет импульс запуска (эпюра 2, фиг.2) на каналы 2 групповой коммутации и управл емой задержки. После паузы, необходимой дл  приема эхо-сигналов с заданной глубины, блок 15 управлени  считывает из запоминающего блока 13 следующий фрагмент таблицы кодов, и далее операции повтор ютс  до тех пор, пока таблица не исчерпываетс , т.е. не достигнут конец одного над- ра сканировани , после чего блок 15 управлени  оп ть переходит к началу таблицы дл  продолжени  сканировани  В каждом канале 2 групповой коммутации и управл емой задержки импульсы за- пуска подаютс  на входы компараторов 8 и на входы многоэлементных линий 6 за- держки. С выходов коммутаторов 7 импульсы запуска, задержанные в соответствии с кодами в интерфейсах 10, . поступают на входы компараторов 8 (эпюры 3-7, фиг.2) и с выходов компараторов 8 на входы запуска селекторов 5, которые под управлением кодов с интерфейсов 9 направл ют импульсы запуска на заданную группу гедерато- ров 3 зондирующих импульсов. Генераторы 3 зондирукнцих импульсов, формируют зондирующие импульсы на соответствующие им элементы.многоэлемент- ной матрицы 1 пьезопреобразователей. Стробируемые компараторы 8 обеспечивают защиту от ложных запусков генераторов 3 -зондирующих импульсов сильными эхо-сигналами с выходов, коммута- торов 7. Таким образом осуществл етс  фокусировка ультразвукового луча на передачу. Прин тые пьезоэлементами многоэлементной матрицы 1 пьезопреобразователей эхо-сигналы поступают через предусилители 4 эхо-сигналов на селекторы 5. Последние подают эхо- сигналы с заданной группы предусили- телей 4 эхо-сигналов на входы многоэлементных линий 6 задержки. С выхо- дов коммутаторов 7 задержанные эхо- сигналы поступают на суммирующий вход приемника 14 эхо-сигналов, который их усиливает, детектирует и вы дает на выход дл  дальнейшего запоми нани  или отображени .

Дл  повышени  эффективности фокусировки в ультразвуковом сканирующем

5 5 0 5

и фокусирующем устройстве предусмотрен режим калибровки. В этом режиме при помощи калибратора 16 производитс  измерение фактических времен задержек в каждом отдельном канале 2 групповой коммутации и управл емой задержки, и в соответствии с полученными отклонени ми блок 15 управлени  корректирует соответствующие элементы таблицы кодов в запоминающем блоке 13. Калибровка производитс  после каждого включени  устройства и периодически в процессе работы , что позвол ет избежать разброса величины задержек, вызванных изменением температурного режима и напр жени  питани . Каждый канал 2 групповой коммутации и управл емой задержки калибруетс  отдельно. Дл  исключени  остальных каналов 2 групповой коммутации и управл емой задержки блок 15 управлени  блокирует их, записыва  в их интерфейсы 10 специальный код. После этого в интерфейс 10 калибруемого канала 2 групповой коммутации и управл емой задержки заноситс  код времени задержки , фактическое значение которого необходимо измер ть. Эту функцию выполн ет калибратор 16. К нему предъ вл ютс  жесткие требовани  по точности измерений, она должна быть не хуже ±5 не. Измерение времени с такой точностью пр мыми методами требует применени  высокочастотных измерительных генераторов с частотой f 2/ дс, где сЛ - допустима  погрешность измерений, а также сверхбыстродействующих счетных схем. В св зи с этим, в калибраторе 16 реализована схема измерени  с накоплением результата, что позволило уменьшить частоту калиброванного генератора, и кроме того, повысить точность измерений за счет уменьшени  случайных погрешностей. Дл  этого блок 15 управлени  формирует на тактовый генератор 11 и калибратор 16 сигнал запуска (эпюра 1j фиг. 3), по переднему фронту ко- торого тактовый генератор 11 вьщает короткий импульс запуска (эпюра 2, фиг.З), на калибруемый канал 2 групповой коммутации и управл емой задержки , а счетчики 12 и 25 импульсов и триггер 23 привод тс  в исходное состо ние. Импульс запуска, пройд 

7

через многоплементную линию задержки 6 и коммутатор 7 калибруемого канала 2 групповой коммутации и управл емой задержки, поступает на счетный вход калибратора 16 и вход за- пуска тактового генератора 11 (эпюра 3, фиг. 3) .

Таким образом, в режиме калибровки возникает так называемое синхро- кольцо с периодом следовани  им- пульсов, равным времени задержки калибруемого канала 2 групповой коммутации и управл емой задержки и тактового генератора 11. Так как погрешность , вносима  временем задерж- ки тактового генератора 11,  вл етс  аддитивной и действует на все каналы 2 групповой коммутации и управл емой задержки одинаково, она не вносит искажений в форму ультразву- кового луча и может не учитыватьс . Импульсы синхрокольца поступают на счетный вход счетчика 12 импульсов. В этом счетчике производитс  подсчет числа периодов Q синхрокольца, в течение которых производитс  измерение . Триггер 23, установленный передним фронтом сигнала запуска в единичное состо ние (эпюра А,фиг.З) открывает схему 24 И, через которую с выхода калибровочного генератора 27 импульсы счета подаютс  на счетный вход второго счетчика 25 импульсов . При прохождении по синхроколь- цу. заданного числа Q периодов, в течение которьпс производитс  измерение , на выходе первого счетчика 12 импульсов по вл етс  сигнал переноса (эпюра 5, фиг.З). Этот сигнал переводит триггер 23 в нулевое состо - ние, прекраща  тем самым, прохождение импульсов калибровочного генератора 27 через схему 24 И и, соответственно , счет второго счетчика 25 импульсов. Блок 15 управлени  через интерфейс 26 непрерьшно опрашивает выход триггера 23, и когда сигнал на выходе становитс  равным нулю, счи- тьшает содержимое второго счетчика 26 импульсов, снима  сигнал запуска. Затем блок 15 управлени  вычисл ет фактическое врем  задержки, полученное при калибровке по формуле

т - п

Т - f-Q- Ч ,

где f - частота калибровочного ге- нератора 27 1 МГц;

125

5 20 , 30 35 40 45 so 55

09328

q - содержимое второго счетчика 25 импульсов; Q - число периодов измерений калибратора 16, Q 256. В результате калибровки блок 15 управлени  корректирует соответству- Еощие элементы исходной таблицы кодов , хран щейс  .в запоминающем блоке 13, и переходит к режиму сканировани .

Claims (1)

1. Изобретение позвол ет обеспечить высококачественную фокусировку ультразвукового луча, гибко варьировать фокусным рассто нием, измен ть закон сканировани , оперативно корректировать искажени , возникающие в каналах сканировани  и фокусировки ультразвукового луча. Формула изобретени 

   Ультразвуковое сканирующее и фокусирующее устройство, содержащее последовательно соединенные многоэлементную матрицу пьезопреобразова- телей и каналы групповой коммутации и управл емой задержки, каждый из , которых состоит из последовательно соединенных запараллеленных пар, состо щих из генератора зондирующих импульсов и предусилител  эхо-сигналов , и селектора, многоэлементной линии задержки, коммутатора и компаратора , выход которого соединен с входом селектора, а второй вход - с входом многоэлементной линии задержки , последовательно соединенные тактовый генератор и счетчик импульсов, запоминающий блок, выход которого подключен к входу каналов групповой коммутации и управл емой задержки, и приемник эхо-сигналов, подключенный к выходу коммутатора, о т л и ч а - ю щ е е с   тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей, оно снабжено последовательно соединенными блоком управлени  и калибратором , блок управлени  выполнен из последовательно соединенных задакнце- го генератора, микропроцессора, блока формировани  адреса, блока посто нной пам ти, блока формировани  данных , выход которого подключен к второму входу микропроцессора, и блока управлени  посто нной пам тью, вход которого подключен к выходу блока формировани  данных, а выход - к второму входу блока посто нной пам ти , калибратор выполнен из последо- вательно соединенных триггера,, схемы И, второго счетчика импульсов и интерфейса, и калибровочного генератора , подключенного к второму рходу схемы И, вьпсод первого счетчика импульсов подключен к входу триггера, второй вход второго счетчика импульсов и второй вход триггера объединены и подключены к второму выходу ми25093210

   кропроцессора, соединенному с вькот дом тактового генератора, каждый канал групповой коммутации и управл емой задержки снабжен первым и вторым интерфейсами, входы которых соединены с блоком формировани  данных и блоком управлени  посто нной пам тью , а выходы - с управл ющими входами соответственно селектора и коммутатора .

   фие.2

   z.

   ЛЛППП ППППП

   ПП ПППППППП

   t

   с .

   (pus.3