Ультразвуковое сканирующее и фокусирующее устройство Советский патент 1986 года по МПК G01N29/00 

ровки ультразвукового луча. Для по- вышения быстродействия при сканировании в реальном,масштабе времени блок управления предварительно программно формирует в запоминающем блоке таблицу кодов, реализующих закон сканирования и фокусировки. Микропроцессор, тактируемый задающим генератором, работает по программе, хранящейся в блоке постоянной памяти (Ш); Обращение к содержимому блока ПП осуществляется при помощи блока формирования адреса. Считывание и запись информации из блока ГОТ, запоминающего блока интерфейсов производится по двунаправленным линиям данных через блок формирования данных. Блок управления ПП дешифрирует часть адресных сигналов линий адреса и формирует сигналы управления записью (считыванием информации) в/из интерфейсов блока ШТ и запоминающего блока. В режиме калибровки при помощи калибратора производится измерение фактических времен задержек в каждом отдельном канале групповой коммутации и УЗ. Блок управления формирует на тактовый генератор и калибратор сигнал запуска, по переднему фронту которого тактовьш генератор выдает короткий импульс запуска на калибруемый канал групИзобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в ультразвуковых приборах медицинской диагностики, дефектоскопах и других контрольно-измерительных устройствах, в которых ультразвуковое сканирование производится немеханическим путем.

Цель изобретения - 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 {ирования; на фиг. 3 - временные диаграммы режима калибровки.

Ультразвуковое сканирующее и фокусирующее устройство содержит по250932

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

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

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

0 .Блок управления через интерфейс непрерывно опрашивает выход триггера, и когда сигнал на выходе становится равным нулю, -считьшает содержимое второго счетчика импульсов и снима25 ет сигнал запуска. Затем блок управ- ления вычисляет фактическое время 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 измерения калибратора,.Зил.

следовательно соединенные многозле- ментную матрицу 1 пьезопреобразова- телей (например, с числом элементов ) и каналы 2 групповой коммутации -и управляемой 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 составляет, например, . Каждый канал 2 групповой коммутации и управляемой задержки соединен с N/n числом элементов, например 5, многоэлёмент- ной матрицы 1 пьезопреобразователей, по следующему закону: первый канал 2 групповой коммутации и управляемой 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 управляемой задержки состоит из последовательно соединенных запаралле- ленных пар, из генератора 3 зондирующих импульсов и предусилителя 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 управляющими 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 управляемой задержки, и приемник 14 эхо-сигналов, подключенный к выходу коммутатора 7, последовательно соединенные блок 15 управления и калибратор 16. Блок 15 управления выполнен из последовательно соединенных задающего генератора 17, микропроцессора 18, блока 19 формирования адреса, блока 20 постоянной памяти, блока 21 формирования данных, выход которого подключен к второму входу микропроцессора 18, и блока 22 управления постоянной памятью, вход которого подключен к выходу блока 21 формирования данных, а выход - к второму входу блока 20 постоянной памяти. 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, хранящейся в блоке 20 постоянной памяти. Обращение к содержимому блока 20 постоянной памяти осуществляется при помощи блока 19 формирования адреса. Счи- тьгеание и запись информации из блок 20 постоянной памяти запоминающего блока 13, интерфейсов 9, 10, 26 про изводится по двунаправленным линиям данных через блок 21 формирования данных. Блок 22 управлеиия постоянной памятью дещифрирует часть аппег ных сигналов линий адреса и формирувыходу микропроцессора 18, соединен-so ет сигналы управления записью (считыванием информации) в/из интерфейсов 9, 10, 26, блока 20 постоянной памяти и запоминанщего блока 13.

ному с выходом тактового генератора 11. Входы интерфейсов 9 и 10 соединены с блоком 21 формирования данных и блоком 22 управлеиия постоянной памятью.55

Устройство работает спедукяцим образом.

0

5

0

5

Интерфейсы 9 каждого канала 2 групповой коммутации и управляемой задержки управляют работой селекторов 5, выбирающих один из N/n, подключенных к каждому каналу 2 групповой коммутации и управляемой задержки элементов многоэлементной матрицы 1 пьезопреобразователей. Интерфейсы 10 управляют величиной задержки импульсов запуска и эхо-сигналов в каждом канале-2 групповой коммутации и управляемой задержки. Это производится при помощи коммутации отдельных отводов многоэлементных линий 6 задержки коммутаторами 7, управляемыми с выходов интерфейсов 10. Таким образом, путем записи в интерфейсы 9 и 10 специальных цифровых кодов блок 15 управления может управлять работой селекторов 5 и величиной задержки каждого канала 2 групповой коммутации и управляемой задержки, определяя тем самым группу пьезопреобразователей, составляющих приемо-передающую апертуру, а также глубину и направление фокусировки ультразвукового луча. Для повьшения быстродействия при сканировании в реальном масщтабе времени блок 15 управления предварительно программно формирует в запоминающем блоке 13 таблицу кодов, реализуклцих заданный закон сканирования и фокусировки.

Микропроцессор 18, тактируемый задающим генератором 17, работает по программе, хранящейся в блоке 20 постоянной памяти. Обращение к содержимому блока 20 постоянной памяти осуществляется при помощи блока 19 формирования адреса. Счи- тьгеание и запись информации из блока 20 постоянной памяти запоминающего блока 13, интерфейсов 9, 10, 26 производится по двунаправленным линиям данных через блок 21 формирования данных. Блок 22 управлеиия постоянной памятью дещифрирует часть аппег- ных сигналов линий адреса и формирует сигналы управления записью (считыванием информации) в/из интерфейсов 9, 10, 26, блока 20 постоянной памяти и запоминанщего блока 13.

Сам процесс сканирования заключается в том, что блок 15 управления считывает из залокинакяцего блока 13 фрагмент таблицы кодов, записывает его в интерфейсы 9 и 10 каналов 2

групповой коммутации и управляемой 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 управляемой задержки. После паузы, необходимой для приема эхо-сигналов с заданной глубины, блок 15 управления считывает из запоминающего блока 13 следующий фрагмент таблицы кодов, и далее операции повторяются до тех пор, пока таблица не исчерпывается, т.е. не достигнут конец одного над- ра сканирования, после чего блок 15 управления опять переходит к началу таблицы для продолжения сканирования В каждом канале 2 групповой коммутации и управляемой задержки импульсы за- пуска подаются 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 направляют 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 осуществляется фокусировка ультразвукового луча на передачу. Принятые 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 для дальнейшего запоми нания или отображения.

Для повышения эффективности фокусировки в ультразвуковом сканирующем

5 5 0 5

и фокусирующем устройстве предусмотрен режим калибровки. В этом режиме при помощи калибратора 16 производится измерение фактических времен задержек в каждом отдельном канале 2 групповой коммутации и управляемой задержки, и в соответствии с полученными отклонениями блок 15 управления корректирует соответствующие элементы таблицы кодов в запоминающем блоке 13. Калибровка производится после каждого включения устройства и периодически в процессе работы, что позволяет избежать разброса величины задержек, вызванных изменением температурного режима и напряжения питания. Каждый канал 2 групповой коммутации и управляемой задержки калибруется отдельно. Для исключения остальных каналов 2 групповой коммутации и управляемой задержки блок 15 управления блокирует их, записывая в их интерфейсы 10 специальный код. После этого в интерфейс 10 калибруемого канала 2 групповой коммутации и управляемой задержки заносится код времени задержки, фактическое значение которого необходимо измерять. Эту функцию выполняет калибратор 16. К нему предъявляются жесткие требования по точности измерений, она должна быть не хуже ±5 не. Измерение времени с такой точностью прямыми методами требует применения высокочастотных измерительных генераторов с частотой f 2/ дс, где сЛ - допустимая погрешность измерений, а также сверхбыстродействующих счетных схем. В связи с этим, в калибраторе 16 реализована схема измерения с накоплением результата, что позволило уменьшить частоту калиброванного генератора, и кроме того, повысить точность измерений за счет уменьшения случайных погрешностей. Для этого блок 15 управления 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 управляемой задержки, а счетчики 12 и 25 импульсов и триггер 23 приводятся в исходное состояние. Импульс запуска, пройдя

7

через многоплементную линию задержки 6 и коммутатор 7 калибруемого канала 2 групповой коммутации и управляемой 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 следования им- пульсов, равным времени задержки калибруемого канала 2 групповой коммутации и управляемой задержки и тактового генератора 11. Так как погрешность, вносимая временем задерж- ки тактового генератора 11, является аддитивной и действует на все каналы 2 групповой коммутации и управляемой задержки одинаково, она не вносит искажений в форму ультразву- кового луча и может не учитываться. Импульсы синхрокольца поступают на счетный вход счетчика 12 импульсов. В этом счетчике производится подсчет числа периодов Q синхрокольца, в течение которых производится измерение. Триггер 23, установленный передним фронтом сигнала запуска в единичное состояние (эпюра А,фиг.З) открывает схему 24 И, через которую с выхода калибровочного генератора 27 импульсы счета подаются на счетный вход второго счетчика 25 импульсов . При прохождении по синхроколь- цу. заданного числа Q периодов, в течение которьпс производится измерение, на выходе первого счетчика 12 импульсов появляется сигнал переноса (эпюра 5, фиг.З). Этот сигнал переводит триггер 23 в нулевое состоя- ние, прекращая тем самым, прохождение импульсов калибровочного генератора 27 через схему 24 И и, соответственно, счет второго счетчика 25 импульсов. Блок 15 управления через интерфейс 26 непрерьшно опрашивает выход триггера 23, и когда сигнал на выходе становится равным нулю, счи- тьшает содержимое второго счетчика 26 импульсов, снимая сигнал запуска. Затем блок 15 управления вычисляет фактическое время задержки, полученное при калибровке по формуле

т - п

Т - f-Q- Ч ,

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

125

520 , 30 35 4045 so 55

09328

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

Изобретение позволяет обеспечить высококачественную фокусировку ультразвукового луча, гибко варьировать фокусным расстоянием, изменять закон сканирования, оперативно корректировать искажения, возникающие в каналах сканирования и фокусировки ультразвукового луча. Формула изобретения

Ультразвуковое сканирующее и фокусирующее устройство, содержащее последовательно соединенные многоэлементную матрицу пьезопреобразова- телей и каналы групповой коммутации и управляемой задержки, каждый из , которых состоит из последовательно соединенных запараллеленных пар, состоящих из генератора зондирующих импульсов и предусилителя 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 управляемой задержки, и приемник эхо-сигналов, подключенный к выходу коммутатора, о т л и ч а - ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено последовательно соединенными блоком управления и калибратором, блок управления выполнен из последовательно соединенных задакнце- го генератора, микропроцессора, блока формирования адреса, блока постоянной памяти, блока формирования данных, выход которого подключен к второму входу микропроцессора, и блока управления постоянной памятью, вход которого подключен к выходу блока формирования данных, а выход - к второму входу блока постоянной памяти, 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 управляемой задержки снабжен первым и вторым интерфейсами, входы которых соединены с блоком формирования данных и блоком управления постоянной памятью, а выходы - с управляющими входами соответственно селектора и коммутатора.

фие.2

z.

ЛЛППП ППППП

ПП ПППППППП

t

Изобретение предназначено для управления сканированием и фокусировкой ультразвукового луча в ультразвуковых приборах медицинской диагностики и дефектоскопах. Целью изобретения является повьгаение функциональных возможностей, В режиме сканирования путем записи в интерфейсы цифровых кодов блок управления управляет работой селекторов, выбирающих один из числа N/n, подключенных к каждому каналу групповой коммутации и управляемой задержки (УЗ) элементов многоэлементной матрицы пьезо- преобразователей, и величиной задержки каждого канала групповой коммутации и (УЗ), определяя тем самым группу пьезопреобразователей, составляющих приемопередающую апертуру, а также глубину и направление фокуси(Л IS9 СП со К9 М инЗинатор

с .

(pus.3