DE2752070B2

DE2752070B2 -

Info

Publication number: DE2752070B2
Application number: DE2752070A
Authority: DE
Inventors: Charles A. West Haven Conn. Reynolds (V.St.A.)
Original assignee: Smith Kline Instruments Inc Sunnyvale Calif (vsta)
Current assignee: Smith Kline Instruments Inc Sunnyvale Calif (vsta)
Priority date: 1976-11-22
Filing date: 1977-11-22
Publication date: 1980-04-17
Also published as: FR2371693A1; IT1091460B; AU3040177A; JPS5364985A; GB1591440A; US4064741A; DE2752070A1; CA1098612A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Solche Verfahren dienen zur Untersuchung des menschlichen Körpers, insbesondere zur [Darstellung fortlaufender Aiigenblicksbilder sich bewegender anatomischer Organe und Strukturen, beispielsweise des Herzens oder eines Fötus, lerner werden solche Verfahren /ur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit Vorteil verwendet

Wandleranordnungen zur Durchführung des Verfahrens sind bekannt (»Ultrasonic Testing of Materials«, J. u. H. Krautkrämer, Springer-Verlag, New York, Heidelberg und Berlin, 1969, Seiten 176—184). Es ist ferner bekannt, solche Wandleranordnungen nacheinander zu aktivieren, sei es zur Untersuchung des Kerzens unter Verwendung von Ultraschallwellen (US-PS 37 89 833), oder sei es zur Werkstoffprüfung (US-PS 38 20 387, 38 81486, 36 93 415. DE-OS

ίο 19 48 463). Dabei wird eine Anzahl nebeneinanderliegender Wandlerelemente, die eine Gruppe bilden, gleichzeitig aktiviert und diese Gruppe schrittweise in seitlicher Richtung läng; der Wandleranordnung verschoben, um den zu prüfenden Gegenstand abzutasten.

Ii es ist auch bekannt (US-PS 39 11 730), ausgewählte Wandlerelemente gleichzeitig zu aktivieren, derart, daß man ein Muster erhält, das einer Fresnelzonenlinse ähnelt.

Wird beispielsweise eine Wandleranordnung mit 64 Wandlerelementen verwendet, so erhält man bei einer Aktivierung von jeweils vier eine Gruppe bildende Elemente insgesamt 61 Durchläufe und damit ein 61 Linien aufweisendes Raster auf einer durch eine Kathodenstrahlröhre gebildeten Anzeigevorrichtung (US-PS 38 81 466). Dabei wird die Anzahl der gleichzeitig aktivierten Wandlerelemente, die eine Gruppe bilden, konstant gehalten.

Nach einem älteren Vorschlag (DE-OS 26 54 280) werden die Wandlerelemente in Gruppen längs der

i« Wandleranordnun_fc- aktiviert, die abwechselnd vier Wandlerelemente und drei Wandlerelemente aufweisen. Hier ergibt sich ein größerer Aufwand der Logikschaltung sowie eine stärkere Begrenzung der Eindringtiefe des Sendestrahls. Soll das Flimmern der Anzeige über 123 Schreiblinien hinweg während eines Durchlaufs der Wandleranordnung verhindert werden, so muß die maximale Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Aktivierungen 144 Mikrosekunden betragen, damit man eine BildrepetierfrequLn/ der Anzeige von 50 Hz

■i" aufrechterhalten kann und eine Verzögerung zwischen aufeinanderfolgenden Aktivierungen von 20 Mikrosekunden erhält, in welcher die Logikkreisc die Signale verarbeiten können. Diese Zeitspanne entspricht einer Eindringtiefe von etwa 10 cm in menschlichem Gewebe.

4^r> Der Erfindung liegt so die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mil der man eine verbesserte Bildauflösung und eine größere Eindringtiefe erhält.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im

">'i kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

£rfindungsgcniiiß wird der .Sendestrahl längs der Wiindleranordnung in Schritten von nur einem halben Wandlcrclement verschoben, el. h. die Achse des

Vt Scndcstrahls bewegt sich jeweils um eine Strecke, die dem halben Mittenabstand zwischen zwei nebeneinander angeordneten Waiidlerelemcnten entspricht. Dadurch wird die Bildauflösung und Bildgenauigkeit erheblich verbessert. Ferner wird die Eindringtiefe in

μ) menschlichen Gewebe vergrößert und beträgt mehr als 20 cm.

Die An/.ihl jeweils eine Gruppe bildender Wandlerelemente wird unter Henk I· sichtigung der Auflösung im F ernfeld gewählt, wenn man die Anzahl von Wandler-

'Ί elementen in der großen Gruppe bestimmt, und wird iinler Berücksichtigung der gewünschten Auflösung im Nahfeld gewählt, wenn man die Anzahl der WandlerclemiTite in der kleineren Griinne !»".limrnl. F.s ist cm

Unterschied von mindestens einem Wandlerelement in jeder Gruppe notwendig, damit man eine Verschiebung der Sendestrahlachse längs der Wandleranordnung um einen halben Schritt erhält. Die Wiederhol.'requenz der Abtastvorrichtung muß so gewählt werden, daß man zwischen den Abstrahlen aufeinanderfolgender Sendesignale eine so große Zeitspanne erhält, daß die Echosignale noch erhalten werden, die von den akustischen Inhomogenitäten des zu untersuchenden Gegenstandes erzeugt werden, die in dem gewünschten maximalen Abstand von der Wandleranordnung liegen. Der Abstand zwischen aufeinanderfolgend abgestrahlten Ultraschallsignalen miiß auch so groß sein, daß die Programmsignale und Steuersignale der Vorrichtung verarbeitet werden können. Darüber muß die Wiederholfrequenz so groß gewählt werden, daß die durch die gegenseitig verschachtelte Anzeige der Durchläufe ein für das menschliche Auge zusammenhängendes, im wesentlichen flimmerfreies Bild darstellt.

Bei der Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens ist eine Programmschaltung vorgesehen, die dafür sorgt, daß beim ersten Durchlauf eine Gruppe mit einer bestimmten Anzahl von Wandlerelementen jeweils gleichzeitig aktiviert wird, worauf die Verschiebung in Schritten von einem Wandlerelement in den aufeinanderfolgenden Durchläufen erfolgt. Anschließend erfolgt die gleichzeitige Aktivierung der zweiten Gruppe von Wandlerelementen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Elementen. Dabei wird ein Zähler verwendet, der die Lage der einzelnen B-Abtastdarstellungslinien vorgibt, die längs einer Achse der Anzeige geschrieben werden. Beim ersten Durchlauf von beispielsweise 64 Wandlerelementen, wobei die Gruppe vier Wandlerelemente enthält, erhält man eine Darstellung mit 61 Linien. Das niedrigste Bit des Zählers wird in einem fest vorgegebenen Zustand gehalten und damit erreicht, daß jede Linie des Rasterbildes während des Durchlaufens für jede Aktivierung einer Gruppe um 2 Raster verschoben wird, so daß auf der Anzeigeeinrichtung ein erster Satz von Linien geschrieben wird, die jeweils

2 Rasterabslände voneinander entfernt sind. Sind die 61 Linien geschrieben, so wird der Zähler auf Null gesetzt. Damit wird das Ausgangssignal an der dem niedrigsten Bit zugeordneten Ausgangsklemme des Zählers geändert. Die Wandlerelemnte werden dann im zweiten Durchlauf in Gruppen von jeweils

3 Wandlerelementen aktiviert und die jetzt empfangenen Echosignale werden längs der ausgelassenen Linien des Rasters geschrieben die zwischen den schon geschriebenen Linien liegen. Auf diese Weise erhält man eine gegenseitig verschachtelte Darstellung, die insgesamt 123 Linien aufweist, während bei bekannten Anordnungen nur eine Darstellung mit 61 Linien erhalten werden ki.nn. Man erhält so eine erheblich verbesserte Bildauflösung.

Eine bevorzugte Ausführungsform bedient sich von ■' Wandlerelementen der ersten Gruppe und drei Wandlerelementen der zweiten Gruppe, wobei die Wiederholfrequenz 3,5 kHz beträgt, wenn Echosignale empfangen werden, die von in einem Absland von 20 cm von der Wandlcranordnung befindlichen akustischen Inhomogenitäten des untersuchten Gegenstandes erzeugt werden

Nachstehend wird die Lrfindung anhand eines 'vusführuiigsbeispielcs iimUt Bezugnahme auf die Zeichnung näher erl.iuierl. Im dieser zeigt

Fig. I ein si-heKi.insches elektrisches Blockschaltbild rmer Vornchtiim: /i,r I r/ciit'unt; eines 1 . lii/er I '\\< ,< schallquerschnittsbildes;

F i g. 2 ein schematisches elektrisches Schaltbild einzelner Schaltkreise der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung; und

F i g. 3 eine schematische Darstellung eines Teils des von der Vorrichtung nach F i g. 1 erzeugten Bildes.

In Fig. 1 ist eine Wandleranordnung 10 dargestellt, die eine Vielzahl nebeneinander angeordneter Wandlerelemente 12Λ 12S, 12C aufweist. Anstelle der Vielzahl

ίο nebeneinander angeordneter, diskreter Wandlerelemente 12/4, 12ß, 12Cusw. kann die Wandleranordnung stattdessen auch durch eine einzige Kristallplatte gebildet sein, in die Nuten eingefräst sind, so daß man einzelne Wandlerelemente erhält, die schwingungsmä-Gig von danebenliegenden Wandlerelementen entkoppelt sind. Beide Ausführungsformen für eine derartige Wandleranordnung sind in dem Buch »Ultrasonic Testing of Materials« von J. und H. Krautkramer. Springer-Verlag, New York, Heidelberg und Berlin, 1969 auf den Seiten 176—184 ^schrieben. Die Wandlerelemente 12/4, 12ßusw. sind so dimensioniert, daß sie akustische Energie enthaltende Signale mit der gewünschten Frequenz abgeben. Überlicherweise wird eine Frequenz im Bereich zwischen 0,5 und 20 MHz verwendet, wovon wiederum der Bereich zwischen 2,0 und 10 MHz am geläufigsten ist.

Ein jedes der Wandlerelemente 12,4, 12ß, 12C usw. der Wandleranordnung 10 erzeugt bei seiner Erregung als Suchsignal einen akustischen Energiestrahl, der in

iu den zu prüfenden Gegenstand oder den Körper abgegeben wird. Ein jedes der Wandlerelemente empfang dann auch die durch das Suchsignal im Gegenstand hervorgerufenen Echosignale. Die Wandleranordnung ist in eine Gruppe vorgegebener,

i"» nebeneinander angeordneter Wandlerelemente unterteilt, und diese Gruppe wird schrittweise in Richtung des Pfeiles 14 längs der Wandleranordnung verschoben. Weist die Gruppe z. B. vier Wandlerelemente 12/4, 12ß und 12(7 und 12D, was durch eine Schaltung 16

in vorgegeben wird, die ein Schieberegister und Schalter zum Aktivieren einzelner Wandlerelemente aufweist, so wird nach der Abgabe der akustischen Suchsignale und nach dem Empfang der Echosignale durch lie vier Wandlerelemente aufweisende Gruppe dip Gruppe um

■i) ein Wandlerelement längs der Wandleranordnung verschoben, so daß sie beim nächsten Schritt die Wandlcrelemente 12ß, 12(7. 12Dund 12£aufweist. Die neue Gruppe gibt wieder ein akustisches Suchsignal ab und empfängt Echosignale. Beim dritten Schritt weist

ι« die Gruppe die Wardlerelemente 12(7, 12D, 12£ und 12Fauf, und dieser Zyklus wird solange wiederholt, bis alle iiebeneinanderliegenden, jeweils vier Wandlerelemcⁿte aufweisenden Wandlergruppen nacheinander aktiviert worden sind. Siehe hierzu die US-PS 38 20 387

ν· und die US-PS 3ti8Mi>6. In der nachstehenden Beschreibung wird das Bezugszeichen 12 ohne Suffix ganz allgemein für ein Wandlerelement der Wandleranordnung verwendet, während das Bezugszeichen 12 mit einem angehängten Buchstaben für ein spezifisches

w Wandlerc'-'ment steht, ζ B 12A UB. 12Cusw.

Die gleichzeitige Abgabe von St.hallcnorgic durch eine Gruppe von vier Wandlcrelcmcnten 12 der Wnndler.iriordnung 10 hai denselben Effekt wie die Abgiibe eines akustirjheri Suctv.ignales in einen zu

>" prüfenden Gegenstand un'er Verwendung eines einzigen Wiindlerelemcntes. das viermal so breit ist wie ein einziges Wandlerelement der Gruppe. Das Verschieben .Iit f Μ lippe Iu¹^s der War.dlcriinordnung in S; I i.ien

zu einem Wandlerelemenl führt dazu, da 13 der akustische Suchslrahl um eine Strecke verschoben wird. die in etwa gleich dem Mittenabstand zwischen nebeneinander angeordneten Wandlerelcmenten ist.

Eine Programmschaltung 18 stellt zusammen mit einem Eingabekreis 24 für Daten sicher, daß beim aufeinanderfolgenden Durchfahren von Gruppen durch die Wandleranordnung 10 die richtigen Signale bereitstehen, um ein Schieberegister, das einen Teil der dieses und Schalter zum Aktivieren der Wandlerelemente aufweisenden Schaltung 16 ist. in einen solchen Ausgangszustand zu setzen, der der Anzahl von Wandlerelcmenten 12 zugeordnet ist. die jeweils eine Gruppe bilden. Die Programmschaltung 18 hat darüber hinaus Logikkreisc, darunter auch Zähler, welche die Anzahl der von der Wandleranordnung während des Duchschiebens einer Gruppe durch sie abgegebenen akustischen Suchstrahien zählt. Ist der Inhalt dieses Zählers für die Anzahl der während eines Abtastzyklus abgegebenen Suchsignale gleich der bekannten und zuvor berechneten Anzahl abgegebener .Suchsignale. wie sie zum Durchfahren der gesamten Wandleranordnung vom einen Ende bis hin zum anderen Ende bei Verwendung von Gruppen vorgegebner Größe erforderlich ist, d. h. dann, wenn die letzte Gruppe von Wandlerelementen 12 aktiviert worden ist. so stellen die in der Programmschaltung 18 enthaltenen Logikkreisc ein Signal auf einem Leiter 20 gebreit, durch welches die das Schieberegister und die Aktivicruiigsschaltcr enthaltende Schaltung 16 zurückgestellt wird. Dieses Signal wird zugleich auch auf einen Verzögerungskreis 22 gegeben, der kein durch Bauelemente realisierter getrennter Schaltkreis zu sein braucht, sondern auch durch die Eigenverzögerung der Logikkreisc gebildet sein kann. Von dem Verzögerungskreis 22 wird ein weiteres Signal an den Eingabekreis 24 abgegeben, und dies führt dann dazu, daß auf einem Leiter 25 ein Signal bereitgestellt wird, durch welches die das Schieberegister und die Aktivierungsschalter aufweisende Schaltung 16 in ihren neuen Ausgangszustand gesetzt wird. E^n derartiges Laden des Schieberegisters für eine nachfolgende gleichzeitige Aktivierung vorgegebener Gruppen aus Wandlerelementen ist z. B. in den US-Patentschriften 38 20 387. 38 81 466 und 39 I! 730 beschrieben. Die das Schieberegister und die Aktivierungsschalter aufweisende Schaltung 16 weist für ein jedes der Wandlerelemente 12 der Wandleranordnung 10 eine Ausgangsklemme auf. Wird die Schaltung 16 in ihren Ausgangszustand gebracht, so nehmen die ersten Ausgangsklemmen des Schieberegisters, die der eine Gruppe bildenden vorgegebenen Anzahl von Wandlerelementen 12 entsprechen, den logischen Zustand »1« ein. während die restlichen Ausgangsklemmen des Schiebregisters den logischen Zustand »0« iiaben. Erhält die Schaltung 16 über eine Leitung 28 aufeinanderfolgende Taktimpulse von einem Taktgeber 26, so wandern die Signale mit dem logischen Wert »1« in Richtung des Pfeiles 14 längs der Ausgangsklemmen des Schieberegisters, und zwar erfolgt eine Bewegung um einen Schnitt jedesmal bei Erhalt eines Taktimpulses. Die Bezeichnung logisch »1« und logisch »0« beziehen sich auf die herkömmlichen Spannungspegel an den Ausgangsklemmen digitaler integrierter Schaltkreise. Bei einer anderen Ausführungsform können die Zustände »1« und »0« gegeneinander vertauscht werden, wenn die Logikkreise der Schaltung ebenfalls entsprechend komplementär ausgelegt sind.

Von der Programmschaltung 18 wird auf einer Leitung 31 ein Tnggersignal an die Schaltung 16 abgegeben, das dazu führt, daß eine vorgegebene Gruppe von Wandlerelemcntcn 12 gleichzeitig akustische Signale in den zu prüfender! Gegenstand

■ abstrahlen.

Treffen die ein Paket akustischer Energie darstellenden Suchsignale auf eine akustische Inhomogenität im zu untersuchenden Gegenstand, so wird ein Teil der .Schallenergie reflektiert und durch die Wandleranord-

■ niing 10 wieder empfangen, insbesondere die Gruppe von Wancllerelementen, die das entsprechende Suchsignal abgestrahlt haben. Die empfangenen akustischen Echosignale werden durch die Wandlerelemente 12 in elektrische Signale umgesetzt, und diese elektrischen Signale werden über die das Schieberegister und die Aktivicrungsschalter enthaltende Schaltung 16 und eine Leitung 35 auf einen diese Signale verstärkenden l.nipfänger 32 gegeben. Der die Echosignale verstiirkeniu· Empfänger 32 setzt die den Echos entsprechenden elektrischen Signale in Videosignale um, die auf dem .Schirm einer Kathodenstrahlröhre 33 in herkömmlicher Weise zur Anzeige gebracht werden können. Über einen Leiter 27 erhält der Empfänger 32 ferner von der Programmschaltung 18 ein Synchronisiersignal, durch welches ein Zcit/Vcrstärkungs-Kompensationskreis angestoßen wird, der den Verstärkungsfaktor des Emn,augers für solche durch Reflektion erzeugte Echosignale erhöht, die von akustischen Inhomogenitäten herrühren, die in größerer Entfernung von der Wandleranordnung 10 angeordnet sind. Der Aufbsu derartiger Kompensationskreise ist dem Fachmann bekannt.

Die von dem Taktgeber 26 bereitgestellten Taktimpulse werden über einen weiteren Vcrzögerungskreis 34 auf einen Ablenkspannungsgenerator 36 gegeben. Der Verzögerungskreis 34 synchronisiert den Beginn des Schreibens einer vertikalen Linie auf dem Bildschirm auf den Zeitpunkt, zu dem von der Wandleranordnung 10 ein Echosignal erhalten wird, das der der Wandleranordnung zugewandten Oberfläche des Werkstückes oder des Körpers entspricht. Berührt die Wandleranordnung 10 direkt den zu untersuchenden Gegenstand, so kann die Verzögerung durch den Verzögerungskreis 34 auf einen nahe bei Null liegenden Wert eingestellt werden. Der Ablenkspannungsgenerator 36. der durch das vom Verzögerungskreis 34 abgegebene Taktsignal angestoßen wird, erzeugt ein sägezahnförmiges Spannungssignal, durch welches der einer Achse zugeordnete Ablenkkreis der Kathodenstrahlröhre 33 beaufschlagt ist. Bei der hier betrachteten Ausführungsform steuert der Ablenkspannungsgenerator 36 die Vertikalablenkung derart, daß auf dem Bildschirm vertikale Linien geschrieben werden, die jeweils einem der der Wandleranordnung 10 zugeführten Signalimpulse zugeordnet ist.

Die Programmschaltung 18 erzeugt ferner ein Signal für einen Zähler 38, durch welches dieser Zähler jeweils um zwei Einheiten weitergeschaltet wird, wobei dies entweder zu geraden Zahlen oder ungeraden Zahlen, d. h. »geraden Stufen« oder »ungeraden Stufen« führ'. Der am Ausgang des Zählers 38 bereitgestellte Zählerinhalt wird auf den Eingang eines Treppenspannungsgenerators 40 gegeben, der entsprechende Gleichstromsignale bereitstellt, die dem der anderen Achse zugeordneten Ablenkkreis der Kathodenstrahlröhre zugeführt werden. Der Zähler 38 ist so programmiert, daß die am Ausgang des Treppenspannungsgenerators 40 bereitgestellten Gleichstromsignale

zum Schreiben von Linien auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre führen, zwischen denen jeweils eine andere Linie liegt.

Es ist klar, daß man durch Vertauschen der X- und K-Eingangssignale für die Kathodenstrahlröhre 33 die auf dem Bildschirm erhaltene Darstellung um 90° ci.'..'hen kann.

Nachstehend wird die Aktivierung der Wandleranordnung beschrieben:

Zu Beginn eines Zyklus führi ein vom Taktgeber 26 bereitsgestellter Impuls zu einer Aktivierung der Programmschaltung 18. Diese gibt daraufhin auf den Leiter 20 ein Signal ab, durch welches die das Schieberegister und die Aktivierungsschalter aufweisende Schaltung 16 zurückgestellt und auf Null gesetzt wird. Zugleich führ· ein von der Programmierschaltung 18 über den Verzögerungskreis 22 an den Eingabekreis 24 für Däicn abgegebenes Sigilat Uif/u, uaG UIc das Schieberegister und die Aktivierungsschalter aufweisende Schaltung 16 in ihren Ausgangszustand gebracht wird. Der Eingabekreis erzeugt die Signalimpulse, die zum Setzen der Schaltung 16 in ihren Ausgangszustand benötigt werden, unter Verwendung eines nicht dargestellten, zweiten Taktgebers, der mit höherer Frequenz arbeitet. »

Hei der hier betrachteten Ausführungsform weist die Wandleranordnung 10 64 Wandlerelemente auf. Während eines ersten Durchlaufes der Wandleranordnung weist eine jede der Gruppe vier Wandlerelemente auf. C .mzufolge liegen zu Beginn die ersten vier Ausgangsklemmen des Schieberegisters auf dem Pegel »I«. während der Rest der Ausgangsklemmen auf dem Pegel »0« liegt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, liefert die Programmschaltung 18 an die das Schieberegister und die Aktivierungsschalter aufweisende Schaltung 16 einen Triggerimpuls. Dieser Impuls wird auf eine der Eingangsklemmen von NAND-Gliedern 66.4, 66Ä 66C, 66D usw. gegeben. Die Ausgangsklemmen des Schieberegisters 64 der Schaltung 16 sind jeweils mit einem der zweiten Eingänge eines zugeordneten der NAND-Glieder verbunden. Die Ausgänge eines jeden der NAND-Glieder 66A 66Ä 66C, 66D usw. sind mit der Eingangsklemme eines zugeordneten Vorspannkreises 68A 68ß, 68C, 68D usw. verbunden. Wie am « Vorspannkreis 68/4 im einzelnen gezeigt ist, weist ein Vorspannkreis einen Widerstand 70 auf, der zwischen eine positive Versorgungsspanne und die Basiskiemme eines Transistors 60,4 einerseits und die Parallelschaltung aus einem Widerstand 72 und einem Kondensator 74 andererseits geschaltet ist. Diese Parallelschaltung ist zwischen der Ausgangsklemme des NAND-Gliedes 66-4 und den zwischen dem Widerstand 70 und der Basisklemme des Transistors 60/4 liegenden Netzwerksknoten geschaltet. Der Emitter eines jeden der Transistoren 60-4, 60S, 6OC 6OD usw. ist mit einer Seite der Primärwicklung eines Impulstransformators 82 verbunden, was über eine Leitung 80 erfolgt. Die andere Seite dieser Primärwicklung ist mit einem positiven Versorgungspotential beaufschlagt Der Kollektor eines jeden dieser Transistoren, die Aktivierungsschalter für zugeordnete Wandlerelemente darstellen, ist mit einem solchen zugeordneten Wandlerelement 12/4, 12S₁ 12C 12D usw. verbunden, wobei diese Wandlerelemente zusammen die Wandieranordnung i0 bilden. Widerslän- ω de 62A, 62B, 62C 62D usw. sind zwischen ein negatives Versorgungspotential und den Netzwerkknoten geschaltet die zwischen jeweils einem der Wandlerelemente und dem Kollektor des zugeordneten Transistors liegen. Damit ist sichergestellt, daß an den Klemmen eines jeden der Wandlerelemente 12Λ 12S, 12C. 12D usw. eine negative Spannung abfällt, wenn das jeweils betrachtete Wandlerelement keinen Schall abgibt oder keine Schailenergie in elektrische Signale umsetzen soll.

Zu Beginn des Durchfahrens der Wandleranordnung sind die ersten vier Ausgangsklemmen des Schieberegisters 64, die über Leiter 76-4, 76S, 76Cund 76D mit den zweiten Eingangsklemmen der NAND-Cilieder 66/1. 66/J, 66Cund 66D verbunden sind auf dem Pegel »I«. Wird auf der Leitung 31 von der Programmschaltung 18 her ein Triggerimpuls an die NAND-Glieder 66 überstellt, so nehmen die Ausgangsklemmen der NAND-Glieder 66-4, 66S. 66C und 66D ebenfalls den Pegel »1« an und die durth die Transistoren 60-4, 60S, 60Cund 6ODgebildeten zugeordneten Schalter werden in den leitenden Zustand gebracht. Die durchgescnaiteten Transistoren 60/1, 60ß, 6OC, 6OD schalten das über die Primärwicklung des Impulstransformators 82 überstellte positive Versorgungspotential auf die ihnen zugeordneten Wandlerelemente 12/4, I2ß, 12Cund 12D, wodurch eine impulsförmige Spannung an die zugeordneten Wandlerelemente angelegt wird. Liegt ein Spannungsimpuls ausreichender Amplitude und ausreichender Steilheit an den Wandlerelementen 12-4, 12Ä 12C und 12D an, so geben diese Wandlerelemente gleichzeitig akustische Energie in den zu prüfenden Gegenstand ab. Daraufhin im geprüften Gegenstand erzeugte Echosignale werden in den Wandlerelementen in elektrische Signale umgesetzt, die aus den jeweils betrachteten Wandlerelementen durch die durchgeschalteten Transis:oren und die Leitung 80 und den Impulstransformator 82 auf den Empfänger 32 gegeben werden. Da die Leitung 80 gemeinsam für alle Wandlerelemente vorgesehen ist und der Impulstransformator 82 vorgesehen ist, werden die von den zuvor erregten Wandlerclementen bei Empfang der Echosignale erzeugten elektrischen Signale summiert urd dann dem Empfänger 32 überstellt.

Wie oben schon ausgeführt worden ist, stößt ein auf der Leitung 27 bereitgestelltes Synchronisiersignal für den Empfänger 32 einen Zeit/Verstärkungs-Kompensationskreis an, der dafür sorgt, daß man für solche durch Echoimpulse erhaltenen elektrischen Signale eine größere Verstärkung erhält, die akustischen Inhomogenitäten zugeordnet sind, die weiter von der Schalleintrittsfläche des geprüften Gegenstandes entfernt sind.

Wird der nächste Taktimpuls erhalten, so werden die Ausgangssignale mit Wert logisch »1« des Schieberegisters 64 auf den Leitern 76ß, 76C 76Dund 76£ erhalten. Beim Erhalten des nächsten Triggerimpulses auf der Leitung 31 strahlen dann die vier Wandlerelemente 125, I2C, 12D und 12£ Schallenergie in das Prüfobjekt ab und umpfangen akustische Echosignale. Diese Unterzyklen werden so oft wiederholt, bis nacheinander eine jede Vierergruppe von Wandlerelementen längs der Wandleranordnung 10 aktiviert worden ist.

Bei dem hier betrachteten Ausführungsbeispie! sind 61 Kombinationen von Vierergruppen in der 64 Wandlerelemente aufweisenden Wandleranordnung möglich. Nachdem durch einen in der Programmschaltung 18 enthaltenen Zähler die 61ste Abgabe eines akustischen Suchstrahles festgestellt worden ist, wird das Schieberegister 64 auf Nuii gesetzt, und ein von der Programmschaltung 18 an den Eingabekreis 24 über den Verzögemngskreis 22 abgegebenes Signal führt dazu, daß eine zweite vorgegebene Anzahl von Ausgangs-

klemmen des Schieberegisters 64 auf den Pegel »I« gebracht wird. Hierdurch ist die Anzahl von Wandlerelementen in einer Gruppe vorgegeben, die bei einem zweiten Durchlauf durch die Wandleranordnung 10 verwendet wird. Pci der bevorzugten Ausführungsform werden drei derartige Ausgangsklemmen des Schieberegisters 64 au. den Pegel »1« gebracht. Der oben beschriebene Unterzyklus zum Aktivieren einer Gruppe von Wandlerelementen wird wiederholt, wobei immer gleichzeitig drei Wandlerelemente aktiviert werden. Dies erfolgt solange, bis die Wandlerelemente 12 der Wandleranordnung 10 alle in gleichzeitig aktivierten Dreiergruppen aktiviert worden sind. Bei einer Wandleranordnung mit 64 Wandlerelementen erhält man so die Abgabe 62 weiterer akustischer Suchstrahlen. Hat der schon oben angesprochene Zähler in der Programmschaltung 18 festgestellt, daß 62 akustische Suchstrahlen von der Wandleranordniing ahgpgphpn worden sind, so wird der Zyklus wiederholt, wobei man wieder mit Gruppen von vier Wandlerelementen beginnt,

Es ist klar, daß bei der in F i g. 2 gezeigten Schaltung alle die der Schalter darstellenden Transistoren 60, die auf ein jeweils betrachtetes Impulssignal hin von dem Schieberegister 64 und der Programmschaltung 18 nicht in den leitenden Zustand geschaltet werden, in dem nichtleitenden Zustand verbleiben, und daß somit die zugeordneten Wandlerelemente 12 weder ein Ultraschallsuchsignal abgeben noch auf durch von anderen Wandlerelementen abgegebene Suchsignale erzeugte Echosignale ansprechen.

Nach dem Durchfahren der Wandleranordnung unter gleichzeitiger Erregung von jeweils 3 Wandlerelementen, wird der Zyklus wiederholt, wobei leweils jedes zweite Durchfahren der Wandleranordnung mit einer Gruppe aus vier Wandlerelementen bzw. einer Gruppe aus drei Wandlerelementen durchgeführt wird; anders gesagt: Für jeden Zyklus wird zwischen einer Gruppe aus vier Wandlerelementen und einer Gruppe aus drei Wandlerelementen umgeschaltet. Diese Art von Aktivierungsmuster führt im Effekt darauf hinaus, daß die Achse des abgegebenen akustischen Suchstrahles um die Hälfte des Mittenabstandes zwischen zwei benachbarten Wandlerelementen verschoben wird. Bei den herkömmlichen Vorrichtungen wird die Strahlachse um eine Strecke verschoben, die gleich dem Mittenabstand zwischen einander benachbarten Wandlerelementen ist. Man sieht somit, daß durch die vorliegende Erfindung eine verbesserte Auflösung gegenüber den bisher bekannten Vorrichtungen erhalten wird.

Nachstehend wird die Erzeugung eines Bildes auf der Kathodenstrahlröhre beschrieben:

Die als Kathodenstrahlröhre 33 ausgebildete Anzeigeeinrichtung der Vorrichtung arbeitet unter Ineinanderschachtelung von Teildarstellungen, wobei die jeweils bei einem jedem Abstrahlen akustische Energie in das Prüfobjekt erhaltene Information im B-Abtastformat dargestellt wird. Z. B. wird beim Durchfahren einer Gruppe durch die Wandleranordnung, welche vier Wandlereiemente enthält, das niederrangigste Bit des Zählers 38 auf ein von der Programmschaltung 18 überstelltes Signal hin in dem Zustand »1« gehalten. Das Ausgangssignal des Zählers 38 wird bei Erhalt von Taktimpulsen von Vaktgeber 26 jeweils in Zweierschrittcn erhöht, es durchläuft z. B. die Zahlen 1, 3, 5, 7 usw. '<;r Treppenspaimungsgenerator 40 setzt diese Ausgangssignale in Gleichstromsignale um welche zum Verschieben der geschriebenen Linie (Linienraster) auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre dient. Dies führt zur Erzeugung eines ersten Satzes von Linie 4:2, 46, 50 usw. die jeweils zwei Raster voneinander entfernt sind, wie aus F i g. 3 ersichtlich ist.

Gleichzeitig erzeugt der Ablenkspanmingsgonerator 36 sägezahnförmigc Spannungssignale, so daß die Kathodenstrahlröhre ein Bild des Prüfobjektes längs der jeweils eingestellten Linien 42, 46, 50 usw. des Rasters erzeugt und zwar gemäß der vom Empfänger 32 erhaltenen Videosignale.

Bei dem anderen Durchfahren einer Gruppe durch die Wandleranordnung 10, bei dem Gruppen zu drei

Wandlprplpmpntpn aktiviprt wrrcipn. wird :iiif pin vnn

der Programmschaltung 18 bereitgestelltes Signal hin

M das niederrangigste Bit des Zählers 38 auf den Pegel »0« gebracht. Das Ausgangssignal des Zählers 38 wird wiederum in Schritten von 2 erhöht, wobei jedoch diesmal die Zählerstände 2, 4, 6, 8 usw. betragen. Der Treppenspannungsgenerator 40 wandelt diese Signale in Gleichstromsignale um, durch welche die Schreiblinie der Kathodenstrahlröhre auf einen zweiten Satz von Linien 44, 48, 52 usw. gestellt wird, die zwischen die Linien 42,46,50 usw. geschachtelt sind.

Die Darstellungszyklen wiederholen sich in Abhängigkeit von den von der Programmschaltung 18 bereitgestellten Signalen, wodurch die Darstellung auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 3i auf den neuesten Stand gebracht wird. Die Schreibgeschwindigkeit und die Bildwiederholfrequenz sind so groß, daß das Bild für das menschliche Auge stationär erscheint, d. h. nicht flimmert.

Durch die vorliegende Erfindung wird somit ein Echtzcit-Darstcllungssystcm geschaffen, mit dem man eine B-Abtastdarstellung erhält, die einem Verschieben

«o der Wandlerelemente längs einer segmentierten Wandleranordnung in Schritten von der Hälfte des Mittenabstands zwischen nebeneinander angeordneten Wandlerelementen entspricht. Die schon oben erwähnten 123 Linien der Darstellung führen zu einem Bild, das

«5 eine größere Auflösung aufweist, als bisher möglich.

Es können auch Wandleranordnungen mit einer anderen geeigneten Anzahl von Wandlerelementen verwendet werden, sofern nur das Abtasten des Objektes, d. h. das Durchfahren der Wandleranordnung

so so rasch erfolgt, daß ein Flimmern der Darstellung auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre verhindert wird und gleichzeitig Echosignale empfangen und verarbeitet werden können, die durch Reflection in einer gewünschten Tiefe im Prüfobjekt erzeugt werden.

Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel unterschied sich die Anzahl der Wandlerelemente bei aufeinanderfolgenden Abtastzyklen um die Zahl 1; es ist klar, daß auch andere Anzahlen für die Wandlerelemente verwendet werden können, um andere Verschiebungen der Strahlachse in seitlicher Richtung zu erhalten. Die Größe der Gruppen, d. h. die Zahl ihrer Wandlerelemente kann sich auch um mehr als ein Wandlerelement unterscheiden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erzeugen eines Echtzeit-Ultraschallimpulsechobildes mittels einer Wandlerapordnung, die aus einer in einer Reihe nebeneinander angeordneten Wandlerelementen besteht, die für je einen Durchlauf der Reihe nacheinander gruppenweise aktiviert werden, wobei die Gruppen aus je einer vorbestimmten Anzahl von nebeneinanderliegenden Elementen bestehen, und die aktivierten Wandlerelemente einen Ultraschallsendestrahl in einen Gegenstand einstrahlen, und an Diskontinuitäten des Gegenstandes reflektierte Echosignale empfangen, die einer Anzeigeeinrichtung zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Durchlauf mit einer ersten Gruppe von Wandlerelementen und der folgende Durchlauf mit einer zweiten Gruppe mit einer unterschiedlichen Anzahl von Wandlerelementen durchgeführt wird.

2. Verfeh-en nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der die erste und die zweite Gruppe bildenden Wandlerelemente jeweils um die Zahl 1 geändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der die erste und die zweite Gruppe bildenden Wandlerelemente je zwischen einer geraden und einer ungeraden Zahl geändert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus je einem zweiten DurJilauf herrührenden Signale zwischen den von je einem ersten Dr-chlauf herrührenden Signalen gegenseitig verschachtelt zur Anzeige gebracht werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der die Wandlcrelemenie der Wandleranordnung an eine aus Schieberegister und Schaltern bestehende Schalteinrichtung angeschlossen sind, von der die Wandlerelemente in Gruppen ansteuerbar sind, und die mit der Anzeigevorrichtung verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Programmschaltung (18). die an die Schalteinrich tung (16) angeschlossen ist und von der Signale zum Ansteuern einer für den jeweiligen Durchlauf ausgewählten Anzahl von Wandlerelcmenten (12) abgegeben werden.

6. Vorrichlung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung (33) ein erstes Linienraster, das dem Durchlauf der ersten Gruppe zugeordnet ist. und ein zweites Linienraster aufweist, das dem Durchlauf der zweiten Gruppe zugeordnet ist, wobei die Linien des ersten Rasters jeweils zwischen den Linien des zweiten Rasters angeordnet sind.