SE425996B - Sett och anordning for alstring av korta ultraljudsekopulser - Google Patents

Description

10 25 30 35 8107731-5 é 2 som framgår av efterföljande patentkrav.

Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande under hänvisning till medföljande ritningar. Pig l visar principen för föreliggande uppfinning vid en mot ett särskilt testobjekt riktad anordning enligt uppfinningen.

Pig 2a och 2b visar impulssvaret och tillhörande frekvens- funktion för en ultraljudsomvandlare. Fig 3a och 3b visar impulssvaret och frekvenskarakteristiken för ett pulsformningsfilter av viktad minstakvadrattyp. Fig 4 är ett blockschema över en uppfinningen inbegripande testutrustning. Fig Sa och 5b visar exempel på ekosignaler, erhållna utan resp med förformning av ultraljudsomvandla- rens exciteringšpuls.

Den i fig l visade anordningen enligt uppfinningen innefattar en signalgenerator l, som är kopplad till en ultraljudsomvandlare 2 för excitering av denna. Ultra- ljudssändaren å utsänder i exemplet i fig l sina pulser i en vattenbehållare mot två plexiglasblock 3, 4, som vardera har en tjocklek av 15 mm och är placerade med ett inbördes mellanrum på 2 mm. Det må här nämnas, att . ljudhastigheten i plexiglas är dubbelt så hög som i vatten eller ungefär 3000 m/s. ' Enligt föreliggande uppfinning är signalgeneratorn l anordnad att alstra en exciteringssignal, som väsentligen utgör en viktad minsta kvadratsignal till själva omvandla- ren. Denna exciteringssignal åstadkommes närmare bestämt lämpligen medelst ett pulsformningsfilter, som förformar exciteringssignalen till ultraljudsomvandlaren 2.

I fig 2a visas ett exempel på impulssvaret s(t) för en ultraljudsomvandlare 2 med en centrumfrekvens på ungefär 2 MHz. Motsvarande frekvensspektrum är visat i fig 2b, varav den smala bandpasskarakteristik som är typisk för en ultraljudsomvandlare framgår.

Vid konventionell excitering av ultraljudsomvandlaren 2 med en rektangelpuls erhålles en ekosignal av det i fig Sa visade slaget, vilken signal exempelvis kan iakttagas på ett till ultraljudsomvandlaren 2 anslutet oscilloskop 5. 8107731-5 3 Om ultraljudsomvandlarens 2 exciteringssignal i stället ges den form u(t) som är visad i fig 3a, erhålles en ekosignal av den form som är visad i fig 5b. En jäm- förelse av fig Sb med fig 54 visar klart på den förbätt- rade upplösning som uppnås genom utnyttjande av den uppfinningsenliga exciteringssignalen i stället för den konventionella rektangelpulsen.

Den i fig 3a visade signalen utgör närmare bestämt impulssvaret från ett viktat minstakvadratfilter (wLs-filter).

WLS-filtrets frekvenskarakteristik är visad i fig 3b.

WLS-filtret kan definieras som ett filter, vilket minimerar en kostnadsfunktion av formen: 1 = z {w t t där w är en viktningsparameter, çom är definierad genom: p 'O It] ¿ T och t # 0 w(t) - _ 1 t = 0 eller gt] > T s(t) är ultraljudsomvandlarens impulssvar, u(t) är WLS-filtrets impulssvar, 1 t = 0 5(t) = 0 t # 0 wo är förväntad bruseffekt, T är en upplösningsparameter och * anger faltning.

Vid konstruktion av WLS-filtret måste upplösninge- parametern T och parametorn wo, som beaktar insignals- bruset, bestämmas. Dessa parametrar påverkar emellertid filtret oberoende av varandra.

I sammanhanget må nämnas, att WLS-filtret är relaterat till såväl det rena inversfiltret som det signalanpassade filtret. Dessa två filter är i själva verket specialfall av WLS-filtret. Det rena inversfiltret erhålles genom att både wo och T sättes lika med 0. Det signalanpassade filtret erhålles genom att ett stort värde väljes för U1 l0 l5 20 30 8107731-5 4 antingen T eller wo. Det WLS-filter som uppfyller ovan- nämnda minimeringsvillkor för kostnadsfunktionen är också det filter som bäst uppfyller de tre kraven, att ekout- Signalen från ultraljudscmvandlaren skall ha hög amplitud i en punkt, t ex för t = O, att samma utsignalsamplitud måste vara låg utanför upplösningsintervallet, dvs '|t; > T, och att signalbruset måste vara lågt.

Såsom framgår av det ovanstående förbättrar ett WLS-filter, infört i signalgeneratorn l, den axiella upplösningen hos den mottagna ekosignalen. För fram- tagning av ett lämpligt impulsgensvar u(t) för förformning av exciteringspulsen är en testutrustning visad i fig 4.

Denna utrustning innefattar ett skiftregister 6 för digital lagring av WLS-filtrets impulssvar. Via en digital-analogomvandlare 7 och en effektförstärkare 8 är skiftregistrets 6 utgång kopplad till ultraljuds- omvandlarens 2 ingång. Omvandlaren 2 sänder sina pulser mot ett mål 9 och mottager ekosignaler från detta. De av omvandlaren 2 till elektrisk form överförda ekosigna- lerna matas via en förförstärkare 10 och en analog/digital- omvandlare ll till en logikenhet l2. Medelst en till logikenheten l2 ansluten dator 13 kan ekosignalen ut- värderas och en justering göras av det i skiftregistret 6 lagrade impulssvaret u(t). För övervakning av excite- ringssignalen och ekosignalen är i fig 4 ett oscilloskop lå anslutet till omvandlarens 7 utgång samt omvandlarens ll ingång.

Medelst en analogt med testutrustningen enligt fig 4 utformad anordning kan uppenbarligen en upprepad justering av exciteringssignalen utföras genom utnyttjande av någon lämplig algoritm på de erhållna ekosignalerna.

Som alternativ till skiftregistret 6 kan exempelvis ett programerbart läsminne (PROM) eller liknande utnyttjas.

I detta minne kan således den lämpliga filtersignalen vara lagrad digitalt.

Det inses, att en mängd modifieringar av ovan beskrivna utföringsformer är möjliga inom uppfinningens ram.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 8107731-5 PATENTKRAV l. Sätt för alstring av korta ultraljudsekopulser med en ultraljudsomvandlare, k ä n n e t e c k n a t därav, att ultraljudsomvandlaren exciteras med en signal, som väsentligen utgör en viktad minsta kvadratfilter- signal till själva omvandlaren.

2. Sätt enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k - n a t därav, att omvandlarens minsta kvadratfilter- funktion beräknas repetitivt för upprepad justering av omvandlarens exciteringssignal.

3. Sätt enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k - n a t därav, att exciteringssignalen lagras i digital form i ett skiftregister och tillföres ultraljuds- omvandlaren via en digital-analogomvandlare.

4. Sätt enligt patentkraven 2 och 3, k ä n n e - t e c k n a t därav, att de av ultraljudsomvandlaren mottagna ultraljudsekopulserna jämföres med önskade signalpulser samt att skillnadssignalen utnyttjas för justeringen av exciteringssignalen.

5. Anordning för alstring av korta ultraljudseko- pulser med en ultraljudsomvandlare (2), k ä n n e - t e c k n a d av en signalgenerator (1), som är an- sluten till ultraljudsomvandlarens (2) exciterings- ingång och är anordnad att alstra en exciteringssignal, som väsentligen utgör en viktad minsta kvadratfilter- signal till själva omvandlaren.

6. Anordning enligt patentkravet 5, k ä n n e - (6), exciteringssignalen är lagrad i digital form, samt en t e c k n a d av ett skiftregister i vilket digital-analogomvandlare (7), som förbinder skiftregist- rets utgång med ultraljudscmvandlarens (2) exciterings- ingång. k ä n n e - (ll), är ansluten till ultraljudsomvandlaren (2) för mottagning

7. Anordning enligt patentkravet 6, t e c k n a d av en analog-di italomvandlare som 9 av mot ultraljudsekopulser svarande elektriska signaler 8107751-5 6 och omvandling av dessa till digital form i och för upprepad justering av exciteringssignalen.

8. Anordning enligt patentkravet 5, k ä n n e - t e c k n a d av ett läsminne, i vilket exciterings- signalen är lagrad i digital form.