Ультразвуковое сканирующее устройство

 

О П И С А Н И Е пц 567l30

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских Сециалистических

Реслублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 08.01.76 (21) 2314938/28 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.07.77. Бюллетень № 28

Дата опубликования описания 17.08.77 (51) М. Кл.з G 01N 29/04

Государственный комитет

Совета Министров СССР ле лолам изобретений и открытий (53) УДК 620Л79.16 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. И. Домаркас и С. Л. Петталгаускас

Каунасский политехнический институт им. Антанаса Сиечкуса (71) Заявитель (54) УЛЪТРАЗВУКОВОЕ СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в ультразвуковых импульсных приборах медицинской диагностики, дефектоскопах и других контрольно-измерительных устройствах, в которых ультразвуковое сканирование производится немеханическим путем.

Известны ультразвуковые сканирующие устройства, содержащие решетку электроакустнческих преобразователей и возбуждающие генераторы электрических импульсов, запускаемые от электрически управляемых электронных схем (1).

В этих устройствах одни электроды каждого элемента решетки подключены к управляемым линиям задержки, а другие электроды подключены к выходам генераторов возбуждения пьезоэлементов, выходы запуска которых через селекторы импульсов соединены с управляемыми линиями задержки, причем центральная точка соединения электрически управляемых линий задержки подключена к электронному ключу, коммутируемые входы которото соединены с генератором импульсов синхронизации и выходным усилителем.

Недостатком этих устройств является низкая надежность контроля, связанная с большой мертвой зоной и низкой разрешающей способностью.

Наиболее близким к предлагаемому устройств у по технической cóùíoñòè является ультразвуковое сканирующее устройство, содержащее объединеняъте в решетку пьезоэлектрические преобразователи, расположенные симметрично их центральному -преобразователю; каналы излучения-приема, число которых равно числу преобразователей, каждый канал включает генератор возбуждения преоб10 разователя, предусилитель, селектор импульсов и управляемую линию задержки, выход которой соединен с входом линии задержки последующего канала; фазоинвертор, тгротивофазные выходы которого соединены симме15 трично относительно центрального преобразователя с соответствующими управляющими входами линий задержек; генератор управляющего напряжения, подключенный к входу фазоинвертора, синхронизатор; еоединенный

20 с ним генератор строб-импульсов, входы которого подключены к управляющим входам селекторов импульсов, и индикатор f2).

Недостатком его является низкая надежность контроля.

25 Целью изобретения являетея яовышение надежности контроля.

Эта цель достигается тем, что устройство снабжено электронткым ключом, вход которого соединен,с синхронизатором, выход —.с

30 входом линии задержки центрального преоб5

15

65 разователя, блоком усиления-детектирования, вход которого соединен с электронйым ключом, а выход — с индикатором; преобразователи выполнены в виде пьезоэлектрических полос различной длины, уменьшающихся от центрального к периферийным преобразователям, одна боковая поверхность каждого из которых снабжена электродом, .соединенным с корпусом решетки, другая боковая поверхность — двумя парами электродов с одинаковыми расстояниями между парами и соединенными первая пара — с генератором возбуждения, а вторая — с предусилителем.

На фиг. 1 изображена блок-схема ультразвукового сканирующего устройства; на фиг. 2 — диаграмма временных задержек, поясняющая принцип действия устройства.

Ультразвуковое устройство содержит пьезоэлектрические преобразователи в виде полос

1, на поверхности которых нанесены электроды 2 — 4; каналы излучения-приема, включающие каждый предусилитель 5, управляемую линию задержки 6, селектор 7 импульсов и генератор 8 возбуждения преобразователя; одна пара электродов соединена с предусилителем 5, а другая — с генератором 8; блок 9 усиления-детектирования, соединенный с его входом электронный ключ 10, выход которого соединен с входом линии задержки 6 центрального канала; синхронизатор 11, соединенный с входом ключа 10; генератор 12 строб-импульсов, вход которого соединен с синхронизатором, а BbIxOpû — с селекторами импульсов каждого канала; генератор 13 управляющего напряжения; фазоинвертор 14, вход которого соединен с генератором 13, а противофазные выходы симметрично относительно центрального преобразователя 15 —:с соответствующими входами линий задержек

6; и индикатор 16, соединенный с блоком 9 усиления-детектирования (см. фиг. 1).

Устройство работает следующим образом.

Выработанные:синхронизатором 11 электрические импульсы через открытый в направлении пьезоэлементов электронный ключ

10 поступают на центральную точку соединения управляемых линий задержки и задержанные в них на равные промежутки времени подаются на входы селекторов 7 импульсов. Эти селекторы управляются;сигналами генератора 12 строб-импульсов и обеспечивают запуск генератора 8 только импульсами синхронизации. Импульсы возбуждения подаются на электроды 3 пьезоэлектрических преобразователей. Участки элементов решетки под электродами 3 образуют пьзеоизлучатели. Импульсы возбуждаемых ими упрутих колебаний распространяются по акустическим волноводам, образуемым пьезоэлектрическими преобразователями 1, и излучаются в рабочую среду. Временной сдвиг акустических импульсов в апертуре решетки для каждого пьезоэлектрического преобразователя определяется суммарным временем задержки в управляемых линиях и в акустических волноводах. Электроды 3 размещены на пьезоэлектрических преобразователях 1 таким образом, чтобы расстояния между электродами

3 и излучающими торцами пьезоэлектрических преобразователей 1уменьшалиcb от середины к краям решетки на равные величины, соответствующие изменениям времени задержки,в акустических волноводах на величины т, (см. фиг..2), равные среднему времени задержки в управляемых линиях задержки 6, т. е. когда на эти линии не подается управляющее напряжение. При отсутствии управляющего напряжения задержки сигналов на,выходах всех элементов решетки одинаковы и равны задержке сигналов в центральном волноводе

% Ъ+ где n — номер пьезоэлемента, отсчитанный от середины, решетки; т,,„„— время задержки в и-ом акустическом,волноводе.

Управляющие входы линий задержки 6, подключенных симметрично центральному элементу решетки,,соединены с противофазными выходами фазоинвертора 14, поэтому при подаче управляющего напряжения время задержки в одних из них увеличивается, а в других уменьшается (на фиг. 2 направления изменения суммарного времени задержки показаны стрелками). Так как эти линии соединены последовательно, при изменении времени задержки в них на Лт, суммарная задержка ситнала, излучаемого и-ым пьезоэлементом изменяется на пЛт.

Таким образом, обеспечивается линейное временное распределение сигналов по апертуре решетки и при изменении управляющего напряжения осуществляется сканированием диаграммы направленности, В режиме приема падающие ультразвуковые волны в каждом элементе решетки возбуждают импульсы, фаза которых зависит от угла падения волны. Эти импульсы распространяются по аиустическим волноводам и при прохождении участков с электродами 2 на них возникают электрические импульсы.

Эти импульсы усиливаются в предусилителях

5, выходы которых подключены к электрически,управляемым линиям задержки 6. Сигналы, прошедшие эти линии задержки, суммируются на входе электронного ключа 10, который .в режиме приема открыт в направлении блока 9 усиления-детектирования и индикатора 16. В режиме приема временные задержки сигналов отличаются от соответствующих задержек в режиме излучения только постоянной величиной Лт, определяемой расстоянием между электродами 2 и 3.

Поэтому при изменении,управляющего напряжения сканирование диаграммы направленности приемника осуществляется по такому же закону, как и в случае излучателя.

567130

Формула изобретения

Ультразвуковое сканирующее устройство, содержащее объединенные в решетку пьезоэлектрические преобразователи, расположенные симметрично их центральному преобразователю; каналы излучения-приема, число которых .равно числу преобразователей, каждый канал включает генератор возбуждения преобразователя, предусилитель, селектор им- 10 пульсов и управляемую линию задержки, выход которой соединен с входом линии задержки последующего канала; фазоинвертор, противофазные выходы которого соединены симметрично относительно, центрального пре- I5 образователя с соответствующими управляющими входами линий задержек; генератор управляющего напряжения, подключенный к входу фазоинвертора; синхронизатор; соединенный с ним генератор строб-импульсов, 20 входы которого подключены к управляющим входам селекторов импульсов, и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности контроля, оно снабжено электронным ключом, вход которого соединен 25 с синхронизатором, выход — с входом линии задержки центрального преобразователя, блоком усиления- детектирования, вход которого соединен с электронным ключом, а выход — с индикатором; преобразователи выполнены в виде пьезоэлектрических полос различной длины, уменьшающихся от центрального к периферийным преобразователям, одна боковая поверхность каждого из которых снабжена электродом, соединенным с корпусом решетки, другая боковая поверхность — двумя парами электродов с одинаковыми расстояниями между парами и соединенными первая пара с генератором возбуждения, а вторая с предусилителем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гуща И. И. Разработка и исследование электроакустических измерительных систем с электрическим сканированием ультразвукового пучка. Канд. диссертация, Каунас, 1973.

2. 1. С. Somer, Н. А. С. Kampkuisen. Ultrasonics in biology and medicine. Proceedings of

the conference on ultrasonics in biology and

medicine, Jablonna — Warsaw, 05.10.70.

567130 д 7

3леиенты решетки

УЪг. g

Составитель Л. Гришина

Техред М. Семенов

Редактор Н. Суханова

Корректор Е. Хмелева

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1843/13 Изд. № 606 Тираж 1109 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж.35, Раушская наб., д. 4/5