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Anordnung zur Übertragung des Winkels für Abtasteinrichtungen, die auf dem Prinzip des Impuls-Echo-Verfahrens arbeiten
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Übertragung des Winkels für Abtasteinrichtungen, z. B. zur Ultraschalldiagnose, die auf dem Prinzip des Impuls-Echo-Verfahrens arbeiten, mittels eines Koordinatenwandlers, bestehend aus einer Kreuzspule, die in einem von einer Spule erzeugten Wechselfeld drehbar gelagert ist.
Bei der Untersuchung eines Objektes wird von einem Energiewandler eine Energie, zweckmässigerweise Ultraschallenergie, in Form von Impulsen abgestrahlt und Teile dieser Energie werden entsprechend dem Charakter des Objektes reflektiert. Der Teil der abgestrahlten Energie, der zum EnergieWandler als Informationsgehalt zurückkehrt, muss durch Umformung auf einer Bildschreibeeinrichtung sichtbar gemacht werden, z. B. in Form von hellen Punkten, die an der Stelle erscheinen, die den reflektierenden Punkten im Objekt entsprechen. Die dazu erforderlichen Einrichtungen, die die Ortsver- änderung des Energie-Wandlers und seine Abstrahlungsrichtung zur Bildschreibeeinrichtung, z. B. Elektronenstrahlröhre, übertragen, stellen ein wesentliches Glied dar, das die Güte des erhaltenen Bildes bestimmt.
Es ist bekannt, für lineare Abtastbewegungen zur Umformung der Wegkoordinate in eine übertragbare elektrische Grösse im allgemeinen lineare Potentiometer einzusetzen, in denen die geradlinige Bewegung über einen Seilantrieb in eine Drehbewegung umgewandelt wird, so dass der Drehwinkel des Potentiometers der Verschiebung des Wandlers proportional ist. Bei verschiedenen Abtasteinrichtungen werden kompliziertere Abtastbewegungen gefordert, wie beispielsweise die Überlagerung einer schnellen Schwenkbewegung und einer linearen oder kreisförmigen Bewegung. Ein Beispiel hiefür ist die in der Ultraschalldiagnostik angewendeteCompoundscan-Technik.
Für eine einwandfreie Bildgewinnung ist es hiebei erforderlich, neben der Übertragung der Ortsver- änderung des Wandlers auch noch seine Abstrahlungsrichtung zur Bildschreibeeinrichtung zu übertragen, um die Informationen aus dem Objekt entsprechend ihrer Entfernung vom Wandler in der jeweiligen Abstrahlrichtung auf den Schreibstrahl der Bildschreibeeinrichtung richtig wiederzugeben. Der Schreibstrahl muss sich also, ausgehend von einem festen Punkt, der dem Standort des Wandlers entspricht, ent- sprechend der Schwenkung des Wandlers um diesen Punkt drehen.
Für diesen Zweck werden im allgemeinen Funktionspotentiometer, bei denen die Spannung am Schleifer proportional dem sin bzw. cos seines Drehwinkels verläuft, eingesetzt. Die Strahlrichtung wird dadurch in zwei zueinander senkrecht stehende Komponenten zerlegt, wobei die eine x : :
k. sina, die andere y k. cos a ist (k = Konstante, a = Winkel der Schwenkung des Wandlers).
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Bei einer Schwenkung des Wandlers um den Winkel Cl dreht sich die Achse des Potentiometers durch die starre Kopplung ebenfalls um den Winkel Cl.
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schwindigkeit des Schreibstrahles, t = Laufzeit des Schallimpulses.) Der Schreibstrahl bewegt sich somit mit der Geschwindigkeit c auf einer Geraden, die mit der Vertikalen den Winkel Cl bildet. Da die Lauf- zeit des aus dem Objekt zum Wandler zurückkehrende Energieanteiles der Entfernungdes darzustellenden Objektpunktes vom Wandler entspricht, wird der zugehörige Bildpunkt winkel-und massstabgetreu wiedergegeben.
Ein Nachteil der Funktionspotentiometer als Winkelumformer für schnelle Schwenkbewegungen ist ihr mechanischer Verschleiss und die dadurch bedingte begrenzte Lebensdauer.
Dieser Nachteil wird bekannterweise dadurch vermieden, dass die in der Radartechnik üblichen Umformer die Funktionspotentiometer ersetzen. Es tritt kein mechanischer Verschleiss ein, und schnelle Winkeländerungen durch das Schwenken des Wandlers werden bei langer Betriebsdauer störungsfrei übertragen. Die Umformung geschieht auf induktivem Weg. In einer feststehenden Spule wird ein magnetsches Wechselfeld erzeugt, in dem sich zwei zueinander senkrecht stehende Geberspulen, die starr mit dem Wandler verbunden sind, drehen, wenn der Wandler geschwenkt wird. Somit stehen die Geberspulen im gleichen Winkel zur Vertikalen, wie gerade der Wandler geschwenkt ist. In den Geberspulen wird durch das magnetische Wechselfeld eine Spannung induziert, die den Plattenpaaren einer Elektronenstrahlröhre zugeführt wird.
Ein solcher Umformer zur Ablenkung eines Schreibstrahles in Polarkoordinaten durch Zerlegung in x-und y-Koordinaten ist in der Radartechnik unter der Bezeichnung Resolver bekannt. Eine Art der Zerlegung ist die Vorzerlegung, d. h. Zerlegung in Koordinaten vor der Erzeugung der Zeitbasis. Die Messspannungen U und U2 werden gleichgerichtet und zur Steuerung der Amplitude der Zeitbasisspannungen verwendet. Dagegen erfolgt bei der Nachzerlegung die Zerlegung in Koordinaten nach der Erzeugung der Zeitbasis.
Bei der Vorzerlegung besteht der Nachteil, dass neben der relativ hochfrequenten Speisespannung für den Koordinatenwandler zwei getrennte Zeitbasisgeneratoren benötigt werden, die synchron gesteuert sein müssen. Die Nachzerlegung besitzt den Mangel, dass die Zeitbasisspannung über den Koordinatenwandler übertragen werden muss, wodurch für diesen Übertragungskanal eine grosse Bandbreite erforderlich wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Übertragung des Winkels für Abtasteinrichtungen zu schaffen, bei der die Störanfälligkeit und der Aufwand verringert ist, und die den bekannten Einrichtungen anhaftenden Mängel beseitigt werden.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Koordinatenwandler mit einem Sinusgenerator verbunden ist und eine Sinusspannung erhält, deren Frequenz gleich der Impulsfolgefrequenz der Energieabstrahlung ist, und dass ein Impulsformer, der aus der Sinusspannung eine Impulsfolge macht, an zwei Zeitselektionsglieder angeschlossen ist, die auch mit dem Koordinatenwandler und den Ablenkplatten einer Elektronenstrahlröhre verbunden sind und die Ablenkspannungen für die Ablenkplatten aus den Messspannungen des Koordinatenwandlers ausblenden.
Die technisch-ökonomischen Auswirkungen der Erfindung bestehen darin, dass die Störanfälligkeit des Winkelgebers für Abtasteinrichtungen geringer ist und die Kosten der Einrichtungen niedriger sind.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass weniger Verschleissteile vorhanden sind.
An einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen : Fig. 1 das Prinzip der Übertragung des Winkels auf eine Elektronenstrahlröhre, Fig. 2 die Zuordnung der Ablenkspannung zur Messspannung und Fig. 3 das Blockschaltbild der Übertragungseinrichtung.
In Fig. 1 sind in der feststehenden Spule --1- zwei Geberspulen --2, 3-- drehbar angeordnet. Die Geberspulen-2, 3-sind mechanisch miteinander verbunden und stehen rechtwinkelig zueinander. Von den Geberspulen--2, 3- besteht eine starre Verbindung zu dem Wandler-4-. Die Elektronenstrahl- röhre -5-- besitzt senkrechte Ablenkplatten --6-- für die horizontale Ablenkung und waagrechte Ab- lenkplatten --7- für die vertikale Ablenkung. Über flexible Verbindungen (nicht gezeichnet), wieSpiralfedern, werden an den Geberspulen --2, 3-- die Spannungen abgenommen.
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--1-- erzeugt3--wird eine Spannung induziert.
In der Geberspule --2--, die, wie der Wandler--4--, im Win-
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U l= u,. sin w t-sin ctIm praktischen Betrieb muss der Pegel der Hellsteuerspannung so verschoben werden, da# der Schreib- strahl unsichtbar ist, solange keine reflektierten Energieimpulse eintreffen.
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- ein massstabgetreues Bild des Objektes, da der Abstand der reflektierenden Punkte im Objekt vom Wandler der Laufzeit der reflektierten Impulse vom Wandler zum Reflektor und zurück zum Wandler proportional ist.
Das Blockschaltbild Fig. 3 enthält die zur Übertragung erforderlichen Bausteine. Der Sinusgenerator - erzeugt eine Sinusspannung U = U. sinwt, deren Frequenz gleich der Impulsfolgefrequenz der Energieabstrahlung ist. (#=2#fi; fi =Impulsfolgefrequenz.)
Der Sinusgenerator-9-speist den daran angeschlossenen Resolver --10--. Parallel dazu wird aus der Sinusspannung durch Begrenzung und Differentiation im Impulsformer --11--, der aus einem Begrenzer mit einer Differenzierstufe besteht, ein Schaltimpuls gewonnen.
Der Koordinatenwandler --10-gibt die der Ablenkung um den Winkel ce entsprechenden induzierten Spannungen U und U2 der Geber- spulen-2, 3-an zwei parallel zueinander liegende Zeitselektionsglieder --12-- zur Verarbeitung mit dem Schaltimpuls und Weitergabe an die Elektronenstrahlröhre --5-- mit ihren Ablenkplatten-6, 7-.