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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-.
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Arrangement for transferring the angle for scanning devices that work on the principle of the pulse-echo method
The invention relates to an arrangement for transmitting the angle for scanning devices, e.g. B. for ultrasound diagnosis, which work on the principle of the pulse-echo method, by means of a coordinate converter consisting of a cross-wound coil which is rotatably mounted in an alternating field generated by a coil.
When examining an object, an energy converter, expediently ultrasonic energy, is emitted in the form of pulses and parts of this energy are reflected according to the character of the object. The part of the radiated energy that returns to the energy converter as information content must be made visible by transformation on a video writing device, e.g. B. in the form of bright points that appear at the point corresponding to the reflective points in the object. The devices required for this, which record the change in location of the energy converter and its direction of emission to the image writing device, e.g. B. cathode ray tube, are an essential link that determines the quality of the image obtained.
It is known to use linear potentiometers for linear scanning movements to convert the path coordinate into a transferable electrical quantity, in which the straight-line movement is converted into a rotary movement via a cable drive, so that the angle of rotation of the potentiometer is proportional to the displacement of the transducer. With various scanning devices, more complicated scanning movements are required, such as the superposition of a rapid pivoting movement and a linear or circular movement. An example of this is the compound scan technology used in ultrasound diagnostics.
For proper image acquisition, it is necessary, in addition to the transmission of the transducer's change in location, also to transmit its direction of radiation to the image writing device in order to correctly reproduce the information from the object according to its distance from the transducer in the respective radiation direction on the writing beam of the image writing device. Starting from a fixed point that corresponds to the location of the transducer, the writing beam must rotate around this point in accordance with the swiveling of the transducer.
Function potentiometers in which the voltage on the wiper is proportional to the sin or cos of its angle of rotation are generally used for this purpose. The beam direction is broken down into two mutually perpendicular components, one of which is x::
k. sina, the other y k. cos a is (k = constant, a = angle of pivoting of the transducer).
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When the transducer is pivoted by the angle Cl, the axis of the potentiometer also rotates by the angle Cl due to the rigid coupling.
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speed of the writing beam, t = transit time of the sound pulse.) The writing beam thus moves with the speed c on a straight line that forms the angle Cl with the vertical. Since the transit time of the energy component returning from the object to the converter corresponds to the distance of the object point to be displayed from the converter, the associated image point is reproduced true to angle and to scale.
A disadvantage of the function potentiometer as an angle converter for rapid swiveling movements is their mechanical wear and the resulting limited service life.
As is known, this disadvantage is avoided by replacing the function potentiometers with the converters customary in radar technology. There is no mechanical wear and tear, and rapid changes in angle due to the swiveling of the converter are transmitted without interference over a long period of operation. The forming is done inductively. An alternating magnetic field is generated in a stationary coil in which two transducer coils that are perpendicular to one another and are rigidly connected to the transducer rotate when the transducer is pivoted. The transmitter coils are thus at the same angle to the vertical as the transducer has just been pivoted. The alternating magnetic field induces a voltage in the transmitter coils, which is fed to the pairs of plates of a cathode ray tube.
Such a converter for deflecting a write beam into polar coordinates by breaking it down into x and y coordinates is known in radar technology under the name resolver. One type of decomposition is pre-decomposition; H. Decomposition into coordinates before generating the time base. The measurement voltages U and U2 are rectified and used to control the amplitude of the time base voltages. On the other hand, with the subsequent decomposition, the decomposition into coordinates takes place after the generation of the time base.
The pre-dismantling has the disadvantage that in addition to the relatively high-frequency supply voltage for the coordinate converter, two separate time base generators are required, which must be controlled synchronously. The deficiency of the subsequent decomposition is that the time base voltage has to be transmitted via the coordinate converter, which means that a large bandwidth is required for this transmission channel.
The invention is based on the object of creating an arrangement for transmitting the angle for scanning devices, in which the susceptibility to failure and the effort are reduced and the deficiencies inherent in the known devices are eliminated.
According to the invention, the object is achieved in that the coordinate converter is connected to a sinusoidal generator and receives a sinusoidal voltage, the frequency of which is equal to the pulse repetition frequency of the energy radiation, and that a pulse shaper, which converts the sinusoidal voltage into a pulse sequence, is connected to two time selection elements that also are connected to the coordinate converter and the deflection plates of a cathode ray tube and hide the deflection voltages for the deflection plates from the measurement voltages of the coordinate converter.
The technical and economic effects of the invention are that the susceptibility of the angle encoder to scanning devices is lower and the costs of the devices are lower.
Another advantage is that there are fewer wearing parts.
The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. The drawings show: FIG. 1 the principle of the transmission of the angle to a cathode ray tube, FIG. 2 the assignment of the deflection voltage to the measurement voltage, and FIG. 3 the block diagram of the transmission device.
In Fig. 1, two encoder coils --2, 3-- are rotatably arranged in the stationary coil --1-. The transmitter coils 2, 3 are mechanically connected to one another and are at right angles to one another. From the transmitter coils - 2, 3- there is a rigid connection to the converter-4. The cathode ray tube -5- has vertical deflection plates --6-- for horizontal deflection and horizontal deflection plates --7- for vertical deflection. Via flexible connections (not shown), such as spiral springs, the voltages are taken from the encoder coils --2, 3--.
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--1-- generates3 - a voltage is induced.
In the transmitter coil --2--, which, like the converter - 4--, is
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U l = u ,. sin w t-sin ctIn practical operation, the level of the light control voltage must be shifted in such a way that # the write beam is invisible as long as no reflected energy pulses arrive.
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- a true-to-scale image of the object, since the distance between the reflecting points in the object and the converter is proportional to the transit time of the reflected pulses from the converter to the reflector and back to the converter.
The block diagram in FIG. 3 contains the components required for transmission. The sine wave generator - generates a sine wave voltage U = U. sinwt, the frequency of which is equal to the pulse repetition frequency of the energy radiation. (# = 2 # fi; fi = pulse repetition frequency.)
The sine generator 9 feeds the resolver connected to it --10--. At the same time, a switching pulse is obtained from the sinusoidal voltage by limiting and differentiating in the pulse shaper --11--, which consists of a limiter with a differentiating stage.
The coordinate converter --10 - sends the induced voltages U and U2 of the transmitter coils - 2, 3 - corresponding to the deflection by the angle ce, to two parallel time selection elements --12 - for processing with the switching pulse and forwarding to the cathode ray tube --5-- with their baffles-6, 7-.