JPH01320048A - Pulse dopper measuring device - Google Patents

Pulse dopper measuring device

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Publication number
JPH01320048A
JPH01320048A JP15385088A JP15385088A JPH01320048A JP H01320048 A JPH01320048 A JP H01320048A JP 15385088 A JP15385088 A JP 15385088A JP 15385088 A JP15385088 A JP 15385088A JP H01320048 A JPH01320048 A JP H01320048A
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JP
Japan
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angle
phase difference
velocity
measuring device
pulse
Prior art date
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Pending
Application number
JP15385088A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisashi Nishiyama
久司 西山
Kageyoshi Katakura
景義 片倉
Toshio Ogawa
俊雄 小川
Shizuo Ishikawa
静夫 石川
Satoshi Tamano
聡 玉野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Original Assignee
Hitachi Medical Corp
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Publication date
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Priority to US07/369,656 priority patent/US4905206A/en
Publication of JPH01320048A publication Critical patent/JPH01320048A/en
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Abstract

PURPOSE:To detect the velocity of an object from a low velocity up to a high velocity more accurately by providing an angle correcting means to correct the angular difference or a means to shift the angular reference axis to + or -pidirections when the addition of phase difference vectors is carried out. CONSTITUTION:Ultrasound pulses emitted from a wave transmitting circuit 2 are transmitted toward a reflector 11 repeatedly under a constant time interval from an ultrasound transducer 1. Ultrasound pulses reflected from the reflector 11 are received with a wave receiving circuit 3. The outputs of a phase comparator 4 relating to the reflector 11, Vn=Anexp(jthetan), are inputted to a velocity detecting section 7 to obtain the output DELTAthetaA of an angle correcting circuit 720. In a divisional unit 8, the output DELTAthetaA of the velocity detecting section 7 is divided by the transmitting interval T of the ultrasound pulses. The result is the Doppler frequency omegad, that is omegad=DELTAthetaA/T.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はパルスドプラ計測装置に関し、特に超音波によ
り物体の速度を検出する装置、例えば、生体内の血流速
度をリアルタイムで測定する場合に、高い信号対雑音比
で計測が可能なパルスドプラ計測装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a pulsed Doppler measurement device, and particularly to a device that detects the velocity of an object using ultrasound, for example, when measuring the blood flow velocity in a living body in real time. This invention relates to a pulsed Doppler measurement device that can perform measurements with a high signal-to-noise ratio.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

音波のドプラ効果により物体の流速を知る装置としては
、従来から種々のものが知られている。
Various devices have been known for determining the flow velocity of an object using the Doppler effect of sound waves.

特に、パルスドプラ法を用いる装置(例えば、「日本音
響学会誌」第29巻第6号(1973年)pp351〜
352参照)では、超音波パルス(pulsed co
ntinuous wave)を繰り返し送波し、受波
信号に計測部位までの距離に対応したタイムゲートをか
けることにより。
In particular, devices using the pulsed Doppler method (for example, "Journal of the Acoustical Society of Japan", Vol. 29, No. 6 (1973), pp. 351--
352), ultrasonic pulses (pulsed co
by repeatedly transmitting a tiny wave) and applying a time gate to the received signal according to the distance to the measurement site.

測定部位を特定することが可能であることが知られてい
る。
It is known that it is possible to specify the measurement site.

従来の超音波ドプラ血流計装置としては、例えば、特開
昭58−188433号公報、同60−119929号
公報。
Examples of conventional ultrasonic Doppler blood flow meter devices include Japanese Patent Application Laid-open Nos. 58-188433 and 60-119929.

同61−25527号公報に開示されている如く、血管
に向けて超音波を送信し、血管中の血液で反射した超音
波のドプラ偏移周波数を測定して、血液の流れの方向と
超音波送信方向とのなす角度をO2血流の速度をVとし
たとき vcO5θを測定することにより、血流を計測
する装置が知られている。
As disclosed in Publication No. 61-25527, ultrasonic waves are transmitted toward blood vessels, the Doppler shift frequency of the ultrasonic waves reflected by the blood in the blood vessels is measured, and the direction of blood flow is determined by the ultrasonic waves. An apparatus is known that measures blood flow by measuring vcO5θ, where V is the velocity of O2 blood flow and the angle formed with the transmission direction.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上述の如く、ドプラ周波数を測定することにより、物体
または血流等の速度を知ることが可能である。ところが
、人体内の血流を計測するには、血管壁、心S壁等の壁
の動きと血流とを分離するため、MTI(固体物除去)
フィルタを用いる必要がある。このMTIフィルタは、
血流速度が遅い場合、ドプラ信号の利得が低下するため
、ドプラ速度計測部に誤差をもたらし、真の血流速度と
は異なる速度として測定するという問題がある。
As described above, by measuring the Doppler frequency, it is possible to know the velocity of an object, blood flow, or the like. However, in order to measure blood flow in the human body, MTI (solid object removal) is required to separate blood flow from movement of walls such as blood vessel walls and heart S walls.
It is necessary to use a filter. This MTI filter is
When the blood flow velocity is slow, the gain of the Doppler signal decreases, causing an error in the Doppler velocity measuring section, causing a problem in that the velocity is measured as a velocity different from the true blood flow velocity.

以下、これにつき1図面に基づいて説明する。This will be explained below based on one drawing.

第7図は、従来の、各種のドプラ計測装置の特性を示す
ものであり、横軸は真の血流速度に対応する入力位相、
縦軸は測定された速度に対応する出力位相であり、シミ
ュレーションにより得た結果である。その際、ドプラ信
号である位相比較器の出力信号のモデルとして、 Xn=A、exp(jωdt)+B(ω、’+jω、”
)を用いている。但し、ここで位相雑音ω。′、ω。″
は白色雑音であるとし、正規分布N(0,1)に従う正
規乱数を用いている。
Figure 7 shows the characteristics of various conventional Doppler measurement devices, where the horizontal axis is the input phase corresponding to the true blood flow velocity;
The vertical axis is the output phase corresponding to the measured speed, which is the result obtained by simulation. At that time, as a model of the output signal of the phase comparator which is a Doppler signal, Xn=A, exp(jωdt)+B(ω,'+jω,"
) is used. However, here the phase noise ω. ′, ω. ″
is white noise, and normal random numbers following a normal distribution N(0,1) are used.

ω。″はω。′とは乱数の初期値を違えて発生させるこ
とにより、無相関のものを用いている。この雑音の発生
要因としては、血流の微視的な変動による反射信号の毎
回ごとの変化や、音波の伝播過程における組織の不均一
さから生ずる音響的雑音と、測定装置における信号増幅
に用いている増幅器における電気的雑音等を考慮してい
る。なお、ω1′は実部における雑音、ω。″は虚数部
における雑音を表わしている。なお、O6は ドプラ周
波数である。
ω. ″ is ω. By generating a random number with a different initial value from ′, an uncorrelated one is used.The cause of this noise is that every time the reflected signal is reflected due to microscopic fluctuations in blood flow. ω1′ is the real part of ω1′. The noise, ω.'' represents the noise in the imaginary part. Note that O6 is the Doppler frequency.

従来のパルスドプラ法(自己相関法、二軸成分法)では
、低速血流に対しては誤差を生じ、真の速度と大きく異
なる速度が推定されるという問題があったことは前述の
通りである。この理由は、自己相関法(二軸成分法でも
同様)において、位相差を検出する際に生じるものであ
る。すなわち、位相差ベクトルを加算する演算において
、雑音振幅Bが小さい(BCl)ときには、位相差ベク
トルの位相項において、雑音が互いに打消し合う効果が
ある。そのため、位相差ωdT (T = t n+x
  t n)が正確に求まるが、雑音振幅Bが大きい(
B>1)ときには、位相項において雑音が打消されず、
加算増大するため、位相差がωdT+ΣΔωとなり、不
正確なものとなる。
As mentioned above, the conventional pulsed Doppler method (autocorrelation method, biaxial component method) has the problem of producing errors for low-velocity blood flow and estimating a velocity that is significantly different from the true velocity. . The reason for this is that it occurs when detecting a phase difference in the autocorrelation method (the same applies to the two-axis component method). That is, in the calculation of adding phase difference vectors, when the noise amplitude B is small (BCl), there is an effect that the noises cancel each other out in the phase terms of the phase difference vectors. Therefore, the phase difference ωdT (T = t n+x
t n) can be determined accurately, but the noise amplitude B is large (
B>1) When the noise is not canceled in the phase term,
Since the addition increases, the phase difference becomes ωdT+ΣΔω, which becomes inaccurate.

一方、各位相差を得た後、それを加算平均する単純累加
法においては、その場合、雑音が打消されて、最終的に
位相差ωdT+ω。−O1が求まり、雑音は初期値と最
終値のみとなる。このため、自己相関法、二軸成分法よ
り正確な速度が測定できる。但し、速い血流(位相差が
±π近辺の速度)においては、単純累加法は、折り返し
により、加算結果が零付近になり、低速血流として誤検
出するため、使用できない。
On the other hand, in the simple cumulative method in which each phase difference is obtained and then averaged, in that case, noise is canceled and the final phase difference is ωdT+ω. -O1 is found, and the noise is only the initial value and final value. Therefore, more accurate velocity can be measured than the autocorrelation method or the two-axis component method. However, in the case of fast blood flow (velocity where the phase difference is around ±π), the simple cumulative addition method cannot be used because the addition result becomes near zero due to aliasing, resulting in erroneous detection as slow blood flow.

第8図(a)に示した如く、血流速度Vが正の場合1位
相差ΔO□〜ΔO3の8回の加算において。
As shown in FIG. 8(a), when the blood flow velocity V is positive, one phase difference ΔO□ to ΔO3 is added eight times.

位相差Δ0□、Δ08が+πを越えるため負の角度とな
り、加算平均の結果ΔOAは零付近の正の角度となる。
Since the phase differences Δ0□ and Δ08 exceed +π, they become negative angles, and as a result of averaging, ΔOA becomes a positive angle near zero.

ここで、ΔOTは二軸成分法(あるいは自己相関法)の
結果であり、おおよその角度が表示できる。血流速度V
が負の場合も同様であり、位相差へ〇1〜Δθ3の8回
の加算において、位相差Δθ□、Δ0□が一πを越える
ため、間違って正の角度となり、加算平均の結果ΔOA
は零付近の負の角度となる(第8図(b)参照)。
Here, ΔOT is the result of the two-axis component method (or autocorrelation method), and the approximate angle can be displayed. Blood flow velocity V
The same is true when is negative; in the eight additions of 〇1 to Δθ3 to the phase difference, the phase differences Δθ□ and Δ0□ exceed 1π, so the angle becomes erroneously positive, and the average result of addition is ΔOA.
is a negative angle near zero (see FIG. 8(b)).

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、従来の、単純累加法に基づくパルスドプ
ラ計測装置における上述の如き問題を解消し、高い信号
対雑音比で計測が可能なパルスドプラ計測装置を提供す
ることにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to solve the above-mentioned problems in the conventional pulse Doppler measuring device based on the simple cumulative method, and to enable measurement with a high signal-to-noise ratio. An object of the present invention is to provide a pulsed Doppler measurement device.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の上記目的は、物体により反射された超音波パル
スを受波して該超音波パルスの位相差を検出し1位相差
ベクトルを加算した後、位相差ベクトルの角度を検出し
て、該角度を超音波パルスの送波間隔で除算して周波数
変動を求めることにより、前記物体の速度を算出するパ
ルスドプラ計測装置において、前記位相差ベクトルの加
算を行う際に角度差を補正する角度補正手段、または、
角度の基準軸を±π方向に移す手段を設けたことを特徴
とするパルスドプラ計測装置によって達成される。
The above object of the present invention is to receive an ultrasonic pulse reflected by an object, detect the phase difference of the ultrasonic pulse, add one phase difference vector, and then detect the angle of the phase difference vector. In a pulsed Doppler measurement device that calculates the velocity of the object by dividing the angle by the transmission interval of ultrasound pulses to find frequency fluctuations, angle correction means corrects the angular difference when adding the phase difference vectors. ,or,
This is achieved by a pulse Doppler measuring device characterized by providing means for shifting the reference axis of angle in the ±π direction.

〔作用〕[Effect]

本発明に係わるパルスドプラ計測装置においては、前述
の単純累加法を基本とし、ドプラ偏角上πの付近では角
度補正を行うようにしたので、中正確な速度測定が可能
なことは言うまでもない。
The pulsed Doppler measuring device according to the present invention is based on the above-mentioned simple cumulative method, and since the angle is corrected in the vicinity of π above the Doppler deviation angle, it goes without saying that moderately accurate speed measurement is possible.

更に、高速の物体に対しても、第5図(a)(b)に示
した如く、物体の速度Vが±π近辺のときは。
Furthermore, even for a high-speed object, when the speed V of the object is around ±π, as shown in FIGS. 5(a) and 5(b).

原点の座標を補正器により予め測定したおよその角度Δ
OTにとるため、低速と同様の角度の単純累加が可能と
なり、信号対雑音比の改善作用がある。従って、低速か
ら高速までの物体の速度が、より正確に検出可能となる
Approximate angle Δ obtained by measuring the coordinates of the origin in advance using a corrector
Since it is set to OT, it is possible to simply add angles in the same way as at low speeds, which has the effect of improving the signal-to-noise ratio. Therefore, the speed of objects ranging from low speeds to high speeds can be detected more accurately.

〔実施例〕 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail based on the drawings.

第2図は本発明の一実施例を示すパルスドプラ計測装置
のブロック構成図である。図において。
FIG. 2 is a block diagram of a pulsed Doppler measuring device showing an embodiment of the present invention. In fig.

1は超音波トランスデユーサ、2は送波回路、3は受波
回路、4は位相比較器、5はA/D変換器、6はMTI
フィルタ、7は速度検出部、8は除算器、9は制御部、
 10は表示装置を示している。なお、第1図は、上記
速度検出部7の詳細を示すものである。これについては
、後に詳述する。
1 is an ultrasonic transducer, 2 is a transmitter circuit, 3 is a receiver circuit, 4 is a phase comparator, 5 is an A/D converter, 6 is an MTI
filter; 7 is a speed detection section; 8 is a divider; 9 is a control section;
10 indicates a display device. Note that FIG. 1 shows details of the speed detecting section 7. As shown in FIG. This will be detailed later.

本実施例に示すパルスドプラ計測装置は、信号対雑音比
が向上する単純累加法を基本とし、ドプラ偏角±πの付
近においては、単純累加法に補正を加えるものであり、
その動作の概要は、以下の通りである。
The pulse Doppler measuring device shown in this embodiment is based on the simple cumulative method that improves the signal-to-noise ratio, and in the vicinity of the Doppler deviation angle ±π, the simple cumulative method is corrected.
The outline of its operation is as follows.

送波回路2で送出された超音波パルスを、超音波トラン
スデユーサ1から反射物体11に向けて。
Ultrasonic pulses sent out by the wave transmitting circuit 2 are directed from the ultrasonic transducer 1 toward the reflecting object 11.

等間隔Tで繰り返し送波する。反射物体11により反射
された超音波パルスは、受波回路3により受波され、位
相比較器4において、参照信号α=Acosω。t と、 α””As1nω。t との位相比較が行われ、それぞれの出力VR,V 。
Waves are transmitted repeatedly at equal intervals T. The ultrasonic pulse reflected by the reflecting object 11 is received by the wave receiving circuit 3, and the phase comparator 4 outputs the reference signal α=Acosω. t and α””As1nω. A phase comparison is made with t and the respective outputs VR, V.

が得られる。is obtained.

今、反射体11についての位相比較器4の出力を■Rn
、vIn(ここで、n=1.2.・・・・)と表わすと
、V Rn r V I nは次式で示すことができる
Now, the output of the phase comparator 4 for the reflector 11 is ■Rn
, vIn (here, n=1.2...), V Rn r V I n can be expressed by the following equation.

V Ro: A ocosθ。        ・・・
・(1)V1o=Aos1nOo        ・・
・・(2)簡単のため、上式(1)、(2)を次式でま
とめて、下記の如く記述するものとする。
V Ro: A ocosθ. ...
・(1) V1o=Aos1nOo ・・
(2) For simplicity, the above equations (1) and (2) are combined into the following equation and written as follows.

Vn’ ” AneXP(J On)        
 ・・・・(3)これは、A/D変換器5の出力である
Vn'” AneXP(J On)
(3) This is the output of the A/D converter 5.

次に、A/D変換器5の出力V。′がMTI6に入力さ
れると、MTI6の出力 Vnを得る。MT■を一次差
分回路とすると、 ■n=Vn′−vn−□       ・・・・(4)
である。以下、上記V。を位相ベクトルと呼ぶ。
Next, the output V of the A/D converter 5. ' is input to the MTI6, the output Vn of the MTI6 is obtained. If MT■ is a first-order differential circuit, ■n=Vn'-vn-□...(4)
It is. Hereinafter, the above V. is called the phase vector.

次に、第1図に示した速度検出部7の動作について説明
する。本実施例に示す速度検出部7は。
Next, the operation of the speed detection section 7 shown in FIG. 1 will be explained. The speed detection section 7 shown in this embodiment is as follows.

二軸成分法の主たる構成であるが、本発明においては、
これを補正値検出回路(719)として使用する。すな
わち、本実施例に示す速度検出部7においては、 TA
N−”メモリ711に位相ベクトルvnが入力されると
、Voの偏角Onが得られる。遅延回路712により一
時刻前の θ。−1が得られ、現在のθ。
This is the main configuration of the two-axis component method, but in the present invention,
This is used as a correction value detection circuit (719). That is, in the speed detection section 7 shown in this embodiment, TA
When the phase vector vn is input to the "N-" memory 711, the argument On of Vo is obtained.The delay circuit 712 obtains θ.-1 one time ago, and the current θ.

どの差をとることにより、位相差ΔOnΔθ。=On−
On−□ が得られる。この位相差ΔOnは、cosメモリ713
゜sinメモリ714において、位相差ΔOnの余弦成
分と正弦成分に、それぞれ変換される。次に、加算器7
15.716において、余弦成分cosΔ0□と正弦成
分sinΔOnは、任意回数、それぞれ、加算平均化さ
れた後、それぞれ、TAN−1メモリ717に入力され
る。TAN−”メモリ717では、加算平均化された余
弦成分を複素数の実部、加算平均化された正弦成分を複
素数の虚部として、平均偏角「Gに変換する。以上述べ
た如く、本発明においては、二軸成分法の主たる構成で
ある、位相差ΔOnから「Iを得る手段を、補正値検出
回路719として使用する。
By taking the difference, the phase difference ΔOnΔθ. =On-
On-□ is obtained. This phase difference ΔOn is determined by the cos memory 713
In the °sin memory 714, the phase difference ΔOn is converted into a cosine component and a sine component, respectively. Next, adder 7
At 15.716, the cosine component cosΔ0□ and the sine component sinΔOn are each input to the TAN-1 memory 717 after being averaged an arbitrary number of times. TAN-" memory 717 converts the averaged cosine component to the real part of the complex number and the averaged sine component to the imaginary part of the complex number to the average argument "G.As described above, the present invention In the above, a means for obtaining "I" from the phase difference ΔOn, which is the main configuration of the two-axis component method, is used as the correction value detection circuit 719.

一方、加算器718は1位相差ΔOoを単純に累加平均
する。これは、単純累加法の手法である。角度補正回路
720は、上記補正値検出回路719の出力「Gが、第
3.第4象限に存在するかどうかを判定し、存在すると
きはΔθアの正負により、Sg=−1ifΔθア〉O 5g=+、1   if ΔOTくO・・・・(5)S
g=OffΔθ7 = 7COr−7eと、Sgに値を
付与する。
On the other hand, the adder 718 simply cumulatively averages the one phase difference ΔOo. This is a simple addition method. The angle correction circuit 720 determines whether or not the output "G" of the correction value detection circuit 719 exists in the third and fourth quadrants, and if it exists, Sg=-1ifΔθA〉O 5g=+, 1 if ΔOTkuO...(5)S
Give a value to Sg: g=OffΔθ7=7COr-7e.

次に、第5図に示した新座標軸(Re’:新実軸。Next, the new coordinate axis (Re': new real axis) shown in FIG.

I+a’:新虚軸)において、正の新虚軸工1側にある
八〇nの個数と、負の新虚軸I++″側にあるΔθ。の
個数とをカウントして、それをMとする。具体的には、 M=新第1.第2象限に存在し、 かつ、旧座標で−πを越え ないΔOnの個数 かつ、旧座標で+πを越え ない八〇。の個数 forSg=−1 で与える。これにより、角度補正回路720の出力値Δ
OAは、 ΔOA=τ0.−(NA&、−ΣΔθ。
I+a': new imaginary axis), count the number of 80n on the positive new imaginary axis 1 side and the number of Δθ on the negative new imaginary axis I++'' side, and call it M. Specifically, M = the number of ΔOn that exists in the new 1st and 2nd quadrant and does not exceed -π in the old coordinates, and the number of 80 that does not exceed +π in the old coordinates forSg = - 1. As a result, the output value Δ of the angle correction circuit 720
OA is ΔOA=τ0. −(NA&, −ΣΔθ.

+5g−M・2π) (但し、Sg#O)     ・・・・(7)9と補正
され、正確な偏角Δθ6が得られる。但し、Y17が±
πに等しいとき(Sg=Oのとき)には、以下の通りに
補正角Δ08が得られる。すなわち。
+5g−M·2π) (However, Sg#O) (7) Corrected as 9, an accurate argument Δθ6 can be obtained. However, Y17 is ±
When it is equal to π (when Sg=O), the correction angle Δ08 is obtained as follows. Namely.

ここで、 八〇 A’ ” M 1 πM z K−ΣΔon  
・・”(9)である。但し、 M□=新第1.第2象限に存在するΔOoの個数 である。これは、特別の場合になり、前述の補正値検出
回路719がない場合に使用できる。この場合の装置の
構成例を第6図に示す。但し、説明は後にすることにす
る。
Here, 80 A' ” M 1 πM z K−ΣΔon
..."(9). However, M□=the number of ΔOo existing in the new 1st and 2nd quadrants. This is a special case, and if there is no correction value detection circuit 719 mentioned above, An example of the configuration of the device in this case is shown in FIG. 6. However, the explanation will be given later.

このようにして、高速の物体の偏角を正確に得ることが
できる。低速の物体の計測では、この補正は不必要であ
ることは言うまでもない。
In this way, the declination angle of a high-velocity object can be obtained accurately. Needless to say, this correction is unnecessary when measuring low-velocity objects.

第2図に戻って、説明を続ける。除算器8は、超音波パ
ルスの送波間隔Tで、速度検出部7の出力へ〇Aに除算
処理を行う。その結果は ドプラ周波数ω6であり、 T となる。表示装置10は、上記ω6を表示する。
Returning to FIG. 2, the explanation will be continued. The divider 8 divides the output of the speed detector 7 by 0A at the ultrasonic pulse transmission interval T. The result is the Doppler frequency ω6, which is T. The display device 10 displays the above ω6.

第3図は、本発明の他の実施例を示す速度検出部7の構
成図である。位相差検出部701には、まず、位相バク
1〜ルV。が入力される。位相差検出部701において
位相差を検出するためには、位相ベクトルV。と−時刻
前のベクトル■。−0の複素共役ベクトルであるV。−
1傘との複素乗算を行えばよく、これが実施される。M
i素乗算の結果を位相差ベクトルy。で表わすと、3’
nは次式で示される。
FIG. 3 is a configuration diagram of the speed detection section 7 showing another embodiment of the present invention. First, the phase difference detection unit 701 receives phase signals 1 to 1 V. is input. In order to detect a phase difference in the phase difference detection unit 701, a phase vector V is used. and −vector before time■. V, which is a complex conjugate vector of −0. −
It is sufficient to perform complex multiplication with one umbrella, and this is performed. M
The result of the i-element multiplication is the phase difference vector y. Expressed as 3'
n is expressed by the following formula.

’/ n = V。・■o−□中 =R,+j1.        −−−・(12)ここ
で、Roは実部、I、は虚部であ る。
'/n=V.・■o−□Medium=R, +j1. ---・(12) Here, Ro is the real part and I is the imaginary part.

複素加算器702は、位相差検出器701の出力である ’I n = Rn + J I。Complex adder 702 is the output of phase difference detector 701 ’I n = Rn + J I.

を任意回数、加算平均する。その結果を R+jlで示
すと、R+j■は次式で示される。
Add and average an arbitrary number of times. When the result is expressed as R+jl, R+j■ is expressed by the following formula.

R+j工=−Σ(Rn+j I n)     ・・・
・(13)TAN−’ メ(: IJ 703は、複素
加算器702(7)出力R+jrを偏角へ〇に変換する
R + j = -Σ (Rn + j I n)...
・(13) TAN-' Me(: IJ 703 converts the output R+jr of the complex adder 702 (7) to the argument angle.

以上が、補正値検出回路706の主たる構成である。補
正値検出回路706は、およその偏角「Gを出力するも
のである。
The above is the main configuration of the correction value detection circuit 706. The correction value detection circuit 706 outputs the approximate argument "G".

一方、 TAN−”メモリ704は、自己相関器701
の複素数出力Rn+j■。を用い、偏角ΔOoに変換す
る。加算器705は、上記偏角Δθ。を加算した結果を
出力するものである。
On the other hand, the autocorrelator 701
The complex number output Rn+j■. is used to convert it into an argument angle ΔOo. Adder 705 calculates the argument angle Δθ. It outputs the result of adding .

更に、角度補正回路720は、上述の補正値検出回路7
06の出力 AQ、を基に補正量を算出し、加算器70
5の出力 ΣΔOnを補正するものである。
Furthermore, the angle correction circuit 720 includes the correction value detection circuit 7 described above.
The correction amount is calculated based on the output AQ of 06, and the adder 70
This is to correct the output ΣΔOn of No.5.

この角度補正回路720については、既に第1図に基づ
いて説明したので、ここでは省略する。
This angle correction circuit 720 has already been explained based on FIG. 1, so a description thereof will be omitted here.

第4図も、本発明の他の実施例を示す速度検出部7の構
成図である。本実施例は、第1図に示した実施例の補正
値検出回路719に、若干の変更を加えたものである。
FIG. 4 is also a configuration diagram of the speed detection section 7 showing another embodiment of the present invention. In this embodiment, the correction value detection circuit 719 of the embodiment shown in FIG. 1 is slightly modified.

すなわち、位相差ΔOoの正弦成分、余弦成分(虚軸、
実軸)を加算する際に、MTI6の出力である位相ベク
トル(ドプラ信号)の振幅成分を考慮するものである。
That is, the sine component and cosine component (imaginary axis,
The amplitude component of the phase vector (Doppler signal) that is the output of the MTI 6 is taken into consideration when adding the signals (real axis).

そのため、振幅値検出回路735を用いる。Therefore, an amplitude value detection circuit 735 is used.

本振幅値検出回路735では、位相ベクトルv7の絶対
値を、絶対値検出回路730により求める。
In this amplitude value detection circuit 735, the absolute value of the phase vector v7 is determined by the absolute value detection circuit 730.

絶対値検出回路730は、上記■。の実部の2乗値と虚
部の2乗値を加算後、平方するものである。
The absolute value detection circuit 730 is described in (2) above. The square value of the real part and the square value of the imaginary part are added together and then squared.

乗算器732−1は、絶対値検出回路730の出力 S
nと、遅延器734により一時刻遅れた5n−iとの乗
算を行う。乗算器732−1の出力は平方根検出回路7
31に入力され、振幅値A。が検出出力される。
The multiplier 732-1 outputs the output S of the absolute value detection circuit 730.
Multiplication of n by 5n-i delayed by one time by the delay device 734 is performed. The output of the multiplier 732-1 is sent to the square root detection circuit 7.
31 and the amplitude value A. is detected and output.

補正値検出回路721においては、cosメモリ713
の出力に振幅値A。を、乗算器732−2により乗じて
加算器715に入力し、また、 sinメモリ714の
出力に振幅値Anを、乗算器732−3により乗じて加
算器716に入力する。この点が、第1図に示した実施
例との相違点である。
In the correction value detection circuit 721, the cos memory 713
The amplitude value A is output. is multiplied by the multiplier 732-2 and inputted to the adder 715, and the output of the sine memory 714 is multiplied by the amplitude value An by the multiplier 732-3 and inputted to the adder 716. This point is different from the embodiment shown in FIG.

なお、振幅の2乗値をA。とじて用いる場合、平方根検
出回路731は除去して良い。角度補正回路720につ
いては、既に述べた。
Note that A is the square value of the amplitude. When used as a closing method, the square root detection circuit 731 may be removed. The angle correction circuit 720 has already been described.

第1図、第3図、第4図、いずれの補正値検出回路も、
単純累加法の結果を補正する手段として有効であること
は言うまでもない。なお、これらの各回路の間には、低
ノイズレベル域では第3図に示す回路が、また、これ以
外では第1図に示す回路が優れた効果を示し、第4図に
示す回路は、いずれの場合にも、はぼ、中庸の効果を示
すという特性がある。
Any correction value detection circuit in FIG. 1, FIG. 3, or FIG. 4,
Needless to say, this method is effective as a means for correcting the results of the simple addition method. Note that among these circuits, the circuit shown in FIG. 3 shows excellent effects in the low noise level region, the circuit shown in FIG. 1 shows excellent effects in other areas, and the circuit shown in FIG. In either case, there is a characteristic that it shows a moderate effect.

ここで、第6図に示した実施例について説明する。図に
おいて、記号701 、704 、705は、先に第3
図に示したと同し構成要素を示しており、また、740
は前述の式(、8)、 (9)、 (jO)を用いて 
Δθ8を求める角度補正回路、741は加算回路705
の出力と、上記角度補正回路740の出力との選択手段
を示している。本実施例においては、速度が±π付近に
存在するとき、簡単な回路で偏角を求めることができる
The embodiment shown in FIG. 6 will now be described. In the figure, symbols 701, 704, and 705 are the third
The same components as shown in the figure are shown, and 740
is calculated using the above equations (, 8), (9), and (jO).
An angle correction circuit for calculating Δθ8, 741 is an addition circuit 705
The output of the angle correction circuit 740 and the output of the angle correction circuit 740 are shown. In this embodiment, when the speed is around ±π, the deflection angle can be determined using a simple circuit.

上記各実施例によれば、角度差の単純加算において、N
回の加算平均で信号対錐音比の改善は、N/v/″T倍
(8回では4v’T倍)行われる効果があり、従来のv
/”T倍に比べ、より正確なドプラ周波数の推定が可能
になる。
According to each of the above embodiments, in the simple addition of angular differences, N
The signal-to-cone ratio is improved by a factor of N/v/''T (4v'T times for 8 times), compared to the conventional v
/''It is possible to estimate the Doppler frequency more accurately than with T times.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べた如く、本発明によれば、物体により反射され
た超音波パルスを受波して該超音波パルスの位相差を検
出し、位相差ベクトルを加算した後、位相差ベクl−ル
の角度を検出して、該角度を超音波パルスの送波間隔で
除算して周波数変動を求めることにより、前記物体の速
度を算出するパルスドプラ計測装置において、前記位相
差ベクトルの加算を行う際に角度差の補正を行う角度補
正手段、または、角度の基準軸を±π方向に移す手段を
設けたので、高い信号対雑音比で計測が可能なパルスド
プラ計測装置を実現できるという効果を奏するものであ
る。
As described above, according to the present invention, ultrasonic pulses reflected by an object are received, the phase difference of the ultrasonic pulses is detected, the phase difference vectors are added, and then the phase difference vector l- In a pulse Doppler measuring device that calculates the velocity of the object by detecting an angle and dividing the angle by the transmission interval of ultrasound pulses to find the frequency fluctuation, the angle is Since an angle correction means for correcting the difference or a means for shifting the angle reference axis in the ±π direction is provided, it is possible to realize a pulsed Doppler measuring device that can perform measurements with a high signal-to-noise ratio. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例を示すパルスドプラ計測装置
の要部である速度検出部のブロック構成図、第2図は実
施例のパルスドプラ計測装置全体のブロック構成図、第
3図、第4図は速度検出部の他の実施例を示す構成図、
第5図は本発明の詳細な説明する図、第6図は本発明の
更に他の実施例を示す構成図、第7図は従来の各種のド
プラ計測装置の特性を示す図、第8図は従来技術の問題
点を説明する図である。 2:送波回路、3:受波回路、4は位相比較器、5:A
/D変換器、6:MTIフィルタ、7:速度検出部、8
:除算器、9:制御部、lO:表示装置、701:自己
相関器、702:複素数加算器、703゜704.71
1および717 : TAN−”メモリ、 70’5,
715,716および718:加算器、712,734
 :遅延器、713 : cosメモリ、714 : 
sinメモリ、706,7]9および721:補正値検
出回路、720,7407角度補正回路、741:選択
器。 第  5  図(その1) 0す 第   7   図 入力位相
FIG. 1 is a block configuration diagram of a speed detection unit which is a main part of a pulsed Doppler measurement device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block configuration diagram of the entire pulsed Doppler measurement device of the embodiment, and FIGS. The figure is a configuration diagram showing another embodiment of the speed detection section,
FIG. 5 is a diagram explaining the present invention in detail, FIG. 6 is a block diagram showing still another embodiment of the present invention, FIG. 7 is a diagram showing the characteristics of various conventional Doppler measuring devices, and FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating problems of the prior art. 2: Transmitting circuit, 3: Receiving circuit, 4: Phase comparator, 5: A
/D converter, 6: MTI filter, 7: Speed detection section, 8
: divider, 9: control unit, lO: display device, 701: autocorrelator, 702: complex number adder, 703°704.71
1 and 717: TAN-” memory, 70'5,
715, 716 and 718: adder, 712, 734
: Delay device, 713 : COS memory, 714 :
sin memory, 706, 7] 9 and 721: correction value detection circuit, 720, 7407 angle correction circuit, 741: selector. Figure 5 (Part 1) 0 Figure 7 Input phase

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、物体により反射された超音波パルスを受波して該超
音波パルスの位相差を検出し、位相差ベクトルを加算し
た後、位相差ベクトルの角度を検出して、該角度を超音
波パルスの送波間隔で除算して周波数変動を求めること
により、前記物体の速度を算出するパルスドプラ計測装
置において、前記位相差ベクトルの加算を行う際に角度
差の補正を行う角度補正手段を設けたことを特徴とする
パルスドプラ計測装置。 2、前記角度補正手段が、位相差を検出する手段からお
およその角度を検出する手段、該角度を角度の基軸とす
る手段、該基軸を基に角度を変換し加算する手段および
前記おおよその角度と前記加算手段により加算された角
度とを加算する手段から構成されるものであることを特
徴とする、特許請求の範囲第1項記載のパルスドプラ計
測装置。 3、前記位相差を検出する手段として、自己相関法によ
る平均角度検出手段を用いることを特徴とする、特許請
求の範囲第2項記載のパルスドプラ計測装置。 4、前記位相差を検出する手段として、二軸成分法によ
る角度検出手段を用いることを特徴とする、特許請求の
範囲第2項記載のパルスドプラ計測装置。 5、前記二軸成分法による角度検出手段が、位相差ベク
トルに振幅値を乗じて加算する手段であることを特徴と
する、特許請求の範囲第4項記載のパルスドプラ計測装
置。 6、物体により反射された超音波パルスを受波して該超
音波パルスの位相差を検出し、位相差ベクトルを加算し
た後、位相差ベクトルの角度を検出して、該角度を超音
波パルスの送波間隔で除算して周波数変動を求めること
により、前記物体の速度を算出するパルスドプラ計測装
置において、前記位相差ベクトルの加算を行う際に角度
の基準軸を±π方向に移す手段を設けたことを特徴とす
るパルスドプラ計測装置。 7、通常の角度の基準軸と特許請求の範囲第6項に記載
した基準軸との選択手段を設けたことを特徴とするパル
スドプラ計測装置。
[Claims] 1. Receiving an ultrasonic pulse reflected by an object, detecting the phase difference of the ultrasonic pulse, adding the phase difference vectors, and then detecting the angle of the phase difference vector, In a pulsed Doppler measurement device that calculates the velocity of the object by dividing the angle by the transmission interval of ultrasound pulses to find the frequency fluctuation, the angle at which the angular difference is corrected when adding the phase difference vectors. A pulse Doppler measuring device characterized by being provided with a correction means. 2. The angle correction means includes means for detecting an approximate angle from means for detecting a phase difference, means for using the angle as a base axis of the angle, means for converting and adding angles based on the base axis, and the approximate angle. 2. The pulse Doppler measuring device according to claim 1, further comprising means for adding the angle added by the adding means. 3. The pulsed Doppler measuring device according to claim 2, characterized in that average angle detection means based on an autocorrelation method is used as the means for detecting the phase difference. 4. The pulsed Doppler measuring device according to claim 2, characterized in that angle detection means based on a two-axis component method is used as the means for detecting the phase difference. 5. The pulsed Doppler measuring device according to claim 4, wherein the angle detection means using the two-axis component method is means for multiplying a phase difference vector by an amplitude value and adding the result. 6. Receive the ultrasonic pulse reflected by the object, detect the phase difference of the ultrasonic pulse, add the phase difference vectors, detect the angle of the phase difference vector, and use the angle as the ultrasonic pulse. In the pulsed Doppler measurement device that calculates the velocity of the object by dividing by the transmission interval of the wave to find the frequency fluctuation, means is provided for moving the angular reference axis in the ±π direction when adding the phase difference vectors. A pulse Doppler measurement device characterized by: 7. A pulse Doppler measuring device characterized by being provided with means for selecting between a standard angular reference axis and the reference axis set forth in claim 6.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005221472A (en) * 2004-02-09 2005-08-18 Olympus Corp Electrostatic encoder and electrostatic displacement measuring method

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