JPH0560551B2 - - Google Patents

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JPH0560551B2
JPH0560551B2 JP60231320A JP23132085A JPH0560551B2 JP H0560551 B2 JPH0560551 B2 JP H0560551B2 JP 60231320 A JP60231320 A JP 60231320A JP 23132085 A JP23132085 A JP 23132085A JP H0560551 B2 JPH0560551 B2 JP H0560551B2
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circuit
phase difference
arch
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electrical signal
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JP60231320A
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Koji Toda
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  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は超音波を用いて対象物の形状やその内
部の状態を映像化する超音波映像化方式に関す
る。
(従来の技術) 弾性表面波用すだれ状トランスデユーサは液体
中への縦波音波の放射あるいは受波用として有効
に機能する。この点に着目して従来からすだれ状
トランスデユーサを用いた超音波映像化方式が
種々提案されている。その一例として、特開昭58
−22978号公報に開示されている。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような従来の超音波映像化
方式にあつては、被検体の音響像情報として、被
検体で反射された音波がすだれ状トランスデユー
サで受波されて変換された電気信号の強度(振
幅)を用いていた。
本発明は、被検体の音響像情報として電気信号
の振幅を用いた場合よりも、被検体の弾性的変化
を感度よく検知できる超音波撮像方式を提供する
ことを目的とする。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、圧電基板とその一表面上に設けられ
た複数組のアーチ形すだれ状電極とからなる超音
波デバイスを液状の媒体を介して被検体に対向す
る如く設置し、所定のアーチ形すだれ状電極に入
力電気信号を印加して超音波を前記液状の媒体へ
放射し、被検体で反射された超音波を残りのアー
チ形すだれ状電極で受波して得られた出力電気信
号をゲート回路を介して所望の時間だけ取出し、
取出された出力電気信号と前記入力電気信号との
位相差又は出力電気信号間の位相差を求めること
により被検体の音響像情報を得る超音波映像化方
式である。
(実施例) 以下、本発明の一実施例の図面を参照して詳細
に説明する。
第2図は本発明に用いられる超音波デバイスの
1つであるラム波デバイスの一構成例の平面図で
ある。ラム波デバイス10は、表面に垂直方向に
分極軸を有する薄板状の圧電物質で形成される圧
電体12と、アーチ形のくしの歯状電極指がイン
タデイジタルに配列された4組のアーチ形すだれ
状電極14a,14b,14c,14dとで形成
されている。また、16a,16b,16c,1
6d,16e,16fはそれぞれ端子である。圧
電体12の厚みは厚電体を伝搬する波が分散特性
を有するラム波として扱いうる範囲である。アー
チ形すだれ状電極14a,14b,14c,14
dは例えば圧電体12の一表面上にアルミニウム
等の金属を真空蒸着することにより形成される。
第1図は本発明による超音波映像化方式の一実
施例の構成を示す図である。同図において、ラム
波デバイス10の端子16dと16fとは入力端
子18に接続され、端子16eは接地されてい
る。また、端子16aと16cは増幅回路20の
入力端子に接続され、端子16bは接地されてい
る。ラム波デバイス10と被検体22とは液体層
を介して図示の如く離間配置されている。液体と
しては水、エーテル、アセトン、グリセリン等の
超音波を吸収しにくいものであればよく、ゲル状
又はグリース状であつてもよい。位相比較器24
は内部にゲート回路を有する。このゲート回路
は、入力側のアーチ形すだれ状電極から放射され
た超音波26が被検体22により反射されて出力
側のアーチ形すだれ状電極で受波されて変換され
た電気信号を所定時間だけ通過させる。そして、
位相比較器24は、ゲート回路から出力された電
気信号(以下、遅延信号という)と、入力端子1
8に印加された電気信号(以下、基準信号とい
う)との位相差を検出する。表示器28は例えば
X−Yレコーダを用いて構成され、前記位相差に
基づき被検体22の映像を表示する。
このように、基準信号と遅延信号との間には、
被検体22の表面の起状、内部のひずみ及び弾性
的特性に依存する位相差が存在するので、この位
相差を得ることにより被検体22映像化すること
ができる。特に、遅延信号をゲート回路を介して
所定時間だけ通過させることにより、被検体22
の映像化すべきポイント(例えば表面、または表
面から数μm内部の一)を設定することができ
る。
第3図は第1図に示す増幅回路12及び位相比
較器24の回路図である。位相比較器24はゲー
ト回路30、フリツプフロツプ回路32、位相比
較回路34、積分回路36とを具備して構成され
る。ゲート回路30は具体的には第5図のように
構成される。ゲート回路30は任意の時間だけゲ
ートを開くことにより、所望の時間の遅延信号を
位相比較回路34に入力することを目的としたア
ナログスイツチ回路38を具備する。この回路の
動作原理は次のとおりである。
1Aは常にハイレベルに保たれている。1Bに
トリガが入力されハイレベルとなると、AND回
路はハイレベルを出力し、1段目のパルスが立ち
上がる。パルスが立ち下がりローレベルになる
と、インバーターを経て2Aにハイレベルが入力
される。2Bには常にハイレベルは入力されるの
で、1段目のパルスの立ち下がりにより、2段目
のパルスが立ち上がる。2段目のパルスはリレー
回路に入力され、パルス幅の分だけゲートが開
き、入力信号が通過できるようになつている(第
6図参照)。1段目および2段目のパルス幅は次
の式で与えられる。
T=0.82RC(1+0.2/R) R:kΩ、C:pF、T:ns 第3図に戻り、CH1に図示しない発振器によ
る基準信号を入力し、CH2に遅延信号を印加す
ると、積分回路36の出力から2つの信号の位相
差に対応する直流信号が検出される。第4図は第
3図に示す回路の動作タイミング図である。第3
図中のA〜Hは第4図中のA〜Hに対応する。2
つの信号は増幅回路20で論理レベルまで増幅さ
れた後ゲート回路30を通り、その後矩形波とし
て成形され、フリツプフロツプ回路32で分周さ
れる。フリツプフロツプ回路32から出力される
2つの信号は位相比較回路34で位相比較され、
位相差に相当するパルスとして出力される。この
パルスは積分回路36で積分され、最終的に積分
回路36の出力から、2つのチヤネルに加えられ
た信号の位相差に対応する直流出力電圧を得るこ
とができる。この位相差と出力電圧との間には直
線関係が存在する。この場合、第3図の回路では
周波数を1/2に分周しているので、位相差が360度
のときに出力電圧は最大となる。
次に、動作について説明する。入力端子18を
介して入力側のアーチ形すだれ状電極に印加され
た電気信号は超音波(縦波)に変換され、この音
波は液体中に次に関係式に従つて放射される。
θ1=sin-1(VC/VL) ここで、θ1は固体−液体境界面の法線と音波の
放射方向とのなす角、VCは液体中を伝搬する超
音波26の速度、及びVLは圧電体12を電搬す
る漏えいラム波の伝搬速度である。このようにし
て放射された超音波26は被検体22の表面又は
内部で反射され、出力側のアーチ形すだれ状電極
で受波され、電気信号に変換される。このように
して得られた遅延信号のうち、ゲート回路の作用
により基準信号が印加された時刻から所定時間経
過後の遅延信号と基準信号との位相差が位相比較
回路34により、検出され、この位相差に対応す
る出力電圧が得られる。表示器28はこの出力電
圧に基づき被検体22を映像化する。尚、被検体
22の走査はこれを圧電体12の境界面と平行に
移動させることにより行われる。また、ラム波デ
バイス10はラム波の速度分散性を有するため
に、基準信号の周波数を変化させることによつて
超音波の放射方向θ1を換えることができる。
以上、本発明の一実施例を説明した。他の実施
例としては、上記実施例のようにラム波デバイス
10において出力側の電極として2組のアーチ形
すだれ状電極を並列に接続するのではなく、それ
ぞれ別個に用いて2つの遅延信号を検出する構成
とすることができる。この場合、第1図におい
て、被検体22中を放射角θ2で伝わる縦波が高さ
δHだけ異なるA面及びB面で反射された場合の
位相差を考える。2つの反射波の位相φA,φB
被検体22中の横波の速度VB、行程LA,LBとす
ると、 φA=ω(t0−LA/VB) φB=ω(t0−LB/VB) と表すことができるので、位相差δφは、 δφ=φA−φBω/VB(LB−LA) (ただし0≦δφ≦2π) となる。
従つて、2組のアーチ形すだれ状電極でそれぞ
れ受信された遅延信号に対し2つの増幅器を設
け、これらの増幅器の出力をそれぞれ第3図に示
すCH1、CH2に接続することにより、被検体2
2を映像化することができる。
また、上記実施例ではラム波デバイスを用いる
構成であつたが、レイリー波を用いたデバイス、
すなわち圧電体が厚いものを用いた超音波デバイ
スを用いても同様に実施できる。更に、アーチ形
すだれ状電極は4組の場合を例に説明したが、こ
れ以外の組数でも同様に実施できる。
なお、上記実施例(第1図及び第2図)に基づ
いた実験結果を以下に示す。ここで、実験結果に
用いたデバイスは薄板状圧電磁器(TDK社製91
−A材、厚さ0.2mm)に、対向する電極間距離が
7.0mm、開口角が60°、電極周期が0.8mmのアーチ形
すだれ状電極を4組有するものである。先ず第7
図に被検体として用いたアルミニウムのブロツク
図を示す。中央部に貫通していない穴が設けられ
ており端部に厚さ30μmの銅箔が接着されてい
る。第8図及び第9図は本実施例による映像結果
を示す図である。第7図における銅箔に、コンデ
ンサに蓄積された電気エネルギーを周期的に放電
することによつて、熱パルスを印加し、どのよう
な弾性的変化が起るかを観察したものである。第
8図は熱パルスの印加前、第9図は25.7Vで充電
した後に、熱パルスを被検体に加えたものであ
る。このように、本願における方法によつて、微
細な弾性的変化をとらえることが可能であること
がわかる。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば、従来
(一例特開昭58−77655号公報)において液体中音
速の測定するもので超音波の反射部(容器の壁)
は問題でなく液中を伝搬する超音波の伝搬速度が
温度、濃度等の変化でどのように影響されるかを
測定していたが、本発明ではさらに改良し、液中
での超音波の伝搬を無視し得るように考慮し、か
つアーム形すだれ電極構造により音響像の分解能
を大幅に向上でき、またラム波の領域での検出し
た出力信号と入力信号との位相差又は出力信号間
の位相差から超音波の被検体での弾性的特性の違
いによる反射信号の変化を検出して被検体の音響
像を映像化できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の構成を示すブロツ
ク図、第2図はラム波デバイスの平面図、第3図
は、第1図に示す増幅回路及び位相比較器の回路
図、第4図は第3図の回路の動作タイミング、第
5図は第3図に示すゲート回路の回路図、及び第
6図はゲート回路の動作タイムチヤート、第7図
は被検体として用いたアルミニウムのブロツク図
を示す図、第8図及び第9図は本実施例による映
像結果を示す図である。 10……ラム波デバイス、12……圧電体、1
4a,14b,14c,14d……アーチ形すだ
れ状電極、16a,16b,16c,16d,1
6e,16f……端子、18……入力端子、20
……増幅回路、22……被検体、24……位相比
較器、26……超音波、28……表示器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 圧電基板とその一表面上に設けられた複数組
    のアーチ形すだれ状電極とからなる超音波デバイ
    スを液状の媒体を介して被検体に対向する如く設
    置し、所定のアーチ形すだれ状電極に基準信号で
    ある入力電気信号を印加して超音波を前記液状の
    媒体へ放射し、被検体で反射された超音波を残り
    のアーチ形すだれ状電極で受波して得られた遅延
    信号である出力電気信号をゲート回路を介して所
    望の時間だけ取出し、取出された出力電気信号と
    前記入力電気信号との位相差又は出力電気信号間
    の位相差を求めることにより被検体の音響像情報
    を得ることを特徴とする超音波映像化方式。
JP60231320A 1985-10-18 1985-10-18 超音波映像化方式 Granted JPS6291857A (ja)

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