JPS6171379A

JPS6171379A - 電気信号弁別装置及び方法

Info

Publication number: JPS6171379A
Application number: JP60191834A
Authority: JP
Inventors: ジヨン　アンソニー　パーカー
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1984-08-31
Filing date: 1985-08-30
Publication date: 1986-04-12
Also published as: EP0174090A2; EP0174090B1; GB8422022D0; US4829490A; EP0174090A3; DE3585759D1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、当該信号成分と、不所望なバックグランド信
号ノイズとを弁別するような電気信号の処理に係る６本
発明は、パルス送信器のパルス作動による残響効果と調
整電子装置のランダムな電気ノイズレベルとの結合に主
としてバックグランドノイズが起因するような超音波パ
ルス−エコー技術に特に適用できるが、これに限定され
るものではない。

従来の技術残響効果は、送信パルスに付随するもので、は−′指数
関数的に減衰するが、電子装置の電気ノイズレベルに重
畳される。エコーパルスも同様に電気的なノイズレベル
に重畳されるが、これは。

バックグランドノイズと区別する必要がある。

一般に、出力信号は、エコーパルスが検出のために得ら
れると予想される適当な時間中にゲートを通される１通
常は、このようなゲート作動により、振幅の大きな残響
効果が除去される。というのは、これら残響効果は、ゲ
ート作動インターバルが開始する前には一′減衰してし
まうからである。然し乍ら、多くの場合、ゲート作動イ
ンターバルには、残響成分及び電気ノイズ成分の若干が
入ってしまう。

弁別を行なう１つの方法は、適当な振幅の一定のスレッ
シュホールドを確立することであるが。

スプリアス信号を回避するためには、ゲート作動インタ
ーバル中に生じるであろう最大振幅の残響効果より高く
スレッシュホールドレベルを選択しなければならない。

発明が解決しようとする問題点然し乍ら、これには、多数の問題点がある。

即ち、スレッシュホールドレベルが大きいために低振幅
のエコー信号が失われることがある。ゲート作動インタ
ーバルを変えたりずらしたりした場合にはスレッシュホ
ールドレベルも変更しなければならない、信号成分がゲ
ート作動インターバル内に入らない場合には有用な情報
が失われる。そして、残響効果は超音波トランスジュー
サごとに異なるので、トランスジューサの設計は同じで
あってもトランスジューサごとにスレッシュホールドレ
ベルも異なること↓こなる。

問題点を解決するための手段本発明の目的は、信号弁別を改善することである。

本発明の１つの特徴によれば、１つ又は複数のデータ保
持信号が時間と共に変化するバックグランド信号に重畳
されているようなトランスジューサの電気的応答に対し
その時間と共に変化するバラフッランド信号成分を模擬
する方法であって。

上記トランシジューサを作動して第１応答を発生し、こ
の第１応答の包絡線を全体で近似するような複数のスレ
ッシュホールド値をデジタル形態で最初に記憶し、トラ
ンシジューサを作動して、別のデータ保持信号分布をも
つ第２の応答を発生し。

そして上記第１及び第２応答に存在する上記データ保持
信号が含まれないトランスジューサのバックグランド信
号成分に対応する包絡線を全体で近似するように上記記
憶されたスレッシュホールド値を変更する方法が提供さ
れる。

本発明の更に別の特徴は、以下の詳細な説明及び特許請
求の範囲から明らかとなろう。

実施例本発明を更に理解するために、添付図面を参照して１本
発明の実施例を詳細に説明する。

第２図に示されたシステムは、主として液体金属冷却式
の高速増殖炉を超音波造影するのに用いられるもので、
ナトリウムを透過する一群のパルス−エコートランスジ
ューサからのエコーが収集されて記憶される。上記のト
ランスジューサは、造影しようとするターゲット上を徐
々に移動されるにつれて順次にパルス付勢される。ター
ゲットの効果的な走査は、所与の時間内に収集されるデ
ータの量を増加することに基づいている。

第１Ａ図は、典型的なトランスジューサ応答を示すもの
で、エコー１２．１４．１６がバックグランドノイズレ
ベルに重畳されている。このバックグランドノイズレベ
ルは、トランスジューサに関連した電子装置によって発
生される電気的なノイズと、トランスジューサの点弧に
より生じるＰｉ響効果とで構成される。電子ＪＡＨによ
るノイズは常に存在するが、残響成分（参照番号１８で
示された）は、電子装置によるノイズのレベルまではゾ
指数関数的に（成るものが重畳された微細な構造で）減
衰する。従って、この曲線の左側では、残響成分が主体
となり、一方、その右側では、ｆｆｉ子装置によるノイ
ズが主体となる。

信号は、参照番号２１で示すようにゲートを通され、当
該領域が画成される。バックグランドノイズと、当該信
号成分、即ち、エコーとを弁別するために、一定のスレ
ッシュホールドレベルが確立される。このようなやり方
で最高の感度を得るためには４スレツシユホールドレベ
ルをバックグランドノイズの最大振幅ピーク例えば２２
より若干高くセットしなければならず、さもなくば、バ
ックグランドのピークがエコーと混同してしまうことが
明らかである。然し乍ら、一定のスレッシュホールドレ
ベルを用いた場合には、比較的振幅の小さいエコーがマ
スークされてしまうので、有用なデータが失われること
がある。典型的なゲート作動周期中に、バックグランド
ノイズが、減衰しつ＼あるｆｌ？成分によって著しい影
響を受けることがあることは明らかである。

本発明によれば、バックグランド信号（残響及び電子装
置によるノイズ）の変化を厳密にたどるようなスレッシ
ュホールド軌跡を確立することにより、一定のスレッシ
ュホールドレベルの使用に関連した欠点かはゾ解消され
る。このようなスレッシュホールド軌跡をいかに得るか
について説明する。このスレッシュホールド軌跡は各ト
ランスジューサごとに求められ、電子メモリ３０（第２
図）の指定のメモリアドレスに多数のスレッシュホール
ド値としてデジタル形態で記憶される。

各スレッシュホールドレベルは、基準信号例えば送信パ
ルスに対する特定の時間インターバルと関連付けされる
。従って、特定のトランスジューサに対応する一群のメ
モリ位置は、一連のスレッシュホールド値を記憶し、こ
れらのスレッシュホールド値は、適椙なシーケンスで読
み取った時に、そのトランスジューサのバックグランド
特性の包絡線を全体で近似し、そのスレッシュホールド
軌跡によって実時間のバックグランドをゼロ化すること
ができる。

第２図に示す回路は、中央制御器３２を備え、この制御
器は、入力ライン３４及び３６を経て。

トランスジューサが点弧した時のトランスジューサから
の送信信号と、トランスジューサを識別できるようにす
るデータとを受信する。前記したように、メモリ３０に
は各トランスジューサごとに幾つかのメモリ位置が指定
されており、入力ライン３６を経て受信した識別信号に
より、制御器３２は、アドレス素子３８を介して、各ト
ランスジューサに関連したメモリ位置をアドレスするこ
とができ、これらメモリ位置の内容を入力／出力装置４
２を経てアップ／ダウンカウンタ４０１こロートするこ
とができる。制御器３２からのライン４４により、以下
に述べる目的でカウントパルスをカウンタに送ることが
できる。

入力／出力装置４２は、Ｄ／Ａコンバータ４８を介して
レベルシフト増幅器４６にも接続され、増幅器の信号レ
ベルは、メモリ３０から得られたデジタル信号のアナロ
グ対応部に基づいてシフトされる。トランスジューサの
信号は、入力ライン４８を経て増幅器４６に送られ、増
幅器の出力５０は、一対の弁別器５２．５４に接続され
る。弁別器５４は、エコーを検出するように働き、これ
らエコーは、呂カライン５６を経てエコー処理回路に送
られて、一般の技術を用いて分析され、例えば、エコー
信号と基準信号（例えば、送信信号）との間に経過した
時間インターバルを甜定することができる。

弁別器５２は、ライン５８を経てカウンタ４０に接続さ
れ、ライン５ｏの出力が弁別器５２の入力６０１こ送ら
れる基準信号ＲＥＦ（制御器３２ドこよって発生された
ものでよい）より大きいか小さいかに基づいてカウント
動作の方向を決定する。

最初に校正を行なった後、各トランスジューサに関連し
たメモリ位置には、非常器ニ多数のデジタル値が記憶さ
れ、これらの値は、Ｄ／Ａコンパ−タ４８を経て増幅器
４６のレベルシフト入力に順次に送られ、その信号軌跡
のバックグランド成分による作用に基づいて増幅器のレ
ベルを常時変えることができる。このようにして、バッ
クグランド成分が効果的にゼロ化され、データを与える
信号、即ち、エコーのみが残される。これは１次いで、
弁別器５４を経てエコー処理回路へ送られる。

１つのトランスジューサを校正する手順について説明す
る。典型的にトランスジューサの信号軌跡は、前記した
ように第１図に示されたようなものである。校正手順の
第１の段階は、第１図に示されたトランスジューサ軌跡
のデジタル模擬体をメモリ３０の指定の領域に記憶する
ことである。

トランスジューサを点弧するたびに、トランスジューサ
は、全てのファクタ、例えば、トランスジューサの位置
等が不変であれば、同じ軌跡を生じることが明らかであ
る。Ｍ初、メモリ３０の内容は、全てゼロであるか、或
いは、他の任意な値である。トランスジューサが点弧さ
れるたびに、制御器３２は、メモリ内の種々のアドレス
の内容をカウンタ４０及びコンバータ４８にロードする
シーケンスを開始する。このシーケンスの各段階を実行
する時間インターバルは非常に短くて、即ち。

数ミリ秒であり、従って、各シーケンス中には、非常に
多数の段階が行なわれることになる。

校正の最初の段階中には、所定の基準信号ＲＥＦが弁別
器５２の入力６０に送られる。このシーケンスの各段階
には、コンバータ４８にロードされたデジタル値に基づ
いて増幅器４６のレベルをシフトしそしてライン５０の
出力をライン６０の基準信号ＲＥＦと比較することが含
まれる。この比較によって増幅器の出力が基準レベルを
越えると分かった場合には、弁別器は、カウンタ４０を
減少モードに入れる信号をライン５８に発生する。もし
そうでなければ、カウンタを増加モードにする信号がラ
イン５８に送られる。各段階中に。

所定数のパルス（例えば、１）が制御６３２によってカ
ウンタ４０に供給され、カウンタは、ライン５８を経て
送られるモード信号に基づいてそのパルス数だけ減少又
は増加される。カウンタ４０の更新された内容は１次い
で、メモリ３０の各メモリアドレスにロードされて戻さ
れる。

トランスジューサ軌跡の金山が（当該時間インターバル
にわたって）網羅されるまでこの手順を各法々のメモリ
アドレスごとに繰返し、次いで。

メモリアドレスに記憶されたデジタル値がトランスジュ
ーサ軌跡の各アナログ値に実質的に対応するまでサイク
ルを縁り返す、第１段階による結果は、第１Ｂ図及び第
１Ｃ図より明らかであろう。

第１Ｂ図は、ライン５０に現われる補償された出力を示
しており、これは、参照番号７０で示された基準レベル
に対して僅かに変動することが明らかであろう、第１Ｃ
図は、メモリ３０に記憶されたデジタル値で全体が構成
された模擬されたトランスジューサ軌跡を示している。

第１Ｃ図には各デジタル値がドツトとして示されている
。

前記したように、各メモリアドレスの内容はカウンタに
ロートされそして同し段階中にそのアドレスに戻される
が（増加又は減少された後）、実際には、成るアドレス
の内容が増加又は減少されてメモリに戻される間に次の
アドレスの内容がコンバータ４８にロードされるような
構成とされる。又、メモリに記憶された補償信号によっ
てエコーがゼロ化される点に校正手順が到達した後。

カウンタの減少モードが一時的に禁止され、増加のみが
可能とされる。このようにして、ライン５０上の補償さ
れた出力が入力６０に送られる基準レベル７０よりほん
の少し上となるように、記憶されたデジタル値を調整す
ることができる。

第１Ｃ図から、模擬された軌跡は、エコー１２．１４．
１６並びに残響及び電気ノイズ成分を含むことが明らか
であろう、第２の校正段階は。

エコー成分の模擬体を除去することであり、これは２異
なった位置にエコーをもつ軌跡をトランスジューサから
発生させることによって行なわれ。

例えば、トランスジューサと走査されるターゲットとの
位置関係を変えることによって行なわれる。

一般に、このような変更は、エコーの位置のみを変える
ものであって、残響及び電気ノイズ成分の包絡線は、所
与のトランスジューサ及びこれに関連した調整回路に対
して実質的に同じである。従って１例えば、行なわれた
変更によってライン５０の補償された出力が第１Ｄ図に
示す形態となり。

ここで、前からのエコー１２．１４．１６は、反転され
た形態で示されており（たとえ、これらがトランスジュ
ーサ軌跡にもはや存在しなくても）そして新たなエコー
７２が実質的に一定の出力の上に重畳されている。この
時には、第１の校正段階の手順が繰り返されるが、カウ
ンタ４０の減少が不能とされ、従って、メモリに記憶さ
れたデジタル値は反転されたエコーのみを除去するよう
に調整される。これにより得られるライン５０の出力が
第１Ｅ図に示されており、記憶されたデジタル値によっ
て全体的に表わされる対応するデジタル模擬体が第１Ｆ
図に示されており、この時には、トランスジューサの残
響及び電気ノイズ成分の包絡線を＃密に近似するものと
なる。

最初の２つの校正段階によって得られた模擬体は、成る
場合にはこれで充分であるが、更に精巧なものすること
が可能である。ライン５０の出力を更に綿密に調へると
、特に、電気ノイズ成分が主体となる軌跡の部分におい
て、バックグランドレベルが時間と共に増加する傾向に
あることが分かる。これは、軌跡の一部を拡大μて示し
た第１Ｇ図に示されている。その左側においては、残響
成分が主として存在し、この領域の信号レベルは、基準
レベル７０に近いものとなる。一方、その右側では、電
気ノイズ成分が主体となり、ランダムな変動があるため
、この領域の信号ピークは、基準レベル７０より若干高
いものとなる。

この作用を補償するために、第３の校正段階においては
、送信器のパルスが禁止され、その結果、クイーン５０
上の補償された出力は、第１Ｈ図に示すようなものとな
る。カウンタ４０の増加も禁止され、前記の第１段階の
手順が繰り返されるが、増加が禁止されると共に、第２
の゛基準レベル７５が弁別器５２の入力６０に与えられ
る。この第２の基準レベル７５は、バックグランドレベ
ルの残響が主体となる部分のピークより若干高くなるよ
うに選択される。これにより生じるメモリ内容の減少に
よって、ライン５０上の補償された出力は第１工図に示
す形態となり、送信器の点弧が再開されると、その出力
は第１Ｊ図に示すようなものとなり、全てのバックグラ
ンドビークは第２の基準レベル７５によって実質的にマ
スクされる。

この時のデジタル模擬体が第１Ｋ図に示されている。

各トランスジューサに対するデジタル模擬体の導出に続
いて、この模擬体が各トランスジューサのその後の走査
に用いられ、バックグランドレベルが効果的に除去され
ると共に、データ保持信号が容易に検出されることが理
解されよう。

添付図面を参照した以上の説明においては。

記憶されたデジタル値によってレベルシフト量が決定さ
れるレベルシフト増幅器により、デジタル模擬体（アナ
ログ形態に変換した後）をトランジューサの出力と合成
することによって、トランスジューサの出力が補償され
た。然し乍ら、他の方法を用いてデジタル模擬体がトラ
ンスジューサの出力と合成されてもよく５例えば、増幅
器のレベル又は利得シフト量を変更するのではなく、デ
ジタル記憶値を用いて弁別器５２を調整してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１八図ないし第１Ｋ図は、トランスジューサ出力に存
在するバックグランド成分のデジタル模擬体を導出する
校正手順中の種々の段階を示すグラフ、そして第２図は、本発明による信号処理装置を示すブロック図
である。１２．１４．１６・・・エコー１８・・・残響成分３２・・・中央制御器　　３０・・・メモリ４０・・・
アップ／ダウンカウンタ４２・・・入力／出力装置４６・・・レベルシフト増幅器４８・・・Ｄ／Ａコンバータ　　５０・・・出力５２．
５４・・・弁別器

Claims

【特許請求の範囲】

（１）１つ又は複数のデータ保持信号が、時間と共に変
化するバックグランド信号に重畳されているようなトラ
ンスジューサの電気的応答に対しその時間と共に変化す
るバックグランド信号成分を模擬する方法において、上
記トランシジューサを作動して第１応答を発生し、この
第１応答の包絡線を全体で近似するような複数のスレッ
シュホールド値をデジタル形態で最初に記憶し、トラン
スジューサを作動して、別のデータ保持信号分布をもつ
第２の応答を発生し、そして上記第１及び第２応答に存
在する上記データ保持信号が除去されたトランスジュー
サのバックグランド信号成分に対応する包絡線を全体で
近似するように上記の記憶されたスレッシュホールド値
を変更することを特徴とする方法。
（２）上記最初に記憶されたスレッシュホールド値を上
記第２の応答と合成して、上記第１応答の上記データ保
持信号成分（１つ又は複数）が上記第２応答の上記デー
タ保持信号成分（１つ又は複数）に対して反転されたよ
うな出力を導出し、そして上記第１応答の上記データ保
持信号成分（１つ又は複数）を上記合成された出力から
打ち消すように上記スレッシュホールド値を変更する特
許請求の範囲第（１）項に記載の方法。
（３）上記バックグランド信号は、トランスジューサの
残響に起因する第１の減衰成分と、トランスジューサに
関連した電子装置によって影響される第２の常に存在す
る電気ノイズ成分とを含み、上記方法は、更に、上記第
２成分のみが存在するように上記残響成分の源を一時的
に除去し、上記第２成分を上記スレッシュホールド値と
合成し、そしてこの合成された信号が基準値から所定の
範囲内にある場合には、上記基準値に向けて上記合成さ
れた信号を収斂するように対応するスレッシュホールド
値の大きさを増加し、その後これによって得たスレッシ
ュホールド値を用いてそれに続くトランスジューサ応答
を処理するという段階を具備した特許請求の範囲第（１
）項又は第（２）項に記載の方法。
（４）複数のトランスジューサがあり、上記の方法を各
トランスジューサに適用して、各トランスジューサごと
に１組のスレッシュホールド値を導出及び記憶し、各ト
ランスジューサ応答のその後の処理は、上記応答を各組
の記憶されたスレッシュホールド値と合成する段階を含
む特許請求の範囲第（１）項ないし第（３）項のいずれ
かに記載の方法。
（５）１つ又は複数のデータ保持信号がこれとは独立し
た時間と共に変化する不所望なバックグランド信号に重
畳されるような応答を発生するトランスジューサに接続
されるか又は接続された入力手段と、次々の時間インタ
ーバルに対応し上記時間と共に変化するバックグランド
信号の包絡線を全体で近似する複数のスレッシュホール
ド値であって特許請求の範囲第（１）項、第（２）項、
第（３）項又は第（４）項に記載の方法によって導出さ
れたスレッシュホールド値を記憶するデジタル記憶手段
と、上記のスレッシュホールド値を上記記憶手段から検
索してその各々をトランスジューサ応答の対応する時間
インターバル部分と合成し、このような時間インターバ
ル中にトランスジューサ応答に対するバックグランド信
号の影響を少なくとも実質的にゼロ化するような手段と
、データ保持信号の存在に対してトランスジューサ応答
を監視する手段とを具備したことを特徴とする信号処理
装置。
（６）当該データ保持信号を含む見込の大きい上記応答
の所定の部分に上記の処理を限定できるように、トラン
スジューサ応答を選択的にゲートに通す手段を更に具備
した特許請求の範囲第（５）項に記載の装置。
（７）上記の合成を行なう手段は、上記の各時間インタ
ーバル中に、トランスジューサ応答の信号レベルをそれ
に対応するスレッシュホールド値に関連した量だけシフ
トするように作動して、データ保持信号がない場合に、
トランスジューサ応答が実質的に一定振幅の出力に変換
されるようにする特許請求の範囲第（５）項又は第（６
）項に記載の装置。
（８）上記の合成手段は、上記の各時間インターバル中
に主として現われるトランスジューサ応答を各々のスレ
ッシュホールド値と比較することによって合成を行ない
、トランスジューサ応答がそれに対応するスレッシュホ
ールド値を所定量だけ越えた場合に上記データ保持信号
を表わす出力を発生するように作動する特許請求の範囲
第（５）項又は第（６）項に記載の装置。
（９）上記監視手段は、上記各データ保持信号の発生と
基準信号の発生との間に経過する時間を測定するように
作動する特許請求の範囲第（５）項ないし第（８）項の
いずれかに記載の装置。
（１０）上記スレッシュホールド値は、トランスジュー
サ応答の各部分と合成される前にデジタル形態からアナ
ログ形態に変換される特許請求の範囲第（５）項ないし
第（９）項のいずれかに記載の装置。
（１１）トランスジューサ応答の上記部分は、各スレッ
シュホールド値と比較する前にデジタル形態に変換され
る特許請求の範囲第（５）項ないし第（９）項のいずれ
かに記載の装置。
（１２）上記入力手段は、複数のトランスジューサに接
続できるか又は接続され、上記記憶手段は、各トランス
ジューサに関連した１組のスレッシュホールド値を含み
、上記トランスジューサ応答をそれに関連したスレッシ
ュホールド値と共に上記合成手段へ選択的に送信できる
ようにする制御手段が設けられていて、トランスジュー
サの応答が、データ保持信号に対し所定のシーケンスで
検査される特許請求の範囲第（１）項ないし第（１１）
項のいずれかに記載の装置。
（１３）上記データ保持信号を１つ又は複数のトランス
ジューサの走査移動と相関できるように、各トランスジ
ューサの位置を所定の基準位置に対して監視する手段を
備えた特許請求の範囲第（５）項ないし第（１２）項の
いずれかに記載の装置。