專(zhuān)利名稱(chēng)：采用鋸齒波正余弦編碼器的b超儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及超聲波機(jī)械扇掃B型診斷儀，尤其是一種采用鋸齒波正余弦編碼器的B超儀。
現(xiàn)有的超聲波機(jī)械扇掃B型診斷儀，一般由顯示器，產(chǎn)生超聲發(fā)射激勵(lì)脈沖的發(fā)射器，探頭，接受超聲波回波信號(hào)并處理成視頻回波信號(hào)的接受與放大器，將視頻回波信號(hào)數(shù)字化的A／D轉(zhuǎn)換器，將扇掃光柵(參見(jiàn)


圖1)中用以表示每根徑向聲束位置的極坐標(biāo)R、θ轉(zhuǎn)換為顯示器所需的直角座標(biāo)位置的坐標(biāo)變換器，存貯坐標(biāo)變換器提供地址和A／D轉(zhuǎn)換器所提供的數(shù)字信號(hào)的存貯器，將存貯器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所述顯示器所需的模擬電壓的D／A轉(zhuǎn)換器，以及控制超聲發(fā)射、接收的同步電路組成。在這類(lèi)診斷儀中。坐標(biāo)變換器一般由位置信號(hào)形成電路(10)、X運(yùn)算表(20)，Y運(yùn)算表(30)構(gòu)成，采用的坐標(biāo)變換方式為查表法。這類(lèi)診斷儀可以完成對(duì)人體病變部位的診斷工作。但不足之處在于(一)這類(lèi)診斷儀工作時(shí)，探頭只給出擺動(dòng)一幀的起點(diǎn)信號(hào)，當(dāng)坐標(biāo)變換器收到這一起點(diǎn)信號(hào)時(shí)，由位置形成電路不斷給出掃描光柵中每條掃描線的位置信號(hào)R和θ，然后根據(jù)X＝Rsinθ和Y＝Rcosθ(式中R＝et，c為超聲波在人體組的傳播反射速度，θ為探頭擺動(dòng)的角度)運(yùn)算出掃描光柵中每條掃描線上各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的X和Y坐標(biāo)，固化于X、Y坐標(biāo)運(yùn)算表中。在扇形掃描過(guò)程中，由位置信號(hào)形成電路產(chǎn)生的位置信號(hào)R和θ不斷去查坐標(biāo)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)極坐標(biāo)到直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。也就是說(shuō)，這種坐標(biāo)變換方案中每條掃描線的位置是由電路給出的，其探頭發(fā)射接收超聲波必須與電路嚴(yán)格同步。由于探頭是機(jī)械運(yùn)動(dòng)，要求其跟隨于電路較為困難。必然會(huì)產(chǎn)生同步困難，正反兩幀畫(huà)面重合不好，圖象晃動(dòng)等弊病。(二)由于探頭的擺動(dòng)是不均勻的，也就是說(shuō)每條光柵掃描線不是均勻分布，而是規(guī)律難尋。要實(shí)現(xiàn)位置電路按探頭擺動(dòng)規(guī)律給出位置信號(hào)比較困難，作得不好，會(huì)使圖象失真。(三)這類(lèi)診斷儀的電路一般比較復(fù)雜，元器件用量多，軟件工作量較大。
本實(shí)用新型之目的，是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，提供一種位置檢測(cè)準(zhǔn)確，坐標(biāo)變換器的數(shù)據(jù)可以嚴(yán)格跟蹤于探頭的擺動(dòng)，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、軟件工作量少，不會(huì)發(fā)生圖象失真、晃動(dòng)，可以更準(zhǔn)確地對(duì)人體病變部位進(jìn)行診斷的采用鋸齒波正余弦編碼器的B超儀。
本實(shí)用新型目的可以這樣實(shí)現(xiàn)一種采用鋸齒波正余弦編碼器的B超儀包括一個(gè)顯示器(9)；一個(gè)產(chǎn)生超聲發(fā)射激勵(lì)脈沖的發(fā)射器(1)；一個(gè)接受超聲回波并處理成視頻回波信號(hào)的接收與放大裝置(2)；一個(gè)輸入端與所述接收與放大裝置輸出相連的A／D轉(zhuǎn)換器(3)；一個(gè)可以存貯所述A／D轉(zhuǎn)換器所提供的數(shù)字信號(hào)并完成成象與顯示之間制式轉(zhuǎn)換的存貯器(7)，它的輸入與所述A／D轉(zhuǎn)換器(3)輸出相連；一個(gè)同步信號(hào)發(fā)生器(4)，它的輸出分別與所述存貯器(7)，接收與放大裝置(2)和發(fā)射器(1)的控制端相連；一個(gè)將所述存貯器(7)中的圖象信號(hào)轉(zhuǎn)換為能顯示的模擬視頻信號(hào)的D／A轉(zhuǎn)換器(8)，它的輸出與所述顯示器(9)相連，其特征在于該B超儀還包括一個(gè)跟蹤式鋸齒波正余弦編碼坐標(biāo)變換器，該變換器包括一個(gè)用旋轉(zhuǎn)變壓器作為提供扇形掃描光柵位置檢測(cè)信號(hào)的探頭(6)，它由外殼、驅(qū)動(dòng)器(60)、分別與驅(qū)動(dòng)器(60)呈剛性連接的旋轉(zhuǎn)變壓器(70)和換能器(80)構(gòu)成；換能器(80)的端頭分別與所述的發(fā)射器(1)輸出端和接收與放大器(2)的輸入端相連；旋轉(zhuǎn)變壓器(70)的原邊繞組AB一端接地，另一端與所述同步信號(hào)發(fā)生器(4)相連， 兩個(gè)副繞組FE和CD的一端接地，另一端F和C分別作為正弦信號(hào)輸出端UX″和余弦信號(hào)輸出端UY″；驅(qū)動(dòng)器(60)輸入與所述同步信號(hào)發(fā)生器(4)相連；一對(duì)結(jié)構(gòu)完全相同的鉗位電路(62、62′)，它們的輸入分別與所述探頭(6)中旋轉(zhuǎn)變壓器的正弦信號(hào)輸出端UX″和余弦信號(hào)輸出端UY″相連；一對(duì)結(jié)構(gòu)完全相同的同相放大器(63、63′)，它們的輸入分別與所述的一對(duì)鉗位電路(62、62′)的輸出UX′和UY′相連；一對(duì)結(jié)構(gòu)相同的A／D轉(zhuǎn)換器(64、64′)，它們的輸入分別與所述的一對(duì)同相放大器(63、63′)的輸出UX和UY相連，他們的輸出分別與所述存貯器(7)中接口電路相連。
所述方案的特點(diǎn)，是用由具有可與探頭內(nèi)的換能器的擺動(dòng)同步的旋轉(zhuǎn)變壓器，鉗位電路，放大電路，以及A／D轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成的跟蹤式鋸齒波正余弦編碼坐標(biāo)變換器取代了傳統(tǒng)的采用查表法的坐標(biāo)變換器。這種坐標(biāo)變換器直接利用旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置檢測(cè)部件。
由于超聲束是周期性發(fā)射和接收的(參見(jiàn)
圖1)，故R應(yīng)為一鋸齒波。將同步信號(hào)發(fā)生器(4)產(chǎn)生的鋸齒波直接送入旋轉(zhuǎn)變壓器的AB繞組， 可直接在旋轉(zhuǎn)變壓器的兩個(gè)輸出端(C、F)分別得到按X＝Rsinθ和Y＝Rcosθ調(diào)制的UX″和UY″光柵電壓，將這兩個(gè)電壓分別進(jìn)行鉗位，放大和經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后，則可得到經(jīng)數(shù)字化處理且和掃描光柵中每條掃描線的極坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的X、Y坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)極坐標(biāo)到直角坐標(biāo)的變換。
在具體制作本實(shí)用新型的跟蹤式鋸齒波正余弦編碼坐標(biāo)變換器時(shí)，所述的一對(duì)鉗位電路中，單個(gè)的鉗位電路由場(chǎng)效應(yīng)管V3、電阻R1、電容C1、C3，二極管V1組成；V1和C1并聯(lián)，V1的正端和負(fù)端端分別與場(chǎng)效應(yīng)管V3的G極和同步信號(hào)發(fā)生器(4)相連，V3的D極和C3一端相連后作輸出(UX′或UY′)R1的一端和V3的S極相連后接地，R1的另一端與C3另一端相連后與探頭(6)的輸出端相連(UX″或UY″)。
所述的一對(duì)同相放大器的單個(gè)放大器可以是集成運(yùn)放器D1，電阻R3－R7構(gòu)成的同相放大器；R5、R6和R7的一端與D1的負(fù)輸入相連，R5、R6和R7的另一端分別與地、D1的負(fù)電源端和D1的輸出端UX相連；R3和R4的一端相連后和所述的鉗位電路的輸出(UX′或UY′)相連；R3和R4的另一端分別與地和D1的正輸入端相連；所述的一對(duì)A／D轉(zhuǎn)換器中，單個(gè)的A／D轉(zhuǎn)換器由8bit高速轉(zhuǎn)換器D3及相應(yīng)的電容構(gòu)成，它們的輸入端與所述的同相放大器的輸出(UX、UY)相連，其8位輸出與所述的存貯器(7)相連。
本方案由于采用了跟蹤式鋸齒波正余弦編碼的坐標(biāo)變換器，它和現(xiàn)有的超聲波機(jī)械扇掃診斷儀相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)。
1、由于數(shù)字變換器中的位置檢測(cè)部件用采用了旋轉(zhuǎn)變壓器，在探頭工作過(guò)程中，換轉(zhuǎn)器的擺動(dòng)完全與旋轉(zhuǎn)變壓器的擺動(dòng)同步，故位置檢測(cè)準(zhǔn)確，得到的圖象不會(huì)發(fā)生失真。
2、方案中的數(shù)字變換器是電路跟蹤探頭，故實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的電路簡(jiǎn)單，所用元器件少，軟件工作量??；不僅能達(dá)到圖象取雙幀的目的，而且解決了圖象的晃動(dòng)問(wèn)題。
3、由于所采用的探頭掃描角度連續(xù)可調(diào)，可以任意選擇掃描角度。可以利用大角度視野廣的優(yōu)點(diǎn)尋找病變方位；也可以利用小角度圖象細(xì)膩的優(yōu)點(diǎn)，細(xì)致的觀察局部病變，為診斷提供了極大方便。
綜上所述，本實(shí)用新型完全達(dá)到了其發(fā)明目的。
下面結(jié)合實(shí)例和附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說(shuō)明。
圖1為超聲扇形掃描光柵圖。
圖2為現(xiàn)有的超聲波扇掃B型診斷儀所使用的查表法進(jìn)行極坐標(biāo)到直角座標(biāo)的變換的坐標(biāo)變換器原理框圖。
圖3為本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)圖，也是具體實(shí)例。
實(shí)例中(參見(jiàn)圖3)1為發(fā)射器；2為接收與放大器；3為A／D轉(zhuǎn)換器；4為同步脈沖發(fā)生器；6為探頭，它包括外殼驅(qū)動(dòng)器(60)，分別與驅(qū)動(dòng)器(60)呈剛性連結(jié)的旋轉(zhuǎn)變壓器(70)和換能器(80)(詳見(jiàn)申請(qǐng)?zhí)枮?4229573.0的醫(yī)用機(jī)械扇形掃描立式探頭)。7為存貯器；8為D／A轉(zhuǎn)換器；9為顯示器；由于它們均為現(xiàn)有技術(shù)，除探頭(5)外，其余均用框圖表示。61為探頭(6)中的旋轉(zhuǎn)變壓器T；62、62′為一對(duì)鉗位電路；63、63′為一對(duì)同相放大器；64、64′為一對(duì)D／A轉(zhuǎn)換器。下面僅對(duì)由旋轉(zhuǎn)變壓器(70)一對(duì)鉗位電路(62、62′)，一對(duì)同相放大器(63、63′)和一對(duì)D／A轉(zhuǎn)換器(64、64′)構(gòu)成的跟蹤式正余弦調(diào)制鋸齒波編碼坐標(biāo)變換器說(shuō)明如下T為旋轉(zhuǎn)變壓器(70)〔安裝在探頭(6)內(nèi)〕，由定子線圈(變壓器原邊繞組)AB和兩個(gè)空間互成90°的轉(zhuǎn)子線圈(變壓器副邊繞組)CD和EF構(gòu)成。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組偏轉(zhuǎn)時(shí)，定子和轉(zhuǎn)子線圈間互感系數(shù)嚴(yán)格按正余弦變化，因而在副邊繞組中的互感電勢(shì)也嚴(yán)格按正余弦變化。將有一定重復(fù)頻率的等幅鋸齒波電壓送入原邊繞組(AB)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，副邊兩繞組將分別感應(yīng)出幅度按正余弦規(guī)律調(diào)制的鋸齒波電壓來(lái)，即在F和C端得到分別按 X＝Rsinθ和Y＝Rcosθ變化的UX″和UY″。(工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)角要限制在一定角度范圍內(nèi)，一般為0～90°，那么UX″和UY″也限制在一定角度內(nèi)周期變化，以保證顯示器顯示扇形圖象。)旋轉(zhuǎn)變壓器采用20YG3－T01或20XZ－9C，由于該變壓器具有隔直作用，UX″和UY″鋸齒波雖受正余弦調(diào)制，但不具備直流分量成分，需經(jīng)鉗位電路鉗位恢復(fù)其直流分量。所以設(shè)置了由場(chǎng)效應(yīng)管V3，二極管V1，電阻R1，電容C3和C1組成的一對(duì)鉗位(61、61′)電路。V3采用3DJ6F，在電路中作開(kāi)關(guān)用。當(dāng)鉗位脈沖(由同步脈沖發(fā)生器提供)到來(lái)時(shí)，V3導(dǎo)通，鉗位脈沖過(guò)后，V3截止。V3導(dǎo)通時(shí)相應(yīng)于鋸齒波逆程期，V3截止時(shí)相應(yīng)于鋸齒波正程期。從而保證在鋸齒波逆程期電位為0V，即經(jīng)鉗位后的鋸齒波UX′和UY′起始電位均為0V，達(dá)到恢復(fù)直流分量之目的。二極管V1和電容C1起加速V3導(dǎo)通的作用。通過(guò)鉗位，UX′和UY′雖已恢復(fù)其直流分量成分，但其幅度較低，不能滿(mǎn)足A／D轉(zhuǎn)換要求。因此增設(shè)了由電阻R3、R4、R5、R6、R7和集成運(yùn)算放大器D1組成的一對(duì)同相放大器(63、63′)對(duì)UX′和UY′進(jìn)行放大。D1為集成運(yùn)算放大器LF441，3腳輸入，6腳輸出，同相放大，采用±15V供電；R6用以調(diào)節(jié)輸出端UX或UY的直流點(diǎn)。放大后的UX和UY雖能精準(zhǔn)表示光柵掃描的位置，但屬模擬連續(xù)信號(hào)，而直角坐標(biāo)X和Y屬數(shù)字信號(hào)。需將UX和UY進(jìn)行數(shù)字化處理后方能得到光柵掃描位置的直角坐標(biāo)。這里選用8bitA／D轉(zhuǎn)換器D3和輔助電容C5－C7構(gòu)成一對(duì)D／A轉(zhuǎn)換器(64、64′)，D3為型號(hào)為CA3318的8bit高速A／D轉(zhuǎn)換器，16、21腳為信號(hào)輸入端，1～8腳為數(shù)字化后信號(hào)輸出端，18腳作為采樣脈沖輸入端，22腳REF為比較電壓端，11、14、19腳為地端，12、13腳為電源端，采用＋5V供電，C5、CC6、C7為輔助電路。用一對(duì)D／A轉(zhuǎn)換器(64、64′)分別對(duì)UY和UX進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換得到8位X座標(biāo)X0～X7，和8位Y座標(biāo)Y0～Y7，坐標(biāo)變換完成。
由于本例其余部份的結(jié)構(gòu)與工作過(guò)程和現(xiàn)有的超聲波扇掃診斷儀相似，這里不再描述。
權(quán)利要求1.一種采用鋸齒波正余弦編碼器的B超儀包括一個(gè)顯示器(9)；一個(gè)產(chǎn)生超聲發(fā)射激勵(lì)脈沖的發(fā)射器(1)；一個(gè)接收超聲回波并處理成視頻回波信號(hào)的接收與放大裝置(2)；一個(gè)輸入端與所述接收與放大裝置的輸出相連的A/D轉(zhuǎn)換器(3)；一個(gè)可以存貯所述A/D轉(zhuǎn)換器(3)所接供的數(shù)字信號(hào)的存貯器(7)，它的輸入可與所述A/D轉(zhuǎn)換器(3)輸出相連；一個(gè)同步信號(hào)發(fā)生器(4)，它的輸出分別與所述存貯器(7)、接收與放大裝置(2)和發(fā)射器(1)的控制端相連；一個(gè)將所述存貯器(7)中的圖象信號(hào)轉(zhuǎn)換為能顯示的模擬視頻信號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換器(8)，它的輸出與所述顯示器(9)相連；其特征在于該B超儀還包括一個(gè)跟蹤式鋸齒波正余弦編碼坐標(biāo)變換器，該變換器包括一個(gè)用旋轉(zhuǎn)變壓器作為提供扇形掃描光柵檢測(cè)信號(hào)的探頭(6)，它由外殼、驅(qū)動(dòng)器(60)，分別與驅(qū)動(dòng)器(60)呈剛性連結(jié)的旋轉(zhuǎn)變壓器(70)和換能器(80)構(gòu)成；換能器(80)的端頭分別與所述的發(fā)射器(1)的輸出和接收與放大器(2)的輸入相連；旋轉(zhuǎn)變壓器(70)的原邊繞組AB兩端分別與所述同步信號(hào)發(fā)生器(4)和地相連，兩個(gè)副繞組FE和CD一端接地，另一端F和C分別作為正弦信號(hào)輸出端UX″和余弦信號(hào)輸出端UY″；驅(qū)動(dòng)器(60)輸入與所述同步信號(hào)發(fā)生器(4)相連；一對(duì)結(jié)構(gòu)完全相同的鉗位電路(62、62′)，它們的輸入分別與所述探頭(6)中的正弦信號(hào)輸出端UX″和余弦信號(hào)輸出端UY″相連；一對(duì)結(jié)構(gòu)完全相同的同相放大器(63、63′)，它們的輸入分別與所述的一對(duì)鉗位電路(62、62′)的輸出UX′和UY′相連；一對(duì)結(jié)構(gòu)完全相同的A/D轉(zhuǎn)換器(64、64′)，它們的輸入分別與所述的一對(duì)同相放大器(63、63′)的輸出UX和UY相連，它們的輸出分別與所述的存貯器(7)中接口電路相連。
2.按權(quán)利要求1所述的采用鋸齒波正余弦編碼器的B超儀，其特征是所述的一對(duì)鉗位電路(62、62′)中，單個(gè)的鉗位電路由場(chǎng)效應(yīng)管V3，電阻R1，電容C1、C3，二極管V1組成；V1和C1并聯(lián)，V1的正端和負(fù)端分別與場(chǎng)效應(yīng)管V3的G極和同步信號(hào)發(fā)生器(4)相連，V3的D極和C3一端相連后作輸出(UX′或UY′)，R1的一端和V3的S極相連后接地，R1的另一端和C3另一端相連后與探頭(6)中的輸出端相連(UX″或UY″)。
3.按權(quán)利要求1、2所述的采用鋸齒波正余弦編碼器的B超儀，其特征是所述的一對(duì)同相放大器(63、63′)中，單個(gè)的放大器可以由集成運(yùn)放器D1，電阻R3－R7組成；R5、R6和R7的一端與D1的負(fù)輸入相連，R5、R6和R7的另一端分別與地D1的負(fù)電源端和D1的輸出端UX相連，R3和R4的一端相連后和所述鉗位電路的輸出端(UX′或UY′)相連，R3和R4的另一端分別與地和D1的正輸入端相連。
4.按權(quán)利要求1、2 所述的采用鋸齒波正余弦編碼器的B超儀，其特征是所述的一對(duì)A／D轉(zhuǎn)換器(64、64′)中，單個(gè)的A／D轉(zhuǎn)換器由8bit高速轉(zhuǎn)換器D3及相應(yīng)的電容組成，D3的輸入端與所述的同相放大器輸出(UX或UY)相連，其8位輸出與所述存貯器(7)相連。
專(zhuān)利摘要一種采用鋸齒波正余弦編碼器的B超儀包括顯示器(9)、發(fā)射器(1)，接受與放大裝置(2)，A/D轉(zhuǎn)換器(3)，存貯器(7)，同步信號(hào)發(fā)生器(4)，D/A轉(zhuǎn)換器(8)，由裝置在探頭(6)中且與換能器(80)同步擺動(dòng)的旋轉(zhuǎn)變壓器(70)、鉗位電路、同相放大器和D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的跟蹤式鋸齒波正余弦編碼的坐標(biāo)變換器。由于該B超儀用旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置檢測(cè)部件，其坐標(biāo)變換器嚴(yán)格跟蹤于探頭。較好地克服了現(xiàn)有B超儀由于探頭跟蹤于電路所造成的圖象失真、晃動(dòng)、電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、軟件工作量大等缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61B8/08GK2215278SQ9423002
公開(kāi)日1995年12月20日 申請(qǐng)日期1994年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月19日
發(fā)明者張建軍, 鄧國(guó)勤 申請(qǐng)人:國(guó)營(yíng)涪江有線電廠