Ultraschallfeldes"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor¬ richtung zum Abtasten eines Ultraschallfeldes.

Die Abtastung von Ultraschallfeldern, wie sie beispiels¬ weise zur Überprüfung der Leistungsfähigkeit von Ultra¬ schallfeldern oder bei Geräten zum Erkennen von Oberflächen und oberflächennahen Strukturen von Objekten gebraucht wer¬ den, erfolgt bisher über Empfangswandler (Transducer) , die die von dem zu messenden Objekt zurückgesandten Ultra¬ schallwellen in elektrische Signale umwandeln und zur Aus¬ wertung weiterleiten. Da je nach der Leistungsfähigkeit der Ultraschallquelle oder abhängig von der Struktur des zu un¬ tersuchenden Objekts die Intensität der ausgesandten bzw. rückgestreuten und reflektierten Ultraschallwellen vari-

iert, ist es nötig, zahlreiche Wandler (Transducer) einzu¬ setzen, um die rückgesandten Wellen in allen Richtungen aufnehmen zu können. Es hat sich dabei herausgestellt, daß eine Kreisanordnung von einer Vielzahl von Empfangswand¬ lern, ca. 250 in der Größenordnung von 1 mm Durchmesser eine ausreichende Messung und Darstellung der aus- bzw. rückgesandten Ultraschallwellen ermöglichen.

Die Vielzahl der bei den bekannten Vorrichtungen notwen¬ digen Wandler macht deren Anordnung kompliziert und kost¬ spielig, so daß auf dieser Basis eine Fertigung von Se¬ riengeräten zum Abtasten von Ultraschallfeldern ungeeignet ist.

Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, eine Möglichkeit zu schaffen, durch die die Anzahl der einge¬ setzten Empfangswandler reduziert werden kann.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, gemäß dem Haupt¬ anspruch zu verfahren. Zufolge dessen werden die Ultra¬ schallwellen unterschiedlich bemessenen, ihre Schallauf¬ zeit verlängernden Maßnahmen unterworfen und die Schall¬ wellen ob originär im Medium erzeugt oder reflektiert bzw. gestreut an verschiedenen Austrittsstellen aufgefangen und dann auf unterschiedlich langen Wegen nacheinander einem einzigen oder einigen wenigen Wandlern (Empfangstrans- ducern) zugeführt. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, daß es im Ultraschallbereich möglich ist, durch unterschied¬ liche, die Schallaufzeit verlängernde Wege, die den Schall¬ wellen aus den verschiedenen Richtungen aufgezwungen wer¬ den, diese zeitlich nacheinander an einen einzigen oder einigen wenigen Wandlern ankommen zu lassen.

Auf diese Weise kann die Zahl der Empfangswandler wesent¬ lich reduziert werden.

Diese Wegverlängerung der aus den einzelnen Richtungen kom¬ menden Schallwellen kann auf verschiedene Weise erfolgen. Die aus verschiedenen Richtungen kommenden Ultraschall¬ wellen können von einem Satz in unterschiedlichen Entfer¬ nungen und an unterschiedlichen Stellen gegenüber dem Me¬ dium bzw. einem Objekt, das sie aussendet, angeordneten Spiegeln derart aufgenommen werden, daß die Wellen unter¬ schiedlich lange Schallaufzeiten bis zu einem einzigen oder einigen wenigen Empfangswandlern zurückzulegen haben. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß ein Empfangswandler mit den abzustastenden Stellen des Ultraschallfeldes über Wellenleiter, in denen unterschiedliche Schallaufzeiten vorliegen, verbunden ist.

Die Vorrichtungen zur Durchführung der Anordnung von Spie¬ geln basierenden Verfahrens besteht darin, daß die Spiegel sich jeweils gegenüber den abzutastenden Stellen des Ultra¬ schallfeldes befinden und so räumlich verteilt und orien¬ tiert sind, daß die Ültraschallwellen den Empfangswandler über die Spiegel mit unterschiedlichen Schallaufzeiten be¬ aufschlagen. Bei der Verwendung von Wellenleitern werden die Ultraschallwellen an den abzutastenden Stellen über Auffangmittel in die Wellenleiter eingespeist und einem oder mehreren Empfangswandlern zwecks Auswertung zugeführt werden. Die unterschiedlichen Schallaufzeiten können ent¬ weder mit gleichen Wellenleitern unterschiedlicher Länge oder mit gleichlangen Wellenleitern mit pro Zeiteinheit unterschiedlichen Schallaufzeiten erreicht werden. Wellen¬ leiter mit unterschiedlichen Schallaufzeiten können auch

dadurch erhalten werden, daß die Ultraschallwellen zunächst in gleichlange Wellenleiter eingespeist werden, die dann nacheinander einem gemeinsamen Kanal zugeführt werden.

Es hat sich überraschend gezeigt, daß die Spiegel oder Wellenleiter in einem Flüssigkeitsmedium vorgesehen sein können. Die Wellenleiter lassen sich auch in einem festen Material anordnen.

In der Zeichnung sind Vorrichtungen schematisch gezeigt, die mit denen des erfindungsgemäßen Verfahrens durchge¬ führt werden kann. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung, bei der die Wegverlängerung mittels eines Satzes Spiegel erfolgt,

Fig. 2 die schematische Darstellung mit verschieden lang bemessenen Wellenleitern,

Fig. 3 eine Modifikation der Darstellung gemäß Fig. 2.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die Wegverlänge¬ rung von Ultraschallwellen mittels einem Satz verschieden angeordneter Spiegel. Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein Ul¬ traschallsender bezeichnet. Die von dem Sender 1 ausge¬ sandten Wellen treffen auf eine Platte 2 aus Glas, die beispielsweise auch mit einem Objekt bestückt sein kann. Von der Auflageplatte werden die von den einzelnen Punkten der Platte bzw. des Objektes kommenden Wellen auf die Spiegel 3 und 4 geleitet und von dort nacheinander auf den Empfangswandler 5 reflektiert. Die Wellen bewegen sich somit von dem Sender 1 über die Platte 2 und den Spiegel

zum Empfänger 5 und außerdem über den Spiegel 4 auch zu dem Empfänger 5. In jedem dieser Fälle ist der Weg anders.

Die Spiegel sind stets gegenüber von dem Medium oder Objekt an den abzutastenden Punkten angeordnet, also an den Punkten, an denen das Ultraschallfeld abgetastet werden soll.

In Fig. 2 ist eine Darstellung unter Verwendung von Wellen¬ leitern gezeigt. Die aus dem Medium 21, das beispielsweise eine Auflageplatte für irgendein Objekt sein kann, austre¬ tenden Ultraschallwellen eines wie auch immer gearteten Ursprungs werden in, an dem Medium 21 angeordnete Auffang- mittel 23 geleitet und damit den sich daran anschließenden Wellenleitern a bis h zuführt. Diese Wellenleiter sind unterschiedlich lang bemessen, haben also unterschiedliche Schallaufzeiten. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist a der kürzeste und h der längste Wellenleiter. Es hat sich gezeigt, daß die Wellenleiter sich bei der Ermittlung von Fingerabdrücken in ihrer Länge um vorzugsweise 1 m unter¬ scheiden sollten. Wellenleiter b ist also 1 m länger als a und c wieder 1 m länger als b und so fort. Alle Wellen¬ leiter münden in den Empfangswandler 22 ein. Der Unter¬ schied der Wellenleiter von ca. 1 m reicht bei der genann¬ ten Anwendung aus, um die von den einzelnen Richtungen kom¬ menden Wellen differenziert an den Wandler 22 zu leiten, der dann entsprechende Signale weitergibt. Auf diese Weise werden die in verschiedene Richtungen rückgesandten Wellen getrennt voneinander ausgewertet. Der Längenunterschied der einzelnen Wellenleiter ist jeweils den verschiedenen zu erfassenden Objekten anzupassen. Anstelle der Anordnung mit verschiedenen langen Wellenleitern können auch gleichlange

Wellenleiter herangezogen werden, die pro Zeiteinheit un¬ terschiedliche Schallaufzeiten besitzen. Diese unterschied¬ lichen Schallaufzeiten können durch in ihrem Querschnitt dickere Wellenleiter oder Wellenleiter aus unterschied¬ lichen Materialien erreicht werden.

•Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Fig. 2. Dabei werden die von dem Medium 31 ausgesandten Wellen über in unterschied¬ lichen Richtungen angeordneter Auffangmittel 33 gleich¬ langen Wellenleitern 36 zugeleitet. Die Wellenleiter 36 münden nacheinander in einen gemeinsamen Wellenleiter 34, der mit dem Empfangswandler 32 verbunden ist. Der Abstand zwischen den Mündungsstellen 35 der einzelnen Wellenleiter 36 ist so bemessen, daß die Signale der einzelnen Wellen¬ leiter 36 voneinander getrennt und nacheinander den Wandler 32 zwecks Weitergabe entsprechender Signale erreichen.

Die Ausführungen der Figuren 1 , 2 und 3 können in einer Flüssigkeit, z.B. Wasser angeordnet sein.

Es hat sich gezeigt, daß die Wellenleiter gemäß den Figuren 2 und 3 aus mit Flüssigkeit gefüllten Röhrchen oder einem wie auch immer gearteten Mantel oder aus einem Festkörper¬ material, wie z.B. Glas oder Metall, bestehen können.

- Patentansprüche -