超声波诊断数字显示器电路原理

　　临床上常需获取人体脏器或病变部位大小的准确数值。超声波诊断通常采用的方法是在阴极射线管(CRT)显示人体脏器图像的同时加入一条带有光点刻度的电子标尺。每相邻两光点间的距离代表脏器深度1cm。其缺点是测量的精确性差，且不直观。

　　超声波诊断数字显示器是以显示平面上，上下移动的光标作为测量标记，当两光标处于被测脏器边缘时，两光标之间距离即为脏器深度值，此深度值由数码管进行数字显示。

　　本电路采用三位数字显示，三位数的权分别为101、100、10-1。因此，它比模拟电子标尺精度提高一个数量级，误差在±1mm之间。

　　工作原理：

　　数字显示电路的方框图如图27-1所示。为了在阴极射线管显示平面上产生两测量光标，光标脉冲发生器须由整机的同步信号控制。两光标触发测量双稳电路，得一周期为T的测量信号。用它控制1.3μs脉冲发生器，便可得到测量周期T内宽度为1.3μs的脉冲个数。同时，1.3μs脉冲发生器又由显示周期发生器控制，以每秒50次的频率将其脉冲个数送计数显示电路，显示结果即为所测脏器深度。

 

　　图27-1

　　以一个宽度为1.3μs的脉冲相应的人体深度为1mm。这是因为超声波在人体软组织中传播1mm所需的时间为1.3μs。由计算证明：

　　t=2d/c

　　式中t为超声波在人体软组织往返传播距离d所需的时间，c为平均声速。设d=1mm，c=1540m/s(根据超声协会所定标准，超声波在人体软组织中平均声速为1540m/s)，得

　　t=2×1×10-3/1540=1.3μs

　　测量周期T内超声波传播距离L为：

　　L=T/t

　　因此测出T时间内宽度为1.3μs的脉冲个数，即为人体脏器深度(以mm为单位)。

　　光标发生器与测量双稳态电路：

　　其电原理图如图27-2所示，这儿用双稳态触发器IC1和IC2构成光标脉冲发生器。同步信号前沿触发IC1A和IC1B，得两宽度可调的脉冲。

　　延时脉冲的后沿触发IC1B和IC2B，产发两光标窄脉冲信号。此信号一方面去光标显示电路;另一方面去触发测量双稳电路，得到一个周期为T的测量信号。测量双稳电路由双D触发器IC3A(CD18)构成，调节电位器RP1和RP2可改变延时时间，即在CRT扫描光栅上移动两测量光标，同时改变了测量信号周期T。

　　1.3μs脉冲发生器与显示周期发生器：

　　其电原理图如图27-3所示。与非门IC4和IC5分别构成1.3μs脉冲发生器和显示周期发生生器。电路采用环形振荡器，其特点是易于起振、频率稳定和

　　制控方便。

　　

 

　　

 

　　图27-3

　　为了不引入测量误差，本电路测量信号T控制1.3μs脉冲发生器。当测量信号前沿到达时立即起振，后沿结束时停振，这样便减少了通常因随机信号T与计数脉冲无内在联系而引起的测量误差。为了不使显示数字紊乱，设置了显示周期发生器，它的振荡频率为50Hz，每隔20μs更换显示一次。IC5的输出信号在D触发器IC3B中与同步信号的前沿同步后，其输出一方面去触发IC6A产生计数显示信号，控制1.3μs脉冲发生器;另一方面去触发IC6B，产生一清零脉冲，在每次计数显示之前清除计数器内容。计数显示信号与测量信号T一起控制1.3μs脉冲发生器，只有当计数显示信号与测量信号T同时到来时振荡器才有脉冲输出。这样，每隔20μs计数显示器就工作一次。

　　计数显示电路：

　　这部分电路由三块二一十进制计数器C180、两块译码一驱动器CT4003与三个LED数码管BS205组成。由于超声波诊断仪所探测的人体深度范围一般不超过20cm，本电路最大显示深度为18cm，因此最高位只显示数字“1”，其余数字均不显示。本电路中，最高位数的译码驱动电路仅用了一个晶体三极管。这部分电路的工作原理和电路形式与常用计数显示电路相同，故不再重述。