DE2302647C3 - Ultraschall-Meßvorrichtung zum Ausmessen von Hindernissen und Diskontinuitäten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausmessen von Hindernissen und Diskontinuitäten, mit einem Generator /um Erzeugen wiederkehrender elektrischer Impulse, mit einem an diesen angeschlossenen elektroakustischen Wandler zum Umwandeln der elektrischen Impulse in wiederkehrende Ultraschallimpulse mit einem Frequenzspektrum, das wenigstens zwei weit voneinander entfernte Frequenzbänder umfaßt, durch einen elektroakustischen Wandler zum Empfangen der von dem Werkstück beeinflußten Ultraschallimpulse, und durch zwei an diesen angeschlossene selektive Verstärker zum Aussieben und Verstärken der weit voneinander entfernt liegenden Frequenzbänder.

Es ist bereits eine Ultraschall-Testvorrichtung bekannt, bei der ein zu untersuchendes Werkstück mit zwei verschiedenen Frequenzen beschallt wird. Dadurch soll eine genauere Bestimmung der Kontur von Fehlstellen und eine schnellere und genauere Fehlerbestimmung möglich sein als mit üblichen Prüfverfahren.

Es ist ferner bereits eine Prüfvorrichtung bekannt mit einem Differentialverstärkerund Meßinstrument.wobei drei getrennte Wand'er vorhanden sind, die zum Messen eines Ultraschallbündels mit einer oder vorzugsweise drei Frequenzkomponenten dienen. Da das reflektierte Ultraschallbündel je nach der Art des Hindernisses mehr oder weniger gestreut oder verbreitert wird, sind die an die drei Wandler gelangenden Meßsignale unterschiedlich groß.

Es ist ferner bekannt, Fehlstellen dadurch zu untersuchen, daß mittels eines Rades mechanisch angeregte Schallwellen über einen Hochpaßfilter und einen Tiefpaßfilter in /wei Frequenzbänder zerlegt werden und die Amplitudendifferen/ in beiden Frequenzbändern, die bei fehlerfreien und fehlerhaften Matenalstellen unterschiedlich ist. /ur Auswertung heranzuziehen.

Die bekannten Vorrichtungen haben den Nachteil daß sie verhältnismäßig kompliziert aufgebaut sind und nur begrenzte Informationen über die ArI und Ausdehnung einer Fehlerstelle ergeben, ίο Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine leicht lösbare Anzeige für die Ausdehnung und Beschaffenheit von Hindernissen und Diskontinuitäten ergibt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist gegeben durch einen Differentialverstärker, dessen Eingänge jeweils von den Ausgängen der selektiven Verstärker angesteuert sind und dessen Ausgang ein polaritätsgetreues Meßinstrument speist, durch eine Amplitudenstelleinrichtung zum Einstellen der Ausgangsainplituden der beiden selektiven Verstärker bei Verwendung eines Bezugshindernisses entsprechend dem Anzeigewert Nu(I des Meßinstruments und durch eine Regeleinrichtung zum Regeln der Eingangssignale der selektiven Verstärker auf einen konstanten Wert.

Vorzugsweise bildet die Regeleinrichtung eine auf einen Verstärker einwirkende Gegenkopplungsschleife, deren Regelspannung durch Vergleich mit einer Bez'/gsspannung gewonnen w ird.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Figur zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung nach der Erfindung. Die in der Figur dargestellte Schaltung umfaßt einen Taktgeber 1. der einen Impulsgenerator 2 steuert, welcher Impulse erzeugt, die zum Erregen eines elektroakustischen Wandlers 3 geeignet sind, so daß dieser akustische Impulse mit einem breiten Frequenz-Spektrum von beispielsweise 1 bis IO MHz aussendet. Weiter unten ist erläutert, wie dies erreicht wird.

Nachdem die akustischen Impulse von einem

Hindernis 0 in einem Gegenstand P reflektiert worden oder von diesem beeinflußt worden sind, gelangen die akustischen Impulse wieder an den Wandler 3, der sie in elektrische Impulse umwandelt, die an einen Verstärker 4 geleitet werden. Am Ausgang des Verstärkers 4 liegt ein elektronisches Fenster 5, welches lediglich die Nutzsignale hindurchläßt, hier vor allem die ersten Echosignale, und die Störsignale ausblendet.

Die hindurchgelassenen Nutzsignale gelangen über

Amplitudenstellglieder 6 und 7 an selektive Verstärker 8 bzw. 9. weiche lediglich zwei Frequenzbänder mit den Mittenfrequenzen F\ bzw. F2 hindurchlassen, die an den beiden Enden des Spektrums der Nutzsignale liegen.

Die Siebglieder in den selektiven Verstärkern 8 und 9 sind mit 8a, 8b bzw. 9a, 9b bezeichnet. Die Frequenz Fi ist beispielsweise 1 MHz und die Frequenz F2 = 8 MHz, wobei sich die Frequenzbänder um ±20% von der Mittenfrequenz erstrecken.

An jeden selektiven Verstärker ist ein Spitzenwerlmesser 10 bzw. 11 angeschaltet, deren Ausgänge mit den Eingängen eines Differentialverstärkers 12 verbunden sind, an den ein Galvanometer 13 angeschlossen ist. Diese Vorrichtung hat folgende Wirkungsweise. Das Echosignal hat ein Frequenzspektrum, welches von der Breite und Orientierung des Hindernisses abhängt. Es hat sich gezeigt, daß bei einem kleinen Hindernis Hip

höheren Frequenzen des Spektrums in bezug aut die niedrigen bevorzugt sind. Bei einem großen Hindernis, welches eine in bezug auf das Ultraschallbundel geneigte Flache aufweist, sind die tieferen tiequenzen bevorzugt. Es ist praktisch von großer Bedeutung, insbesondere bei der Untersuchung von mechanischen Gegenstanden, beide Arten von Fehlern genau unter scheiden zu können.

Mit der Vorrichtung läßt sich ^uf sehr einfache Weise diese Unterscheidung treffen, wenn die relativen Amplituden der beiden Signale um Ausgang d<.r selektiven Verstärker 8 und 9 etwa ourch die Amplitüdenstellglieder 6 bzw. 7 passend eingestellt werden. Diese Einstellung erfolgt mittels eines Bezugs hindernisses. beispielsweise einer großen, normal zu dem Strahlenbündel liegenden Platte, wobei die beiden Signale auf gleiche Amplitude eingestellt werden, das Galvanometer 13 also den Wert 0 anzeigt. Der Zeiger des Galvanometers wandert nach links oder rechts, je nachdem, w elches der beiden Signale übervv legt.

Es ist anzustreben, daß die Anzeige des Gakanome ters nur von dem Verhältnis der Amplituden der beiden Signale abhängt und nicht von der absoluten Höhe dieser Amplituden. Da die Amplitude des Echosignals von den Eigenschaften des Hindernisses und der Wellenausbreitung abhängt, umfaßt die Vorrichtung daher vorteilhafterweise eine Regelstrecke, um den Pegel am Ausgang des elektrischen Fensters 5 konstant zu halten.

Gemäß der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist zu dem Zweck ein Spitzenspannungsdetektor 14 an einen Differentialverstärker 15 angeschlossen, der die Amplitude am Ausgang mit einer Bezugsspanr.ung vergleicht, die von einem Potentiometer 16 abgegriffen wird.

Der Ausgang des Differcntialverstärkers 15 ist mn s einer Steuerelektrode des Verstärkers 4 verbunden. Die derart gebildete Gegenkopplungsschleife bewirkt, daß di.T Pegel des Echosignals konstant bleibt. Zum Messen der Steuerspannung für die Verstärkung des Verstärkers 4 dient ein Meßinstrument 17. Diese Spannung ist

ίο offensichtlich um so höher, je höher die Eingangsspannung des Verstärkers 4 ist. so daß sie ein Maß fur die I lohe des Echosignals vor dtm Regeln desselben isi und als Information verwendet werden kann, wie sie bei üblichen Ultraschall-Untersuchungsgeräten angewen-

ij det wird. Diese Information zeigt die Ausdehnung und Beschaffenheit des Hindernisses an und vervollständigt somit die von dem Galvanometer 13 ablesbare Information.

Wie bereits oben erwähnt, muß der elektromeehanisehe Wandler 3 so erregt werden, daß sich akustische Impulse mit einem breiten Frequenzspektrum ergeben. Dies erzieh man vorzugsweise durch Verwendung eines schwach gedämpften Wandlers mit einer Eigenfrequenz von F2, der mit elektrischen Impulsen der Frequenz Fi

2, erregt wird.

Eine Abänderung der dargestellten Schaltung besteht darin, daß für die selektiven Verstärker 8 und 9 logarithmische Verstärker verwendet werden. Die Spannung am Ausgang des Differential Verstärkers 12 hängt dann nur vom Verhältnis der Echosignale mit den beiden Frequenzen Fi und Fi ab.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   ί. Vorrichtung zum Ausmessen von Hindernissen und Diskontinuitäten, mit einem Generator zum Erzeugen wiederkehrender elektrischer Impulse, mit einem an diesen angeschlossenen elektroakustischen Wandler zum Umwandeln der elektrischen Impulse in wiederkehrende Ultraschallimpulse mit einem Frequenzspektrum, das wenigstens zwei weit voneinander entfernte Frequenzbänder umfaßt, durch einen elektroakustischen Wandler zum Empfangen der von dem Werkstück beeinflußten Ultraschallimpulse, und durch zwei an diesen angeschlossene selektive Verstärker zum Aussieben und Verstärken der weit voneinander entfernt liegenden Frequenzbänder, gekennzeichnet durch einen Differentialverstärker( 12), dessen Eingänge jeweils von den Ausgängen der selektiven Verstärker (8, 9) angesteuert sind und dessen Ausgang ein polantätsgetreues Meßinstrument (13) speist, durch eine AmpJhudensieiJeinrichrung (6, 7) zum EinsieJ/en der Ausgangsamplituden der beiden selektiven Verstärker (8, 9) bei Verwendung eines Bezugshindernisses entsprechend dem Anzeigewert Null des Meßinstrumentes (13) und durch eine Regeleinrichtung (14, 15, 16) /um Regeln der Eingangssignale der selektiven Verstarker (8,9) auf einen konstanten Wert.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung eine auf einen Verstärker (4) einwirkende Gegenkopplungsschleife bildet, deren Regelspannung durch Vergleich mit einer Bezugsspannung gewonnen wird.