AT219307B - Impulsgenerator - Google Patents

Impulsgenerator

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AT219307B
AT219307B AT775557A AT775557A AT219307B AT 219307 B AT219307 B AT 219307B AT 775557 A AT775557 A AT 775557A AT 775557 A AT775557 A AT 775557A AT 219307 B AT219307 B AT 219307B
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AT
Austria
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pulse
pulse generator
pulses
ultrasonic transducer
transistor
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Application number
AT775557A
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English (en)
Inventor
Otto Ing Wanjek
Original Assignee
Otto Ing Wanjek
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Publication date
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Description


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  Impulsgenerator 
Die Erfindung bezieht sich auf einen Impulsgenerator zur Erzeugung eines Impulszuges in einer Einrichtung zur Ultraschall-Werkstoffprüfung nach dem Impuls-Echo-Verfahren. 



   Das Impuls-Echo-Verfahren wird in der Werkstoffprüfung zu Messung von Schallgeschwindigkeiten,
Reflexionen und Absorptionen zwecks Ortung von Fehlern in dem zu untersuchenden Werkstück angewen- det. 



   Dabei werden von einem Impulsgeber kurze Impulse von etwa 0,5 bis 1 sec Impulsdauer und einer   Impulsfolgefrequenz von 20 bis 2000 Hz erzeugt, welche   zur Steuerung einer Schaltstufe verwendet werden, in der Stossimpulse zum Anstossen eines Ultraschallwandlers (z.   B.   eines Ultraschallquarzes, Bariumtitanatschwingers od. dgl.) hergestellt werden. Die Stossimpulse stimmen in ihrer Impulsfolgefrequenz mit derjenigen der Steuerimpulse des Impulsgebers überein, im übrigen weisen aber die Stossimpulse veränderte
Amplitude (Leistung) und gegebenenfalls auch veränderte (zeitliche) Breite auf. Amplitude bzw. Leistung der Stossimpulse sind im Hinblick auf den Ultraschallwandler und dessen Aufgabe gewählt. 



   Der auf diese Weise gespeiste Ultraschallwandler strahlt in der zeitlichen Folge der Stossimpulse Ultraschallstösse aus. Mit diesen Ultraschallstössen werden die zu untersuchenden Körper beschallt. Bei Materialfehlern treten Reflexionen auf, die vom Ultraschallwandler empfangen und in elektrische Schwingungen zurückverwandelt werden. Über einen Verstärker werden diese als vertikale Anzeige auf einer Braunschen Röhre sichtbar gemacht. 



   Um von jedem Echo eine Anzeige auf der Braunschen Röhre zu erhalten, wird deren horizontale Ablenkung vom Impulsgeber gerade dann gesteuert, wenn auch ein Sendeimpuls ausgelöst wird. Die Steuerimpulse, welche vom Impulsgeber ausgehen, haben also ausser der oben beschriebenen Funktion noch die Aufgabe, die Braunsche Röhre horizontal zu steuern. Dafür sind leistungsmässig andere Anforderungen gestellt als   für das Anstossendes Ultraschallwandlers, worauf   sich die Notwendigkeit der Schaltstufe zwischen Impulsgeber und Ultraschallwandler ergibt. 



   Diese Schaltstufe (Impulsgenerator) besteht gemäss der Erfindung aus einem Transistor als Verstärkerelement für angespeiste Impulse und einer zur Verstärkerstrecke des Transistors in Serie geschalteten Primärwicklung eines Transformators zur Speisung des Ultraschallwandlers. 



   Es ist zwar an sich bekannt, Halbleiter bzw. Transistoren als Schaltglieder zur trägheitslosen Steuerung von Impulsen heranzuziehen. Es kommt jedoch bei aer Erfindung nicht allein auf die Verwendung von Transistoren an, sondern auch auf deren spezielle Schaltung. 



   Der erfindungsgemässe Impulsgenerator erzeugt sehr kurze Impulszüge mit starker Dämpfung. Das ist nun für das Impuls-Echo-Verfahren in der Werkstoffprüfung sehr wichtig. Man braucht für eine exakte Anzeige sehr scharf begrenzte Impulse, da sonst Streureflexionen auftreten, die die Hauptreflexion stören und eine genaue Bestimmung der Laufzeit und damit eine Lokalisierung der aufzusuchenden Fehlerstellen verhindern. Diesem Erfordernis kommt der erfindungsgemässe Impulsgenerator auf ideale Weise entgegen, vor allem durch geeignete Wahl der Schaltung selbst, die die Ausbildung eines eigentlichen Schwingkreises verhindert, indem jede ansetzende Schwingung sofort nach Aufhören des Primärimpulses (Eingangsimpulses) unterbrochen wird, dadurch, dass das eigentliche Schaltelement den Stromfluss unterbricht. 



   Die Wahl von Transistoren als eigentliche Schaltelemente hat noch einen weiteren wesentlichen Einfluss auf die stase Dämpfung. Da diese Transistoren sehr niederohmig sind, wird ein niederohmiger Kurzschluss der elektrischen Energie, die der Ultraschallwandler nach Aufhören des Stosses durch den Impulsgenerator in diesem erzeugt, bewirkt, wodurch zusätzlich zur mechanischen Dämpfung des Ultraschallwandlers auch noch eine elektrische Dämpfung auftritt. Die Dämpfung des Ultraschallwandlers ist aber genau 

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 so wichtig, wie die Dämpfung des Impulses, welcher dem Ultraschallwandler aufgeprägt wird. Ein lange nachschwingender Ultraschallwandler würde einen extrem kurzen Stromimpuls Illusorisch machen. 



   Der   erfindungsgemässe   Impulsgenerator bietet ferner die Möglichkeit,   einBatteriegerätfür   die Ultra- schall-Werkstoffprüfung zu schaffen, da. Transistoren als Schaltelemente verwendet sind. Dies ist deshalb von Vorteil, da Einrichtungen zur Ultraschall-Werkstoffprüfung vielfach an verschiedenen Stellen zum
Einsatz kommen müssen. Sie sollen daher leicht transportabel sein. Oftmals ist auch an der Einsatzstelle kein Netzanschluss vorhanden. 



   In der Zeichnung sind in den Fig.   l - 4   die Schaltskizzen von einigen Ausführungsbeispielen - auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist-gezeigt. Als eigentliches Schaltelement ist bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ein PNP-Transistor verwendet. 



   Beim Impulsgenerator gemäss Fig.   l   fliesst ein konstanter Strom durch die Induktionsspule 1 (Primär- wicklung eines Transformators zur Speisung eines Ultraschallwandlers). Der Transistor 2 ist durch eine po- sitive Spannung an der Basis gegenüber dem Emitter gesperrt, u. zw. in den Zeitintervallen zwischen den bei 3 angespeisten negativen Impulsen. Bei Tastung durch diese negativen Impulse wird die Induktions- spule 1 über den Transistor 2 plötzlich kurzgeschlossen und das magnetische Feld der Induktionsspule bricht zusammen. Die entstehende Spannungs- bzw. Stromspitze stösst den durch die Induktionsspule 4 angekoppelten Schwingkreis mit dem Ultraschallwandler an. Die Wahl der Widerstände 5,6 hängt von den Spannungswerten der Stromquellen 7,8 und von den Betriebswerten des Transistors ab.

   Die Stromquellen 7,8 können Batterien sein, aber natürlich auch Quellen anderweitig hergestellter Gleichspannungen (Netzanschluss mit Gleichrichter). 



   Beim Impulsgenerator nach Fig. 2, bei dem die Spule   1,   der Transistor 2 und die Stromquelle 7 in Serie geschaltet sind, fliesst in den Intervallen zwischen den bei 3 angespeisten Impulsen durch die Spule 1 kein Strom, da der Transistor den Stromkreis durch eine positive Spannung an det Basis sperrt. Durch die negativen Impulse wird der Transistor kurzzeitig geöffnet und die Induktionsspule 1 wird von einem grossen Strom durchflossen. Der dadurch entstehende Stossimpuls stösst wiederum den durch die Induktionsspule 4 angekoppelten Schwingkreis (Ultraschallwandler) an. 



   Bei dem in Fig. 3 dargestellten   Impulsgenerator lädt sich   in den Intervallen zwischen den bei 3 angespeisten Impulsen der Kondensator 9 auf die Spannung (EMK) der Stromquelle 7 über den Widerstand auf. 



  Durch die negativen Impulse, welche wiederum an die Basis des Transistors 2 gelangen, wird dieser ge- öffnet und der Kondensator 9 entlädt sich über den Transistor 2. Dadurch wird in der Induktionsspule 1 ein elektromagnetisches Feld aufgebaut. Die   Spannungs- bzw.   Stromspitze wird durch die Induktionsspule 4 auf einen Schwingkreis als Stossimpuls übertragen. 



   Eine Abwandlung   des Ausführungsbeispieles gemäss Fig. 1   zeigt die Fig. 4. Das im wesentlichen aus den Elementen Induktionsspule 1, Transistor 2 und Stromquelle 7 bestehende Schaltglied stösst nicht direkt über die Induktionsspule 1   den Schwingkreis an, sondern zunächsteine Zwischenstufe, die durch eine Induktivität   10 angekoppelt ist. In der Zwischenstufe liegt in Serie zur Induktivität 10 eine weitere Induktionsspule 11 und eine Funkenstrecke 12.. Beim Zusammenbruch des magnetischen Feldes in der Induktionsspule 1, also bei Tastung des Transistors 2 durch die bei 3 angespeisten Impulse baut sich an der Funkenstrecke 12 eine Spannung auf.

   Sobald die Zündspannung der Funkenstrecke 12 erreicht ist, entsteht eine Stromspitze in der Spule   11, wodurch ein   Stossimpuls auf den Schwingkreis (Ultraschallwandler) über die   Induktivität 4übertragen wird.   Der Vorteil der Zwischenstufe liegt   darin, dass   die Breite des auf den Ultraschallwandler zu übertragenden Stossimpulses nun-   mehrunabhSngigvonderBreitedesangespeistenImpulsesist.   Für die Breite des Stossimpulses sind nur noch die Beschaffenheit der Funkenstrecke, sowie die beiden Induktivitäten 4 und 11 verantwortlich. 



   Gemeinsam ist den beschriebenen   Ausführungsbeispielen   die Verwendung von PNP-Transistoren. Dies ist jedoch keineswegs zwingend. So lassen sich auch beliebige andere Transistoren, beispielsweise NPNTransistoren anwenden. In diesem Fall müssen lediglich die Spannungen umgepolt werden. 



   Gemeinsam ist ferner den dargestellten Ausführungsbeispielen die Verwendung das Transistors in der Grundschaltung mit geerdetem Emitter. Dies ist jedoch ebenfalls nicht zwingend. Auch die andern Grund-   schaltungen (geerdeter   Kollektor, geerdete Basis) sind denkbar. 



   Ein weiteres Merkmal aller   Ausfuhrungsbeipiele   ist, dass der Transistor in den Intervallen zwischen den Steuerimpulsen gesperrt ist. Nicht notwendig ist jedoch die Sperrung durch eine positive Spannung. Bei Verwendung von NPN-Transistoren beispielsweise erfolgt die Sperrung durch eine negative Spannung. Nicht notwendig ist ferner in diesem Zusammenhang die Sperrung an der Basis des Transistors. Dies hängt von der Wahl der verwendeten Grundschaltung ab. Wird beispielsweise die Grundschaltung mit geerdeter Basis gewählt, dann erfolgt die Sperrung am Emitter.

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  1. EMI3.1
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