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Ultraschallimpulsgerät zur Prüfung von Materialien
Die Erfindung betrifft ein Ultraschallimpulsgerät zur Prüfung von Materialien durch Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit und Dämpfung der in Materialien ausgestrahlten Ultraschallschwingungen mit einem Steuergenerator, der einen Sendeimpulsgenerator und einen Sägezahngenerator für die einmalige Ablenkung des Strahles einer Elektronenstrahlröhre steuert. Insbesondere betrifft die Erfindung Geräte zur Bestimmung der Festigkeit und der elastischen Eigenschaften von Baustoffen und Bauteilen (Beton, Ziegelstein, glasfaserverstärkte Plaste, Stahlbetonbauteile sowie Bauteile aus andern Materialien).
Es sind Materialprüfeinrichtungen mit auf der Messung von Ultraschallgeschwindigkeit und Ultraschalldämpfung in den Materialien beruhender Wirkungsweise bekannt, bei denen die von den Ultraschallimpulsen zum Durchlaufen des Materials benötigte Zeit mittels eines elektronisch erzeugten Zeitmassstabes mit auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre abgebildeten Messmarken gemessen wird. Bei solchen Einrichtungen ist keine unmittelbare Verbindung zwischen Messmarken-und Steuergenerator vorhanden, weshalb das Zeitintervall zwischen der Abbildung eines abgestrahlten Sendeimpulses und dem Abbildungsanfang eines Empfangssignals mit Hilfe von auf dem Bildschirm der Elektronenstrahlröhre sichtbaren Zeitmarken gemessen wird.
Dies bringt Fehler und eine unzureichende Schnelligkeit der Zeitablesung mit sich, was insbesondere für den Fall der Laufzeitmessungen bei einer grösseren Materialdicke zutrifft.
Mit diesen Einrichtungen ist ausserdem die Messung solcher akustischer Kenngrössen wie Nachhalldauer des Signals, Periodendauer der hinlaufenden Welle u. a. schwer durchführbar.
Es sind auch für den angegebenen Zweck verwendbare Ultraschalleinrichtungen bekannt, bei denen die Zeitintervalle an einer geeichten Skala abgelesen werden, wozu die Abbildung eines speziell zu Ablesungszwecken dienenden Hilfsimpulses benutzt wird, indem man die Impulsabbildung auf dem Bildschirm einer Elektronenstrahlröhre verschiebt, bis diese Abbildung sich mit derjenigen des ersten von den empfangenen Signalen genau deckt.
Der Nachteil eines Gerätes dieser Art besteht in einer niedrigen Genauigkeit der Zeitmessung (2 bis 3%), was darauf zurückzuführen ist, dass bei derartigen Geräten keine Möglichkeit der Eichung und Eichkontrolle der Zeitmessskala vorhanden ist.
Ein weiterer allen vorstehend erwähnten Geräten eigener Nachteil besteht darin, dass bei den Geräten eine durch den Messkanal bedingte Zeitverzögerungskorrektur in den Messergebnissen mitberücksichtigt werden muss (Nullpunkteinstellung).
Das Ziel der Erfindung ist gemäss dem obengesagten die Schaffung eines Ultraschallimpulsgcrätes
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zur Materialprüfung, das eine Möglichkeit der schnellen Zeitintervallablesung an einer geeichten Skala mit einer hohen Genauigkeit, die durch Anwendung eines quarzkontrollierten elektronischen Zeitmassstabes und einer Kompensation der Zeitverzögerung im Messkanal erreichbar ist, vereinigt.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Gerätes mit einem effektvollen und bequemen Messsystem zur Messung der Durchlaufzeit für eine beliebige Signalphase (oder der Zeitintervalle zwischen verschiedenen Phasen), wodurch die Nachhalldauer des Signals im Material und die Periodendauer der hinlaufenden Grundwelle sich messen lassen (dies sind Parameter, die eine zusätzliche Information über die Festigkeitswerte des Materials tragen).
Zur Erreichung der genannten Ziele wurde die Aufgabe gestellt, ein Ultraschallimpulsgerät mit einer Zeitintervallmesseinrichtung zu entwickeln, die eine Eichung und Kontrolle der Einstellungsgenauigkeit der Zeitmessskala sowie eine Nullpunkteinstellung ermöglicht.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in das erfindungsgemäss entwickelte Gerät zwischen den Steuergenerator und den Sägezahngenerator eine Laufzeitkette zur Verzögerung der Auslösung des Sägezahngenerators für die einmalige Ablenkung in Form einer Reihenschaltung aus zwei auf Impulsdauer geeichten, stufenweise sowie stufenlos abstimmbaren Rechteckimpulsformern eingebaut ist, deren Ausgang an den Sägezahngenerator für die einmalige Ablenkung und eine Koinzidenzschaltung angeschlossen ist, während der Eingang an den Steuergenerator geschaltet ist, an dessen Eingang eine Eicheinrichtung für die Eichung der Rechteckimpulsdauer über einen Schalter angeschlossen ist, und dass der Steuergenerator den Sendeimpulsgenerator über ein regelbares Kompensations-Laufzeitglied auslöst.
Die Eicheinrichtung kann als Quarzimpulsgenerator ausgeführt sein, der an die Vertikalablenkplatten einer Elektronenstrahlröhre und an den Eingang des Steuergenerators angeschlossen wird.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles und einer dazugehörigen Zeichnung, in der das Blockschaltbild eines erfindungsgemässen Ultraschallimpulsgerätes gezeigt ist, näher erläutert.
Die Einrichtung enthält einen Steuergenerators mit dessen Impulsen der Sendeimpulsgenerator --3-- über das regelbare Kompensations-Laufzeitglied-2-ausgelöst wird. Die vom Generator--3--erzeugten Impulse gelangen zum strahlenden piezoelektrischen Wandler
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ausgebildeter Ausgang mit der Signallampe --12-- versehen ist.
Die am Ausgang des Steuergenerators - l-abgenommenen Impulse, weitergeleitet über eine Reihenschaltung aus den stufenweise sowie
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Beim Schliessen der Kontakte-17 und 18--, sowie-19 und 20-des Umschalters - -21-- (was der Betriebsart "Eichen" des Gerätes entspricht) erzeugt die Eicheinrichtung--22-
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Beim Schliessen der Kontakte-17 und 23-sowie-19 und 24-des Umschalters--21- (was der Betriebsart "Messen" des Gerätes entspricht) wird die vom Netzteil-25-gelieferte
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wird.
Bei der Stellung des Schalters --21--, die der Betriebsart "Messen" des Gerätes entspricht
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Rechteckimpulsformer-13 und 14--benutzt werden. Diese Impulsformer sind in Reihe u. zw. derart geschaltet, dass der Impulsformer --14-- durch Impulse ausgelöst wird, die der Hinterflanke der vom Impulsformer --13-- erzeugten Impulse entsprechen. Infolgedessen wird die Hinterflanke der vom Impulsformer-14--kommenden Impulse gegenüber den vom Steuergenerator-l- erzeugten um eine Zeit verzögert, die der Gesamtdauer eines vom Impulsformer --13-- und eines vom Impulsformer --14-- erzeugten Impulses gleich ist.
Durch Impulse, die der Hinterflanke der vom Generator --14-- erzeugten Impulse entsprechen,
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gesetzt.
Steuerorgane der Impulsformer-13 und 14--weisen geeichte Skalen mit Anzeigern für die gemessene Zeit auf.
Die vom Impulsformer --14-- erzeugten Rechteckimpulse werden auf die Koinzidenzschaltung - gegeben, durch die ein Vergleich zwischen der durch die Impulsformer-13 und 14-vorgegebenen Gesamtdauer der Verzögerung der Auslösung des Sägezahngenerators-15--für die einmalige Ablenkung und der Durchlaufzeit des empfangenen Sendesignals zustandekommt.
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generators--3--, an dessen Ausgang der strahlende piezoelektrische Wandler--4--liegt, nachdem sie das regelbare Kompensations-Laufzeitglied-2-zur Nullpunkteinstellung auf den Zeitmessskalen der Impulsformer-13 und 14--durchlaufen haben.
Die Nullpunkteinstellung ist durchgeführt, wenn die Verzögerungszeit des Gliedes--2--der Zeitdifferenz zwischen der Anfangsverzögerung der Auslösung des Generators--15--für die einmalige Ablenkung bei Nulleinstellung auf den Messskalen der Impulsformer-13 und 14-und der
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Dabei soll die Abbildung des ersten empfangenen Signals sich im Nullpunkt der auf dem Bildschirm der Elektronenstrahlröhre--9--sichtbaren Zeitbasis befinden.
Nach Durchlauf des zu untersuchenden Materials --5-- werden die Ultraschallschwingungen vom piezoelektrischen Wandler--6--empfangen, in elektrische Schwingungen umgewandelt und zu dem Verstärker --7-- weitergeleitet, der an seinem Eingang ein geeichtes Dämpfungsglied (nicht dargestellt) aufweist.
Das am Ausgang des Verstärkers-7-auftretende Signal gelangt zu der Vertikalablenkplatte - 8-- der Elektronenstrahlröhre --9-- und über den Detektor --10-- zur Koinzidenzschaltung --11--
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bei den Generatoren--13 und 14--vorgesehenen Skalen für die stufenweise und stufenlose Zeitablesung diese Impulse ebenfalls auf die Vertikalablenkplatten --8-- der Elektronenstrahlröhre --9-- gegeben werden. Bei der Eichung oder der Überprüfung der Einstellgenauigkeit der Skalen für die stufenweise und stufenlose Zeitablesung wird die Abbildung einer vom Quarzgenerator erzeugten Marke, die dem auf den Ableseskalen eingestellten Zeitwert entspricht, auf den Anfang der auf dem Bildschirm der Elektronenstrahlröhre-9--sichtbaren Zeitbasis geschoben.
Das Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Ultraschallschwingungen ins Material eingestrahlt wurden, und einer beliebigen Phase des das Material durchlaufenen Signals wird dadurch gemessen, dass man die Abbildung der gewählten Signalphase auf dem Bildschirm verschiebt, bis diese sich mit dem als Nullpunkt anzusehenden Anfang der Zeitbasis genau deckt. Dies wird erreicht durch Abstimmung der Impulsformer--13 und 14--, d. h. durch stufenweise Änderung der Dauer der vom Impulsformer --13-- erzeugten Impulse, was für den Fall grösserer Verstellungsbereiche vorgenommen wird, oder durch stufenlose Änderung der Impulsdauer unter Ablesung der Zeit an der Skala des Generators--14--, wenn es gilt, innerhalb einer Änderungsstufe des impulsformer - -13-- einzustellen.
Die Messung der Zeitdifferenz zwischen zwei Phasen des empfangenen Signals (beispielsweise die Messung der Periodendauer der Grundschwingung) erfolgt durch stossfreies Verschieben der Abbildung dieser Signalphasen auf den Anfang der Zeitbasis, durch Ablesen von entsprechenden Anzeigen an der Skala und durch Bestimmen der Differenz zwischen zwei angezeigten Werten.
Die Nachhalldauer des Signals im Material wird dadurch ermittelt, dass die erste Anzeige bei der Einstellung des Signals auf den Anfang der Zeitbasis abgelesen wird, und die zweite Ablesung im Moment stattfindet, wo das Signal praktisch verschwunden ist (indem man die ganze Abbildung des Signals über die Zeitbasis hinaus verschiebt).
Die Erfassung einer relativen Änderung des Signalpegels, die das Signal nach Durchlauf des Materials aufweist, erfolgt mit Hilfe des geeichten Dämpfungsgliedes, das im Eingang des Verstärkers angeordnet ist.