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Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Erzeugung und Änderung der Impuls-Zeitselektionsbereiche in mtr aschall- Impulsger äten.
Bei zerstörungsfreien Werkstoffprüfungen mit Hilfe der Ultraschallmethoden und bei der Geschwindigkeitsund Dämpfungsmessung der Ultraschallwellen in elastischen Medien tritt oft das Problem einer solchen Untersuchung gewisser Werkstoffbereiche auf, dass das Auftreten eines Echoultraschallimpulses im gegebenen Bereich durch ein Gerät signalisiert oder in eine elektrische Grösse (z. B. in eine konstante Spannung oder einen Gleichstrom, proportional der Echoimpulsamplitude) umgeformt werden soll.
Zu diesem Zweck dient z. B. in einem Ultraschallprüfgerät das System eines sogenannten Monitors. Es ist dies eine Einrichtung, die Torimpulse synchron mit der Sendeimpuls-Wiederholfrequenz erzeugt, wobei deren Verzögerung gegenüber dem Sendeimpuls und die Torimpulsdauer in breiten Grenzen leicht regulierbar sein sollen. Der Monitortorimpuls soll auf dem Anzeigeschirm des Ultraschallprüfgerätes sichtbar sein.
Die empfangenen Ultraschall-Echoimpulse, die während der Torimpulsdauer erscheinen, und die in elektrische Impulse umgeformt wurden, gehen über das Monitortor und können dann zur Betätigung der Signalisierungseinrichtungen und auch zur Umformung in beliebige andere Grössen (z. B. zu Registrierungszwecken) ausgenutzt werden. Deswegen gibt es die Möglichkeit einer ständigen Kontrolle ausgewählter Werkstoffbereiche, ohne dass eine ständige Beobachtung des Anzeigeschirms notwendig ist.
Unter den bisherigen Lösungen zur Erzeugung des Torimpulses stellen die Schaltungen einen überwiegenden Teil dar, die aus den mit dem Sendeimpuls synchronisierten monostabilen Multivibratoren bestehen.
Einer der Multivibratoren erzeugt einen Impuls, der den gegenüber dem Sendeimpuls entsprechend verzögerten Monitor-Torimpulsanfang angibt und einen zweiten Multivibrator startet, der wieder den Torimpulsendpunkt bestimmt.
Die beiden Multivibratoren sind in einem begrenzten Bereich regulierbar. Der ganze Messbereich ist hier in Unterbereiche unterteilt, die man stufenweise auswählt, indem man entsprechende Elemente in den Multi- vibratorkreisen jedesmal zuschaltet.
Es sind auch Lösungen bekannt, bei denen der Zeitbasisanfang den Torimpuls-Anfangszeitpunkt oder den
Startmoment des ersten monostabilen Multivibrators bestimmt. Man kann schliesslich auf eine Bereichsunter- teilung überhaupt verzichten und die Multivibratorenschaltung elementemässig unverändert lassen. Es wird aber dadurch die Ablesbarkeit entschieden verschlechtert oder die Ablesung wird geradezu unmöglich, wenn die Ur- sachen für die Bildung von Echoimpulsen, die aber keine Materialfehler sind, im gegebenen Bereich unbekannt sind.
Ein Nachteil der bekannten Lösungen ist die Schwierigkeit der Erreichung eines breiten Lageänderungsbe- reiches des Monitortorimpulses auf der Zeitbasisachse und auch die Schwierigkeit der Breitenänderung dieses
Torimpulses. Der Grund dafür sind die bisher komplizierte elektrische Schaltung, die Notwendigkeit der Anwendung mehrstufiger Schalter und die Wahl der umzuschaltenden Elemente, und ausserdem die Ungenauigkeit und Unzuverlässigkeit dieser Elemente.
Ziel dieser Erfindung ist eine Schaltung zur Erzeugung und Änderung der Monitortorimpulse, die einfacher, aber auch in der Wirkung zuverlässiger ist, die eine Überdeckung des ganzen Untersuchungsbereiches (des Messbe- reiches der Einrichtung) mit dem Torimpuls ermöglicht, wobei der Torimpuls in breiten Grenzen veränderbar ist. Gemäss der Erfindung bildet diese Schaltung zwei an den Zeitbasisgeneratorausgang angeschaltete parallele
Kanäle, von denen jeder ein Regulierungsglied, ein Addierglied und einen Niveaudetektor enthält, die je in Reihe geschaltet sind, wobei eine von zwei Eingängen jedes Addiergliedes mit dem Zeitbasisgenerator verbunden ist. DieAusgänge der Niveaudetektoren beider Kanäle sind an den Eingang einer gemeinsamen Formierungsschaltung angeschaltet, deren Ausgang mit dem Monitor verbunden ist.
Jedes der Regulierungsglieder besteht aus einer Gleichspannungsquelle, zu der ein Potentiometer parallelgeschaltet ist ; in Reihe mit der Spannungsquelle und dem Potentiometer ist ein Widerstand geschaltet. Die beiden Regulierungsglieder sind miteinander so verbunden, dass der Potentiometerschieber des Regulierungsgliedes des ersten Kanals mit dem für die Spannungsquelle und dem Potentiometer des Regulierungsgliedes des zweiten Kanals gemeinsamen Verbindungspunkt verbunden ist. Ausserdem ist der Potentiometerschieber des Regulierungsgliedes des ersten Kanals mit dem zweiten von den zwei Addiergliedeingängen des ersten Kanals verbunden und der Potentiometerschieber des Regulierungsgliedes des zweiten Kanals ist mit dem zweiten von den zwei Eingängen des Addiergliedes des zweiten Kanals verbunden.
In einer Schaltungsmodifikation gemäss der Erfindung sind parallel mit den Potentiometern Zenerdioden geschaltet und es ist eine für beide Regulierungsglieder gemeinsame Gleichspannungsquelle vorhanden. Diese Spannungsquelle ist mit einem Pol an den für den Potentiometer und die Zenerdiode gemeinsamen Verbindungspunkt im ersten Kanal und mit dem zweiten Pol an die Widerstände in beiden Regulierungsgliedern geschaltet.
Ein technischer Vorteil der Schaltung gemäss der Erfindung ist vor allem die Tatsache, dass umschaltbare Elemente und die Schalter eliminiert wurden. Es ist ein Vorteil, dass die Zeitstabilität der Torimpulse in der Schaltung vom Gerätemessbereich nicht abhängig ist ; die Regulierung erfolgt durch Veränderung der Gleichspannungen, dagegen ist der Monitortorimpuls immer auf dem Oszillographenbildschirm sichtbar.
Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt, wo Fig. l das Blockschema der Schaltung zur
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Erzeugung und Änderung der Impuls-Zeitselektionsbereiche, Fig. 2 die Spannungsverläufe an den einzelnen in der Fig. l gekennzeichneten Punkten, Fig. 3 den Übersichtschaltplan der Regulierungsglieder und Fig. 4 den Übersichtschaltplan einer Modifikation der Regulierungsglieder aus Fig. 3 darstellt.
Die Schaltung zur Erzeugung und Änderung der Impuls-Zeitselektionsbereiche besteht aus zwei parallelen ! Kanälen, die an den Zeitbfasisgenerator --1-- angeschaltet sind. Der erste Kanal besteht aus Addierglied-2-, Regulierungsglied-3-und Niveaudetektor-4-, die in Serie geschaltet sind ; der zweite Kanal besteht aus Addierglied-5-, Regulierungsglied-6-, und Niveaudetektor-7-, die auch in Serie geschaltet sind. Jedes der Addierglieder --2 und 5-- hat zwei eingänge, Mit einem dieser Eingänge ist jedes der Addierglieder-2 und
5-an den Ausgang des Zeitbasisgenerators --1-- geschaltet. Die beiden Kanäle haben eine gemeinsame For- mierungsschaltung-8-, deren Eingänge mit den Ausgängen der Niveaudetektoren-4 und 7-verbunden sind.
Der Ausgang der Formierungsschaltung-8-ist mit dem Monitor verbunden.
Jedes der in der Fig. 3 dargestellten Regulierungsglieder-3 und 6-- besteht aus einer Gleichspannungs- quelle-9 bzw. 12-, an die je ein Potentiometer-10 bzw. 13-parallel angeschaltet ist ; in Reihe mit der
Spannungsquelle und dem Potentiometer ist jeweils ein Widerstand-11 bzw. 14-- geschaltet.Im Ausführungs- beispiel der Fig. 3 besteht das Regulierungsglied-3-aus der Gleichspannungsquelle-9-, dem Potentiome- ter --10-- und Widerstand --11-- und das Regulierungsglied-6-aus der Spannungsquelle-12-, dem Po- tentiometer --13-- und Widerstand --14--. Die freien Anschlüsse der Widerstände-11 und 14-liegen an demselben Potential.
Die Regulierungsglieder-3 und 6-sind miteinander so verbunden, dass der Schieber des
Potentiometers --10-- des Regulierungsgliedes --3-- mit dem für die Spannungsquelle --12-- und dem Poten- tiometer --13-- des Regulierungsgliedes --6-- gemeinsamen Punkt verbunden ist. Ausserdem ist der Schieber des Potentiometers -10- mit dem zweiten von den zweiEingängen des Addiergliedes-2-verbunden und der
Schieber des Potentiometers-13-ist mit dem zweiten von den zwei Eingängen des Addiergliedes-5-ver- bunden.
In der Ausführungsmodifikation gemäss Fig. 4 haben die Regulierungsglieder-3 und 6-eine gemeinsame Gleichspannungsquelle-15-, dagegen sind die Spannungsquellen-9 und 12-durch Zenerdioden-16-ersetzt. Die Wirkung der Schaltung ist unten beschrieben.
Der Zeitbasisgenerator erzeugt einen Spannungsimpuls mit einer linear ansteigenden Flanke. Diese Spannung wird an die X-Ablenkplatten der Oszillographenröhre und an einen von den zwei Eingängen jedes der Addierglieder-2 und 5-angelegt.
Zu den zweiten Eingängen der Addierglieder --2 und 5-- werden die Spannungen, die in den Regulierungsgliedern-3 und 6-erzeugt werden, zugeführt. Im Ergebnis bekommt man am Ausgang des Addiergliedes-8die Spannung-Uz-. dagegen bekommt man am Ausgang des Addiergliedes --5-- die Spannung --U5-- (Fig.2).
Die in Fig. 2 (mit ausgezogener Linie) dargestellten Spannungen-U und Us-betreffen den Fall, wenn die Spannung am Ausgang des Regulierungsgliedes-3-grösser als die am Ausgang des Regulierungsgliedes-6ist. Die spannung --U2-- von Addierglied --2-- wird an den Eingang des Niveaudetektors-5-angelegt, dagegen wird die Spannung-Us-vom Addierglied-5-an den Eingang des Niveaudetektors-7-angelegt.
Die Niveaudetektoren-4 und 7-funktionieren auf die Weise, dass am Ausgang eines jeden von ihnen eine Gleichspannung-U bzw. Uy-auftritt, die ihren Wert stufenweise verändert, wenn die Eingangsspannung-U bzw. Us- eine vorgegebene Schwellspannung-U p-überschreitet. Die Schwellspannung --Up--, für die die beiden Detektoren ansprechen, ist für beide gleich und sie ist in der Fig. 2 markiert.
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Anfang im Zeitpunkt-tp-der Änderung der Spannung --U4-- vom Niveaudetektor --4-- und das Ende im
Zeitpunkt-tk-der Änderung der Spannung --U7-- vom Niveaudetektor --7-- hat, Die Zeitpunktedifferenz - tp-bestimmt den Impuls-Zeitselektionsbereich der besprochenen Einrichtung ; das Spannungssignal-Ug- ist der Monitortorimpuls.
Eine Änderung des Gleichspannungswertes am Ausgang des Regulierungsgliedes-3-ruft eine Signalwert- änderung am Ausgang des Addiergliedes-Z-hervor. In der Fig. 2 ist z. B. die Spannung-U'-nach Spannungswertänderung des Regulierungsgliedes-3-markiert. Die Spannungswertänderung am Ausgang des Regu- lierungsgliedes-3-ruft, bei einer unveränderten Schieberstellung des Potentiometers-13-des Regulierungs- gliedes -6--, die identische Spannungswertänderung am Ausgang des Regulierungsgliedes --6- hervor. Infolge- dessen wird das Signal am Ausgang des Addiergliedes --5-- um den Wert verändert, der mit dem Signaländerungswert des Addiergliedes-2-identisch ist.
Diese Spannung ist in der Fig. 2 als Spannung -Us 1- markiert.
Das Ergebnis der oben besprochenen Änderungen sind die Spannungen --U4' und U7'-- an den Ausgängen der Niveaudetektoren--4 und 7-.
Eine sprunghafte Wertänderung dieser Spannungen erfolgt in den Zeitpunkten --tp' und tk'--. Am Aus- gang der Formierungsschaltung wird ein Torimpuls --U8'-- erzeugt, der den Anfang im Zeitpunkt --ìp 1- und das Ende im Zeitpunkt -tk 1- hat. Der Zeitabstand --tk' - tp'-- ist dem Zeitabstand --tk - tp-- gleich, was bedeutet, dass der Impuls-Zeitselektionsbereich der Einrichtung unverändert blieb, dagegen erfolgte eine Lage-
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änderung dieses Bereiches im Zeitbasisbereich. Eine Änderung der Ausgangsspannung des Regulierung ! gliedes-6- mittels des Potentiometers -13- ohne Änderung der Lage des Potentiometers -10- des Gliedes -3- bewirkt eine Änderung des Signalwertes am Ausgang des Addiergliedes-5- (beispielsweise) zum Wert-Us"-.
Diese Änderung übt jedoch keinen Einfluss auf den Wert der Ausgangsspannung des Regulierungsgliedes-3-aus, und es bleibt demnach der Signalwert am Ausgang des Addiergliedes -2- unverändert. DieZeitpunktedesBeginns und des Endes des Torimpulses für den Monitor sind für diesen ? all mit-tp und tk"- bezeichnet, und das Signal, das am Ausgang der Formierungsschaltung-8-auftritt und den Torimpuls für den Monitor bildet, ist in
Fig. 2 in der letzten Zeile dargestellt und mit -Us"- bezeichnet.
Der Impuls-Zeitselektionsbereich umfasst in diesem Fall das Intervall-tk"-tp-. Dies bedeutet, dass eine Erweiterung des Selektionsbereiches ohne Änderung seiner Anfangslage bezüglich der Zeitbasis erfolgte.
Wenn jedoch nachFestlegung der Lage und der Breite des Torimpulses auf der Zeitachse eine Änderung der
Steigung der Spannung des Zeitimpulsgenerators vorgenommen wird, so ändern sich die Breite und die relative
Lage des Torimpulses proportional zur vorgenommenen Steigungsänderung, ohne dass sich aber die gegenseitige
Proportion dieser beiden Merkmale des Torimpulses verändert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltung zur Erzeugung und Änderung der Impuls-Zeitselektionsbereiche in einem Ultraschall-Impuls- gerät. daseinenZeitbasisgeneratorundeineOszillographenröhreenthält, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus zwei parallel an den Zeitbasisgenerator (1) geschalteten Kanälen besteht, von denen jeder ein Regulie- rungsglied (3 bzw. 6), ein Addierglied (2 bzw. 5) und einen Niveaudetektor (4 bzw. 7) enthält, die je Kanalin
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einer gemeinsamen Formierungsschaltung (8) geschaltet sind, deren Ausgang mit dem Monitor verbunden ist.