DE102018216612A1 - Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Prüfobjektes - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Prüfobjektes (100) vorgeschlagen, dass wenigstens die folgenden Schritte umfasst:- Erzeugen eines Ultraschallsignals mit einer festgelegten Trägerfrequenz;- Modulieren des erzeugten Ultraschallsignals mittels eines Modulationssignals (42), wobei das Modulationssignal (42) auf wenigstens einer Zufallszahlensequenz basiert;- Einschallen des modulierten Ultraschallsignals in das Prüfobjekt (100);- Erfassen wenigstens eines Teils des eingeschallten Ultraschallsignals;- Demodulieren des erfassten Ultraschallsignals (42); und- Ermitteln der Kreuzkorrelation zwischen dem demodulierten Ultraschallsignal und einem weiteren Modulationssignal. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Ultraschallprüfung eines Schienenabschnittes (100) sowie eine Vorrichtung zur Ultraschallprüfung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Prüfobjektes, das heißt eine Prüfung des Prüfobjektes mittels Ultraschall. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Ultraschallprüfung eines Schienenabschnittes sowie eine Vorrichtung zur Ultraschallprüfung.
  • Ultraschall wird insbesondere zur Prüfung von Schienenabschnitten verwendet. Hierbei werden typischerweise ein Ultraschallsender und ein Ultraschallempfänger verwendet, wobei das mittels des Ultraschallsenders in den Schienenabschnitt eingeschallte Ultraschallsignal vom Schienenabschnitt geführt wird. Mit anderen Worten bildet sich eine geführte Welle (englisch: Guided Wave) aus. Der Ultraschallempfänger erfasst wenigstens einen Teil des eingeschallten und vom Schienenabschnitt geführten Ultraschallsignals. Aufgrund der Amplitude oder Intensität des erfassten Ultraschallsignals kann grundsätzlich der Zustand des Schienenabschnittes, beispielsweise ob dieser Defekte, Fehlstellen und/oder Brüche aufweist, ermittelt werden.
  • Nachteilig hieran ist, dass es aufgrund des Abstandes zwischen dem Ultraschallsender und dem Ultraschallempfänger zu einer deutlichen Verringerung der Amplitude beziehungsweise Intensität kommt. Dadurch sind für lange Prüfstrecken, die typischerweise bei der Prüfung von Schienenabschnitten vorliegen, hohe initiale Amplituden sowie empfindliche Ultraschallempfänger erforderlich.
  • Gemäß des Standes der Technik werden gepulste oder modulierte Ultraschallsignale zur Vergrößerung des Signal-Rauschverhältnisses für lange Prüfstrecken verwendet. Beispielsweise werden Lock-In-Verfahren verwendet. Allerdings sind bei einer Ultraschallprüfung von Schienenabschnitten neben der Dämpfung des Ultraschallsignals ebenfalls Interferenzen zu berücksichtigen, beispielsweise durch Wechselrichter, die eine zum Ultraschallsignal vergleichbare Frequenz aufweisen. Weiterhin ist die Alterung der Ultraschallsender sowie Ultraschallempfänger, die Umgebungsbedingungen, beispielsweise die Umgebungstemperatur, und weitere Störquellen, die das Ultraschallsignal stören und somit beeinflussen, zu berücksichtigen. Die genannten Interferenzen sowie die weiteren Störquellen reduzieren das Signal-Rauschverhältnis selbst bei Verwendung von gepulsten Ultraschallsignalen oder Lock-In-Verfahren.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Signal-Rauschverhältnis bei einer Ultraschallprüfung eines Prüfobjektes zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 8 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 11 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Prüfobjektes umfasst wenigstens die folgenden Schritte:
    • - Erzeugen eines Ultraschallsignals mit einer festgelegten Trägerfrequenz;
    • - Modulieren des erzeugten Ultraschallsignals mittels eines Modulationssignals, wobei das Modulationssignal auf wenigstens einer Zufallszahlensequenz basiert;
    • - Einschallen des modulierten Ultraschallsignals in das Prüfobjekt;
    • - Erfassen wenigstens eines Teils des eingeschallten Ultraschallsignals;
    • - Demodulieren des erfassten Ultraschallsignals; und
    • - Ermitteln der Kreuzkorrelation zwischen dem demodulierten Ultraschallsignal und einem weiteren Modulationssignal.
  • Erfindungsgemäß wird zunächst das Ultraschallsignal mit einer festgelegten Trägerfrequenz erzeugt. Mit anderen Worten weist das erzeugte Ultraschallsignal die Trägerfrequenz auf. Das erzeugte Ultraschallsignal wird ebenfalls als Träger bezeichnet. Anschließend wird das mit der festgelegten Trägerfrequenz erzeugte Ultraschallsignal, das heißt der senderseitige Träger, moduliert. Hierbei ist das aufmodulierte Signal das Modulationssignal. Dadurch bilden sich vorteilhafterweise Seitenbänder aus. Mit anderen Worten wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur im Wesentlichen eine Frequenz, die Trägerfrequenz, verwendet, sondern eine Mehrzahl von Frequenzen.
  • Erfindungsgemäß basiert das Modulationssignal auf der Zufallszahlensequenz. Insbesondere erfolgt eine Phasenmodulation, wobei gemäß der Zufallszahlensequenz zwischen zwei festgelegten Phasenwerten, beispielsweise 0 Grad und 180 Grad, gewechselt wird. Hierbei entspricht das Modulationssignal dem zeitlichen Verlauf des Wechsels zwischen den zwei festgelegten Phasenwerten. Mit anderen Worten basiert die Modulation ebenfalls auf der Zufallszahlensequenz. Vorteilhafterweise ermöglicht es die Zufallszahlensequenz, dass das modulierte Ultraschallsignal nach seiner Modulation im Wesentlichen alle Frequenzen bis zur Nyquist-Frequenz umfasst. Mit anderen Worten werden die Seitenbänder bis zur Nyquist-Frequenz annähernd vollständig gefüllt. Es wird somit ein quasi kontinuierliches Seitenbandspektrum erzeugt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das modulierte Ultraschallsignal in das Prüfobjekt eingeschallt. Weiterhin wird das modulierte und eingeschallte Ultraschallsignal, typischerweise an einer vom Einschallort verschiedenen Stelle des Prüfobjektes, wenigstens teilweise erfasst.
  • Erfindungsgemäß wird das erfasste Ultraschallsignal nach seiner Erfassung demoduliert, wobei hierzu typischerweise wiederum ein weiteres Ultraschallsignal mit der Trägerfrequenz (empfangsseitiger Träger) sowie ein Tiefpassfilter verwendet werden. Mit anderen Worten wird das erfasste Ultraschallsignal mit dem empfängerseitigen Träger multipliziert, und anschließend tiefpassgefiltert. Der zur Demodulation vorgesehene empfangsseitige Träger kann neu erzeugt werden und stellt eine Kopie des ursprünglichen senderseitigen Trägers dar. Durch die Tiefpassfilterung werden die hohen Frequenzanteile, das heißt der Träger, herausgefiltert und somit das demodulierte Signal, das im Idealfall dem Modulationssignal entspricht, ermittelt. Das demodulierte Ultraschallsignal entspricht somit dem erfassten beziehungsweise gemessenen Modulationssignal.
  • Erfindungsgemäß wird zwischen dem demodulierten Ultraschallsignal und dem weiteren Modulationssignal (empfangsseitiges Modulationssignal), das im Wesentlichen dem ursprünglichen senderseitigen bekannten Modulationssignal entspricht, die Kreuzkorrelation ermittelt. Hierbei ist das weitere Modulationssignal typischerweise ein neu erzeugtes Modulationssignal, das dem ursprünglich erzeugten Modulationssignal entspricht. Mit anderen Worten ist das weitere Modulationssignal eine Kopie des ursprünglich erzeugten Modulationssignals. Durch die Ermittlung der Kreuzkorrelation wird ein vorteilhaftes Signal mit einem hohen Signal-Rauschverhältnis bereitgestellt, an welchem Defekte, Fehlstellen und/oder Brüche des Prüfobjektes besonders vorteilhaft erkennbar sind. Typischerweise ermöglicht hierbei der Maximalwert (Peak) der Kreuzkorrelation das Erkennen von Defekten, Fehlstellen und/oder Brüchen.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Kreuzkorrelation beziehungsweise ihr Maximalwert selbst bei stark verrauschten erfassten Ultraschallsignalen gut erkennbar und ermittelbar ist. Weiterhin kann das Signal-Rauschverhältnis, und somit das Hervortreten des Maximalwertes der Kreuzkorrelation aus dem Hintergrund (Rauschen) durch ein Verlängern der Zufallszahlensequenz verbessert werden. Insbesondere wird hierdurch vorteilhafterweise die Zeitauflösung nicht verschlechtert.
  • Die erfindungsgemäße Ultraschallprüfung eines Schienenabschnittes ist dadurch gekennzeichnet, dass hierzu ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung oder einer ihrer Ausgestaltung verwendet wird.
  • Es ergeben sich zum erfindungsgemäßen Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Prüfobjektes gleichartige und gleichwertige Vorteile.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ultraschallprüfung eines Prüfobjektes umfasst einen Ultraschallsender und einen Ultraschallempfänger. Erfindungsgemäß umfasst der Ultraschallsender einen Zufallszahlengenerator zur Erzeugung einer Zufallszahlensequenz, wobei die Zufallszahlensequenz zur Modulation eines durch den Ultraschallsender erzeugten Ultraschallsignals vorgesehen ist. Hierbei ist der Ultraschallempfänger zur Demodulation des mittels des Ultraschallsenders modulierten Ultraschallsignals ausgebildet.
  • Es ergeben sich zum erfindungsgemäßen Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Prüfobjektes gleichartige und gleichwertige Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Zufallszahlensequenz mittels eines binären Zufallszahlengenerators, insbesondere mittels eines Pseudozufallszahlengenerators, erzeugt.
  • Dadurch kann die Zufallszahlensequenz besonders effizient im Wesentlichen mit beliebiger Länge generiert beziehungsweise erzeugt werden. Weiterhin ist die derart generierte Zufallszahlensequenz ausreichend zufällig, sodass im Wesentlichen bis zur Nyquist-Frequenz ein quasi-kontinuierliches Seitenbandspektrum vorliegt.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird als Zufallszahlensequenz eine Folge von Binärzahlen mit 104 bis 105 Stellen verwendet.
  • Dadurch wird vorteilhafterweise das Signal-Rauschverhältnis weiter verbessert. Insbesondere verbessert sich das Signal-Rauschverhältnis proportional zu N1/2, wobei N die Anzahl der Stellen der Zufallszahlensequenz bezeichnet.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als Zufallszahlensequenz eine Maximalfolge verwendet.
  • Mit anderen Worten wird eine M-Sequenz (englisch: Maximum Length Sequence; kurz MLS oder M-Sequenz) verwendet. Insbesondere ist eine M-Sequenz reproduzierbar, sodass diese zur Erzeugung des weiteren Modulationssignals, das heißt zur Erzeugung des empfängerseitigen Modulationssignals, herangezogen werden kann.
  • Mit anderen Worten ist der Zufallszahlengenerator, beispielsweise mittels eines linearen Rückkopplungsschieberegisters, reproduzierbar. Ein solcher reproduzierbarer Zufallszahlengenerator arbeitet mittels eines Verschiebungsregisters. Das Bitmuster des Verschiebungsregisters und ein feststehendes Rückkopplungsmuster sind logisch UND verbunden. Zur Festlegung eines neuen Bits werden alle Bits mittels XOR verknüpft und in das Verschiebungsregister geschoben. Das hierbei aus dem Verschiebungsregister herausverschobene Bit wird in der Zufallszahlensequenz platziert. Mit einem geeigneten Rückkopplungsmuster ist die maximale Länge der Zufallszahlensequenz 2N-1 (M-Sequenz). Beim Verwenden des gleichen Rückkopplungsmusters und der gleichen Länge des Verschiebungsregisters kann die Zufallszahlensequenz wiederholbar, beispielsweise im Ultraschallsender und Ultraschallempfänger, generiert beziehungsweise reproduziert werden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Modulieren mittels einer Quadraturamplitudenmodulation, insbesondere mittels einer Amplitudenmodulation oder Phasenmodulation.
  • Besonders bevorzugt ist die Phasenmodulation, da hierbei die Amplitude des modulierten Ultraschallsignals annähernd konstant ist. Dadurch wird vorteilhafterweise das Signal-Rauschverhältnis verbessert. Wird eine Phasenmodulation auf der Seite des Ultraschallsenders verwendet, so kann sich aufgrund der Laufzeit des eingeschalten Ultraschallsignals vom Ultraschallsender zum Ultraschallempfänger zwischen dem senderseitigen modulierten Ultraschallsignal und dem empfängerseiteigen zur Demodulation neu erzeugten Träger (Kopie des Ultraschallsignals mit der Trägerfrequenz) eine Phasenverschiebung ausbilden. Dies könnte zu einer Auslöschung des demodulierten Ultraschallsignals führen. Durch eine mehrfache Demodulation jeweils mit einem empfängerseitigen phasenverschobenen Träger, beispielsweise um 0 Grad oder 90 Grad phasenverschoben, können mehrere demodulierte Ultraschallsignale erzeugt beziehungsweise bereitgestellt werden. Diese können dann zur Ermittlung mehrerer Kreuzkorrelationen herangezogen werden. Mit anderen Worten wird für jedes demodulierte Ultraschallsignal eine Kreuzkorrelation ermittelt. Die Kreuzkorrelation, dessen Peak das größte Signal-Rauschverhältnis aufweist (maximale Kreuzkorrelation) kann dann als Messergebnis zur Erkennung von Defekten, Fehlstellen und/oder Brüchen herangezogen werden.
  • Alternativ oder ergänzend kann die Phasenverschiebung bei einer Montage des Ultraschallsenders und Ultraschallempfängers am Prüfobjekt, insbesondere am Schienenabschnitt, ermittelt und festgelegt werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zum Modulieren eine Sequenzrate im Bereich von 50 Hertz bis 200 Hertz, und/oder zum Demodulieren eine Abtastrate im Bereich von 100 Hertz bis 400 Hertz verwendet.
  • Weiterhin wird in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung als Trägerfrequenz eine Frequenz im Bereich von 20 Kilohertz bis 60 Kilohertz, insbesondere von 30 Kilohertz, verwendet.
  • Die genannten Frequenzbereiche sind insbesondere für eine Ultraschallprüfung eines Schienenabschnittes bevorzugt.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ultraschallprüfung eines Schienenabschnittes wird der Zustand des Schienenabschnittes mittels der Kreuzkorrelation ermittelt.
  • Die Kreuzkorrelation ermöglicht vorteilhafterweise ein hohes Signal-Rauschverhältnis.
  • Unter dem Zustand des Schienenabschnittes wird das geeignet sein des Schienenabschnittes zum Schienenverkehr angesehen. Liegt ein Defekt, eine Fehlstelle und/oder ein Bruch innerhalb des Schienenabschnittes vor, so kann dieser mittels der Ultraschallprüfung erkannt werden. Somit kann in diesem Sinne der Zustand des Schienenabschnittes ermittelt werden. Beispielsweise ist bei einem Bruch innerhalb des Schienenabschnittes dieser typischerweise nicht mehr für den Schienenverkehr geeignet. Aufgrund der Ultraschallprüfung kann dieser erkannt werden und es können entsprechende Sicherheitsmaßnahmen, beispielsweise eine Sperrung des Schienenabschnittes, erfolgen. Dadurch wird vorteilhafterweise die Betriebssicherheit des Schienenverkehrs erhöht. Das ist zum einen deshalb der Fall, da die Ultraschallprüfung unabhängig von einer manuellen Prüfung vor Ort ist und in regelmäßigen Abständen oder kontinuierlich durchgeführt werden kann. Insbesondere kann die Ultraschallprüfung während des Betriebes des Schienenabschnittes durchgeführt werden. Das ist deshalb der Fall, da aufgrund der vorliegenden Erfindung ein trotz der vielzähligen Störquellen ausreichendes Signal-Rauschverhältnis auch während des Betriebs ermöglicht wird.
  • Insbesondere für lange Abstände zwischen dem Ultraschallsender und dem Ultraschalempfänger ist die vorliegende Erfindung von Vorteil.
  • Mit anderen Worten werden gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ein Ultraschallsender und ein Ultraschallempfänger in einem Abstand von wenigstens einem Kilometer am Schienenabschnitt angeordnet.
  • Dadurch können vorteilhafterweise lange Schienenabschnitte kontrolliert und überwacht werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht dies, da selbst hierbei ein ausreichend hohes Signal-Rauschverhältnis durch die Ermittlung der Kreuzkorrelation und der Modulierung des Ultraschallsignals bereitgestellt wird.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schematisiert:
    • 1 einen Schienenabschnitt, der einer Ultraschallprüfung mittels einer Vorrichtung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung unterzogen wird;
    • 2 ein Modulationssignal; und
    • 3 das Frequenzspektrum eines modulierten Ultraschallsignals.
  • Gleichartige, gleichwertige oder gleichwirkende Elemente können in einer der Figuren oder in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein.
  • Die 1 zeigt den Schienenabschnitt 100, der einer Ultraschallprüfung mittels einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen unterworfen wird. Mit anderen Worten ist der Schienenabschnitt 100 bezüglich der vorliegenden Erfindung ein Prüfobjekt. Weitere Prüfobjekte, insbesondere sich länglich erstreckende Prüfobjekte können vorgesehen sein. Insbesondere Rohrleitungen, Fernleitungen (englisch: Pipelines) oder Laternen. Das Folgende gilt entsprechend für die weiteren Prüfobjekte und ist nicht auf einen Schienenabschnitt als Prüfobjekt beschränkt.
  • Am Schienenabschnitt 100 ist wenigstens ein Ultraschallsender 2 sowie wenigstens ein Ultraschallempfänger 4 angeordnet. Der Ultraschallsender 2 und der Ultraschallempfänger 4 können entlang des Schienenabschnittes 100 einen Abstand von wenigstens einem Kilometer, bevorzugt von mehreren Kilometern, aufweisen.
  • Der Ultraschallsender 2 ist zur Erzeugung eines Ultraschallsignals mit einer festgelegten Trägerfrequenz (senderseitiger Träger), zum Modulieren des erzeugten Ultraschallsignals mittels eines Modulationssignals sowie zum Einschallen des modulierten Ultraschallsignals 42 in den Schienenabschnitt 100 ausgebildet. Hierbei basiert die Modulation des erzeugten Ultraschallsignals auf wenigstens einer Zufallszahlensequenz. Der Ultraschallsender 2 ist zum Erzeugen und/oder Bereitstellen der Zufallszahlensequenz ausgebildet. Mit anderen Worten umfasst der Ultraschallsender 2 einen Zufallszahlengenerator, insbesondere einen Pseudozufallszahlengenerator.
  • Der Ultraschallempfänger 4 ist wenigstens zum Erfassen wenigstens eines Teils des eingeschallten Ultraschallsignals 42 (senderseitig moduliertes Ultraschallsignal), und zum Demodulieren des erfassten Ultraschallsignals ausgebildet. Weiterhin ist der Ultraschallempfänger 4 zum Ermitteln der Kreuzkorrelation zwischen dem demodulierten Ultraschallsignal und einem weiteren Modulationssignal (empfangsseitiges Modulationssignal) ausgebildet. Das weitere Modulationssignal kann durch den Ultraschallempfänger 4 erzeugt und/oder bereitgestellt werden. Mit anderen Worten ist der Ultraschallempfänger 4 bevorzugt zum Erzeugen und/oder Bereitstellen des weiteren Modulationssignals, das dem Modulationssignal des Ultraschallsenders 2 (ursprüngliches senderseitiges Modulationssignal) entspricht, ausgebildet. Da der Ultraschallempfänger 4 zum Demodulieren des erfassten Ultraschallsignals ausgebildet ist, ist der Ultraschallempfänger 4 weiterhin zum Erzeugen eines weiteren Ultraschallsignals mit der Trägerfrequenz (empfangsseitiger Träger) ausgebildet. In diesem Sinne werden das weitere Ultraschallsignal mit der Trägerfrequenz und das weitere Modulationssignal lokal durch den Ultraschallempfänger 4 erzeugt. Das weitere Modulationssignal (empfangsseitiges Modulationssignal) entspricht im Wesentlichen dem Modulationssignal des Ultraschallsenders 2 (senderseitiges Modulationssignal). Hierzu ist es erforderlich, dass der Ultraschallempfänger 4 in Kenntnis des Modulationssignals des Ultraschallsenders 2 ist, und/oder dieses lokal durch den Ultraschallempfänger 4 erzeugbar ist. Ist das Modulationssignal des Ultraschallsenders 2 eine M-Sequenz, so kann diese wieder deterministisch durch den Ultraschallempfänger 4 erzeugt werden. Mit anderen Worten erzeugt der Ultraschallempfänger 4 eine Kopie (weiteres Modulationssignal) des vom Ultraschallsender 2 verwendeten Modulationssignals. Hierzu kann der Ultraschallempfänger 4 ebenfalls einen Zufallszahlengenerator umfassen. Alternativ oder ergänzend kann die verwendete Zufallszahlensequenz im Ultraschallsender 2 und im Ultraschallempfänger 4 bereits vorliegen (hardwarecodiert).
  • Der Ultraschallsender 2 schallt das modulierte Ultraschallsignal 42 in den Schienenabschnitt 100 ein. Das modulierte Ultraschallsignal 42 wird größtenteils durch den Schienenabschnitt 100 geführt. Durch die genannte Führung propagiert das modulierte beziehungsweise eingeschallte Ultraschallsignal 42 zum Ultraschallempfänger 4. Diese Propagation des eingeschallten Ultraschallsignals 42 ist durch den Pfeil 103 gekennzeichnet.
  • Weist der Schienenabschnitt 100 zwischen dem Ultraschallsender 2 und dem Ultraschallempfänger 4 einen Defekt, eine Fehlstelle und/oder einen Bruch auf, so wird dadurch das eingeschallte modulierte Ultraschallsignal 42 verändert. Der Ultraschallempfänger 4 erfasst das gegebenenfalls veränderte eingeschallte Ultraschallsignal 42 wenigstens teilweise. Anschließend wird das erfasste Ultraschallsignal demoduliert.
  • Das demodulierte Ultraschallsignal sollte ohne Störungen und/oder Änderungen im Wesentlichen dem Modulationssignal, mittels welchem das eingeschallte Ultraschallsignal 42 moduliert wurde, entsprechen. Durch das Ermitteln der Kreuzkorrelation wird somit das Übereinstimmen des demodulierten Ultraschallsignals mit dem empfängerseitigen und somit ebenfalls mit dem senderseitigen Modulationssignal geprüft. Jede Abweichung des erfassten und demodulierten Ultraschallsignals vom weiteren Modulationssignal (Kopie des Modulationssignals) beziehungsweise vom Modulationssignal führt zu einer Änderung der Kreuzkorrelation. Dadurch kann das Vorliegen eines Defektes, einer Fehlstelle, und/oder eines Bruches, kurz der Zustand des Schienenabschnittes 100, an der Änderung der Kreuzkorrelation, das heißt an der Kreuzkorrelation, erkannt werden. Typischerweise wird hierzu ein Maximum der Kreuzkorrelation, das heißt ein Peak, herangezogen. Weist der Schienenabschnitt 100 beispielsweise einen vollständigen Bruch auf, so kommt kein Ultraschallsignal mehr am Ultraschallempfänger 4 an, sodass sich kein signifikant aus dem Rauschen beziehungsweise Untergrund oder Hintergrund heraustretender Peak der Kreuzkorrelation ausbildet.
  • Die 2 zeigt ein Diagramm, welches ein Modulationssignal zur Modulation eines mit einer festgelegten Trägerfrequenz erzeugten Ultraschallsignals, illustriert.
  • Hierbei ist an der Abszisse 101 des Diagramms die Zeit in beliebigen Einheiten aufgetragen. An der Ordinate 102 des Diagramms ist die Amplitude des Modulationssignals in beliebigen Einheiten aufgetragen.
  • Die Amplitude des Modulationssignals variiert zwischen einem Maximalwert und dem Wert Null. Diese beiden Werte korrespondieren zu den binären Zahlen Eins beziehungsweise Null. Folgen mehrere Einsen oder Nullen hintereinander, so bilden sich größere Abstände zwischen den rechteckigen Verläufen des Modulationssignals aus. Da das Modulationssignal auf einer Zufallszahlensequenz basiert, sind die genannten Abstände unregelmäßig beziehungsweise zufällig. Beispielsweise korrespondiert das dargestellte Modulationssignal zur Zufallszahlensequenz beziehungsweise M-Sequenz 0000011 (7 Bit).
  • Die 3 zeigt das Frequenzspektrum beziehungsweise Spektrum eines mittels des Modulationssignals der 2 modulierten Ultraschallsignals. Hierbei ist an der Abszisse 101 des Diagramms die Frequenz in Kilohertz und an der Ordinate 102 die Spektralamplitude des modulierten Ultraschallsignals in beliebigen Einheiten aufgetragen.
  • Die Trägerfrequenz des dargestellten modulierten Ultraschalsignals korrespondiert zur Frequenz des Maximums beziehungsweise zur Frequenz des Peaks, das heißt hier 30 Kilohertz. Die Seitenbänder sind im Wesentlichen durch die ersten Nullstellen festgelegt, sodass sich das gesamte Seitenband von 29,9 Kilohertz bis 30,1 Kilohertz erstreckt. Mit anderen Worten ist die Frequenz des Modulationssignals (Modulationsfrequenz) 0,1 Kilohertz, das heißt 100 Hertz.
  • An 3 ist zu erkennen, dass im Wesentlichen alle Frequenzen innerhalb der Seitenbänder auftreten. Mit anderen Worten bildet sich ein quasi kontinuierliches Spektrum aus, sodass die Seitenbänder im Wesentlichen gefüllt sind. Das ist deshalb der Fall, da das Modulationssignal auf einer Zufallszahlensequenz basiert. Dadurch ist das derart erzeugte Modulationssignal nicht harmonisch, sodass eine Vielzahl von Frequenzen für dessen spektraler Zerlegung erforderlich ist. Durch diese Verteilung des Ultraschallsignals auf eine Vielzahl von Frequenzen kann ein höheres Signal-Rauschverhältnis erreicht werden, da das derart modulierte Ultraschallsignal insbesondere deutlich weniger anfällig für Interferenzen ist.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Ultraschallsender
    4
    Ultraschallempfänger
    42
    moduliertes Ultraschallsignal
    100
    Schienenabschnitt
    101
    Abzisse
    102
    Ordinate
    103
    Pfeil

Claims (11)

  1. Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Prüfobjektes (100), umfassend die Schritte: - Erzeugen eines Ultraschallsignals mit einer festgelegten Trägerfrequenz; - Modulieren des erzeugten Ultraschallsignals mittels eines Modulationssignals, wobei das Modulationssignal auf wenigstens einer Zufallszahlensequenz basiert; - Einschallen des modulierten Ultraschallsignals (42) in das Prüfobjekt (100); - Erfassen wenigstens eines Teils des eingeschallten Ultraschallsignals; - Demodulieren des erfassten Ultraschallsignals (42); und - Ermitteln der Kreuzkorrelation zwischen dem demodulierten Ultraschallsignal und einem weiteren Modulationssignal.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Zufallszahlensequenz mittels eines binären Zufallszahlengenerators erzeugt wird.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem als Zufallszahlensequenz eine Folge von Binärzahlen mit 104 bis 105 Stellen verwendet wird.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem als Zufallszahlensequenz eine Maximalfolge verwendet wird.
  5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Modulieren mittels einer Quadraturamplitudenmodulation, insbesondere mittels einer Amplitudenmodulation oder Phasenmodulation, erfolgt.
  6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zum Modulieren eine Sequenzrate im Bereich von 50 Hertz bis 200 Hertz, und/oder zum Demodulieren eine Abtastrate im Bereich von 100 Hertz bis 400 Hertz verwendet wird.
  7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Trägerfrequenz eine Frequenz im Bereich von 20 Kilohertz bis 60 Kilohertz, insbesondere von 30 Kilohertz, verwendet wird.
  8. Ultraschallprüfung eines Schienenabschnittes (100), dadurch gekennzeichnet, dass hierzu ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird.
  9. Ultraschallprüfung gemäß Anspruch 8, bei dem der Zustand des Schienenabschnittes (100) mittels der Kreuzkorrelation ermittelt wird.
  10. Ultraschallprüfung gemäß Anspruch 7 oder 8, bei dem ein Ultraschallsender (2) und ein Ultraschallempfänger (4) in einem Abstand von wenigstens einem Kilometer am Schienenabschnitt (100) angeordnet werden.
  11. Vorrichtung zur Ultraschallprüfung eines Prüfobjektes, umfassend einen Ultraschallsender (2) und einen Ultraschallempfänger (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallsender (2) einen Zufallszahlengenerator zur Erzeugung einer Zufallszahlensequenz umfasst, wobei die Zufallszahlensequenz zur Modulation eines durch den Ultraschallsender (2) erzeugten Ultraschallsignals vorgesehen ist, und der Ultraschallempfänger (4) zur Demodulation des mittels des Ultraschallsenders (2) modulierten Ultraschallsignals (42) ausgebildet ist.
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