DE1182368B - Ultrasonic delay device for measuring purposes - Google Patents
Ultrasonic delay device for measuring purposesInfo
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Description
Ultraschall-Verzögerungseinrichtung für Meßzwecke Die Erfindung betrifft Ultraschall-Verzögerungseinrichtungen, bei denen die Verzögerungszeit entweder festliegt oder durch Standortänderung mindestens eines elektromechanischen Wandlers längs der für die Schallübertragung vorgesehenen, durch ein festes Medium gebildeten Bahn kontinuierlich einstellbar ist.Ultrasonic Delay Device for Measurement Purposes The invention relates to Ultrasonic delay devices in which the delay time is either fixed or by changing the location of at least one electromechanical transducer lengthways the path provided for the transmission of sound and formed by a solid medium is continuously adjustable.
Bei bekannten Ultraschall-Verzögerungseinrichtungen der vorstehend umrissenen Art erfolgt die Schallübertragung durch Drähte oder Stäbe aus magnetostriktivem Material, in welchen vom Eingangswandler zum Ausgangswandler Longitudinalwellen fortschreiten. Wenn bei solchen Verzögerungseinrichtungen die Verzögerungszeit veränderbar ist, beruht dies darauf, daß einer der beiden Wandler oder die beiden Wandler längs dem Schallübertragungsmedium verschiebbar sind.In known ultrasonic delay devices of the above Outlined type, sound is transmitted through wires or rods made of magnetostrictive Material in which from the input transducer to the output transducer longitudinal waves progress. If the delay time can be changed in such delay devices is, this is due to the fact that one of the two transducers or the two transducers is longitudinal the sound transmission medium are displaceable.
Bei der Ultraschall-Verzögerungseinrichtung nach der Erfindung erfolgt die Schallausbreitung im festen Medium der Übertragungsbahn durch Oberflächenwellen, die an der Grenzfläche zwischen diesem Medium und einem Zwischenmedium des Eingangswandlers durch Longitudinalwellen entstehen, die das elektrostriktive Schwingelement des Wandlers mittels des Zwischenmediums unter Einhaltung eines Winkels gegen die Schallübertragungsbahn strahlt, der eine vollständige Umwandlung der Longitudinalwellen in Oberflächenwellen ergibt, die nach Zurücklegung der vorgesehenen Übertragungsbahn vom Ausgangswandler in elektrische Energie umgeformt werden, der hinsichtlich seines grundsätzlichen Aufbaues mit dem Eingangswandler übereinstimmt.In the case of the ultrasonic delay device according to the invention the propagation of sound in the solid medium of the transmission path by surface waves, those at the interface between this medium and an intermediate medium of the input transducer caused by longitudinal waves that cause the electrostrictive vibrating element of the Transducer by means of the intermediate medium while maintaining an angle with respect to the sound transmission path radiates, which completely converts the longitudinal waves into surface waves results after covering the intended transmission path from the output transducer be converted into electrical energy, which is fundamental in terms of its Structure matches the input transducer.
Es sind zwar bereits auf der Anwendung von Ultraschallwellen beruhende Materialprüfeinrichtungen bekannt, bei welchen gleichfalls durch ein passend gewähltes Zwischenmedium an der Berührfläche zwischen dem Eingangswandler und dem zu prüfenden Werkstück die vom Schwingkristall des Eingangswandlers in das Zwischenmedium eingestrahlten Longitudinalwellen in Oberflächenwellen umgewandelt werden, deren Ausbreitungsbedingungen durch Material- und Bearbeitungsfehler des Werkstückes in dessen Oberflächenbereich sich ändern. Hingegen ist im Schrifttum nirgends die Anregung enthalten, bei Ultraschall-Verzögerungseinrichtungen, die für die Schallübertragung ein festes Medium aufweisen, von Oberflächenwellen Gebrauch zu machen. Es mag dies damit zusammenhängen, däß sich Oberflächenwellen nicht mit hohem Wirkungsgrad erzeugen lassen. Bei näherer Betrachtung zeigt sich jedoch, daß speziell bei Ultraschall-Verzögerungseinrichtungen durch die Anwendung von Oberflächenwellen Vorteile erreichbar sind, die sich mit Longitudinal-, Transversal- oder Torsionsschwingungen nicht erzielen lassen. Durch die geringe Eindringtiefe der Oberflächenwellen in das feste Medium der Übertragungsbahn entfallen Schwierigkeiten, die mit zunehmender Länge dieser Bahn die Ausbildung ihrer Halterungselemente bei anderen Schwingungsformen bereitet. Des weiteren ergeben die praktisch nur in einer Ebene und nicht räumlich sich ausbreitenden Oberflächen geringere Dämpfungswerte pro Längeneinheit. Ferner weisen die für die Fortleitung der Oberflächenwellen in Betracht kommenden festen Medien kleinere Temperaturkoeffizienten als die Flüssigkeiten auf, die bei bekannten Ultraschall-Verzögerungseinrichtungen Longitudinalwellen vom Eingangswandler zum Ausgangswandler übertragen. Es erübrigt sich daher bei der Verzögerungseinrichtung nach, der Erfindung eine Temperaturregelung mittels Thermostaten zum Ausgleich der Temperaturschwankungen der Umgebung. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Oberflächenwellen ist größer als diejenige von Longitudinalwellen in den Flüssigkeiten, die üblicherweise bei Ultraschall - Verzögerungseinrichtungen verwendet werden. Die Schallübertragungsbahn der Verzögerungseinrichtung nach der Erfindung ist daher länger als jene einer Verzögerungsanordnung mit Flüssigkeitsfüllung. Da die Verzögerungseinrichtung nach der Erfindung für Meßzwecke vorgesehen ist, wirkt sich die vergleichsweise längere Übertragungsbahn auf die Einstellbarkeit der Verzögerungszeiten und auf die Ablesegenauigkeit von Skalen längs der Übertragungsbahn vorteilhaft aus. Die Erzeugung von Oberflächenwellen aus Longitudinalwellen ist der Hervorrufung dieser Wellenform durch Schwingkristalle mit einem speziellen Y-Schnitt vorzuziehen, da bei der erstgenannten Art der Oberflächenwellenerzeugung der Anteil der gleichzeitig erregten unerwünschten Schwingungsformen bedeutend kleiner ist.There are already based on the application of ultrasonic waves Material testing devices known, in which also by a suitably selected Intermediate medium at the contact surface between the input transducer and the one to be tested Workpiece that radiated into the intermediate medium from the oscillating crystal of the input transducer Longitudinal waves are converted into surface waves, their propagation conditions due to material and processing errors of the workpiece in its surface area change. On the other hand, nowhere in the literature is there any suggestion that ultrasound delay devices which have a solid medium for the transmission of sound, surface waves To make use of it. This may have something to do with the fact that surface waves move can not be produced with high efficiency. On closer inspection it shows however, that especially in the case of ultrasonic delay devices by the application advantages of surface waves can be achieved, which deal with longitudinal, transversal or torsional vibrations cannot be achieved. Due to the low penetration depth of the surface waves in the solid medium of the transmission path eliminates difficulties, which, with increasing length of this web, contribute to the formation of their mounting elements other forms of vibration. Furthermore, they practically only result in one Flat and not spatially expanding surfaces lower attenuation values per unit of length. Furthermore, the for the propagation of the surface waves in Solid media in question have lower temperature coefficients than liquids on, the longitudinal waves in known ultrasonic delay devices transmitted from the input transducer to the output transducer. There is therefore no need for the Delay device according to the invention, a temperature control by means of thermostats to compensate for temperature fluctuations in the environment. The speed of propagation the surface waves are larger than that of longitudinal waves in the liquids, commonly used in ultrasonic retarders. The sound transmission path of the delay device after The invention is therefore longer than that of a liquid-filled delay arrangement. Since the delay device according to the invention is intended for measuring purposes, the comparatively longer transmission path affects the adjustability the delay times and the accuracy of reading scales along the transmission path advantageous. The generation of surface waves from longitudinal waves is the creation of this waveform by vibrating crystals with a special Y-cut preferable, since in the first-mentioned type of surface wave generation the proportion the simultaneously excited undesired waveforms is significantly smaller.
Beim Eingangswandler der Verzögerungseinrichtung nach der Erfindung besteht das Zwischenmedium aus einem Werkstoff, in welchem die Schallgeschwindigkeit Cl von Longitudinalwellen kleiner ist als die Schallgeschwindigkeit C., von Transversalwellen in dem Material, aus welchem die Schallübertragungsbahn gefertigt ist, längs der im Betrieb Oberflächenwellen mit der Geschwindigkeit Ca fortschreiten. Der Schall wird im Zwischenmedium des Eingangswandlers so geführt, daß die vom elektrostriktiven Schwingelement, beispielsweise einem piezoelektrischen Kristall, erregten und vom Zwischenmedium weitergeleiteten Longitudinalwellen unter einem Winkel gegen die Normale auf der Oberfläche der Schallübertragungsbahn auftreffen, der um einen geringfügigen Betrag größer ist als der Winkel y" = arc sin Für das Zwischenmedium des Ausgangswandlers findet analog ein Werkstoff Anwendung, in welchem die Schallgeschwindigkeit Cl' von Longitudinalwellen kleiner ist als die Schallgeschwindigkeit C, von Transversalwellen in dem Material, das für die Schallübertragungsbahn vorgesehen ist, längs der im Betrieb Oberflächenwellen mit der Geschwindigkeit C3 fortschreiten. Das Zwischenmedium wird im Ausgangswandler so angeordnet, daß die das elektrostriktive Schwingelement, beispielsweise einen piezoelektrischen Kristall, erregenden Longitudinalwellen unter einem Winkel gegen die Normale von der Berührfläche des Zwischenmediums mit der Schallübertragungsbahn ausgehen, der um einen geringfügigen Betrag größer ist als der Winkel zE"' = arc sin Es ist im allgemeinen zweckmäßig, aber nicht unbedingt notwendig, daß beim Eingangswandler und beim Ausgangswandler der Verzögerungseinrichtung nach der Erfindung das Zwischenmedium aus dem gleichen Werkstoff besteht.In the input transducer of the delay device according to the invention, the intermediate medium consists of a material in which the speed of sound Cl of longitudinal waves is less than the speed of sound C., of transverse waves in the material from which the sound transmission path is made, along the surface waves with the speed during operation Progress ca. The sound is guided in the intermediate medium of the input transducer in such a way that the longitudinal waves excited by the electrostrictive oscillating element, for example a piezoelectric crystal, and transmitted by the intermediate medium hit the surface of the sound transmission path at an angle to the normal which is slightly larger than the angle y "= arc sin For the intermediate medium of the output transducer, a material is used in which the speed of sound Cl 'of longitudinal waves is lower than the speed of sound C of transverse waves in the material that is intended for the sound transmission path along which surface waves propagate at speed C3 during operation. The intermediate medium is arranged in the output transducer in such a way that the longitudinal waves which excite the electrostrictive oscillating element, for example a piezoelectric crystal, emanate from the contact surface of the intermediate medium with the sound transmission path at an angle to the normal, which is slightly larger than the angle zE "' = arc sin It is generally useful, but not absolutely necessary, for the intermediate medium in the input transducer and the output transducer of the delay device according to the invention to consist of the same material.
Entsprechend den Erfordernissen des Einzelfalles sind bei der Verzögerungseinrichtung nach der Erfindung einer der beiden Wandler oder beide Wandler durch eine mechanische Verstellvorrichtung längs der für die Oberflächenwellen vorgesehenen übertragungsbahn verschiebbar.According to the requirements of the individual case, the delay device according to the invention one of the two transducers or both transducers by a mechanical Adjustment device along the transmission path provided for the surface waves movable.
Die Längenabmessung der Verzögerungseinrichtung nach der Erfindung läßt sich ebenso wie bei bekannten, mit anderen Schwingüngsformen arbeitenden Ultraschall-Verzögerungsstrecken durch eine Schallübertragungsbahn auf etwa die Hälfte verkürzen, die so ausgebildet ist, daß an ihrem einen Ende Ultraschallwellen reflektiert werden und dadurch einem Ausgangswandler zugehen, der sich in räumlicher Nähe des Eingangswandlers befindet. Bei einer solchen Ausführungsform der Verzögerungseinrichtung nach der Erfindung ist gegebenenfalls der Eingangs- und der Ausgangswandler durch einen einzigen Wandler ersetzbar, der sowohl als Eingangswie als Ausgangswandler wirksam ist.The length dimension of the delay device according to the invention can be used in the same way as with known ultrasonic delay paths that work with other forms of oscillation shorten it by a sound transmission path to about half that formed in this way is that ultrasonic waves are reflected at one end and thereby one Go to the output transducer that is in close proximity to the input transducer. In such an embodiment of the delay device according to the invention is the input and output transducers through a single transducer, if applicable replaceable, which is effective both as an input and as an output converter.
Es bereitet naturgemäß keine Schwierigkeiten, in den Fällen, in welchen an Stelle einer veränderbaren eine mit großer Genauigkeit gleichbleibende Verzögerungszeit gefordert ist, die Verzögerungseinrichtung nach der Erfindung mit fest angeordneten Wandlern zu versehen.Naturally, it does not cause any difficulties in those cases instead of a changeable delay time that remains constant with great accuracy is required, the delay device according to the invention with fixed To provide converters.
Während bei Ultraschall-Materialprüfeinrichtungen, die auf den Prüfkörper durch Oberflächenwellen einwirken, die Ausbreitungsbedingungen für die Oberflächenwellen durch den Werkstoff des Prüfkörpers festliegen und störende Schwingungsformen nur durch passende Wahl des Zwischenmediums der Wandler und des Winkels beeinflußbar sind, unter welchem die Longitudinalwellen auf die Berührfiäche des Zwischenmediums des Eingangswandlers mit dem Prüfkörper auftreffen, lassen sich bei der Verzögerungseinrichtung nach der Erfindung zur Erzielung optimaler Betriebsbedingungen die Wandler und die Schallübertragungsbahn sowohl hinsichtlich der Werkstoffe wie der Formgebung aufeinander abstimmen.While in the case of ultrasonic material testing devices that focus on the test specimen act by surface waves, the propagation conditions for the surface waves are fixed by the material of the test body and only disturbing vibration forms can be influenced by a suitable choice of the transducer intermediate medium and the angle are under which the longitudinal waves hit the contact surface of the intermediate medium of the input transducer impinge on the test body, can be done with the delay device according to the invention to achieve optimal operating conditions, the converter and the Sound transmission path both in terms of the materials and the shape of each other vote.
Auf einige der vielen Anwendungsgebiete der Ultraschall-Verzögerungseinrichtung nach der Erfindung wird in der Beschreibung hingewiesen. Eine Meßvorrichtung zur Bestimmung der Wandstärke von Prüfkörpern findet in diesem Zusammenhang nähere Erläuterung.Some of the many uses of the ultrasonic delay device according to the invention is pointed out in the description. A measuring device for Determination of the wall thickness of test specimens is explained in more detail in this context.
In der angelsächsischen Literatur werden Oberflächenwellen vielfach auch als »Rayleigh-Wellen« bezeichnet.In the Anglo-Saxon literature, surface waves become multiple also known as "Rayleigh waves".
Die Erfindung wird im nachstehenden an Hand einiger Ausführungsbeispiele und der Zeichnungen im einzelnen näher beschrieben und erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Meßstrecke, F i g. 2 eine Seitenansicht eines abgeänderten Teiles der Ausführungsform nach F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt durch den abgeänderten Teil nach der Schnittlinie III-III der F i g. 2, F i g. 4 einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Wandler zur Verwendung an einer Vorrichtung nach Fig.l, F i g. 5 eine Seitenansicht einer ringförmig gekrümmten Ausführungsform der Meßstrecke, F i g. 6 und 7 Stirn- und Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform mit schraubenförmig gewundener Meßstrecke, F i g. 8 und 9 schematische Darstellungen zweier Ausführungsformen, die mit Reflexion an einem Ende der Meßstrecke arbeiten, F i g. 10 eine schematische Darstellung eines Anwendungsbeispiels der Erfindung, F i g. 11 das Schirmbild auf einer Kathodenstrahlröhre, das sich bei dem Anwendungsbeispiel nach F i g. 10 ergeben kann.The invention is illustrated below with the aid of some exemplary embodiments and the drawings are described and explained in more detail. It shows F i g. 1 shows a side view of an embodiment of the measuring section, FIG. 2 is a side view of a modified part of the embodiment according to FIG. 1, Fig. 3 a section through the modified part along the section line III-III of FIG. 2, fig. 4th a transducer filled with a liquid for use on a device according to Fig.l, F i g. 5 is a side view of an annularly curved embodiment the test section, F i g. 6 and 7 front and side views of a further embodiment with a helically wound measuring section, FIG. 8 and 9 are schematic representations two embodiments that work with reflection at one end of the measuring section, F i g. 10 a schematic representation of an application example of the invention, F i g. 11 shows the screen image on a cathode ray tube, which is shown in the application example according to FIG. 10 can result.
Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform der Ultraschall-Verzögerungseinrichtung nach der Erfindung sind zwei gleiche Wandler 10 und 11 vorgesehen. Jeder Wandler besteht aus einem Prisma 12 aus dem unter dem Warenzeichennamen »Perspex« im Handel befindlichen Kunststoff aus polymerisiertem Methylmethacrylat. Diese Prismen liegen mit einer im nachstehenden als Kontaktfläche bezeichneten Fläche 14 auf einem vorzugsweise stab- oder bandförmigen Köper 13 aus Schmiedeeisen auf. Zwischen der Kontaktfläche und dem Eisenkörper ist ein dünner Ölfilm vorgesehen. Auf einer zweiten, unter einem Winkel von 58° gegenüber der Kontaktfläche angeordneten Fläche 15 des Prismas 12 ist ein piezoelektrischer Kristall 16 von ungefähr 6 mm Durchmesser angebracht. Der Winkel von 58° ist etwas größer als der Winkel-,= arc sin Dabei ist mit Ui die Schallgeschwindigkeit von Longitudinalwellen in dem Kunststoff aus polymerisiertem Methylmethacrylat und mit Uz die Schallgeschwindigkeit von Transversalwellen in Schmiedeeisen bezeichnet.In the case of the in FIG. 1 illustrated embodiment of the ultrasonic delay device according to the invention, two identical transducers 10 and 11 are provided. Each transducer consists of a prism 12 made of polymerized methyl methacrylate plastic, which is commercially available under the trade name “Perspex”. These prisms rest with a surface 14, referred to below as the contact surface, on a preferably rod-shaped or band-shaped body 13 made of wrought iron. A thin oil film is provided between the contact surface and the iron body. A piezoelectric crystal 16 with a diameter of approximately 6 mm is attached to a second surface 15 of the prism 12 which is arranged at an angle of 58 ° with respect to the contact surface. The angle of 58 ° is slightly larger than the angle -, = arc sin Ui is the speed of sound of longitudinal waves in the plastic made of polymerized methyl methacrylate and Uz is the speed of sound of transverse waves in wrought iron.
Eine dritte Fläche 17 des Prismas steht senkrecht auf der Kontaktfläche 14. Die Ebene, die durch die Schnittlinie der Kontaktfläche 14 mit der Fläche 17 geht und senkrecht auf der Fläche 15 steht, dringt durch die Mitte des piezoelektrischen Kristalls 16. Der Abstand der Fläche 15 von der Schnittlinie der Flächen 14 und 17 ist in F i g. 1 mit a bezeichnet.A third surface 17 of the prism is perpendicular to the contact surface 14. The plane which passes through the line of intersection of the contact surface 14 with the surface 17 and is perpendicular to the surface 15 penetrates through the center of the piezoelectric crystal 16 from the intersection of surfaces 14 and 17 is shown in FIG. 1 denoted by a.
Wenn die beiden Wandler - wie aus F i g. 1 der Zeichnungen ersichtlich - auf das Eisenband so aufgesetzt werden, daß ihre parallel ausgerichteten Flächen 17 im Abstand X einander zugekehrt sind, ergibt sich für die Laufzeit t, die ein von einem Impulsgenerator 20 über ein Kabel 18 dem piezoelektrischen Kristall 16 des Eingangswandlers 10 zugeleiteter und mittels des Kabels 19 vom piezoelektrischen Kristall des Ausgangswandlers 11 abgenommener und dem Meßempfänger 21 zugeführter Impuls aufweist, t = Diese Gleichung kann auch in der Form t = PX+Q angeschrieben werden, worin P und Q Konstanten sind.If the two converters - as shown in FIG. 1 of the drawings - are placed on the iron strip in such a way that their parallel surfaces 17 are facing each other at a distance X, results for the transit time t, which is fed from a pulse generator 20 via a cable 18 to the piezoelectric crystal 16 of the input transducer 10 and the pulse picked up by means of the cable 19 from the piezoelectric crystal of the output transducer 11 and fed to the measuring receiver 21, t = This equation can also be written in the form t = PX + Q, where P and Q are constants.
Es ist zu beachten, daß Q nicht zu Null gemacht werden kann und damit der Laufzeit, die mit der Vorrichtung gemessen werden kann, bzw. der Phasenverschiebung, die mit der Vorrichtung erzeugt werden kann, eine untere Grenze gesetzt ist.Note that Q cannot be made zero and so the transit time that can be measured with the device or the phase shift, which can be generated with the device, a lower limit is set.
Die untere Fläche 22 des Eisenstabes bzw. -bandes 13 ist vorzugsweise gezahnt, um irgendwelche, zufällig entstehende Transversal- oder Longitudinalwellen zu unterdrücken.The lower surface 22 of the iron rod or band 13 is preferably serrated in order to suppress any random transverse or longitudinal waves.
Bei einer abgeänderten Ausführungsform der Ultraschall-Verzögerungseinrichtung nach F i g. 1, die im nachstehenden beschrieben werden soll, ist der eine Wandler 10 fest und der andere Wandler 11' - wie F i g. 2 und 3 zeigen - auf dem Eisenband 13' längsverschiebbar angeordnet. Die Verstellung des Wandlers 11' erfolgt mittels einer Gewindespindel 23, die in einen mit Innengewinde versehenen Gleitstein 24 eingreift. Der an dem Gleitstein 24 befestigte Wandler 11' wird von einer Feder 26 in eine in dem Eisenband 13' angeordnete Längsnut 25 hineingedrückt. Bei dieser Anordnung kann die Laufzeit zwischen dem Wert Q und einem durch die Länge der Eisenschiene 13' bestimmten oberen Grenzwert mittels der Verstellvorrichtung 23, 24 variiert werden.In a modified embodiment of the ultrasonic delay device according to FIG. 1, which is to be described below, one converter 10 is fixed and the other converter 11 ' - as in FIG. 2 and 3 show - arranged on the iron strip 13 'so as to be longitudinally displaceable. The transducer 11 ′ is adjusted by means of a threaded spindle 23 which engages in a sliding block 24 provided with an internal thread. The transducer 11 ' attached to the sliding block 24 is pressed by a spring 26 into a longitudinal groove 25 arranged in the iron strip 13'. With this arrangement, the running time can be varied between the value Q and an upper limit value determined by the length of the iron rail 13 'by means of the adjusting device 23, 24.
Selbstverständlich können für den Körper 13 bzw. 13' auch andere Werkstoffe verwendet werden. Wenn für die Schallübertragungsbahn eine größere übertragungsgeschwindigkeit erwünscht ist, kann dafür beispielsweise Beryllium verwendet werden. Wenn der Wellenleiter aus Kupfer besteht, kann bei den Wandlern als Zwischenmedium Blei oder eine Flüssigkeit dienen. Wenn die Flüssigkeit Wasser ist, so ist das Verhältnis C1 : Cz annähernd 0,76. Wie aus F i g: 4 ersichtlich, befindet sich die Flüssigkeit 25' in einem Gefäß 26', das oben mit einer Einfüllöffnung 27 versehen ist. Um zu verhindern, daß die Flüssigkeit ausläuft, wenn der Wandler von dem Körper abgehoben wird, ist die untere Öffnung durch eine Membran 29 abgeschlossen.Of course, other materials can also be used for the body 13 or 13 ' be used. If for the sound transmission path a greater transmission speed if desired, beryllium can be used for this, for example. If the waveguide consists of copper, the transducers can use lead or a liquid as an intermediate medium to serve. If the liquid is water, the ratio C1: Cz is approximate 0.76. As can be seen from FIG. 4, the liquid 25 'is in a vessel 26 ', which is provided with a filling opening 27 at the top. To prevent the Liquid leaks when the transducer is lifted from the body is the lower one Opening closed by a membrane 29.
Der piezoelektrische Kristall 28 ist an einem Teil 30, das gleichzeitig als Verschlug der Einfüllöffnung 27 dient, so angebracht, daß er mit der Flüssigkeit in Berührung steht.The piezoelectric crystal 28 is attached to a part 30, which also serves as a closure for the filling opening 27, in such a way that it is in contact with the liquid.
Der die Ultraschallübertragung zwischen den beiden Wandlern herbeiführende . Körper muß nicht unbedingt geradlinig sein,,da sich Oberflächenwellen auch gut längs gekrümmter Flächen fortleiten lassen. Demzufolge kann - wie in F i g. 5 dargestellt - die Schallübertragungsbahn auch zu einem Ring 31 gebogen sein, der mit einem Spalt 32 versehen ist. Durch den Spalt wird vermieden, daß die Wellen den Ring öfter als einmal umlaufen. Der Eingangswandler ist mit dem Bezugszeichen 33 und der Ausgangswandler mit dem Bezugszeichen 34 angedeutet. Der Ausgangswandler ist vorzugsweise auf dem Ring 31 verschiebbar angeordnet.The one causing the ultrasound transmission between the two transducers. The body does not necessarily have to be straight, since surface waves can also be transmitted along curved surfaces. As a result, as in FIG. 5 - the sound transmission path can also be bent to form a ring 31 which is provided with a gap 32. The gap prevents the waves from revolving around the ring more than once. The input transducer is indicated with the reference numeral 33 and the output transducer with the reference numeral 34. The output transducer is preferably arranged displaceably on the ring 31.
Bei einer anderen Ausführungsform, die vor allem dann besonders zweckmäßig ist, wenn eine lange Schallübertragungsbahn erforderlicht ist und auf kleinem Raum untergebracht werden muß, ist diese - wie aus den F i g. 6 und 7 ersichtlich - schraubenförmig aufgewunden. Die Eingangs- und Ausgangswandler sind in F i g. 6 und 7 mit den Bezugszeichen 33' bzw. 34' versehen.In another embodiment, which is especially useful then is when a long sound transmission path is required and in a small space must be accommodated, this is - as shown in FIGS. 6 and 7 can be seen - helical wound up. The input and output transducers are shown in FIG. 6 and 7 with the reference numerals 33 'or 34' provided.
Die beiden Wandler können aber auch - wie in F i g. 8 dargestellt - nebeneinander an den Stellen 35 und 36 so auf dem Eisenband 38 angeordnet werden, daß sie beide nach der Kante 37 zu orientiert sind. Die vom Wandler 35 ausgesandten Wellen werden an der Kante 37 reflektiert und vom Wandler 36 wieder aufgenommen.However, the two converters can also - as in FIG. 8 shown - be arranged next to each other at points 35 and 36 on the iron belt 38, that they are both oriented towards the edge 37. The sent from the converter 35 Waves are reflected at the edge 37 and picked up again by the transducer 36.
Schließlich läßt sich die durch F i g. 8 veranschaulichte Ausführungsform der Verzögerungseinrichtung dahingehend weiterbilden, daß - wie aus F i g. 9 er-. sichtlich - ein einziger Wandler 39 sowohl als Eingangs wie als Ausgangswandler dient. Der Abstand des Wandlers 39 von der Kante 37 des Eisenbandes 38 ist veränderbar. Die Laufstrecke der Oberflächenwellen entspricht dem Zweifachen des Abstandes des Wandlers 39 von der wiederum für die Oberflächenwellen als Reflexionsstelle wirksamen Kante 37. Der Wandler 39 ist an das eine Klemmenpaar eines drei Klemmenpaare aufweisenden Sende-Empfangs-Schalters 40 angeschlossen. Das Klemmenpaar 41 dieses Schalters ist mit dem Impulsgenerator verbunden, während das mit dem Bezugszeichen 42 versehene dritte Schalterklemmenpaar dem Anschlug des Meßempfängers dient. Der Schalter 40 verhindert in bekannter Weise, daß die Ausgangsspannung des Impulsgenerators den Meßempfänger übersteuert und daß die Ausgangsimpulse des Wandlers 39 an die Ausgangsklemmen des Impulsgenerators gelangen.Finally, the by F i g. 8 further develop the embodiment of the delay device illustrated in that - as shown in FIG. 9 er. obviously - a single transducer 39 serves as both an input and an output transducer. The distance between the transducer 39 and the edge 37 of the iron strip 38 can be changed. The running distance of the surface wave equal to twice the distance of the transducer 39 from the active again for the surface waves as a point of reflection edge 37. The transducer 39 is connected having transmission-reception switch 40 to which a pair of terminals of a three terminal pairs. The pair of terminals 41 of this switch is connected to the pulse generator, while the third pair of switch terminals, denoted by the reference numeral 42, is used to connect the measuring receiver. The switch 40 prevents in a known manner that the output voltage of the pulse generator overdrives the measuring receiver and that the output pulses of the converter 39 reach the output terminals of the pulse generator.
Die Ultraschall-Verzögerungseinrichtung gemäß der Erfindung ist auf allen Gebieten verwendbar, bei welchen Ultraschallwellen-Meßstrecken benötigt werden. Vorauszusetzen ist lediglich, daß die kleinste zu messende Laufzeit (bzw. Phasenverschiebung) größer ist als der obenerwähnte Grenzwert Q. Ein Anwendungsgebiet der Ultraschallwellen-Laufzeitmeßstrecke ist die Dickenmessung von Körpern mittels Ultraschall. Im nachstehenden wird hierauf an Hand der F i g. 10 und 11 näher eingegangen.The ultrasonic delay device according to the invention is on can be used in all areas in which ultrasonic wave measuring sections are required. The only prerequisite is that the smallest running time to be measured (or phase shift) is greater than the above-mentioned limit value Q. An area of application the ultrasonic wave travel time measuring section is the thickness measurement of bodies by means of Ultrasonic. In the following, it will be referred to on the basis of FIG. 10 and 11 are discussed in more detail.
Zwei Wandler 43 und 44 sind in bekannter Weise auf einer Fläche des Körpers 45, dessen Dicke gemessen werden soll, so angeordnet, daß vom Wandler 43 Ultraschallwellen unter einem geeigneten Winkel in den Körper eingestrahlt und nach ihrer Reflexion an der Unterseite 46 des Körpers vom anderen Wandler 44 wieder aufgenommen werden. Die beiden Wandler 43 und 44 sind mit piezoelektrischen Kristallen 47 und 48 als Wandler-Schwingelemente versehen. Der Kristall 47 des Eingangswandlers ist mit dem Impulsgenerator 20 und dem piezoelektrischen Kristall des Eingangswandlers 10 der Verzögerungseinrichtung gemäß den F i g. 1 bis 3 verbunden. Der Kristall 48 des Ausgangswandlers ist mit dem Kristall des Ausgangswandlers 11 der Verzögerungseinrichtung und dem eine Anzeigevorrichtung aufweisenden Meßempfänger 21, beispielsweise den Vertikalablenkplatten eines Kathodenstrahloszilloskops, verbunden, dessen Schirmbild in F i g.11 dargestellt ist. An die Horizontalablenkplatten des Oszilloskops ist eine geeignete Zeitablenkspannung angelegt. Es erscheinen dann auf dem Bildschirm des Oszilloskops - wie in F i g. 11 dargestellt - die Strahlauslenkungen 50, 51 und 52, die den vom Impulsgenerator herrührenden Impuls, den vom Ausgangswandler 11 der Meßvorrichtung und den vom Ausgangswandler der Laufzeitmeßstrecke aufgenommenen Impuls wiedergeben. Die Verzögerungseinrichtung wird so lange verstellt, bis die Scheitel der beiden Impulse 51 und 52 sich decken; der Abstand X zwischen den beiden Wandlern 10 und 11 der Laufzeitmeßstrecke ist dann ein Maß für die Dicke des gemessenen Körpers. Dieser Abstand kann mit sehr großer Genauigkeit gemessen werden. Mittels eines Spannungsteilers können die Amplituden der beiden auf dem Bildschirm des Oszilloskops wiedergegebenen Impulse 51 und 52 gleich hoch gewählt werden.Two transducers 43 and 44 are arranged in a known manner on a surface of the body 45, the thickness of which is to be measured, so that ultrasonic waves from the transducer 43 radiate into the body at a suitable angle and after their reflection on the underside 46 of the body from the other Converter 44 can be resumed. The two transducers 43 and 44 are provided with piezoelectric crystals 47 and 48 as transducer oscillating elements. The crystal 47 of the input transducer is connected to the pulse generator 20 and the piezoelectric crystal of the input transducer 10 of the delay device according to FIGS. 1 to 3 connected. The crystal 48 of the output transducer is connected to the crystal of the output transducer 11 of the delay device and the measuring receiver 21 having a display device, for example the vertical deflection plates of a cathode ray oscilloscope, the screen image of which is shown in FIG. A suitable time sweep voltage is applied to the oscilloscope's horizontal deflection plates. It will then appear on the oscilloscope screen - as shown in FIG. 11 - the beam deflections 50, 51 and 52, which reproduce the pulse originating from the pulse generator, the pulse received by the output transducer 11 of the measuring device and the pulse received by the output transducer of the transit time measuring section. The delay device is adjusted until the vertices of the two pulses 51 and 52 coincide; the distance X between the two transducers 10 and 11 of the transit time measurement section is then a measure of the thickness of the measured body. This distance can be measured with a very high degree of accuracy. By means of a voltage divider, the amplitudes of the two pulses 51 and 52 displayed on the oscilloscope screen can be selected to be equal.
Das vorangehend beschriebene Meßverfahren kann selbstverständlich auch zur Messung anderer Größen als der Dicke, beispielsweise der Tiefe von Fehlerstellen oder der Länge oder Breite eines Körpers verwendet werden.The above-described measuring method can of course also for measuring other sizes than the thickness, for example the depth of flaws or the length or width of a body can be used.
Das Meßverfahren eignet sich des weiteren zur Messung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen in Körpern von bekannter Länge.The measuring method is also suitable for measuring the speed of propagation of ultrasonic waves in bodies of known length.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB1182368X | 1953-05-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1182368B true DE1182368B (en) | 1964-11-26 |
Family
ID=10880409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DEK22154A Pending DE1182368B (en) | 1953-05-07 | 1954-05-07 | Ultrasonic delay device for measuring purposes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1182368B (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1278621B (en) * | 1965-06-16 | 1968-09-26 | Csf | Coupling device which is inserted between an electroacoustic transducer and the top of a sound waveguide for the excitation of a surface wave |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB174355A (en) * | 1921-01-19 | 1923-03-08 | Andre Eugene Blondel | Improvements in or relating to the measurement of the time occupied by sound in travelling to and from a reflector |
| US2401094A (en) * | 1944-06-23 | 1946-05-28 | Colonial Radio Corp | Time delay apparatus |
| US2439130A (en) * | 1943-11-20 | 1948-04-06 | United Aircraft Corp | Surface and shear wave method and apparatus |
-
1954
- 1954-05-07 DE DEK22154A patent/DE1182368B/en active Pending
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