DE1201086B - Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation veraenderlicher Pruefbedingungen bei der Ultraschall-Werkstoffpruefung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES S/MTW> PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOIn

Deutsche KL: 42 k-46/06

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

I12843IXb/42k
18. Februar 1957
16. September 1965

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kompensation veränderlicher Prüfbedingungen bei der Ultraschall-Werkstoffprüfung, bei der auf ein periodisches Ultraschallsignal Echos an den Fehlerstellen und an der Rückwand des Prüflings auftreten und bei der ferner das Signal des elektrisch verstärkten Rückwandechos eine Rückwandechospannung ergibt, die mit einer einstellbaren Bezugsspannung verglichen wird, und bei der darüber hinaus die Differenz dieser beiden Spannungen die Amplitude des Sendeimpulses oder den Grad der Verstärkung desjenigen Verstärkers regelt, der die Fehlerstellenechos und die Rückwandechos verstärkt.

Geräte zur Ultraschall-Werkstoffprüfung nach der Impulsechomethode weisen einen elektrischen Impulsgenerator auf, dessen Impulse auf einen Sender übertragen werden, der kurze und kräftige Impulse mit gleicher Scheitelamplitude, beispielsweise von E Volt aussendet. Diese Impulse steuern ein vorzugsweise elektrisch oder mechanisch gedämpftes piezoelektrisches Element, beispielsweise aus Quarz oder Bariumtitanat, das hierdurch zu mechanischen Schwingungen angeregt wird.

Das piezoelektrische Element, das auf die Oberfläche des Prüflings aufgelegt wird, erzeugt mittels eines den Ultraschallstrahl in den Prüfling leitenden Kopplungsmediums in dem Prüfling mechanische Schwingungen, die an Flächen einer sprunghaften Änderung des Ultraschall-Leitungsmechanismus, beispielsweise an einer Fehlstelle im Innern des Prüflings, oder an der dem piezoelektrischen Element gegenüberliegenden Begrenzungsfläche des Prüflings reflektiert werden. Die reflektierten Schwingungen werden von dem piezoelektrischen Element wieder aufgenommen und in elektrische Schwingungen umgewandelt, die über einen Verstärker den senkrechten Ablenkplatten eines Kathodenstrahloszillographen zugeführt werden, an dessen waagerechten Ablenkplatten eine von einem Generator erzeugte Kippspannung liegt, die in dem Kippgenerator durch die Impulse des den Sender steuernden Impulsgenerators ausgelöst wird. Hieraus folgt eine lineare Horizontalverschiebung des Leuchtfleckes je nach der Zeitkonstante der Kippschwingung, Da der Sendeimpuls auch auf die vertikalen Ablenkplatten gelangt, beginnt das Oszillogramm einer Werkstoffprüfung mit einer vertikalen Zacke. Die darauffolgenden Zacken zeigen die Echos des Ultraschallstrahles an, die von den fehlerhaften Stellen des Prüflings verursacht werden. Üblicherweise wird das für die Auswertung des Oszillogramms wichtige Rückwandecho, das von der gegenüberliegenden Be-Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation
veränderlicher Prüfbedingungen bei der
Ultraschall-Werkstoffprüfung

Anmelder:

Institut de Recherches de la Siderurgie,

Saint Germain-en-Laye (Frankreich)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Maier, Patentanwalt,

Stuttgart S, Werastr. 14

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 17. Februar 1956 (708 652)

so grenzungsfläche des Prüflings verursacht wird, oder, genauer gesagt, die diesem Echo entsprechende Zacke an das seitliche äußere Ende des Oszillogramms gelegt.

Man kann die Höhe des auf dem Bildschirm beobachteten Rückwandechos als eine Funktion verschiedener Parameter des Gerätes darstellen, wobei vorausgesetzt werde, daß der Prüfling parallele Begrenzungsflächen und der Ultraschallstrahl einen zylindrischen Querschnitt aufweist.

E sei die Scheitelamplitude des elektrischen Sendeimpulses in Volt. Mit α soll der Koeffizient für die Umsetzung der elektrischen Energie in mechanische Energie im piezoelektrischen Element bezeichnet werden, α hängt unter anderem von der mechanischen und elektrischen Dämpfung ab, die für ein einwandfreies Funktionieren des piezoelektrischen Elementes festgelegt wurde. Die von diesem piezoelektrischen Element erzeugte mechanische Energie ist somit Ea.

b sei der Koeffizient für die Übertragung der mechanischen Energie vom piezoelektrischen Element auf den Prüfling, b hängt von dem Kopplungsmedium zwischen dem piezoelektrischen Element und dem Prüfling, von der Rauheit des Prüflings, von dem Vorhandensein einer absorbierenden Schicht (beispielsweise einer Oxydschicht), vom akustischen Widerstand des Prüflings und von weiteren Faktoren ab. Die in den Prüfling eingestrahlte mechanische Energie ist somit Eab.

c sei der Reflexionskoeffizient der dem piezoelektischen Element gegenüberliegenden Begrenzungsfläche des Prüflings, der stark angenähert gleich 1 ist.

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Die Energie, die von dieser Begrenzungsfläche reflektiert wird, läßt sich somit mit Eabc angeben.

d sei der Schwächungskoeffizient der mechanischen Energie nach einem Hin- und Hergang des Ultraschallstrahles, so daß die auf die Oberfläche wieder auftreffende Energie mit Eabcd angegeben werden kann.

e sei der Koeffizient für den Übergang des Ultraschallstrahles vom Prüfling auf das piezoelektrische Element, der durch dieselben Phänomene bestimmt wird wie der Koeffizient b. Die auf das piezoelektrische Element wieder auftreffende Energie ist somit Eabcde.

f sei der Koeffizient für die Umsetzung der mechanischen Energie in elektrische Energie in dem piezoelektrischen Element, wobei dieser Koeffizient dem Koeffizienten α entspricht, so daß die in dem piezoelektrischen Element wieder erzeugte elektrische Spannung mit Eabcdef angegeben werden kann.

Bezeichnet man schließlich den Verstärkerfaktor mit G, der der Ablenkcharakteristik des Kathodenstrahloszillographen angepaßt ist, so erhält man schließlich für die Höhe F des Rückwandechos die Beziehung:

F = Eabcdef G.

In gleicher Weise erhält man für die Höhe eines durch eine Fehlstelle verursachten Echos die Beziehung:

D = Eabc'def G,

wobei c' der Reflexionskoeffizient der Fehlstelle ist, in welchem die Ausdehnung, die Art und die Orientierung dieser Fehlstelle zum Ausdruck kommen.

Man kann alle diese Koeffizienten in drei Kategorien einteilen:

1. Diejenigen, deren Verhältnis ein Maß für die Fehlerbestimmung ist, nämlich die Koeffizienten c und c';

2. diejenigen, die sich in einer die Werkstoffprüfung störenden Weise im Verlaufe der Prüfung zufällig ändern, wie z. B. die Koeffizienten b, d und e. Diese drei Koeffizienten seien zusammengefaßt in dem Faktor K=bde;

3. diejenigen, die im wesentlichen während einer Prüfung konstant bleiben und auf die man einwirken kann, wie die Koeffizienten Eof G.

Damit erhält man für F und D die Gleichungen:

F = c-EafG-K

und
D = c'-EafG-K.

Will man sich von unregelmäßigen Bedingungen des Kontaktes oder der akustischen Durchlässigkeit (Faktor K) oder auch von langsamen Veränderungen des Wertes »EafG« frei machen, so gibt es hierzu zwei Möglichkeiten:

Man kann das Verhältnis der Höhe eines von einer Fehlstelle verursachten, auf einem Bildschirm aufgezeichnete Echos zu der Höhe des Rückwandechos errechnen nach der Gleichung:
D c'

In dieser Gleichung heben sich die zufällig veränderlichen Faktoren mit schädlichem Einfluß auf das Prüfungsergebnis auf, mit Ausnahme der bei-

65 den Koeffizienten c' und c. Das ergibt eine ziemlich langwierige Rechnung, verlangt genaue Messungen und setzt voraus, daß der Verstärkungsfaktor linear ist. Diese Möglichkeit, das Ausmaß und die Lage von Fehlstellen zu bestimmen, scheidet daher bei automatischen Dauerprüfungen und bei sehr kleinen Werten für die Echos der Fehlstellen, wo das Verhältnis — sehr klein ist, aus.

Die zweite Möglichkeit ist, auf die Größe E af G derart einzuwirken, daß die Größe F einen konstanten Wert annimmt, daß sich also ergibt:

c-E UfG-K = F = const.

Diese Formel zeigt, daß im Falle einer Änderung der Größe K oder der Größe c die Konstanz des Wertes F durch eine Änderung der Amplitude E des Scheitelwertes der Emissionsspannung erreicht werden kann. Zu demselben Zweck können aber auch die Größen α und /, die Dämpfungsfaktoren des piezoelektrischen Elementes, und die Größe G, der Verstärkungsfaktor, geändert werden.

Da eine Änderung dieser Parameter im praktischen Betrieb nur durch eine von Hand vorzunehmende Einstellung des Gerätes bewirkt werden kann, muß die Prüfung eines Prüflings für diese Zeit unterbrochen werden. Hieraus ergibt sich, daß eine solche Einregulierung dieser Parameter im Falle einer automatischen Daueruntersuchung unmöglich ist.

Um die genannten Schwierigkeiten auszuschalten und die bei der Werkstoffprüfung durch Kopplungsänderungen zwischen den Wandlern und dem Werkstück verursachten Amplitudenschwankungen und die sich hieraus ergebenden nachteiligen Auswirkungen auf die Prüfung zu vermeiden, ist durch das ältere Patent 1147779 bereits ein Verfahren vorgeschlagen und unter Schutz gestellt worden, dessen wesentliche Merkmale darin bestehen, daß das vom Empfänger aufgenommene und anschließend verstärkte Rückwandecho mit Hilfe einer an sich bekannten, aus einem Verzögerungsglied und einer Torschaltung bestehenden Ausblendeeinrichtung ausgesiebt und mit einer einstellbaren Spannung verglichen wird und daß ferner die sich hierbei als Differenz ergebende Spannung zum Regeln des Verstärkungsgrades der empfangenen Signale oder der Amplitude der Sendeimpulse benutzt wird. Zur Durchführung des Verfahrens ist dabei vorgesehen, die aus dem Verzögerungsglied und der Torschaltung bestehende Ausblendeeinrichtung mit dem an den Empfangswandler angeschlossenen Empfangskreis in Verbindung zu bringen und die im Empfangskreis aus den aufgenommenen Ultraschallsignalen ausgesiebten Rückwandechosignale einer Regelspannungserzeugerschaltung zuzuführen, in der aus den Rückwandechosignalen eine Spannung erzeugt und mit einer gegebenenfalls einstellbaren Bezugsspannung verglichen wird, deren Differenzspannung einem zwischen Empfangswandler und Anzeigeeinrichtung eingeschalteten Regelverstärker als Regelspannung zugeführt wird.

Der Erfindung liegt ebenfalls die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe einer automatischen Regelung den während der Durchführung der Werkstoffprüfung auftretenden Veränderungen der vorgenannten Einflußgrößen entgegenzuwirken, und zwar insbesondere den Veränderungen derjenigen Bedingungen, die die Übertragung der Impulse von dem piezoelektrischen

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Element auf den Prüfling betreffen (Koeffizient b), Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich um auch dann eine genaue und sofort auswertbare aus der nachfolgenden Beschreibung des in der Anzeige einer Fehlstelle zu erhalten, wenn Unregel- Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsmäßigkeiten an der Oberfläche oder im inneren Ge- beispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Es füge des Prüflings die Energie des Ultraschallstrahles 5 zeigt

beeinflussen und so auf die Oszillogrammwerte ein- F i g. 1 den schematischen Aufbau des Gerätes,

wirken, was den Beobachter zu falschen Schlüssen F i g. 2 die Gestalt der elektrischen Signale, die an

führen könnte oder ihn nach den bisherigen Metho- den verschiedenen Stellen des Gerätes erhalten

den zwingen würde, entweder von Hand Einstellun- werden,

gen am Gerät vorzunehmen, um gleiche Unter- io F i g. 3 eine Schaltskizze des Gerätes,

suchungsbedingungen zu schaffen, oder aber im Ein- Die elektrischen Signale, die an der Stelle A der

zelfall die Höhe eines Fehlstellenechos einerseits und Fig. 1 ankommen, entstammen einem Prüfgerät,

des Rückwandechos andererseits zu messen und das nach dem bekannten Ultraschall-Impulsecho-

dann deren Verhältniswert zu errechnen. verfahren arbeitet und in dem 12 einen elektrischen

Gemäß der Erfindung wird die Spitzenamplitude 15 Schwingungsimpulsgenerator, 13 einen elektroaku-

jedes Rückwandechos bis zu Auftreten des nächsten stischen Wandler, beispielsweise einen Piezoquarz,

Rückwandechos gespeichert und für die Konstant- und 14 einen Prüfkörper darstellen,

haltung der Spitzenamplitude des Rückwandecho- Diese elektrischen Signale haben die Form, wie sie

signals die Differenz dieser bis zum Auftreten des im Diagramm α der F i g. 2 dargestellt ist. In diesem

nächsten Rückwandechos gespeicherten Spitzen- 20 Diagramm sind zwei aufeinanderfolgende Perioden

amplitude gegenüber der Bezugsspannung verwendet. T₁ und T₂ dargestellt. V₁ ist der Scheitelwert des

Da bei der Durchführung dieses Verfahrens ledig- elektrischen Sendeimpulses, V₂ der Scheitelwert des lieh die Amplitudenänderung ausgeregelt wird, kann an einer Fehlstelle reflektierten Impulses und V₃ der die gesamte Schaltvorrichtung verhältnismäßig ein- Scheitelwert desjenigen Impulses, der an der Rückfach ausgeführt werden. Bei dem Verfahren gemäß 25 wand des Prüflings während der Messung reflektiert dem älteren Patent 1 147 779 müßte die automa- wurde. Es wird angenommen, daß während der tische Verstärkungsregelung dagegen augenblicklich zweiten Periode T₂ der im vorstehenden definierte ohne Verzögerung ansprechen, um die Amplitude Faktor K eine Änderung erfahren hat, die eine Andes verstärkten Rückwandechos regeln zu können. Es derung der Amplituden der Impulse V₂ und V₃ zur trifft hier nämlich gleichzeitig mit dem Rückwand- 30 Folge hat; V₂ wird V₂' und V₃ wird V₃'. V₁ ist die echo aus dem Breitbandverstärker der Impuls aus Wiedergabe des Sendeimpulses während der Periode der Laufzeitkette über den Leitimpulsgenerator am T₂. Der mit dem erfindungsgemäßen Gerät ange-Torverstärker ein. Solange also das Rückwandecho- strebte Zweck ist, wie schon erwähnt, V₃ konstant zu signal ansteht, muß es geregelt verstärkt werden. halten, welches auch immer die Werte sind, die der Dies erfordert extrem breitbandige Baugruppen in 35 Faktor K und demzufolge auch V₂ auf Grund einer der Rückkopplungsschleife. Obwohl auch hier in vorliegenden Fehlstelle des Prüflings annimmt, da-Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen Ver- mit zwei Fehlstellen gleicher Art und Lage dasselbe fahren ein Bezugsspannungsvergleich durchgeführt Resultat auf dem Bildschirm ergeben,
wird, muß dieser jedoch, gemäß dem älteren Patent In F i g. 1 stellt 1 einen Verstärker mit selbstvom völlig ungeregelten Zustand ausgehend, bei 40 tätiger Regelung des Verstärkungsgrades dar. Dieser jedem Rückwandecho von neuem gemacht werden. Verstärker ist mit Pentodenröhren mit veränder-

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfin- licher Steilheit ausgerüstet und umfaßt eine Mehrdungsgemäßen Verfahrens weist einen von einem zahl gleicher Stufen. Die Kopplung dieser Stufen Prüfimpulsgenerator gespeisten elektromechanischen wird durch Hochfrequenztransformatoren bewirkt. Wandler, einen die Rückwand- und die Fehlerstellen- 45 Diese Art der Kopplung wurde gewählt auf Grund echos aufnehmenden regelbaren Verstärker und eine des großen Verstärkungsfaktors jeder Stufe und die Rückwandechospannung empfangende und diese gleichermaßen auf Grund der kurzen Nachholzeit Spannung mit einer regelbaren Bezugsspannung ver- nach der Erregung durch Impulse mit höherem gleichende Vergleicherschaltung auf, wobei die Dif- Scheitelwert, wie beispielsweise V₁. Die Hochferenz dieser beiden Spannungen zur Regelung des 50 frequenztransformatoren können mittels eines Schal-Verstärkungsfaktors des Verstärkers dient. Erfin- ters ausgewählt werden, um sie auf die Arbeitsdungsgemäß umfaßt dabei die Vergleicherschaltung frequenzen des verwendeten piezoelektrischen EIeeinen Speicherkreis, der die verstärkte Spitzenspannung mentes abzustimmen. Die Spannung, die den Vereines jeden Rückwandechos bis zum Auftreten des Stärkungsgrad des Verstärkers 1 steuert, ist in F i g. 1 nächsten Rückwandechos speichert, ferner einen dif- 55 mit / bezeichnet und hat die im Diagramm i dargeferenzbildenden Schaltungsteil, der die gespeicherte stellte Form, in welchem die gestrichelte Linie das Spannung mit einer einstellbaren Bezugsspannung Basisniveau anzeigt.

vergleicht und ein dieser Spannungsdifferenz propor- Die Ausgangsklemme des Verstärkers 1 ist mit dem

tionales Signal erzeugt, sowie schließlich einen Über- Amplitudendetektor 2 verbunden, der den Zweck hat,

tragungsschaltungsteil, der aus einer Drossel in Par- 60 die Umhüllungslinie der Impulse ohne die Hoch-

allelschaltung mit einem Gleichrichter besteht, der frequenzwelle in Erscheinung treten zu lassen. Die

das der Spannungsdifferenz proportionale Signal an Zeitkonstante der Kreise des Amplitudendetektors 2

den regelbaren Verstärker abgibt. Die Differenzspan- wird verhältnismäßig klein gewählt, beispielsweise

nung kann dabei in vorteilhafter Weise über einen an 10 Mikrosekunden, um die in dem Diagramm e dar-

sich bekannten Differenzverstärker erzeugt werden. 65 gestellte Form der Einhüllenden der Impulse nicht

Auch kann zwischen dem Differenzverstärker und zu verändern. Die in Fig. 1 mit B dargestellte

der Drossel-Gleichrichter-Kombination ein Verstär- Klemme, erhält von dem Ultraschallgenerator elek-

ker mit niedrigerem Scheinwiderstand geschaltet sein. irische Synchronisierungssignale, die den Beginn

jedes einzelnen in dem Diagramm & dargestellten Zyklus festlegen. Diese ermöglichen es, im Zeitpunkt t₀ den monostabilen Multivibrator 3 in Tätigkeit zu setzen, dessen Schwingungsdauer eingestellt werden kann, beispielsweise in dem Bereich von 3 bis 1000 Mikrosekunden. Das von dem monostabilen Multivibrator 3 ausgesandte Signal, das in der Fig. 1 bei C angedeutet ist, hat die in dem Diagramm c der F i g. 2 dargestellte Form. Die rückwärtige verschiebbare Kante dieses von dem monostabilen Multivibrator 3 ausgesandten Signals kann beispielsweise mittels Handeinregelung so gelegt werden, daß sie genau mit der Vorderfront desjenigen Impulses übereinstimmt, der dem Rückwandecho F₃ entspricht, dessen Amplitude von eventuellen Schwankungen des Faktors K unabhängig gehalten werden soll. Das Element4 der Fig. 1 stellt den Generator für die Freigabesignale dar, die durch die differenzierte rückwärtige Kante des in dem Diagramme dargestellten Signals ausgelöst werden. Das Element 4 wird gebildet durch einen Sperrschwinger, der mit einem Amplitudenbegrenzer verbunden ist, und ermöglicht es, in dem Punkt D der Fig. 1 ein elektrisches Signal von der in dem Diagramm d dargestellten Form zu erhalten. Die Breite dieses Signals kann der Breite des auszuwählenden Impulses, beispielsweise des Impulses F₃, entsprechen.

Das bei dem Punkt D vorhandene Freigabesignal wird einerseits dem Koinzidenzenkommutator 5 (elektronischer Gleichlaufschalter) und andererseits im Punkt D₁ dem Steuergitter des Kathodenstrahloszillographen des Prüfgerätes zugeleitet. Auf diese Weise wird die Leuchtspur auf dem Schirm des Kathodenstrahloszillographen 9 während der ganzen Dauer des Entsperrimpulses verstärkt, so daß der ausgewählte Impuls sehr hell auf einer weniger leuchtenden Spur hervortritt.

Der in Fig. 3 dargestellte Koinzidenzenkommutator 5 erhält an seiner EingangsklemmeE (Fig. 1) ein elektrisches Signal, wie es in dem Diagramm e der Fig. 2 dargestellt ist, und bezweckt in seinem Ausgangskreise nur den elektrischen Impuls, beispielsweise F₃, erscheinen zu lassen, dessen Amplitude eine Funktion des für den Faktor K sich jeweils ergebenden Wertes ist. Der Koinzidenzenkommutator 5 kann durch einen Diodenschalter gebildet werden, dessen innere Kapazitäten mittels veränderlicher Kondensatoren aufeinander abgestimmt sind. Das Signal e tritt beispielsweise über eine Stufe mit niedriger Ausgangsimpedanz (Anodenbasisverstärker) in den Koinzidenzenkommutator ein. Die Ausgangsklemme des Koinzidenzenkommutators ist durch einen Verzögerangs- oder Speicherkreis belastet, in F i g. 1 mit 6 bezeichnet, der einen verlustlosen Kondensator aufweist, der mit einem Anodenbasisverstärker verbunden ist, dessen Eingangskreis derart bemessen und ausgebildet ist, daß während der Sperrzeit, die beispielsweise das Tausendfache der Dauer des Freigabesignals beträgt, keinerlei Ableitung möglich ist, während der Ausgangskreis einen sehr geringen Widerstand aufweist, wodurch eine große Betriebsgeschwindigkeit gewährleistet wird. Im Ausgangskreis des in F i g. 1 mit 6 bezeichneten Kreises erscheint ein elektrisches Signal, wie es in dem Diagramm g der F i g. 2 dargestellt ist, wo die gestrichelte Linie das Basispotential bestimmt. In dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel .behält das Signal während der Periode T₁' einen konstanten Wert, der dem Scheitelwert F₃ des ausgewählten Impulses entspricht. Während der zweiten Periode T₂' —· wobei angenommen wird, daß der Faktor K sich inzwischen geändert hat — ist der dem Rückwandecho entsprechende Impuls etwas schwächer geworden und hat einen Scheitelwert F₃' angenommen. Der Speicherkondensator entlädt sich während der Entsperrzeit des Koinzidenzenkommutators über einen schwachen Widerstand, der die Belastung des

ίο Eingangskreises desselben darstellt, und hält so den Scheitelwert F₃' während der ganzen Periode T₂' aufrecht.

Die Form des Signals g ist somit diejenige einer streng kontinuierlichen Spannung während der ganzen Dauer einer Periode, die am Anfang eines jeden Zyklus plötzlich zu- oder abnehmen kann, in Funktion des Wertes, den der Faktor K annimmt. Die gestrichelte waagerechte Linie in dem Diagramm g der Fig. 2 stellt das Massepotential dar.

Ein Differentialverstärker mit zwei Eingangsklemmen und einer Ausgangsklemme ist in der Fig. 1 bei 7 dargestellt. Dieser Verstärker besteht aus zwei Trioden in derselben Röhre. Die beiden Kathoden der Trioden sind über eine Pentode mit dem negativen Potential verbunden; diese Anordnung gewährleistet einen großen Kathodenwiderstand ohne Verringerung des Stromes.

Das in der Fig. 1 bei G angedeutete und die Form des Diagramms g aufweisende Signal wird an das Steuergitter der ersten Triode angelegt. Das Steuergitter der zweiten Triode erhält eine konstante und wahlweise von Hand einstellbare Spannung von dem in F i g. 1 dargestellten Element 8, das eine Vergleichsspannungsquelle darstellt. Diese Spannung ist in Fig. 2 in dem Diagramm h dargestellt, in welchem die gestrichelte horizontale Linie ebenfalls wieder das Massepotential angibt. Im Anodenkreis der ersten Triode liegt ein Widerstand, und das elektrische Signal, das dort aufgenommen wird, entspricht einer verstärkten und umgekehrten Differenz der beiden Signale in den beiden Punkten G und H der Fig. 1; es stellt das Steuersignal/ dar, wie es in F i g. 3 in dem Diagramm i dargestellt ist. Dieses Signal wird über eine Leitung mit niedrigem Scheinwiderstand, beispielsweise einen Kathodenverstärker, den Eingangsklemmen jeder der Stufen zugeführt, die den Verstärker 1 der Fig. 1 bilden. Zwischen der gemeinsamen Verteilerleitung und jedem einzelnen Punkt der Zuführung des Steuersignals in dem Verstärker 1 ist eine Vorrichtung angeordnet, die aus einer Drosselspule besteht, die mit einem Germaniumgleichrichter und einem Entkoppelungskondensator verbunden ist, der eine geringe Kapazitanz für die Arbeitsfrequenzen aufweist.

Die Verbindung dieser drei Elemente gibt die Möglichkeit, am Eingang einer jeden Stufe des Verstärkers 1 gleichzeitig sowohl das Hochfrequenzsignal als auch das Steuersignal ohne irgendwelche gegenseitige Beeinflussung einzuführen. Da die Drosselspule einerseits einen großen Widerstand für Hochfrequenz aufweist, erscheinen die Hochfrequenzschwingungen auf der gemeinsamen Verteilerlinie des Steuersignals nicht, und da andererseits die Drosselspule nur einen geringen Widerstand für den Quasigleichstrom des Steuersignals bildet, wird dieses ohne Verzerrung und augenblicklich den Eingangsklemmen einer jeden Stufe des Verstärkers 1 zugeleitet. Der Germaniumgleichrichter dämpft den

sich auf die Drosselspule auswirkenden Einfluß der Impulse sehr großer Amplitude von beispielsweise mehreren 100 Volt, die durch die Sendeimpulse V₁ erzeugt werden, die ihrerseits in dem Diagramm a der F i g. 2 dargestellt sind. Der Sinn der Polung des Germaniumgleichrichters ist derart, daß der aufgenommene Impuls eine negative Spannung erzeugt, die bestrebt ist, den Verstärker während der Dauer des Sendeimpulses V₁ zu sperren, und die dem Verstärker 1 eine große Unempfindlichkeit gegenüber Überlastungen verleiht.

Das in dem Diagramm/ der Fig. 2 dargestellte Signal bildet das elektrische Ausgangssignal, das an die senkrechten Ablenkungsplatten des Kathodenstrahloszillographen 9 angelegt wird, während die waagerechten Ablenkplatten von einem kapazitiven Sägezahngenerator 10 gespeist werden, der durch das Synchronisierungssignal, dargestellt in dem Diagramm b der Fig. 2, ausgelöst wird.

Fig. 3 zeigt das Schaltschema im einzelnen. Der Verstärker 1 mit selbsttätiger Regelung des Verstärkungsgrades umfaßt eine Mehrzahl von Pentodenröhren 100, von denen in der Figur nur zwei dargestellt sind, die über einen Hochfrequenztransformator 101 gekoppelt und mit den Drosselspulen 102 und den Germaniumgleichrichtern 103 verbunden sind.

Die Entkopplungskondensatoren sind mit 104 bezeichnet. Der monostabile Multivibrator 3 wird durch die Synchronisierungsimpulse gespeist, die durch den Generator 11 des Prüfgerätes erzeugt werden. Die Dauer der metastabilen Perioden kann mittels des Potentiometers 105 eingeregelt werden. Das von dem Multivibrator ausgesendete Signal wird dem Sperrschwinger 4 zugeleitet.

Das durch diesen Sperrschwinger erzeugte Signal wird einerseits der Eingangsklemme des Koinzidenzenkommutators 5 und andererseits dem Steuergitter des Kathodenstrahloszillographen 9 zugeführt. Der Koinzidenzenkommutator 5 umfaßt vier Dioden 106, deren innere Kapazitäten mittels regelbarer Kondensatoren 107 abgeglichen werden. Der Eingang des Koinzidenzenkommutators ist mit der Kathode einer vorgeschalteten Stufe verbunden, die durch eine Triode 108 gebildet wird, während an die Ausgangsklemme dieses Kommutators ein Speicheroder Verzögerungskreis 6 angeschlossen ist. Der Speicher- oder Verzögerungskreis 6 wird durch einen Kondensator 109 in Verbindung mit einer Triode 110 gebildet. Die von dem Speicherkreis 6 herrührende Steuerspannung wird an das Steuergitter der Triode 111 gelegt, die ihrerseits einen Teil des Differentialverstärkers 7 bildet, der zwei Trioden aufweist. Die Kathoden der Röhren 111 und 112 sind miteinander und über eine Pentode 113 mit dem negativen Potential verbunden. Die Spannung der Vergleichsspannungsquelle 8 wird an das Steuergitter der Triode 112 gelegt und kann mittels des Potentiometers 114 beliebig, vorzugsweise von Hand, geregelt werden. Im Anodenkreis der Triode 111 liegt ein Widerstand 115. Das Signal, das von der Anode der Triode 111 aufgenommen wird, wird über eine eine Triode 116 aufweisende Leitung mit geringem Scheinwiderstand den Steuergittern der Pentoden zugeführt, die ihrerseits einen Teil des Verstärkers 1 bilden.

Die Ausgangsspannung des Ausgangstransformators 111 des Verstärkers 1 wird an die senkrechten Ablenkplatten des Oszillographen 9 angelegt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Kompensation veränderlicher Prüfbedingungen bei der Ultraschall-Werkstoffprüfung, bei dem auf ein periodisches Ultraschallsignal Echos an den Fehlerstellen und an der Rückwand des Prüflings auftreten und bei dem das Signal des elektrisch verstärkten Rückwandechos eine Rückwandechospannung ergibt, die mit einer einstellbaren Bezugsspannung verglichen wird, und bei dem die Differenz dieser beiden Spannungen die Amplitude des Sendeimpulses oder den Grad der Verstärkung desjenigen Verstärkers regelt, der die Fehlerstellenechos und die Rückwandechos verstärkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenamplitude jedes Rückwandechos bis zum Auftreten des nächsten Rückwandechos gespeichert wird und für die Konstanthaltung der Spitzenamplitude des Rückwandechosignals die Differenz dieser bis zum Auftreten des nächsten Rückwandechos gespeicherten Spitzenamplitude gegenüber der Bezugsspannung verwendet wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem von einem Prüfimpulsgenerator gespeisten elektromechanischen Wandler, einem die Rückwand- und die Fehlerstellenechos aufnehmenden regelbaren Verstärker und einer die Rückwandechospannung empfangenden und diese Spannung mit einer regelbaren Bezugsspannung vergleichenden Vergleicherschaltung, wobei die Differenz dieser beiden Spannungen zur Regelung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleicherschaltung einen Speicherkreis (6), der die verstärkte Spitzenspannung eines jeden Rückwandechos bis zum Auftreten des nächsten Rückwandechos speichert, einen differenzbildenden Schaltungsteil (7), der die gespeicherte Spannung mit einer einstellbaren Bezugsspannung vergleicht und ein dieser Spannungsdifferenz proportionales Signal erzeugt, sowie einen Übertragungsschaltungsteil umfaßt, der aus einer Drossel (102) in Parallelschaltung mit einem Gleichrichter (103) besteht, der das der Spannungsdifferenz proportionale Signal an den regelbaren Verstärker (1) abgibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzspannung über einen an sich bekannten Differenzverstärker (7) erzeugt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Differenzverstärker (7) und der Drossel-Gleichrichter-Kombination (102, 103) ein Verstärker (116) mit niedrigem Scheinwiderstand geschaltet ist.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 147 779.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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