DE1698149A1 - Ultraschallsender - Google Patents

Ultraschallsender

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Description

.„„,,„ L 7.HBZ.196»
Nederlandse Organisatie voor 1698149
Toegepast-Natuurwetenschappelijk
Onderzoek tenb«hoeve van de
Volksgezondheid
Den Haag, Niederlande ULTRASCHALLSENDER
Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsender für die Werkstoffprüfung, der mit einer Kette von elektromechanischen Elementen (Transduktorkette) und mit Einrichtungen zum Einschalten der einzelnen Elemente der Kette mit gleicher Fre- % quenz, jedoch in unterschiedlicher Phase versehen ist.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art besteht die Einrichtung zum Einschalten der elektromagnetischen Elemente aus einem regelbaren Oszillator, welcher eine Verzögerungsleitung mit einer der Anzahl der elektromechanischen Elemente entsprechenden Anzahl von Abschnitten speist, einem mit Festfrequenz arbeitenden Oszillator mit dem ein Modulator synchronisiert ist, welcher ein impuisförmiges Signal mit der j Schwejjungsfrequenz beider Oszillatoren entsprechender Frequenz abgibt, und einer Anzahl von weiteren Modulatoren,denen jeweils ein durch eine entsprechende Anzahl von Abschnitten der Leitung verzögertes Signal sowie das Ausgangssignal des ersten Modulators aufgeprägt wird und deren Ausgangssignale über jeweils zugeordnete Filter und Verstärker an jeweils ein elektromechanisches Element abgegeben werden.
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Der Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, daß sie keine Ultraschallimpulse kurzer Dauer zu liefern vermag, da ihre Schaltelemente und insbesondere ihre Modulatoren Nebenfrequenzbänder erzeugen, welche durch die Filter ausgefiltert werden müssen. Da diese Filter Schmalbandfilter sein müssen, kann die Vorrichtung nicht für kurze Impulse eingesetzt werden,- welche eine große Bandbreite erfordern· Kurze Ultraschallimpulse sind jedoch für die Werkstoffprüfung wesentlich, damit von den beispielsweise von L· einer' festzustellenden Fehlstelle im Werkstoff herrührenden Echos ein gutes Bild der Form dieses Materialfehlers erhalten werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer neuartigen, leicht einstellbaren, eine große Anpassbarkeit besitzenden Anordnung zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen, bei welcher die untere Grenze der Impulslänge nur durch den verwendeten Transduktor selbst bestimmt wird.
Diese Aufgabe läßt sich dadurch lösen, daß ein Ultraschallsender mit einer Kette von elektromechanischen Elementen und einer Einrichtung zum Einschalten dieser Elemente mit gleicher Frequenz, jedoch in unterschiedlicher Phase, erfindungsgemäß in der Weise aufgebaut ist, daß die Einrichtung zum Einschalten der elektromechanischen Elemente für jedes einzelne Element einen Oszillator mit einem Kippeingang, einen monostabilen Multivibrator mit einem Starteingang und mit einer Einrichtung
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zur Einstellung der Impulslänge der durch diesen Multivibrator angeregten Impulse sowie einen zwisühen den Ausgang des zugehörigen Multivibrators und den Kippeingang des zugehörigen Oszillators eingeschalteten Detektor zur Peststellung des Auftretens der Hinterflanke dieser Impulse und für alle elektromechanischen Elemente gemeinsam einen Impulsgenerator aufweist, der mit den Starteingängen aller Multivibratoren verbunden ist.
Die elektromechanischen Elemente des Transduktors, die zweckmäßigerweise nebeneinander in einer Ebene angeordnet sind, müssen nacheinander mit gleicher Frequenz, jedoch mit gewisser ™ Phasenverschiebung eingeschaltet werden, um einen Schallstrahl in einer bestimmten Richtung innerhalb dieser Ebene aussenden zu können. Die Detektoren, welche das Einschalten der elektromechanischen Elemente gewährleisten, werden durch die Hinterflanken der durch die monostabilen Multivibratoren angeregten Impulse gesteuert. Die Multivibratoren werden sämtlich zu gleicher Zeit durch den allen elektromechanischen Elementen gemeinsamen Impulsgenerator in Betrieb gesetzt» Aus diesem Grund bestimmt die Impulslänge die Phase des den Elementen |
zugeführten elektrischen Signals.
Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung bestehdndie Einrichtungen zur Einstellung der Länge der angeregten Impulse aus einer allen Einrichtungen gemeinsamen Steuerepannungequelle und einem feet'eingestellten Spannungsteiler für Jeden Multivibrator, wobei diese gemeinsame Steuerspannungequelle vorzugsweise einstellbar ist, so daß sie eine Änderung des Schallstrahls
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in einer Ebene ermöglicht.
Um eine Ebene Schritt für Schritt abtasten zu können, kann die Spannung der zentralen Steuerspannungsquelle stufenweise eingestellt- werden, wobei sich die Spannung beim Auftreten eines vom Impulsgenerator abgegebenen Signals jeweils ,um eine Stufe ändert.
Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Pig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Ultraschallsenders mit den Merkmalen der Erfindung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Generators für die Anregung einer sich schrittweise ändernden S£oßspannung und
Fig. 3 ein Einzelheiten der Vorrichtung gemäß Fig. 1 zeigendes Schaltbild.
In den Figuren sind einander gleiche Bauteile mit jeweils gleichen Bezugsziffern und Buchstaben bezeichnet.
Jedem einzelnen Element 1-1 einer Transduktorreihe sind ein Oszillator 4-420, ein Hinterflanken-Detektor 6-620, ein
20 ΡΩ
monostabiler Multivibrator 7-7 und ein Spannungsteiler 8-8 zugeordnet. Bei der dargestellten Ausführungsform bestehen die
20
Elemente 1-1 aus piezoelektrischen Kristallen. An die Ober-
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PO QD
.seite 2-2 und die Unterseite >3ώυ jedes Kristalls ist je eine Elektrode angelegt. Durch Anordnung der einundzwanzig
20
Kristalle 1-1 mit aneinanderliegenden Langseiten, Zwischenfügung von isolierenden Teflon-Streifen zwischen die' einzelnen Elektroden und Einbettung der ganzen Anordnung in eine feste Umhüllung aus Kunstharz wird eine geschlossene Transduktoranordnung von beispielsweise 10 χ 11 mm Größe erhalten.
20
Die Elektroden jJ-2 sind an die jeweils zugehörigen Oszil-
20 20
latoren 4-4 angeschlossen, deren Steuereingänge 5-5 jeweils
20 an den zugehörigen Hinterflanken-Detektor 6-6 angeschlossen sind, welcher seinerseits mit dem zugehörigen monostabilen
20
Multivibrator 7-7 verbunden ist.
In dem Augenblick, in welchem ein angestoßener Multivibrator 7 „20 wieder in den Normalzustand zurückkehrt, erzeugt der
20
nachgeschaltete Detektor 6-6 einen kurzen Impuls, welcher den
20
zugeordneten Oszillator 4-4 anregt, worauf letzterer mit einer
kurzen Folge von Impulsen frei schwingt. ä
20
Die Oszillatoren 4-4 sind sämtlich auf dieselbe Frequenz abgestimmt, werden jedoch nacheinander dadurch in verschiedenen Augenblicken angestoßen, daß die MuItivibratoren 7-7 in verschiedenen Augenblicken in ihren Normalzustand zurückkehren. Durch richtige Auswahl der Kurve dieser Phasenverschiebungen kann die Hauptkeule des SchallStrahls in eine bestimmte Richtung gelenkt werden.
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Der Augenblick der Rückstellung in den Normalzusand wird für
20 jeden monostabilen Multivibrator 7-7 einzeln durch Spannungsteiler 8-8 festgelegt, wobei die Zeitspannen, während welcher
20 sich die einzelnen monostabilen Multivibratoren 7-7 in ihrem angestoßenen Zustand befinden, unmittelbar proportional der
20 Spannung sind, welche die Spannungsteiler 8-8 von der zen-
tralen Steuerapannung E abzweigen. Die Multivibratoren 7-7 werden sämtlich im selben Augenblick mittels eines durch einen je Sekunde 1000 Impulse abgebenden zentralen Impulsgenerator an einen Impulseingang 10 angelegten Startsignals angestoßen.
In Fig. 2 ist eine Reihe von Binärziffer-Zählern Γ3-17 dargestellt, denen jeweils ein Widerstand einer Gruppe von Parallelwiderständen 18-22 zugeordnet ist. Dieser Kreis gibt bei jedem durch den Impulsgenerator an die Klemme 10 angelegten Impuls über einen Gleichspannungsverstärker 25 eine um jeweils eine Stufe reduzierte Spannung an Klemmen 11 und 12 ab, wobei der jeweils dreiunddreißigste Impuls wieder auf die volle Spannung führt. Diese an die Klemmen 11 und 12 gemäß Fig. 1 angelegte b Stufenspannung bewirkt, daß der Schallstrahl pro Sekunde -mal in zweiunddreißig Richtungen ausgestrahlt wird, da
infolge der Änderung der Spannung E der Augenblick der Rück-
20
stellung der monostabilen Multivibratoren 7-7 in den Normalzustand geändert wird.
Ih Fig. 5 sind das Element 1 zusammen mit den zugeordneten Schaltungen, dem Oszillator 4, dem Detektor 6, dem einstell-
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baren monostabilen Multivibrator 7 und dem Spannungsteiler 8, die sämtlich durch die gestrichelten Umrisse angedeutet sind, genauer veranschaulicht.
Der Detektor 6 weist eine Einrichtung zur Anpassung des Startsignals auf, um einen im Einschalt- bzw. Oszillatorkreis 4 liegenden Thyristor 25 kurzzeitig zum Zünden zu bringen und somit einen Kondensator 27 sich über eine Selbstinduktivität 26 entladen zu lassen. Nach jeder Entladung wird der Kondensator 27 wieder durch eine an einer Klemme A liegende Gleichspannung über einen hochohmigen Widerstand aufgeladen.
In zündendem Zustand bildet der Thyristor 25 zusammen mit einer Diode 28 einen geschlossenen Schalter für beide Richtungen, welcher einen LC-Kreis 26 - 27 schließt, so daß infolge der Entladung des Kondensators 27 eine kurze gedämpfte Schwingung von nur einigen wenigen Perioden mit einer Frequenz von etwa 1,5 MHz angeregt wird, die an den Kristall 1 angelegt wird, welcher hierdurch zum Schwingen gerächt wird.
Die Schaltungen 6 und 7 sind von herkömmlicher Bauart und brauchen daher an dieser Stelle nicht näher erläutert zu werden.
Die bei dieser Ausführungsform der Erfindung verwendeten Bauteile^ besitzen die in der folgenden Tabelle angegebenen Werte.
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TBSSHS
Widerstände
Kondensatoren
29 100 kÄ 27 1000 pF
57 - 68 kJX 52 820 Il
58 8,2 k/i 55 150 ti
59 1 ' k-O- 54 82 Il
40 560 JX 55 550 ti.
41 1,8 kXL 56 15000 Il
42 47 kil. 57 2200 Il
45 lö k/1 58 27ΟΟ Il
44,46 590 JfI
45 1,2 k-n.
47 680 /L
48 k/1
49 22 k-O.
Transistoren JO, 5I Transistoren 52, 55, 54, 35, Thyristor 25
Diode 28
Selbstinduktivität 26 Piezoelektrische Elemente 1-1
20
Motorola MM 2712 Motorola MM 27II RCA TA 2655 Philips OA 202 25 /uHenry
bestehend aus 21 Kristallen von jeweils 10 mm Länge, 0,48 mm Dicke und 1,4 mm Höhe.
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Claims (4)

1. Ultraschallsender mit einer Kette von elektromechanischen Elementen und einer Einrichtung zum Einschalten dieser Elemente mit gleicher Frequenz, Jedoch in unterschiedlicher Phase, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einschalten der elektromechanischen Elemente für jedes einzelne Element einen Oszillator mit einem Kippeingang, einen monostabilen Multivibrator mit einem Starteingang und mit einer Einrichtung zur Einstellung der Impulslänge der durch diesen Multivibrator angeregten ™ Impulse sowie einen zwischen den Ausgang des zugehörigen Multivibrators und den Kippeingang des zugehörigen Oszillators eingeschalteten Detektor zur Peststellung des Auftretens der Hinterflanke dieser Impulse und für alle elektromechanischen Elemente gemeinsam einen Impulsgenerator aufweist, der mit den Starteingängen aller Multivibratoren verbunden ist.
2. Ultraschallsender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ä daß alle Einrichtungen zur Einstellung der Länge der angeregten Impulse an eine gemeinsame Steuerspannungsquelle angeschlossen sind und jeweils einen fest eingestellten Spannungsteiler aufweisen.
Anspruch
3. Ultraschallsender nach / 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die allen Einrichtungen gemeinsame SteuerSpannungsquelle
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einstellbar ist.
4. Ul tr a schal Is end er nach Anspruch 2 oder J>s dadurch gekennzeichnet, daß die allen Einrichtungen gemeinsame
SteuerSpannungsquelle stufenweise einstellbar ist und sich bei jedem Auftreten eines vom Impulsgenerator abgegebenen Signals um eine Stufe ändert.
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DE1698149A 1967-03-07 1968-03-07 Ultraschallsender zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung Expired DE1698149C3 (de)

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DE1698149B2 DE1698149B2 (de) 1973-08-23
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