DE1698149C3 - Ultraschallsender zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung - Google Patents
Ultraschallsender zur zerstörungsfreien WerkstoffprüfungInfo
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Description
einen monostabilen Multivibrator mit einem mit dem Kippeingänge S bis 520 jeweils an den zugehörigen
Impulsgenerator verbundenen Starteingang, eine Ein- Hinterflanken-Detektor 6 bis 620 angeschlossen sind,
richtung zur Einstellung der Impulslänge der durch welcher seinerseits mit dem zugehörigen monostabilen
diesen Multivibrator angeregten Impulse sowie einen Multivibrator 7 bis 7ao verbunden ist.
zwischen den Ausgang des zugehörigen Multivibrators 5 In dem Augenblick, in welchem ein angestoßener
und den Kippeingang des zugehörigen Oszillators ein- Multivibrator 7 bis 720 wieder in dem Normalzustand
geschalteten Detektor zur Feststellung des Auftretens zurückkehrt, erzeugt der nachgeschaltete Detektor 6
der Hinterflanke dieser Impulse uafaßt. bis 620 einen kurzen Impuls, welcher den zugeord-
Die elektroakustischen Elemente des Wandlers, die neten Oszillator 4 bis 4ί0 anregt- worauf letzterer mit
zweckmäßigerweise nebeneinander in einer Ebene io einer kurzen Folge von Impulsen frei schwingt,
angeordnet sind, werden nacheinander mit gleicher Die Oszillatoren 4 bis 420 shid sämtlich auf dic-
Frequcnz. jedoch mit gewisser Phasemersehiebung selbe Frequenz abgestimmt, werden jedoch nachein-
eingeschaltet, um einen Schallstrahl in einer bestimm- ander dadurch in verschiedenen Augenblicken ange-
ten Richtung innerhalb dieser Ebene auszusenden. stoßen, daß die Multivibratoren 7 bis 720 in verschie-
Die Detektoren, welche das Einschalten der elektro- 15 denen Augenblicken angestoßen, daß die Multivibra-
akustischen Elemente gewährleisten, werden durch toren 7 bis 720 in verschiedenen Augenblicken in ihren
die Hinterflanken der durch die monostabilen Multi- Normalzustand zurückkehren. Durch richtige Aus-
vibratoren angeregten Impulse gesteuert. Die Multi- wahl der Kurve dieser Phasenverschiebungen kann
vibratoren werden sämtlich zu gleicher Zeit durch die Hauptkeule des Schallstrahls in eine bestimmte
den allen elektroakustischen Elementen gemeinsamen 20 Richtung gelenkt werden.
Impulsgenerator in Betrieb gesetzt. Aus diesem Grund Der Augenblick der Rückstellung in den Normalbestimmt die Impulslänge die Phase des den Elcmen- zustand wird für jeden monostabilen Multivibrator 7
ten zugeführten elektrischen Signals. bis 720 einzeln durch Spannungsteiler 8 bis 8S0 fest-
Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfin- gelegt, wobei die Zeitspannen, während welcher sich
dung bestehen die Einrichtungen zur Einstellung der 25 die einzelnen monostabilen Multivibraloren 7 bis 7-'"
Länge der angeregten Impulse aus einer allen Ein- in ihrem angestoßenen Zustand befinden, unmittelbar
richtungen gemeinsamen Stcuers;pannungsquelle und proportional der Spannung sind, welche die Span-
einem fest eingestellten Spannungsteiler für jeden nungsteiler 8 bis 82n von der zentralen Steuerspan-
Multivibrator, wobei diese gemeinsame Steuerspan- nung E abzweigen. Die Multivibratoren 7 bis 720 wer-
nungsquelle vorzugsweise so einstellbar ist, daß sie 30 den sämtlich im selben Augenblick mittels eines
eine Änderung des Schallstrahls in einer Ebene er- durch einen je Sekunde 1000 Impulse abgebenden
möglicht. zentralen Impulsgenerator an einen Impulseingang 10
Uni eine Ebene Schritt für Schritt abtasten zu angelegten Startsignals angestoßen,
könnt-n, kann die Spannung der zentralen Steuer- In F i g. 2 ist eine Reihe von Binärziffer-Zählem
spannungsquellc stufenweise eingestellt werden, wobei 35 13 bis 17 dargestellt, denen jeweils ein Widersland
sich die Spannung beim Auftreten eines vom Impuls- einer Gruppe von Parallelwiderständen 18 bis 22 zu-
generator abgegebenen Signals jeweils um eine Stufe geordnet ist. Dieser Kreis gibt bei jedem durch den
ändert. Impulsgenerator an die Klemme 10 angelegten Impuls
Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeich- über einen Gleichspannungsverstärker 23 eine um je-
nung näher beispielsweise erläutert. Es zeigt 40 weils eine Stufe reduzierte Spannung an Klemmen 11
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform und 12 ab, wobei der jeweils dreiunddreißigste Im-
cines Ullraschallsenders mit den Merkmalen der Er- puls wieder auf die volle Spannung führt. Diese an
findung. die Klemmen Il und 12 gemäß Fig. 1 angelegt?
F ig. 2 ein Blockschaltbild eines Generators für die Stufenspannung bewirkt, daß der Schallstrahl pro
Anreeung einer sich schrittweise ändernden Stoß- 45 o , . lOOO . . . ,, .„. n. , ,
spannung und Sekunde J2 mal in zweiunddreißig Richtungen aus-
F i g. 3 ein Einzelheiten der Vorrichtung gemäß gestrahlt wird, da infolge der Änderung der Span-
F i g. 1 zeigendes Schaltbild. nung E der Augenblick der Rückstellung der mono-
In den Figuren sind einander entsprechende Bau- stabilen Multivibratoren 7 bis 72n in den Normalteile
mit jeweils gleichen BezugszilTern und Buch- 50 zustand geändert wird,
stäben bezeichnet. In F i g. 3 sind das Element 1 zusammen mit den
stäben bezeichnet. In F i g. 3 sind das Element 1 zusammen mit den
Jedem einzelnen Element 1 bis I2" einer Reihe von zugeordneten Schaltungen, dem Oszillator 4, dem
Wandlern sind ein Oszillator 4 bis 42n, ein Hinter- Detektor 6, dem einstellbaren monostabilen Multiflankcn-Dctektor
6 bis 620, ein monostabiler Multi- vibrator 7 und dem Spannungsteiler 8, die sämtlich
vibrator 7 bis 7"-° und ein Spannungsteiler 8 bis 82ft 55 durch die gestrichelten Umrisse angedeutet sind, gezugeordnet.
Bei der dargestellten Ausführungsform nauer veranschaulicht.
bestehen die Elemente 1 bis 12I>
aus piezoelektrischen Der Detektor 6 weist eine Einrichtung zur Anpas-
Krislallcn. An die Oberseile 2 bis 2-'° und die Unter- sung des Startsignals auf, um einen im Einschalt-bzw.
seile 3 bis 3-" jedes Kristalls ist je eine Elektrode an- Oszillatorkreis 4 liegenden Thyristor 25 kurzzeitig
gelegt. Durch Anordnung der einundzwanzig Kri- 60 zum Zünden zu bringen und somit einen Kondensator
stalle 1 bis \~n mit aneinanderliegenden Langseiten, 27 sich über eine Selbstinduktivität 26 entladen zu
Zwischenfügung von isolierenden Teflon-Streifen lassen. Nach jeder Entladung wird der Kondensator
zwischen die einzelnen Elektroden und Einbettung 27 wieder durch eine an einer Klemme A liegende
der iianzen Anordnung in eine feste Umhüllung aus Gleichspannung über einen hochohmigen Widersland
Kunstharz wird eine geschlossene Transduktoranord- 65 aufgeladen,
nung von beispielsweise K)-Il mm Größe erhalten. Im gezündeten Zustand bildet der Thyristor25 zu-
Die Elektroden 3 bis 32" sind an die jeweils züge- sammen mit einer Diode 28 einen geschlossenen
hörigen Oszillatoren 4 bis 42" angeschlossen, deren Schalter für beide Richtungen, welcher einen LC-
Kreis 26 bis 27 schließt, so daß infolge der Entladung des Kondensators 27 eine kurze gedämpfte Schwingung
von nur einigen wenigen Perioden mit einer Frequenz von etwa 1,3MHz angeregt wird, die an
den Kristall 1 angelegt wird, welcher hierdurch zum Schwingen gebracht 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.
Widerslände | 27 | Kondensatoren | |
29 | 100 k Ω | 52 | 1 (K)O pF |
37 | 68 kΩ | 53 | 82OpF |
38 | 8,2 k Ω | 54 | 15OpF |
39 | ^Ω | 55 | 82 pF |
40 | 560 Ω | 56 | 330 pF |
41 | 1,8 kΩ | 57 | 15 00OpF |
42 | 47 k Ω | 58 | 2 200 pF |
43 | 33 kΩ | 2 700 pF | |
44, | 46 390 Ω | ||
45 | l,2kO | ||
47 | 680 Ω | ||
48 | 3,3 k Ω | ||
49 | 22 kΩ | ||
Verwendete Bauelemente
Transistoren 30, 31 .... Kenndaten wie
Motorola MM 2712
Transistoren 32, 33, 34,
35, 36 Kenndaten wie
Motorola MM 2711
Thyristor 25 Kenndaten wie
RCA TA 2653
Diode 28 Kenndaten wie
Philips DA 202
Selbstinduktivität 26 ... 25 uHcnry Piezoelektrische Elemente 1—I20
bestehend aus 21 Kristallen von jeweils 10 mm Länge, (M8 mm Dicke und 1A mm Höhe.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Ultraschallsender zur zerstörungsfreien liegt und andererseits keine punktgenaue Verschwen-Werkstoffprüfung
mit einer Kette von elektro- 5 kungsmöglichkeit für einen Einzelstrahl besteht und
akustischen Wandlerelementen, einer die Wandler- zudem beim Drehen der Wandlerelcmente seibst die
elemente anstoßenden Oszillatoranordnung und am Meßpunkt auftreffende Energie verändert wird,
einer Einrichtung zum Einschalten der Wandler- In ähnlicher Weise sind beim Ultraschall-Senderelemente
mit gleicher Frequenz, jedoch in ein- Empfänger gemäß der USA.-Patentschrift 3 052 115
stellbarer unterschiedlicher Phase, die von einem io die Wandlerelemente räumlich angeordnet und teilen
für alle Wandlerelemente gemeinsamen Impuls- sich in Sender- und Empfängerelemente auf. Werden
generator beaufschlagt wird, dadurch ge- die Senderelemente nacheinander aktiviert, so sind
kennzeichnet, daß die Oszillatoranordnung die Empfangselemente parallel geschaltet oder umfür
jedes einzelne Wandlerelement (1 bis I20) gekehrt. Auch hier wird einem schwenkbaren Straheinen
Oszillator (4 bis 42°) mit einem Kippeingang i5 lenbündel jeweils nur die Energie von einem Element
(5 bis 5->0) aufweist, daß die Einrichtung zum zugeführt, oder es läßt sich der Empfänger schweiv
Einschalten der elektroakustischen Wandler- ken, dann jedoch strahlen alle Elemente zugleich ab.
elemente für jedes einzelne Wandelement einen Bei einer hinsichtlich der Energiebündelung bcsmonostabilen
Multivibrator (7 bis 720) mit einem seren, ebenfalls bekannten Vorrichtung dieser Ar;
mit dem Impulsgenerator verbundenen Start- 20 (USA.-Patentschrift 3 086195) besteht die Einncheingang
(10), eine Einrichtung (8) zur Einstellung tung zum Einschalten der elektroakustischen Wandicrder
Impulslänge der durch diesen Multivibrator elemente aus einem regelbaren Oszillator, weither
angeregten Impulse sowie einen zwischen den eine Verzögerungsleitung mit einer der Anzahl der
Ausgang des zugehörigen Multivibrators und den Wandlerelemente entsprechenden Anzahl von Ab-Kippeingang
des zugehörigen Oszillators eingc- 25 schnitten speist. Ein auf einer Festfrequenz arbeitenschalttter
Detektor (6 bis 6"-°) zur Feststellung den Oszillator synchronisiert einen Modulator, der
des Auftretens der Hinterflanke dieser Impulse ein impulsförmiges Signal mit einer der Schwebungsumfaßt.
frequenz beider Oszillatoren entsprechender Frequenz
2. Ultraschallsender nach Anspruch 1, dadurch abgibt. Weiterhin ist eine Anzahl von weiteren Modugekeniueichnet,
daß alle Einrichtungen zur Ein- 30 latoren vorgesehen, denen jeweils ein durch eine einstellung
der Länge der angeregten Impulse an sprechende Anzahl von Abschnitten der Leitung vereine
gemeinsame Steuerspannungsquelle (E) an- zögertes Signal sowie das Ausgangssignal des ersten
geschlossen sind und jeweils einen fest eingestell- Modulators aufgeprägt wird und deren Ausguiigsten
Spannungsteiler (8 bis 820) aufweisen. signale über jeweils zugeordnete Filter und Verstärker
3. Ultraschallsender nach Anspruch 2, dadurch 35 an jeweils eines der Wandlerelemente abgegeben
gekennzeichnet, daß die allen Einrichtungen (8) werden.
gemeinsame Steuersparmungsquelle (E) einstell- Gemeinsom mit den ersterwähnten Ultraschallbar
ist. sender-Empfängereinrichtungen weist auch diese be-
4. Ultraschallsender nach Anspruch 2 oder 3, kannte Vorrichtung noch den Nachteil auf, daß sie
dadurch gekennzeichnet, daß die allen Einrich- 40 keine Ultraschallimpulse kurzer Dauer zu liefern vertungen
gemeinsame Steuerspannungsquelle (E) mag, da — insofern speziell — ihre Schaltelemente
stufenweise einstellbar ist und sich bei jedem und insbesondere ihre Modulatoren Nebenfrequen/-Auftreten
eines vom Impulsgenerator abgegebe- bänder erzeugen, welche durch die Filter ausgcfilkit
nen Signals um eine Stufe ändert. werden müssen. Da diese Filter Schmalbandfifter sein
45 müssen, kann die Vorrichtung nicht für kurze Impulse
eingesetzt werden, welche eine große Band-
breite erfordern. Kurze Ultraschallimpulse sind jedoch für die Werkstoffprüfung wesentlich, damit von
den beispielsweise von einer festzustellenden Fehler-
Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsender zur 50 stelle im Werkstoff herrührenden Echos ein gutes
zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit einer Kette Bild der Form dieses Matetialfehlers erhalten werden
von elektroakustischen Wandlerelementen, einer die kann.
Wandlerelemente anstoßenden Oszillatoranordnang Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde,
und einer Einrichtung zum Einschalten der Wandler- eine leicht und möglichst vollelektronisch einstellbare
elemente mit gleicher Frequenz, jedoch in einstell- 55 Anordnung zur Erzeugung von Ultrasehallschwinbarer
unterschiedlicher Phase, die von einem für alle gungen für die Werkstoffprüfung zu schaffen, bei
Wandlerelemente gemeinsamen Impulsgenerator bc:- welcher die untere Grenze der Impulslänge nur durch
aufschlagt wird. die verwendeten Wandlerelemente selbst bestimmt
Zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung ist aus der wird und mit der sich eine große Anpassungsfähigkeit
USA.-Patentschrift 3 021706 bereits eine Ultraschall- 60 des Meßstrahls an die durch das zu prüfende Gut
Sender-Empfängereinrichtung bekannt, bei der ein- bestimmten Bedingungen gewährleisten läßt,
zelne Wandlerelemente auf einem Kreis verteilt in Die Erfindung besteht bei einem Ultraschallsender
zelne Wandlerelemente auf einem Kreis verteilt in Die Erfindung besteht bei einem Ultraschallsender
etwa gleichabständiger Folge räumlich angeordnet zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung nach der einsind.
Diese Wandlerelemente lassen sich einzeln oder gangs genannten Gattung darin, daß die Oszillatoralle
zugleich erregen, so daß sich entweder ein wenig G5 anordnung für jedes einzelne Wandlerelemciit einen
scharf gebündelter Einzelstrahl oder eine Raumwelle Oszillator mit einem Kippeingang aufweist, daß die
erzeugen bzw. empfangen läßt. Zur punktgenauen Einrichtung zum Einschalten der elektroakustischen
Abtastung, insbesondere von durchlaufendem Gut, Wandlerelemente für jedes einzelne Wandlerelement
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NL676703603A NL148458B (nl) | 1967-03-07 | 1967-03-07 | Ultrasonore zender. |
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EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |