DE1698149C3 - Ultraschallsender zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung - Google Patents

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 7^ao 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 4^ί0 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 8^S0 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

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 8^2ft 55 durch die gestrichelten Umrisse angedeutet sind, gezugeordnet. Bei der dargestellten Ausführungsform nauer veranschaulicht.

bestehen die Elemente 1 bis 1^2I> 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)

J 2 eignet sich diese bekannte Sender-Empfängereinrich- Patentansprüche· tung wenig, da einerseits kein scharf gebündelter Einzelstrahl ohne starke Nebenfrequenzbänder vor-

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

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