-
U1-traschallimpul sgerät zur MaterialprüSung Die Erfindung betrifft
Ultraschallimpulsgeräte zur Materiaplprüfung durch Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit
und Dämpfung von eingestrahlten Ultraschallwellen, die einer Ermittlung der physikalisch-mechanischen
Eigenschaften und der Struktur der Materialien dient. Insbesondere betrifft die
Erfindung Geräte zur Bestimmung der Festigkeit und der elastischen Eigenschaften
von Baustoffen und Bauelementen aus Beton, Ziegelstein, glasfaserverstärkten Plasten,
Stahlbeton und anderen Materialien.
-
Es sind NateriaIprifeinrichtungen bekannt, die mit einer Messung der
Ausbreitungsgeschwindigkeit und Dämpfung von Ultraschallwellen in den Materialien
arbeiten, bei denen die von Ultraschallimpulsen zum Durchlaufen des Materials benötigte
Zeit mit Hilfe eines elektronischen Zeitmaßstabes mit auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre
abgebildeten Neßmarken gemessen wird. Bei diesen Einrichtungen ist keine unmittelbare
Verbindung zwischen einem Meßmarken- und einem
Steuergenerator vorhanden,
weshalb das Zeitintervall zwischen der Abbildung eines abgestrahlten Scndeimpulses
und dem Abbildungsanfang eines Empfangssignals mit Hilfe von auf dem Bildschirm
der Elektronenstrahlröhre sichtbaren Zeitmarken gemessen wird. Dies bringt Fehler
und eine unzureichende Schnelligkeit der Zeitablesung mit sich, was insbesondere
für Laufzeitmessungen bei größeren Materialdicken gilt.
-
Mit diesen Einrichtungen ist außerdem eine Messung akustischer Kenngrößen
wie Nachhalldauer des Signals, Beriodendauer der hinlaufenden Welle u.a. schwer
durchführbar.
-
Es sind auch für diesen Zweck Ultraschalleinrichtungen bekannt, bei
denen die Zeitintervalle an einer geeichten Skala abgelesen werden, wozu die Abbildung
eines speziell Ablesungszwecken dienenden Hilfsimpulsesbenutzt wird, indem man die
Impulsabbildung auf dem Bildschirm einer Elektronenstrahl röhre solange verschiebt,
bis sie sich mit derjenigen des ersten von den empfangenen Signalen genau deckt.
-
Die Genauigkeit der Zeitmessung ist jedoch bei Geräten dieser Art
niedrig (2 bis 390), was darauf zurückzuführen ist, daß keine Eichung und Eichkontrolle
der Zeitmeßskala möglich ist.
Weiterhin Mu# beir erwähnten Goräten eine durch den Me#kanal bedingte Zeitverzögerungskorrektur
in den Meßergebnissen
mitberücksichtigt werden (Nullpunkteinstellung).
-
Nit der Erfindung soll ein Ultraschallimpulsgerät zur MaterialprüSung
angegeben werden, daS eine schnelle Zeitintervallablesung an einer geeichten Skala
mit hoher Genauigkeit ermöglicht und ein bequemes Meßsystem zur Messung der Durchlauf
zeit einer beliebigen Signalphase oder der Zeitintervalle zwischen verschiedenen
Phasen aufweist, wodurch sich die Nachhalldauer des Signals im Material und die
Periodendauer der hinlaufenden Grundwelle messen lassen. Diese Parameter tragen
zusätzliche Informationen über die Festigkeitswerte des Materials.
-
Der Erfindung liegt dabei die Aufgabe zugrunde, ein Ultraschallimpulsgerät
mit einer Zeitintervallineßeinrichtung anzugeben, die eine Eichung und Kontrolle
der Einstellungsge-Genauigkeit der Zeitmeßskala sowie eine Nullpunkteinstellung
ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird bei einem Ultraschallimpulsgerät zur Naterialprüfung
durch Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit und Dämpfung von eingestrahlten Ultraschall
schwingungen mit einem Steuergenerator, der einen Sendeimpulsgenerator und einen
Ablenkgenerator für einmalige Ablenkung des Strahls einer Elektronenstrahlröhre
steuert, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Laufzeitkette zur Verzögerung
der Auslösung des Ablonkgenerators (15) für einmalige Ablenkung in Form
einer
Reihenschaltung aus zwei in Bezug auf die Impulsdauer geeichten stufenweise und
stufenlos abstimmbaren Rechteckimpulsgeneratoren vorgesehen ist, wobei der Ausgang
dieser Generatoren an den Ablenkgenerator für einmalige Ablenkung und an eine Koinzidenzschaltung
angeschlossen ist, während der Eingang am Steuergenerator liegt, an dessen Eingang
eine Eicheinrichtung zur Eichung der Rechteckimpulsdauer liegt und der den Sendeimpulsgenerator
über ein einstellbares Rompensations-Laufzeitglied anregt.
-
Die Eicheinrichtung enthält vorteilhaft einen Eichimpuls-Quarzgenerator,
der an u i e Vertikalablenkplatten einer Elektronenstrahlröhre und an den Eingang
des Steuergenerators angeechlossen ist.
-
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnung, die ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Ultraschallimpulsgerätes
zeigt, näher erläutert.
-
Die Eicheinrichtung enthält einen Steuergenerator 1, dessen Impulse
einen Sendeimpulsgenerator 3 über ein regelbares Kompensations-Lautzeitglied 2 steuern.
Die vom Generator 3 erzeugten Impulse gelangen zu einem piezoelektrischen Wandler
4, an den das zu untersuchendc Material 5 akustisch angekoppelt ist. Nacli ihrem
Durchganfr durch das Material werden
die Ultraschallschwingungen
von einem piezoelektrischen Wandler 6 empfangen und über einen Verstärker 7 den
Vertikalablenkplatten 8 einer Elektronenstrahlröhre 9 sowie über einen Gleichrichter
10 einer Koinzidenz schaltung 11 zugeführt, deren als Relais ausgebildeter Ausgang
mit einer Signallampe 12 versehen ist. Die Impulse am Ausgang des Steuergenerators
1 werden außerdem über eine Reihenschaltung aus stuSenweise und stufenlos abstimmbarenSBezug
auf die Impulsdauer geeichten Rechteckimpulsgeneratoren 13 und 14 weitergeleitet
und lösen einen Ablenkgenerator 15 für einmalige Ablenkung aus, dessen Ausgangsspannung
den Horizontalablenkplatten 16 der Elektronenstrahlröhre 9 zugeführt wird.
-
Beim Schließen der Kontakte 17-18 und 19-20 eines Umschalters 21,
was dem Betrieb "Eihhen" entspricht, erzeugt eine Eicheinrichtung 22 zur Eichung
der Rechteckimpulsdauer Zeitmarkensignale, die auf den Eingang des Steuergenerators
1 und auf die Vertikalablenkplatten 8 der Elektronenstrahlröhre 9 gegeben werden.
-
Beim SchlieBen der Kontakte 17-18 sowie 19-24 des Umschalters 21,
was dem Betrieb"Messen"entspricht, wird die vom Netzteil 25 gelieferte Spannung
dem Eingang des Steuergenerators 1 zugeführt. Die Ausgangsspannung des Verstärkers
7 liegt an den Platten 8 der Elektronenstrahlröhre 9 und am Gleichrichter 10.
-
In der Stellung "Messen" des Schalters 21 synchronisiert die vom Netzteil
gelieferte elektrische Spannung den Steuergenerator 1, dessen Ausgangsimpulse zur
Steuerung des Sendeimpulsgenerators 3 sowie der Rechteckimpulsgeneratoren 13 und
14 dienen. Diese Rechteckimpulsgeneratoren sind derart in Reihe geschaltet, daß
der Generator 14 durch Impulse angeregt wird, die der Hinterflanke der vom Generator
13 ererzeugten Impulse entsprechen. Infolgedessen wird die Hinterflanke der vom
Generator 14 kommenden Impulse gegenüber den vom Steuergenerator 1 erzeugten um
eine Zeit verzögert, die der Gesamtdauer eines vom Generator 13 und eines vom Generator
14 erzeugten Impulses gleich ist.
-
Durch Impulse, die der Hinterflanke der vom Generator 14 erzeugten
Impulse entsprechen, wird der Ablenkgenerator 15 für einmalige Ablenkung angesteuert,
dessen sägezahnförmige Au sgangs spannung den Platten 16 der Elektronenstrahlröhre
9 zugeführt wird.
-
Steuerorgane der Generatoren 13 und 14 weisen geeichte Skalen mit
Anzeigern für die gemessene Zeit auf.
-
Die vom Generator 14 erzeugten Rechteckimpulse gelangen in die Koinzidenzschaltung
11, in der ein Vergleich zwischen der durch die Generatoren 13 und 14 vorgegebenen
Gesamtdauer der Verzögerung der Auslösung des Generators 15 für einmalige Ablenkung
und der Laufzeit des empfangenen Sendesignals stattfindet.
-
Die Ausgangsimpulse des Steuergenerators 1 erscheinen am Eingang des
bendeimpulsgenerators 3, an dessen Ausgang der strahlende piezoelektrische Wandler
4 liegt, nachdem sie das einstellbare Kompensations-Laufzeitglied 2 zur Nullpunkteinstellung
auf den Zeitmeßskalen der Generatoren 13 und 14 durchL ufen haben.
-
Die Nullpunkteinstellnng erfolgt, wenn die Verzögerungszeit des Gliedes
2 der Zeitdifferenz zwischen der Anfangsverzögerung der Auslösung des Generators
15 für einmalige Ablenkung bei Nullanzeige auf den Maßskalen und der Verzögerung
im Meßkanal gleich ist. Die Einstellung dieser Zeit wird mit Hilfe der instellorgane
des Gliedes 2 durchgeführt, während die piezoelektrischen Wandler 4 und 6 über eine
Schmierstoffschicht gekoppelt sind.
-
Dabei soll sich die Abbildung des ersten empfangenen Signals am Anfang
der auf dem Bildschirm der Elektronenstrahlröhre 9 sichtbaren Zeitbasis befinden.
-
Nach Durchlaufen des zu untersuchenden Materials 5 werden die Ultraschallschwingungen
vom piezoelektrischen Wandler 6 empfangen, in elektrische Schwingungen umgewandelt
und zum Verstärker 7 weitergeleitet, der an seinem Eingang ein geechtes Dämpfungsglied
(nicht dargestellt) aufweist.
-
Das am Ausgang des Verstärkers 7 auftretende Signal gelangt
an
die VertikalablerUlatten 8 der Elektronenstrahlröhre 9 und über den Gloichrichter
10 zur Koinzidenzschaltung 11.
-
Im Eichbetrieb wird der Steuergenerator 1 mit Hilfe der von der quarzstabilisierten
Eicheinrichtung 22 erzeugten Impulse synchronisiert, wobei zur Eichung und Eichkontrolle
der bei den Generatoren 13 und 14 vorgesehenen Skalen für eine stufenweise und stufenlose
Zeitablesung diese Impulse ebenfalls auf die Vertiskalablenlrplatten 8 der Elektronenstrahlröhre
9 gegeben werden. Bi der Eichung oder der über prüfung der Einstellgenauigkeit der
Skalen für die stufenweise und stufenlose Zeitablesung wird die Abbildung einer
vom Quarzgenerator erzeugten Marke, die dem auf den Ableseskalen eingestellten Zeitwert
entspricht, auf den Anfang der auf dem Bildschirm der Elektronenstrahlröhre 9 sichtbaren
Zeitbasis geschoben.
-
Das Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt, in dem die Ultraschallschwingungen
ins Material eingestrahlt wurden, und einer beliebigen Phase des das Material durchlaufenden
Signals wird dadurch gemessen, daß man die Abbildung der gewählten Signalphase auf
dem Bildschirm verschiebt, bis diese sich mit dem als Nullpunkt anzusehenden Anfang
der Zeitbasis genau deckt. Dies wird durch Abstimmung der Generatoren 13 und 14
erreicht, d.h. durch stufenweise Änderung der Dauer der vom Generator 13 erzeugten
Impulse im Fall größerer Verstellung
oder durch stufenlose Änderung
der Impulsdauer, wenn innerhalb einer Stufe einzustellen ist, wobei die Zeit auf
der Skala des Generators 14 abgelesen wird.
-
Die Messung der Zeitdifferenz zwischen zwei Phasen des empfangenen
Signals (beispielsweise die Messung der Periodendauer der Grundschwingung) erfolgt
durch gleichmäßiges Verschieben der Abbildung dieser Signalphasen auf den Anfang
der Zeitbasis, durch Ablesen der entsprechenden Anzeigen auf der Skala und durch
Bestimmen der Differenz zwischen zwei angezeigten Werten.
-
Die Nachhalldauer des Signals im Material wird dadurch ermittelt,
daß die erste Anzeige bei der Einstellung des Signals auf den Anfang der Zeitbasis
abgelesen wird und die zweite Ablesung im Moment stattfindet, in dem das Signal
praktisch verschwunden ist (indem man die ganze Abbildung des Signals über die Zeitbasis
hinaus verschiebt).
-
Die relative Anderung des Signalpegels, die das Signal nach dem Durchlaufen
des Materials aufweist, ist mit Hilfe des geeichten Dampfungsgliedes, das am Eingang
des Verstärkers ZaBrordneX ist, erfaiç bar.