DE1773128A1 - Ultraschallimpulsgeraet zur Materialpruefung - Google Patents

Ultraschallimpulsgeraet zur Materialpruefung

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DE1773128A1
DE1773128A1 DE19681773128 DE1773128A DE1773128A1 DE 1773128 A1 DE1773128 A1 DE 1773128A1 DE 19681773128 DE19681773128 DE 19681773128 DE 1773128 A DE1773128 A DE 1773128A DE 1773128 A1 DE1773128 A1 DE 1773128A1
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Germany
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generator
pulse
time
deflection
ray tube
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Application number
DE19681773128
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English (en)
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Kriwoborodow Wasilij A
Nasarow Jewgenij A
Tokarew Wladimir A
Tajrow Wladimir D
Pokutnij Iwan G
Nogin Samuil L
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VNII RASRABOTKE NERASRUSCHAJUS
Original Assignee
VNII RASRABOTKE NERASRUSCHAJUS
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04Analysing solids
    • G01N29/07Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

  • 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.

Claims (2)

  1. Patentansprüche 1. Ultraschallimpulsgerät zur Materialprüfung durch Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit und Dämpfung von eingestrahlten Ultraschall schwingungen mit einem Steuergenerator, der einen Sendeimpulsgenerator und einen Ablenker nerator für einmalige Ablenkung des Strahls einer Elektronenstrahlröhre steuert, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß eine Laufzeitkette zur Verzögerung der Auslösung des Ablenkgenerators (15) für einmalige Ablenkung in Form einer Reihenschaltung aus zwei in Bezug auf die Impulsdauer geeichten stufenweise und stufenlos abstimmbaren Rechteckimpulsgeneratoren (13 und 14) vorgesehen ist, wobei der Ausgang dieser Generatoren an den Ablankgenerator (15) für einmalige Ablenkung und an eine Koinzidenzschaltung (11) angeschlossen ist, während der Eingang am Steuergenerator (1) liegt, an dessen Eingang eine Eicheinrichtung (22) zur Eichung der Rechteckimpulsdauer liegt und der den Sendeimpulsgenerator (3) über ein einstellbares Kompensations-Laufzeitglied (2) anregt.
  2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Eicheinrichtung (22) einen Eichimpuls-Quarzgenerator enthält, der an die Vertikalablenkplatten (8) der Elektronenstrahlröhre (9) und an den Eingang des Steurergenerators (1) angeschlossen ist. L e e r s e i t e
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3034642A1 (de) * 1979-10-01 1981-04-09 Halliburton Co., Duncan, Okla. Verfahren und vorrichtung zur zerstoerungsfreien messung der druckfestigkeit einer zementschlammprobe
WO1994004907A1 (en) * 1992-08-17 1994-03-03 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation A method and apparatus for determining the particle size distribution, the solids content and the solute concentration of a suspension of solids in a solution bearing a solute

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WO1994004907A1 (en) * 1992-08-17 1994-03-03 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation A method and apparatus for determining the particle size distribution, the solids content and the solute concentration of a suspension of solids in a solution bearing a solute
US5569844A (en) * 1992-08-17 1996-10-29 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Method and apparatus for determining the particle size distribution, the solids content and the solute concentration of a suspension of solids in a solution bearing a solute

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