DE1904836C3 - Laufzeit-MeBvorrfchtung zur Ultraschallprüfung von Beton - Google Patents

Description

;:i gang mit einem Impulsgenerator verbunden ist, und falsche Laufzeitmessung verursachen. Es werden also

v' mit einem an den Ausgang des UND-Gatters ange- erfindungsgemäß alle Störungen unterdrückt, die in

«chlossenen Dekadenzähler. dem Zeitraum einer Impulsdauer des monostabilen

i?^! Eine solche Laufzeit-Meßvorrichtung ist aus der Multivibrators nach der Aussendung des Ultraschall-

tf DL-PS 29 214 bekannt. Bei dieser bekannten Meß- 60 Impulses von dem Sender-Prüfkopf auftreten. Durch

';'■■ vorrichtung werden zur Ultraschallprüfung die von eine geeignete Einstellung dieser Impulsdauer des

dem Senderprüfkopf abgegebenen elektrischen Si- monostabilen Multivibrators können daher erfin-

gnale, die synchron zu den ausgesandten Ultraschall- dungsgemäß alle Störungen zwischen der Aussendung

Impulsen sind, und die von dem Empfängerprüfkopf des Ultraschall-Impulses und seinem Eintreffen am

abgegebenen . Eingangssignal einem Impulsformer 65 Empfänger-Prüfkopf beseitigt werden.

zugeführt, der für das Zeitintervall zwischen diesen In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfin-

beiden Signalen ein Impulstor öffnet, welches die von dung ist ein weiterer monostabilier Multivibrator vor-

einem Generator abgegebene Impulsfolge zu einem geseher., dessen Eingang mit dem Ausgang des erst-

genannten monostabilien Multivibrators verbunden ,st und dessen Ausgang mit dem Dekadenzähler verbunden ist, um diesen fur Je Dauer seines Ausgangs-Impulses zu sperren Mit Hilfe dieses zweiten monostabilen Mu tiv.brators kann eine Längenkorrektur für die Laufs recke des Ultraschall-Impulses durch den Betonprufling durchgeführt werden. Der zweite monostable Multivibrator wird durch den ersten

monostabilen Multivibrator synchron mit dem Senderß

so daß sich ein über eine Klemme 25 aufgeladener Kondensator 24 über die Spule 2 entlädt. Als Folge des Kondensator-Entladungsstroms gibt der magnetostriktive Kern 1 einen mechanischen Impuls an das zu prüfende Material ab und induziert in der Spule 3 einen mit dem Sende-Impuls synchronen elektrischen Impuls, welcher durch den Multivibrators in einen Rechteck-Impuls von 40 μ* Dauer umgewandelt wird, _{der an das UND}._{Gatter F auge}i_{egt wird um d}j_eses

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werden.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung mit den Merkmalen der Erfindung.

Fig. 2 ein Schaltbild einer Zeitmeßschaltung, welche mit integrierten Bauteilen realisiert ist,

F i g. 3 ein Schaltbild einer elektromechanischen Sendeeinrichtung,

Fig. 4 ein Schaltbild eines EmpfängerveTstärkers mit mechanisch-elektrischem Umformer und

y nder _{der an das UND}._Gatte

Signal angestoßen und verzögert den Beginn der ₁₀ in der Impulspause 40 μί lang sperren zu lassen.
Zeitzählung des Dekadenzahlers um die einstellbare Die Vorderflanke des 40^s-Impulses bringt den

Dauer seines Ausgangssignals. Durch die Einsteilung monostabilen Multivibrator C zum Kippen, so daß der Impulsdauer dieses zweiten monostabilen Multi- die Schaltung sozusagen den »Frei-«-Zustand ervibrators kann also eine der unterschiedlichen Lauf- reicht. Dabei wird das UND-Gatter H, vom Ausstrecke des Ultraschall-Impulses entsprechende Zeit- 15 gangssignal des Multivibrators C angesteuert, so daß spanne von der gemessenen Laufzeit abgezogen es für vom Ausgang 17 des 1-MHz-Impulsgenerad tors G kommende Impulse öffnet und diese den

Dekadenzähler K erreichen können. Der Dekadenzähler K beginnt jedoch erst dann zu zählen, wenn _{ao e}j_ne Zeitkorrektur für die Einrichtung A und den Umformer D erfolgt ist, welche in den meisten Fällen mit Polschuhen zur Übertragung der mechanischen Schwingungen auf den bzw. vom Beton versehen sind. Diese Übertragung erfordert eine bestimmte Laufzeit, die korrigiert werden muß.

Zu diesem Zweck wird der Multivibrator L durch _di_e Vorderflanke des 40^s-Impulses angesteuert und gibt dabei einen Rechteck-Impuls ab, dessen Dauer am Dekadenzähler K einstellbar ist. Solange dieser F i g. 5 ein Schaltbild eines Anwendung findenden 30 Impuls am Rückstell-Eingang 21 des Dekadenzäh-Stromversorgungsgeräts. lers K anliegt, wird letzterer auf Null gehalten, \vo-

In den Figuren sind gleiche Teile mit jeweils glei- bei die Korrektur durch Einstellung der Dauer dieses chen Bezugsziffern bezeichnet. Impulses vorgenommen werden kann, d. h. also, daß

F i g. 1 zeigt eine elektromechanische Sendeeinrich- der Dekadenzähler K erst zu zählen beginnt, wenn tung A mit einem magnetostriktion Kern 1, der mit 35 der Impuls vom Multivibrator L auf Null abgefallen einer Spule 2 zur Übertragung von elektrischen Im- ist.

pulsen auf den Kern 1 sowie einer Spule 3 zur Um- Das vom mechanisch-elektrischen Umformer D

Wandlung der magnetostriktiven Impulse in synchrone weitergegebene Signal wird durch die Vertärkeranordelektrische Impulse versehen ist, wobei die Spule 3 nung E in der Verstärkerstufe S verstärkt und im mit dem Eingang eines monostabilen Multivibrators B 40 Schwellwertverstärker 6 in einen Impuls umgewaneiner Zeitmeßschaltung M verbunden ist. delt. Die Vorderflanke dieses Impulses fällt zeitlich

Weiterhin zeigt F i g. 1 einen mechanisch-elektri- l

sehen Umformer D mit einem Piezo-Element 4 sowie einer Verstärkeranordnung E, die an den Eingang 7 eines UND-Gatters F der Zeitmeßschaltung M ange- *5 schlossen ist.

Die Zeitmeßschaltung M besteht aus dem Multivibrator B. dem UND-Gatter F, einem bistabilen

Multivibrator C, einem Impulsgenerator G, einem g

UND-Gatter H, einem Dekadenzähler K und einem 50 halb des Betons gekoppelt werden könnten, der Weg sekundären monostabilen Multivibrator L. über eine Leitung 26 zum Eingang 11 des Multivibra-

Der Ausgang 8 des Multivibrators B ist an den tors C versperrt. Ein durch den Beton hindurchgeheneinen Eingang 9 des UND-Gatters F angeschlossen, der Impuls stößt jedoch den Multivibrator C um, so dessen Ausgang 10 mit dem einen Eingang 11 des daß das UND-Gatter H sperrt und der Dekadenzäh-Multivibrators C verbunden ist. Außerdem ist der 55 ler angehalten wird.
Ausgang 8 des Multivibrators B an den Eingang 12 Am Dekadenzähler K kann damit die Anzahl von

des Multivibrators L und an den anderen Eingang 13 Zähl-Impulsen von 1 \is Dauer abgelesen werden, die des Multivibrators C angeschlossen, dessen Ausgang während der Übertragung des Meß-Impulses von der 14 mit dem einen Eingang 15 des UND-Gatters H Sendeeinrichtung A zum Umformer D durch den Beverbunden ist. Der andere Eingang 16 des UND- 60 ton hindurch gezählt worden sind. Auf diese Weise Gatters H ist an den Ausgang 17 des Impulsgenera- wird die Laufzeit des Meßimpulses durch den Betör tors G und der Ausgang 18 des UND-Gatters H ist hindurch bestimmt,
an den einen Eingang 19 des Dekadenzählers K an- Der Wert der Ausbreitungsgeschwindigkeit win

geschlossen. Der Ausgang 20 des Multivibrators L selbstverständlich noch genauer ermittelbar, wem ist an den Rückstell-Eingang 21 des Dekadenzäh- 65 man dem Durchschnittswert eine große Anzahl voi lers K angeschlossen. Messungen zugrunde legt. Dies kann nunmehr da

Im Betrieb bringt ein an einen Eingang 22 ange- durch erreicht werden, daß als Startimpuls am Ein legter Startimpuls einen Thyristor 23 zum Zünden, gang 22 ein Signal mit einer Impulsfrequenz von etwi

mit dem Beginn des Empfängersignals zusammen, und der Impuls liegt am zweiten Eingang des UND-Gatters F an.

Während der 40 μ5 langen Zeitspanne, während welcher das UND-Gatter F sperrt, wird von der Sendeeinrichtung A abgegebenen Störsignalen, welche beim Einsetzen des magnetostriktiven Impulses auftreten und welche an die Zeitmeßschaltung M außer-

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5 ^ 6

5 Hz angelegt wird. Wenn dann zur Dekadenanzeige Vorgang wiederholt sich etwa zehnmal je Sekunde, ein Zähler mit sogenannten Nixie-Röhren (also Zähl- wobei die Vierschicht-Diode nach jeder Entladung röhren) verwendet wird, werden immer etwas vonein- wieder sperrt.

ander abweichende Zeitmessungen beobachtet wer- Die Meßvorrichtung läßt sich beispielsweise aus den, wobei das Ergebnis jeder Zeitmessung für Vr. s 5 folgenden Bauteilen aufbauen: sichtbar bleibt. Die aus integrierten Bauteilen aufgebaute Zeitmeßschaltung M ist in F i g. 2 dargestellt. Widerstand 35 2,2 kΩ

Die kleinen Bauteile mit den kompletten inte- Widerstände 39, 43, 44, 78 .. 2 Ω

grierten Schaltungen werden durch die Firma Texas Widerstand 41 680 Ω

Instruments hergestellt und sind mit den Bezeich- io Widerstände 45, 46 1,2 Ω

nungen Ic3 bis /cl2 versehen, wobei die Bausteine Widerstände 49, 77 1 ΚΩ-Poten-

/c3, Ic 4 und IcS jeweils vier durch die Zusätze -1, tiometer

-2, -3, -4 angedeutete Schaltungen enthalten. Die Widerstände S3, 54, 55 68 kn

vierte Schaltung /r5-4 des Bausteins ic5 ist nicht be- Widerstände 56, 57, 68 1 Ω

setzt. 15 Widerstand 60 500 Ω

Zwischen den monostabilen Multivibrator B und Widerstände 62, 69, 70 100 Ω

die E.ngangsklemme der Zcitmeßschaltung M ist Widerstände 65,100 10 kΩ

— bezugnehmend auf die Schaltung gemäß F i g. 1 — Widerstand 76 180 Ω

ein Filter N eingefügt, welches eine Impulsform garan- Widerstand 80 220 Ω

tiert, welche die Schaltung /c3-l zu verarbeiten ver- ao Widerstand 81 68 Ω

mag. Widerstände 85, 89 330 Ω

Zwischen die Verstärkeranordnung £ und das Widerstände 90,91 10 Ω

UND-Gatter F ist ebenso ein Verstärker O geschaltet Widerstand 101 10 ΜΩ

wie zwischen den monostabilen Multivibrator L und Widerstand 110 0,3 Ω

dem Rückstell-Eingang 21 des Dekadenzählers K. »5

In der elektromechanischen Sendeeinrichtung A, Kondensator 30 1,5 Mikrofarad

deren elektrisches Schaltbild in F i g. 3 dargestellt ist, Kondensatoren 36, 48, 67,

ist eine aus dem Kondensator 30, einem Transfor- 99 22 Nanofarad

mator 31, einem Thyristor 32 und einer Diode 33 bc- Kondensatoren 40, 47 47 Nanofarad

stehende Impuls-Erregerschaltung vorgesehen. 30 Kondensatoren 58, 64 .... 3 Nanofarad

Ein von einem in Fig. 5 dargestellten Strom- Kondensator59 0,33 Mikrofarad

Versorgungsgerät kommender Startimpuls gelytigl an Kondensator 61 33 Mikrofarad

den Transformator 31 über eine Klemme R und er- Kondensator 63 15 Mikrofarad

regt in einer Wicklung 34 einen Impuls, welcher den Kondensator 66 180 Pikofarad

Thyristor 32 zum Zünden bringt, wodurch sich der 35 Kondensatoren 71, 92 .... 1 Mikrofarad

Kondensator 30, welcher über eine Klemme S über Kondensator 72 47 Mikrofarad

die Spule 2 durch die Stromquelle aufgeladen worden Kondensator 75 4,7 Nanofarad

war, entladen kann. Gleichzeitig wird in die Spule 3 Kondensatoren 88,106,

ein Startimpuls für die Zeitmeßschaltung Λί induziert, 107,109,111 100 Mikrofarad

welcher an der Klemme Λ' anliegt. Der Kern 1 ist ein 40 Kondensator 95 470 Pikofarad

magnetostriktiver Ferroxcube-Kern, welcher den vom Kondensatoren 97,102 ... 0,47 Mikrofarad Kondensator 30 abgegebenen elektrischen Impuls in

einen mechanischen Ultraschallimpuls umwandelt. Diode 32 2N 3525 (R.C.A.)

Diese Schaltung ist in die elektromechanische Sende- Dioden 33, 96, 98,104,

einrichtung mit eingebaut, weil hier der verhältnis- 45 105,108 IN 005 (I.T.T.)

mäßig große Strom, den der Kondensator 30 abgibt, Dioden 37, 38 1N 4148

keinen störenden Einfluß auf die Zeitmeßschaltung M Dioden 73, 74, 84 6,2 V, 400 mW,

ausüben kann. Zenerdioden

Im mechanisch-elektrischen Umformer D ist das Diode 79 8,2 V, 400 mW,

Piezo-Element 4 vorgesehen. Die Verstärkerstufe 5 5° Zenerdioden

und der Schwellwertverstärker 6 nebst den zugeord- Diode 103 ST 2 (Schaltdiode)

neten Bauteilen sind getrennt abgeschirmt im Ge- (G.E.)

häuse der Zeitmeßschaltung angeordnet. Für diese Diode 82 Batterie 6 NiCd-Zellen von

Schaltung sind Verstärker in integrierten Bausteinen 3,5 Ah in Reihe

vorgesehen. Die Klemme Y der Verstärkeranord- 55 Diode 42 Kristall 1 MHz

nung E ist mit der Klemme Y der Zeitmeßschal- (Reihenresonanz) rung M und die Klemme R mit der Klemme R des

Stromversorgungsgeräts gemäß F i g. 5 verbunden. Schaltung Id MC 1530 Motorola In F i g. 5 ist das Stromversorgungsgerät näher dar- Schaltung IcI SN 7502

gestellt. Hierbei wird die Batteriespannung zunächst 60 Texas-Instruments

durch eine aus Transistoren 86 und 87 sowie einer Schaltungen Ic 3, Ic4, Ic S SN 7400 N

Zenerdiode 84 mit Widerstand 85 bestehende Schal- Texas-Instruments

tung stabilisiert und anschließend wechselgerichtet. Schaltung Ic 6 SN 7470 N

transformiert und wieder gleichgerichtet. Texas-Instruments

Der an der Klemme R abgegebene Auslöseimpuls 65 Schaltungen Ic 7, Ic 8, Ic 9 SN 7490 N

wird durch einen Kondensator 102 erzeugt welcher Schaltungen ZcIO,/eil, Texas-Instruments

sich über einen Widerstand 101 und über eine Vier- /cl2 SN7441 N

scfricht-Diode 103 entlädt, die bei 35 V leitet. Dieser Texas-Instruments

= Ferroxcube-Kern K 3 040 05 Philips, = 2 Spulen 1 mm Cu,

= 1 Spule 0,5 mm Cu.

Schaltung 31 Topfkern P 11/7- 3 B

μ 100 Philips

Ix₁ = η., = Windungen

0,15 mm Cu

Schaltung 94 Transformator—Ferroxcube-Kern Typ P18/11 - 3B7 μ 1750 Philips

6.

Schaltung 113 ... Schaltung 112 ... Schaltung 114 ... Schaltung 115 ... Schaltung 116 ... Schaltung 117 ... Schaltung 118 ... Schaltungen 86,93

Schaltung 87

Schaltung 4

13 Windungen 0,5 mm Cu 4 Windungen 0,2 mm Cu 560 Windungen 0,06 mm Cu 370 Windungen 0,06 mm Cu 28 Windungen 0,15 mm Cu 28 Windungen 0,15 mm Cu 15 Windungen 0,35 mm Cu Transistor AD 139 Philips Transistor AC Piezoelement mit Resonanzfrequenz von 40 kHz

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

$09 627/111

Claims (2)

1 2 Dekadeazähler durchläßt. Die von diesem Zähler ge Patentansprüche: zählte Impulszahl entspricht somit dem Zeitinterval zwischen der Aussendung und dem Empfang de

1. Laufzeit-Meßvorrichtung zur Ultraschall- Ultraschall-Impulses und damit seiner für die Prü prüfung von Beton mit einem Sender-Prüfkopf, 5 fung des Betons verwendeten Laufzeit. Um dei der eine kontinuierliche Folge von Ultrasch&Il- unterschiedlichen Abstand zwischen Sender um Impulsen an den Prüfling abgibt und synchron Empfänger zu berücksichtigen, wird eine Längen dazu elektrische Impulse erzeugt, mit einem Emp- korrektur vorgenommen, indem das Empfänger-Signa fänger-Prüfkopf, der beim Eintreffen der Ultra- entsprechend der unterschiedlichen Laufstrecke de schall-Impulse elektrische Eingangs-Impulse er- io Ultraschaü-lmpulses verzögert wird.

zeugt, mit einem bistabilen Multivibrator, dessen Diese bekannte Laufzeit-Meßvorrichtung hat dei Eingängen die Synchron-Sender-Impulse und d«e Nachteil, daß Falschmessungen dadurch auftretei Eingangs-Empfänger-Impulse zugeführt werden, können, daß Fehlsignale im Empfänger erzeugt wer mit einem UND-Gatter, dessen einer Eingang mit den. Solche Signale können durch den Sender direk dem Ausgang des bistabilen Multivibrators und 15 erzeugt werden, d. h. auf elektromagnetischem Weg< dessen anderer Eingang mit einem Impulsgenera- außerhalb des Beton-Prüflings und nicht durch der lor verbunden ist, und mit einem an den Ausgang durch den Beton laufenden Ultraschall-Impuls, odei des UND-Gatters angeschlossenen Dekadenzähler, durch Ein- und Aus-Schwingvorgänge der Ultraschalldadurch gekennzeichnet, daß zwischen Impulse, wie sie insbesondere durch die Ankoppeden Sender-Prüfkopf (A) und den bistabilen MuI- ao lung des Sender- und des Empfänger-Prüfkopfes vertivibrator (C) ein monostabiler Multivibrator (B) ursacht werden können. Diese Fehlsignale täuschen geschaltet ist, daß zwischen den Empfänger-Priif- im Empfänger das Eintreffen des durch den Beton kopf (D) und den bistabilen Multivibrator (C) ein laufenden Ultraschall-Impulses vor, bevor dieser tatweiteres UND-Gatter (F) geschaltet ist, und daß sächlich eintrifft, und liefern dadurch eine zu kurze die Ausgangs-Signale des monostabilen Multivi- 35 Laufzeit.

brators (B) dem einen Eingang dieses UND-Gat- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

ters (F) zugeführt werden, um den Durchgang Laufzeit-Meßvorrichtung zu schaffen, die frei von

der an den anderen Eingang geführten Eingangs- solchen Störungen ist, d. h. bei der solche Störsignale,

Empfänger-Impulse zu dem bistabilen Multi- die in dem Empfänger-Prüfkopf vor dem Eintreffen

vibrator (C) zu sperren. 30 des gewünschten Ultraschall-Impulses erzeugt wer-

2. Laufzeit-Meßvorrichtung nach Anspruch 1, den, nicht zu einer Beendigung des Zählvorgangs dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer mono- führen.

stabiler Multivibrator (L) vorgesehen ist, dessen Diese Aufgabe wird bei einer Laufzeit-Meßvor-Eingang mit dem Ausgang des erstgenannten richtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsmonostabilen Multivibrators (B) verbunden ist 35 gemäß dadurch gelöst, daß zwischen den Senderund dessen Ausgang mit dem Dekadenzähler (K) Prüfkopf und den bistabilen Multivibrator ein monoverbunden ist, um diesen für die Dauer seines stabiler Multivibrator geschaltet ist, daß zwischen Ausgangs-Impulses zu sperren. den Empfänger-Prüfkopf und den bistabilen Multivibrator ein weiteres UND-Gatter geschaltet ist und 40 daß die Ausgangs-Signale des monostabilen Multi-

vibrators dem einen Eingang dieses UND-Gatters zugeführt werden, um den Durchgang der an den anderen Eingang geführten Eingangs-Empfänger-Im-

Die Erfindung betrifft eine Laufzeit-Meßvorrich- pulse zu den bistabilen Multivibrator zu sperren.

tung zur Ultraschallprüfung von Beton mit einem 45 Der erfindungsgemäß zwischen den Sender-Prüf-

Sender-Prüfkopf, der eine kontinuierliche Folge von kopf und den bistabilen Multivibrator geschaltete

Ultraschall-Impulsen an den Prüfling abgibt und syn- monostabile Multivibrator erzeugt bei der Aus-

chron dazu elektrische Impulse erzeugt, mit einem sendung des Ultraschall-Impulses ein Signal, das

Empfänger-Prüfkopf, der beim Eintreffen der Ultra- über das zweite UND-Gatter für die Zeit seiner Im-

schall-Impulse elektrische Eingangs-Impulse erzeugt, 50 pulsdauer den Durchtritt von Empfängersignalen zu

mit einem bistabilen Multivibrator, dessen Eingängen dem bistabilen Multivibrator sperrt. In dem Emp-

die Synchron-Sender-Impulse und die Eingangs- fänger-Prüfkopf erzeugte Störsignale können also

Empfänger-Impulse zugeführt werden, mit einem während der Dauer des Ausgangsimpulses dieses

UND-Gatter, dessen einer Eingang mit dem Ausgang monostabilen Multivibrators die Zeitzählung des

;■' des bistabilen Multivibrators und dessen anderer Ein- 55 Dekadenzählers nicht beenden und daher keine