DE1934589A1

DE1934589A1 - Ultrasonic pulse device

Info

Publication number: DE1934589A1
Application number: DE19691934589
Authority: DE
Inventors: Silkin Igor I; Mizrochi Julij N; Vainstok Izmail S
Original assignee: VNII ZD SKOJ TECHNOLOGII SBORN
Current assignee: VNII ZD SKOJ TECHNOLOGII SBORN
Priority date: 1969-07-08
Filing date: 1969-07-08
Publication date: 1971-01-14

Description

ULTRASCHA@@IMPULSGERÄT Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ultraschallmeßhechnik, insbesondere auf Geräte zur Werkstoffprüfung mit Ultraschall, beispielsweise auf Ultraschall-Betonprufgeräte wie sie zur Kontrolle der Betonfestigkeit eingesetzt werden. ULTRASCHA @@ PULSE DEVICE The present invention relates to Ultrasonic measuring technology, in particular on devices for material testing with ultrasound, for example on ultrasonic concrete testing devices such as those used to check concrete strength can be used.

Bekannt sind Umtraschallimpulsgeräte zur Festigkeitsprüfung des Betons, die einen quarzkristallgesteurerten Zeitmarkengeber, einen Sperrschwinger, einen Prüfimpulsgenerator, Verzögerungsglieder, Koinzidenzglieder, Einheiten zur selbsttätigen Zeiterfassung, einen Koinzidenzanzeiger, eine Elektronenstrahlröhre und piezoelektrische Wandler enthalten. Bei diesen Prüfgeräten, die in der Regel eine niedrige Genauigkeit besitzen, werden die Meßergebnisse am Bildschirm der ESektronenstrahlröhre abgelesen. Das große Gewicht und der hohe Platzbedarf dieser Geräte erschwert ihren Einsat unter den Verhältnissen einer Baustelle bzw. eines Prüffeldes0 In Ubereinstimmung mit obigen Darlegungen besteht das Ziel der Erfindung darin, die obenerwähnten Nachteile der bekannten Ultraschallimpulsgeräte zu beseitigen. Umtrasonic pulse devices for strength testing of concrete are known, a quartz crystal controlled time stamp generator, a blocking oscillator, a Test pulse generator, delay elements, coincidence elements, units for automatic Time recording, a coincidence indicator, a cathode ray tube and piezoelectric Converter included. In these test equipment, the accuracy is usually low the measurement results are read on the screen of the electron beam tube. The great weight and space requirements of these devices make them difficult to use under the conditions of a construction site or a test field 0 In In accordance with the above, the aim of the invention is to provide the to eliminate the above-mentioned disadvantages of the known ultrasonic pulse devices.

Um das obenerwähnte und die andere Zieb zu erreichen, wurde der Erfindung die Aufgabe zugrunde gelegt, ein Ultraschallimpulsgerät zu entwickeln, das bei relativ kleinen Abmessungen und geringem Gewicht die Messung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Ultraschalls in verschiedenen Werkstoffen mit hoher Genauigkeit ermöglicht und eine Anzeigevorrichtung besitzt, die eine bequeme ablesung unter Vermeiaung von subjektiven Fehlern ermöglicht. In order to achieve the above and the other aim, the invention was made based on the task of developing an ultrasonic pulse device that can be used with relatively small size and light weight the measurement of the speed of propagation of ultrasound in various materials with high accuracy and has a display device that allows easy reading while avoiding allows subjective errors.

Die gestellte Aufgabe wird durch ein Ultraschallimpulsgerät gelöst, bei dem erfindungsgemäß zwischen dem Verzögerungsglied und der selbsttätigen Zeiterfassungseinheit eine vorstellbare passive Laufzeitkette eingeschaltet ist, die die Berücksichtigung der Zeit, die der Ultraschallimpuls benötigt, um die Gerätestromkreise durchzulaufen, im resultierenden Meßsignal ermöglicht. Im erfindungsgemäßen Prüfgerät wird. weiter der Vorverstärker im Gehäuse des piezoelektrisohen Umformers an der. Empfangsseite angeordnet, um die Störanfälligkeit des Gerätes zu vermindern0 Der Erfindungsgedanke wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel mit Bezugnahme auf beigefügte Zeichnunsen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt das erfindungsgemäße Ultraschallimpulsgerät im Blockschaltbild. The task set is solved by an ultrasonic pulse device, in the case of the invention between the delay element and the automatic time recording unit a conceivable passive runtime chain is switched on, which takes into account the time it takes for the ultrasonic pulse to travel through the device circuits, in the resulting measurement signal made possible. In the test device according to the invention. Further the preamplifier in the housing of the piezoelectric converter on the. Receiving side arranged in order to reduce the susceptibility of the device to failure will be described below using an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings explained in more detail. The drawing shows the ultrasonic pulse device according to the invention in the block diagram.

Das in der Zeichnung dargestellte Ultraschallimpulsgerät enthält zunächst einen quarzkristallgesteuerten Zeitiarkengeber 1 und einen dem letzteren zugeordneten Taktimpulsgenerator 2. Dem Generator 2 ist ein Koinsidenzglied 3 nachgeschaltet,dem ein Ultraschallschwinger 5 über einen Prüfimpulsgenerator 4 sowie eine Zeitmeßeinheit 6 zugeordnet sind. Die Zeitmeßeinheit 6 setzt eich zusammen aus einem Verzögerungsglied 7 für 200 µs, einem Koinzidenzglied 8, einem Verzögerungsglied 9 für l8Oßs, das in Stufen von 20fis einstellbar ist, einem weiteren Koinzidensglied 10, einen in Stufen von 2 9 5 einstellbaren Verzögerungsglied für 18 µ s, und einem in Stufen von O,2jts einstellbaren Verzögerungsglied 12 für 1,8µ s. The ultrasonic pulse device shown in the drawing contains first a quartz crystal controlled Zeitiarkengeber 1 and one of the latter associated clock pulse generator 2. The generator 2 is followed by a coincidence element 3, the an ultrasonic oscillator 5 via a test pulse generator 4 and a time measuring unit 6 are assigned. The timing unit 6 is composed of a delay element 7 for 200 microseconds, a coincidence element 8, a delay element 9 for 18Oßs, the is adjustable in steps of 20fis, a further coincidence element 10, an in Steps of 2 9 5 adjustable delay elements for 18 µ s, and one in steps of O, 2jts adjustable delay element 12 for 1.8µ s.

im Ausgang des Verzögerungsgliedes 12 ist über eine passipe Laufzeitkette 13 eine selbsttätige Zeiterfassungseinheit 14 angeschlossen. Am anderen Eingang der Einheit 14 liegt eine Nacheinanderschaltung aus dem piezoelektrischen Umformer 15, dem Vorverstärker 16 und dem Endverstärker 17.in the output of the delay element 12 is via a passipe delay chain 13 an automatic time recording unit 14 is connected. At the other entrance the unit 14 is a series connection of the piezoelectric transducer 15, the preamplifier 16 and the power amplifier 17.

Ein im Gehäuse des Schwingers 5 eingebauter L.ikroschalter sorgt für sparsamen Energieverbrauch bei Batteriebetrieb, indem er das Gerät nur dann einschaltet, wenn der Taster am Prürling angedrückt wird. A microswitch built into the housing of the oscillator 5 ensures for economical energy consumption with battery operation by only having the device switches on when the button on the test piece is pressed.

Das Gerät ist völlig halbleiterbestückt und hat deswegen geringe Abmessungen und geringes Gewicht. Eine digitale Anzeigevorrichtung, bei der die @eßergebnisse nicht mehr am Bildschirm einer Elektronenstrahlröhre sondern sn den Skalen von Wahlschaltern abgelesen werden, erleichtert ganz wesentlich die Handhabung des Gerätes und läßt subjektive Fehler vermeiden. The device is fully equipped with semiconductors and therefore has low Dimensions and light weight. A digital display device in which the @ eating results no longer on the screen of a cathode ray tube but sn the Scales can be read from selector switches, which makes handling much easier of the device and allows subjective errors to be avoided.

Der mit Frequenzstabilisierung durch Quarz steuerung arbeitende Zeitmarkengeber 1 erzeugt Kurz zeit impulse (Zeitmarken) die mit einem Abstand von 20 µ s aufeinanderfolgen. Diese Impulse gelangen auf den Eingang des Taktimpulsgenerators 2 und bestimmen die Taktfrequenz des letzteren. Der Taktimpulsgenerator 2 erzeugt Synchronisationsimpulse von der Dauer 4 ... Die Die Folgefrequenz der Synchronisationsimpulse beträgt 30 ... 40 Hz. Diese Impulse lösen zusammen mit Zeitmarkenimpulsen das erste Koinzidenzglied 3, an dessen Ausgang die Taktimpulse mit einer Folgefrequenz von etwa 30 ... 40 Hz erscheinen. Diese Taktimpulse dienen zur Auslösung des Prüfimpulsgenerators und der Zeitmeßeinheit 6. The time stamp generator working with frequency stabilization by quartz control 1 generates short-term impulses (time stamps) that follow each other with an interval of 20 µ s. These pulses arrive at the input of the clock pulse generator 2 and determine the clock frequency of the latter. The clock pulse generator 2 generates synchronization pulses of duration 4 ... The repetition frequency of the synchronization pulses is 30 ... 40 Hz. These pulses, together with time stamp pulses, solve the first coincidence term 3, at the output of which the clock pulses with a repetition frequency of about 30 ... 40 Hz appear. These clock pulses are used to trigger the test pulse generator and the timing unit 6.

Die vom Generator 4 erzeugten elektrischen Impulse erregen den Schwinger 5 und dieser sendet in den zu prüfenden Werkstoff 18 Ultraschallwellen. Der piezoelektrische Wandler 15 an der Empfängerseite wandelt die ankommenden Ultraschallschwindungen in ein elektrisches Signal um, das nach Verstärkung in dem im Gehäuse des Wandlers 15 angeordneten Vorverstarker 16 zum Endverstärker 17 gelangt. The electrical impulses generated by the generator 4 excite the oscillator 5 and this sends 18 ultrasonic waves into the material to be tested. The piezoelectric Transducer 15 on the receiver side converts the incoming ultrasonic shrinkage into an electrical signal, which after amplification in the in the housing of the converter 15 arranged preamplifier 16 reaches the power amplifier 17.

Hier wird das 5 förmige elektrische Signal in einen Impuls mit steiler Vord lanke von der Dauer 5O0fis s umgewandelt. Die Vorderflanke dieses Impulses fällt zeitlich mit der ersten Halbwelle des e m@f angenen Signals zusammen. Here the 5-shaped electrical signal turns into a pulse with steeper Fore Lanke converted to a duration of 50 to 5 seconds. The leading edge of this pulse coincides in time with the first half-wave of the e m @ f received signal.

Der 500 µ s lange Ausgangsimpuls des Endverstärkers wird dem Koinzidenzglied der selbsttätigen Zeiterfassungseinheit 14 zugeführt. The output pulse of the output amplifier, which is 500 µ s long, becomes the coincidence element the automatic time recording unit 14 supplied.

Die Wirkungsweise des aus den Verzögerungsgliedern 7, 9, 11, 12 und den Koinzidenzgliedern 8, 10 bestehenden Zeitmeßeinheit ist wie nachstehend beschrieben. The operation of the delay elements 7, 9, 11, 12 and the timing unit composed of the coincidence terms 8, 10 is as described below.

Die vom Koinzidenzglied 3 ankommenden Taktippulse gelangen in Abhangigkeit von der jeweiligen Stellung der Wahlschalter der diskreten Anzeigevorrichtung auf den Eingang eines der Verzögerungsglieder oder der Laufzeitkette 13. Und zwar gelangt der Taktimpuls bei ausgeschaltetem Verzögerungsglied 7 direkt auf das Verzögerungsglied 9 und beim ausgeschalteten Verzögerungsglied 9 direkt, alsounter Umgehung dieses Verzögerungsgliedes 9, zum Verzögerungsglied 11. Wird nun auch dieses Verzögerungsglied 14 ausgeschaltet, so geht der Taktimpuls vom Ausgang des Koinzidenzgliedes 3 in Umgehung des Verzögerungsgliedes 11 direkt zum Verzögerungsglied 12 durch. The clock pulses arriving from the coincidence element 3 are dependent from the respective position of the selector switch of the discrete display device the input of one of the delay elements or the delay chain 13. And that arrives the clock pulse when the delay element 7 is switched off directly to the delay element 9 and when the delay element 9 is switched off directly, thus bypassing this Delay element 9, to delay element 11. This delay element is now also 14 switched off, the clock pulse from the output of the coincidence element 3 goes into Bypassing the delay element 11 directly to the delay element 12.

Befindet sich das Verzögerungsglied 7 zum Zeitpunkt des Ankommens des Taktimpulses im eingeschalteten Zustand, so wird es durch den Taktimpuls ausgelöst und erzeugt einen Impuls von der Dauer 18 als, dessen Mitte gegenüber dem Taktimpuls um 200 fts verzögert ist. The delay element 7 is at the time of arrival of the clock pulse when switched on, it is triggered by the clock pulse and generates a pulse of duration 18 als, the center of which is opposite the clock pulse delayed by 200 fts.

Die Ausgangsimpulse des Verzögerungsgliedes 7 gelangen neben den Ausgangsimpulsen des Zeitmarkengebers 1 auf das Koinzidenzglied 8, am dessen Ausgang dabei ein Impuls erscheint, der gegenüber dem Taktimpuls um 200 /,5 zeitlich verschoben ist. The output pulses of the delay element 7 get in addition to the Output pulses from the time marker 1 to the coincidence element 8, at its output a pulse appears that is shifted in time by 200 / .5 compared to the clock pulse is.

Wird nun auch das Verzögerungsglied 9 eingeschaltet, so löst der um 200 µ s gegenüber dem Taktimpuls verzögerte Impuls dieses Glied aus. Der am Ausgang des Gliedes 9 erscheie nende Impuls von der Dauer 18 µs wird gegenüber den Auslöseimpuls um 20 bis 180 µs verzögert, wobei die Verzögerungszeit in Stufen von 20 8 einstellbar ist. If the delay element 9 is now also switched on, it triggers Pulse delayed by 200 µ s compared to the clock pulse this link the end. The pulse appearing at the output of member 9 and lasting 18 microseconds is compared to the trigger pulse delayed by 20 to 180 µs, whereby the delay time adjustable in steps of 20 8.

Die Ausgangsimpulse des Verzögerungsgliedes 9 gelangen neben den Taktimpulsen des Zeitmarkengebers 1 auf das Koinzidenzglied 10. Am Ausgang dieses Glieds erscheint ein-Impuls, der gegenüber dem Auslöseimpuls um 20 bis 180 µs zeitlich verschoben ist. Die Verzögerungszeit ist-in Stufen von 20/fa einstellbar. The output pulses of the delay element 9 get in addition to the Clock pulses from the time stamp generator 1 to the coincidence element 10. At the output of this Member appears a pulse, which compared to the trigger pulse by 20 to 180 µs in time is shifted. The delay time can be set in steps of 20 / fa.

Das eingeschaltete Verzögerungsglied 11 wird durch den ankommenden Takt impuls bzw. Ausgangsimpuls des Koinzidenzgliedes ts ausgelöst. Er erzeugt Kurzzeitimpulse mit einer Verzögerung von 2' bis 18 µs gegenüber den Auslöseimpulsen, wobei die Verzögerungszeit in Stufen von 2 µs einstellbar ist. The switched-on delay element 11 is activated by the incoming Clock pulse or output pulse of the coincidence element ts triggered. It generates short-term impulses with a delay of 2 'to 18 µs compared to the trigger pulses, whereby the Delay time can be set in steps of 2 µs.

Aus den obigen Darlegungen geht hervor, daß man an Ausgang des Verzögerungsgliedes 11 Ausgangsimpulse abnehmen kann, deren zeitliche Verschiebung gegenüber dem Takt impuls sich zwischen 0 und 388 I,s in Stufen von 2 µ s einstellen läßt. From the explanations above it can be seen that one is at the output of the delay element 11 output pulses can decrease, their time shift compared to the clock impulse can be set between 0 and 388 I, s in steps of 2 µ s.

Der Auftastimpuls durchläuft das Verzögerungsglied 12, wo er um C his 1,8 µs, in Stufen von 0,2 µs einstellbar, weiter zurückgehalten werden kann. Das Glied 12 ermöglicht somit eine Feineinstellung der Verzögerungszeit von Auftastimpulsen gegenüber dem Haupttaktimpuls in Stu@fen von 0,2 µs zwischen 0 und 399,8µs. The keying pulse passes through the delay element 12, where it changes by C up to 1.8 µs, adjustable in steps of 0.2 µs, can be retained further. The member 12 thus enables fine adjustment of the delay time of gating pulses compared to the main clock pulse in steps of 0.2 µs between 0 and 399.8 µs.

Der am Ausgang der passiven Laufzeitkette 12 erscheinende Impuls, in dem der Gerätefehler bereits berücksichtigt ist, gelangt auf die Koinzidenzschaltung der selbsttätigen Zeiterfassungseinheit 14. Wie oben erwähnt, wird dieser Einheit auch der 500 µs lange Ausgangsimpuls des Endverstärkers 17 zugeführt. Ilsl Ausgang der Koinzidenzschaltung der Einheit 14 tritt ein Impuls nur in dem Falle auf, wenn die Zeitverzögerung des Auftastimpulses gegenüber dem synchronisierenden Taktimpuls größer als die Zeitverzögerung des Endverstärker--iusgangsil'pulses gegenüber dem gleichen Taktimpuls oder gleich dieser ist. The one appearing at the output of the passive delay chain 12 Pulse, in which the device error has already been taken into account, the coincidence circuit is reached the automatic time recording unit 14. As mentioned above, this unit also the 500 microseconds long output pulse of the output amplifier 17 is supplied. Ilsl exit of the coincidence circuit of the unit 14, a pulse occurs only in the case when the time delay of the keying pulse compared to the synchronizing clock pulse greater than the time delay of the output amplifier iusgangsil'pulses compared to the same clock pulse or equal to this.

Der am Ausgang der Koinzidenzschaltung der Einheit 14 erscheinende Impuls löst die Zeiterfassungseinheit aus. Eine am Ausgang der Zeiteriassungleeinheit liegende Anzeigelampe 19 leuchtet atif, wenn die Zeitverzögerung des Auftastimpulses gegenüber dem Taktimpuls größer als die Lanfzeit des Prüfsignals im untersuchten Werkstoff 18 oder gleich dieser ist. The one appearing at the output of the coincidence circuit of the unit 14 Impulse triggers the time recording unit. One at the exit of the timing reader lying indicator lamp 19 lights up atif when the time delay of the opening pulse compared to the clock pulse greater than the running time of the test signal in the examined Material 18 or the same is this.

Das Prüfgerät wird mit zwei Stromversorgungseinheiten ver@ollständigt und kann wahlweise mit Batterie oder Netzspeisung betrieben werden. The test device is completed with two power supply units and can be operated either with battery or mains supply.

Die Stromversorgung wird mit einem im Gebergriff eingebauten Mikroschalter im Augenblick eingeschaltet, wenn die Tastköpfe am untersuchten Prüfüng angedrückt werden. The power supply is provided by a microswitch built into the encoder handle switched on at the moment when the probes are pressed on the examined test will.

Im Ultraschallimpulsgerät kann die Möglichkeit vorgesehen werden, das aufgenommene Signal, sowie die Ultraschall--Übertragungszeit mit einem Impulsoszillograf zu erfassen. In the ultrasonic pulse device, the possibility can be provided the recorded signal and the ultrasound transmission time with a pulse oscilloscope capture.

Claims

P A T E N T A N S P R U C H:

Ultrasonic pulse device for measuring the speed of propagation of ultrasonic pulses in materials, in particular concrete testing device with a coincidence unit, which is preceded by a quartz crystal controlled time marker and a blocking oscillator and whose synchronization pulses trigger a test pulse generator to which a Transducer and a timing unit are assigned, the latter being the delay and contains coincidence elements and with an automatic time recording unit is connected, which is also a series connection from a converter on the receiver side and is assigned to an amplifier, g e k e n n -z e i c h n e t by an adjustable passive delay chain (13) between the time measuring unit (6) and the automatic Time recording unit (14) is switched on and the test pulse to run the device circuits required. Allows time to be taken into account in the resulting signal, and by the arrangement of the preamplifier (16) in the housing of the piezoelectric Converter on the receiver side.