DE1947646C3 - Einrichtung zur Messung der Kennwerte von Ultraschallschwingungen bei der Ausbreitung im Werkstoff von Prüflingen - Google Patents

Description

Die Fifi
Messung d
genbei der
hei der di-j

inaiv/ii-ht sich auf eine Einrichtung zur Ncnnwc-rte von Ultraschallschwir.gun-U ,cdung im Werkstoff von Prüflingen, hei der dij !-hi!ciungen von zwei Signalen, die im Werkstoff vei-.-..-nicdene Wege zurückgelegt haben, auf dem Hild.v.i'.irm eines Elektronenstrahl-Anzeigegeräts /um x'c^U-i'.-h überlagert werden, mit wenigstens drei eidin·.-akustischen Wandlern zur Ausstrahlune und zum Fnipfang von Schwingungen, mit einem Svnchronisieri.npuls.üenerator, der einen Schalter belätigt, der seiiurstits eine zur Überlagerung der beiden°Signale iar^s der Ablenkach?·; dienende Verzögerungsschaltii-ii; ansteuert, die aus zwei Generatoren besteht, von denen der eine oder zweite Generatot die Ablenkung im Anzeigegerät um eine feste Verzögerungszeit ν,:-! zögert, wohingegen die Verzögerungszeit des anderen oder ersten Generators einstellbar ist, um die im Anzeigegerät beobachteten Signale gleichphasig zu machen, mit einem Verstärker der beiden Signale und mit einem Prufimpulsgenerator der mit dem Synchronisierimpulsgenerator und einem der V.'a:'.d!or verh::r.'len ist.

Die Erfindung beschäftigt sich also mit akustischen Messungen, insbesondere iiit Einrichtungen zur Messung der Aii.sbreitungskeniiwerte von Ultraschallschwingungen, die nach der Zeitverschiebung, Amplituden- oder Formänderung eines ausgesandten und sich in einem Werkstoff ausbreitenden Signals bestimmt werden. Die Erfindung kann zur Untersuchung von Gesetzmäßigkeiten der Ausbreitung verschiedener Schwingungsarten in Werkstoffen, zur zerstörungsfreien Prü'ung der Werkstoffqualität bei einseitigem Zugang zum Prüfling usw. benutzt werden.

Bekannt ist eine Einrichtung der eingangs genannten Art (vgl. Journal of Applied Physics, Band 27, Nr. 9, 1956, »Dynamic Propertis of Various Rubbers al High Frequencies«, J. R. Cunningham and O. G. Ivey, S 'JdK, 969). Diese bekannte Einrichtung enthält insbesondere vier elektroakustische Wandler,

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die paarweise an den Stirnseiien von zwei Prüflingen aus einem Werkstoff verschiedener Dicke angeordnet sind, wohei der Prüfiinpulsgencrutitr an den S\nelirunisierimpulsgenerator und an zwei als Strahier die nendt Wandler angeschlossen ist.

Bei der Überlagerung der Abbildungen der beiden Signale auf dem Bildschirm des E:!ektrüiienMrahl-Anzeigegeräts gesta'.tet die bekannte Einrichtung, die Differenz der Laufzeiten von zwei «!(verschobenen Schwingungen in den beiden Prüflinge.ι sowie das ^1D Ampliiudenverhäiinis an Abbildungen der überlagerten Signale zu bestimmen.

Dabei besieht ein Mangel der bekannten Einrichtung darin, daß die zeitliche Verschiebung der Signale nach der Differenz der für beide Generatoien der ¹S Verzögerungsschaltung vorgegebenen Verzögerungszeiten bestimmt wird und zur Verschiebung der Signal· !ängj der Ablenkachse, um z. B. einzelnen Sig!>aUfile^ii vergleichen, einer der beiden Generatoren umgestimmt werden muß, wobei die Meßgenauigkeit " sink: und der Aufbau der Einrichtung komplizierter «viril, da beide Generatoren geeicht werden müssen.

Außerdem sagen die dabei erhaltenen Meßergebrisse nichts über Werkstoffkennwerte in einem bestimmten Bereich des Prüflings aus, sondern weisen *5 nur auf unterschiedliche Eigenschaften der beiden Prüflinge hin. Meßfehler sind dabei auch durch Unterschiede der akustischen Übergänge zwischen Wandlern und Prüflingen sowie durch Eigenschaften tier Wandler selbst bedingt.

Die erwähnten Mängel gestatten ei nicht, die ¹XuS-breitungskennwerte von verschiedenen Schwingung* trten im geprüften Werkstoffbereich mit genügender Genauigkeit und in kurzer Zeit zu bestimmen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung der eingangs genannten Art dahingehend 7U verbessern, daß eine sehr genaue und kurzzeitige Messung von vielen Kennwerten möglich ist, die die Eignf.chaften des unmittelbar der Prüfung unterzogenen Werkstoffbereichs kennzeichnen, insbesondere die Messung an einem Prüfling vorgenommen werden kann, dessen Oberfläche nur einseitig zugänglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektroakustischen Wandler an der Ober- <5 fläche des Prüflings so angeordnet sind, daß die beiden Signale einen gemeinsamen Wegabschnitt zurücklegen, daß der zweite Genrator die Ablenkung in jeder Betriebshalbperiod·; des Schalters verzögert, und daß die Verzögerungszeit des ersten Generators betragsmäßig gleich der Differenz der Laufzeiten beider Signale im Prüfling ist.

Dadurch, daß die elektroakustischen Wandler an der Oberfläche des Prüflings so angeordnet sind, daß die beiden Signale einen gemeinsamen Wegabschnitt durchlaufen, sind Schalldurchstrahlungen der Meßbatis abwechselnd in zwei entgegengesetzten Richtungen möglich. Man kann zeigen, daß bei der Mittelung der dabei erhaltenen zwei Ablesungen Fehlerquellen wie eine Differenz von akustischen Verzögerungen 6" der Wellenleiter in dem (elektroakustischen) Wandler und lineare Effekte dei Abschwächüng der Signale an den Übergängen der Einspeisung und der Auskopplung der Ultraschallschwingungen herausfallen. Letzteres wurde ajch experimentell bestätigt, da sich bei der Änderung ώ s Abklingkoeffizienten die Streuung der dafür erhaltenen Meßwerte infolge mangelnder Konstanz eine akustischen Übergangs bei dei Verwendung der erfindtingsgemäßen Einrichtung wesentlich vermindert. Gerade dieses Problem wird bei der bekannten Einrichtung der eingangs genannten Art nicht gelösi, indem ilnit gewisse experimentelle Schwierigkeiten auf! ι den; zum Beispiel ist es doi nicht möglieh, eine genaue Homogenität beim Anbringen de; Priifluigspaare zu erreichen, weshalb für jeden Werkstoff mehrere Paare von Dickenkombiar. turnen benutz! werden müssen. Darüber hinaus muß für diese bekannte Einrichtung noch die Gleichheit der Eigenschaften von zwei Prüfungen vorausgesetzt werden, was aber in der Praxis kaum zn realisieren ist. Erfindungsgemäß ist dagegen die Konstanz der akustischen Übergänge nicht erforderlich, da während des Meßvorgangs etwaige Abweichungen ausgeglichen werden.

Schließlich besteht der durch die Erfindung erzielte technische Fortschritt in de* direkten Messung von Parametern der Schwingungsausbreitung unmüfelbar ;iüf <;.nein zu untersuchenden Werkstoffbereich eines Prüflings, dessen Oberfläche 'mr einseitig zugänglich ist.

Es ist zweckmäßig, daß der Ausgang des ersten Generators der Verzögerungsschaltung an den Eingang i<es zweiten Generators angeschlossen und der Synch.onisierimpulsgenerator unmittelbar mit dem Prürimpulsgenerator verbunden ist, wobei wenigstens zwei Wandler als Schwingungsempfänger benutzt werden.

In diesem Fall ist die erforderliche minimale Verzögerungsdauer, die vom zweiten Geneiafor der Veizögerungsschaltung bestimmt wird, minimal.

Wird die Beseitigung der unmittelbaren elektrischen Kopplung zwischen den Generatoren der Ver-TÖgerungsschaltung notwendig, so isi es vorteilhaft, daß der Eingang des zweiten Generators der Verzögerungsschaitung mit dem Ausgang des Synchronisierimpulsgenerators verbunden ist, daß der Ausgang des ersten, an einen der Ausgänge des Schalters angeschlossenen Generalots an den Prüfimpulsgencrator angeschlossen ist, der seinerseits mit dem zweiten Ausgang des Schalters verbunden ist, und daß wenigstens zwei Wandler als Schwingungsempfänger benutzt werden.

Die Erfindung wird weitergeöildet durch einen zusätzlichen Prüfimpulsgenerator, der an den ersten Generator der Verzögerungsschaltung angeschlossen ist, der an einen der Ausgänge des Schalters angeschlossen ist, dessen zweiter Ausgang mit dem ersten PrüC-impuisgenerator verbunden ist, der zweite Generator der Verzögerungsschaltung mit dem Ausgang des Synchronisierimpulsgenerators verbunden ist und wenigstens zwei Wandler als Schwingungsstrahle^r benutzt werden.

Dadurch entsteht die Möglichkeit, ti: <<er Einrichtung einen Einkanalverstärker tür die zu vergleichenden Signale zu benutzen sowie die Einrichtung auf der Grundlage der bekannten mit einem Strahler und einem Empfänger arbeitenden Einrichtung aufzubauen, indem man diese mit einer zusätzlichen Baueinheit mit den noch fehlenden Baugruppen versieht.

Die Erfindung wird auch ausgestaltet durch einen E'chmarkengeber, der an den Synchronisierimpulsgeneratorund .ndie Vertikalabienkplattcn des Elektronenstrahl-An^sigegeräts angeschlossen ist, und durch einen Hilfsmarkengeber, der mit dem Ausgang des ersten Prüfimpulsgenerators und mit den \ ,rtikalablenkplattcn des Elektronenstrahl Anzeigegeräts verbunden ist.

Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, bei der erst maligen Kichung. bei der Prüfung und der Nacheichung von Skalen des ersten Generators der Verzögerungsschaltung den wirklichen Wert der Differenz-Verzögerung auf dem Bildschirm des Hlektronenstrahl-Anzeigegeriits zu beobachten und ihn mit den Hichmarkcn genau zu vergleichen.

Bei Benutzung der Hinrichtung mit zwei Priifimpulsgeneratoren muli der Hilfsmarkengeber auch an den Ausgang des zusätzlichen Piüfimpulsgenerators angeschlossen sein.

In der Hinrichtung kann der erste Generator der Verzogcrungsschultiing mit einem Regler für relative Änderung der Verzögerungsdauer ausgestattet werden, wodurch ein genaues Ablesen der Verzögerung?.-zeit h„'i Deckung verschiedener Teile der zum Vergleich benutzten Signale möglich wird.

Hs ist außerdem zweckmäßig, daü wenigstens einer der Wandler an der Oberfläche des Prüflings in bezug auf andere Wandler veischiebbar ist.

Dabei ergibt si< ι eine Gcnauigkcitscrhöhiing bei der Messung «.!er Ausiiicitungskennwerte von Schwingungen, wenn eine I requenzabhängigkeit dci Aiisbreilungsgesch windigkeil von Signal komponenten vorließt.

Alle oben erwähnten Aufbaugtundsätzc eimogü ehe η es. eine sehr genaue und schnell arbeitende Hinrichtung zur Messung einei großen Anzahl von Ausbreilungskcnnwertcn del I !Itraschallschwingungen zu entwickeln, die unmittelbar die Higensehaftcn des gepiuften Werkstoffbeieichs kennzeichnen.

Die Hrfmduitg wird in der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung naher erläutert. Hs zeigt

I- ig. I a. b Zeitdiagiamme. die das Arbeitsprinzip der emndungsgemalien Hinrichtung erläutern.

I ig. 2 ein Ausfuhrunusbeispicl der erfmdungsgcmaßen Hinrichtung mit in Reihe geschalteten Generatoien der Verzogf-rungsschaliung.

I ip. .1 ein andeies Ausiiilming.-bcispiel Ulm I innchtung gemäß der Hrfindung. bei dei dei erste Generator der Verzögeriingsschaltuüg in den Ansteuerstromkreis des Priifimpulsgeneratots eingeschaltet is! und

F- ig. 4 ein weiteres Ausfuhr imusbeispiel der erfindungsgemiilien Himichiune ni! einem /usaizlichen Prüf impulsgenerator.

Die Wirkungsweise όί:ι crfmdungsgcmaßcn linrichtung zur Messung der Kennweite von I 'Itraschallschwingimgen bei ihret Ausbreitung im W'ei kstoff von Pmflingen kann wie folgt erläutert werden:

Hlektroakustische Wandler werden, wie in F ig. la gezeigt ist, an drei Punkten A, B und ("der Prüflingsotierflache angeordnet. Die Durchschallung des Pruflingswerksioffes zwischen den Punkten A und B sowie A und C erfolgt in zwei aufeinanderfolgenden oder benachbarten Betriebshalbperioden der Einrichtung, und die Entfernungen zwischen diesen Punkten legt das ausgesandte Signal in der Zoii I₁ bzw. /, zurück. Die Prüfimpulse werden in den Werkstoff zu den Zeitpunkten t'_la und i\_r (Fig. 1 b) eingestrahlt. Die empfangenen Signale 1 und 2 gelangen nacheinander an die Vertikalablenkplatten eines Elektronenstrahl-Anzeigcgerats, dessen Ablenksignal 3 vom Ablenkgenerator in denselben aufeinanderfolgenden Hetriebshalbperiodcii der Einrichtung zu den Zeitpunkten /".„ und f",.. mit verschiedener Verzögerungsdauer / und .' in hezug auf die Zeitpunkte t'_la und i_r(,der Prüfimpulserzeugung zugeführt wird. Aus der Beziehung

wobei At die Laufzeil des Signals bei seiner Ausbreitung zwischen den Punkten B und C bedeutet, ergibi sieh die Möglichkeit, die Abbildungen der empfangenen Signale längs der Ablenkachse zusammenzuführen. Inder Hinrichtung wird die Differenzverzögerung

i« /', Γ, ( =- Δι) mit Hilfe nur eines Generators einer Verzögeriingsschaltung erreicht, wobei verschiedene Wege möglich sind. Der andere Generator der Vetzögerungsschaltung muß dabei die Verzögerung um die Zeit t\ oder t', je nach der Anschlul.Uirt der beiden

>.") Generatoren, gewährleisten, aus denen die Verzöge-Hilfsschaltung als Funktionseinheit besteht.

Wenn der zweite Generator der Verzögerungsschaltung in jeder der benachbarten Betriebshalbpenoilender [Einrichtung in den Zeitpunkten r'_lo und t\,,

i" ausgelöst wird, muß er die Ablenkung um die Zeit /', verzögern, und zur Überlagerung der Abbildungen der Signale 1 und 2 wird der Ankunflszeitpimkt t"_ih des Ablenksignals J mit Hilfe des ersten Generators um die Zeit At nur in der Halbperiode verzögert, in

^J5 der dem Anzeigegerät das Signal 2 zugeführt wird. d,is den größeren Weg AC (Hg. I a) im Werkstoff zurückgelegt ha'

Im anderen Fall wird der zweite Generator in jedei der benachbarten Betriebshalbperioden der Hinrieh-

ι» lung in ilen Zeitpunkten /'"_ul und t'_lh (\"\ iz. 1 b) ausgelost, und in der Halbpjriode. in der dem Anzeigtge-iäi das im Werkstoff den kleineren Weg A Π (Fig la* zurückgelegte Signal 1 zugeführt wird, erfolgt mit Hilfe des ersten Generators der Vcrzögerungsschal

is tungdie Verzögerung des Prüfimpuls-Sendezeitpiink tes /',, um die Zeit At in bezug auf den Zeitpunkt t'"_lt. wodurcl; ilie Ziisammenfuhrung dei z.u vergleichenden Signale gewährleistet wird.

Somit vvird die Differenz\erzögei'ung nur von tlem

i" eisten Generator bestimmt, wobei die Moglichkeii entsteht, die Laufzeit eines gewählten Prufsignalab-Schnitts unmittelbar auf der Meßhasis BC zu ermitteln, und die für die Wahl dieses ,Signalabschnitts not wendige Veischicbung der Signale l.ings der Ablenk-

(5 achse kann mit Hilfe eines einzigen, und zwai de*· zweiten Generators, ertolgeti.

Auf (irund der obigen A-isfuhrungen und unlei BeuickMchtigung der Möglichkeit, elektroakustisclie Wandlei in verschiedenen Kombinationen zu benut-/en (zwei Strahler - ein Empfänger oder zwei Empfänger - ein Strahler), werden nachstehend mehrere Ausfühnmgsbeispiele der erfindungsgcmälien Einrichtung beschrieben, die der Lösung der gleichen Aufgabe dienen.

Das erste, in Fig. 2 dargestellte Aiisfuhrungsbeispiel der Einrichtung enthält einen Synchronisierimpulsgenerator 4, einen Schalter S, einen Prüfimpulsgenerator 6. Strahler 7 und 7'. Empfänger 8 und 8'. einen Verstärker 9. ein Elektroncnstrahl-Anzeigegerät 10, eine Verzögerungsschaltung II. die aus zwei Generatoren 12 und 13 besteht, einen Ablenkgenerator 14 und einen Umschalter 15.

An den Synchronisierimpulsgenerator 4 sind der Schalter 5 und der Prüfimpulsgeneratot 6 angeschlossen. wobei der letztere über den Umschalter 15 an einen der Strahler 7 oder T geschaltet ist. die wie die Empfänger 8 und 8' an der Oberfläche eines Prüflings 16 /u beiden Seiten der Empfänger angeordnet sind.

Die Hmpfängcr 8 und 8' sind mit dem Verstärker 9 verbunden, an den ebenfalls die Ausgänge des Schalters 5 und dsc Vcrtikalablenkplalten lies Hlcktronenttraul-An/figcgcriits IO angeschlossen sind, dessen Horizontalablcnkplattcn mit dem Ablenkgenerator 14 verbunden sind. Die Vcrzögcrungsschaltung 11 hiil mit dein Hingang des Ablenkgenerator 14 und mit den Ausgängen des Schaliers 5 Verbindimg, wobei an den Ablenkgenerator 14 der Ausgang des /weiten (iencrators 13 der Verzögerungsschallung Π auge whlossen isl. die Ausgange des Schalters 3 mit ilen Hingängen der Gcnciatoren 12 und 13 der Verzöge Hilfsschaltung Il verbunden sind und der Ausgang des Generators 12 an den Hingang des Generators 13 angeschlossen ist.

Das in I-ig. λ dargestellte /weile Aiisfiiliiungsbei spiel der Hinrichtung hat dieselben Bestandteile, /um I Inlrrsehied vom ersten Ansfiihrungsbeispicl isl hier der Hingang des zweiten Genciaiois 13'der Vci/ogenmgsschallung ΙΓ mil dein Ausgang des Svnchioni sieiimpiilsgenerators 4 veibuiideii, und dei Ausgang des ersten Generators 12' der Schalliing 1Γ hat mil dem l'rüfimpulsgcncralor 6 Verbindung, dei seine! sens ,in einem der Ausgange des SihaltcisS liegt.

Das in Hg. 4 angefühlte diiile Ausfuhiuiigsbei ■ '.picl der Hinrichtung hat auHei den ei\' ;.linien Hau gi uppeu einen /usäl/lichcn ΙΊ ufinipulsgi neiator S7, dei an i\v\\ Ausgang lies eisten Gciicialois 12" dei \ ι r/ogcrurigsschaltiing M" und an den Strahler 7" nest halle' isl, wobei an ilen Hinkanalvcislaiket 9' lilui den I Jmsclialler 15' die Hmpfiiugei 8" Ivw. 8'" ab wechselnd angeschlossen werden und dei Sliahlei T" mn dem I'rüfimpulsgcncratoi 6 veibunden ist

Jedes AusfuMiuiigsbeispul kann isulleidem einen an den Sym hmnisiciimpulsgeneialoi 4 und einen iilit-i einen Schaltet 19 an die Vei likalahU nkplatlcn des Hleklriincnslralil-An/eigegeials IO äugest lilossc in Ii richinin Vt ngcbri IH tiaben sowie mil einem I lillsmarki iij ι l> < ι 20 ,uisgeslallet sein, dei ebenfalK an die Vt ilik:ilal>lcnV plall-.n lies I liklmnensliali! An/eigi-i!< ials K) und au ilen Ausgang dos l'nifun puLsgeni'rators 6 angesi hlossen w ml um) bei Verwenilung des /usat/licheii Prufimpiilsgcneiatois 17 auih mil dessen Ausgang verbunden wild.

Alle llaiigiiippeu dei Himii-Iituiu! können nai Il be kaiiuu-n Sih.iltiingskon/cptciiiiufgebau! scm. So kann /It dii Syncliionisieiiinpulsgeneialoi 4 als Spei ι μ hwingei, dei Schalte) 5 als l'iiggcisehaliunj! aiisge legi weiden, fm the I'iufinipulsgeneiatoreu 6 uiiil 17 kann man die Ibyiationsi.haltung mit Stollei ii gimi' des Sliahlcis {»nutzen, (in die Geneiatoicn 12 und 13 dei Verzögerungsschaltung 11 und fur den HilfsmarkengelKT 21) lass» η sich die f'hanlastronschaliiing sowie bekannte Impulssehaltungen veiwendcn, fiii den Hichmarkengeber 18 können eine quarzslabili sierte Generatorschaltung und z.B. als Sperrschwinger ausgeführte Frequenzteiler angewandt weiden Der Ablenkgcneratoi 14 kann auf der Ciinndlage von bekannten Sägezahn- sowie Hxponeiiiialspannungsgeneratoren aufgebaut sein Der Verstärker 9 weist eine übliche Schaltung auf; im ersten und zweiten Ausfühiungsheispicl der Hinrichtung stellt er einen /.weikanalverslärker dai. in dessen beide Kanüle die von der Γ riggersi haltung 5 gesteuerte bekannte ZcM-selektit»isschaltung ι ingefugt weiden kann.

I in die elektioakustischen Warnller 7 und 8 kon nen ζ B. allgemein bekannte piezoelekliische Wand U-1 henut/l weiden.

Die relative Änderung der Verzögerungszeit, die der erste Generator 12 der Verzögerungsschaltung 11 bestimmt, kann realisiert werden, indem eines der Sehaltelemente R bzw. C des zeitbestimmenden RC-l'hantaslrongliedes des ersten Generators 12 regelbar ausgeführt ist.

Um eine Verschiebung eines der clcktroakustisehen Wandler an der l'rü'fliitgsoberflächc zu ermöglichen, kann man ulic Wandler an einem Halter anordnen und einen von ihnen, nämlich den beweglichen, mit dem Halter z.B. mit Hilfe einer Mikrometerschraube verbinden.

Die in Fig. 2 dargestellte Hinrichtung funktioniert folgenderweise:

Der mit einer gewählten Impulsfolgcfrcquenz schwingende Synchronisicrimpulsgenerator 4 löst den f'rufimpulsgencrator 6 aus, dessen Impulse über den Stiahler 7 oder 7'in den Prüfling 16 eingestrahlt wer den. Diese Schwingungen werden von den Hmpfiirigein 8 und ' empfangen, die an der Oberfläche des l'iiiflings 16 zwischen den Strahlern 7 und T im Abstand »/" (MclVnasis) voneinander angeordnet sind. Dei Syncliroi'.isicrimpulsgenci'ator 4triggeri auch den Schalter 5.

Die von verschiedenen Ausgängen lies Schalters 5 aivenommenen Impulse spei reu !!(wechselnd die Kanäle des Vcrstäikers 9. an denen die Signale von den Hmpfängeis 8und8'liegen, und triggernebenfalls abwechselnd mit der halben Fr .cn/, des Synchronisicnmpiilsgcncrntors 4 die beiden Generatoren 12 in,d 13 der Verzögcrungsschallung 11. Da dei Generator 13 auch vom Gcitciulor 12 angcsteueit wird, inIn-itcl während einer von benachbarten Betriebs hall periodcn des Sehalters 5 nur dei Geiicratot 13. w.ihrend it. d ι alliieren Haibperiode sowohl der Ge iHialor 13 als auch der Generator 12 arbeiten. Somit wild der Ablenkgenerator 14 in benachbarten Halb pcnoden des Schalleis 5 mit verschiedener Vcr/ögei ung in lie/ug auf die Zeitpunkte der Prufimpulset /eiigung MCtriggert. Die Strahler 7 und T und die Hmpfängcr 8, 8' sind entsprechend an den Ausgang des l'iiifimpiilsgeneialors 6und an die Kanaleingänge des Verstärkers *> so angeschlossen, daß den llalbpe liodcn. in denen eine größere Veizogerung /wischen den Zeitpunkten der Prüfimpulsausscndung und der f nggerung der Ablenkung zuslanilekommt, die Pe Moden entsprechen, in denen dem Hlektronenstrahl Anzeigegerät 10 das Signal vom Impfängcr 8 oder 8' mit giolk-rer Verzögerung zugeführt wird. Vom Ausgang des Verstärkers 9 können die Signale an die Vcrtikalablcnkplattcudcs Aivzctgcgeväts 10 entweder unmittelbar oder über einen (nicht gezeigten) Amplitudendiskriminator gelegt werden, der beim Erreichen von festgelegten Pegeln durch das Prüfsignal ein Normsignal abgibt.

Der Ililfsmarkengeber 20 wird synchron mit dem Prüfin'pulsgenerator 6 ge trigger! und dient zur Erzeugung des Markenimpulses mit regelbarer Verzögerung bezüglich der Zeitpunkte der Prüfimpulserzeugung. Den Markenimpuls bemitzt man zur Naeheichung der Skala des Generators 12 nach ilen am Bildschirm des Anzeigegeräts 10 sichtbaren Eichmarken, die vom Hichmarkengeber 18 geliefert werden. Da tier Hilf.smaikcngcher 20 das Markcnsignal mit einer in benachbarter Betiiebshalbpcrioden des Sehalters 5 unveränderlicher Verzögerung in bezug aiii the Zeitpunkte der Prüf impulserzeugung liefert, wsrd das Markeusignal auf den Achsen der in diesen

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IIalhpcriodcn mil verschiedener Verzögerung ausgelösten Ablenkung mit einer Zeitverschicbung abgebildet, die der wirklichen Diffcrcnzverzögetung gleich ist.

Heim Eichbetrieb werden die vom Eichmarkcngeber gelieferten Eichmarken über den Schalter 19 ilen Vertikalablcnkpl.iltcn des Anzeigegeräts 10 zugeführt, und auf die Elektroden, die die Strahlhclligkcii im Anzeigegerät steuern, können Impulse vom Schalter 5 und vom Eichmarkengeber 20 gegeben werden, wobei die Amplituden und die Polarität dieser Impulse die Aufhellung der Hilfs- un<l Eichmarken auf einer Ablenl. achse und der I filfsmarke auf der zweiten Ablcpkachsc gewährleisten sollen. Die Eichung erfolgt durch Vergleich der an der Skala des Generators 12 abgelesenen Werte mit der Anzahl der Eichmarken /wischen den Abbildungen der Hilfsmarke auf dem Bildschirm des Anzeigegeräts 10. Hei der Messung der Zeit des Impulsdurchlaufs im Werkstoff des Prüflings werden die von den Empfängern 8 und 8' gelieferten Signale auf dem Bildschirm des Elcktroncnstrahl-Anzeigcgeräts 10 durch Regelung der Dauer des vom Generator 12 abgegebenen Impulses bei ge wähltcr Verzögerung der Ablenkung zusammengeführt, wobei diese Verzögerung vom Generator 13 bestimmt wird und nur für die Beobachtung der Signale längs der Ablenkachse dient. Die Zeit, in der die Schwingungen die Meßbasis »/« durchlaufen, wird unmittelbar an der Skala des Generators 12 abgelesen.

Die Zusaminenführung der Signale nach der Amplitude erfolgt mittels am Eingang jedes Verstärkerkanals I legender geeichter Abschwacher, die in F i g. 2 nicht gezeigt sind. Dabei besteht die Möglichkeit, nach der Anzeige der Abschwächer den Dämpfungsfaktor der Schwingungen zu bestimmen.

Die entgegengesetzte Richtung der Durchschallung ergibt sich bei der Umschaltung der Strahler 7 und T sowie der Empfänger 8 und 8'.

Durch Ausschluß des von akustischen Übergängen herrührenden Fehlers erhöht sich dabei die Meßgenauigkeit, da als Meßergebnisse Werte benutzt werden, die man durch Mittelung von zwei Größen bei entgegengesetzten Durchschallungsrichtungen erhält.

Bei Messungen in Medien mit stark ausgeprägter Abhängigkeit des Dämpfungsfaktors von der Frequenz werden für die Berücksichtigung der Unscharfe der Wellenfront auf dem Bildschirm des Anzeigegeräts 10 die zu vergleichenden Signalteile (z. B. die erste Halbwelle) dem vorgegebenen Amplitudenwert angeglichen, nachdem ein bestimmter Pegel gewählt wird, auf dem die Signale mittels des Verzögerungsreglers des Generators 12 zusammengefügt werden. Mit Hilfe des Reglers für relative Änderung der Dauer des vom Generator 12 gelieferten Verzögerungsimpulses werden die Signale auf anderen gewählten Pegeln zur Deckung gebracht, und eine der Änderung der relativen Signalflankensteilheit auf der Meßbasis proportionale Anzeige erhält man an der Skala, die mit dem Regler für relative Verstimmung des Generators 12 verbunden ist.

In ähnlicher Weise kann die zeitliche Verschiebung anderer Signalteile gemessen werden.

Zur Messung der Laufzeit von Schwingungen bei Abhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schwingungen im Werkstoff von der Frequenz wird die Entfernung zwischen dem Empfängern 8 und 8' geändert.

Analog können die Kennwerte der Schwingungen bei ihrer Ausbreitung in geschlossenen Umhüllungen gemessen werden. Dabei kann man nur einen der Strahlet 7 und T benutzen, und die Empfänger 8 und 8' müssen am Umfang der Umhüllung so angeordnet sein, daß der Abstand des Strahlers von den Empfängern kleiner als der halbe Umfang der Umhüllung ist. Die in F"ig. 3 gezeigte Einrichtung funktioniert in ähnlicher Weise nur mit dem Unterschied, daß der /weite Generator 13' der Vcrzögcrungsschaltung 11'

i" vom Synclironisierimpulsgcnerator 4 in jeder Hetricbshalbperiodc des Schalters Sgetriggcrt wird und der Prüfimpulsgenerator 6 in einer von diesen Halb perioden über den ersten Generator 12' der Verzöge rungsschiiltung 1 Γ angestoßen wird. Die Messung er

'5 folgt wie oben beschrieben.

Die Besonderheit der Wirkungsweise der in F i g. 4 dargestellten Einrichtung im Vergleich mit der Einrichtung, die in Fig. 3 gezeigt ist, besieht darin, daß der Prüfimpulsgencrator 6 unmittelbar vom Schal

™ ter 5 und nur in einer von benachbarten Halbperiodoi des letzteren getriggert wird, während in der anderen Halbperiode über den Generator 12" der Verzöge ningsschaltiing Jl' die Auslösung des zusätzlichen Prüfimpiilsgcnerntors 17 erfolgt. Dabei befinden siel.

»5 die Strahler 7" und T" auf der Meßbasis »/« an de Prüflingsoberfläche zwischen den Empfängern 8" umI 8"'. Die Strahler 7" und T" sowie die Empfänger H und 8'" sind entsprechend an die Ausgänge der Prüf impulsgeneratorcn6 und 17 und an den Verstärket 9 so angeschlossen, daß den Flalbpcriodcn, in denen eine größere Verzögerung zwischen den Zcitpunkkτ der Prüfimpulsausscndung und der Auslösung dt·ι Ablenkung erfolgt, die Perioden entsprechen, in denen dem Anzeigegerät 10 die Signale vom Empfänge

.15 8" oder 8'" mit größerer Verzögerung zugeführt wo den.

Bei der Messung der Laufzeit von Schwingung^ im Falle einer Abhängigkeit der Ausbrcitiingsgc schwindigkeit der Schwingungen im Werk^off von de ■

4" Frequenz wird die Entfernung zwischen den Strahlern 7" und T" geändert.

Die Messung erfolgt ähnlich wie oben beschrieben aber zur Zusammenführung der zu vergleichenden Si gnale nach ihrer Amplitude ist es zweckmäßig, ili«

»5 Amplitude der Prüfimpulsc zu regeln. Nach dem Ve ι hältnis der Amplituden von Prüfimpulsen kann de Dämpfungsfaktor ermittelt werden.

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung bestell darin, daß die gemäß der Erfindung aufgebaute Hm

richtung die Möglichkeit gibt, genau und in kurzer Zen eine Reihe von Kennwerten der Ultraschallschwin gvngen bei ihrer Ausbreitung im Werkstoff eines Prüflings unmittelbar an einem für die Prüfung ge wählten Abschnitt sowohl bei einseitigem Zugang an

die Prüflingsoberfläche als auch an Prüflingen zu mes sen. Bei der Werkstoffdurchschallung in zwei entge gengesetzten Richtungen ergibt sich die Möglichkeit, die durch akustische Übergänge bedingten Fehler b<deutend herabzusetzen. Das von der Erfindung bc

fio nutzte Eichungssystem gestattet, die Laufzeit dei Schwingungen auch bei einem sehr einfachen Aufbau der Einrichtung abzulesen. Da vorzugsweise der Ab lenkgenerator als Exponentialspannungsgeneratoi und der Prüf impulsgenerator sowie der Verstärker rc

«5 gelbar ausgeführt sind, ist es möglich,dasSignal besser zu beobachten, den zeitbedingten Dämpfungsfaktor des Signals unmittelbar nach einer Skala zu bestim men, die Genauigkeit bei der Messung der Ausbrei

t der Schwingungen /u e ι hohen, die Absorptionscigensehaftcn des Priifmcdiiims zu erkennen, Normalschwingungen /u untersuchen u. a. m.

Die Einrichtung ermögliclit also eine zcrslöningsfreic Prüfung der Weiksloffqualitat von Prüflingen.

Die crfindungsgemaße liinriehlung gibt auch die

Möglichkeit, genau und in kurzer Zeit Signale zu vergleichen, die im Werkstoff verschieden lange und groUe Wege zurückgelegt haben, weswegen die Einrichtung bequem für Untersuchungen benutzt werden kann, die im Zusammenhang mit Änderungen der Signalform bei der Ausbreitung der Signale im Werk stoff durchgeführt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Messung der Kennwerte von Uliraschallschwingungen bei der Ausbreitung im Werkstoff von Prüflingen. hei dt< die Abbildungen von zwei Signalen, die im Werkstoff verschiedene Wege zurückgelegt haben, auf dem Bildschirm eines Elektronenstrahl-Anzeigegeräts zum Vergleich überlagert werden, mit wenigstens drei elektroakustischen Wandlern zur Ausstrahlung und zum Empfang von Schwingungen, mit einem Synchronisierimpulsgenerator, der einen Schalter betätigt, der seinerseits eine zur Überlagerung der beiden Signale längs der Ablenkachse dienende Verzögerungsschaltung ansteuert, die aus zwei Generatoren besteht, von denen der eine oder zweite Generator die Ablenkung im Anzeigegerät um eine feste Verzögerungszeit verzögert, wohingegen die Verzögerungszeit des anderen oder ersten GeneraKrs einstellbar ist, um die im Anzeigegerät beoöachteten Signale gleichphasig zu machen, mit einem Verstärker der beiden Signale und mit einem Prufimpulsgenerator, der mit dem Synchronisierimpulsgenerator und einem der Wandler verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektroakustischen Wandler (7, 8, 8') an der Oberfläche des Prüflings (16) so angeordnet sind, daß die beiden Signale einen gemeinsamen Wegabschnitt (A, B) zurücklegen, daß der zweite Generator (13) die Ablenkung in jeder Betriebshalbperiode des Schalters (4) verzögen, und daß die Verzögerungszeit des ersten Generators (12) betragsmäSig gleich der Differenz (Ai) der Laufzeiten (/,, r,) beider Signale (1, 2) im Prüfling ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des ersten Generators (12) der Verzögerungsschaltung (11) an den Eingang des zweiten Generators (13) angeschlossen und der Synchronisierumpulsgenerator (4) unmittelbar mit dem Prüfimpulsgenerator (6) verbunden ist, wobei wenigstens zwei Wandler (8, 8') als Schwingungsempfänger benutzt werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des zweiten Generators (13') der Verzögerungsschaltung (H') mit dem Ausgang des Synchronisierumpulsgeneraturs (4) verbunden ist, daß der Ausgang des ersten, an einen der Ausgänge des Schalfers (5) angeschlossenen Generators (12') an den Prufimpulsgenerator (6) angeschlossen ist, der seinerseits mit dem zweiten Ausgang des Schalters (5) verbunden ist, und daß wenigstens zwei Wandler (8, 8') als Schwingungsempfängei benut/t werden.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet du ch einen zusätzlichen Prüfimpulsgenerator (17), c;r an den anderen Wandler (7") und an den ersten Generator (12") der Verzögerungsschaltung (H") angeschlossen ist, der an einen der Ausgänge des Schalters (5) angeschlossen ist, dessen zweiter Ausgang mit dem ersten Prufimpulsgenerator (6) verbunden ist, der zweite Generator (13') der Verzögerungsschaltung (H") mit dem Ausgang des Synchronisierimpulsgenerators (4) verbunden ist und wenigstens zwei Wandler (T', T") als Sehwiiigungsstruhler benutzt werden.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden

Anspruch.:, gekennzeichnet durch einen Eid-, rrurkengcbcr <"»>. ύοτ an den Synchromsienm. ru'-t:euenm>r(4) und an tiic Vemkalahlenkpiaiteii des tM.-ktroncnstrahl-Anzeigegerais (1.0) -WSChInS^n isi- »»^ ^{llurcn einen} HilfsmarU r.-V-h-r ίZiIi lic; mn dtm A-isgang des e^ten Tmt fmnuNgeneraiors (6; und mit den Vsrtikalablc:,:,-platten des Klektfonenstrahl-Anzeigegerats < iO)

verbunden ist. ....

■·- Einrii.-h!uns narh Ansprucn :·, -ladurch _t\:- V-emvvichnet". dal.¹, «ier Hilfsmarkengebe: (20. :;p den Ausi:dn-i: des /f._;.ätz!ichcn Frufimpulsgeru-.:;-iiirs 117) angeschlossen ist.

7 EiIUiChI^-Un" nach einem der vorhergeher.;·.τ Ansprüche d.i.iunh gekennzeichnet, daß de, -.-_rsre "Generator (J2) der Verzögerungsschaii^na (11) mit einem Regler fur relative Änderung --er Ver7ö^erunä.idaiier ausgestattet ist.

H Ehiridiru:)» nach einem der vorhergehenden Ansp7ik-!ic dadurch gekennzeichnet, di.8 w..n_:i.-siens eine," der Wandler (7, 8) an der Oberfi;-,.iie des Prüflini", (16) in beiug auf andere War„i!cr verschiebbar i.\: