DE2002553C - Hochspannungs-Impulsgenerator, z.B. zur Aussteuerung von Ultraschall-Prüfgeräten - Google Patents

Description

erläutert; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild eines Hochspannungs-Impulsgenerators,

F i g. 2 Impulsdiagramme, wie sie an verschiedenen 30 Stellen in der Schaltungsanordnung des Impulsgene-

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspan- rators nach F i g. 1 zu messen sind, und
nungs-Impulsgenerator mit einer Impulsquelle, einer F i g. 3 ein Blockschaltbild eines zerstörungsfrei

mit dieser verbundenen, die Vorderflanke des Hoch- arbeitenden Ultraschall-Prüfgeräts, das mit dem Spannungsimpulses bestimmenden Schaltstufe und Hochspannungs-Impulsgenerator nach F i g. 1 arbeitet, einer an die Schaltstufe angeschlossenen, die Hinter- 35 Gemäß Fig. 1 ist eine Eingangsklemme 52 mit flanke des Hochspannungsimpulses bestimmenden einer Quelle von periodisch auftretenden Impulsen sättigbaren Induktivität. verbunden; einer der Impulse ist in der Kurve A der

Ein solcher Hochspannungs-Impulsgenerator ist Fig. 2 gezeigt. Die Klemme 52 ist an einen Rechtbekannt (deutsche Patentschrift 902 044). In der be- eckgenerator 30 angeschlossen, der aus den dort kannten Schaltungsanordnung wird der Anfangspunkt 40 gezeigten Transistoren Q1 und Q 2 besteht. Der des Hochspannungsimpulses durch den Zündeinsatz Rechteckgenerator 30 gibt Impulse von vorbestimmeiner gas- oder dampfgefüllten Stromrichterröhre ter Impulsbreite ab, wie dies in der Kurve B der bestimmt, während die Hinterflanke des Impulses Fig. 2 dargestellt ist. Die Impulsbreite läßt sich durch die Sättigungswirkung eines Transformators durch einen variablen Widerstand 53 verändern. Das geformt wird. Die Stromrichterröhre wirkt also ein- 45 Signal von dem Rechteckgenerator 30 wird dann fach aiii Schalter. Die Anstiegszeiten derartiger als einer aus den Transistoren Q 3 und QA gebildeten Schalter dienender elektronischer Entladungsröhren Treiberstufe 32 zugeführt, die die Impulse auf einen sind von verschiedenen Parametern abhängig und höheren Pegel aussteuert, bevor sie einem Verstärlassen sich mit relativ geringer Genauigkeit reprodu- ker 34 zugeführt werden. Der Verstärker 34 verzieren; außerdem lassen sich bei Verwendung derar- 50 stärkt die Impulse von der Treiberstufe 32 auf etwa tiger Schalter nur verhältnismäßig kleine Impuls- 300 Volt und führt sie einem Transformator 60 zu.
folgefrequenzen erzielen. Der Transistor Q 5 des Verstärkers 34 ist mit sei-

Die Aufgabe der Erfindung besteht bei einem nem Kollektor über eine Induktivität 62 an ein Ende Hochspannungs-Impulsgenerator der eingangs genann- der Primärwicklung 64 des Transformators 60 angeten Art darin, daß Impulse erzeugt werden, bei denen 55 schlossen. Zwischen dem Kollektor des Transistors sich sowohl die Anstiegs- als auch die Abfallzeiten QS des Verstärkers 34 und dem anderen Ende dei in einfacher Weise und möglichst genau steuern lassen Primärwicklung 64 des Transformators 60 liegt eine und deren Leistung und Impulsfolgefrequenz dabei Diode 68. In dem hier beschriebenen Ausführungshoch genug sind, um z. B. einen elektro-akustischen beispiel mag der Klemrre 70 eine Spannung von Wandler in einem Ultraschall-Gerät zur zerstörungs- 60 300 Volt zugeführt sein, tue Induktivität 62 begrenzt freien Werkstoffprüfung auszusteuern. den Strom, den der Verstärker 34 dem Transforma-

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge- tor 60 im Zustand der magnetischen Sättigung zulöst, daß die Schaltstufe einen Rechteckgenerator führt. Die Diode 68 begrenzt die Spannungs-Über- und eini;n Transformator mit in die Sättigung aus- schwingung beim Abschalten des Verstärkers 34.
steuerbarem Kern umfaßt und daß die Sekundär- 65 Der Transistor Q 5, der den Verstärker 34 bildet, wicklung des Transformators über einen Konden- steuert den Transformator 60 von den 300 Volt an sator mit einer zu der sättigbaren Induktivität parallel der Klemme 70 auf eine höhere Spannung (von beigeschaltoten Entlade-Diodenstrecke verbunden ist. spielsweise 1100 Volt) an seiner Sekundärwicklung TA

3 4

aus. Wegen dieser hohen Spannung wird der Trans- takte zu verbinden. Der bewegbare Kontakt des formator 60 kurz danach gesättigt Die Sättigung er- Schalters' 112 ist mit dem bewegbaren Kontakt des zeugt die Vorderflanke des Ausgangsimpulses. In der Schalters 116 mechanisch gekuppelt, der seinerseits Kurve C der Fig.2 ist die an der Sekundärwicklung mit dem bewegbaren Kontakt eines Schalters 128 72 auftretende Wellenform gezeigt, die ein rasches 5 mechanisch gekuppelt ist

Zusammenbrechen der Spannung im Zeitpunkt der Die Induktivität 103 ist mit einem Ende an den

Sättigung des Transformators 60 darstellt. Schalterkontakt 124 angeschlossen und weist einen

Ein Ende der Sekundärwicklung 72 des Transfer- Abgriff 132 auf, der mit den Kontakten 118, 120 mators 60 ist geerdet, während das andere Ende an und 122 verbunden ist. Das andere Ende der Indukdie Kathode eineT Diode 74 sowie an eine Elektrode io tivität 103 ist geerdet.

eines Kondensators 76 angeschlossen ist. Die Anode Der bewegbare Kontakt des Schalters 116 ist an

der Diode 74 ist über einen Widerstand 78 geerdet. einen der Kontakte 134,136, 13» und 140 anschalt-Die andere Elektrode des Kondensators 76 ist über bar, die mit jeweiligen Ausgangs-Abgriffen der Inmehrere seriengeschaltete Kondensatoren 80, 82, 84, duktivität 114 verbunden sind. Der bewegbare Kon-86 und 88 geerdet. Mehrere entsprechende Serien- 15 takt des Schalters 116 ist mit dem des Schalters 128 geschaltete Dioden 90, 92, 94 und 96 liegen zwischen elektrisch und mechanisch gekuppelt. Der bewegbare dem Kondensator 76 und einer Spannungsquelle von Kontakt des Schalters 128 ist jeweils an einen der — 12VoIt über einen Widerstand 98. Jeder Diode Kontakte 142, 144 und 146 anschaltbar, von denen 90, 92, 94 und 96 ist der entsprechende Kondensator der Kontakt 142 über einen Kondensator 150, der 80, 82, 84 bzw. 86 parallel geschaltet. Die Diode 74 ao Kontakt 144 über einen Kondensator 152 und der und der Widerstand 78 wirken als selektives Dämp- Kontakt 146 über einen Kondensator 154 geerdet ist. fungsnetzwerk für negative Sekundärspannungen, die Die Induktivität 103 sowie der jeweils angeschaltete an der Sekundärwicklung 72 des Transformators 60 Kondensator 150, 152 oder 154 bilden einen Resoentstehen. Die Größe des Widerstandes 78 wird von nanzkreis, der während der Sättigungsperiode des dem Dämpfungs-Überschwingen des Signals bestimmt *5 Transformators 60 schwingt. Die Wahl des Konden- und beträgt beispielsweise 33 Ohm. Der Kondensator sators bestimmt die Erzeugung der richtigen Fre-76 speichert die Sekundärspannung von dem Trans- quenz in dem Ausgangsimpuls, der in der Kurve E formator 60 vor dessen Sättigung. Die Dioden 90, 92, der Fig. 2 dargestellt ist. Nach der Sättigung des 94 und 96 verhindern, daß positive Signale bei dem Transformators 60 überträgt der Kondensator 76 positiven Teil der in der Kurve C der F i g. 2 gezeig- 30 seine gespeicherte Spannung auf die Induktivität 103 ten Welle hindurchgelassen werden, wobei die ver- und unterstützt den Sättigungsvorgang sowohl der stärkten Ergebnisse in der Kurve D in F i g. 2 in der Induktivität 103 als auch des Transformators 60.
Wellenform daigestellt sind. Die Kondensatoren 80, Der Kondensator 88 und der Widerstand 98 bilden

82, 84 und 86 gleichen den Spannungsabfall an den eine negative Stromquelle, die das Rückstellen der Dioden 90, 92, 94 und 96 aus und regeln deren Leit- 35 Induktivität 103 nach der Sättigung unterstützt. Der fähigkeit. Kondensator 88 und der Widerstand 98 halten außer-

Eine Induktivität 103 mit sättigbarem Kern ist mit dem an den Dioden 90, 92, 94 und 96 eine Vorspaneinem Ende an einen Verbindungspunkt 106 zwi- nung in Durchlaßrichtung aufrecht, wodurch das von sehen dem Kondensator 76 und den seriengeschalte- dem Transformator 60 und der Diode 74 erzeugte ten Dioden 90, 92, 94 und 96 angeschlossen. Das 40 Abschaltrauschen eliminiert wird. Die von dem Konandere Ende der Induktivität 103 ist geerdet. Die densator 88 und dem Widerstand 98 gebildete Strom-Induktivität 103 unterstützt die Formung des Erreger- quelle wird unwirksam, wenn der Kondensator 76 impulses. Während der Sättigung erzeugt die Induk- seine gespeicherte Spannung auf die Kapazität 103 tivität 103 die Hinterflanke des Erregerimpulses. Nach überträgt.

der Sättigung entlädt sich der Transformator 60 über 45 Ein Widerstand 160 ist mit einem Ende an den die Dioden 90, 92, 94 und 96, die jetzt eine nieder- Verbindungspunkt zwischen den bewegbaren Konohmige Verbindung nach Erde darstellen. takten der Schalter 116 und 128 sowie an die Anode

Der Sättigungsvorgang des Transformators 60 er- einer Diode 162 angeschlossen. Die Kathode der zeugt die Vorderflanke des Erregerimpulses, wie er Diode 162 ist mit dem anderen Ende des Widerstandurch den scharfen Abfall der in der Kurve C ge- ₅₀ des 160 sowie über einen Widerstand 164 mit einem zeigten Wellenform dargestellt wird, der seinerseits Ende eines Potentiometers 166 verbunden, dessen die Vorderflanke des in der Kurve D gezeigten Erre- anderes Ende geerdet ist.

gerimpulses bildet. Der zwischen dem Kondensator Eine Diodenbrücke 170 umfaßt die Dioden 172,

76, den Kondensatoren 80, 82, 84, 86 und 88 sowie 174, 176 und 178 sowie eine Zenerdiode 180 und den Dioden 90, 92, 94 und 96 liegende Verbindungs- 55 einen Kondensator 182. Der bewegbare Kontakt des punkt 106 ist an ein Paar von gegensinnig gepolten Schalters 128 ist an den Verbindungspunkt zwischen Dioden 108 und 110 sowie einen Schalter 112 ange- den Dioden 172 und 174 angeschlossen. Der Verschlossen. Das andere Ende der gegensinnig gepolten bindungspunkt zwischen den Dioden 172 und 178 ist Dioden 108 und 110 ist an eine Induktivität 114 an- über einen Widerstand 184 an die —12-Volt-Quelle geschlossen, die mehrere durch einen Schalter 116 60 angeschlossen, während der Verbindungspunkt zwibetätigbare Ausgangs-Abgriffe aufweist. Die Dioden sehen den Dioden 174 und 176 über einen Wider-108 μnd 110 unterdrücken ein Rauschen, das durch stand 186 an die + 12-Volt-Quelle angeschlossen ist. das Abschalten des Transformators 60 und der Diode Die Widerstände 184 und 186 sind mit Kondensato-74 verursacht wird, und außerdem reduzieren sie das ren 188 bzw. 190 versehen, um eine Quelle für konvon der Induktivität 103 erzeugte Rauschen. 65 stanten Strom durch die Brücke 170 zu bilden. Die

Der Schalter 112 ist an mehrere Kontakte 118, Brücke 170 dient dazu, das von den vorhergehenden 120, 122 und 124 anschaltbar und dient dazu, den Schaltungselementen erzeugte unerwünschte Rau-Verbindungspunkt 106 mit jeweils einem dieser Kon- sehen zu entfernen. Sie bewirkt auch, daß die ge-

5 6

dämpften Schwingungen auf niedrigem Pegel sowohl dung mit der Induktivität 114, die die Resonanzfre-

bei minimaler als auch bei maximaler Impulslänge quenz und damit die Impulsbreite steuert,

zu einem früheren Zeitpunkt aufhören. Der Verbin- In Fig. 3 ist ein zerstörungsfrei arbeitendes Prüf-

dungspunkt zwischen den Dioden 176 und 178 bildet instrument 10 gezeigt, das eine Folge von intermittie-

die Ausgangsverbindung zu einer Ausgangsklemme 5 rcnd auftretenden Impulsen hoher Spannung und

192. hoher Frequenz erzeugt. Das Instrument 10 arbeitet

Der Verbindungspunkt zwischen den Dioden 176 mit dem oben an Hand von Fig. 1 und 2 beschrie- und 178 ist ferner über einen Widerstand 194 sowie benen Hochspannungs-Impulsgenerator, der in F i g. 3 einen variablen Widerstand 196 geerdet. Der Wider- mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet ist. Der Inistand 196 kann als Regelwiderstand ausgebildet sein, io pulsgenerator 11 ist an einen Sender 12 angekoppelt, dessen Schleifkontakt mit dem Abgriff des Potentio- der die Hochspannungs-Hochfrequenzimpulse über meters 166 mechanisch gekoppelt ist. Durch Ver- ein Koaxialkabel 16 einem Suchgerät 14 zuführt. Die stellen dieser Regelwiderstände läßt sich die Impuls- von dem Sender 12 ausgehenden Impulse erregen länge an der Ausgangsklemme 192 entsprechend einen elektroakustischen Wandler innerhalb des Suchändern. 15 gerätes 14, wodurch von diesem Wandler entspre-

Es ist gezeigt worden, daß der Transformator 60 chende Ultraschall-Impulse ausgesendet werden.
Impulse in synchroner Folge von dem Rechteckgene- Echos dieser Impulse werden von dem Suchgerät rator 30 über die Treiberstufe 32 und den Verstär- 14 empfangen, wodurch von diesem ein entsprechenker 34 empfängt. Der Impuls wird an der Sekundär- des elektrisches Signal erzeugt wird. Dieses entsprewicklung 72 aufwärts transformiert, und der Trans- ao chende elektrische Signal wird über das Kabel 16 an formator 60 ist danach gesättigt, wenn die Spannung einen Empfänger 18 zurückgeleitet. Der Empfänger einen bestimmten Pegel erreicht. Ein aus den Induk- 18 ist an einen Vertikal-Ablenk-Generator 19 angetivitäten 103 und 114 sowie dem Kondensator 76 schlossen, der seinerseits an ein Oszilloskop 20 anbestehender Resonanzkreis geht in einen schwingen- gekoppelt ist. Der Impulsgenerator 11 ist ferner an den Übergangszustand. Die Induktivität 103 hält as einen Horizontal-Ablenk-Generator 22 angeschlosjedoch diesen Zustand der Schwingung mit dem Kon- sen, der seinerseits ebenfalls an das Oszilloskop 20 densator 76 nicht durch und reagiert dadurch, daß angekoppelt ist. Die sich ergebenden Signale am Aussie nur einen Teil des Schwingungszyklus aushält gang des Empfängers 18 werden von dem Vertikal- und dann gesättigt ist. Die zeitliche Beziehung zwi- Ablenk-Generator wiedergegeben, und die in Verbinschen der Sättigung des Transformators 60 der Teil- 30 dung mit dem Signal von dem Horizontal-Ablenkschwingung des Kondensators 76 mit der Induktivität Generator 22 erhaltenen Ergebnisse werden als Schirm- 103 und der anschließenden Sättigung der Induk- bild 24 sichtbar gemacht, das auf der Fläche des tivität 103 ergibt die erforderliche Impulsbreite für Oszilloskop 20 dargestellt ist. Das Schirmbild 24 auf jede Ausgangsfrequenz des Impulsgebers. Die Induk- dem Oszilloskop 20 gibt die rücklaufende Energie in tivität 103 beginnt nach der Sättigung, sich über die 35 Form von Nadeln wieder, die den ursprünglichen Dioden 90, 92, 94 und 96 sowie den Widerstand 98 Impuls, die Reflexionen der vorderen Fläche, die zu entladen. Diese jetzt in Durchlaßrichtung vorge- Fehler und die Reflexionen der hinteren Fläche des spannten Dioden bilden einen niederohmigen Strom- geprüften Materials anzeigen. Der Abstand der Napfad und unterstützen die kurze Abfallzeit des Im- dein steht im Verhältnis zu dem Abstand der Repulses. 40 flexionen von dem geprüften Material. Eine innerhalb

Durch manuelle Umstellung der Schalter 112, 116 der ursprünglichen Abstände auftretende zufällige und 128 lassen sich die Resonanzfrequenzen sowie Nadel zeigt an, daß in dem Werkstück Risse, Fehler die Lade- und Entladezeiten der Schaltungselemente oder sonstige Unregelmäßigkeiten vorhanden sind, ändern. Auf diese Weise wird die Wellenform ent- Die Anwesenheit und die räumliche Anordnung solsprechend verändert. Die Sättigung der Induktivität 45 eher Risse ist also durch die Zufallsnadeln zwischen 103 steuert die Vorderflanke des Impulses in Verbin- den ursprünglichen Rückkehrnadeln identifizierbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Der erfindungsgemäße Impulsgenerator kommt also Patentansprüche: im Gegensatz zu der bekannten Schaltungsanordnung ohne teure Elektronen-Entladungsrohre aus. Gleich-

1. Hochspannungs-Impulsgenerator mit einer zeitig entfällt die bei Elektronenröhren erforderliche Impulsquelle, einer mit dieser verbundenen, die 5 Anheizzeit Die gewünschten Impulsformer, lassen Vorderflanke des HocLspannungsimpulses be- sich mit höherer Genauigkeit erzeugen. Dabei laßt stimmenden Schaltstufe und einer an die Schalt- sich die Schaltungsanordnung kompakter und billiger stufe angeschlossenen, die Hinterflanke des Hoch- herstellen. Da sich außerdem Impulse hoher Frespannungsimpulses bestimmenden sättigbaren quenz und hoher Spannung erzeugen lassen, eignet Induktivität, -dadurch gekennzeichnet, io sich der erfindungsgemäße Hochspannungs-Impulsdaß die Schaltstufe einen Rechteckgenerator (30) generator besonders zur Verwendung in Ultraschallundl einen Transformator (60) mit in die Sätti- Prüfgeräten, wie sie beispielsweise aus der deutgung aussteuerbarem Kern umfaßt und daß die sehen Patentschrift 929 687 bekannt sind. In diesem Sekundärwicklung (72) des Transformators (60) Zusammenhang ist auch wichtig, daß die gedämpft über einen Kondensator (76) mit einer zu der 15 verlaufenden Niederspannungs-Schwingungen sowohl sättigbaren Induktivität (103) parallel geschal- ■ bei sehr kurzen als auch bei sehr großen Impulsteten Enrlade-Diodenstrecke (90, 92, 94, 96) ver- längen bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordbundenist. nung rascher aufhören als bei Schaltungsanordnun-

2. Verwendung des Hochspannungs-Impuls- gen mit Entladungsröhren. Daher läßt sich ein exgenerators nach Anspruch 1 zur Aussteuerung ao akter Impuls erzeugen, ohne daß etwaige Nacheines Ultraschall-Impulse aussendenden Wandlers schwingungen sich dem schwachen Echoimpuls überin einem Gerät zur zerstörungsfreien Werkstoff- lagern; das Auflösungsvermögen des Ultraschall-Geprüfung, räts wird also erhöht.

In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung «5 in einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung