DE2036613C3 - Method and device for analyzing discontinuities with regard to their geometrical data by means of a beam of repeating short acoustic pulses directed towards the discontinuity - Google Patents
Method and device for analyzing discontinuities with regard to their geometrical data by means of a beam of repeating short acoustic pulses directed towards the discontinuityInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Analysieren von Diskontinuitäten hinsichtlich ihrer gcometrischen Daten mitteis eines auf die Diskontinuität genausten Bünde's aus wiederkehrenden kurzen akustischen Impulsen, insbesondere Ultraschall-Impulsen, und durch Auswertung der hindurchgelassenen oder reflektierten Impulse, bei dem aus jedem von der Diskontinuität beeinflußten Impuls eine Anzahl von unterschiedlich verzögerten Frequenzkomponenten, Elemcntarsignale genannt, abgeleitet werden. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Durchführen eines derartigen Verfahrens, mit einem Generator für wiederkehrende elektrische Impulse, einem durch diese Impulse modulierten Hochfrequenzsender, einem Sende- und Empfangswandler,The invention relates to a method for analyzing discontinuities with regard to their gcometric Data in the middle of a fret made of recurring short frets, accurate to the discontinuity acoustic pulses, in particular ultrasonic pulses, and by evaluating those that have passed through or reflected pulses in which a number of each pulse affected by the discontinuity from differently delayed frequency components, called elementary signals, are derived. The invention also relates to a device for performing such a method with a generator for recurring electrical impulses, a high-frequency transmitter modulated by these impulses, a transmit and receive converter,
613 einem Empiangsverstärker und einer Auswerteinrichtung, die eine an den Wandler angeschlossene Verzögerungseinrichtung umfaßt. 613 an amplification amplifier and an evaluation device which comprises a delay device connected to the converter.
Die Analyse von Diskontinuitäten dient im allgemeinen dazu, mit der größtmöglichen Genauigkeit die Lage Gestalt und Abmessung von Hindernissen zu bestimmen. Die Untersuchung kann also das Messen von Dicken, Höhen oder Entfernungen betreffen, das Auffinden von Hindernissen und das Untersuchen von deren Beschaffenheit und Eigenschaften.The analysis of discontinuities is generally used in addition, the position, shape and dimensions of obstacles with the greatest possible accuracy to determine. The examination can therefore relate to the measurement of thicknesses, heights or distances, finding obstacles and examining their nature and properties.
Es sind bereits zerstörungsfreie Ultraschallprufvorrichtungen bekannt, bei denen die Intensität der In Richtung einer Empßngersonde reflektierten akustischen Energie gemessen wird, welche meistens aui dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre als Funktion der Zeit angezeigt wird. Dieses bekannte Verfahren basiert auf der sehr ungenauen Annahme, daß die Stärke eines Echosignals nur von der Große des Hindernisses abhängt. Dies führt zu großen Fehlern, insbesondere wenn die Orientierung des Hindernisses bezüglich des Ultraschallbündels betrachtlich von der normalen Lage abweichtThey are already non-destructive ultrasonic testing devices known in which the intensity of the acoustic reflected in the direction of a receiver probe Energy is measured, which mostly on the screen of a cathode ray tube as a function the time is displayed. This known method is based on the very imprecise assumption that the Strength of an echo signal depends only on the size of the obstacle. This leads to big mistakes, especially if the orientation of the obstacle with respect to the ultrasound beam is considerably less than deviates from the normal situation
Es ist bereits verschiedentlich versucht worden, deiartige Vorrichtungen zu verbessern.Various attempts have already been made to improve such devices.
Ein eingangs genanntes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung sind aus der US-PS 3 309 9i4 bekannt. Hierbei besteht jedoch das Hauptproblem i.ur darin, gleichzeitig oberflächennahe und tief im Werkstück liegende Diskontinuitäten festzustellen. , .A method and a corresponding device mentioned at the beginning are from US Pat 3 309 9i4 known. Here, however, there is The main problem is that there are discontinuities that are both close to the surface and deep in the workpiece ascertain. ,.
Weiter ist ein Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen von Werkstücken bekannt (FR-PS 1 588 8b8). bei dem der Rauschpegel vermindert wird, der normalerweise bei der Verringerung der Dauer der Meßimpulse höher wird, wobei diese Verringerung die Genauigkeit der Analyse erhöhen soll. Bei diesem Verfahren erfolgt eine Analogmessung der. Echosignale mittels einer Kondensatormatrix. In dem Zeitraum zwischen aufeinanderfolgenden Meßimpulsen erfolgt keine Veränderung des Meßsignals, sondern es werden lediglich von Meßimpuls zu Meßimpuls die Verzögerung und die Amplitude des empfangenen Echosignals verändert und sodann die Summe der auf diese Weise veränderten Echosignale gebildet. Dieses Verfahren ist nicht nur sehr langsam, da eine große Zahl von Meßimpulsen ausgesendet werden muß. bevor ein Summensignal gebildet werden kann, sondern es ist auch schwer realisierbar. Es erfordert nämlich eine verhältnismäßig große Speichermatrix für eine große Anzahl von komplexen Signalen.A method for the non-destructive testing of workpieces is also known (FR-PS 1 588 8b8). in which the noise level is reduced, which normally occurs when the duration of the measurement pulses is reduced becomes higher, this reduction being intended to increase the accuracy of the analysis. With this one The procedure is an analog measurement of the. Echo signals by means of a capacitor matrix. By doing The period between successive measuring pulses does not change the measuring signal, but rather only the delay and the amplitude of the received pulse are changed from measurement pulse to measurement pulse Echo signal changed and then the sum of the echo signals changed in this way educated. This process is not only very slow, since a large number of measuring pulses are emitted must become. before a sum signal can be formed, but it is also difficult to implement. Namely, it requires a relatively large memory matrix for a large number of complex ones Signals.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der sich eine schnelle und genaue Messung der geometrischen Daten von Hindernissen erzielen läßt.The invention is based on the object To create a method and a device of the type mentioned, with which a fast and can achieve accurate measurement of the geometrical data of obstacles.
Dh Lösung ist darin /u sehen, daß bei dem eingangs genannten Verfahren die Phasenlagen der Elementarsignale derart gewählt und die Amplituden der Elementarsignale derart geändert werden, daß die Amplitude mit der zeitlichen Verschiebung derselbenThat is, the solution is to see that in the method mentioned at the beginning, the phase positions of the Elementary signals are selected and the amplitudes of the elementary signals are changed such that the Amplitude with the time shift of the same
entsprechend der Funktion r,, = γ zusammenhängt,related to the function r ,, = γ ,
wobei 1-,, und /,, die Laplace-Transformationen riy) und ./'(/) sind, r(y) den Faktor angibt, entsprechend dem die Amplitude eines Elemenlarsignals geändert wird, und /(/) die Intensität des ausgesendeten Meßimpulses bedeutet.where 1- ,, and / ,, are the Laplace transforms riy) and ./'(/), r (y) indicates the factor according to which the amplitude of an elementary signal is changed, and / (/) the intensity of the transmitted signal Measuring pulse means.
Im folgenden wird der Begriff des »Reflexionsprofils« eines Hindernisses erläutert. The term “reflection profile” of an obstacle is explained below.
Gemäß dem Prinzip von Huyghens entspricht Sin beliebiges Hindernis auf der Bahn einer Welle bezüglich der Störung einer auftreffende?i Welle einer Gesamtheit von elementaren Hindernissen kleinen Ausmaßes. Genauer ausgedrückt Ά die von dem Hindernis in Richtung der Sendequelle zurückgesandte Energie die Summe der von den elementaren Quellen abgegebenen Energien, die als nach allen Richtungen abgestrahlte Energien betrachtet werden.According to Huyghens' principle, Sin any obstacle on the path of a wave with respect to the disturbance of an impinging wave corresponds to a set of elementary obstacles of small magnitude. More precisely, Ά the energy returned by the obstacle in the direction of the transmission source is the sum of the energies emitted by the elementary sources, which are considered to be energies radiated in all directions.
Die reflektierte Energie jeder elementaren Quelle ist also proportional der Stärke der auftretenden Welle am betrachteten Punkt und eine Funktion des Reflexionsvermögsns der elementaren Quelle.The reflected energy of each elementary source is therefore proportional to the strength of the occurring Wave at the point under consideration and a function of the reflectivity of the elementary source.
Betrachtet man die Gesamtheit der zwischen den Punkten χ und χ + dx der Sendequelle gelegenen elewentaren Quellen, so ist ihr Reflexionsvermögen eine bestimmte Funktion R(x), welche proportional der Summe der Dichten der elementaren Quellen ist. die jeweils einen ihrem eigenen Reflexionskoeffizienten proportionalen Wichtungskoeffizienten aufweisen Diese Funktion R(x) nennt man das Reflexionsprofil des Hindernisses.If one considers the entirety of the essential sources located between the points χ and χ + dx of the transmission source, their reflectivity is a certain function R (x), which is proportional to the sum of the densities of the elementary sources. each of which has a weighting coefficient proportional to its own reflection coefficient. This function R (x) is called the reflection profile of the obstacle.
Die vom Hindernis auf die Sendequelle reflektierte Energie wird also schließlich durch Integration des Produktes der Funktion R(x) mit der Stärke der auftreffenden Welle im Punkt der Abszisse χ errechnet. Diese Stärke ist — unter der Annahme, daß es sich um eine ebene Welle handelt (was dann der Faii ist. wenn die öffnung des Bündels gering und der Abstand zwischen Hindernis und Quelle weit größer als die Größe des Hindernisses ist) proportionalThe energy reflected from the obstacle onto the transmission source is thus finally generated by integrating the Product of the function R (x) with the strength of the incident wave at the point of the abscissa χ calculated. This strength is - assuming that it is a plane wave (which is then the faii. if the opening of the bundle is small and the distance between the obstacle and the source is far greater than that Size of the obstacle is proportional
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wobei C die Geschwindigkeit dieser Welle bedeutet: die gesamte reflektierte Energie ist durch folgende Formel gegeben:where C means the speed of this wave: the total reflected energy is due to the following Given formula:
1 *1 *
J Ι χ2.Ι (ι- J Ι χ2 .Ι (ι-
Klvld.v.Klvld.v.
Es besteht also schließlich eine gen ■ u definierte 4s Relation zwischen dem Reflexionsprofil des Hindernisses, der Funktion fit), die das Profil der Sendeimpulse definiert, und der vom Hindernis auf die Sendequelle reflektierten Energie.So there is finally a 4s relation, defined by gen ■ u, between the reflection profile of the obstacle, the function fit), which defines the profile of the transmission pulses, and the energy reflected from the obstacle onto the transmission source.
Wenn die Funktion j (?) harmonisch ist und «, ihre Kreisfrequenz, ist die Funktion jr{t) eine Funktion von c», nämlich g(cj). Diese Funktion g(t») heißt übertragungsfunktion des Hindernisses.If the function j (?) Is harmonic and " its angular frequency, the function jr {t) is a function of c", namely g (cj). This function g (t ») is called the transfer function of the obstacle.
Die Anmelderin konnte zeigen, daß diese übertragungsfunktion bis auf einen Koeffizienten die Fourier-Transformation der Funktion Rix) ist.The applicant was able to show that, apart from one coefficient, this transfer function is the Fourier transform of the function Rix).
Es besteht also eine einfache Relation zwischen dem Reflexionsprofil des Hindernisses und seiner übertragungsfunktion, wie sie von der Anmelderin in der DT-OS 2027 333 definiert und verwendet worden ist.So there is a simple relationship between the reflection profile of the obstacle and its own Transfer function as defined and used by the applicant in DT-OS 2027 333 has been.
Das Verfahren nach der Anmeldung, das direkt das Reflexionsprofil zu erhalten trachtet, unterscheidet sich jedoch grundlegend — prinzipiell und in seiner praktischen Anwendung — von dem Verfahren der obenerwähnten Anmeldung.The process after registration, which seeks to obtain the reflection profile directly, differs however fundamentally - in principle and in its practical application - from the procedure of the above-mentioned application.
Um den praktischen Nutzen des Begriffes des Reflexionsprofils verständlich zu machen, sei im folgenden der theoretische FaJl betrachtet, wenn der Sendeimpuls ein DIRAC-Impuls ist (unendlich kurz. Energie jedoch größer als Null).In order to make the practical use of the concept of the reflection profile understandable, im The following theoretical case is considered when the transmission pulse is a DIRAC pulse (infinitely short. Energy greater than zero).
Die Anmelderin hat gezeigt, daß in diesem Fall das Profil des Echosignals ger.au das Reflexionsprofil der Hindernisses wiedergibt.The applicant has shown that in this case the profile of the echo signal is roughly the reflection profile the obstacle reproduces.
Diese Aussage liefert eine theoretische Erklärung der empirischen Feststellung der Tatsache, daß die Messung mit sehr kurzen Impulsen äußerst interessante Analysenergebnisse ergibt, denn die Kenntnis des Reflexionsprofils stellt schließlich, besser noch als die der übertragungsfunktion, die optimale Information dar, die man bezüglich eines Hindernisses haben kann.This statement provides a theoretical explanation of the empirical finding that the Measurement with very short pulses gives extremely interesting analysis results, because the knowledge the reflection profile ultimately provides the optimal information, even better than that of the transfer function that one can have about an obstacle.
Das Wesen des Anmeldungsgegenstandes liegt darin, daß das Impulsspektrum des Echosignals in gewisser Weise transformiert wird. Jeder Echoimpuls hat einen nicht idealen Verlauf, d. h., er ist nicht unendlich kurz. Die Fourier-Analyse eines derartigen nicht idealen Impulses fuhrt auf ein Frequenzspektrum mit diskreten Frequenzen, wobei die Amplituden der einzelnen Frequenzkomponenten, in der Anmeldung auch Elementarsignale genannt, frequenzabhängig sind. Die Fourier-Zerlegung eines sogenannten DlRACschen-lmpulses, d. h. eines unendlich kurzen Impulses, führt auf diskrete Frequenzkomponenten mit gleichbleibender Amplitude. Durch die gemäß der Anmeldung vorgenommene Transformation wird erreicht, daß die Signale die gleiche Form annehmen, als wenn der verwendete Sendeimpuls ein DIRAC-Impuls gewesen wäre.The essence of the subject of the application is that the pulse spectrum of the echo signal in is transformed in a certain way. Each echo pulse has a non-ideal course, i. i.e., he's not infinitely short. The Fourier analysis of such a non-ideal pulse leads to a frequency spectrum with discrete frequencies, the amplitudes of the individual frequency components, in the application also called elementary signals, are frequency-dependent. The Fourier decomposition of a so-called DIRAC pulse, i.e. H. an infinitely short one Impulse, leads to discrete frequency components with constant amplitude. Through the Transformation carried out according to the application ensures that the signals have the same shape assume as if the transmit pulse used had been a DIRAC pulse.
Die Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß ausgehend von dei eingangs genannten Vorrichtung die Verzögerungseinrichtung mehrere Anzapfungen unterschiedlicher Verzögerungszeiten aufweist, die über Amplitudeneinstellglieder an einen Summierverstärker geführt sind, und daß die Amplitudeneinstellglieder derart ausgebildet sind, daß die Ausgangsamplituden derselben von der Zeitverzögerung der zugeordneten Anzapfung entsprechend der FunktionThe device for performing this method is characterized in that starting of the device mentioned at the beginning, the delay device has several taps of different delay times, which are connected to a summing amplifier via amplitude adjustment elements are performed, and that the amplitude adjustment members are designed such that the output amplitudes the same from the time delay of the associated tap according to the function
c = , abhängen, wobei r und / die Laplace-c =, where r and / are the Laplace-
' P'P
Transformationen der Funktionen Hy) und / (r) sind, die die Amplitude eines Elementarsignals als Funktion der Zeitverzögerung bzw. die Intensität des ausgesendeten Meßimpulses als Funktion der Zeit darstellen. Transformations of the functions Hy) and / (r) are, which is the amplitude of an elementary signal as a function of the time delay or the intensity of the transmitted signal Represent the measuring pulse as a function of time.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen ergänzend erläutert.The invention is illustrated below with reference to schematic drawings of several exemplary embodiments additionally explained.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Ultraschallprüfgerätes mit einer Verzögerungsleitung im Empfangskreis mehrerer Anzapfungen:Fig. 1 is a block diagram of an ultrasonic inspection device with a delay line in the receiving circuit of several taps:
F i g. 2 zeigt eine andere Ausfuhrungsform mit einem magnetostriktiven Wandler.F i g. 2 shows another embodiment with a magnetostrictive transducer.
F i g. 3 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform, bei welcher die Verzögerungen der elementaren Signale über Hilfswandler von einem absorbierenden Block abgeleitet werden, undF i g. 3 shows a modified embodiment in which the delays of the elementary signals be derived from an absorbing block via auxiliary converters, and
F i g. 4 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform. bei der die elementaren Signale durch Reflexion an in einem absorbierenden Block enthaltenen Reflektororganen erhalten werden.F i g. 4 shows a modified embodiment. in which the elementary signals due to reflection reflector members contained in an absorbent block are obtained.
F i g. 1 zeigt eine zerstörungsfreie Meßvorrichtung mit einem die Fehlstelle D enthaltenden Teil P. Diese Vorrichtung umfaßt in an sich bekannter Weise einen Generator für wiederkehrende elek-F i g. 1 shows a non-destructive measuring device with a part P containing the defect D. This device comprises, in a manner known per se, a generator for recurring electrical
trische Impulse 1, einen durch diese Impulse modulierten Hochfrequenzsender 3, einen Sende- und Empfangswandler 4, der in Berührung mit dem zu prüfenden Teil steht, einen Empfangsverstärker 5 und eine Auswerteeinrichtung 6, welche die aus diesem Verstärker kommenden Signale auswertet. Die Auswerteeinrichtung 6 kann ein Kathodenoszillograph sein oder irgendeine Aufzeichnungsvorrichtung.tric pulses 1, a high-frequency transmitter 3 modulated by these pulses, a transmit and receive transducer 4, which is in contact with the part to be tested, a receiving amplifier 5 and a Evaluation device 6, which evaluates the signals coming from this amplifier. The evaluation device 6 can be a cathode oscilloscope or any recording device.
Die Besonderheit der beschriebenen Vorrichtung besteht in einer Verzögerungsleitung 7 mit verschiedenen Anschlüssen, die jeweils über einstellbare Widerstände R1 ... Rn.,, Rn mit dem Eingang des als Mischer wirkenden Verstärkers 5 verbunden sind. Ein Widersland R0 verbindet den Eingang des Verstärkers 5 mit seinem Ausgang.The special feature of the device described consists in a delay line 7 with various connections, which are each connected to the input of the amplifier 5 acting as a mixer via adjustable resistors R 1 ... R n ., R n. A contradiction R 0 connects the input of the amplifier 5 to its output.
Es ist eine Verzögerungsleitung 7 mit lokalisierten Konstanten aus Kondensatoren und Induktanzspulen gebildet, die jedoch gleichermaßen durch eine Leitung mit verteilten Konstanten ersetzt sein könnte.It is a delay line 7 with localized constants from capacitors and inductance coils which could equally be replaced by a line with distributed constants.
Die Werte der Widerslände R1 ... R„ müssen beträchtlich über der für die Verzögerungsleitung charakteristischen Impedanz liegen, so daß die Weitergabe des Signals nicht gestört wird.The values of the contradictions R 1 ... R " must be considerably higher than the impedance characteristic of the delay line, so that the transmission of the signal is not disturbed.
Die Ausgangsspannung des Verstärkers istThe output voltage of the amplifier is
Die Funktion R(x) ist demnach ein Rechtecksignal.The function R (x) is therefore a square wave signal.
Bei einem kreisrunden Hindernis mit einem Radius r, dessen Ebene um einen Winkel α zur Achse des Bündels geneigt und in einem Abstand d vom Sender liegt, gilt die einfache Gleichung:In the case of a circular obstacle with a radius r, the plane of which is inclined by an angle α to the axis of the beam and at a distance d from the transmitter, the simple equation applies:
R(x) = 2sin „ fr1 - (x -df cos*«R (x) = 2sin "fr 1 - (x -df cos *"
ι/ - r < χ < d + r
R(X) = Ofiir χ ></ +r
χ < (I — r. ι / - r <χ <d + r
R (X) = Ofiir χ></ + r
χ <(I - r.
wobei K1, V2 ... Vn die Amplituden der ersten, zweiten ... η-ten Elementarsignale bedeuten. In anderen Worten, das Informationsträgersignal am Ausgang des Empfängers ist die Summe von η elementaren Signalen, deren Amplituden jeweils proportional * = r{y,) sind, wobei y, die Verzögerungwhere K 1 , V 2 ... V n mean the amplitudes of the first, second ... η-th elementary signals. In other words, the information carrier signal at the output of the receiver is the sum of η elementary signals, the amplitudes of which are proportional to * = r {y,) , where y, the delay
des elementaren Signals am Anschluß /" ist.of the elementary signal at the connection / ".
Die Anmelderin hat gefunden und durch einen Versuch bestätigt, daß dann, wenn die Koeffizienten R1 und y{ so gewählt werden, daß die Laplace-Transformation der Funktion r(yf) umgekehrt der Laplace-Transformation der Funktion f(t), welche die Stärke des vom Wandler 4 abgegebenen Sendeimpulses definiert, ist. das Ausgangssignal Vs den Fehler D genau entsprechend dem Reflexionsprofil reproduziert.The applicant has found and confirmed through an experiment that if the coefficients R 1 and y { are chosen so that the Laplace transform of the function r ( y f ) is the reverse of the Laplace transform of the function f (t), which the strength of the transmission pulse emitted by the transducer 4 is defined. the output signal V s reproduces the error D exactly according to the reflection profile.
Folglich kann man ausgehend von einem bekannten Sendeimpuls die Koeffizienten R^ und y, berechnen. die im Schema der F i g. 1 verwendet werden. As a result, the coefficients R ^ and y can be calculated on the basis of a known transmission pulse. in the scheme of FIG. 1 can be used.
Bei den praktischen Anwendungsfällen ist die Verknüpfung zwischen Form und Größe des Hindernisses einerseits und seinem Reflexionsprofil andererseits im allgemeinen sehr einfach.In practical use cases, there is a link between the shape and size of the obstacle on the one hand and its reflection profile on the other hand, it is generally very simple.
Man kann tatsächlich zeigen, daß bei einem einheitlichen Hindernis von geringem Ausmaß und einem feinen Analysierbündel die Funktion R(x) als Wert die Fläche der Projektion der Oberflächenelemente dieses Hindernisses zwischen den Punkten χ and x + dx der Abszisse auf eine senkrecht zur Bewegungsrichtung verlaufende Ebene hat.It can actually be shown that with a uniform obstacle of small size and a fine analysis bundle, the function R (x) is the area of the projection of the surface elements of this obstacle between the points χ and x + dx of the abscissa on a plane perpendicular to the direction of movement Has.
Bei einem quadratischen Hindernis beispielsweise mit einer Seite α, dessen Ebene um einen Winkel « zur Achse des Bündels geneigt ist und dessen eine te Seite rechtwinklig zur Achse verläuft and dessen Mittelpunkt in einem Abstand d vom Sender liegt, gut die einfache Relation R(x) = α sin α furIn the case of a square obstacle, for example, with a side α, the plane of which is inclined by an angle to the axis of the bundle and one side of which is perpendicular to the axis and whose center is at a distance d from the transmitter, the simple relation R (x) is good. = α sin α for
d = -ζ sin η < χ < d 4- i. cos «1 d = -ζ sin η <χ <d 4- i. cos «1
und R(x) = 0 für alle Werte von χ außerhalb dieses Intervalls.and R (x) = 0 for all values of χ outside this interval.
Die Funktion R(x) ist in diesem Fall eine Ellipse.The function R (x) in this case is an ellipse.
Diese Beispiele sind in keinem Fall ausschließend, und in vielen Fällen ermöglicht die Kenntnis des Reflexionsprofils, Form, Ausmaße sowie Lage des Hindernisses sehr einfach zu bestimmen.These examples are by no means exclusive, and in many cases a knowledge of the The reflection profile, shape, dimensions and position of the obstacle can be determined very easily.
Das Organ 6 kann Berechnungsschallkreise aufweisen, welche die Besonderheiten des Hindernisses direkt liefern.The organ 6 can have calculation sound circuits, which the particularities of the obstacle deliver directly.
Es sei hier bemerkt, daß obwohl die Berechnungsweise der obenerwähnten Parameter y( und R{ theoretisch ein ganz genaues Reflexionsprofil des Hindernisses zu erhalten gestattet man sich in der Praxis mit Annäherungswerten begnügt, die mit einem vernünftigen Schaltungsaufwand des Apparates und einer diskontinuierlichen Änderung der Funktion r(y) erzielt werden (wobei die Verzögerungsleitung 7 nur eine bestimmte Zahl von Anzapfungen aufweist, welche eine bestimmte Zahl unstetig steigender Verzögerungswerte j^ liefern).It should be noted here that although the method of calculating the above-mentioned parameters y ( and R { theoretically allows a very precise reflection profile of the obstacle to be obtained, in practice one is content with approximate values that require reasonable circuitry of the apparatus and a discontinuous change in the function r (y) can be achieved (the delay line 7 having only a certain number of taps, which supply a certain number of discontinuously increasing delay values j ^).
Bei der abgeänderten Ausführungsform der F i g. 2 bezeichnen die Bezugsziffern 1-3-5-6 und R0 die gleichen Organe wie bei Fig. 2. Der Sender 3 speist die Wicklung B0 eines magnetostriktiven Wandlers, der aus einem Draht 8 besteht, entlang welchem Wicklungen B^. B2 ... Bn angeordnet sind, die über Widerstände R1. R2 ... Rn mit dem Eingang des Mischverstärkers 3 verbunden sind.In the modified embodiment of FIG. 2, the reference numerals 1-3-5-6 and R 0 denote the same organs as in Fig. 2. The transmitter 3 feeds the winding B 0 of a magnetostrictive transducer, which consists of a wire 8, along which windings B ^. B 2 ... B n are arranged via resistors R 1 . R 2 ... R n are connected to the input of the mixer 3.
Bei dieser Ausführungsform sind die Verzögerungen V; durch Änderung der Lage der Spulen entlang dem Draht einstellbar.In this embodiment, the delays V; by changing the position of the coils along adjustable with the wire.
Anstatt Verzögerungsorgane zwischen Wandler und Empfänger einzusetzen, kann man zum Erzeugen von elementaren Signalen eine Vielzahl kleiner Hilfewandler verwenden, die als akustische Empfanget dienen in Verbindung mit dem Hauptwandler, dem Sende-Empfänger.Instead of using delay elements between converter and receiver, one can generate Elementary signals use a large number of small auxiliary transducers, which are received as acoustic signals serve in connection with the main converter, the Transceiver.
Eine derartige Ausfiihnmgsform ist in Fig.: dargestelltSuch an embodiment is shown in Fig .: shown
In einen Block 10 aus ultraschallabsorbierenden Material sind diese piezoelektrischen Hilfswandte; T1. T2 ... Tm eingelassen and jeweils über Wider stände Rx , R2 ... Rn mit dem Eingang des Misch Verstärkers verbunden.In a block 10 of ultrasound-absorbing material, these piezoelectric auxiliary walls are; T 1 . T 2 ... T m let in and each connected via resistors R x , R 2 ... R n to the input of the mixer amplifier.
Der Block 10 ruht auf der Rückseite eines piezo elektrischen Sendewandlers 9, der vom Sender'. erregt wird und mit dem zu messenden Teil P 11 Verbindung steht.The block 10 rests on the back of a piezoelectric transmitter transducer 9, which is from the transmitter '. is excited and is connected to the part to be measured P 11.
Die Ausnahme der Hilfswandler sind ausreichen« klein, um nur einen vernachlässigbaren Teil des von Wandler 9 abgegebenen akustischen Signals zu reflek tieren, so daß die Gestalt des Impulses nicht wesent lieh geändert wird.The exception of the auxiliary converters are sufficiently small to cover only a negligible part of the Transducer 9 emitted acoustic signal to reflect animals, so that the shape of the pulse is not essential loaned is changed.
Die Dosierung der Amplitude der von den akustischen Hilfsemplangern aufgefangenen Echosignale geschieht mittels Widerständen R1, R2 ... Rn, aber die Lage dieser Empfänger bestimmt ein für allemal die Werte der Verzögerungen y,. Diese entsprechen bei dieser Ausführungsform den Fortpflanzungszeiten der Ultraschallwellen in dem absorbierenden Material zwischen den Hilfsempfängern.The metering of the amplitude of the echo signals picked up by the acoustic auxiliary templates is done by means of resistors R 1 , R 2 ... R n , but the position of these receivers determines the values of the delays y, once and for all. In this embodiment, these correspond to the propagation times of the ultrasonic waves in the absorbing material between the auxiliary receivers.
F i g. 4 zeigt eine Lösung der gleichen Art. Die Hilfswandler von Fig. 3 sind durch einfache akustische Reflektoren K1, K2 ... Kn ersetzt, die im absorbierenden Block 10 enthalten sind. Das vom Sende-Empfänger-Wandler 9 empfangene Echosignal wird über einstellbare Widerstände R1, R2 ... Rn an den Misch-Verstärker 5 geleitet.F i g. 4 shows a solution of the same type. The auxiliary converter of FIG. 3 are replaced by simple acoustic reflectors K 1, K 2 ... K n contained in the absorbent block 10. The signal received by transceiver converter 9 echo signal is adjustable resistors R 1, R 2 ... R n 5 passed to the mixing amplifier.
Das vom Wandler 9 abgegebene Signal ist die Summe mehrerer elementarer Impulse, nämlichThe signal emitted by the transducer 9 is the sum of several elementary pulses, namely
des direkt von der mit dem Teil P in Verbindung stehenden Seite des Wandlers, der von der Rückseite des Wandlers durch verschiedene Reflektoren reflektierten ausgesendeten Impulse, die also um Zeitabstände verzögert sind, die jeweils proportional den Fortpflanzungszeiten zwischen der Rückseite und den entsprechenden Reflektoren sind.the transmitted pulses directly from the side of the transducer connected to the part P , the pulses reflected from the rear of the transducer by various reflectors, which are thus delayed by time intervals which are in each case proportional to the propagation times between the rear and the corresponding reflectors.
Die Amplituden dieser verschiedenen Impulse sind eine Funktion der Oberflächen der Reflektoren.The amplitudes of these various pulses are a function of the surfaces of the reflectors.
Das vom Wandler 9 erzeugte und an den Eingang des Verstärkers 5 gelegte Echosignal ist ebenfalls die Summe von elementaren Echosignalen, die den ausgesandten elementaren Impulsen entsprechen.The echo signal generated by the transducer 9 and applied to the input of the amplifier 5 is also the Sum of elementary echo signals that correspond to the transmitted elementary pulses.
Bei dieser Ausführungsforni ist kein elektrisches Element zum Einstellen der Amplituden und Verzögerungen der elementaren Signale vorgesehen, die nur durch die Berechnung ein für allemal festgelegt werden können.In this embodiment there is no electrical element for adjusting the amplitudes and delays the elementary signals provided, which are only established by calculating once and for all can be.
Das Verfahren nach der Erfindung kann auch mit anderen Mitteln zur Verzögerung und Einstellung der Amplitude der elementaren Signale verwirklicht werden. Insbesondere können statt der in den beschriebenen Ausführungsformen verwendeten Analog-Vorrichtungen numerische verwendet werden. In diesem Fall werden die Verzögerungen durch Verwendung von Schieberegistern erreicht und die Einstellung der Amplitude mittels mit diesen Registern verbundenen Amplitudenwählern.The method according to the invention can also be used with other delay and adjustment means the amplitude of the elementary signals. In particular, instead of the one described in Embodiments used analog devices used numerical. In in this case the delays are achieved by using shift registers and adjusting the amplitude by means of amplitude selectors connected to these registers.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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