DE2110793C3

DE2110793C3 - Ultraschall-Prüfverfahren zur selbsttätigen Unterscheidung zwischen Nutz- und Störsignalen bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung

Info

Publication number: DE2110793C3
Application number: DE19712110793
Authority: DE
Inventors: Reinhard 5000 Koeln Brandt
Original assignee: Krautkraemer GmbH
Current assignee: Krautkraemer GmbH
Priority date: 1971-03-06
Filing date: 1971-03-06
Publication date: 1980-10-30
Also published as: DE2110793B2; DE2110793A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-Prüfverfahren zur selbsttätigen Unterscheidung zwischen Nutz- und Störsignalen bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung unter Verwendung des Impuls-Echobetriebs, bei dem die Impulsfrequenzen der aus einem Prüfling empfangenen Signale mit einer ganz bestimmten Frequenz verglichen werden und dann von den empfangenen Signalen nur solche mit diesem bestimmten

Frequenzwert als Nutzsignale bewertet bzw. angezeigt werden.

Es ist bekannt, daß ein Störsignal in einer Überwachungseinrichtung dadurch ausgeblendet werden kann, daß das Störsignal über separate Antennen und Verstärkerwege aufgenommen, und zu einer Antikoinzidenz mit dem Nutzsignal gebracht oder zum Sperren des Verstärkers im Gerät benutzt wird.

Es ist auch bekannt, daß ein Nutzsignal von einem Störsignal dadurch unterschieden werden kann, daß in einer Zählschaltung das η -malige aufeinanderfolgende Eintreffen eines Nutzsignals mit dem Zusammentreffen von Störsignalen verglichen wird. Bei einer amplitudenabhängigen elektronischen Schwelle zur Unterscheidung zwischen Nutz- und Störsignalen besteht jedoch die Möglichkeit, daß Nutz- und Störsignal nicht nur amplitudengleich sind, sondern daß das Störsignal größer als das Nutzsignal ist. In beiden Fällen versagt die Anwendung einer amplitudenbewertenden Schwelle.

Bei einer Störaustastung durch Aufnahme der Störungen über separate Antennen und Verstärker sowie anschließender Antikoinzidenz mit dem Nutzsignal besteht der prinzipielle Nachteil in unterschiedlichen Laufzeiten zwischen Signalverstärker und zusätzlichem Antennenverstärker sowie deren Zuleitungen, die ein exaktes überlappendes Austasten verhindern. Ein weiterer Nachteil der Störaustastung mit Hilfe separater Antennen und Verstärker ist die Tatsache, daß HF-Träger von Rundfunksendern an die Antenne gelangen und im Durchlaßbereich des Antennenverstärkers verstärkt werden. Wenn eine Antikoinzidenzschaltung verwendet wird, kann es zu einer Daueraustastung der Nutzsignale kommen, so daß eine Auswertung in solchem Fall nicht möglich ist.

Werden Nutzsignale von Störsignalen mit Hilfe einer Zählschaltung dadurch unterschieden, daß ein Signal mindestens zweimal bis /i-mal hintereinander (mit der Folgefrequenz des Impulssenders) erscheinen muß, um als Nutzsignal bewertet zu werden, so besteht der grundlegende Nachteil in der Wartezeit bis zum Eintreifen des «-ten Signals. Eine sofortige Auswertung eines einzelnen Signals ist damit nicht möglich.

Es sind auch ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, die selbsttätig eine Unterscheidung zwischen Nutz- und Störsignalen bei der zerstörungsfreien Bestimmung von Inhomogenitäten mittels reflektierter Schallwellen ermöglichen. Die vom Schallsender abgestrahlte Frequenz oder die modulierte Frequenzsoll sich hier besser aus dem Geräuschpegel, der sich aus den Störsignalen zusammensetzt, herausheben, indem das Frequenzband des Schallempfängers eingeengt wird. Es wird ein Bandpaß eingesetzt, der allerdings zur Begrenzung der Amplitude dient, und das amplitudenbegrenzte Störgeräusch wird mit der Schallsenderfrequenz korreliert. Das bekannte Verfahren spricht somit nicht die Unterscheidung zwischen Nutz- und Störsignalen in einem breiten Frequenzband an, auch deshalb, weil das bekannte Verfahren zur Be-Stimmung größerer Entfernungen im Erdreich durch niederfrequente Schallwellen dient (DE-AS 1155257).

Ferner ist eine Ultraschallprüfvorrichtung bekannt, die im Impuls-Echobetrieb arbeitet und zur Unter-Scheidung von Nutz- und Störsignalen bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eingesetzt wird. Hierbei spricht der Empfänger nur auf Sendersignale an, die eine ausgewählte Frequenz haben, wobei als Stör-

signale lediglich Echosignale bewertet werden, deren Frequenz gleich der Frequenz des eingestrahlten Signals ist. Es wird also im ganz engen Frequenzband gearbeitet und nicht das Problem angesprochen, die Unterscheidung zwischen diesen Signalen im breiten Frequenzband durchzuführen. Auch ist man bei der Auswertung auf die Senderfrequenz, einerlei wie diese nun ausgewählt sein mag, festgelegt. Es wird grundsätzlich ein erhöhter Schaltungsaufwand durch eine Vielzahl von Schwingkreisen bzw. Koinzidenzverstärkern in Kauf genommen, was die Schaltung verteuert, aber den Anwendungsbereich zu einem größeren Frequenzspektrum hin keinesfalls verbessert. Das bekannte Verfahren bzw. die bekannte Schaltung nutzen nicht die Vorteile der digitalen Messung aus. Man ist nach wie vor auf eine Mehrzahl von Filtern angewiesen (DE-OS 2 008 346).

Der Erfindung liegt die Aufgab·.- /uvruiide. ein IjI-traschall-Prüfverfahren der bekannten Art dahingehend zu verbessern, daß die einzeln an sich bekannte Unterscheidung zwischen Nutz- und Störsignalen mit Verfahrensschritten ausgeführt werden kann, die eine Durchführung des Impuls-Echobetriebs mit breitem Frequenzband ermöglicht. Außerdem soll eine Schaltung zur Ausführung des Verfahrens angegeben werden.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 bzw. 3 gelöst.

Man kann nunmehr die Unterscheidung zwischen Nutz- und Störsignalen, auch im Impuls-Echob;. trieb, in einem undefinierbar breiten Frequenzband durchführen und zwar vorteilhaft derart, daß an Bandfiltern und Schwingkreisen eingespart wird, da man nicht mehr ausfiltern muß. Einer der Verfahrensschritte, die Impulsfrequenz der empfangenen Signale wahrend je einer vorbestimmten Meßzeit auszumessen, vereinfacht sich auf die digitale Auszahlung der Anzahl der zugehörigen Impulse innerhalb dieser Meßzeit. Neben dieser vereinfachten Bestimmung gestattet die digitale Auszählung der Impulse pro Zeit die gewünschte Frequenz genauer als bisher zu bestimmen. Diese Frequenzbestimmung durch Auszählen der Impulse pro Meßzeit ist vollkommen unabhängig von der Senderfrequenz. Weiter ist von Vorteil, daß man auch die Parameter der oberen und unteren Grenzfrequenz sehr genau durch digitale Inkrementierung, z. B. allein der Zeitparameter, mit erhöhter Genauigkeit festlegen kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 Störsignalamplituden im Amplituden-Lauizeitdiagramm auf einem Leuchtschirm mit überlagerter Frequenzkoordinate,

Fig. 2 den Eingangsteil eines Blockschaltbildes eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 3 den eigentlichen Frequenzmeßteil der Blockschaltung.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Blendcnbereich 10 der ausgewertete Teil ί ->, innerhalb des Prüfbereichs. Er wird als solcher z. B. auf einem Leuchtschirm einer Braunschen Röhre, vorzugsweise von Impuls-Schall-Geräten, besonders kenntlich gemacht. In diesem oberen Teil des Schaubildes, dem die Koordinaten Laufzeit t und die Amplitude A zugrunde liegen, ist ein Störsignal 11 mit Vorderflanke 12 und Rückflanke 13 und zugehöriger Fußbreite b abgebildet. Die zugehörigen Ist- und Sollwerte, gemessen in

der Koordinate der Laufzeit ι, haben hier nur insofern eine Bedeutung, als diese Impulsbreitenmessung mit der eigentlichen Frequenzmessung kombiniert werden soll.

Die aus AnscKauungsgründen auf der gleichen Fig. 1 angegebene Koordinate für die Frequenz / gibt als oberen Frequenzwert den Wert /o, als unteren Frequenzwert den Wert Ju und als Störsignalgröße einen Frequenzwert /an. Dieser Wert /ist ein Istwert, der nicht in den Sollwertbereich J₁₁-J₁₁ fällt und somit als echtes Störsignal nicht zur Bewertung herangezogen wird. Ein Frequenzwert / dagegen, welcher in das Frequenzwerteintervall f_u—f_u fällt, wird als Nutzsignal bewertet. Der Eingangsteil der Blockschaltung gemäß Fig. 2 wird zunächst zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens nur insofern herangezogen, als die Signalzuführung zu den Signalformerstufen 30 Fig. 3, dargestellt werden soll. Wie zunächst aus Fig. 2 ersichtlich, wird aus dem Sichtgerät mit der Signalempfangseinrichtung 14 die Prüfbereichstufe 15 in Intervallen bei einer Folgefrequenz /, überwacht. Der auszuwertende Teil des Prüfbereiches 10 wird durch die einstellbare Bkndenstufe 16 abgegrenzt. Die zu untersuchenden Signale 9 werden in einer Koppelstufe 9a ausgekoppelt und über eine erste Leitung 8, um die Signalfrequenz /ausmessen zu können, mindestens einer Signalformerstufe 30, Fig. 3. zugeleitet. Nach Durchlaufen der Stufe 30 wird die Anzahl der in einer vorbestimmten Meßzeit ;„ einfallenden Signalimpulse (diese Anzahl ist die auszumessende Signalfrequenz) in einer Signalfrequenz-Abfragestufe 31 mit vorgegebenen Grenzfrequenzen verglichen. Diese Stufe 31 kann als Digitalzählvorrichtung ausgebildet und mit einer Speichereinrichtung versehen sein.

An die Stufe 31 ist eine Vorgabestufe 33 angekoppelt, durch die eine untere Impulszahl pro Zeiteinheit, die einem unteren Frequenzgrenzwert f_u entspricht, vorgegeben wird, während durch eine andere Vorgabestufe 34 ein oberer Frequenzgrenzwert J₀ zugekoppelt wird. Ferner ist der Stufe 31 eine Meßzeiterzeugerstufe 32 angekoppelt, die eine Meßzeit i_M für die Frequenzmessung vorbestimmt, die insbesondere mit der ansteigenden Flanke 12 eines im Biendenbereich 10 der Blendenstufe 16 einfallenden Signals 11 beginnt. Die Blendenstufe 16 ist über eine Zuleitung 6 mit der Abfragestufe 31, die Meßzeitstufe 32 über eine Leitung 7 mit dem Ausgang der Auskoppelstufe 9a verbunden.

Ein Signalwert/y wird positiv, d. h. als Nutzsignal, bewertet, wenn durch die Frequenzvorgabestufen 33, 34 in der Abfragestufe 31 die Beziehung gilt: J₁=J₁₁ und f_s ^J₁₁ gilt. Ist dies der Fall, wird der positive Signalwert in der Stufe 31 gespeichert und über die Leitung 4 der Freigabeverknüpfung bzw. der Ausgangsstufe 23, Fig. 2, zugeführt. Nach Anzeige eines Nutzsignals werden alle Speicher und Zählvorrichtungen über Löschstufe 28 und Leitung 5 gelöscht.

Die erfindungsgemäße Frequenzvergleichsmessung kann auch kombinationsweise mit einer Impulsbreitenmessung des empfangenen Signals gekoppelt werden, wobei das Signal nur dann als Nutzsignal bewertet bzw. angezeigt wird, wenn seine Impulsbreite innerhalb eines vorbestimmten Laufzeitintervalls von minimaler und maximaler Impulsbreite liegt. Bei dieser kombinationsweisen Messung gibt die Freigabestufe 23 ein als positiv bewertetes Signal nur dann ab. wenn hinsichtlich dieser beiden Parameter- Frequenz- und

Impulsbreite-das zu untersuchende Signal innerhalb des zugehörigen Wertintervalls liegt. Bei dieser kombinierten Messung wird die Schaltung gemäß Fig. 2 zur positiven Bewertung wie folgt herangezogen:

Die zu unters ichenden Signale 11, 9 werden aus dem Sichtgerät mit Empfangseinrichtung ausgekoppelt, wobei in einer Istwert-Abfrageschaltung bzw. -stufe 1.7 für Istwerte A verglichen wird, ob die ansteigende Flanke 12 eines Signals 9, 11 usw. innerhalb oder außerhalb des Blendenbcreiches 10 beginnt, der durch die Blendenstufe 16 vorgegeben ist. Da nur der Blendenbereich ausgewertet werden soll, muß die ansteigende Flanke innerhalb des Blendenbereiches liegen und der Vorgabewert der Stufe 18 kann für den Istwert A mit Null fest vorprogrammiert werden. Die positiven Istwerte A werden gespeichert und geben eine Istwert-Abfrageschaltung bzw. Stufe 19 für Istwerte i? frei. In dieser gebildeten Schaltung 19 wird die Fuüpunktbreite b eines ankommenden Signals innerhalb des Blendenbereiches 10 durch eine andere Vorgabestufe 20 für Sollwert 51 als unterer Grenzwert und die Vorgabestufe 21 für Sollwert S2 als oberer Grenzwert untersucht. Die inkrementbildende Frequenz/2, vgl. Stufe 22, wird entsprechend der gewünschten Genauigkeit zur Feststellung der Fußpunktbreite gewählt. Eine positive Istwert-/f-Abfrage entspricht einem Nutzsignal und wird als gespeichertes Ergebnis der Freigabeverknüpfung bzw. Stufe 23 zugeführt.

In der Istwert-C-Abfrageschaltung bzw. der Stufe 24 wird festgestellt, ob die abfallende Flanke 13 eines Signals, im Blendenbereich 10 liegt oder nicht. Da nur der Blendenbereich der ausgewertete Teil des Prüfbereiches ist, erfolgt die Vorgabe für den Istwert C über Stufe 25 mit dem Wert Null. Ist der ermittelte Istwert C größer als Null, so bedeutet dies, daß die Rükkenflanke 13 eines Signals außerhalb des Blendenbereiches liegt. Bei positiver Istwert-C-Abfrage wird das Ergebnis gespeichert und der Freigabeverknüpfung, Stufe 23, zugeführt.

In einer Amplitudenhöhe-Abfrageschaltung 26, die ■> zusätzlich vorgesehen werden kann, wird registriert, ob der Vorgabewert der Stufe 27 für die Amplitudenhöhe eingehalten ist. 1st das Ergebnis der Amplitudenhöhe-Abfrageschaltung positiv, so wird das Ergebnis gespeichert und der Freigabeverknüpfung, ι» Stufe 23, zugeführt.

Am Leistungsausgang der Stufe 23 für Freigabeverknüpfung wird in diesem Beispiel also nur dann ein Signal angezeigt, wenn das untersuchte Signal 9. 11 allen folgenden Bedingungen genügt.

¹' /1 = 0, d. h. die ansteigende Signalflanke

liegt im Blendenbereich

Ii = Sollwert .S' 1, d. h. dasSignal hateinebestimmte Soll-Fußpunktbreite nicht unterschritten

"" Ii = Sollwert .S2. d. h. das Signal hateinebestimmte Soll-Fußpunktbreite nicht überschritten

C = 0, d. h.'die abfallende Signalflankc

liegt im Blendenbereich, also dem

"' Teil des Prüfbereiches, der aus

gewertet werden soll.

Amplitude i£ d. h. das Signal hat den Amplitu-

Vorgabewert, denwert nicht unterschritten,dem

es für eine Bewertung als Nutz- ^!" signal entsprechen muß.

Zu Beginn des Prüfbereiches werden alle Speicher und Zähivorrichtungcn gelöscht, das gleiche geschieht, ausgelöst durch die abfallende Flanke eines ii Signals, um sicherzustellen, daß mehrere und einzeln in den Blendenbereich einfallende Signale separat untersucht werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ultraschall-Prüfverfahren zur selbsttätigen Unterscheidung zwischen Nutz- und Störsignalen bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung unter Verwendung des Impuls-Echobetriebs, bei dem die Impulsfrequenzen der aus einem Prüfling empfangenen Signale mit einer ganz bestimmten Frequenz verglichen werden und dann von den empfangenen Signalen nur solche mit diesem bestimmten Frequenzwert als Nutzsignale bewertet bzw. angezeigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Durchführung des Impuls-Echobetriebs mit breitem Frequenzband die Impulsfrequenz (J) der empfangenen Signale während je einer vorbestimmten Meßzeit (t_M) ausgemessen und nicht nur mit der einen Frequenz, sondern mit dem Minimum- und Maximumwert der Frequenzen eines zur Nutzsignalbewertung bzw. -anzeige herangezogenen Frequenzintervalls (/„-/„) verglichen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzvergleichsmessung digital erfolgt.

3. Schaltung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 2 mit Empfänger-, Auskopplungs-, Vergleichs-, Blenden- und Anzeigerstufe(n), dadurch gekennzeichnet, daß der Empfängerstufe (14) hinter der Auskopplungsstufe (9a) mindestens eine Signalfrequenzumformerstufe (30) nachgeschaltet ist, deren Ausgang an den Eingang einer Abfragestufe (31) gekoppelt ist, an die eine Meßzeit-Geberstufe (32) und eine erste Vorgabestufe (33) für die untere Frequenz (J₁₁ ) als erste Vergleicherfrequenz sowie eine zweite Vorgabestufe für die obere Grenzfrequenz (J_n) und ferner die Blendenstufe (16) über andere Eingänge angekoppelt sind, und daß der Ausgang dieser Abfragestufe (31) an den Eingang einer Freigabe- bzw. Ausgangsstufe (23) gelegt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Impulsbreite des empfangenen Signals ausgemessen wird und das Signal nur dann als Nutzsignal bewertet bzw. angezeigt wird, wenn sein Frequenzwert innerhalb eines vorbestimmten Frequenzwerteintervalls als auch seine Impulsbreite innerhalb eines vorbestimmten Laufzeitintervalls von minimaler und maximaler Impulsbreite liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte, zum Vergleich verwendete Frequenz, von dem das Frequenzintervall (/„-/„) abgeleitet ist, eine inkrementbildende Frequenz ist.