DE2149753C3

DE2149753C3 - Device for detecting and monitoring the gradual growth of a crack in a structure

Info

Publication number: DE2149753C3
Application number: DE19712149753
Authority: DE
Inventors: Francis C Butler; Notvest Kenneth R Ramsey; N.J. Keledy (V.St.A.)
Original assignee: Trodyne Corp, Teterboro, N.J. (V.StA.)
Priority date: 1970-10-16
Filing date: 1971-10-05
Publication date: 1977-07-07

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Feststellen und Überwachen des schrittweisen Wachstums eines Risses in einer Konstruktion mit einem Fühler zum Feststellen der Freigabe akustischer Energie von der Konstruktion, die ein der Größe der freiwerdenden Energie proportionales analoges Signal erzeugt, mit einem daran angeschlossenen Filter zum wesentlichen Sperren von äußeren Lärmsignalen und einem Pegeldetektor, der ein Ausgangssignal nur dann erzeugt, wenn eine einen Grenzwert überschreitende Rißenergie freigegeben wird, und mit einer daran angeschlossenen Einrichtung zum Erzeugen von Zählsignalen, die an ein sie speicherndes Zählwerk abgegeben werden.The invention relates to a device for detecting and monitoring gradual growth of a crack in a construction with a sensor for detecting the release of acoustic signals Energy from the construction, which is an analog signal proportional to the amount of energy released generated, with a filter connected to it for the essential blocking of external noise signals and a level detector that only generates an output signal when one exceeds a limit value Crack energy is released, and with a device connected to it for generating counting signals, which are given to a register that stores them.

Eine derartige Vorrichtung ist bereits bekannt und ermöglicht eine zeitgetreue Anzeige des Rißwachstums in einein Material. Risse entstehen darin vielfach als Folge von Ursachen, zu denen die Ermüdung oder Korrosion gehören. Bleiben die Risse unentdeckt und wird ihnen Zeit gelassen, sich immer weiter auszudehnen, so können sie schließlich so große Ausmaße erreichen, daß das Material selbst bei Spannungen unterhalb der normalen Fließgrenze bricht. Man nimmt an, daß dies eine Folge der auftretenden Konzentration örtlich begrenzter Spannungen oberhalb der Fließgrenze an der Rißstelle des Materials ist. Je größer ein Riß ist, desto größer ist auch die Wahrscheinlichkeit eines Verspröclungsbruches im Material. Die genannte Vorrichtung soll nun die Möglichkeit bieten, bereits rechtzeitig vor dem Auftreten der Bruchgefahr einen Hinweis auf solche Risse zu geben.Such a device is already known and enables a timely display of the crack growth in one material. Cracks arise in it often as a result of causes, to which the fatigue or Include corrosion. If the cracks remain undetected and are given time to expand further and further, so they can eventually reach such large dimensions that the material even under stress breaks below normal yield point. It is believed that this is a consequence of the concentration involved localized stresses above the yield point at the crack of the material. The bigger a crack is, the greater the likelihood of a crack in the material. The said device should now offer the possibility of a break even in good time before the risk of breakage occurs To indicate such cracks.

Darüber hinaus kann eine solche Vorrichtung infolge der Überwachung einest Risses aus der Vergangenheit her eine genaue Analyse der metallurgischen Vergangenheit der von dem Riß befallenen Konstruktion ermöglichen, wodurch dem Metallurgen häufig Mittel an die Hand gegeben werden, um den Ursachen der Rißbildung nachzugehen und diese zu beseitigen. So können Risse infolge von Spaltversprödung, Brüchen unter mechanischer Beanspruchung, Umwandlungsrissen, Beanspruchungskorrosion und verzögerte Rißbildung identifiziert und verhindert werden.In addition, as a result of monitoring a crack from the past, such a device may be a detailed analysis of the metallurgical history of the structure affected by the crack enable, whereby the metallurgist is often given the means to deal with the causes of To investigate cracks and eliminate them. Cracks as a result of gap embrittlement, breaks under mechanical stress, transformation cracks, stress corrosion and delayed crack formation identified and prevented.

Es wurde bereits festgestellt, daß Materialien, die •inen Bruch erleiden, eine wellenartige Ausbreitung reiwerdender Bcanspruchungsenergie (Beanipruchungswellcncmisbion) verursachen, die auch ils akustische Welle bekannt ist. Bei der Rissebildung, jeispielsweise bei Ermüdungsrissen, ist festgestellt worden, daß das Rißwachstum schrittweise erfolgt, d. h. daß der Riß nicht kontinuierlich, sondern in diskreten Schritten sich vergrößert. Bei jedem Auftreten eines solchen Wachstumsschritts wird ein Ausbruch bzw. eine Portion akustischer Energie freigegeben, die sich im Material ausbreitet. Sie ist von wechselnder Amplitude, je nach Größe des Rißereignisses und hat ^anz unbestimmte Frequenzen, die sich über ein breites Bandspektrum erstrecken. Die Feststellung solcher akustischer Wellen, die als Rißenergiesignale bezeichnet werden können, gestattet jedoch noch keine Unterscheidung von anderen äußeren Störungen und Geräuschen und ist daher nicht in der Lage, die akustischen Rißsignale einer zeitgetreuen Anzeige des Fortschreitens und Ausmaßes des Risses zuzuordnen.It has already been established that materials which suffer • a break, a wave-like propagation stress energy (stress wave disbion) cause, which is also known ils acoustic wave. When cracks form, for example, in the case of fatigue cracks, is established that the crack growth is gradual, d. H. that the crack is not continuous but in discrete Steps increases. Whenever such a growth step occurs, a breakout or a Portion of acoustic energy released, which spreads through the material. It is of varying amplitude, depending on the size of the crack event and has ^ anz indefinite frequencies that span a wide range of bands. Finding such acoustic waves, which can be referred to as crack energy signals, do not yet allow any Differentiation from other external disturbances and noises and is therefore not able to that assign acoustic crack signals to a timely display of the progression and extent of the crack.

Die bekannte Vorrichtung der eingangs genannten Art vermag jedoch nicht sehr gut zwischen den auftretenden Energiearten zu unterscheiden, so daß der guten und gezielten Risseüberwachung Grenzen gesetzt sind. Bei dieser Vorrichtung gelangt das vom Bleizirkonattitanat-Meßwertgeber abgegebene Signal über einen Vorverstärker zu einem Bandpaß-Filter und zu zwei Zählwerken, von denen eines die der akustischen Energie entsprechenden Werte speichert, während das andere sämtliche Signale oberhalb des Triggerniveaus summiert. Die Zählerwerte werden dann in digitaler Form ausgedruckt. Außerdem ist die vorbekannte Vorrichtung insofern von nur begrenzter Nützlichkeit, als sie nicht in der Lage ist, eine zeitentsprechende Anzeige des Fortschreitens des Rissewachstums und der resultierenden Größe des Risses vorzunehmen.However, the known device of the type mentioned is not very good between the to differentiate between occurring types of energy, so that there are limits to good and targeted crack monitoring are. In this device, the signal emitted by the lead zirconate titanate transducer passes through a Preamplifier to a bandpass filter and two counters, one of which is the acoustic Energy stores the corresponding values, while the other stores all signals above the trigger level summed up. The counter values are then printed out in digital form. In addition, the previously known Apparatus of limited utility in that it is incapable of providing a timely Provide an indication of the progress of crack growth and the resulting size of the crack.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine bessere Unterscheidung zwischen Rißbildungsenergie und Energie von äußeren mechanischen Störungen und Geräuschen sowie eine genaue zeitgetreue Anzeige des Fortschreitens und Ausmaßes eines Risses in einer Konstruktion ermöglicht.The invention is now based on the object of creating a device of the type mentioned at the beginning, which makes a better distinction between cracking energy and external mechanical energy Disturbances and noises as well as an accurate timely display of the progression and extent of a Allows cracks in a construction.

Die Erfindung besteht darin, daß die binäre Signale abgebende Einrichtung zum Erzeugen von Zählsignalen derart ausgebildet ist, daß die Anzahl der erzeugten Zählsignale jeweils in einer vorbestimmten Beziehung zur Amplitude des analogen Signals steht, und daß ein Diskriminator vorgesehen ist, der derart ausgebildet ist, daß er an die Einrichtung zum Erzeugen eines binären Zählsignals ein Sperrsignal abgibt, wenn ihm ein Analogsignal mit einer gegenüber einem durch die Rißbildung verursachten Analogsignal relativ langen Anstiegsdauer zugeführt wird.The invention consists in that the binary signals emitting device for generating counting signals is designed such that the number of count signals generated are each in a predetermined relationship is related to the amplitude of the analog signal, and that a discriminator is provided which is designed in such a way that he emits a blocking signal to the device for generating a binary counting signal when he receives a Analog signal with a relatively long analog signal compared to an analog signal caused by the formation of cracks Rise time is supplied.

Es empfiehlt sich eine Anstiegsdauer dieses Analogsignals von mehr als 125 \is. A rise time of this analog signal of more than 125 \ is is recommended.

Hierdurch ist in einfacher Weise und praktisch selbsttätig eine weitaus bessere Unterscheidbarkeit zwischen Rißenergie und mechanischer Geräuschenergie möglich. Bei Erreichen eines bestimmten Grenzwertes kann automatisch ein Warnsignal erzeugt werden, wonach die an der Konstruktion anliegenden Spannungen beseitigt werden können, um eine Prüfung des Risses und der noch verbleibenden physikalischen Eigenschaften der Konstruktion vorzunehmen und diese eventuell durch eine nicht schadhafte zu ersetzen. nie ijesDeicherieii Rißdaten-Zählsignale liefern darüber hinaus eine zeitgetreue Anzeige des Ausmaßes des Rißwachstums im Material, so daß man auch die Rißhistorie verfolgen kann, wenn die Zählsignale beispielsweise auf einem Schreibwerk zeitlich zugeordnet aufgezeichnet werden.This makes it easier to distinguish between them in a simple manner and practically automatically possible between crack energy and mechanical noise energy. When a certain limit is reached a warning signal can be generated automatically, indicating the tension in the construction Can be eliminated to an examination of the crack and the remaining physical Properties of the construction and possibly to replace them with a non-defective one. never ijesDeicherieii deliver crack data count signals about it In addition, a true-to-time display of the extent of the crack growth in the material, so that the Can track crack history if the counting signals are assigned in time, for example on a writing unit to be recorded.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist daher bei vorbeugenden Instandhaltungsmaßnahmen sowie bei der metallurgischen Analyse von Konstruktionen auf Rißanfälligkeit unter vorherbestimmten Bedingungen, beispielsweise Beanspruchung und Ermüdung, verwendbar. Sie kann auch vorteilhafterweise bei thermisch heißen Konstruktionen, z. B. bei Schweißungen und wärmebehandelten Konstruktionen, verwendet werden. So kann die Rißbildung, beispielsweise der Bruch unter Versprödung und Beanspruchung, zu den Zeit- und Temperaturparametern, die zur Rißbildung führen, in Beziehung gesetzt werden. Falls höhere Betriebsgeschwindigkeiten erwünscht sind, wird zweckmäßigerweise ein Speicher-Schieberegister oder ein Binärspeicher an Stelle eines einfacheren mechanischen Zählwerks verwendet. Anstatt eine augenblickliche Istzeitanzeige vorzusehen, wenn die registrierten Rißdaten einen vorbestimmten Pegel überschreiten, können die binären Zählwerkdaten auch in einer Binärspeichervorrichtung gespeichert und diese in wiederkehrenden Zeitabständen abgefragt werden. Die Vorrichtung braucht auch nicht ausschließlich auf die Istzeitanzeige oder auf die Anzeige der registrierten Rißdaten beschränkt sein, sondern kann beide Datenspeicheranordnungen in sich vereinen.The device according to the invention is therefore useful in preventive maintenance measures as well as in the metallurgical analysis of structures for crack susceptibility under predetermined conditions, for example, stress and fatigue, can be used. It can also be used advantageously in the case of thermal hot constructions, e.g. B. in welds and heat-treated constructions. So the crack formation, for example the break under embrittlement and stress, to the time and Temperature parameters that lead to the formation of cracks are related. If higher operating speeds are desired, a storage shift register or a binary memory is expedient used in place of a simpler mechanical counter. Instead of an actual time display to provide when the registered crack data exceed a predetermined level, the binary meter data is also stored in a binary storage device and this in recurring Intervals are queried. The device does not only need to display the actual time or be limited to the display of the registered crack data, but can be either data storage device unite in themselves.

Das Filter sollte als Bandpaßfilter zum Durchlassen von Signalen von Frequenzen eines Mittelwertes von insbesondere etwa 200 kHz ausgebildet sein. Der Vorverstärker sollte für die nachgeschalteten Schaltungsstufen eine niedrige Impedanz aufweisen.The filter should act as a band pass filter for passing signals of frequencies of an average value of be designed in particular about 200 kHz. The preamplifier should be used for the downstream circuit stages have a low impedance.

Als Fühler empfiehlt sich ein piezoelektrisches Wandlerelement, das an der zu überwachenden Konstruktion, insbesondere mechanisch, angebracht wird, während das aktive Filter normale Schwingungen und normale akustische Geräusche weitgehend ausfiltert. Das verstärkte Signal wird dann insbesondere einem Pegeldetektor zugeführt, in dem es mit einem vorher bestimmten Pegel oberhalb des Geräuschpegels in dieser Stufe verglichen wird. Dies hat zur Folge, daß zur Ableitung der anschließend zu speichernden binären Rißereignis-Signale nur akustische Signale eines erheblichen Pegels bearbeitet werden. Eine einfache Unterscheidbarkeit zwischen akustischen Rißereignis-Signalen und anderen akustischen Signalen, die von mechanischen Erschütterungen der gesamten zu überwachenden Konstruktion herrühren, wird insbesondere bei der Verwendung eines sogenannten »Erschütterungsdiskriminators« erreicht, der die Wellenform des festgestellten akustischen Signals analysiert und dann mit einer synthetischen Wellenform vergleicht. Rührt das ermittelte Signal von einer Fremderschütterung her, dann wird die Schaltung zur Erzeugung der Zählsignale für die Dauer des Erschütterungssignals außer Betrieb gesetzt, d. h. abgeschaltet. Das heißt, es wird das oben bereits erwähnte Sperrsignal erzeugt.A piezoelectric transducer element attached to the to be monitored is recommended as a sensor Construction, especially mechanical, is attached while the active filter normal vibrations and largely filters out normal acoustic noises. The amplified signal is then particular fed to a level detector, in which there is a predetermined level above the noise level is compared at this stage. This has the consequence that to derive the binary Crack event signals only acoustic signals of a considerable level can be processed. A simple distinguishability between acoustic crack event signals and other acoustic signals emitted by mechanical vibrations of the entire construction to be monitored arise, in particular when using a so-called »vibration discriminator« that analyzes the waveform of the detected acoustic signal and then compares to a synthetic waveform. If the detected signal comes from an external vibration, then the circuit for generating the counting signals is out of operation for the duration of the shock signal set, d. H. switched off. This means that the above-mentioned locking signal is generated.

Weitere besondere Ausbildungsformen der Erfindung sind in Unteransprüchen beansprucht und werden im folgenden auch an Hand der Figurenbeschreibung erläutert, die besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellen.Further particular forms of embodiment of the invention are claimed in subclaims and are in the the following also explained with reference to the description of the figures, the particularly preferred embodiments represent the invention.

Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Rißsuchgeräts gemäß der Erfindung;Fig. 1 is a schematic block diagram of a Embodiment of the crack detection device according to the invention;

F i g. 2 ist eine eingehendere schematische Darstellung des Geräts nach F i g. 1; undF i g. Figure 2 is a more detailed schematic of the device of Figure 2. 1; and

Fig.3 ist eine Schnittdarstellung einer typischen Halterung zum Anbringen des bei einem Ausführungsbeispiels des Geräts gemäß der Erfindung zu verwendenden Schallenergiesuchers an der auf Rißwachstum zu überwachenden Konstruktion.Fig. 3 is a cross-sectional view of a typical bracket for mounting the to be used in an embodiment of the device according to the invention Sound energy detector on the construction to be monitored for crack growth.

Das in der Zeichnung dargestellte Rißsuchgerät hat die Fähigkeit, das Auftreten eines Rißereignisses in einer Konstruktion festzustellen und zu unterscheiden, indem es die von der Konstruktion freigegebene akustische Energie erfaßt. Die Rißereignisdaten werden integriert und anschließend in eine binäre Form umgewandelt, die für die Anzahl und die Intensität der einzelnen Rißereignisse kennzeichnend ist. Die gespeicherten Rißereignisdaten können dazu verwendet werden, ein Warnsignal zu liefern, wenn die gespeicherten Rißdaten einen vorherbestimmten sicheren Grenzwertüberschreiten. The crack detection device shown in the drawing has the ability to detect the occurrence of a crack event in Identify and distinguish a design by identifying what is released by the design acoustic energy detected. The crack event data is integrated and then converted into binary form converted, which is characteristic of the number and intensity of the individual crack events. The saved Crack event data can be used to provide a warning signal when the stored Crack data exceed a predetermined safe limit.

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist das Gerät einen Schallenergiefühler in der Form eines piezoelektrischen Wandlers 10 auf, beispielsweise einen keramischen druckelektrischen Wandler für eine Frequenz von 1,7 MHz. Wie eingehender in Fig.3 gezeigt, ist der Wandler in einem verhältnismäßig massiven Halter montiert, der an die zu überwachende Konstruktion derart anklemmbar ist, daß der Wandler auf Abscherungswellen empfindlich ist, die in der Konstruktion, beispielsweise als Folge des Wachstums eines Risses (als Folge eines Rißereignisses) auftreten können. Die Eigenfrequenz des Wandlerhalters ist von der des piezoelektrischen Wandlers unabhängig und ist genügend gering, daß etwaige Fremdsignale, die von Schwingungen oder Erschütterungen des Halters herrühren, von dem Wandler elektrisch ausgefiltert werden.As shown in Fig. 1, the device includes a sound energy sensor in the form of a piezoelectric Converter 10, for example a ceramic pressure-electrical converter for a frequency of 1.7 MHz. As shown in more detail in Figure 3, the transducer is in a relatively massive holder mounted, which can be clamped to the structure to be monitored in such a way that the transducer on shear waves sensitive, which in the construction, for example as a result of the growth of a crack (as Consequence of a crack event) can occur. The natural frequency of the converter holder is different from that of the des Piezoelectric transducer independent and is sufficiently low that any external signals from Vibrations or shocks of the holder originate, electrically filtered out by the converter will.

Die von dem Wandler 10 infolge des Freiwerdens akustischer Energie in der Oberfläche erzeugten elektrischen Signale werden einem Vorverstärker 12 zugeführt, der vorzugsweise, wie in Fig.3 gezeigt, an der Wandlcrhaltcrung fest montiert ist. Die Anbringung des Vorverstärkers 12 in dieser Weise dient dazu, iinbcachtlichc Signale von allgemeiner Art fernzuhalten und für die nachfolgenden Stufen des Geräts eine Quelle niedriger Impedanz zu schaffen.The generated by the transducer 10 as a result of the release of acoustic energy in the surface electrical signals are fed to a preamplifier 12, which is preferably, as shown in Fig.3, at the converter bracket is firmly mounted. Attaching the preamplifier 12 in this way serves to Keep away from careful signals of a general nature and a source for the subsequent stages of the device to create low impedance.

Die von dem VorversUirkcr 12 abgegebenen, vorvcrstärklcn Signale werden einem Filter-Verstärker 14 zugeführt, der einen Bandpußfilter zum Durchlassen von Signalen mit Frequenzen mit einem mittleren Wert von 200 kHz aufweist, so daß älußcre Liirmsignale aus den festgestellten akustischen Signalen ausgeschieden werden. Das verstärkte Signal an dem Eintakt-Ausgang des Verstärkers 14 ist ein analoges Signal, das einer Spitzendetektor- und Integrntprschaltung 16 zugeführt wird. Der Detektor 16 stellt die Hüllkurve des verstärkten Wandlersignals fest und wandelt dieses Signal in ein Spitzensignal um, das zur Amplitude des analogen Rißereignissignals proportional Ist. The pre-amplified signals emitted by the pre-amplifier 12 are fed to a filter amplifier 14 which has a band-puss filter for passing signals with frequencies with a mean value of 200 kHz, so that external noise signals are separated from the detected acoustic signals. The amplified signal at the single ended output of amplifier 14 is an analog signal which is fed to a peak detector and integration circuit 16. The detector 16 detects the envelope of the amplified transducer signal and converts this signal into a peak signal which is proportional to the amplitude of the analog crack event signal.

Das von dem Spitzendetektor 16 ausgehende Spitzensignal wird einem Pegeldetektor 18 zugeführt, in dem das Spitzensigntil mit einem vorher festgelegten Bezugssignal verglichen wird. Der Pegel des Bezugssignals ist durch den Pegel der Oeräuschspannung an der Pcgclvcrgleichsschaltung Im Detektor 18 derart bestimmt, daß der Pegeldetektor 18 infolge eines GerHuschspannungssignols allein kein Ausgangspegelsignal liefert.The peak signal emanating from the peak detector 16 is fed to a level detector 18, in FIG the top sign with a predetermined one Reference signal is compared. The level of the reference signal is determined by the level of the noise voltage at the Pcgclcomparison circuit in the detector 18 so determined that the level detector 18 as a result of a Noise voltage signal alone does not provide an output level signal.

Wenn das Spitzensignal das Bczugsslgnal überschreiWhen the headlights exceed the reference signal

tet, erzeugt der Detektor 18 ein Pegelsignal, dessen Periode zur Amplitude des Spitzensignals aus noch im Zusammenhang mit dem Schema der Fig.2 zu besprechenden Gründen proportional ist. Der Detektor 18 erzeugt also ein Ausgangspegelsignal nur dann, wenn von der zu überwachenden Konstruktion eine bedeutsame akustische Energie freigegeben wird.tet, the detector 18 generates a level signal whose period to the amplitude of the peak signal from still im Connection with the scheme of Fig.2 is proportional to reasons to be discussed. The detector 18 therefore only generates an output level signal if a significant one depends on the construction to be monitored acoustic energy is released.

Das Pegelsignal wird einem normalerweise außer Betrieb befindlichen Analog-Digital-Umsetzer 20 zugeführt, der bei Auftreten eines Pegelsignals am Ausgang des Pegeldetektors 18 und bei Fehlen eines Abschaltimpulses, wie im folgenden noch beschrieben wird, einen oder mehrere Rißereignisimpulse erzeugt. Die Anzahl der von dem Umsetzer 20 erzeugten Zählimpulse ist der Dauer des Pegelsignals, und daher auch der Intensität des festgestellten Rißereignissignals proportional. Die Zählsignale werden einer Impulsantriebsschaltung 22 zugeführt, die die Zählimpulse in Antriebsimpulse umwandelt, die ihrerseits in einem Zählwerk 24 gesammelt oder gespeichert werden, das hier in der Form eines elektromechanischen Zählwerkes dargestellt ist, das auf einen Zählwert voreingestellt ist, der einem maximalen, noch sicheren Rißpegel oder -bereich in der Konstruktion entspricht. Wenn der vom Zählwerk 24 registrierte Zählwert den vorher eingestellten Zählwert überschreitet, wird ein Warngerät 26 in Tätigkeit gesetzt und weist auf die nicht mehr gegebene Sicherheit der Konstruktion infolge Rißbildung hin. Das Zählwerk 24 kann auch periodisch abgefragt werden, um gemäß dem registrierten Zählwert das Ausmaß des Rißwachslums in der Konstruktion zu bestimmen, so daß eine Vorhersage der verbleibenden nutzbaren Lebensdauer der Konstruktion ermöglicht wird und geeignete Instandhaltungsmaßnahmen entwickelt und getroffen werden können.The level signal is fed to an analog-to-digital converter 20, which is normally not in operation, when a level signal occurs at the output of the level detector 18 and in the absence of a switch-off pulse, as will be described below, generates one or more crack event pulses. The number of the counting pulses generated by the converter 20 is the duration of the level signal, and therefore also the intensity proportional to the detected crack event signal. The count signals are sent to a pulse drive circuit 22 supplied, which converts the counting pulses into drive pulses, which in turn are stored in a counter 24 collected or stored, which is shown here in the form of an electromechanical counter which is preset to a count corresponding to a maximum, still safe crack level or area corresponds in construction. When the count value registered by the counter 24 is the previously set If the count value is exceeded, a warning device 26 is activated and no longer points to the given safety of the construction due to crack formation. The counter 24 can also be periodic be queried to determine the extent of the crack growth in the Determine construction so that a prediction of the remaining useful life of the construction is made is made possible and suitable maintenance measures can be developed and taken.

Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist das Rißsuchgerät ferner mit einem Erschütterungsdiskriminator 32 ausgestattet, der in einer im weiteren Verlauf der Beschreibung noch eingehender zu be· schreibender Weise das Spitzensignal und ein »synthetisches«, aus dem Spitzcnsignal abgeleitetes Bczugssignal miteinander vergleicht. In dem Fall, daß der Diskriminator 32 feststellt, daß das Pegelsignal nicht von einem Rißcnergiesignal sondern von einem Erschütterungsenergiesignal herrührt, erzeugt er ein Sperrsignal, das den Analog-Digital-Umsetzer 20 für die volle Dauer des Pegelsignals abschaltet oder außer Betrieb setzt, und der in dem Zählwerk 34 registrierte Zählwert bleibt wahrend dieser Zeitspanne unverändert.According to a further aspect of the invention, the crack detection device is further provided with a vibration discriminator 32, which will be discussed in more detail in the further course of the description. In writing, the peak signal and a "synthetic" reference signal derived from the peak signal compares with each other. In the event that the discriminator 32 determines that the level signal is not from a Risscnergiesignal but from a shock energy signal, it generates a blocking signal, the the analog-to-digital converter 20 for the full duration of the Turns off the level signal or puts it out of operation, and the count value registered in the counter 34 remains unchanged during this period.

Das in Blockdiagrammform dargestellte System ist in F i g. 2 eingehender dargestellt. Wie in F i g. 2 gezeigt, ist die obere Klemme 34 des piezoelektrischen Wandlers 10 mit der Basisklemme des FET (Feldeffekttransistors) Q1 und die untere Klemme 36 des piezoelektrischen The system shown in block diagram form is shown in FIG. 2 shown in more detail. As in Fig. 2, the upper terminal 34 of the piezoelectric transducer 10 is connected to the base terminal of the FET (field effect transistor) Q 1 and the lower terminal 36 of the piezoelectric

SS Wandlers 10 mit der Basisklemme des FET Q 2 verbunden, und diese beiden FETen bilden den Differentialvorverstärker 12. Die Ausgangsklemmen der FETen Q\ und <?2 sind über Kondensatoren CI und Cl mit den Eingangsklemmen eines Funküonsver·SS converter 10 is connected to the base terminal of the FET Q 2 , and these two FETs form the differential preamplifier 12. The output terminals of the FETs Q \ and <? 2 are connected to the input terminals of a radio control via capacitors CI and Cl.

te stttrkcrs 38 verbunden, dessen Ausgang wiederum über ein Netzwerk 40, bestehend aus in Reihe geschalteten Kondensatoren C3 und C4 sowie mit diesen Kondensatoren und mit Erde verbundenen Widerständen R1 und R 2, mit der Eingangsklemme eines zweiten Funktions·te stttrkcrs 38, the output of which is in turn connected to the input terminal of a second function via a network 40, consisting of capacitors C3 and C4 connected in series and with these capacitors and resistors R 1 and R 2 connected to ground

«5 Verstärkers 42 verbunden 1st. Die Verstärker 38 und 42 sowie das Netzwerk 40 bilden den aktiven Verstärke! 14, der das akustische Energiesignal verstärkt und es ml einem Durchlaßbereich mit 200 kHz als Zentrum filtert«5 amplifier 42 connected 1st. Amplifiers 38 and 42 as well as the network 40 form the active amplifier! 14, which amplifies the acoustic energy signal and it ml filters a pass band with 200 kHz as the center

um normale Erschütterungen und akustische Geräusche zu beseitigen.to eliminate normal vibrations and acoustic noises.

Das Ausgangssignal am Eintakt- bzw. unsymmetrischen Ausgang des Verstärkers 42, das die Form eines analogen Signals mit einer zur Größe der festgestellten s akustischen Energie proportionalen Amplitude hat, wird über einen Kondensator C5 dem Eingang eines Verstärkers 44 zugeführt. Mit dem Ausgang des Verstärkers 44 und mit einem Punkt 46, mit dem die eine Klemme eines Kondensators C6 verbunden ist, ist eine Diode D\ verbunden. Die andere Klemme des Kondensators C6 ist geerdet. Der Punkt 46 ist außerdem mit dem anderen Eingang des Verstärkers 44 verbunden.The output signal at the single ended or asymmetrical output of the amplifier 42, which has the form of an analog signal with an amplitude proportional to the size of the acoustic energy detected, is fed to the input of an amplifier 44 via a capacitor C5. A diode D \ is connected to the output of the amplifier 44 and to a point 46 to which one terminal of a capacitor C6 is connected. The other terminal of capacitor C6 is grounded. Point 46 is also connected to the other input of amplifier 44.

Der Verstärker 44, die Diode Dl und der Kondensator C6 bilden die Spitzendetektor- und Integratorschaltung 16 und dienen dazu, die Hüllkurve des analogen Signals festzustellen und den Kondensator C6 auf ein Spitzensignal aufzuladen, das der Amplitude der Hüllkurve proportional ist. Das Spitzensignal wird dem einen Eingang einer Vergleichs- und Verstärkungsschaltung 48 zugeführt, an deren anderem Eingang ein voreingestelltes Bezugssignal angelegt ist, das von einem Schleifarm 50 eines Regelwiderstands R 3 abgeleitet ist. Zwischen den Schleifarm 50 und Erde ist ein Kondensator Cl geschaltet. Die Vergleichs- und Verstärkerschaltung 48 bildet die Pegelvergleichsschaltung 18 und erzeugt ein Pegelsignal in der Form eines Impulses, wenn das Spitzensignal das voreingestellte Bezugssignal überschreitet. Der Pegel des letzten ist durch geeignete Einstellung des Regelwiderstands A3 entsprechend dem umgebenden mechanischen Gcräuschsignal am anderen Eingang der Vergleichsschaltung eingestellt, und dies hat die angestrebte Folge, daß bei Einwirkung von Geräuschsignalen allein an der Vergleichsschaltung 48 keine Pcgelerfassung erfolgt.The amplifier 44, the diode Dl and the capacitor C6 form the peak detector and integrator circuit 16 and serve to determine the envelope curve of the analog signal and to charge the capacitor C6 to a peak signal which is proportional to the amplitude of the envelope curve. The peak signal is fed to one input of a comparison and amplification circuit 48, at the other input of which a preset reference signal is applied which is derived from a sliding arm 50 of a variable resistor R 3. A capacitor C1 is connected between the wiper arm 50 and earth. The comparison and amplification circuit 48 constitutes the level comparison circuit 18 and generates a level signal in the form of a pulse when the peak signal exceeds the preset reference signal. The level of the last one is set by suitable setting of the variable resistor A3 according to the surrounding mechanical noise signal at the other input of the comparison circuit, and this has the desired consequence that if noise signals alone are applied to the comparison circuit 48, no Pcgel detection takes place.

Während des Betriebs der Vergleichsschaltung 48 wird das in dem Kondensator C6 gespeicherte Spil/unsignal über die Vergleichsschaltung 48 und den Kondensator C7 entladen. Die Vergleichsschaltung erzeugt weiterhin das Pegelsignal, bis das Spitzensignal bis auf das Niveau des Bczugssignals entladen ist. Infolgedessen ist die Dauer des Pegelsignalimpulscs proportional zur Amplitude des Spitzcnsignals und somit zur Größe des erfaßten akustischen Encrgicsignals. During the operation of the comparison circuit 48, the Spil / unsignal stored in the capacitor C6 is discharged via the comparison circuit 48 and the capacitor C7 . The comparison circuit continues to generate the level signal until the peak signal is discharged to the level of the reference signal. As a result, the duration of the level signal pulse is proportional to the amplitude of the peak signal and thus to the size of the detected acoustic energy signal.

Das von dem Pcgcldctcktor 16 am Ausgang der Vergleichsschaltung 48 erzeugte Pegclsignal wird über ein Kuppliingsnct/.wcrk, bestehend aus einem mit einem Widerstand Λ 4 parallclgcschaltctcn Kondensator C8, der Basis eines Transistors <?3 zugeführt, der in Schaltweise mit geerdetem Emitter geschaltet ist. Das Pegclsignal wird mittels des Transistors <?3 umgekehrt, und das so umgekehrte Signal wird einem monostabilen Multivibrator 50 zugeführt, der bei Auslösung durch den SS umgekehrten Pegelimpuls einen Abtastimpuls von 125 μ$ erzeugt. Die Art der Nutzung dieses Abtastimpulses wird im Verlauf der folgenden Beschreibung Im Zusammenhang mit der Betriebsweise des Erschütte· rungsdiskriminators 32 eingehender beschrieben. to The level signal generated by the Pcgcldctcktor 16 at the output of the comparison circuit 48 is fed via a coupling nct / .wcrk, consisting of a capacitor C8 in parallel with a resistor Λ 4, to the base of a transistor <3, which is connected in switching with a grounded emitter. The level signal is reversed by means of the transistor <? 3, and the signal thus reversed is fed to a monostable multivibrator 50 which, when triggered by the SS reversed level pulse, generates a sampling pulse of 125 μ $. The type of use of this sampling pulse is described in more detail in the course of the following description in connection with the mode of operation of the vibration discriminator 32. to

Das Pegelsignal wird auch dom einen Eingang eines NOR-Oatters 52 zugeführt, dessen Ausgang wiederum mit dem Eingang eines NOR-Gatters 54 verbunden ist. Bei Fehlen eines Sperrsignals am anderen Eingang des Gatters 52 (das In noch zu beschreibender Weise bei ^fis Auftreten von durch Erschütterungen verursachten Schallenergicsignalen erzeugt wird) wird am Ausgang des Gatters 54 ein Anschaltsignal erzeugt. Das Anschaltsignal wird über einen Widerstand R 5 und eine Diode Dl dem Emitter eines Doppelbasistransistors Q 4 zugeführt. Ein Kondensator C9 parallel zum bzw. an den Emitter des Transistors Q 4 geschaltet, und an diesen Emitter wird über einen Widerstand R 6 eine Betriebsspannung angelegt. Die Basis des einen Transistors Q4 ist über einen Widerstand Rl mit der Spannungsquelle verbunden, und die andere Basis des Transistors ist geerdet. The level signal is also fed to an input of a NOR gate 52, the output of which is in turn connected to the input of a NOR gate 54. In the absence of a disable signal of the gate 52 at the other input (that is prepared In yet to be described manner in ^fi s occurrence of vibrations caused by acoustic signals Ergic) generating a turn-on signal at the output of gate 54th The switch-on signal is fed to the emitter of a double base transistor Q 4 via a resistor R 5 and a diode Dl. A capacitor C9 is connected in parallel with or to the emitter of the transistor Q 4, and an operating voltage is applied to this emitter via a resistor R 6. The base of a transistor Q 4 is connected to the voltage source via a resistor R1 , and the other base of the transistor is grounded.

Der Transistor QA bildet einen freilaufenden Sägezahngenerator, der nur in Anwesenheit des Anschaltsignals an seinem Emitter wirksam ist. Bei Fehlen eines solchen Signals ruht der Generator. Wenn das Anschaltsignal vorhanden ist, erzeugt der Sägezahngenerator ein Zeitsignal mit einer Frequenz von 1 kHz. Die Zeitsignale werden über einen Kondensator ClO einem Dekadenzählwerk 56 zugeführt, das für jede Reihe von zehn eingehenden Zeitimpulsen an seinem Ausgang ein Zählsignal erzeugt. Da der Generator nur für die Dauer des Anschaltsignals tätig ist, ist die Anzahl der an dem Zählwerk 56 empfangenen Zählimpulse kennzeichnend für die Dauer des Pegelsignals und somit für die Amplitude des empfangenen akustischen Energiesignals. Der Generator, bestehend aus dem Transistor Q 4, und das Zählwerk 56 bilden also den Analog-Digital-Umsetzer 20.The transistor QA forms a free-running sawtooth generator which is only effective in the presence of the switch-on signal at its emitter. In the absence of such a signal, the generator is idle. If the switch-on signal is present, the sawtooth generator generates a time signal with a frequency of 1 kHz. The time signals are fed via a capacitor C10 to a decade counter 56 which generates a counting signal for each series of ten incoming time pulses at its output. Since the generator is only active for the duration of the switch-on signal, the number of counting pulses received at the counter 56 is indicative of the duration of the level signal and thus of the amplitude of the acoustic energy signal received. The generator, consisting of the transistor Q 4, and the counter 56 thus form the analog-digital converter 20.

Das binäre Zählsignal bzw. die von dem Zählwerk 56 erzeugten Signale werden einem invertierenden NOR-Gatter 58 zugeführt, dessen Ausgang wiederum mit einem ODER-Gatter 60 verbunden ist. Der Ausgang des letzteren Gatters ist wiederum mit dem einen Eingang eines NOR-Gatters 62 verbunden, dessen Ausgang wiederum mit dem anderen Eingang des Gatters 60 verbunden ist.The binary counting signal or the signals generated by the counter 56 are fed to an inverting NOR gate 58, the output of which is in turn connected to an OR gate 60. The outcome of the the latter gate is in turn connected to one input of a NOR gate 62, the output of which is in turn connected to the other input of the gate 60.

Die Gatter 60 und 62 bilden also eine Zählsignal-Stromstoßschaltung. Die Ausgangsimpulsc dieser Stromstoßschaltung werden dem Auslöseeingang eines monostabilen Multivibrators 64 zugeführt, der bei Empfang eines Auslöseimpulses ein Antriebssignal von 20 ms Dauer erzeugt. Der untere Ausgang des Multivibrators 64 ist über eine Diode D 3 und eine Zeitschaltung, bestehend aus einem Widerstand R 8 und einem Kondensator CIl mit einem invertierenden NOR-Gatter 66 verbunden, dessen Ausgang mit dem Eingang des NOR-Gatters 62 der Stromstoßschaltung verbunden ist. Die Zeitschaltung wird während dci »Einschaltdauer« des Multivibrators 64, die 20 m< beträgt, aufgeladen, und wird am Ende dieser Zeitspan· nc entladen, wobei sie der Siromstoßschaltung eir Abschaltsignal von 30 ms Dauer zuliefert. Wenr während der gesamten Zeitspanne der Ein- um Ausschaltdauer des Multivibrators 64 von insgesamt 5( ms von dem Zählwerk 56 ein zusätzliches Zahlsigna empfangen wird, wird dieses Signal in der Stromstoß Schaltung zurückgehallen und dem monostabiler Multivibrator bei Beendigung der 30 ms dauernder Ausschaltperiode zugeführt und erzeugt am höhet Ausgang des monostabilen Multivibrators 64 ein neue Antriebssignal von 20 ms Dauer. The gates 60 and 62 thus constitute a count signal rush circuit. The output pulses from this surge circuit are fed to the triggering input of a monostable multivibrator 64 which, upon receipt of a triggering pulse, generates a drive signal of 20 ms duration. The lower output of the multivibrator 64 is connected via a diode D 3 and a timing circuit consisting of a resistor R 8 and a capacitor CIl to an inverting NOR gate 66, the output of which is connected to the input of the NOR gate 62 of the surge circuit. The time circuit is charged during the "switch-on time" of the multivibrator 64, which is 20 m <, and is discharged at the end of this time span, supplying the Sirom surge circuit with a switch-off signal of 30 ms duration. If an additional number signal is received from the counter 56 during the entire period of on and off duration of the multivibrator 64 of a total of 5 (ms), this signal is echoed back in the surge circuit and fed to and generated by the monostable multivibrator at the end of the 30 ms switch-off period at the higher output of the monostable multivibrator 64 a new drive signal of 20 ms duration.

Das von dem Multivibrator 64 ausgehende Antriebs signal wird Über einen Widerstand R 9 der Basis eine Transistors Q 5 zugeführt. Der Emitter des Transistor Qi Ist mit der Basis eines Transistors Q β verbunder der in Darlington-Paarschaltung mit dem Transistor Ql zusammengeschaltet ist. Der Kollektor den Transistor Q 6 ist mit einer Vorrichtung zum Sammeln ode Speichern der einzelnen Rißereignls-Antriebsslgnal· verbunden, die hier als mechanischer Zähler 68 In FornThe outgoing drive signal from the multivibrator 64 is fed to a transistor Q 5 via a resistor R 9 of the base. The emitter of the transistor Qi is connected to the base of a transistor Q β which is connected together in a Darlington pair with the transistor Ql . The collector of the transistor Q 6 is connected to a device for collecting or storing the individual crack event drive signals, which are used here as a mechanical counter 68 in form

709 827/131709 827/131

einer Spule 70 dargestellt ist, zu der eine Diode D 4 parallel geschaltet ist.a coil 70 is shown, to which a diode D 4 is connected in parallel.

In das Zählwerk 68 ist ein voreingestellter Zähiwert eingegeben, der die Höchstzahl von Rißereignissen darstellt, die in der zu überwachenden Konstruktion innerhalb der Sicherheitsgrenzen tragbar ist. Jedes an das Zählwerk angelegte Antriebssignal löst einen Zähischritt aus, der den Zählwert um eins erhöht, so daß der registrierte Zählwert des Zählers 68 für die Zahl und die relativen Intensitäten der einzelnen festgestellten akustischen Rißereignissignale kennzeichnend ist, da, wie sich aus dem Gesagten ergibt, ein einziges Rißereignis von verhältnismäßig hoher Intensität zwei oder mehr Antriebssignale erzeugen kann, die dem Zählwerk für die Speicherung der Rißereignissignale zugeführt werden.In the counter 68 a preset count is entered, which is the maximum number of crack events represents that is acceptable in the construction to be monitored within the safety limits. Each on the drive signal applied to the counter triggers a counting step which increases the count value by one, so that the registered count of the counter 68 for the number and relative intensities of each detected acoustic crack event signals is characteristic because, as can be seen from what has been said, a single Fissure event of relatively high intensity can generate two or more drive signals corresponding to the Counter for storing the crack event signals are supplied.

Wenn der registrierte Rißereigniszählwert dem vorgegebenen Schwellenzählwert gleich ist, wird ein mechanischer Schalter 72 betätigt, der das Schließen der normalerweise offenen Kontakte 74 und das öffnen der normalerweise geschlossenen Kontakte 76 veranlaßt. Die erstere Tätigkeit hat zur Folge, daß ein Anzeigegerät, das hier als Lampe 78 veranschaulicht ist, unter Strom gesetzt wird, so daß ein Warnsignal erzeugt wird, das anzeigt, daß die auf Rißbildung überwachte Konstruktion infolge fortgesetzter Rißbildung in kritischem Maß geschwächt ist. Die Relaiskontakte können auch (nicht dargestellte) äußere Anzeigeeinrichtungen steuern, die an die Klemmen 80 und 82 angeschlossen sein können.When the registered crack event count is equal to the predetermined threshold count, a mechanical switch 72 actuated, which closes the normally open contacts 74 and opens the normally closed contacts 76 caused. The first activity has the consequence that a display device, illustrated here as lamp 78, is energized so that a warning signal is generated, this indicates that the structure being monitored for cracking is in critical condition due to continued cracking Measure is weakened. The relay contacts can also (not shown) external display devices controls that can be connected to terminals 80 and 82.

Damit die Warnung des Anzeigegeräts 78 von festgestellten akustischen Signalen, wie solchen, die durch mechanische Erschütterungen der Konstruktion verursacht werden, unabhängig ist, weist, wie oben bereits angedeutet, das Gerät gemäß der Erfindung einen Erschütterungsdiskriminator32auf. Der Diskriminator 32 führt an der festgestellten analogen Wellenform eine »Schriftanalyse« aus, die auf der Beobachtung beruht, daß die meisten durch Rißbildung hervorgerufenen akustischen Energiesignalc eine verhältnismäßig kurzzeitige oder scharfe Anstiegsflanke haben, während durch Erschütterungen ausgelöste Signale eine verhältnismäßig hohe Anstiegsdauer haben, die über 125 ^is beträgt.So that the warning of the display device 78 of detected acoustic signals, such as those that caused by mechanical vibrations of the structure, is independent, has as above already indicated, the device according to the invention has a vibration discriminator 32. The discriminator 32 carries out a "writing analysis" on the determined analog waveform, which is based on the observation is based on the fact that most acoustic energy signals caused by cracking are relatively one have a short or sharp rising edge, while signals triggered by vibrations have a relatively have high rise times, over 125 ^ is amounts to.

Der Diskriminator 32 weist Verstärker 8-4 und 86 auf. deren jeder an einem seiner Eingänge die analogen Eingangssignalc vom Verstärker 42 erhält. Die anderen Eingänge der Verstärker 84 und 86 sind über einen Widerstand R 10 mit einem Punkt 88 verbunden, mit dem die Ausgänge dieser Verstärker gemeinsam über eine Diode D5 verbunden sind. Zwischen dem Punkt 88 und Erde ist ein Kondensator C12 geschaltet. The discriminator 32 has amplifiers 8-4 and 86. each of which receives the analog input signals from amplifier 42 at one of its inputs. The other inputs of the amplifiers 84 and 86 are connected via a resistor R 10 to a point 88 to which the outputs of these amplifiers are jointly connected via a diode D 5. A capacitor C12 is connected between point 88 and ground.

Das von dem monostabilen Multivibrator 50 in der oben beschriebenen Weise erzeugte Abtastsignal von 125 \is Dauer wird über einen Widerstand All an eine SS Steuerklemme eines Verstärkers 86 geführt und bewirkt, daß der Verstärker nur während der Abtastdauer wirksam ist. Die Verstärker 84 und 86 integrieren und erzeugen also ein Spitzensignal, das mit dem von dem Spitzendetektor 16 am Punkt 46 erzeugten <*> Höchstwcrtsignal vergleichbar ist, Jedoch nur während der Abtastperiode. Das Spitzensignal am Punkt 46 wird als wahre Spitze bezeichnet, während das Spitzensignal am Punkt 88 als synthetische oder künstliche Spitze bezeichnet wird. ⁶SThe sampling signal generated by the monostable multivibrator 50 in the manner described above from 125 \ is continuous is guided via a resistor All SS to a control terminal of an amplifier 86 causes the amplifier is operative only during the sampling period. The amplifiers 84 and 86 thus integrate and generate a peak signal which is comparable to the peak value signal generated by the peak detector 16 at point 46, but only during the sampling period. The peak signal at point 46 is referred to as the true peak, while the peak signal at point 88 is referred to as a synthetic or artificial peak. ⁶ p

Das wahre und das synthetische Spitzensignal werden Je einem der beiden Eingänge einer Vergleichsschaltung 90 zugeführt, und zwar das erstere über einen Widerstand R12. Ein voreingestelltes, von einem Regelwiderstand R 13 abgeleitetes Sperr-Vorspannsignal wird über einen Widerstand R 14 zum Eingang einer Vergleichsschaltung 90 geführt, die auch das synthetische Spitzensignal empfängt. Der Ausgang der Vergleichsschaltung 90 ist über einen Widerstand R15 mil einem Punkt 92 verbunden. Das Abtastsignal wird ebenfalls dem Punkt 92 über eine Diode D6 zugeführt, so daß es den Punkt 92 während der Abtastperiode bedingungslos auf hohem Potential hält. Zwischen den Punkt 92 und Erde ist ein Kondensator C13 geschaltet. The true and the synthetic peak signal are each fed to one of the two inputs of a comparison circuit 90, namely the former via a resistor R 12. A preset reverse bias signal derived from a variable resistor R 13 is fed to the input of a comparison circuit 90 via a resistor R 14 which also receives the synthetic peak signal. The output of comparator circuit 90 is connected to one mil point 92 via a resistor R 15 °. The sampling signal is also applied to point 92 through diode D 6 so that it unconditionally holds point 92 at a high potential during the sampling period. A capacitor C 13 is connected between point 92 and earth.

Der Punkt 92 ist auch mit einem Eingang eines NOR-Gatters 94 verbunden, dessen Ausgang mit dem einen Eingang eines NOR-Gatters % verbunden ist dessen Ausgang mit dem anderen Eingang des Gatters 94 rückgekoppelt ist. Dem anderen Eingang des Gatters 96 wird das von der Vergleichschaltung 48 ausgehende Pegelsignal zugeführt, und der Ausgang des Gatters isl mit dem Eingang des Gatters 52 verbunden, und der andere Eingang des Gatters 52 erhält, wie bereits erwähnt, ebenfalls das Pegelsignal.The point 92 is also connected to one input of a NOR gate 94, the output of which is connected to the one input of a NOR gate% is connected whose output is connected to the other input of the gate 94 is fed back. The output from the comparison circuit 48 is sent to the other input of the gate 96 Level signal supplied, and the output of the gate isl connected to the input of the gate 52, and the the other input of the gate 52, as already mentioned, also receives the level signal.

Im Betrieb vergleicht die Vergleichsschaltung 90 das wahre und das vorgespannte synthetische Spitzensignal zu einem Zeitpunkt ungefähr 125 \i% nach Erzeugung des Pegelsignals an der Vergleichsschaltung 48, d. h. nacri Feststellung eines bedeutsamen akustischen Energiesignals. Während der anfänglichen Periode von 125 μβ isl das Ausgangssignal der Vergleichschaltung 90 hoch, und an dem Ausgang des Gatters 54 wird das Anschaltsignal erzeugt. Während dieser anfänglichen Abtastperiode wird jedoch der Sägezahngenerator, der mit 1 kH2 arbeitet, von dem Pegelsignal nicht betätigt. Am Ende der Abtastperiode ist der Punkt 92 nicht mehr unbcdingi hoch geladen, der Verstärker 86 ist außer Tätigkeil gesetzt, und das synthetische Spitzensignal, das am Ende der Abtastperiode einen Höchstpegel erreicht hat beginnt nun abzunehmen.In operation, comparison circuit 90 compares the true and biased synthetic peak signals at approximately 125% after the level signal is generated at comparison circuit 48, ie, upon detection of a significant acoustic energy signal. During the initial period of 125 μβ isl, the output of the comparison circuit 90 is high and the switch-on signal is generated at the output of the gate 54. During this initial sampling period, however, the sawtooth generator, which operates at 1 kH2, is not actuated by the level signal. At the end of the sampling period, point 92 is no longer necessarily highly charged, amplifier 86 is disabled, and the synthetic peak signal, which has reached a maximum level at the end of the sampling period, now begins to decrease.

Für ein Rißauftrittssignal, zum Unterschied vor einem Erschütterungssignal, hat das wahre Spitzensignal am Ende der Abtastperiode von 125 us Dauer ausgehend von seinem ursprünglichen hohen Pegel abgenommen, so daß der Pegel des synthetischer Spitzensignals zu diesem Zeitpunkt denjenigen des wahren Spitzensignals überschreitet, und das Ausgangs· signal der Vergleichsschaltung 90 ist daher niedrig Andererseits erzeugt ein Erschütterungssignal ein wahres Spitzensignai, dessen Pegel nach Beendigung der Abtastperiode immer noch zunimmt und daher der Pegel des synthetischen Spitzcnsignals zu diesem Zeitpunkt überschreiten würde. Für diesen letzterer Zustand des wahren und des synthetischen Spitzensignals infolge einer Erschütterung erzeugt die Vergleichs· schaltung 90 ein hohes Signal oder Sperrsignal an derr Punkt 92, und dieses wird dem einen Eingang des Gatters 94 zugeführt. Das Signal, wenn es in der soeber beschriebenen Weise erzeugt wird, wird in der logischen Gattern bzw. Stromstoßgattern 52,54,94 unc 96 gekoppelt, so daß das Anschaltsignal gelöscht wire und der Zeitimpulsgenerator außer Betrieb gesetzi wird. Infolge der Tätigkeit der Stromstoßschaltung bestehend aus den Gattern 94 und 96, setzt da: Erschütterungssignal, wenn es im Diskriminator 32 festgestellt worden ist, den Zeitimpulsgenerator für die Dauer des Ereignisses, d.h. für die Dauer de! Pegelsignals, außer Betrieb. Infolgedessen erzeugt dei Zeitimpulsgenerator, wie erwünscht, nur dann Rlßerelg· niszählimpulse, wenn ein akustisches Rißereignissigna festgestellt und als solches erkannt ist, und das Geräi For a crack occurrence signal, as distinct from a shock signal, the true peak signal has decreased from its original high level at the end of the sampling period of 125 µs, so that the level of the synthetic peak signal at this point in time exceeds that of the true peak signal, and the output signal of the comparison circuit 90 is therefore low. On the other hand, a shock signal generates a true peak signal, the level of which would still increase after the end of the sampling period and therefore the level of the synthetic peak signal would exceed at that point in time. For this latter state of the true and the synthetic peak signal as a result of a shock, the comparison circuit 90 generates a high signal or blocking signal at the point 92, and this is fed to one input of the gate 94. The signal, when it is generated in the manner described above, is coupled to the logic gates or rush gates 52, 54, 94 and 96 so that the switch-on signal is deleted and the time pulse generator is put out of operation. As a result of the operation of the rush circuit consisting of gates 94 and 96, there is: a vibration signal, if it has been detected in the discriminator 32, the time pulse generator for the duration of the event, ie for the duration de! Level signal, out of order. As a result, the timing pulse generator, as desired, only generates relay counting pulses when an acoustic crack event signal is detected and recognized as such, and the device

gemäß der Erfindung hat auf diese Weise die Fähigkeit, zwischen akustischer Rißenergie und von mechanischen Erschütterungen herrührender akustischer Energie zu unterscheiden.according to the invention has in this way the ability to choose between acoustic crack energy and mechanical To distinguish vibrations originating acoustic energy.

F i g. 3 zeigt eine Halterungsanordnung, die in hohem Maße für die Anbringung des akustischen Wandlerelements an der zu überwachenden Konstruktion geeignet ist. Diese Halterung, die vorzugsweise eine bedeutend größere Masse als das Wandlerelement 10 hat, ist jochförmig und weist eine Basis 98 auf, von der zwei Arme 100 und 102 ausgehen. Eine Aussparung 104 ist beiderseits von den Armen 100 und 102 begrenzt. In dem Arm 100 ist eine Gewindebohrung gebildet, in der ein Amboß 106 fest aufgenommen ist.F i g. Figure 3 shows a mounting arrangement which is highly suitable for attaching the acoustic transducer element to the structure to be monitored. This holder, which preferably has a significantly larger mass than the transducer element 10 , is yoke-shaped and has a base 98 from which two arms 100 and 102 extend. A recess 104 is delimited on both sides by the arms 100 and 102. A threaded bore is formed in the arm 100 in which an anvil 106 is firmly received.

An dem Amboß 106 ist, von diesem mittels einer Isolierbuchse 108 isoliert, der druckelektrische Wandler 10 montiert. An dem Arm 100 sind gedruckte Schaltungstafeln 110 und 112 montiert, die die FETen Qt und Q 2 und die zugehörigen Widerstände in den beiden Abschnitten des Differentialvorverstärkers 12 enthalten. Wie bereits erwähnt, sind die FETen Q 1 und Q 2 mit dem Wandler 10 durch Elektroden 34 und 36 verbunden, die von den gegenüberliegenden Flächen des druckelektrischen Wandlerelemenls vorspringen und mit diesen verbunden sind (F i g. 3).The pressure-electrical converter 10 is mounted on the anvil 106 , insulated therefrom by means of an insulating bushing 108. Printed circuit boards 110 and 112 are mounted on arm 100 and contain FETs Qt and Q 2 and associated resistors in the two sections of differential preamplifier 12. As previously mentioned, the FETs Q 1 and Q 2 are connected to the transducer 10 by electrodes 34 and 36 which protrude from and are connected to the opposite surfaces of the pressure-electrical transducer element (Fig. 3).

Gewindebuchsen 114 (von denen in Fig. 3 nur eine gezeigt ist) ermöglichen den elektrischen Anschluß zwischen den gedruckten Schalttafeln 110 und 112 und dem äußeren aktiven Filter 14 und den übrigen Teilen des Rißsuchgeräts. In dem Arm 102 ist ein Gewindeschlitz 116 gebildet, der eine Klemmschraube 118 aufnimmt.Threaded sockets 114 (only one of which is shown in Figure 3) provide electrical connection between the printed circuit boards 110 and 112 and the outer active filter 14 and the remainder of the crack detector. A threaded slot 116 is formed in the arm 102 and receives a clamping screw 118.

Im Gebrauch wird die auf Rißbildung zu überwachende Konstruktion in die Aussparung 104 eingesetzt, und die Klemmschraube 118 wird so weit gedreht, bis der Wandlerhaltcr fest und in solcher Weise an der Konstruktion angeklemmt ist, daß eine Erfassung freigegebener akustischer Energie, die sich durch die Konstruktion fortpflanzt, durch den Wandler 10 ermöglicht wird. Die Rißsuch- und Überwachungsan-Ordnung gemäß der Erfindung bildet also ein genaues und verläßliches Mittel für die Hrfassungdes Auftretens und der Summenwirkung der Rißcreignissc, die in der auf Rißbildung zu überwachenden Konstruktion auftreten, und erzeugt darüber hinaus automatisch ein Warnsignal, wenn die Summe der erfaßten Rißdaten erkennen läßt, daß die Rißbildung derart fortgeschritten ist, daß ein vorherbestimmter Sicherheitspegel überschritten ist.In use, the structure to be monitored for cracking is inserted into the recess 104 and the clamping screw 118 is rotated until the transducer bracket is securely clamped to the structure in such a way that there is a detection of released acoustic energy passing through the structure propagates through the transducer 10 is made possible. The crack detection and monitoring arrangement according to the invention thus forms an accurate and reliable means of hearing the occurrence and the cumulative effect of the crack events occurring in the structure to be monitored for cracking, and also automatically generates a warning signal when the sum of those detected Crack data shows that crack formation has progressed to such an extent that a predetermined safety level has been exceeded.

An einer praktischen Ausführungsform der Erfindung durchgeführte Versuchsreihen lassen eine im wesentlichen lineare Beziehung zwischen dem Ausmaß des Rißwachstums und der Anzeige des Rißereigniszählers 24 über einen weiten Bereich von Beanspruchungsintensitäten und Bruchzähigkeiten des Materials der zu überwachenden Konstruktion erkennen. Darüber hinaus ist das System gomäß der Erfindung wegen der Dämpfung niedriger Frequenzen und der Unterscheidung von Erschütterungen gegenüber Geräuschen verhältnismäßig unempfindlich. Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung wurden Rißbereiche von der Größenanordnung von nur 0,0065 cm² (0,0001 in²) und Rißwachstumsschritte von nur 0,026 cm² (0,0004 in²) festgestellt und Rißdaten in der Größenordnung von 0,65 cm² (0,01 in²) durch Zählung registriert.Series of tests conducted on a practical embodiment of the invention reveal a substantially linear relationship between the extent of crack growth and the reading of the crack event counter 24 over a wide range of stress intensities and fracture toughness of the material of the structure being monitored. In addition, the system according to the invention is relatively insensitive to noise because of the damping of low frequencies and the distinction between vibrations and noises. In a practical embodiment of the invention, crack areas on the order of only 0.0065 cm ² (0.0001 in ² ) and crack growth increments of only 0.026 cm ² (0.0004 in ² ) and crack data on the order of 0.65 cm ² (0.01 in ² ) registered by counting.

Das Gerät zur Erfassung von Rissen und zur Überwachung kann auf diese Weise mit großem Vorteil bei vorbeugenden Instandhaltungsmaßnahmen sowie bei der metallurgischen Analyse von Konstruktionen auf Rißanfälligkeit unter vorherbestimmten Bedingungen, beispielsweise Beanspruchung und Ermüdung, verwendet werden. Das Gerät gemäß der Erfindung kann auch mit Vorteil bei thermisch heißen Konstruktionen, beispielsweise bei Schweißungen und wärmebehandelten Konstruktionen verwendet werden. Auf diese Weise kann die Rißbildung, beispielsweise der Bruch unter Versprödung und Beanspruchung, zu den Zeit- und Temperaturparametern, die die Rißbildung verursachen, in Beziehung gesetzt werden. Während der Rißereigniszähler hier als mechanischer Zähler gezeigt ist, kann ein Binärsystem, beispielsweise ein Speicherschieberegister oder ein Binärspeicher, mit gleichem Vorteil verwendet werden, wann immer höhere Betriebsgcschwindigeitcn erwünscht sind. Darüber hinaus könnten auch, anstatt eine augenblickliche Ist/.citanzeige zu schaffen, wenn die registrierten Rißdaten einen vorherbestimmten Pegel überschreiten, wie dies oben speziell offenbart ist, die binären Zählwertdaten auch in einer geeigneten Binäi'spcichcrvorrichtung gespeichert werden, die in wiederkehrenden Zeitabständen abgefragt werden kann und eine Anzeige des Pegels des Rißwachstums liefert.The device for detecting cracks and for monitoring can in this way with great advantage in preventive maintenance measures as well as in the metallurgical analysis of structures for susceptibility to cracking under predetermined conditions, e.g. stress and fatigue, be used. The device according to the invention can also be used with advantage in thermally hot constructions, for example, be used in welds and heat-treated constructions. To this The formation of cracks, for example the breakage under embrittlement and stress, can lead to the time and temperature parameters causing the cracking to be related. During the Crack event counter shown here as a mechanical counter can be a binary system, for example a memory shift register or binary storage, can be used with equal benefit whenever higher Operating speeds are desirable. It could also, rather than an instantaneous Is to create / .cit advert if the registered As specifically disclosed above, crack data exceed a predetermined level, the binary Count data are also stored in a suitable binary storage device which is used in recurring Intervals can be queried and provides an indication of the level of crack growth.

Ferner bniueht das Gerät gemäß der Erfindung nicht ausschließlich auf die Ist/.eitanzeige oder auf die registrierten Rißdulen beschrankt /u sein, sondern läßt sich so anpassen, da 13 es beide Datenspeicheranordnungen in einem einzigen Rißsuchgerät und -system vereinigt.Furthermore, the device according to the invention does not work limited to the actual time display or to the registered cracks, but rather lets adapt as 13 there are both data storage arrangements combined in a single crack detector and system.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

2i 49 patent claims:

1. Apparatus for detecting and monitoring the gradual growth of a crack in a structure with a sensor for detecting the release of acoustic energy from the structure, which generates an analog signal proportional to the amount of energy released, with a filter connected to it for the substantial blocking of external effects Noise signals and a level detector which generates an output signal only when a crack energy exceeding a limit value is released, and with a device connected to it for generating counting signals which are sent to a counter which stores them, characterized in that the binary signals emitting device (20) is designed for generating counting signals in such a way that the number of counting signals generated is each in a predetermined relationship to the amplitude of the analog signal, and that a discriminator (32) is provided which is designed such that it can be transmitted to the device ( 20th ) emits a blocking signal »5 to generate a binary counting signal when it is supplied with an analog signal with a relatively long rise time compared to an analog signal caused by the crack formation.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that between the sensor (10) and the as Filter-amplifier formed filter (14) a preamplifier (12) is switched on.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the filter (14) as a bandpass filter is designed to pass signals of frequencies with a mean value of about 200 kHz.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the preamplifier (12) for the downstream circuit stages has a low impedance.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that between the output of the filter (14) and the input of the level detector (18) as an integrator circuit trained peak detector (16) is turned on, which detects the envelope of the amplified signal and converts it into a peak signal proportional to the amplitude of the analog signal.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device (20) for generating a binary counting signal in a manner known per se as an analog-to-digital converter is formed whose counting pulses a pulse drive circuit (22) in drive pulses converts.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the counter (24) upon detection of a count value of the counting or drive pulses exceeding a limit value activates a warning device (26).

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the discriminator (32) with the output of the filter (14) as well as with the output of a sampling pulse generating Peak detector (16) has connected amplifiers (84,86), one of which is an amplifier (86) only when the scanning signal occurs for a duration of

about 125 μ5 is effective.

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor (10) designed as a piezoelectric transducer and so with its large holder on the other hand to be monitored construction is attached that it responds to shear waves, and that the The natural frequency of the holder is largely independent of that of the converter.

10. Apparatus according to claim 9, characterized in that the holder is designed as a yoke and has a web (98) and two legs (100, 102), one of which is for detachable reception of the converter as well as electrical connections and the other to accommodate a clamping screw (118) serves, between which and the converter part of the construction to be monitored can be permanently inserted.

11. Apparatus according to claim 9 or 10, characterized characterized in that on the leg (100) to which the transducer is attached, the preamplifier (12) is in the form of printed circuits (110, 112).