DE2302647A1 - METHOD AND DEVICE FOR MEASURING OBSTACLES AND DISCONTINUITIES BY MEANS OF SOUND IMPULSE COLLECTION - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR MEASURING OBSTACLES AND DISCONTINUITIES BY MEANS OF SOUND IMPULSE COLLECTION

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DE2302647A1 DE19732302647 DE2302647A DE2302647A1 DE 2302647 A1 DE2302647 A1 DE 2302647A1 DE 19732302647 DE19732302647 DE 19732302647 DE 2302647 A DE2302647 A DE 2302647A DE 2302647 A1 DE2302647 A1 DE 2302647A1
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Description

Verfahren und Vorrichtung zum Ausmessen von Hindernissen und Diskontinuitäten mittels SchallimpulsbUndeln. Method and device for measuring obstacles and discontinuities by means of sound pulse bundles.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausmessen von Hindernissen und Diskontinuitäten mittels wiederkehrenden SchallimpulsbUndeln, wobei die von dem Hindernis hindurchgelassene oder reflektierte Energie in der Weise gemessen wird, daß die relativen Amplituden der verschiedenen Frequenzkomponenten des empfangenen akustischen Signals analysiert werden.The invention relates to a method for measuring obstacles and discontinuities by means of recurring sound pulse bundles, with those of Energy transmitted or reflected by the obstacle measured in this way is that the relative amplitudes of the various frequency components of the received acoustic signal can be analyzed.

Gemäß einer früher vorgeschlagenen bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens werden Impulse zur Untersuchung verwendet, die ein breites Frequenzspektrum aufweisen, wobei dieses Frequenzspektrum genau festgelegt und von Impuls zu Impuls gleichbleibend ist. Die von dem zu untersuchenden Gegenstand beeinflußten Schallimpulssignale werden sodann in mehrere Frequenzbänder unterteilt, die getrennt untersucht werden, indem die relativen Amplituden dieser Frequenzbänder ausgewertet werden.According to a previously proposed preferred embodiment, this Procedure, pulses are used to investigate a wide frequency spectrum have, this frequency spectrum being precisely defined and from pulse to pulse is consistent. The sound pulse signals influenced by the object to be examined are then divided into several frequency bands, which are examined separately, by evaluating the relative amplitudes of these frequency bands.

Eine Vorrichtung zum DurchfUhren dieses Verfahrens ist verhältnismäßig kompliziert aufgebaut, da insbesondere das Impulsspektrum der beeinflußten Schallsignale sehr unregelmäßig ist, selbst bei Anwendung von Korrekturschaltungen, von komplexer Natur ist und schwierig einzustellen ist, wenn man eine leichte Analyse der beeinflußten Signale erzielen will.Apparatus for performing this procedure is proportionate complicated built up, as in particular the pulse spectrum of the affected sound signals very much irregular is of a complex nature, even when corrective circuits are used and is difficult to adjust if one does a light analysis of the affected Wants to get signals.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche sich einfacher ausführen läßt.The invention is based on the object of a method and a device to create the type mentioned, which can be carried out more easily.

Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß das empfangene Impulssignalspektrum in zwei verhältnismäßig enge und in dem Impulsspektrum weit voneinander entfernt liegende Frequenzbänder geteilt wird und daß die Amplituden dieser Frequenzbänder miteinander verglichen werden.This is essentially achieved in that the received pulse signal spectrum in two relatively narrow and far apart in the pulse spectrum lying frequency bands is divided and that the amplitudes of these frequency bands be compared with each other.

Dieser Vergleich geschieht vorzugsweise mit einem Differentialverstärker, an den ein polaritätsgetreues Meßinstrument angeschaltet ist. Wenn dabei die Vorrichtung mit einem Bezugshindernis auf eine Nullanzeige eingestellt wird, ergibt sich für die laufenden industriellen Anwendungen aus der Polarität der Anzeige ein Maß für die Abmessung und Orientierung des Hindernisses oder der Diskontinuität. Mit der Vorrichtung nach der Erfindung lassen sich auch Absorptionskoeffizienten bestimmen.This comparison is preferably done with a differential amplifier, to which a polarity-accurate measuring instrument is connected. If doing the device is set to a zero display with a reference obstacle, results for the ongoing industrial applications from the polarity of the display a measure of the dimension and orientation of the obstacle or discontinuity. With the The device according to the invention can also be used to determine absorption coefficients.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben.The invention is described below with reference to schematic drawings an exemplary embodiment described in addition.

Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung nach der Erfindung. The single figure shows a block diagram of a device according to the invention.

Die in der Figur dargestellte Schaltung umfaßt einen Taktgeber 1, der einen Impulsgenerator 2 steuert, welcherImpulseerzeugt, die zum Erregen eines elektroakustischen Wandlers 3 geeignet sind, so daß dieser akustische Impulse mit einem breiten Frequenz-;pektrum von beispielsweise 1 bis 10 MHz aussendet. Weiter unten ist erläutert,wie dies erreicht wird.The circuit shown in the figure comprises a clock generator 1, which controls a pulse generator 2 which generates pulses for exciting a electroacoustic transducer 3 are suitable, so this acoustic Emits pulses with a broad frequency spectrum of, for example, 1 to 10 MHz. How this is achieved is explained below.

Nachdem die akustischen Impulse von einem Hindernis O in einem Gegenstand P reflektiert worden oder von diesem beeinflußt worden sind, gelangen die akustischen Impulse wieder an den Wandler 3, der sie in elektrische Impulse umwandelt, die an einen Verstärker 4 geleitet werden. Am Ausgang des Verstärkers 4 liegt ein elektronisches Fenster 5, welches lediglich die Nutzsignale hindurchläßt, hier vor allem die ersten Echosignale, und die Störsignale ausblendet.After the acoustic impulses from an obstacle O in an object P have been reflected or have been influenced by it, the acoustic signals arrive Impulses back to the converter 3, which converts them into electrical impulses that are sent to an amplifier 4 can be conducted. At the output of the amplifier 4 there is an electronic one Window 5, which only lets through the useful signals, especially the first ones here Echo signals, and fades out the interfering signals.

Die hindurchgelassenen Nutzsignale gelangen über Amplitudenstellglieder 6 und 7 an selektive Verstärker 8 bzw. 9, welche lediglich zwei Frequenzvbänder mit den Mittenfrequenzen F1 bzw.The useful signals that are let through arrive via amplitude actuators 6 and 7 to selective amplifiers 8 and 9, respectively, which only have two frequency bands with the center frequencies F1 resp.

F2 hindurchlassen, die an den beiden Enden des Spektrums der Nutzsignale liegen. Die Siebglieder in den selektiven Verstärkern 8 und 9 sind mit 8a, 8b bzw. 9a, 9b bezeichnet. Die Frequenz F1 ist beispielsweise 1 MHz und die Frequenz F2 = 8 MHz, wobei sich die Frequenzbänder um + 20% von der Mittenfrequenz erstrecken.Let F2 pass that is at both ends of the spectrum of the useful signals lie. The filter elements in the selective amplifiers 8 and 9 are identified by 8a, 8b and 9a, 9b. The frequency F1 is, for example, 1 MHz and the frequency F2 = 8 MHz, with the frequency bands extending by + 20% from the center frequency.

An jeden selektiven Verstärker ist ein Spitzenwertmesser 10 bzw.A peak value meter 10 resp.

11 angeschaltet, deren Ausgänge mit den Eingängen eines Differentialverstärkers 12 verbunden sind, an den ein Galvanometer 13 angeschlossen ist.11 switched on, their outputs with the inputs of a differential amplifier 12 are connected to which a galvanometer 13 is connected.

Diese Vorrichtung hat folgende Wirkungsweise. Das Echosignal hat ein Frequenz spektrum, welches von der Breite und Orientierung des Hindernisses abhängt. Es hat sich gezeigt, daß bei einem kleinen Hindernis die höheren Frequenzen des Spektrums in bezug auf die niedrigen bevorzugt sind. Bei einem großen Hindernis, welches eine in bezug auf das Ultraschallbündel geneigte Fläche aufweist, sind die tieferen Frequenzen bevorzugt. Es ist praktisch von großer Bedeutung, insbesondere bei der Untersuchung von mechanischen Gegenständen, beide Arten von Fehlern genau unterscheiden zu können.This device has the following mode of operation. The echo signal has a Frequency spectrum, which depends on the width and orientation of the obstacle. It has been shown that the higher frequencies of the Spectrum are preferred with respect to the low. When there is a big obstacle which has a surface inclined with respect to the ultrasound beam are the lower frequencies preferred. It is practical of great importance, especially when examining mechanical objects, both types of To be able to distinguish errors exactly.

Mit der Vorrichtung nach der Erfindung läßt sich auf sehr einfache Weise diese Unterscheidung treffen, wenn die relativen Amplituden der beiden Signale am Ausgang der selektiven Verstärker 8 und 9 etwa durch die Amplitudenstellglieder 6 bzw. 7 passend eingestellt werden. Diese Einstellung erfolgt mittels eines Bezugshindernisses, beispielsweise einer großen, normal zu dem Strahlenbündel liegenden Platte, wobei die beiden Signale auf gleiche Amplitude eingestellt werden, das Galvanometer 13 also den Wert 0 anzeigt. Der Zeiger des Galvanometers wandert nach links oder rechts, Je nachdem, welches der beiden Signale überwiegt.With the device according to the invention can be very simple Way to make this distinction when considering the relative amplitudes of the two signals at the output of the selective amplifiers 8 and 9, for example through the amplitude actuators 6 or 7 can be set appropriately. This setting takes place by means of a reference obstacle, for example a large plate lying normal to the beam, where the two signals are set to the same amplitude, the galvanometer 13 thus shows the value 0. The pointer of the galvanometer moves to the left or right, Depending on which of the two signals predominates.

Es ist anzustreben, daß die Anzeige des Galvanometers nur von dem Verhältnis der Amplituden der beiden Signale abhängt und nicht von der absoluten Höhe dieser Amplituden. Da die Amplitude des Echosignals von den Eigenschaften des Hindernisses und der Wellenausbreitung abhängt, umfaßt die Vorrichtung daher vorteilhafterweise eine Regelstrecke, um den Pegel am Ausgang des elektrischen Fensters 5 konstant zu halten.The aim is to ensure that the galvanometer's display only depends on the The ratio of the amplitudes of the two signals depends and not on the absolute Height of these amplitudes. Since the amplitude of the echo signal depends on the properties of the Depending on the obstacle and the wave propagation, the device therefore advantageously comprises a controlled system to keep the level at the output of the electrical window 5 constant to keep.

Gemäß der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist zu dem Zweck ein Spitzenspannungsdetektor 14 an einen Differentialverstärker 15 angeschlossen, der die Amplitude am Ausgang mit einer Bezugsspannung vergleicht, die von einem Potentiometer 16 abgegriffen wird.According to the described preferred embodiment is for the purpose a peak voltage detector 14 connected to a differential amplifier 15, which compares the amplitude at the output with a reference voltage provided by a Potentiometer 16 is tapped.

Der Ausgang des Differentialverstärkers 15 ist mit einer Steuerelektrode des Verstärkers 4 verbunden. Die derart gebildete Gegenkopplungsschleife bewirkt, daß der Pegel des Echosignals konstant bleibt. Zum Messen der Steuerspannung für die Verstärkung des Verstärkers 4 dient ein-Meßinstrument 17. Diese Spannung ist offensichtlich umso höher, Je höher die Eingangsspannung des Verstärkers 4 ist, so daR sie ein Maß für die Höhe des Echosignals vor dem Regeln desselben ist und als Information verwendet werden kann, wie sie bei üblichen Ultraschall-Untersuchungsgeräten angewendet wird. Diese Information zeigt die Ausdehnung und Beschaffenheit des Hindernisses an und vervollständigt somit die von dem Galvanometer 13 ablesbar Information.The output of the differential amplifier 15 is connected to a control electrode of the amplifier 4 connected. The negative feedback loop formed in this way causes that the level of the echo signal remains constant. To measure the control voltage for the gain of the amplifier 4 serves a measuring instrument 17. This voltage is obviously the higher, the higher the input voltage of the amplifier 4, so that it is a measure of the height of the echo signal before it is regulated and can be used as information, as it is in conventional ultrasound examination devices is applied. This information shows the extent and nature of the obstacle and thus completes the information readable by the galvanometer 13.

Wie bereits oben erwähnt, muß der elektromechanische Wandler 3 so erregt werden, daß sich akustische Impulse mit einem breiten Frequenzspektrum ergeben. Dies erzielt man vorzugsweise durch Verwendung eines schwach gedämpften Wandlers mit einer Eigenfrequenz von F2, der mit elektrischen Impulsen der Frequenz F1 erregt wird.As mentioned above, the electromechanical converter 3 must be so are excited that acoustic impulses with a broad frequency spectrum result. This is preferably achieved by using a weakly damped converter with a natural frequency of F2, which is excited with electrical impulses of the frequency F1 will.

Die Vorrichtung kann in verschiedenartiger Weise im Rahmen der Erfindung abgeändert werden. So kann z.B. der Schaltungszweig zum Regeln des Pegels des Echosignals fortgelassen werden.The device can be used in various ways within the scope of the invention be modified. For example, the circuit branch for regulating the level of the echo signal be omitted.

Eine weitere Abänderung der dargestellten Schaltung besteht darin, daß für die selektiven Verstärker 8 und 9 logarithmische Verstärker verwendet werden. Die Spannung am Ausgang des Differentialverstärkers 12 hängt dann nur vom Verhältnis der Echosignale mit den beiden Frequenzen F1 und F2 ab.Another modification of the circuit shown is to that logarithmic amplifiers are used for the selective amplifiers 8 and 9. The voltage at the output of the differential amplifier 12 then only depends on the ratio of the echo signals with the two frequencies F1 and F2.

Die Vorrichtung nach der Erfindung eignet sich auch zum Messen von Absorptionskoeffizienten. Die Amplitude des von dem Meßobjekt beeinflußten Signals ist: wobei d die Dicke des Meßobjektes ist, Ao die Amplitude des auffallenden Ultraschall-Strahls und f die Frequenz.The device according to the invention is also suitable for measuring absorption coefficients. The amplitude of the signal influenced by the measuring object is: where d is the thickness of the object to be measured, Ao is the amplitude of the incident ultrasonic beam and f is the frequency.

Das Verhältnis der Amplituden für die beiden Frequenzen F1 und F2 ist: E -« (F12 - F22) d 2 Da die Frequenzen F1 und F2 und die Dicke d bekannt sind, läßt sich leicht durch Messen des Amplitudenverhältnisses bestimmen. Eine derartige Messung ist genauer als eine Messung der Amplitude des Echosignals, da sie nicht von der Kopplung zwischen dem Wandler und dem Meßobjekt abhängt.The ratio of the amplitudes for the two frequencies F1 and F2 is: E - «(F12 - F22) d 2 Since the frequencies F1 and F2 and the thickness d are known can be easily determined by measuring the amplitude ratio. Such a measurement is more accurate than a measurement of the amplitude of the echo signal, since it does not depend on the coupling between the transducer and the device under test.

Claims (6)

Patentansprüche Claims ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ , 1. Verfahren zum Ausmessen von Hindernissen und Diskontinuitäten mittels wiederkehrenden Schallimpulsbündeln, wobei die von dem Hindernis hindurchgelassene oder reflektierte Energie in der Weise gemessen wird, daß die relativen Amplituden der verschiedenen Frequenzkomponenten des empfangenen akustischen Signals in einem breiten Frequenzband analysiert werden, nach Patent Nr. (Patentanmeldung P 20 27 333.0), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das empfangene Impulssignalspektrum in zwei verhältnismäßig enge und in den Impulsspektrum weit voneinander entfernt liegende Frequenzbänder geteilt wird und daß die Amplituden dieser Frequenzbänder miteinander verglichen werden. ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~, 1. Procedure for measuring obstacles and discontinuities by means of repetitive bursts of sound pulses, with those of Energy transmitted or reflected by the obstacle measured in this way is that the relative amplitudes of the various frequency components of the received acoustic signal can be analyzed in a broad frequency band, according to patent No. (patent application P 20 27 333.0), d a d u r c h g e k e n n n n z e i c h n e t, that the received pulse signal spectrum in two relatively narrow and in the Pulse spectrum is divided into frequency bands that are far apart from one another and that the amplitudes of these frequency bands are compared with one another. 2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h zwei selektive Verstärker (8, 9) zum Verstärken der Signale in den beiden Frequenzbändern und durch einen an die selektiven Verstärker angeschlossenen Differentialverstärker (12), der ein polaritätsgetreues Meßinstrument (13) speist.2. Apparatus for performing the method according to claim 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h two selective amplifiers (8, 9) for amplification of the signals in the two frequency bands and through one to the selective amplifier connected differential amplifier (12), which is a polarity-true measuring instrument (13) feeds. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h Amplitudenstellglieder (6, 7) zum Einstellen der Signalamplituden in den beiden die selektiven Verstärker (8, 9) aufweisenden Verstärkungszweigen.3. Apparatus according to claim 2, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h amplitude actuators (6, 7) for setting the signal amplitudes in the two the gain branches having the selective amplifiers (8, 9). 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Regeleinrichtung (14, 15, 16) zum selbsttätigen Regeln der Signalamplituden.4. Apparatus according to claim 3, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h a control device (14, 15, 16) for automatic control of the signal amplitudes. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Regeleinrichtung eine auf einen Verstärker (4) einwirkende Gegenkopplungsschleife bildet, deren Regelspannung durch Vergleich mit einer Bezugsspannung gewonnen wird.Apparatus according to claim 4, d u r c h g e k e n n n -z e i c h n e t that the control device one on one Amplifier (4) acting The negative feedback loop forms the control voltage by comparing it with a reference voltage is won. 6. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h einen elektromechanischen Wandler (3), dessen Eigenfrequenz im Bereich des höherfrequenten Frequenzbandes liegt und der mit einer Frequenz im Bereich des niederfrequenteren Frequenzbandes erregt wird.6. Apparatus according to claim 2 to 5, g e k e n n z e i c h -n e t through an electromechanical transducer (3) whose natural frequency is in the range of the higher frequency band and that with a frequency in the range of lower frequency frequency band is excited.
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DE2302647A1 true DE2302647A1 (en) 1974-08-08
DE2302647B2 DE2302647B2 (en) 1976-01-08
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2711533A1 (en) * 1976-03-15 1977-09-22 Gard Inc SYSTEM FOR DETECTING DEFECTS IN WELDING BY EVALUATING ACOUSTIC EMISSIONS
EP0066343A1 (en) * 1981-06-01 1982-12-08 North American Philips Corporation Method and apparatus for measuring ultrasonic attenuation characteristics

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DE2302647B2 (en) 1976-01-08

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