DE2302647B2

DE2302647B2 - Ultrasonic measuring device for measuring obstacles and discontinuities

Info

Publication number: DE2302647B2
Application number: DE19732302647
Authority: DE
Inventors: Jacques Coupvray-Esbly Dory (Frankreich)
Original assignee: Realisations Ultrasoniques SA
Current assignee: Realisations Ultrasoniques SA
Priority date: 1969-06-06
Filing date: 1973-01-19
Publication date: 1976-01-08
Also published as: DE2302647A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausmessen von Hindernissen und Diskontinuitäten, mit einem Generator zum Erzeugen wiederkehrender elektrischer Impulse, mit einem an diesen angeschlossenen elektroakustischen Wandler zum Umwandeln der elektrischen Impulse in wiederkehrende Ultraschallimpulse mit einem Frequenzspektrum, das wenigstens zwei weit voneinander entfernte Frequenzbänder umfaßt, durch einen elektroakustischen Wandler zum Empfangen der von dem Werkstück beeinflußten Ultraschallimpulse, und durch zwei an diesen angeschlossene selektive Verstärker zum Aussieben und Verstärken der weit voneinander entfernt liegenden Frequenzbänder.The invention relates to a device for measuring obstacles and discontinuities, with a Generator for generating recurring electrical impulses, with an electroacoustic one connected to it Converter for converting the electrical impulses into recurring ultrasonic impulses a frequency spectrum which comprises at least two widely spaced frequency bands through an electroacoustic transducer for receiving the ultrasonic pulses influenced by the workpiece, and by two selective amplifiers connected to this for sieving and amplifying the far distant frequency bands.

Es ist bereits eine Ultraschall-Testvorrichtung bekannt, bei der ein zu untersuchendes Werkstück mit zwei verschiedenen Frequenzen beschallt wird. Dadurch soll eine genauere Bestimmung der Kontur von Fehlstellen und eine schnellere und genauere Fehlerbe-Stimmung möglich sein als mit üblichen Prüfverfahren.An ultrasound test device is already known in which a workpiece to be examined is also known sonicated at two different frequencies. This is intended to enable a more precise determination of the contour of Defects and a faster and more precise error determination are possible than with conventional test methods.

Es isi ferner bereits eine Prüfvorrichtung bekannt mit einem Differentialverstärkerund Meßinstrument,wobei drei getrennte Wandler vorhanden sind, die zum Messen eines Ultraschallbündels mit einer oder vorzugsweise drei Frequenzkomponenten dienen. Da das reflektierte Ultrasehallbündel je nach der Art des Hindernisses mehr oder weniger gestreut oder verbreitert wird, sind die an die drei Wandler gelangenden Meßsignale unterschiedlich groß.A test device is also already known a differential amplifier and measuring instrument, wherein there are three separate transducers that are used to measure an ultrasound beam with an or preferably three frequency components are used. As the reflected ultrasound beam depending on the type of Obstacle is more or less scattered or widened, are those reaching the three transducers Measurement signals of different sizes.

Es ist ferner bekannt, Fehlstellen dadurch zu untersuchen, daß mittels eines Rades mechanisch aneereete Schallwellen über einen Hochpaßfilter und einen Tiefpaßfilter in zwei Frequenzbänder zerlegt werden und die Amplitudendifferenz in beiden Frequenzbändern, die bei fehlerfreien und fehlerhaften Materialstellen unterschiedlich ist, zur Auswertung heranzuziehen.It is also known to examine defects in that mechanically by means of a wheel aneereete sound waves split into two frequency bands via a high-pass filter and a low-pass filter and the amplitude difference in both frequency bands, which is correct and defective Material locations is different to be used for evaluation.

Die bekannten Vorrichtungen haben den Nachteil, daß sie verhältnismäßig kompliziert aufgebaut sind und nur begrenzte Informationen über die Art und Ausdehnung einer Fehlerstelle ergeben.The known devices have the disadvantage that they are relatively complex and only provide limited information about the type and extent of a defect.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine leicht lösbare Anzeige für die Ausdehnung und Beschaffenheit von Hindernissen und Diskontinuitäten ergibt.The invention is based on the object of creating a device of the type mentioned at the beginning, an easily detachable display for the extent and nature of obstacles and discontinuities results.

Die Lösung dieser Aufgabe ist gegeben durch einen Differentialverstärker, dessen Eingänge jeweils von den Ausgängen der selektiven Verstärker angesteuert sind und dessen Ausgang ein polaritätsgetreues Meßinstrument speist, durch eine Amplitudenstelleinrichtung zum Einstellen der Ausgangsamplituden der beiden selektiven Verstärker bei Verwendung eines Bezugshindernisses entsprechend dem Anzeigewert Null des Meßinstruments und durch eine Regeleinrichtung zum Regeln der Eingangssignale der selektiven Verstärker auf einen konstanten Wert.The solution to this problem is given by a differential amplifier whose inputs are each from the Outputs of the selective amplifier are controlled and its output a polarity-true measuring instrument feeds, by an amplitude adjusting device for adjusting the output amplitudes of the two selective Amplifier using a reference obstruction equal to zero reading on the meter and by a control device for controlling the input signals of the selective amplifiers to one constant value.

Vorzugsweise bildet die Regeleinrichtung eine auf einen Verstärker einwirkende Gegenkopplungsschleife, deren Regelspannung durch Vergleich mit einer Bezugsspannung gewonnen wird.The control device preferably forms a negative feedback loop acting on an amplifier, whose control voltage is obtained by comparison with a reference voltage.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is described in more detail below with reference to schematic drawings of an exemplary embodiment explained.

Die Figur zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung nach der Erfindung.The figure shows a block diagram of an embodiment of a device according to the invention.

Die in der Figur dargestellte Schaltung umfaßt einen Taktgeber 1, der einen Impulsgenerator 2 steuert, welcher Impulse erzeugt, die zum Erregen eines elektroakustischen Wandlers 3 geeignet sind, so daß dieser akustische Impulse mit einem breiten Frequenzspektrum 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 suitable for exciting an electroacoustic transducer 3 so that this emits acoustic impulses with a wide frequency spectrum of, for example, 1 to 10 MHz. How this is achieved is explained below.

Nachdem die akustischen Impulse von einem Hindernis 0 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 have been reflected by an obstacle 0 in an object P or have been influenced by this, the acoustic impulses reach the transducer 3 again, which converts them into electrical impulses which are passed to an amplifier 4. At the output of the amplifier 4 there is an electronic window 5 which only lets through the useful signals, in this case mainly the first echo signals, and which fades out the interfering signals.

Die hindurchgelassenen Nutzsignale gelangen über Amplitudenstellglieder 6 und 7 an selektive Verstärker 8 bzw. 9, welche lediglich zwei Frequenzbänder mit den Mittenfrequenzen Fi bzw. F2 hindurchlassen, die an den beiden Enden des Spektrums der Nutzsignale liegen. Die Siebglieder in den selektiven Verstärkern 8 und 9 sind mit 8a, Sb bzw. 9a, 9b bezeichnet. Die Frequenz Fi ist beispielsweise 1 MHz und die Frequenz F2 = 8 MHz, wobei sich die Frequenzbänder um ±20% von der Mittenfrequenz erstrecken.The useful signals passed through reach selective amplifiers 8 and 9 via amplitude actuators 6 and 7, which only allow two frequency bands with the center frequencies Fi and F2 to pass through, which are located at the two ends of the spectrum of the useful signals. The filter elements in the selective amplifiers 8 and 9 are denoted by 8a, Sb and 9a, 9b, respectively. The frequency Fi is, for example, 1 MHz and the frequency F2 = 8 MHz, the frequency bands extending by ± 20% from the center frequency.

An jeden selektiven Verstärker ist ein Spitzenwertmesser 10 bzw. 11 angeschaltet, deren Ausgänge mit den Eingängen eines Differentialverstärkers 12 verbunden sind, an den ein Galvanometer 13 angeschlossen ist.A peak value meter 10 or 11 is connected to each selective amplifier, the outputs of which are connected to 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 Frequenzspektrum, welches von der Breite und Orientierung des Hindernisses abhängt. Es hat sich gezeigt, daß bei einem kleinen Hindernis dieThis device has the following mode of operation. The echo signal has a frequency spectrum that differs from the Depends on the width and orientation of the obstacle. It has been shown that with a small obstacle the

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 inechanischen Gegenständen, beide Arten von Fehlern genau unterscheiden zu können.higher frequencies of the spectrum are preferred over the lower ones. When there is a big obstacle which has a surface inclined with respect to the ultrasound beam are the lower frequencies preferred. It is of great practical importance, especially when studying inechanical ones Objects to be able to precisely differentiate between both types of defects.

Mit der Vorrichtung 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 this distinction can be made in a very simple manner if the relative Amplitudes of the two signals at the output of the selective amplifier 8 and 9 approximately through the Amplitude actuators 6 and 7 can be adjusted appropriately. This adjustment is made by means of a reference obstacle, for example a large, normal to the beam lying plate, the two signals are adjusted to the same amplitude, the Galvanometer 13 thus shows the value 0. The pointer of the galvanometer moves to the left or right, depending 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.It is desirable that the galvanometer display only depends on the ratio of the amplitudes of the two Signals depends and not on the absolute level of these amplitudes. Because the amplitude of the echo signal Depending on the properties of the obstacle and the wave propagation, the device includes therefore advantageously 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.
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 um so höher, je höher die Eingangsspannung des Verstärkers 4 ist, so daß 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 ablesbare Information.According to the preferred embodiment described, a peak voltage detector 14 is connected to a differential amplifier 15 for this purpose, which amplifier compares the amplitude at the output with a reference voltage which is tapped off by a potentiometer 16.
The output of the differential amplifier 15 is connected to a control electrode of the amplifier 4. The negative feedback loop formed in this way has the effect that the level of the echo signal remains constant. A measuring instrument 17 serves to measure the control voltage for the amplification of the amplifier 4. This voltage is obviously the higher the higher the input voltage of the amplifier 4, so that it is a measure of the level of the echo signal before it is regulated and as information can be used, as it is used in conventional ultrasound examination devices. This information indicates the extent and nature of the obstacle and thus completes the information that can be read by the galvanometer 13.

Wie bereits oben erwähnt, muß der elektromechanisehe 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 Fl der mit elektrischen Impulsen der Frequenz Fi erregt wird.As already mentioned above, the electromechanical transducer 3 must be excited in such a way that acoustic pulses with a broad frequency spectrum are produced. This is preferably achieved by using a weakly damped transducer with a natural frequency of Fl which is excited with electrical pulses of frequency Fi.

Eine 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 F\ und Fi ab.A modification of the circuit shown is 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 F \ and Fi .

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for measuring children's pangs and discontinuities, with a generator for generating recurring electrical impulses, with an electroacoustic transducer connected to this for converting the electrical impulses into recurring ultrasonic impulses with a frequency spectrum that includes at least two widely spaced frequency bands through an electroacoustic one Transducer for receiving the ultrasonic impulses influenced by the workpiece, and by two selective amplifiers connected to this for filtering out and amplifying the frequency bands that are far apart, characterized by a differential amplifier (12), the inputs of which are each taken from the outputs of the selective amplifiers (8, 9) are controlled and the output of which feeds a polarity-accurate measuring instrument (13), through an amplitude adjusting device (6, 7) for setting the output amplitudes of the two selective amplifiers (8, 9) when using a reference indicator This corresponds to the display value zero of the measuring instrument (13) and by a control device (14, 15, 16) for regulating the input signals of the selective amplifier (8, 9) to a constant value.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the control device is one on one Amplifier (4) acting negative feedback loop forms the control voltage by comparison with a reference voltage is obtained.