DE2305197A1 - Verfahren und vorrichtung zur dickenmessung mittels ultraschallresonanz - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dfpl.-'r -». Γ7, P .v.-TZ εοη.

8 München £2, Glcinudorfstr. 1t

41O-2O.125P 2. 2. 1973

Commissariat ä 1'Energie Atomique, Paris (Prankreich)

Verfahren und Vorrichtung zur Dickenmessung mittel«

Ultraschallresonanz

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Dickenmessung mittels Ultraschallresonanz mit nach einer· sinusförmigen Gesetzmäßigkeit frequenzmodulierten Ultraschallwellen sowie auf Vorrichtungen, die sich insbesondere zur Durchführung eines solchen Verfahrens eignen«

Die Dickenmessung mittels Ultraschallresonanz geschieht so, daß ein Werkstück, dessen Dicke gemessen werden soll, in die Nähe des Konvergenzpunktes von durch einen einen Brennpunkt aufweisenden Ultraschallwandler erzeugten Ultraschallwellen gebracht und dieser Wandler aus einem in seiner Betriebsfrequenz über einen passenden Bereich hinweg einstell-

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baren Oszillator gespeist wird, wobei die Oszillatorfrequenz progressiv geändert wird. Wenn die Betriebsfrequenz des Oszillators und damit die des Ultraschallwandlers einen solchen Wert erreicht, daß die Dicke des zu untersuchenden Werkstücks einer ganzzahligen Anzahl von Halbwellen des abgestrahlten Ultraschalls entspricht, so kommt es zu Resonanz, was sich in Form einer Änderung der Leistung am Oszillatorausgang äußert. Die Dickenmessung läuft so auf eine Frequenzmessung hinaus.

Von den bisher nach diesem Prinzip arbeitenden Geräten weisen einige eine Kathodenstrahlröhre auf, deren Abtastung durch einen Generator gesteuert wird, der außerdem die Frequenzabtastung für die vom Oszillator abgegebenen Ultraschallwellen steuert. Die Ultraschallresonanz zeigt sich auf dem Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre in Form einer vertikalen Spitze, deren· horizontale Lage von dem Zeitpunkt abhängt, in dem es zur Resonanz kommt. Da die Grenzen für den überstrichenen Frequenzbereich der Ultraschallwellen bekannt sind, läßt sich die Dicke des Werkstücks aus der Lage der Spitze auf dem. Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre herleiten. Dabei kann bei unveränderlicher Einstellung des Oszillators und des Abtastgenerators und für Werkstücke aus einem vorgegebenen Material der Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre sogar unmittelbar in Werkstückdicken geteilt werden.

Die oben beschriebenen Geräte weisen den Vorteil eines kurzen Meßzyklus auf. Sie sind Jedoch insofern unbequem, als sie die interessierende Information nur in analoger Form liefern, und außerdem weisen sie eine nicht lineare Teilung auf, da sie mit einer zeitlichen Frequenzabtastung entsprechend einer pseudosinusformigen Gesetzmäßigkeit arbeiten. Die mit Hilfe dieser Geräte erzielbare Meßgenauigkeit bleibt daher stets nur"mittelmäßig.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Dickenmessung mittels Ultraschallresonanz unter Verwendung einer Frequenzabtastung nach einem sinusförmigen Zeitgesetz so zu verbessern, daß sich bei kurzer Meßzeit eine erhöhte Meßgenauigkeit erzielen läßt.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Dickenmessung mittels Ultraschallresonanz mit nach einer sinusförmigen Gesetzmäßigkeit frequenzmodulierten Ultraschallwellen dadurch gelöst, daß die Dauer einer vorgebbaren ersten Anzahl Uo von Ultraschallperioden ab der Resonanz gemessen wird, daß in gleicher Weise die Dauer einer zweiten vorgebbaren Anzahl N' von Ultraschallperioden ab der Resonanz oder ab dem Ende der No Ultraschallperioden gemessen wird und daß die Resonanzfrequenz frei von dem überwiegenden Fehlerterm infolge der Frequenzabtastung aus den beiden gemessenen Zeiten und den beiden Zahlenwerten No und N' abgeleitet wird.

Gegenstand der Erfindung ist weiter eine Vorrichtung zur Dickenmessung, die sich insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet und einen nach einer im wesentlichen sinusförmigen Gesetzmäßigkeit zeitlich frequenzmoduliert erregbaren Ultraschallwandler und einen Resonanzdetektor aufweist, wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß durch den Resonanzdetektor eine Zähleinrichtung triggerbar ist, die zum einen die Dauer T einer vorgebbaren Anzahl No von Ultraschallperioden ab der Resonanz und zum anderen die Dauer T* einer vorgebbaren Anzahl N^f von Ultraschallperioden ab der Resonanz bestimmt und aus der Kombination der beiden gemessenen Zeiten T und T' die Resonanzfrequenz und die Dicke frei vom überwiegenden Fehlerterm infolge der Frequenzmodulation ableitet.

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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sowohl des erfindungsgemäßen Verfahrens als auch der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung sind jeweils in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung wird" nunmehr "" ■ auf die Zeichnung Bezug genommen, in.der ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung dargestellt ist, das zur Messung der Wandstärke von Rohren an einer Vielzahl von entlang einer Rohrschlange■verteilten Stellen bestimmt ist. Dabei zeigen in der Zeichnung:

Fig. 1 ein stark vereinfachtes Blocksehaltbild für eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung als 'Ganzes; ·

Fig. 2 das Grundprinzip für den Aufbau der Dickenmeßeinrichtung von Fig. 1,

Fig· 3 grafische Darstellungen zur Veranschaulichung der zeitlichen Änderung von an verschiedenen Stellen in der Vorrichtung von Fig. 1 und 2 auftretenden Signalen,

Fig. k Zeitdiagramme zur Erläuterung der Korrekturmethode beim Betriebe der Vorrichtung von Fig. 2,

Fig. 5 das Grundprinzip für eine Anpassungseinrichtung für einen Betrieb mit Resonanz für irgendeine beliebige der Harmonischen 1 bis 9 der Ultraschallfrequenz (Resonanz mit 1 bis 9 Halbwellen) und

Fig. 6 und 7 Blockschaltbilder für Einrichtungen zur Bestimmung der minimalen und der maximalen Wandstärke bzw. zur Exzentrizitätsbestimmung, die sich im Rahmen der Vorrichtung von Fig. 1 verwenden lassen.

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Die in Pig. 1 schematisch veranschaulichte Vorrichtung enthält einen Ultraschallwandler 10, der an einem festen Platz aufgestellt ist, und einen in der Zeichnung nicht näher gezeigten Mechanismus, der vor dem Ultraschallwandler 10 ein Rohr 12, dessen Wandstärke gemessen werden soll, entlang einer schraubenlinienfö'rmigen Bahn umlaufen läßt. Der Ultraschallwandler 10 wird aus einem Oszillator 14 gespeist, dessen Betriebsfrequenz durch einen Generator 16 gemäß einer sinusförmigen Gesetzmäßigkeit moduliert wird. Bei Erreichen der Ultraschallresonanz gibt der Oszillator 14 an einem Ausgang l8 einen Impuls ab, der durch einen Verstärker 20 auf hinreichende Größe gebracht wird. Dieser verstärkte Impuls wird einer Dickenmeßeinrichtung 2.% zugeführt, die außerdem über eine Leitung 24 mit dem permanenten elektrischen Erregersignal für den Ultraschallwandler 10 gespeist wird, das die gleiche Frequenz aufweist wie die abgestrahlten Ultraschallwellen.

Die bisher beschriebenen Teile der Vorrichtung von Fig.l sind von üblicher Art und bedürfen daher keiner ins einzelne gehenden Beschreibung an dieser Stelle. Sie können durch ein handelsübliches Gerät gebildet werden, das folgende Eigenschaften aufweist:

Variationsbereich für die Ultraschallfrequenz zwischen 1 und 30 MHz,

Fokussierungsabstand vor dem Ultraschallwandler etwa 25 mm,

Prequenzabtastung mit einer Dynamik von 2 und einer Abtastfrequenz von 3>00 Hz,

Drehgeschwindigkeit für die zu untersuchenden Rohre 2000 Umdrehungen pro Minute,

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Vorschub der zu untersuchenden Rohre 1 mm je Umdrehung. Mit Auftreten der Ultraschallresonanz gilt die Beziehung:

e = hV/2f_us (1).

In dieser Formel stehen e für die Dicke des zu untersuchenden Werkstücks in mm, V für die Ausbreitungsgeschwindigkeit für Ultraschall im Material des zu untersuchenden Werkstücks in mm

je Sekunde/ f _ für die Ultraschallfrequenz in Hertz und h für us

die Anzahl der Halbwellen, d.h. die Ordnungszahl der Harmonischen .

Die in Fig. 2 im einzelnen dargestellte Meßeinrichtung führt die Frequenzmessung während der Resonanz auf eine Zeitmessung zurück. Im Prinzip besteht diese Messung darin, daß die Dauer einer bestimmten Anzahl von Ultraschallperioden Destimmt wird. Diese Methode wäre streng genau, wenn die Änderung der Ultraschallfrequenz extrem langsam vorgenommen würde oder wenn die Messung sich nur über eine sehr kleine Anzahl von Ultraschallperioden erstrecken würde. Dies ist im allgemeinen jedoch, nicht der Fall. So wird zum einen die Auflösung nur dann annehmbar, wenn bei digitaler Messung die Anzahl der von einem Taktgeber gelieferten und während der ausgewählten Anzahl von Ultraschallperioden aufsummierten Impulse hinreichend groß wird. Zum anderen verlangt die Erzielung einer Meßfolge derart, daß das zu untersuchende Rohr 12 an eng benachbarten Stellen geprüft wird, eine Abtastung mit relativ hoher Frequenz, beispielsweise im obigen Falle mit einer Frequenz von 300 Hz. Dies führt in der Praxis zur Auswahl einer Periodenanzahl in der Größenordnung von 70, der bei einer Ultraschallfrequenz von 1 MHz und einer Abtastfrequenz von 3OO Hz eine Auflösung von etwa 10 entspricht.

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Vor einer ins einzelne gehenden Beschreibung der Meßeinrichtung 22 ist es zweckmäßig, die zugrundeliegenden theoretischen Überlegungen darzustellen, um zu erläutern, wie bei der Verminderung des auf die Frequenzabtastung zurückgehenden Fehlers unter Eliminierung des überwiegenden Terms für. diesen Fehler vorgegangen wird. Diese theoretischen Betrachtungen sollen der Einfachheit halber auf den Sonderfall beschränkt werden, daß mit einer Dynamik von 2 gearbeitet wird, d.h., daß die Ultraschallfrequenz f zwischen einem unteren:; Grenzwert f'und einem oberen Grenzwert 2f_Q variiert wird, jedoch ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf diesen Sonderfall beschränkt.

• Bei Einführung der Bezeichnungen f für die Ultraschallfrequenz in einem Zeitpunkt t nach Eintritt der Ultraschallresonanz, f₀ für die minimale Ultraschallfrequenz, F = für die Abtastfrequenz und ip für die Phase unter der Annahme des Resonanzeintritts im Zeitpunkt t = 0 ergibt sich für die Variation der Frequenz f mit der Zeit t:

f =

3 + sin (Ä t

(2)

Die Anzahl N(T) von Perioden, die ab der Resonanz gezählt werden.und die entsprechende Zeitdauer T hängen gemäß den nachstehenden Beziehungen miteinander zusammen:

N (T) =

N (T) - 2

- cos (ΛΧ

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Die fehlerfrei bestimmte Zeitdauer £q, die bei der Messung von N UltrasGhallperioden ohne Frequenzabtastung, also für F = O gemessen wird, hängt mit der Periodenanzahl N gemäß nachstehender Beziehung zusammen:

N = ψ- τ₀ (3 + sin ψ) = K T₀ (4), wobei K eine Konstante bedeutet.

Der bei der Messung von X auftretende Fehler besteht aus der DifferenzΔΧ zwischen den Wertend ., und ^₀* wobei X ^ der sich aus der Gleichung (3) fürX ergebende Wert ist, während sich X _n als der aus Gleichung (4) folgende Wert ergibt. Dieser Fehler ist in Fig. 3 sichtbar gemacht, wo die rechte ausgezogene Linie der Gleichung (4) und die gestrichelt dargestellte linke Kurve der Gleichung (3) in einem Spezialfall entspricht. Praktisch wird bei Durchführung der Messung an einer Periodenanzahl N, bei der die Meßdauer kurz wird gegen die Halbperiode der Abtastung, beispielsweise nur 4 % davon ausmacht, der Wert für ΔΤ klein gegen den Wert für X _Q. Dieser Fehler kann daher mit ausreichender Genauigkeit durch die nachstehenden Näherungen abgeschätzt werden, die eine vereinfachte Bestimmung ermöglichen.

Anstelle des bei einer Messung von X für eine vorgegebene Anzahl N₀ von Ultraschallperioden auftretenden Fehlers kann man den für N auftretenden Fehler betrachten, indem man die Ultraschallperioden über eine vorgegebene Zeitdauer aufsummiert: eine einfache Rechnung zeigt nämlich, daß die relativen Fehler AX /X _Q und ΔΝ/Ν_η gleich groß und von entgegengesetztem Vorzeichen sind.

Genauer ergibt sich der bei Zählung einer Ultraschallperiodenanzahl N während einer Zeit t . gemachte relative

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Fehler, während eine lineare Gesetzmäßigkeit zu einer Zählung No -Δ N ( t _λ) führen würde, zu Δ N (t _χ) / No, während der bei Beendigung der Zählung bei Erreichen des Wertes No gemachte relative Fehler im Zeitpunkt T , =T_n -ΔΤ oder auch

λΤ

im Zeitpunkt T gleich wird. Gemäß Fig. 2 gilt jedoch:

to AT ₌ ^%l ~^To ₌ ( AN) ^X ο ₌ (AN) ^

to to KTo No

da die voll ausgezogene Kurve eine Gerade ist.

Man kann daher den für N( to) gemachten relativen Fehler einfacher berechnen als den Fehler für t und dann daraus den Fehler für T herleiten.

Zur Durchführung dieser Rechnung muß man auf die Gleichung (3) zurückgreifen, aus der sich fürt = To.ergibt:

f_n Γ 2^

f_n Γ sin&T _n -

^N (t J = 2^ pt _n - sin f —π °- + 2 cosy cos²

Da der Ausdruck ü t klein ist, kann man in der Gleichung (5) den Ausdruck sin ersetzen durch

und der relative Fehler ε für N läßt sich" dann schreiben zu

wobei sich der Wert für N_n durch die Gleichung (4) ergibt, und man erhält:

sin²

(6)

£c ^aO (3 + sin vp ^N,

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Aus der Gleichung (6) läßt sich auch herleiten: 2 ^cos * sin²

² ΈΓ^~ ^sln

⁶N -

+ sinip

Die Gleichung (4) gestattet die Berechnung des maximalen Fehlers und die Feststellung, ob dieser eine erhebliche Größe erreichen kann. Für eine Frequenz f von 1 MHz, eine Abtastfrequenz von 300 Hz und eine Messung über eine Zeitdauer X von 66 Mikrosekunden ergibt sich unter den ungünstigsten Umständen, d.h. bei Auftreten der Ultraschallresonanz bei einer Frequenz von 1 MHz, oder mit anderen Worten ausgedrückt bei der Phase *f ⁼ °* ein relativer Fehler *_N von 2 . 10~².

Die Berechnung des genauen Fehlers wird schwierig, da die Gleichung (7) transzendent ist. In der Praxis ist jedoch der überwiegende Term im Zähler stets der Ausdruck (Λ "C₀) /6, und es genügt, diesen Term zu eliminieren, um zu zufriedenstellenden Ergebnissen zu gelangen.

Zu diesem Zwecke wird die Meßkette für X für N_Q Ultraschallperioden durch eine Korrekturkette ergänzt, die zur Bestimmung der Zeitdauern X und X^x für N₀ Ultraschallperioden bzw. für χ · N Ultraschallperioden dient, wobei χ eine vorgebbare Zahl ist, die für den Sonderfall einer Dynamik von 2, also einer Variation von f zwischen f_n und 2 f_n, mit Vorteil

Up \J \J

zu 2 gewählt wird, und diese beiden Meßergebnisse für X ' und X werden dann zur Eliminierung des überwiegenden Fehlerterms, d.h. des Ausdrucks (SL1_Q) /6 miteinander kombiniert. Bei dieser Korrekturmethode wird angenommen, daß man den Rechenfehler für N(T ) dem für die Bestimmung der Zeitdauer X gemachten Fehler gegenüberstellen kann, wenn man die zeitmessung bei N = N₀ beendet, und die Rechtfertigung für diese Annahme ergibt sich aus den oben angestellten Überlegungen.

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Bezeichnet man mit N(T _Q) und N(2T _Q) die Anzahl der Ultraschallperioden, die während der Zeiten TO bzw. 2XO ab dem Auftreten der Ultrasehallresonanz gezählt werden, so ergeben sich die entsprechenden absoluten Fehler für den Zähler in der Gleichung (6) zu:

BeiN(tO): (AN)T₀= - ^ ± -%! X

^f° *- cosf

- 2 ^WO 2T^ O 5

und bei

N (2TO): ( Δ N) 2t 0 =-f0t0 (ΛΤ 0 cos - | Λ ²TO²).

Man sieht, daß sich der Ausdruckü T q aus den beiden Gleichungen:

N (T₀) = No + (ΔΝ) XO

und N (2T₀) = 2No + (AN) 2 T ο .

eliminieren läßt, und man bildet:

4 N (T_o) - N (2T₀) = 2 N₀ + 4 £'_T - ε '^ '.

Geht man nun zur tatsächlichen Messung über, die eine Messung -der Zeitdauer t für eine Zählung von N Ultrasehallperioden ist, so sieht man, daß man unter Messung der Dauert für N Ultraschallperioden, sodann der Dauer X ' für 2N Ultraschallperioden und anschließende Bildung des Ausdrucks 41 - T ' mit einer einzigen Messung ein Ergebnis erhalten kann, das den Wert 2T behaftet mit einem Fehler wiedergibt, der frei ist vom überwiegenden Term.

In der Praxis können bei Durchführung der Messung unter Aufsummierung der von einem Taktgeber gelieferten Taktimpulse

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die Multiplikation und die Division, die für die Berechnung des Ausdrucks 4t - X' und die anschließende Berechnung von T₀ erforderlich sind, unter geeigneter Anpassung der Taktgeberfrequenz vorgenommen werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann man sogar eine unmittelbare Anzeige vonX₀ unter Verwendung nur einer einzigen Skala erhalten, indem man zunächst während N_ Ultraschallperiöden mit einer Frequenz F. addiert und. sodann zwischen N_Q und N. mit einer Frequenz

^Fl ^Fl

•τ—, = r=— subtrahiert.

Diese Frequenzen F. und Fp können im übrigen so gewählt werden, daß die bei Ausführung der Messung angezeigte Anzahl von Impulsen unmittelbar der Dicke des zu υ^βΓβμοηεηαεη Rohres entspricht, wie noch im" einzelnen gezeigt wird.

Das oben beschriebene Meßverfahren läßt sich mit Hilfe der Meßeinrichtung 22 durchführen, für die ein detailliertes Schaltschema in Fig. 2 angegeben ist. Zur Vereinfachung der Beschreibung soll zunächst angenommen werden, daß nur die Fundamentalresonanz festgestellt wird, wobei die Wandstärke des Rohres 12 einer Halbwelle entspricht, die Größe h in der Gleichung (1) also den Wert h = 1 annimmt.

Für die nachstehende Erläuterung wird auf die Zeilen a. - d in Fig. 4 Bezug genommen, aus denen die Aufeinanderfolge im Erscheinen der Impulse· am Ausgang verschiedener Baustufen des Schaltbildes von Fig. 2 ersichtlich ist.

Die Meßeinrichtung 22 weist an ihrem Eingang zunächst eine Synchronisierstufe 26 auf. Diese Synchronisierstufe 26 erhält an ihrem Eingang 24 das vom Oszillator 14 kommende permanente

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Ultraschallsignal und an einem zweiten Eingang 28 die Resonanzspitzen zugeführt. Auf den Empfang der ersten Resonanzspitze, die in Fig. 4 durch einen Impuls j50 veranschaulicht ist, reagiert die Synchronisierstufe 26, indem sie an ihrem Ausgang 32 im Zeitpunkt t einen Impuls abgibt, der mit dem Beginn der nächstfolgenden Halbperiode der Ultraschallwellen synchronisiert ist, wie dies in Fig. 4 durch einen Impuls ~}k angedeutet ist. Diese Synchronisierung gestattet die Vermeidung von Meßfehlern, deren Maximalwert gleich der Dauer einer Halbperiode des Ultraschalls werden würde. Der Impuls 34 wird dem Eingang 36 einer Steuerstufe 38 zugeführt, die in Reaktion darauf einen Zählbefehl an einen Eingang 40 eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers 42 abgibt und diesen Befehl bis zum Empfang eines Arretierbefehls aufrechterhält. Der am Eingang 40 des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 42 anliegende Zählbefehl wird außerdem einer Weiche 44 zugeführt, die daraufhin den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 42 aus einem Taktgeber 46 speist, der Impulse mit der oben definierten Frequenz F. abgibt.

Die Synchronisierstufe 26 weist außerdem ein Tor 47 auf, das sieh mit Abgabe des Synchronisierimpulses 34 im Zeitpunkt t_Q (Zählbeginn) öffnet und die am Eingang 24 der Synchronisierstufe 26 eintreffenden Impulse mit der Ultraschallfrequenz zu einem Zähler 48 gelangen läßt. Ein mit dem Zähler 48 verbundener Komparator 50 führt einen ständigen Vergleich zwischen dem Inhalt des Zählers 48 und dem Inhalt eines numerischen Anzeigeblocks 52 durch, in den zuvor die Anzahl N der Ultraschallperioden eingegeben worden ist, deren Zeitdauer durch die Zählung gemessen werden soll. Wenn der Komparator 50 im Zeitpunkt t₁ Gleichheit zwischen dem Inhalt des Zählers 48 und dem Inhalt des Anzeigeblockes 52 feststellt, so führt er der Steuerstufe 38 an einem Eingang 54 einen Impuls zu. Dieser Impuls führt in der Steuerstufe 38 zu einer Zustands-

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änderung, durch die das dem Eingang 40 des Vorwärts-Rückwärtszählers 42 zugeführte Signal 56 von der Steuerstufe 38 aufhört und statt dessen am Subtraktionseingang 58 des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 42 ein Aktivierungssignal 6O (Zeilen c und d in Fig. 4) zur Anlage kommt, und außerdem wird durch den Wechsel der Signale 56 und 60 die Weiche 44 gekippt, die daraufhin den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 42 mit abzuziehenden Impulsen der Frequenz Fp speist, die von einem Taktgeber 62 geliefert werden, der über eine Synchronisierstufe 64 mit dem Taktgeber 46 synchronisiert wird. In der Praxis kann für die beiden Taktgeber k6 und 62 und die Synchronisierstufe 64 ein gemeinsamer Zeitbasisgeber verwendet werden, der Frequenzteiler enthält, die ausgehend von einer gemeinsamen Grundfrequenz die Frequenzen F. und Fp entstehen lassen.

Das Ausgangssignal des !Comparators 50 kippt nicht nur die Steuerstufe 38, wie dies oben beschrieben ist, sondern sie stellt auch den Zähler 48 auf den Wert Null zurück, wie dies in Fig. 2 durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Der Zähler 48 beginnt von neuem eine Aufsummierung der Impulse mit der Ultraschallfrequenz, die ihm über die Synchronisierstufe 26 zugeführt werden. Wenn der Komparator 50 im Zeitpunkt t₂ von neuem eine Gleichheit zwischen dem Inhalt des Zählers 48 und dem Inhalt des Anzeigeblockes 52 feststellt, gibt er an die Steuerstufe 38 einen neuen Impuls ab, der den Betrieb der Steuerstufe 38 zum Stillstand bringt (Zeile d in Fig. 4).

Der Übergang zur Resonanz kann sich durch mehrere aufeinanderfolgende Spitzen äußern, wie dies in Zeile a von Fig. 4 angedeutet ist. Die Synchronisierstufe 26 ist offensichtlich so gebaut, daß sie nur die erste Resonanzspitze berücksichtigt. Dazu enthält sie eine Inhibitorstufe, die es ihm nach dem Empfang

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eines Impulses so lange untersagt, auf einen weiteren Impuls zu reagieren, bis sie ein in seiner Entstehung weiter unten noch im einzelnen erläutertes Endsignal 62 für das Messungsende, zugeführt erhalten hat, das gleichzeitig den Vorwärts-Rüekwärts-Zähler 42 auf Null zurückstellt. Die entsprechende Zeitperiode ist in Fig. 4 in der Zeile f schraffiert dargestellt.

Die Meßeinrichtung 22 von Fig. 2 zeigt offensichtlich den Vorteil, daß der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 42 bei Ende jeder Messung eine Zahl anzeigt, die unmittelbar die Wandstärke des Rohres 12 wiedergibt, wenn am Anzeigeblock 52 unmittelbar die Schallgeschwindigkeit im Material des Rohres angezeigt wird. Dieses Ergebnis wird dadurch erreicht, daß für die Frequenzen F₁ und F₂ besondere Werte festgelegt werden, die sich aus der nachstehenden einfachen Rechnung ergeben.

Bezeichnet man mit η die Zahl, die im Vorwärts-Rückwärts-Zähler 42 registriert wird und ausgedrückt in Mikron die Dicke des Rohres 12 wiedergeben soll, und mit N ausgedrückt in 100 m je Sekunde die Schallgeschwindigkeit im Material des Rohres 12, die unmittelbar am Anzeigeblock 52 mit h = 1 angezeigt wird, so erhält man die Dicke des Rohres 12 ausgedrückt in Mikron unmittelbar am Vorwärts-Rückwärts-Zähler 42, wenn für die virtuelle Zählfrequenz F gilt F = 2F_O = -2 F₁ = f n/N, wobei sich für eine untere Grenzfrequenz für den Ultraschall von 1 MHz für die übrigen Frequenzen die Werte F = 50 MHz,

F. = 75 MHz und Fp = 25 MHz ergeben.

Um mit der Vorrichtung auch Resonanzmessungen an Harmonischen vornehmen zu können, muß die Meßeinrichtung 22 außer den in Fig. 2 dargestellten Baustufen noch einen zusätzlichen Block 64 enthalten. Das Schaltschema dieses Blockes 64, der ein Arbeiten der Vorrichtung bis zur Harmonischen 9 ermöglicht,

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ist in Fig. 5 veranschaulicht. Das Grundprinzip dieser Schaltung ist das folgende: Die am Vorwärts-Rückwärts-Zähler 42 in Fig. 2 angezeigte Zahl η gibt nur die einer Resonanz mit einer Halbwelle entsprechende Dicke wieder. Diese Zahl muß daher mit der Größe h multipliziert werden, um die tatsächliche Dicke zu erhalten, wenn· mit der Harmonischen M gearbeitet wird. Es handelt sich also um eine einfache Multiplikation, die mit Hilfe verschiedener üblicher Verfahren vorgenommen werden kann. Es ist jedoch erforderlich, mit Realzeit zu arbeiten, damit der Vorgang in hinreichend kurzer Zeit abläuft. Zu diesem Zwecke dient der Block 64, in dem die Multiplikation Dekade für Dekade erfolgt.

Der größeren Klarheit halber wird im folgenden der Block gleichzeitig mit seiner Arbeitsweise in einem Spezialfall beschrieben, der dem Fall entspricht, daß der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 42 die Zahl 1436 anzeigt und an einem numerischen Block 66, der beispielsweise ein Contraves-Gerät mit nur einer Dekade sein kann, die Harmonische h = 3 aufscheint, wobei diese Verhältnisse vor der Messung im Zeitpunkt tp vorliegen, also am. Ende der oben beschriebenen Zählung, so daß der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 42, der im folgenden als aus vier Dekaden aufgebaut angenommen werden soll, die Zahl 1436 anzeigt, die mit h = 3 zu multiplizieren ist.

Der Block 64, dessen Schaltschema in Fig. 5 veranschaulicht ist, enthält einen Zähler 68 für die Adressenselektion, der zwei Multiplexer 80 und 82 steuert, von denen der eine (80) an den Ausgängen des Vorwärts-Rückwärtε-Zählers 42 und der andere (82) an den Eingängen 'es Summier Zählers 84 liegt, der bei einem Aufbau des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 42 mit vier Dekaden fünf Dekaden aufweist, um der Möglichkeit Rechnung zu tragen, daß das Produkt mit der Größe h, die den Wert 9 annehmen kann, eine vierstellige Dezimalzahl überschreiten kann. Zwischen

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dem Block 66, der bei dem ausgewählten Beispiel die Größe h = anzeigt, und einem Zähler 88 für die Harmonischen ist ein numerischer Komparator 86 angeordnet.

Im Zeitpunkt tp, also am Ende der Zählung im Vorwärts-Rückwärts-Zähler 42, stellt ein Rückstellsignal, . das beispielsweise über einen Teiler mit dem .Teilverhältnis 2 vom Komparator 50 kommt, den Zähler 68 für die Adressenselektion auf Null zurück, wie dies in Fig. 5 durch einen gestrichelten Pfeil angedeutet ist. Dieses Rückstellsignal wird außerdem dem Steuereingang 72 einer Kippstufe 70 für die öffnung eines Tores 74 zugeführt, das zwischen einem Taktgeber 76 mit einer Betriebsfrequenz von beispielsweise.10 MHz und einem Zähler mit nur einer Dekade angeordnet ist, der zur Aufnahme des Multiplikanden für jedes zu bildende Produkt bestimmt ist, und außerdem gelangt das Rückstellsignal auch zu einem in . der Zeichnung nicht dargestellten Rückstelleingang für den Zähler 84. Bei Empfang dieses Rückstellsignals stellt der Zähler 68 für die Adressenselektion die Multiplexer 80 und 82 um und wählt so im Vorwärts-Rückwärts-Zähler 42 und im Zähler 84 jeweils die Dekade "Eins", also die vier mit dem Symbol U bezeichneten Bitleitungen aus.

Da das Tor 74 im Zeitpunkt t₂ (Fig. 4) durch das Rückstellsignal geöffnet wird, beginnt sich der Zähler 78 für den Multiplikanden mit Impulsen von 10 MHz zu füllen, die vom Taktgeber 76 kommen. Sobald ein Komparator 90 feststellt, daß der Zähler 78 und die Dekade "Eins" im Vorwärts-Rückwärts-Zähler 42 den gleichen Inhalt aufweisen, gibt er einen Impuls an den Zähler 88 für die Zählang der Harmonischen ab und stellt den Zähler 78 für den Multiplikanden auf Null zurück. Der ' Multiplexer 82 hat inzwischen im Zähler 84 die Dekade "Eins" ausgewählt, und diese Dekade nimmt während der Rückstellung des Zählers 78 für den Multiplikanden auf den Wert Null eine

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Zahl auf, die gleich dem Inhalt der Dekade "Eins" im Vorwärts-Rückwärts-Zähler 42 ist. Der Zähler 88 für die Hamonischen wiederum zeigt am Abschluß dieses Zyklus die Ziffer 1. Der gleiche Funktionsablauf wird sofort wieder aufgenommen, und am Ende des zweiten Zyklus gibt der Zähler 84 die doppelte Zahl wie zuvor an. Zwischen den Stufen angeordnete und vom Multiplexer 82 gesteuerte Tore 92 ermöglichen einen etwaigen Übergang. Bei dem betrachteten Spezialfall, daß der Vorwärts-Rückwärts-Zähler anfangs die Zahl 14^6 enthält, tritt dieser Übergang in der Zehnerdekade während des zweiten Zyklus auf, an dessen Ende der Zähler 88 für die Harmonischen die Ziffer anzeigt.

Der Zyklus wiederholt sich so lange, wie der Inhalt des Zählers 88 für die Harmonischen kiiner ist als die am Block 66 angezeigte Zahl. Bei dem betrachteten Beispiel wird die Multiplikationsoperation dreimal durchgeführt. Am Ende des dritten Zyklus zeigt der Zähler 84 die Zahl 18 an, während der Zähler für die Harmonischen auf den Wert 3 übergeht. Der Komparator gibt dann an den Zähler 68 für die Adressenselektion einen·Impuls ab, der dort die Anzeige 1 veranlaßt und an den Multiplexern 80 und 82 zum Übergang zur Zehnerdekade führt. Der ganze Vorgang spielt sich von neuem ab: Unter der Annahme, daß die Zehnerdekade im Vorwärts-Rückwärts-Zähler 42 den Wert 3 anzeigt, erhält der Zähler 84 dreimal - da für die Harmonische die Zahl 3 angenommen ist - drei Impulse - da die■Zehnerdekade im Vorwärts-Rückwärts-Zähler 42 den Wert jj zeigt - in seiner Zehnerdekade zugeführt, und es erfolgt ein Übertrag zur Hnnderter-Dekade. Der Zähler 84, der zuvor auf dem Wert .18 stand, geht auf den Wert l8 + (9 χ 10) = 108 über.

Sodann werden in der gleichen Weise wie oben die Hunderter und schließlich die Tausender aufsummiert. Am Ende der Zählung für die Hunderter läßt der vom Komparator 86 auf den Zähler 68

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für die Adressenselektion gegebene Impuls diesen auf den Wert 3 übergehen. Am Ende der Zählung für die Tausender kann der vom Komparator 86 abgegebene zusätzliche Impuls den Zähler 68 für die Adressenselektion nicht mehr weiterschalten; der Zähler 68 ist vorgesehen, um in diesem Falle an einem zweiten Ausgang 9^ einen Impuls abzugeben, der die bistabile Kippstufe 70 zum Kippen bringt und das Tor ¹Jk sperrt, so daß der Durchgang von Taktimpulsen vom Taktgeber 76 zum Zähler 78 aufhört. Das Sperrsignal für das Tor 74 wird auch auf einen Ausgang· 96 gegeben und löst dort im Zeitpunkt t^, die Entsperrung der Synchronisier stufe 26 durch Zuführung des Impulses 62 aus. Die Synchronisierstufe '26 ist daher vom Zeitpunkt t bis zum Zeitpunkt t^, gesperrt, was in Fig. 4 der schraffierten Fläche in Zeile f entspricht, und die Multiplikation mit der Ordnungszahl der Harmonischen nimmt das variable Zeitintervall t.. - tp in Anspruch, das in Fig. 4 durch die schraffierte Zone in der Zeile j veranschaulicht ist. Im übrigen sei angemerkt, daß bei einer Anzeige der Harmonischen h = 1 das im Vorwärts-Rückwärts-Zähler 42 enthaltene Ergebnis einfach in den Zähler 84 übertragen wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung enthält außer den oben beschriebenen Baustufen eine Bestätigungseinrichtung 98* die es zwar nicht unbedingt zu geben braucht, wenn nur mit der Resonanz bei einer Halbwelle gearbeitet wird, die aber erforderlich ist, wenn die Vorrichtung mit Harmonischen betrieben werden soll, da es dann mehrere Resonanzstellen je Abtastzyklus geben kann. Die Bestätigungseinrichtung 98 ist vorgesehen, damit ein auftretendes Ergebnis nur dann in einem Speicher 103 berücksichtigt und festgehalten wird, wenn dieses Ergebnis innerhalb eines Bereichs liegt, der durch einen Minimalwert und einen Maximalwert begrenzt wird, die zuvor in numerischen Registern 100 bzw. 102 angezeigt werden, die beispielsweise wieder Contraves-Geräte sein können.

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Die Bestätigungseinrichtung 98 enthält zwei Komparatoren 104 und 106, deren Ausgangssignale den beiden Eingängen eines UND-Tores IO8 zugeführt werden. Der Komparator 104 gibt dann ein Signal an seinem Ausgang ab, wenn der Inhalt des Zählers größer ist als der· Minimal wert, also die im Register 100 angezeigte Zahl, während der Komparator 106.dann ein Auögangssignal liefert> wenn die am Ende der Messung im Zähler 84 enthaltene Zahl kleiner ist als der im Register 102 angezeigte Maximalwert. Das UND-Tor 108 gibt bei gleichzeitiger Speisung seiner beiden Eingänge mit Eingangssignalen ein lineares Tor 110 frei, das daraufhin die Übertragung'der im Zähler 84 vor dessen Rückstellung auf den Wert Null enthaltenen Information in den Speicher 103 zuläßt. Wenn der Zähler 84 fünf Dekaden aufweist, müssen auch die Register 100 und 102 fünfdekadig gebaut sein.

Der in Fig. 1 dargestellte Speicher 103 ist mit einem Digital-Analog-Wandler bekannter Bauart ausgerüstet, der mit einem Summierverstärker 112 arbeitet, der über ein Widerstandsnetzwerk gespeist wird, das die Gewichte wiederherstellt, die jeweils den Ziffern zugeordnet sind, die zu jeder der fünf Dekaden gehören. Außerdem ist ein Anzeigeorgan 114 vorgesehen, das die interessierende Dicke in digitaler Form angibt, wobei für diese Anzeige beispielsweise optoelektronische Bauelemente aus Galliumarsenid eingesetzt werden können.

Die in ihrem schaltungsmäßigen Aufbau in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung enthält außerdem noch Einrichtungen^ 116 und für Angabe der maximalen bzw. der minimalen Dicke eines an einer Vielzahl von Stellen untersuchtenr¥^s12. Diese Einrichtungen 116 und 118 übertragen, sobald ihnen am Ende der Untersuchung eines Rohres 12 über eine Leitung 120 ein Endsignal zugeführt wird, die in ihnen seit der letzten Rückstellung auf den Wert

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Null gespeicherten Maximal- bzw. Minimalwerte für die Rohrdicke zu Ausgängen 122 bzw. 124, worauf dann über eine Leitung 126 ein Rückstellsignal zugeführt werden kann, sobald ein neues Rohr 12 in die Vorrichtung eingesetzt wird.

Die Einrichtungen Il6 und U8 können einen dem Blockschaltbild von Fig. 6 entsprechenden Aufbau zeigen. In Fig. 6 sieht man wieder den Zähler 84, in dem am Ende der Messung die der Rohrdicke entsprechende Zahl erscheint, die im folgenden mit Hn bezeichnet werden soll. Ein numerischer Komparator 128 vergleicht den Inhalt des Zählers 84 mit dem in einem Zähler I30 vorgegebenen Maximalwert, und ein weiterer Komparator 132 führt einen Vergleich zwischen dem Inhalt des Zählers 84 und dem in einem Zähler 134 festgehaltenen Minimalwert durch. Die beiden Komparatoren 128 und 139 liefern dann kein Signal, wenn der Inhalt Hn des Zählers 84 zwischen den Angaben in den beiden Zählern I30 und 134 liegt. Ist dagegen der Inhalt des Zählers größer als der des Zählers 130, so gibt der Komparator 128 an seinem Ausgang I36 ein Signal ab, das einem der Eingänge eines UND-Tores I38 zugeführt wird. Wenn dieses UND-Tor I38 an seinem anderen Eingang über das bereits erwähnte UND-Tor IO8 das Bestätigungssignal zugeführt erhält, so gibt es an den Takteingang 140 des Zählers I30 einen Impuls ab, der die Einschreibung des Inhalts des Zählers 84 veranlaßt. Ein weiteres UND-Tor 142 hat eine analoge Funktion und veranlaßt die Einschreibung des Inhalts des Zählers 84 in den Zähler Ij54, wenn der Inhalt des Zählers 84 kleiner ist als der bis dahin im Zähler festgehaltene Minimalwert.

Bei Beginn der Untersuchung eines Tores 12 darf der Zähler 130 nur Nullen enthalten, während der Zähler 134 bis zu seiner maximalen Kapazität voüj^ezählt sein muß. Dieses Ergebnis wird dadurch erhalten, daß über die Leitung 126 das Anfangssignal für die Untersuchung zwei Rückstellstufen 144

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zugeführt wird, die alle Dekaden des Zählers I30 auf den Wert Null und alle Dekaden des Zählers 134 auf den Wert 9 bringen.

Im allgemeinen Regelfall treten nur solche Variationen der Rohrdicke auf, daß sich nur die geringstwertiger* Ziffern in der die Rohrdicke anzeigenden Zahl ändern. Daher können die Zähler 130 und 1^4 eine geringere Anzahl von Dekaden aufweisen als der Zähler 84, sie können also beispielsweise bei fünfdekadiger Ausführung des Zählers 84 vierdekadig gebaut sein, und die Komparatoren 128 und 132 vergleichen dann nur die Ziffern in den gemeinsamen Dekaden der Zähler I30 und einerseits und des Zählers 84 andererseits.

Am Ende der Untersuchung eines Rohres 12 öffnet das über die Leitung 120 zugeführte Endsignal Tore 145 für die Übertragung des Inhalts der Zähler lj50 und I34 in zugehörige Anzeige- oder Registriersysteme.

Das Blockschaltbild von Pig. I enthält weiterhin eine Stufe 146 für die Bestimmung der mittleren Wandstärke des Tores 12. Diese Stufe 146 ist nicht weiter beschrieben, da ihr Aufbau keinerlei Schwierigkeiten bereitet und sich ihre Punktion auf die Division der Summe aus den die gemessenen Wanddicken bei den einzelnen Messungen angagebenden und bestätigten Zahlen Hn durch die Anzahl der vorgenommenen Messungen beschränkt. Man sammelt also einfach die bestätigten Ergebnisse Hn in einem Addierer und registriert gleichzeitig die Anzahl der gültigen Messungen in einem Zähler. Bei Auftreten des das Ende der Untersuchung anzeigenden Signals auf der Leitung 120 wird dann ein Dividierwerk in Gang gesetzt, das das Verhältnis zwischen den im Addierer und im zähler festgehaltenen Größen bildet. .

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Die in Pig. 1 dargestellte Vorrichtung enthält schließ» lieh noch eine Stufe 148 für die Bestimmung der mittleren Exzentrizität des untersuchten Rohres 12. Die Stufe 148 ist ebenso wie die oben beschriebenen Einrichtungen für die Messung der Maximalwerte und der Miniiaalwerte für die Rohrdicke nicht unbedingt erforderlich, eie stellt Jedoch ein®

vorteilhafte Ausgestaltung dar. Eine mögliehe Ausführung für die Stufe 148 ist in Fig. 7 in Form eines Blockschaltbildes dargestellt.

Die in Fig. 7 dargestellte Schaltung bestimmt die mittlere Exzentrizität des Rohres 12 auf der Basis aller Messungen, die zwischen dem Erscheinen eines Signals auf der Leitung und dem Erscheinen eines Signals auf der Leitung 120 vorge- nommen worden sind. Die Arbeitsweise der Schaltung beruht auf der Annahme, daß das zu untersuchende Rohr 12 zwischen der Messung zweier aufeinanderfolgender Extremwerte, also zweier Maximalwerte oder zweier Minimalwerte für die Wandstärke eine volle Umdrehung macht. Daher liefert die Messung der Anzahl der Extremwerte gleichzeitig die Anzahl der Umdrehungen für das Rohr 12. Für eine volle Umdrehung ergibt sich die Exzentrizität e.. ■=■ e des Rohres 12 durch die halbe Differenz zwischen der maximalen Dicke e„ und der minimalen Dicke e_m. Die mittlere Exzentrizität läßt sich dann durch Division der einer Umdrehung entsprechenden Exzentrizitätssumme ^. (e_M - e ) durch die Anzahl der vorgenommenen Umdrehungen erhalten.

Die in Fig. 7 dargestellte Schaltung dient der Bildung der Summe der Exzentrizitäten £ (e^ - e_m) in einem Zähler 150 und der Bestimmung der Anzahl der vorgenommenen Umdrehungen in einem zweiten Zähler I52. Als Beispiel kann angegeben werden, daß für die Untersuchung von Rohren, die als Hüllen

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für Brennstoffelemente von Atomkernreaktoren dienen und jeweils an 100 000 Stellen oder mehr bei 3 000 Umdrehungen untersucht werden sollen, der Zähler 152 fünf Dekaden und der Zähler I50-für die Summierung der Exzentrizitäten sechs Dekaden aufweist. Ein in Fig. 7 nicht weiter dargestelltes Dividierwerk üblicher Bauart teilt sodann den Inhalt des Zählers I50 zweimal durch den Inhalt des Zählers 152,.wobei dieser DivisionsVorgang durch das Auftreten des Signals auf der Leitung 120 ausgelöst wird.

Die in Fig. 7 dargestellte Schaltung enthält weiter ein Register 154, das bei Ausführung des Zählers 84 mit fünf Dekaden ebenfalls fünfdekadig·gebaut ist und dessen Inhalt.R mit dem Inhalt Hn des Zählers 84 in zwei Komparatoren 156 und 158 verglichen wird. Je nachdem, ob der Inhalt Hn des Zählers 84 größer oder kleiner ist als der Inhalt R des Registers liefert entweder der Komparator I56 oder der Komparator I58 ein Ausgangssignal. Bei Gleichheit beider Inhalte Hn und R gibt keiner der Komparatoren 156 und I58 ein Signal ab. Zwei UND-Tore I60 und l62 werden an einem Eingang mit dem vom UND-Tor IO8 kommenden Bestätigungssignal gespeist. Der jeweils andere Eingang der UND-Tore I60 und 162 ist für das UND-Tor 160 mit dem Ausgang des Komparators 156 und für das UND-Tor I62 mit dem Ausgang des Komparators I58 verbunden. Wird das UND-Tor I60 freigegeben, treten also das Bestätigungssignal vom UND-Tor IO8 und das Ausgangssignal vom Komparator 156 gleichzeitig auf, so wird ein weiteres Tor 164 geöffnet, das von einem Taktgeber I68 mit einer Betriebsfrequenz von beispielsweise 10MHz kommende Signale zum Zähleingang I66 des Registers 154 gelangen läßt. Sobald Gleichheit zwischen den Größen R ,und Hn erreicht ist, schließt sich das Tor 164 wieder. Ein gleichartiger Betrieb des UND-Tores l62 ermöglicht bei anfänglichem Übersteigen des Inhalts Hn des Zählers 84

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durch den Inhalt R des Registers 154 die Zuführung der vom Taktgeber 168 kommenden Impulse zum Subtraktionseingang 17O des.Registers 154, bis wiederum Gleichheit zwischen den Größen R und Hn herrscht. Die Anzahl der zur Erzielung der Größengleichheit erforderlichen Taktgeberimpulse stellt die Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen dar. Unter Zuführung der Taktgeberimpulse und dieser allein über das Tor 164 nicht nur zum Register 154 sondern auch zum Zähler I50 werden die aufeinanderfolgenden Absolutwerte für die Differenz ^E _M-^E _m aufsummiert, wobei die Symbole E„ und E für aufeinanderfolgende Maximal- bzw. Minimalwerte stehen.

Die Anzahl der vorgenommenen Umdrehungen wird ausgehend von der Messung der Entsperrungen der UND-Tore ΐβΟ und 162 vorgenommen. Jedoch ist es erforderlich, daß nicht aush irgendwelche lokalen Unregelmäßigkeiten, die zu zusätzlichen Maximal- und Minimalwerten für die Rohrdicke führen können, als eine Umdrehung des Rohres registriert werden, während die Einführung eines Fehlers in die Summe K (^e _M~^e _m) vernachlässigbar bleibt. Zur Ausschaltung dieser Gefahr ist in Fig. 7 eine Baustufe 171 vorgesehen: Diese Baustufe läßt einen Extremwert nur dann als Anzeichen für eine halbe Umdrehung gelten, wenn sie nach einem Minimalwert drei größer werdende Meßergebnisse nacheinander und nach einem Maximalwert drei kleiner werdende Meßergebnisse nacheinander zugeführt erhält. Die Baustufe 171 enthält zu diesem Zwecke eine bistabile Kippstufe 172, deren beide Eingänge R und S jeweils mit einem Teiler 174 bzw. 176 mit einem Teilerverhältnis j5 verbunden sind. Die oben vorgesehene Anzahl von jeweils drei Messungen mit gleicher Änderungsrichtung ist natürlich nur ein keinerlei Einschränkung bedeutendes Beispiel. Der Steuereingang des Teilers I74 wird über das UND-Tor l62 und der Steuereingang des Teilers 176 über das UND-Tor I60 angesteuert. Das an einem der beiden Teiler 174 oder 176 anliegende Signal dient gleichzeitig als Rückstellsignal für den jeweils

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- 2β -

anderen Teiler 17β oder 174, wie diet, in Fig. 7 durch gestrichelte Verbindungslinien angedeutet ist. Beispielsweise dem Eingang R zugeführte aufeinanderfolgende Impulse haben keine Wirkung auf die bistabile Kippstufe 172, wenn sich diese bereits in einem Zustand befindet, in dem ihr Ausgang Q aktiviert ist.

Die Erfindung ist in keiner Weise auf das oben beschriebene und in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, dieses Beispiel ist vielmehr im Rahmen der Erfindung zahlreicher Abwandlungen fähig, und insbesondere kann eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung auch zur Messung der Dicke von ebenen Blechen anstelle der Wandstärke von Rohren dienen.

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Claims (12)

Patentansprüche

1.) Verfahren zur Dickenmessung mittels Ultraschallresonanz mit nach einer sinusförmigen Gesetzmäßigkeit frequenzmodulierten Ultraschallwellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer einer vorgebbaren ersten Anzahl No von Ultraschallperioden ab der Resonanz gemessen wird, daß in gleicher Weise die Dauer einer zweiten vorgebbaren Anzahl N' von Ultraschallperioden ab der Resonanz oder ab dem Ende der No Ultraschallperioden gemessen wird und daß die Resonanzfrequenz frei von dem überwiegenden Fehlerterm infolge der Frequenzabtastung aus den beiden gemessenen Zeiten und den beiden Zahlenwerten No und N' abgeleitet wird.

2.Verfahren nach Anspruch 1 mit einer zeitlichen Frequenzabtastung nach einer sinusförmigen Gesetzmäßigkeit und mit einer Dynamik von 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauert; und X' von No und 2No Ultraschallperioden ab der Resonanz gemessen und aus den gemessenen Werten T und T' eine korrigierte Dauer X nach der Formel

τ -ο ~

abgeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2 unter Messung von X und X¹ mittels Aufsummierung von Taktgeberimpulsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauert unter Summation mit einer vorgegebenen Frequenz ^ F während der Dauer der No Ultraschallperioden und

τ? anschließender Subtraktion mit einer festen Frequenz z^ während der N'-N folgenden Ultraschallperioden bestimmt wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Größen N_Q und F_c so gewählt werden, daß die Anzahl der Taktimpulse nach der Summation und Subtraktion unmittelbar die Dicke in metrischen Einheiten angibt.

5. Vorrichtung zur Dickenmessung, insbeaondere in Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem nach einer im wesentlichen sinusförmigen Gesetzmäßigkeit zeitlich frequenzmoduliert erregbaren Ultraschallwandler und einem Resonanzdetektor, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Resonanzdetektor eine Zähleinrichtung (22) triggerbar ist, die zum einen die Dauer einer vorgebbaren Anzahl N von Ultrasohallperioden ab der Resonanz und zum anderen die Dauer X ' einer vorgebbaren Anzahl N' von Ultraschallperioden ab der Resonanz bestimmt und aus der Kombination der beiden gemessenen Zeiten T und X' die Resonanzfrequenz und die Dicke frei vom überwiegenden Pehlerterm infolge der Frequenzmodulation ableitet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Zähleinrichtung· (22) bei einem unteren Grenzwert f und einem oberen Grenzwert 2 f für die Ultraschallfrequenz einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler (42) für die Addition von mit einer Frequenz P₁ während N_ Ultraschallperioden ab der Resonanz züge·

fUhrten Täctgeberimpulffen

und die anschließende Subtraktion der Taktgeberimpulse mit einer Frequenz Fg = F,/j5 während H₀ weiterer Ultraschallperioden enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähleinrichtung (22) eine Synchronisierstufe (25) zum Synchronisieren des Zählbeginns für die N Ultraschallperioden und die Taktgeberimpulse ab der unmittelbar auf die Resonanz folgenden Halbperiode des Ultraschalls enthält.

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8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-7* gekennzeichnet durch eine Bestätigungseinrichtung (98), die zwei Komparatoren (104 und 106) enthält, die eine Übertragung des Inhalts eines Zählers (85) am Ende der Messung in dnen Speicher (IO3) dann und nur dann zulassen, wenn der Zählerinhalt zwischen zwei vorgebbaren Werten liegt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (84) mit einer Anzeigeeinrichtung (88) für die Ordnungszahl einer Harmonischen und mit einem Multiplikator (68, 80, 82) für die Übertragung seines Inhalts unter Multiplikation mit der Ordnungszahl der Harmonischen gekoppelt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplikator (68, 80, 82) auf einen dekadenweisen Serienbetrieb eingerichtet ist, wobei der Multiplikationsvorgang mit der geringstwertigen Dekade im Zähler (84) beginnt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-10 für die Messung der Dicke von an einer Vielzahl von Stellen zu untersuchenden Rohren, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der mittleren Exzentrizität ein Extremwertdetektor (I56, I58) für die Bestimmung der im Zähler (84) festgehaltenen Extremwerte und zur Anzeige jeder halben Umdrehung des Tores (12), ein Summierglied $150) zur Summierung der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Extremwerten gemessenen Dicken zuiahmen bzw. abnahmen und ein Teiler zum Divieren der Dickenänderungssumme durch die An» zahl der Umdrehungen des Rohres 12 vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Extremwertdetektoren (I56, I58) nur dann ansprechen, wenn nach einem Extremwert mindestens ρ im gleichen Sinne variierende Meßergebnisse auftreten.

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