DE2317793A1

DE2317793A1 - Verfahren und vorrichtung zum orten einer quelle impulsartiger signale

Info

Publication number: DE2317793A1
Application number: DE2317793A
Authority: DE
Inventors: Peter Graham Bentley; Thomas Elliot Burnup
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1972-04-12
Filing date: 1973-04-09
Publication date: 1973-10-18
Also published as: GB1415666A; JPS4918090A; FR2334276A5

Description

Postfach 4ί2 Filialm Siegen «, Oberhaut·« (RhM.)

United Kingdom Atomic Energy Authority, 11, Charles II Street

London SW1Y 4-QP

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr. 16967/72 vom 12. April 1972 beansprucht

Verfahren und Vorrichtung zum Orten einer Quelle impulsartiger Signale

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Orten einer Lieferquelle für impulsartige Signale unter Ausnutzung der Zeitverzögerung zwischen Augenblicken, wo ein Signal durch unterschiedlich beabstandete Signalsensoren empfangen wird.

Man geht davon aus, daß die vorliegende Erfindung verschiedene vorteilhafte Anwendungen finden kann, z.B. in der Navigation und im Radarwesen. Eine bevorzugte Anwendung der vorliegenden Erfindung wird die Fehlersuche für das Prüfen von Werkstoffen oder Strukturen sein, die einer Beanspruchung irgendeiner Form in ihrer vorgesehenen normalen zukünftigen Verwendung oder ihrem Betrieb unterworfen werden sollen. Wenn ein Metall beansprucht wird, dann können vor dem Bruch plastische Verformung und Mikrorisse auftreten; wobei diese Vorgänge hochfrequente Beanspruchungswellen aussenden, die durch eine akustische Instrumentierung ermittelt werden können. Wenn ein Metallaufbau bedeutende Defekte, Brüche, Einschlüsse,

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lamellenartige Risse usw. enthält, so ergeben sich daraus Beanspruchungskonzentrationen, so daß ein plastisches Fließen oder eine Eissbildung an den Spitzen dieser Defekte auftreten werden, während sich die Hauptmasse des Aufbaus bzw. der Struktur auf einem niedrigen Beanspruchungspegel befindet» So ist es durch Messen der Beanspruchungswellen-Emis:sion möglich, Defekte in einem Werkstoff oder einem Aufbau festzustellen, z.B. bei einem Druckbehälter, wenn dieser deutlich, unterhalb seiner Bruchgrenze beansprucht wird« Im Prinzig könnten die Beanspruchungswellen durch Verwendung einer Anordnung von Sensoren überwacht werden, wobei die Defekte durch Dreiecksmeßverfahren lokalisiert werden. -

Ein Metall, das einmal unter Beanspruchung steht, ergibt nur eine geringe oder keine Emission !fahrend einer nachfolgenden Beanspruchung, es sei denn, die vorherige Beanspruchung wird überschritten. Dies trifft auch auf ein Metall zu.,, welches einen Defekt enthält, vorausgesetzt, daß zwischen den Belastungen kein Anwachsen bzw. Ausweiten des Defektes stattgefunden hat und der Defekt nicht einen schnellwachsenden Dauerbruch umfasst_b Umgekehrt könnte die Freigabe einer akustischen Emission bedeuten, daß neue Defekte eingeführt worden sind oder daß be- ' stehende Defekte in der Zwischenzeit gewachsen sindo Im Gegensatz dazu können jedoch einige Stähle sich wieder erholen, so daß eine Emission bei einem Wiederholgungstest nicht unbedingt das Anwachsen oder Erscheinen eines neuen Defektes bedeutet.

Die vorliegende Erfindung erschließt bei dieser besonderen Anwendung der Fehlersuche in Werkstoffen die Möglichkeit der Inspizierung eines Materials als Ganzes oder eines gesamten Aufbaus, z.B. eines ganzen Druckbehältersj in einem Arbeitsgang_$ zusammen mit der Lokalisierungsanalyse der Lage irgendwelcher Defekte, Eine solche Möglichkeit findet wichtige Anwendungen bei Strukturen oder Aufbauten, die einen hohen Grad von Vertrauen in ihre Integrität erfordern, z.B. Kernreaktoren, Raketen, sowie bei Strukturen oder Aufbauten, die für herkömmliche Verfahren nur begrenzt zugänglich sind, sei es in technischer Hinsicht oder im Hinblick auf die Kosten.

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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Lokalisieren bzw. Orten einer Lieferquelle für impulsartige Signale geschaffen, bei dem die Zeitverzögerung zwischen Augenblicken ausgenutzt wird, wo ein Signal durch verschiedene beabstandete Sensoren empfangen wird, bestehend aus den Verfahrensschritten des Anordnens von mindestens drei SignaIsensoren an voneinander in Abstand angeordneten Stellen, des Bestimmens der Zeitverzögerung zwischen den Augenblicken, in denen beliebige zwei Sensoren ein bestimmtes Signal empfangen, und der Verzögerung zwischen den Augenblicken, wo jeder Sensor eines weiteren Paares von Sensoren dieses Signal empfängt, und des Übermitteins jeder dieser Zeitverzögerungen in Form von elektrischen Impulsen nach einer separaten Platte eines Oszilloskops, um auf diese Weise eine visuelle Anzeige für-die angenäherte Lage dieser Lieferquelle zu erzeugen.

Viele Sensoren können verwendet werden, und zu irgendeinem Zeitpunkt kann ein bestimmter Sensor als eine Kontrolle ausgewählt werden, wobei die Zeit Verzögerungen, die nach dem Oszillo*· skop von zwei weiteren unterschiedlichen Sensoren zu übermitteln sind, mit Bezug auf diesen besonderen Sensor bestimmt werden. Gewöhnlich wird derjenige Sensor, der zuerst ein Signal empfängt, automatisch als Eontrolle ausgewählt. Alternativ können die Zeitverzögerungen von zwei separaten Paaren von Sensoren bestimmt werden. Bei einer bevorzugten Anordnung werden vier Sensoren verwendet, wobei die Zeitverzögerungen für zwei separate Paare von Sensoren bestimmt werden. Die Impuls-Verzögerungszeiten werden als Koordinaten auf der zweidimensdonalen Darstellung des Oszilloskopschirms verwendet, wobei vorzugsweise ein Speicher-Oszilloskop verwendet wird. Jede Emission von einer Lieferquelle her wird als ein Fleck auf dem Oszilloskopschirm erscheinen, wobei Emissionen von einer bestimmten Lieferquelle her die Tendenz haben, sich zusammenzuballen. Die Koordinaten der visuellen Anzeige einer Lieferquelle auf dem Oszilloskopschirm können dazu verwendet werden, durch Berechnung die genaue Lage der Lieferquelle anzugeben.

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Einem weiteren Aspekt der Erfindung zufolge wird ein Verfahren zum Orten.eines Fehlers in einem Werkstoff geschaffen, wobei dieser Fehler eine Lieferquelle für impülsartige Beanspruchungssignale ist, wenn das Material einer Beanspruchung ausgesetzt wird, mit den Verfahrensschritten des Anordnens von mindestens drei Sensoren zum Ermitteln der genannten Beanspruchungssignale an beabstandeten Stellen am Testmaterial, des Beanspruchens des Materials, des Bestimmens der Zeitverzögerungen zwischen den Augenblicken, in denen beliebige zwei Sensoren ein bestimmtes Signal empfangen, und der Verzögerung zwischen den Augenblicken, in denen jeder Sensor eines weiteren Paares von Sensoren dieses Signal empfängt, und des Übermitteins jeder Zeitverzögerung in Form von elektrischen Impulsen nach einer separaten Platte eines Oszilloskops, um auf diese Weise eine visuelle Anzeige für die angenäherte Lage des Fehlers zu erzeugen. ·

Bei Verwendung von zumindest drei im Abstand angeordneten Sensoren, die an der Oberfläche eines Materials befestigt sind, kann somit das Material geprüft werden, um zu sehen,- ob irgendwelche Defekte in ihm vorhanden sind, und jegliche derartigen Defekte können lokalisiert werden. Vorzugsweise werden vier Sensoren verwendet, wobei die Verzögerungszeiten von zwei separaten Paaren von Sensoren ermittelt werden. ·

Wenn ein Metall beansprucht wird, so erscheint eine Verformung zuerst an der Spitze bzw. dem Rand irgendwelcher Defekte. Diese Verformung, die ein plastisches Fließen, eine Mikro-Rißbildunaoder eine umfangreiche Rißbildung sein kann, erzeugt Beanspruchungswellen, die sehr, hochfrequente Komponenten enthalten, die über dem Hörbereich liegen. Diese Beansprudungswellen sind normalerweise nicht hörbar (eine bekannte Ausnahme ist das sogenannte "Zinngeschrei" oder "Zinnknirschen" ), und die Wellen pflanzen sich als eine elastische Störung bzw. ein elastischer Begleiteffekt oder Impuls fort, der die Form von Zusammendrücken, Abscheren, Rayleigh- und Lamb-Wellen annimmt. Eine Schwächung dieser Wellen tritt bei

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Entfernung auf, und nimmt mit der Frequenz zu. Außerdem tritt sowohl eine Schattenwirkung bzw. Schrägbedämpfung durch hochgradig absorbierende Flächen als auch eine Reflexion ·auf.

Da die Impulse häufig klein sind, ist das Signal/Geräusch-Verhältnis wichtig, und es wird eine beschränkte Bandbreite verwendet, um die Einwirkung von Geräusch auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Ein mechanisches Geräusch im Prüfaufbau, verursacht durch Bewegung von Halterungen, Betriebsmaschinerie und Strömungsmittelströmung, liegt hoch im Audiofrequenzbereich, nimmt aber mit der Frequenz ab, während bei viel höheren Frequenzen die Schwächung bzw. Dämpfung der Impulse mit der Entfernung erheblich ist. Ein Durchlassbereich ist daher notwendig, um ein vernünftiges Optimum zwischen Geräusch, Dämpfung und ausreichender Präzision in der Verzögerungszeit bei der Messung zu erzielen. Diese können eingeregelt weiöen, um sie dem besonderen Anwendungsfall anzupassen, doch liegt der Durchlaßbereich in der Regel zwischen 50 kHz und 500 kHz.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Prüfen eines Druckbehälters auf Fehler in seinem Aufbau geschaffen, die jeweils eine Quelle für impulsartige Beanspruchungssignale zumindest dann sind, wenn der Behälter das erste Mal unter Druck gesetzt wird, bestehend aus den Verfahrensschritten des Anordnens von zumindest drei Sensoren zum Ermitteln jeglicher derartiger Beanspruchungssignale an beabstandeten Stellen auf den äußersten Teilen des Behälters, des TJnterdrucksetzens des Behälters und gleichzeitigen Bestimmens der Zeitverzögerungen zwischen den Augenblicken, in denen beliebige zwei Sensoren ein bestimmtes Signal empfangen, und der Verzögerung zwischen den Augenblicken, in denen jeder Sensor von einem weiteren Paar von Sensoren dieses Signal empfängt, und des Ubermittelns dieser Zeitverzögerungen in Form von elektrischen Impulsen jeweils nach einer separaten Platte eines Oszilloskops, um auf diese Weise eine visuelle Anzeige entsprechend der angenäherten Lage des Fehlere zu erzeugen.

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So können entsprechend diesem Aspekt der Erfindung Druckbehälter auf Fehler in ihrem Aufbau überprüft werden, und zwar entweder vor jeglichem Gebrauch oder während des~Betriebs. Im Hinblick darauf, daß ein Metall, wenn es einmal beansprucht wird, nur eine geringe oder keine Emission während einer nachfolgenden Beanspruchung ergibt, es sei denn, daß die vorherige Beanspruchung überschritten wird, ist es vorzuziehen, dieses Prüfverfahren während der ersten Erprobung des Druckbehälters anzuwenden, obwohl auch Yerfahren, die !fahrend des späteren Betriebs des Druckbehälters ausgeführt werden, zweifellos jegliehe neuen Defekte zeigen xirerden, oder es wird_s wenn der normale Belastungsdruck für Normalbetrieb überschritten wird, die Lage jeglicher vorherigen Fehler aufgedeckt _o Die. Überprüfung zur gleichen Zeit wie der anfängliche Prüfdrucktest eines Druckbehälters wird wiederum vorgezogen, da der Druckbehälter zweifellos dann eher zugänglich und nicht mit all seinen Hilfshalterungen und Strömungsmittelleitungen versehen, ist_o Es ist somit dann die Chance geringer, daß irgendwelche Nebengeräuschemies ionen die akustischen Emissionen gegenüber irgendeinem Defekt maskieren bsw_o überdecken„ Sollte sich der Druckbehälter im Einsat-iort und im Betrieb befinden", so itfird es vorgezogen, die Sensoren nicht sa irgendeiner Zusatzeinrichtung anzubringen, da eine Schwächung foswo Dämpfung der impulsartigen Wellen in hohem Maße in einer solchen Zusatzeinrichtung auftritt,, was die Genauigkeit der Bestimmung der ZeitVerzögerungen zerstört„

Vorzugsweise werden vier Sensoren verwendet, wobei die Zeitverzögerungen von separaten Paaren von Sensoren her bestimmt wird. Alternativ kann ein Sensor als Eontrolle verwendet werden, wobei die Zeitverzögerungen zwischen dem Augenblick, in welchem der Kontr'ollsensor ein bestimmtes Signal empfängt, und dem Augenblicks wo das gleiche Signal durch zwei weitere Sensoren empfangen wird, bestimmt 'werden.

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Einem weiteren Erfindungsmerkmal zufolge wird eine Vorrichtung zum Lokalisieren bzw. Orten einer Litferqueue für impulsartige Signale unter Verwendung der Zeitverzögerung zwischen Augenblicken, wo ein Signal durch verschiedene im Abstand angeordnete Sensoren empfangen wird, geschaffen, wobei diese Vorrichtung sich zusammensetzt aus zumindest drei Sensoren, welche die genannten Signale ermitteln, wobei diese Sensoren mit einem Impuls-Zeitgeber verbunden sind, der eine Information erzeugt, welche von den Zeitverzögerungen_}

die zwischen den Augenblicken, in denen beliebige zwei Sensoren ein bestimmtes Signal empfangen, ermittelt werden, und von der Verzögerung zwischen den Augenblicken, in denen Jeder Sensor eines weiteren Paares von Sensoren dieses Signal empfängt, abhängig ist, sowie aus einem Oszilloskop, welches die auf die Zeitverzögerung bezogene Information empfängt, wobei die sich auf jede Zeitverzögerung beziehende Information einer separaten Platte des Oszilloskops zugeführt wird.

• Die Sensoren sind Wandler, welche die Beanspruchungswelle in elektrische Signale umwandeln. Die Signale von den Wandlern werden dann unter Verwendung von Vorverstärkern verstärkt, und das verstärkte Wandlersignal wird dann dem Impuls-Zeitgeber zugeführt, der die Impuls-Verzögerungszeit bestimmt, wobei die durch den Impuls-Zeitgeber erzeugte Information einem Computer eingegeben wird, der die Information sortiert, wobei er die betreffende Information, die sich auf die Lieferquellenstand-

aus

orte beziehenden verschiedenen anderen Informationen herausgreift, die sich auf Emissionen beziehen, die durch Geräusch usw. erzeugt werden. Der Ausgang des Computers wird dann dem Oszilloskop, vorzugsweise einem Speicher-Oszilloskop, zugeführt, wobei die Zeitverzögerung für ein erstes Paar von Sensoren, d.h. Wandlern, beispielsweise den X-Platten des Oszilloskops und die Zeitverzögerungsdaten für das zweite Paar von Wandlern den Y-Platten des Oszilloskops zugeführt werden.

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Die Mindestzahl von Wandlern, die erforderlich ist, um eine Signalquelle zu lokalisieren, beträgt drei. Uin jedoch die durch Geräusch erzeugten verschiedenen umgeTOLlten Signale zu ermitteln und zu vermeiden, wird es vorgezogen, mindestens vier Wandler zu verwenden. Vorzugsweise werden die Zeitverzögerungen von zwei vollständig unabhängigen Paaren von Sensoren ermittelt. Ein Sensor kann jedoch als ein Kontrollsensor verwendet werden, wobei die Zeitverzögerungen zwischen dem Augenblick, wo der Kontrollsensor ein bestimmtes Signal empfängt und dem Augenblick, wo das gleiche Signal von zwei weiteren Sensoren empfangen wird, bestimmt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, die zum Lokalisieren von Defekten innerhalb eines Werkstoffes oder Aufbaues, z.B. eines Druckbehälters, verweiset werden kann, sind die Wandler sogenannte piezoelektrische Wandler, wobei diese Wandler die akustischen Impulse, welche durch den Werkstoff oder Aufbau hindurch von der zu lokalisierenden Lieferquelle her hindurchlaufen, ermitteln und diese Signale in elektrische Signale umwandeln. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden die Vorverstärker jeweils in der Nähe eines zugeordneten Wandlers angeordnet, wobei ein langes Kabel oder eine "!Tabe!schnur" die Wandler und die Vorverstärker mit dem Impuls-Zeitgeber, dem Computer und dem Oszilloskop in einiger Entfernung verbindet. Abhängig von der besonderen Anwendung der Vorrichtung sortiert der Computer die von den verschiedenen Wandlern herkommenden Signale aus, wobei der Durchlassbereich nach dem Oszilloskop so ausgewählt ist, daß ein vernünftiges Optimum zwischen Geräusch, Dämpfung und ausreichender Präzision bei der Zeitverzögerungsmessung erzielt wird.

Bei Anwendung der Erfindung werden Emissionen von einer einzigen Quelle, z.B. einer Fehlerquelle, her auf dem Oszilloskopschirm als eine Anhäufung von unterschiedlichen Flecken er,-scheinen, die das Bestreben haben, sich zusammenzuballen. Diese Störung bzw. Begleiterscheinung ist darauf zurückzuführen,, daß die Auftragung bzw. Darstellung linear anstatt genau hyperbolisch ist, wobei bei der Sensoranordnung und der Ermittlung hyperbolische

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Funktionen verwendet werden, um die Signal quelle genau zu lokalisieren. Durch Verwendung der Koordinaten der Fehlerstelle auf dem Oszilloskopschirm kann die tatsächliche Lage der Fahlerstelle am Material oder Aufbau errechnet werden. -

Alternativ kann die Vorrichtung auch abgeändert werden, um ein sichtbares Ebenbild des der Prüfung unterzogenen Gegenstandes oder Materials auf dem Oszilloskopschirm zu erzeugen, wobei der Fleck oder die Flecke, welche eine Fehlerstelle im Material oder Aufbau definieren, ebenfalls auf dem gleichen Oszilloskopschirm gezeigt werden, wodurch sich eine unmittelbare Idendivizierung der Lage der Fehlerstelle ergibt.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Oszilloskopschirm in vier Quatranten unterteilt, wobei die von verschiedenen Sensoren herkommenden, verzögerten Zeiten auf die Achsen aufgebracht werden, welche jeden Quatranten definieren. In einem solchen Fall wird eine einzige Emision dann als ein Fleck auf dem Oszilloskopeohirm in Jeder der vier Auftragungen erscheinen.

Eine Impulszählung kann außerdem mit einem geeigneten Gerät bewirkt werden, wobei diese Information dazu verwendet wird, das Wesen des Fehlers zu charakterisieren und bei vorhergehenden Daten das Wesen und die Ausdehnung bzw. das Ausmaß des Fehlers anzuzeigen.

Die qualitative Analyse der Defekte durch diese Impulszählung kann unter Verwendung weiterer Wandler und weiterer Kanäle über Impuls-Zeitgeber und Computer bewirkt werden, wobei die Anwendung dieser Ablesungen bei einem Oszilloskop die Stärke jeder Emission durch die Höhe des erzeugten akumulierten Impulses identifiziert.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt

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Fig. 1 ein sch.ematisch.es Blockschaltbild eines Wendungsbeispiels der vorliegenden Erfindung₉ xirobei dieses Anwendungsbeispiel das Prüfea eines Druckbehälters auf Fehler in. seinem Aufbau ist,

Fig„ 2 die Oszilloskop~Dapstellung„ die sich he% ¥er- · wenaung des Gerätes nach Figo 1 ergibt,'wobei, die ermittelten Frequenzen für. eine hohe Geräuschermittlung wie auch eine Defektermittlung sorgen, während

Fig„ 3 eine Oszilloskop-Darstellung wiedergibt, die dann entsteht, wenn ein niedriges Geräusch/Iiaissionssig= naIi-IFerhältnis gewählt wird»

Der in der Prüfung befindliche Druckbehälter" 1 weist vier Sensoren 2 auf₉ die mit der Außenoberfläche des Behälters in Abständen voneinander verbunden sind? Jeder Sensor in Form eines piezoelektrischen Wandlers ist mit einem Vorverstärker 3 verbunden.

Die Vorverstärker 3 sind über.. Kabel- oder eise· "labe!schnur" 4 mit einem Impuls-Zeitgeber 5 verbunden, der in Figo T schematisch dargestellt ist* Der Impuls-Zeitgeber 5 bestimmt für zwei komplette unabhängige Paare von Sensoren die Impuls-Zeitverzögerung zwischen Augenblieken_s wo die Sensoren jedes Paares ein bestimmtes Signal empfangen. Alternativ kann der Impuls-Zeitgeber 5 ^auch den Augenblick festhalten, wo der eine Wandler ein Signal empfängt, z.B. der Wandler, der zuerst das Signal empfing^ doh» der Wandler, welcher der Signalquelle am nächsten liegt, und kann die Impuls-Verzogerungszeiten bestimmen, die das gleiche Signal braucht, um von zwei weiteren Wandlern empfangen zu werden_o Verschiedene andere Signale werden ebenfalls empfangen und durch den Impuls-Zeitgeber analysiert, wobei diese beispielsweise auf Geräusche innerhalb des Druckbehälters zurückzuführen sind₉ und diese gesamte Information wird einem Computer 6 eingegeben, der entsprechend seiner Programmierung die Impuls-Verzögerungsseiten auswählt,

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welche einer Defektstelle' entsprechen, d.h. der Stelle einer Lieferquelle der impulsartigen Wellen. Das Vorsehen von vier Wandlern 2 ermöglicht es, eine weitere Genauigkeit bei der Sortierung der verschiedenen Signale zu erzielen, die durch den Impuls-Zeitgeber 5 empfangen und bearbeitet werden.

Die Wandler sind in der Praxis auf der Außenhaut des Druckbehälters angeordnet, dies wird bevorzugt, anstatt die Wandler an Zusatzeinrichtungen, wie beispielsweise Standrohren usw., anzuordnen, da sich die Dämpfung der Signale in solchen Zusatzeinrichtungen für die erzielten Ergebnisse als schädlich herausgestellt hat, und zwar sowohl dadurch, daß sie Ablesungen verhindert,d.h. durch absorbierende Signale, als auch dadurch, daß sie Signale verzögert, d.h. die Genauigkeit irgendwelcher Ergebnisse zerstört. Die Dämpfung der Signale über den Druckbehälter kann dadurch bestimmt werden, daß ein Testimpuls von einem Testimpulsgeber 7 durch den Behälter geschickt und analysiert wird.

Die Verzögerungszeiten für ein Paar von Wandlern, d.h. die Zeitdauer zwischen Augenblicken, wo ein bestimmtes Signal durch jeden Wandler dieses Paares empfangen wird, werden beispielsweise' den X-Platten eines Speicher-Oszilloskops (nicht dargestellt) übermittelt, und die Zeitverzögerung für ein zweites Paar von Wandlern wird den Y-Platten de_s__Oszilloskops übermittelt, Dies ergibt eine grafische Darstellung, wie sie schematisch in der Skizze A auf der rechten Seite von Fig. 1 veranschaulicht ist. Das Bündel von Flecken 8 zeigt eine Quelle für impulsartige Signale an, z.B. einen Fehler oder Defekt im Druckbehälter, und unter Verwendung der Koordinate dieses Bündels 8 kann die Lage des wirklichen Defektes am Druckbehälter bestimmt werden. Alle Emissionen, welche die notwendigen Daten für die Fehler-Ortungsanalyse liefern, werden erzeugt, wenn der Kessel unter Druck steht, d.h. einer Beanspruchung unterworfen ist, doch wird zur gleichen Zeit ein Geräusch erzeugt, beispielsweise durch Bewegung des Behälters an seinen Halterungen, Betriebsströmungsmittelströmung usw., und somit ist das Geräusch/Signal-Verhält nis wichtig. Pig. 2 zeigt die Ergebnisse, welche auf einem

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Oszilloskopschirm erzielt werden, wenn ungeeignete !frequenzbereiche für die Ermittlung ausgepfählt werden, wobei zufällige Emissionen infolge Geräusch usw_o die Defektemissionen überdecken bzw. v®rschleiera_o Durch optimale Auswahl der zu ermittelnden Frequenz können die 'ermittelten Geräuschemissionen auf ein Minimum reduziert if erden, ifobei auf diese Weise die Defektstellen 9₉ wie in Figo 3 dargestellt, offensichtlich gemacht werden«,

Die Eign_o 2 und 3 veranschaulichen jeweils vier Auftragungen, von denen jede einen Quadranten des Oszilloskopschirms ausmacht„ und wobei die Zeitverzögerungen für jedes Paar von Sensoren an die gekreuzten Achsen 10 und 11 auf dem Schirm angelegt werden „■ so daß jede Emission einen einzigen Fleck in jeder der vier Auftragungen erzeugt„ Auf diese Weise repräsentieren in Figo 3 die Anhäufungen von Flecken, die in jedem Quadranten offensichtlich sind, den gleichen Defekte '

Das Gerät kann auch so abgeändert werden, daß es außerdem - auf dem Ossilloskopschirm ein Abbild des in der. Prüfung befindlichen Druckbehälters erzeugt, wobei die Anhäufungen von Flecken di® Lage eines Defektes oder mehrererDefekte auf dem Schirm in tatsächlicher Besiehung zum Druckbehälter identi.fizieren=, Auf eine solche Weise ist keine weitere Berechnung wendige, um die angenäherte lage des Defektes am Behälter au

Ferner kann das Gerät so abgeändert werden, daß es Extrakanäle enthält, um eine Impulszählung für Emissionen von verschiedenen Quellen, z=Bo Defekten, zu liefern, wobei die Impulszählungen Informationen bezüglich der Stärke oder Ausdehnung des Effektes liefern und für die Identifizierung der Art des Defektes, der in Bezug auf vorher bekannte Daten auftritt, nützlich sind. Diese Information kann einem separaten Oszillo» skop zugeführt werden, und bei der vorliegenden Ausführungsform, bei der vier Wandler verwenfet werden, können die Impulszeitverzögerungen für jedes Paar von Sensoren gegen die Anzahl von empfangenen Impulsen aufgetragen werden=, Dies ergibt sechs Bildstrahlspuren, 'wobei ein© derartige Spur in Skisse B^ ebenfalls

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- 13 auf der rechten Seite von Fig. 1, veranschaulicht ist.

Wenn auch anhand des obigen Ausführungsbeispiels die vorliegende Erfindung mit Bezug auf das Prüfen eines Druckbehälters beschrieben wurde, sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt ist, sondern in jedem Anwendungsfall verwendet werden kann, bei dem die Lokalisierung einer Quelle für impulsartige Wellen erforderlich ist.

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Patentansprüche

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Claims

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2 Kü/G ■ ■ -'.' ■ .

Pat ent ansprilche

Verfahren sum Lokalisieren bzw« Orten einer Quelle von impulsartigen Signalen unter Verwendung der Zeitverzögerung zwischen Augenblicken, in denen ein Signal durch verschiedene im Abstand angeordnete Sensoren empfangen wird, gekennzeich« net durch die Verfahrensschritte des Anordnens von mindestens drei Signalsensoren.(2) an im Abstand angeordneten Stellen, des Bestimmens der Zeitverzögerung zwischen aen Augenblicken, wo beliebige zifei Sensoren (2) ein bestimmtes Signal empfangen, und der Verzögerung zxfischen Augenblicken, in denen jeder Sensor eines weiteren Paares von Sensoren "dieses Signal empfängt _s sowie des Übermittelns jeder dieser ZeitVerzögerungen in Form von elektrischen- Impulsen nach einer separaten Platte eines Ossilloskops.^ um auf .diese Meise eine visuelle Anzeige -für die ' angenäherte Lage dieser Liefer quelle zu erseugen-o

2c. Verfahren zum Lokalisieren einer Fehlerstelle in einem Werkstoff, welche eine Quelle für impulsartige Beanspruchungssignale ist j wenn der Merkstoff einer Beanspruchung unterworfen ist, gekennzeichrä? durch die Verfahrensschritte des Anordnens von mindestens drei Signalsensoren (2) zum Ermitteln dieser Beanspruchungssignale an im Abstand voneinander angeordneten Stellen am Prüfwerkstoff, des Beanspruchers des Werkstoffes, des Bestimmens der Zeitverzögerungen zwischen den Augenblicken, in denen beliebige zwei Sensoren (2) ein bestimmtes Signal empfangen, und der Verzögerung zwischen den Augenblicken, in denen jeder ■ Sensor eines weiteren Paares von Sensoren dieses Signal empfängt, und des Übermittelns jeder dieser Zeitverzögerungen in Form von elektrischen Impulsen nach einer separaten Platte eines Oszilloskops, um auf diese Weise eine visuelle Darstellung der angenäherten Lage der Fehlerstelle zu erzeugen«

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3. Verfahren zum Prüfen eines liruckbehälters auf Fehlerstellen in seinem Aufbau, die jeweils eine Quelle for impulsartige Beanspruchungssignale mindestens dann sind, wenn der Behälter erstmalig unter Brück gesetzt wird, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte des Anordnens von mindestens drei Sensoren (2) zum Ermitteln jeglicher derartiger Beanspruchungssignale an auf Abstand angeordneten Stellen an den äußersten Teilen des Behälters (1), des Unterdrucksetζ ens des Behälters

(1) und des gleichzeitigen Bestimmens der Zeitverzögerungen zwischen den Augenblicken, in denen beliebige zwei Sensoren

(2) ein bestimmtes Signal empfangen, und der Verzögerung zwischen den Augenblicken, in denen jeder Sensor (2) eines weiteren Paares von Sensoren (2) dieses. Signal empfängt, sowie des Übermitteins dieser Zeitverzögerungen in Form von elektrischen Impulsen jeweils nach einer separaten Platte eines Oszilloskops, um auf diese Weise eine visuelle Anzeige zu erzeugen, die der angenäherten Lage der Fehlerstelle entspricht.
4-, Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3» daiirch gekennzeichnet, daß ein besonderer Sensor als Kontrollsensor ausgewählt wird, und daß die Zeitverzögerungen, die nach dem Oszilloskop von zwei weiteren Sensoren (2) her zu übermitteln sind, mit Bezug auf diesen besonderen Sensor bestimmt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3i dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerungen aus zwei separaten Paaren von Sensoren bestimmt werden.
6, Vorrichtung zum Lokalisieren bzw. Orten einer Quelle impulsartiger Signale unter Verwendung der Zeitverzögerung zwischen Augenblicken, in denen ein Signal durch verschiedene auf Abstand am ' >.t ρ Sensoren empfangen wird, gekennzeichnet durch mindestens drei Sensoren (2), welche die genannten Signale ermitteln, wobei die Sensoren mit einem Impuls-Zeitgeber (5) verbunden sind, der eine Information in Abhängigkeit von den

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ermittelten Zeitverzögerungen zwischen den Augenblicken, in denen zwei "beliebige Sensoren (2) ein bestimmtes Signal empfangen, und der Verzögerung zwischen den Augenblicken, in denen jeder Sensor eines weiteren Paares von Sensoren dieses Signal empfängt, erzeugt, und daß ein Oszilloskop vorgesehen ist, welches eine Information bezüglich dieser Zeitverzögerungen empfängt, wobei die auf jede Zeitverzögerung bezogene Information nach einer sepaisb en Platte des Oszilloskops übermittelt wird. -
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (2) Wandler sind, welche die Beanspruchungswellen in ein elektrisches Signal umwandeln.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (2) piezoelektrische Kristalle sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6,7 oder 8_S dadurch gekennzeichnet, daß Vorverstärker (3) zwischen die Wandler (2) und den Impuls-Zeitgeber (5) geschaltet sind«,
10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverstärker (3) in der Wahe der Sensoren (2) angeordnet und mit dem Impuls-Zeitgeber (5) an einer entfernten Stelle mittels eines Kabels (4-) verbunden sind_o
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß vier Sensoren (2) in zwei separaten Paaren angeordnet sind, um die erforderlichen ZeitVerzögerungen zu liefern.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Oszilloskop ein Speicher-Oszilloskop ist.

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13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Impuls-Zeitgeber (5) mit einem Computer (6) verbunden ist, der so programmiert ist, daß er die durch den Impuls-Zeitgeber (5) erzeugte Information sortiert, wobei er die Information, welche die Impulsquellenlage oder -lagen betrifft, aus verschiedenen anderen Informationen herausnimmt, die sich auf andere Signale beziehen, und der die ausgewählte Information nach dem Oszilloskop weiterleitet.'
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlassbereich für die nach dem Oszilloskop zu übermittelnde Information so ausgewählt wird, daß er zwischen 50 kHz und 500 kHz liegt.
15· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie zum Lokalisieren von Strukturfehlern in einem Werkstoff oder einem Gegenstand (1) verwendet wird, daß die Sensoren (2) bei im Einsatz befindlicher Vorrichtung an der Oberfläche des Werkstoffs oder Gegenstandes (1) an beabstandeten Stellen befestigt sind, derart, daß bei beanspruchtem Werkstoff oder Gegenstand (1) eine visuelle Anzeige der Fehlerstelle oder Fehlerstellen auf dem Oszilloskopschirm geliefert wird, und daß die genaue Lage der Fehlerstelle oder Fehlerstellen daraus berechenbar ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der zu prüfende Gegenstand ein Druckbehälter (1) ist und daß die Sensoren (2) an der Außenoberfläche des Behälters (1) befestigbar sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein visuelles Abbild des zu prüfenden Gegenstandes oder Werkstoffes (1) auf dem Oszilloskopschirm erzeugt, wobei die visuelle Anzeige der Fehlerstelle oder Fehlerstellen ein Augenblicksbild der Lage oder Lagen der Fehlerstelle oder Fehlerstellen im Gegenstand oder Werkstoff (1) liefert.

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18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 17? da- ■ durch gekennzeichnet j daß ein Impulszähler vorgesehen is % um die Intensität des Signals zu bestimmen»

19· Vorrichtung nach, einem der Ansprüche 15 bis 17». dadurch gekennzeichnet, daß ein Prüf-Impulsgeber (7) vorgesehen ist, der an der Oberfläche des au prüfenden Merkstoffs oder Gegenstandes (1) befestigbar ist, um einen Prüfimpuls für den Empfang durch die Sensoren zu erzeugen und auf diese Heise die Dämpfung eines Signals - in ■ dem zu prüfenden Werkstoff oder Gegenstand (1) aus-zumessen,, -

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