DE2439122A1

DE2439122A1 - Vorrichtung zur begrenzung des phasenwinkelbereichs insbesondere fuer ein wirbelstrom-pruefgeraet

Info

Publication number: DE2439122A1
Application number: DE2439122A
Authority: DE
Inventors: James Gerner; Peter John Suhr
Original assignee: Magnetic Analysis Corp
Current assignee: Magnetic Analysis Corp
Priority date: 1973-08-15
Filing date: 1974-08-14
Publication date: 1975-03-20
Also published as: DE2439122B2; GB1481223A; DE2439122C3; US3848182A

Description

Vorrichtung zur Begrenzung des Phasenwinkelbereichs insbesondere für ein Wirbelstrom-Prüfgerät

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begrenzung des Phasenwinkelbereichs, insbesondere für ein Wirbelstrom-Prüfgerät mit einer Prüfspulenanordnung, die zur Induzierung von Wirbelströmen in einem Prüfling erregbar ist und ein Ausgangssignal liefert, dessen Amplitude und Phase sich mit Änderungen des Prüflings ändert.

Bei einigen Wirbelstrom-Prüfanordnungen werden Detektoren, die auf zueinander rechtwinklige Phasen empfindlich sind, in Verbindung mit Phasenschieber-Einrichtungen verwendet, die eine Vektordrehung erlauben, so daß unerwünschte Signale, wie

509812/0745

ORlGfNAL INSPECTED

ζ. B. Rauschsignale, vorwiegend längs einer Achse einer Anzeige erscheinen, z. B. längs der horizontalen Achse eines Kathodenstrahl-Oszilloskops, während die interessierenden Signale im wesentlichen Komponenten längs der anderen Achse besitzen, z. B. längs der vertikalen Achse. Die vertikale rechtwinkelige Komponente kann dann zur Anzeige von Änderungen, wie z. B. von Fehlern oder Rissen, durch einen Blattschreiber, eine Schwellwert-Kontrollschaltung, die eine Alarmanlage oder eine Sichtanzeige betätigt, oder durch eine andere Klassifizierungseinrichtung, verwendet werden. Die Amplituden der rechtwinkligen Komponenten ändern sich mit der Phase des anfänglichen Signals, das den Fehlern, Rissen oder anderen Änderungen in dem Prüfling entspricht, so daß die rechtwinkligen Komponenten in einer Richtung keine der Fehlergröße proportionale Amplitude haben können. Auch wenn eine Phasenverschiebung bei der Ausschaltung einiger unerwünschter Signale hilfreich sein kann, können andere Signale, die keine unzulässigen Änderungen in dem Prüfling darstellen, solche Phasenwinkel haben, daß sie nicht ausgeschieden werden. Weiter können die Phasenschieber-Schaltungen das Rauschen der gesamten Anlage vergrößern und ihre Empfindlichkeit verringern.

In der US-PS 3 405 354 ist eine Anzahl von Schaltungen beschrieben zur Begrenzung der Ansprechens auf einen interessierenden Phasenwinkelbereich, wodurch die Feststellung von unzulässigen Änderungen in dem Prüfling erleichtert wird. Es können verschiedene Schaltungen verwendet werden, um unterschiedlich geformte Kennlinien zu liefern, und es sind Schaltungen beschrieben, die Ausgangssignale liefern, die im wesentlichen der Vektoramplitude in dem ausgewählten Phasenwinkelbereich proportional sind, anstatt einer der rechtwinkligen Komponenten dieses Vektors proportional zu sein. Im allgemeinen werden

509812/0745

Phasenschieber-Schaltungen zusammen mit den Phasenwinkel begrenzenden Schaltungen verwendet, so daß ein gewünschter Winkelabschnitt des Eingangssignals in den Durchlaßbereich des Phasenwinkelbegrenzers gebracht werden kann.

Ziel der Erfindung ist eine Phasenwinkel-Begrenzerschaltung, bei der sowohl die Phasenwinkelbegrenzung als auch deren Winkellage in einer verhältnismäßig einfachen Schaltung vereinigt sind, und bei der sowohl die Winkelbreite des aufnehmenden Bereichs als auch seine Phase in bezug auf das Eingangssignal einfach einstellbar sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung zur Begrenzung des Phasenwinkelbereichs, innerhalb dessen Signale einer Ausgangsschaltung zur Anzeige oder Klassifizierung zugeführtwerden, insbesondere für ein Wirbelstrom-Prüfgerät mit einer Prüfspulenanordnung, die zur Induzierung von Wirbelströmen in einem Prüfling erregbar ist und ein Ausgangssignal liefert, dessen Amplitude und Phase sich mit Änderungen des Prüflings ändern, erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung von zueinander rechtwinkligen Signalkomponenten dieses Ausgangssignals, durch eine einstellbare Sinus-Cosinus-Multiplikationseinrichtung, die die rechtwinkligen Signalkomponenten empfängt und die Komponenten jeweils mit Sinus- bzw. Cosinusfunktionen multipliziert und dadurch jeweils Signale von im wesentlichen gleicher Amplitude bei einem Phasenwinkel der rechtwinkligen Signalkomponenten liefert, der von der Einstellung der Multiplxkationseinrichtung abhängt, durch eine Vereinigungseinrichtung, die auf diese jeweiligen Signale ansprechend ein Ausgangssignal von minimalem Wert, wenn die Signale im wesentlichen gleiche Amplitude haben, und von zunehmend größerem Wert liefert, wenn die Signale ungleich werden, durch eine Schwellwert-Einrichtung, die auf das Ausgangs-

S09812/0745 ' - u -

signal der Vereinigungseinrichtung ansprechend ein Torsteuersignal liefert, wenn das Ausgangssignal in einem Bereich liegt, der einem begrenzten Phasenwinkelbereich der rechtwinkligen Komponenten entspricht, durch eine Torschaltung mit Eingang und Ausgang, wobei dem Eingang ein Signal zugeführt wird, das wenigstens einem der rechtwinkligen Signalkomponenten entspricht, durch eine Einrichtung, die das Torsteuersignal der Torschaltung zuführt, wodurch deren Ausgang auf Signale beschränkt ist, die in einem beschränkten Phasenwinkelbereich liegen, und durch eine Einrichtung, die das Ausgangssignal der Torschaltung der Anzeige- oder Klassifizierungseinrichtung zuführt .

In einer Ausführungsform werden die rechtwinkligen Signalkomponenten einem Paar von gekoppelten Sinus-Cosinus-Potentiometern zugeführt, die die jeweiligen Komponenten mit dem Sinus und dem Cosinus des Winkels multiplizieren, auf den die Potentiometer eingestellt sind. Die Ausgangssignale der Potentiometer werden einer Subtraktionsschaltung (oder algebraischen Additionsschaltung) zugeführt, die ein Null-Ausgangssignal liefert, wenn die Potentiometerausgänge in der Amplitude gleich sind, und die ein zunehmend anwachsendes Ausgangssignal liefert, wenn die Potentiomäterausgänge ungleich werden. Das Vorzeichen des Ausgangssignals von der Subtraktionsschaltung ändert sich von positiv zu negativ auf beiden Seiten des Nullpunktes, und vorteilhafterweise wird ein Vollwellen-Gleichrichter verwendet, um Ausgangssignale der gleichen Polarität auf beiden Seiten des Nullpunktes zu liefern. Die Schwellwert-Schaltung kann manuell auf einen gewünschten Wert größer als Null entsprechend der gewünschten Breite des Phasenwinkelsektors eingestellt werden. Bei einer Vollwellen-Gleichrichtung entspricht der Nullpunkt des Ausgangssignals einem Phasenwinkel der recht-

509812/0745 " ⁵ ~

winkligen Komponenten in der Mitte des Phasenwinkelsektors, und die Einstellung der Schwellwert-Schaltung verbreitert oder verengt den Sektor angenähert symmetrisch zu der Mitte des Sektors.

Aus dem Vorhergehenden wird klar, daß das Einstellen der Sinus-Cosinus-Multiplikationseinrichtung die Winkellage des Sektors in bezug auf die Phase der rechtwinkligen Signale ändert, so daß eine Phasenverschiebung der rechtwinkligen Komponenten überflüssig ist.

Das Torsteuersignal kann verwendet werden, um mehr als eine Torschaltung zu steuern, wenn es erwünscht ist. In einer Ausführungsform läßt eine Doppeltorschaltung die rechtwinkligen Komponenten zu einem Oszilloskop durch, um nur Signale innerhalb des ausgewählten Winkelbereichs anzuzeigen. Es können Vorkehrungen getroffen werden, um die Doppeltorschaltung so auszuschalten, daß alle Signale angezeigt werden. Eine zweite Torschaltung liefert ein Signal zu einer Klassifizierungseinrichtung, wie z. B. zu einem Schreiber, einer Sichtanzeige, einer Alarmanlage usw. Obwohl die zweite Torschaltung nur ein rechtwinkliges Signal zu den anschließenden Einrichtungen führen könnte, ist es bevorzugt, die beiden rechtwinkligen Komponenten zu vereinigen, um die Vektoramplitude zu erhalten, und diese Vektoramplitude den anschließenden Einrichtungen zuzuführen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Wirbelstrom-Prüfgeräts, das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet ist;

509812/0745 - 6 -

Fig. 2 die Polaranzeige, die erfindungsgemäß erhalten werden kann;

Fig. 3 einen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung; und

Fig. 4 die Winkelbeziehungen, die bei der Schaltung der Fig. angewendet v/erden können.

In der Fig. 1 ist ein Wirbelstrom-Prüfgerät von bekannter Art dargestellt, bei dem eine Begrenzung des Phasenbereichs gemäß der Erfindung angewendet wird. Einer Primärspule 21 des Gerätes werden Sinuswellen oder Impulse einer gewünschten Frequenz oder einer gewünschten Impulsfolgefrequenz von einer Quelle 22 zugeführt. Zwei Detektorspulen 23, 23* sind gegeneinander in
Reihe geschaltet, um als Null-Detektoranordnung zu arbeiten.
Der zu prüfende Gegenstand ist als Stange 24 dargestellt, die kontinuierlich durch die Spulenanordnung läuft, wie durch den Pfeil angedeutet ist. In der praktischen Ausführung können die Detektorspulen 23, 23' im Inneren der Primärspule 21, koaxial zu dieser und in axialer Richtung in einem Abstand zueinander angeordnet sein. Die Stange 24 wird dabei so angeordnet, daß
sie entlang der Achse der Spulenanordnung durchläuft.

Die Detektorspulen sind mit einer Abgleichschaltung 2 5 verbunden, die im wesentlichen eine Ausgangsspannung Null liefert,
wenn die Stange 24 vollständig einheitlich ist, und die irgendwelche erforderlichen Impedanzanpassungen bewirkt. Wenn
ein Abschnitt der Stange 24 Fehler oder Risse oder allgemein
irgendwelche Änderungen aufweist, wird ein Ausgangssignal erzeugt, das sich in der Amplitude oder Phase oder in beiden
ändert.

509812/0745

Es sind auch andere Arten von Prüfspulenanordnungen bekannt, wie z. B. zwei Spulen die in axialer Richtung getrennt sind und als die zwei Zweige einer Brückenschaltung geschaltet sind, die von einer Wechselstrom- oder Impulsquelle gespeist wird.

Das Spulenausgangssignal wird in einem Eingangsverstärker 26 verstärkt und zwei phasenempfindlichen Detektoren 27 und 28 in einem vertikalen bzw. einem horizontalen Kanal zugeführt. Das Ausgangssignal der Quelle 22 wird einem rechtwinkligen Torimpuls-Generator 29 zugeführt, dessen 9O°-Ausgangssignale den Detektoren 27, 28 zugeführt werden. Demgemäß sind die Ausgangssignale der Detektoren in den Leitungen 31 und 32 die zueinander rechtwinkligen Komponenten der Signale von den Detektorspulen. Die jeweiligen rechtwinkligen Komponenten werden in den Blöcken 33, 34 verstärkt und über Bandpaß-Filter geführt. Die verstärkten und gefilterten rechtwinkligen Signalkomponenten erscheinen dann in den Leitungen 35 und 36.

Diese rechtwinkligen Komponenten werden einer Phasenwinkel-Steuer schaltung 37 zugeführt, die ein Torsteuersignal in der Leitung 3 8 erzeugt, wenn der Phasenwinkel der Komponenten in einem gewünschten begrenzten Ansprechbereich des Phasenwinkels liegt. Ein Schalter 39 führt in der dargestellten Stellung das Torsteuersignal einer Doppeltorschaltung Ul zu. Wenn das Torsteuersignal die Tore dieser Schaltung öffnet, werden die vertikalen und die horizontalen rechtwinkligen Komponenten auf den Leitungen 3 5 und 36 zur Anzeige einem Kathodenstrahloszilloskop 42 zugeführt. Wenn der Schalter 39 in der gestrichelt gezeichneten Stellung ist, ist die Doppeltorschaltung ¹H ständig geöffnet, so daß alle Ausgangssignale angezeigt werden.

Die vertikalen und die horizontalen Komponenten auf den Lei-

509812/0745

tungen 35 und 36 werden ebenfalls einer Vektoramplitudenschaltung 43 zugeführt, die ein Ausgangssignal in der Leitung 44 erzeugt, das angenähert die Größe des Vektors darstellt, der durch die horizontale und die vertikale Komponente gebildet wird. Diese Schaltung kann eine Additionsschaltung sein, wie sie in der zuvor genannten US-PS 3 405 354 beschrieben ist, die so ausgebildet sein kann, daß sie über einen Winkelbereich von 3 60° eine Amplitude liefert, die innerhalb ί 4 % der wahren Vektoramplitude entspricht. Es können aufwendigere Schaltungen entworfen werden, um eine genauere Vektoramplitude zu liefern, indem die Quadratwurzel der Summe der Quadrate der zwei rechtwinkligen Komponenten gebildet wird, wie dies dem Fachmann bekannt ist. Die Vektoramplituden werden einer Torschaltung 4 5 zugeführt, die von der Schaltung 3 7 gesteuert wird. Der Ausgang der Torschaltung wird einer Schwellwert-Steuerschaltung 46 zugeführt, die Signale oberhalb einer gewünschten Schwelle zu Klassifizierungsschaltungen 47 durchläßt, die eine Sichtanzeige, einen Schreiber usw. einschließen können.

Um die Phasenwinkelsteuerschaltung und die Torschaltungen testen und einstellen zu können, ist ein rechtwinkliger Os^- zillator 4 8 vorgesehen, der bei geschlossenem Schalter 49 rechtwinklige Signale zu den horizontalen und vertikalen Verstärkern und Filtern 33 und 34 liefert.

In Fig. 2 sind verschiedene mögliche Anzeigen dargestellt, die erfindungsgemäß erhalten werden können. Die Kreise 51 stellen den Schirm des Oszilloskopes 42 dar. In Fig. 2a sind Signale 52 bis 54 verschiedener Amplitude und Phase gezeigt. Bei Fehlerprüfgeräten, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, erzeugt ein gegebener Riß häufig ein anfängliches Signal, dem ein ähnliches Signal um 180° im Phasenwinkel verschoben folgt. Diese Signale 52' - 54' sind ebenfalls dargestellt. Weiter

509812/0745 - 9 -

zeigt die Figur offene Sektoren oder "Fenster" 55, die irgendwelche Fehlersignale anzeigen, deren Phasen in diesen offenen Sektoren liegen. Die schraffiert dargestellten Teile 56 stellen die Bereiche dar, in denen keine Signale angezeigt werden. Die Winkelbreite und die Winkelstellung der Fenster wird durch die Phasenwinkelsteuerschaltung 37 der Fig. 1 bestimmt, wie später beschrieben wird.

In den Fig. 2b - 2d haben die Fenster die gleiche Breite aber verschiedene Winkelstellungen. So werden in Fig. 2b die Signale 53, 53' angezeigt und die.anderen ausgeschlossen. In Fig. 2c werden die Signale 52, 52' und in Fig. 2d die Signale 54, 54' angezeigt, während die anderen Signale ausgeschlossen werden. In Fig. 2e sind die Fenster 55' verengt und die Winkelstellung von Fig. 2b ist verändert. Das Signal 53 wird immer noch angezeigt, aber der Phasenwinkelbereich, in dem Signale angezeigt werden können, ist kleiner. In Fig. 2f sind die Fenster 55" sehr breit gemacht, so daß nur Signale in dem engen Bereich der schraffierten Sektoren 56" nicht angezeigt werden.

In Fig. 3 sind Schaltungen für die Phasenwinkelsteuerschaltung 37 und die Doppeltorschaltung 41 gezeigt, die in Fig. 1 in dem gestrichelten Kasten eingeschlossen sind. Die rechtwinkligen Signalkomponenten von den Leitungen 35, 36 werden Eingangsanschlüssen 35' bzw. 36' zugeführt. Der Einfachheit halber sollen die zwei Eingänge mit y und χ bezeichnet werden. Wie in Fig. Ua zu sehen ist, gelten für einen Vektor der Länge R die Beziehungen y = R sine* und χ = R cos<X . In dem oberen Kanal wird das Signal y einer 180°-Phasenteiler-Schaltung zugeführt, die einen Transistor Ql und anschließend zwei Emitterfolger-Treiber Q2, Q3 aufweist. Die Ausgänge der letzteren sind um 180° außer Phase und werden über Kondensatoren 61, 62 den ent-

B09812/0745 - ¹⁰ -

gegengesetzten Anschlüssen eines Sinus-Cosinus-Potentiometers 63 zugeführt. In dem unteren Kanal wird das Signal X in gleicher Weise durch die Transistoren Q4, Q5, Q6 verarbeitet und den entgegengesetzten Anschlüssen eines Sinus-Cosinus-Potentiometers 64 zugeführt. Die Zwischenanschlüsse dieser Potentiometer sind geerdet, wie in Fig. 3 zu sehen ist.

Die Potentiometer sind miteinander gekoppelt und nur ein Schleiferabgriff jedes Potentiometers wird verwendet, wobei der Schleifer 65 und der Schleifer 66 unter 90° zueinander stehen. Wenn daher die Eingänge in der dargestellten Weise angeschlossen sind und die Schleifer 65, 66 werden zu verschiedenen Winkelstellungen ß bewegt, wird der eine Eingang mit sinß und der andere mit cos ß multipliziert.

Es sei darauf hingewiesen, daß allgemein für jeden Wert der rechtwinkligen Komponenten ein Winkel ß existiert, mit solchen Sinus- und Cosinus-Werten, daß bei Multiplikation dieser Werte mit den zugehörigen rechtwinkligen Komponenten und bei algebraischer Addition die Resultierende Null wird. Die speziellen trigonometrischen Gleichungen und die Wahl von Sinus und Cosinus hängt von den ausgewählten Bezugswinkeln ab.

Zum Zwecke der Erläuterung soll hier angenommen werden, daß χ und y der Darstellung in Fig. 4a entsprechen, wobei die gezeigten Polaritäten der üblichen Quadrantendarstellung entsprechen. Es soll außerdem angenommen werden, daß, wenn der Vektor R bei 90° liegt und sinw für die y-Komponente gleich +1 wird, die Polaritäten des y-Phasenteilers Ql und der Treiber Q2, Q3 bewirken, daß der obere Anschluß des Potentiometers 63 positiv und der untere Anschluß negativ ist. In gleicher Weise soll angenommen werden, daß, wenn R bei 0 liegt und

509812/0745

cos«*, für die x-Kompcrente gleich +1 wird, der x-Phas ent eiler Q4 und die Treiber Q5, Q6 bewirken, daß der obere Anschluß des Potentiometers 6 4 positiv und der untere Anschluß negativ ist.

Wird der Winkel ß von der in den Fig. 4b und 4c gezeigten Stellung gezählt und ist der Schleifer 66 um 90 vor dem Schleifer 65, so multipliziert der Schleifer 65 den y-Eingang mit sin ß und der Schleifer 6 6 multipliziert den x-Eingang mit cos ß, wodurch sich die folgenden Ausgangssignale ergeben:

E=R sinm sin ß
E = R cosol cos ß

Wenn ß =« + 90°, dann wird E + Ε_χ Null. Zur Erläuterung sollen einige Beispiele gegeben werden.

Wenn oC = Null und ß = 90°, dann stehen die Schleifer wie in Fig. 3 dargestellt ist. Sowohl E als auch E werden Null, da

ο sinfr und sin ß Null sind. Das gleiche trifft zu, wenn 0\ = 180 und ß = 2 70°. Wenn c\ =90° und ß = 180°, werden ebenfalls Null-Ausgangs signale erhalten, da sin ß .und coso; jeweils Null sind. Das gleiche gilt, wenn cn = 270° und ß = 360° (0°).

Es sollen nun Zwischenpunkte in den ersten und zweiten Quadranten betrachtet werden. Es sei entsprechend den Schleiferstellungen in den Fig. 4b und 4c angenommen, daß (X =45 und ß = 135°. E istdann R(0,707)(0,707) und Ε_χ ist dann R(0,707)· (-0,707), so daß sie in der Amplitude gleich aber in der Polarität entgegengesetzt sind. Wenn o( =60° und ß = 150°, dann gilt E = R(O,866)(O,5OO) und Ε_χ = R(O,5OO)(-O,866). Wenn OC = 150° und ß = 240°, dann gilt E = R(O,500)(-0,866) und E_v = R(-0,866)(-0,500). In beiden Fällen ergibt sich zahlen- ■

609812/0745 - ¹² -

mäßig die gleiche Größe aber das entgegengesetzte Vorzeichen.

Es sollen nun der dritte und der vierte Quadrant betrachtet werden. Wenn ¹X = 240° und ß = 330°, dann gilt E = R(-O,866)(-O,5OO) und Ε_χ = R(-0,500)(0,866). Bei

<X = 330° und ß = 60° gilt E = R(-0,500)(0,866) und E * R(O,866)(0,500). In beiden Fällen sind die Werte der

Größe nach gleich aber besitzen entgegengesetzte Vorzeichen.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, liefert eine gegebene Einstellung der Sinus-Cosinus-Potentiometer zwei Fenster, die um 180 gegeneinander versetzt sind. Ein Beispiel soll genügen. Es sei angenommen Oc = 240°, was um 180 gegen das oben gegebene Beispiel von 60° verschoben ist, und ß = 150° wie in diesem Beispiel. Dann gilt E = (-O,866)(O,5OO) und Ε_χ = (-0,500)(-0,866), das heißt, sie besitzen die gleiche Größe aber entgegengesetzte Polarität.

Es soll hier klar darauf hingewiesen werden, daß die oben angegebenen Gleichungen und numerischen Werte auf den Bezugswinkeln und Winkelrichtungen beruhen, die in Fig. 4 angegeben sind, und daß andere Werte und Gleichungen erhalten werden, wenn andere Annahmen gemacht werden. Wenn allgemein eine der rechtwinkligen Signalkomponenten abnimmt und die andere zunimmt, wenn sich c* ändert, nehmen die Multiplikationsfaktoren zu bzw. ab, so daß resultierende Signale bei dem gewünschten Vektorwinkel entstehen, die in der Größe gleich sind.

Anstelle der in Fig. 3 gezeigten Sinus-Cosinus-Potentiometer können andere Anordnungen zur Durchführung der gewünschten Multiplikation verwendet werden, wenn dies erwünscht ist.

- 13 -

509812/0745

In Fig. 3 werden die resultierenden Signale E und E einer algebraischen Additionsschaltung zugeführt, die gleiche Widerstände 67, 67' aufweist. Das Ausgangssignal an dem Verbindungspunkt 68 wird Null, wenn Oi und ß den oben beschriebenen Beziehungen genügen. Wenn sich bei einem gegebenen Potentiometerwinkel ß der Vektorwinkel ex ändert, ändert sich die Spannung am Punkt 68 um gleiche Werte, aber mit entgegengesetztem Vorzeichen für gleiche Vektorwinkel zu beiden Seiten des Winkels, der die Spannung Null liefert. Bei ß = 150° gibt z. B. der Vektorwinkel d = 60° ein Null-Ausgangssignal, wie oben beschrieben wurde. Wenn sich Ol auf 90 ändert, so ergibt sich unter Anwendung der obigen Gleichungen ein Ausgangssignal von +0,5R am Punkt 68
Ausgangssignal -0,5R.

von +0,5R am Punkt 68. Wenn sich (X auf 30° ändert, wird das

Das Ausgangssignal am Punkt 68 wird einem Verstärker 69 zugeführt, der als üblicher Operationsverstärker dargestellt ist, und das verstärkte Ausgangssignal wird einer 180 -Phasenteilerschaltung zugeführt, die den Transistor Q7 enthält. Die in der Phase geteilten Ausgangssignale von Q7 werden über jeweilige Emitterfolger-Treiber Q8 und Q9 einer Vollwellen-Gleichrichterschaltung 71 zugeführt. Liegt an dem Punkt 68 die Spannung Null, so werden gleiche Signale Q8 und Q9 zugeführt, und das gleichgerichtete Ausgangssignal auf der Leitung 72 ist Null. Die Dioden in der Schaltung 71 sind so gepolt, daß ein negatives Ausgangssignal in der Leitung 72 erhalten wird, wenn sich die Spannung am Punkt 68 in beide Polaritätsrichtungen von Null aus ändert. Das gleichgerichtete Signal wird einem einstellbaren Potentiometer 73 zugeführt, dessen Schleifer über die Leitung 7H mit einem Differenzverstärker 75 verbunden ist. Eine einstellbare negative Vorspannung wird dem anderen Eingang des Verstärkers von dem Potentiometer 76 zugeführt. Der Ausgang des Differenzverstärkers wird über eine Diode 77 und

509812/0745

-IU-

einen Widerstand 78 zu der Leitung 38 und einem Kontakt geführt, der mit dem Schalterarm 39 in Berührung kommen kann, wie in Fig. 1 gezeigt ist.

Der Differenzverstärker ist so geschaltet, daß, wenn der negative Eingang auf der Leitung 74 kleiner als die negative Vorspannung von dem Potentiometer 76 ist, der Verstärkerausgang Null oder negativ wird und durch die Diode 77 gesperrt wird. Dadurch befindet sich die Leitung 38 auf Erdpotential. Wenn die Leitung 74 stärker negativ als die Vorspannung wird, geht das Ausgangssignal auf positiv und wird durch die Diode 77 durchgelassen, so daß die Leitung 78 positiv wird. Eine Zenerdiode 79 beschränkt den positiven Ausschlag zu Schutzzwecken.

Der Schalterarm 39 ist mit den Steuereingängen 40 einer Doppeltorschaltung 41 verbunden, die, wie gezeigt ist, ein kommerziell erhältlicher Typ ist, der so aufgebaut ist, daß die Tore offen sind und Signale durchlassen, wenn die Steuereingänge geerdet sind. Die Doppeltorschaltung wird mit den vertikalen und horizontalen Signalen von den Leitungen 35, 36 gespeist , wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde, und läßt diese über die Leitungen 81, 82 zu dem Oszilloskop 42 durch, Wenn die Leitung 38 positiv wird, werden die Tore gesperrt und die entsprechenden Signale werden ausgeschlossen, wie in Fig. 2 dargestellt ist.

Zweckmäßigerweise ist das Vorspannungspotentiometer 76 intern einstellbar und das Potentiometer 73 für das gleichgerichtete Potential ist von außen einstellbar, wodurch es möglich wird, irgendeine gewünschte Breite des Aufnahmewinkelsektors oder "Fensters" auszuwählen. Wie zuvor beschrieben wurde, erlaubt

- 15 -

609812/0745'

die Einstellung der Sinus-Cosinus-Potentiometer 63, 61 die Festlegung des Fensters auf irgendeine gewünschte Winkeleinstellung in bezug auf die Phase der Eingangsvektorkomponenten. Auf diese Weise ist sowohl die Winkelstellung als auch die Breite des Fensters in bequemer Weise einstellbar.

Wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde, kann das Torsteuersignal auf Leitung 39 einer weiteren Torschaltung 45 zugeführt werden, die entweder die vertikale oder die horizontale Komponente, oder vorzugsweise ein Vektoramplitudensignal, das von den vertikalen und horizontalen Komponenten abgeleitet ist, zu den nachfolgenden Schaltungen führt.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, erdet der Schalterarm 39 in seiner unteren Stellung die Steuereingänge der Doppeltorschaltung Ul, so daß alle empfangenen Signale angezeigt werden. Dies erleichtert die Einstellung des Fensterwinkels und der Fensterbreite auf den gewünschten Winkelbereich. Ein Druckknopfschalter kann für diesen Zweck verwendet werden. Wenn es erwünscht ist, kann ein getrenntes Oszilloskop von den Leitungen 35, 36 gespeist werden, um kontinuierlich alle Signale' anzuzeigen.

Anstatt das Signal auf Leitung 38 zu verwenden, um die Tore während des gewünschten Anzeigewinkelsektors zu öffnen, kann das Signal dazu verwendet werden, die Tore während des unerwünschten Winkelsektors zu sperren, indem z. B. die TorSteuersignale umgekehrt werden oder eine entsprechende Torschaltung gewählt wird.

Zwei oder mehrere Phasenwinkel-Steuerschaltungen und Torschaltungen können verwendet werden, um entsprechende Winkelsektoren

- 16 -

509812/0745

für die Anzeige auszuwählen, falls dies erwünscht ist. Dies kann z. B. insbesondere nützlich sein zur Trennung von Rissen am Außendurchmesser und am Innendurchmesser.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 wird eine einfache Widerstandsadditionsschaltung für die algebraische Addition der resultierenden rechtwinkligen Komponenten nach der Multiplikation mit den jeweiligen Faktoren verwendet. Falls es erwünscht ist, können andere Additions- oder Subtraktionsschaltungen verwendet werden, und die Sinus-Cosinus-Potentiometer können so angeordnet sein, daß sie Ausgangssignale der geeigneten Polarität liefern. Es kann z. B. ein Differenzverstärker verwendet werden, der mit jeweiligen Signalen der gleichen Polarität bei dem gewünschten Vektorwinkel gespeist wird. Es können auch Vorspannungen in die Verarbeitungsschaltungen eingeführt werden, so daß ein minimaler Wert anstelle eines Nullwertes geliefert wird, wenn die multiplizierten Signale von im wesentlichen gleicher Amplitude sind.

Mit der dargestellten Vollwellen-Gleichrichtung verbreitern sich die Fenster symmetrisch in bezug auf ihren mittleren Winkel. Dies wird bevorzugt. Falls es jedoch erwünscht ist, kann nur eine Polarität der Abweichung von dem Zustand gleicher Amplitude verwendet werden, so daß sich das Fenster nur in eine Richtung von dem Zustand gleicher Amplitude öffnet. Dies kann dadurch bewirkt werden, daß die Schaltungen so ausgelegt werden, daß nur eine Polarität der Abweichung verstärkt wird oder durch eine Halbwellen-Gleichrichtung usw.

Das beschriebene spezielle Ausführungsbeispiel ist ein Wirbelstrom-Fehlerprüfgerät, die Erfindung kann aber ebenfalls mit Wirbelstromgeräten vom Vergleichertyp verwendet werden, bei denen ein zu prüfender Gegenstand mit einem Bezugsgegenstand

509812/0745 - 17 -

verglichen wird. Obwohl die Vorrichtung zur Begrenzung des Phasenbereichs, die beschrieben wurde, speziell für ein Wirbelstrom-Prüfgerät ausgelegt ist, kann sie ebenfalls in anderem Zusammenhang verwendet werden, wo rechtwinklige. Komponenten zur Verfügung stehen oder erzeugt werden können, und es erwünscht ist, den Phasenwinkelbereich des Ansprechens zu begrenzen.

509812/0745

Claims

Pat entansprüche

Vorrichtung zur Begrenzung des Phasenwinkelbereichs, innerhalb dessen Signale einer Ausgangsschaltung zur Anzeige oder Klassifizierung zugeführt werden, insbesondere für ein Wirbelstrom-Prüfgerät mit einer Prüfspulenanordnung, die zur Induzierung von Wirbelströmen in einem Prüfling erregbar ist und ein Ausgangssignal liefert, dessen Amplitude und Phase sich mit Änderungen des Prüflings ändern, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung von zueinander rechtwinkligen Signalkomponenten dieses Ausgangssignals, durch eine einstellbare Sinus-Cosinus-Multiplikationseinrfchtung, die die rechtwinkligen Signalkomponenten empfängt und die Komponenten jeweils mit Sinus- bzw. Cosinus-Funktionen multipliziert und dadurch jeweils Signale von im wesentlichen gleicher Amplitude bei einem Phasenwinkel der rechtwinkligen Signalkomponenten liefert, der von der Einstellung der Multiplikationseinrichtung abhängt, durch eine Vereinigungseinrichtung, die auf diese jeweiligen Signale ansprechend ein Ausgangssignal von minimalem Wert, wenn die Signale im wesentlichen die gleiche Amplitude haben, und von zunehmend größerem Wert liefert, wenn die Signale ungleich werden, durch eine Schwellwert-Einrichtung, die auf das Ausgangssignal dieser Vereinigungseinrichtung ansprechend ein Torsteuersignal liefert, wenn das Ausgangssignal in einem Bereich liegt, der einem begrenzten Phasenwinkelbereich dieser rechtwinkligen Komponenten entspricht, durch eine Torschaltung mit Eingang und Ausgang, wobei dem Eingang ein Signal zugeführt wird, das wenigstens einem dieser rechtwinkligen Signal-

50981 2/0745 - 19 -

komponenten entspricht, durch eine Einrichtung, die das Torsteuersignal der Torschaltung zuführt, wodurch deren Ausgang auf Signale beschränkt ist, die in einem beschränkten Phasenwinkelbereich liegen, und durch eine Einrichtung, die das Ausgangssignal der Torschaltung der Anzeige- oder Klassifizierungseinrichtung zuführt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die einstellbare Sinus-Cosinus-MuItiplikationseinrichtung zwei gekoppelte Sinus-Cosinus-Potentiometer aufweist, die mit den jeweiligen rechtwinkligen Signalkomponenten gespeist werden, wobei die Schleifer der Potentiometer jeweils relativ zueinander so orientiert sind, daß sie die diesen zugeführten Eingangssignale mit Sinus- bzw. Cosinus-Funktionen multiplizieren.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Vereinigungseinrichtung eine algebraische Additionseinrichtung zur Erzeugung von Ausgangssignalen entgegengesetzter Polarität in bezug auf den minimalen Wert, wenn die Signale in entgegengesetzten Richtungen ungleich werden, und eine Gleichrichtereinrichtung aufweist für die Erzeugung eines Ausgangssignals der gleichen Polarität für jede Polarität dieser Ausgangssignale entgegengesetzter Polarität.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Vereinigungseinrichtung eine Widerstandsadditionsschaltung, mit der die Schleifer der Potentiometer verbunden sind, und eine Einrichtung zur Verstärkung und Vollwellen-Gleichrichtung der Ausgangssignale der Widerstandsadditionsschaltung aufweist.

- 20 5 09812/0745
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Torschaltung eine Doppeltorschaltung ist, der die jeweiligen rechtwinkligen Signalkomponenten zugeführt werden, und die ein Oszilloskop enthält , das mit den Ausgängen dieser Doppeltorschaltung gespeist wird und eine Polaranzeige der Signale erzeugt, die in diesem beschränkten Phasenwinkelbereich liegen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die mit den rechtwinkligen Signalkomponenten gespeist wird und ein Ausgangssignal erzeugt, das angenähert der Amplitude des Vektors proportional ist, der durch die rechtwinkligen Komponenten dargestellt wird, daß dieses Ausgangssignal dem Eingang der Torschaltung zugeführt wird, und daß eine Schwellwert-Steuerschaltung mit dem Ausgang dieser Torschaltung gespeist wird und die Vektoramplituden oberhalb einer vorbestimmten Amplitude der Anzeige- oder Klassifizierungseinrichtung zuführt.

509812/0745