DE2439122A1 - Vorrichtung zur begrenzung des phasenwinkelbereichs insbesondere fuer ein wirbelstrom-pruefgeraet - Google Patents
Vorrichtung zur begrenzung des phasenwinkelbereichs insbesondere fuer ein wirbelstrom-pruefgeraetInfo
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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
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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
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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-
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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-
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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;
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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.
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.
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.
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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-
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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
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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-
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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
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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
E = R cosol cos ß
Wenn ß =« + 90°, dann wird E + Εχ 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 Εχ 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 Εχ = R(O,5OO)(-O,866). Wenn
OC = 150° und ß = 240°, dann gilt E = R(O,500)(-0,866) und Ev = R(-0,866)(-0,500). In beiden Fällen ergibt sich zahlen- ■
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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 Εχ = 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 Εχ = (-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.
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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.
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
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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
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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
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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
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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.
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Claims (6)
- Pat entansprücheVorrichtung 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
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