DE2502141A1 - Ultraschall-impulsgeraet zur werkstoffpruefung - Google Patents

Description

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Frank Arnold Nix

6 Frankfurt am Main 70

ütffi WEHESTGFi¹PH

Die Erfindung betrifft das Gebiet dor zerstörungsfreien werkstoffprüfung (vorzugsweise Betonprüfung)» insbesondere ein Gerat für derartige Prüfungen nach dem Schailschatten-Verfahren·

Bekannte Ultraschali-Impulsgeräte, die zur Werkstoffprüfung (vorsugsweise für die Betonprüfung) nach deiSchallschatten-Verfahren dienen, enthalten folgende Baueinheiten zur Messung der Ultraschall-Lauf zelt im V/erkstoff ί einen Stsuergenerator, einen O?astimpulügenerator, einen Sendewandler und einen Btnpfangswandler, einen Tei'starker, eine triggerbare Ablenkschaltung, Schaltungen fur kontinuierliche und stufenweise Ablenkverzögerung, eine Koinzidenzschaltung mit einem Relais am Ausgang, einen Elchmarkengenerator, eine Schaltung zur Nulleinstellung und eine Elektronenr.trahl-Anr-: :igerbhr.e ('/.. H, nach dor so\vj'?!ilse7ioii Urhebera^lcaiido

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X=. 27C318, Kl. 42 k, 45/06).

Bel diesen bekannten Geräten ist die Messung· mehrerer Konnwerte des einen Werkstoff durchlaufenden Ultraschallsignals möglich. (Fortpflanzungsgeschwindigkeit, Periodendauer dor Hauptwelle, Nachhalldauer). Die Messung von ZeItIntervallen erfolgt m den erwähnten Geraten durch Verzögerung der Strahlablenkung in der 5?ur Anzeige verwendeten Elektronenstrahlröhre bis zum Zeitpunkt, in dem die su messende Phase des empfangenen Signals mit dem Anfang der Ablenklinie zusammenfällt, ".wobei die Ablesung, an-der Skala eines zur Regelung der Verzogorungsdauer benutzten Mittels. erfolgt. Die Prüfung der Skalengenauigkeit wird vor Beginn der Messung mit Hilfe von Marken der von einem iUestgonerator erzeugten elektronischen Zeltskala vorgenommen.

Das Vorhandensein einer mechanischen Ablasungsvorrichtung mit Skala und die Notwendigkeit., die. Eichung der Skala regelmäßig durchzuführen, bedingen eine niedrige Betriebszuverlässigkeit des Geräts sowie eine geringe Meßgeschuindigkelt und iicßgenauigkeit. Infolge einer Aufhellung und einer Verzerrung des Ablenk-Imienanfangs, die durch gleichzeitige Auslösung der Ablenkung und der Strahlhell tastung in der Elektronenstrahlröhre bedingt sind, entstehen Deckungsfehler bei ungenauer Zusammenfuhrung der zu messenden Signalphase und des Ablenklmienanfangs. Diese Deckung sf ehlar entstehen auch bei der Nulle ins teilung des Geräts (bei aneinandergefügten Wandlern).

Die Erfindung bezweckt somit die Beseitigung der erwähnten

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Mänge1.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit und der Genauigkeit der für dlo Materialprüfung bestimmen Geräte," in denen die Messung von Zelt Intervallen durch Deckung der zu messenden Phasen des L-nrpfangssignals und des Ablenklinienanfangs, erfolgt, wurde der Erfindung die Aufgäbe zugrunde gelegt, die mechanische.""Ablegeeinrichtung mit einem Elchgenerator durch eine zuverlässige Digital-Abieseeinrichtung zu ersetzen sowie die Aufhellung und die Verzerrung der Ablenklmie durch eine Verzögerung der Stratilhelltastung in der Elektronenstrahlröhre in Bezug auf den ■Einsatzpunkt der Ablenkung zu beseitigen« ~

Das zu diesem Zweck entwickelte und für die Werkstoffprüfung nach das Schallschatten-Verfahren bestimmte Ultraschall--Ittjjulsgerät, welches für die Messung der Zelt, m der die Ultraschalllmpulse den zu prüfenden Werkstoff durchlaufen, einen ^teuergenerator, einen Tastimpulgenerator, einen ültraschallstrahler und einen Empfänger zum Empfang"" des"-Ultraschalls-nach seinem Werkstoffdurchgang, einen triggerbaren Ablenkgenerator, eine Ablenkverzögerungsschaltung, eine Schaltung ζurÜTullemsteilung, eine Koinzidenzschaltung mit einem Relais am Ausgang und eine Elektronenstrahl-Anzeigeröhre enthalt, ist erfindungsgemäß

dadurch gekennzeichnet, daß es einen Wandler zur Umwandlung des zu messenden Zeltintervalls in einen Ziffernkode mit einer Zeitsolektlons-Schaltung und einen digitalen Ultraschall-Geschwindigkeitsmesser mit einer Koinzidenzschaltung, einer Schaltung zur

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Verzögerung der Helltastimpulse und einem HeUtastimpuls-Generator enthält, wobei em Eingang der Zeltselektions-Schaltung des erwähnten Wandlers an den Ausgang des genannten Steuergenerators unmittelbar und ein anderer Eingang über die Ablenkverzögerungsschaltung und die mit der letzteren in Heine liegende Schaltung zur Helltastimpulsverzögerung angeschlossen sind und der Ausgang der letzteren mit dem Eingang des Helltastimpuls-Generators über die erwähnte Schaltung zur Hülle l-ns te llung verbunden 1st, der zweljre Eingang des Helltastimpuls-Gener^tors an den Ausgang des triggerbaren Ablenkgenerators geschaltet ist und der Ausgang des Helltastimpuls-Generators an der Helligkeit^- Steuerelektrode der Elektronenstrahl-Anzeigeröhre liegt.

Die Anwendung des Zeltintervall-Ziffernkode-Wandlers im Ultraschall-Impulsgerät gibt die Möglichkeit, die Messung mit Hilfe einer mechanischen Skaleneinrichtung durch einen automatischen Meßvorgang zu ersetzen und dabei die Meßgenauigkeit wesentlich zu erhöhen.

Dabei entfallt auch die Notwendigkeit, die Skala periodisch

zu eichen»

Die Benutzung der Schaltung zur Verzögerung der Helltastimpulse, der Schaltung zur Hülleinstellung und des He11taetimpuls-

Generators, die miteinander in Eeihe liegen, ermöglicht es, eine Aufhellung und Verzerrung des Ablenklmienanfangs zu vermelden, die durch gleichzeitige Auslosung der Ablenkung und der Strahlhelltastung am Schirm der Elektronenstrahl-Anzeigeröhre bedingt sind und zu Deckungsfehlern sowohl bei der Hülle inst ellung als

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auch bei der Messung führen·

Eine andere Ausführungsvariante des erf indungsgemäi3en Ultraschallgerats ist dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte digitale Ultraschall-Geschwindigkeitsmesser mit einem Frequenzteiler ausgestattet ist, dessen Eingang mit dem Ausgang der genannten Zeltselektionsschaltung verbunden lst_f sowie einen Generator verbreiterter Impulse aufweist, dessen Eingang an den Frequenz teller angeschlossen ist und dessen Ausgang an einem zusätzlichen Eingang der Koinzidenzschaltung des erwähnten digitalen Ultraschall-Geschwindigkeitsmessers liegt·

Ein so aufgebauter digitaler Ultraschall-Geschwindigkeitsmesser ermöglicht außer den genannten Vorteilen auch eine merkliche Verlängerung des zu messenden Zeltintervalls·

Eine weitere Ausführungsvariante des eiifmdungsgemäßen Ultraschall-Prüfgeräts zeichnet sich außerdem dadurch aus, daß die Eingänge des triggerbaren Ablenkgenerators und der Schaltung zur Bullelnstellung beim Nulleinstellungsvorgang an den Ausgang des Steuergenerators angeschlossen werden·"

Die Benutzung der beschriebenen Ablenkverzogerungsschaltung ergibt eine höhere Meßgenauigkeit, da die Steuerimpulse des Meßgenerators eine bessere zeitliche Stabilität und stellere Flanken als beim rechteckigen Steuerimpuls der Ablenkverzogerungsschaltung in der erwähnten Schaltungsanordnung haben· Eine weitere Modifikation des erfindungsgemäßen Ultraschallist

gerätstdadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkverzogerungsschal-

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tung einen von dem erwähnten Steuergenerator gesteuerten Auftastimpulsgenerator enthält, dessen Ausgang mit einem Eingang einer logischen UND-Schaltung verbunden ist, der zielte Eingang der letzteren am Ausgang des Meßgenerators liegt und der .ausgang der UND-Schaltung über den Frequenzteller an den Stopp-Sing&ng

des genannten Auftastimpulsgenerators geschaltet ist. Die-Gesamtheit der geschilderten zusammenhängenden Merkmale der Erfindung führte bei Ihrer Benutzung im erfindungsgemäßen Serät zur Reduktion des Hauptfehlers beim Messen der Ultraschallgeschv.indlgkelt gegenüber den bekannten ähnlichen Geraten um das Zwei- bis Dreifache (bis zu 1% der Meßgröße). Die Erhöhung der Meßgenauigkeit · Ist besonders für die Prüfung von Erzeugnissen mit kleinen Abmessungen notwendig und ist bei Untersuchung des Zusammenhangs solcher Eigenschaften wie Druckfestigkeit, Porosität," Vorhandensein von Bissen, usw. mit der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Ultraschallschwingungen In den betreffenden Erzeugnissen von großer Bedeutung·

Schließlich unterscheidet sich das erfmdunüs^smäso Ultraschallgerät dadurch, daß zwischen dem Ausgang des erwähnten Meßgenerators und des Seltselektlonsschaltung ein Frequenzteiler

geschaltet ist.

In der nachstehenden Beschreibung wird die Erfindung anhand eines AusführungsbelspleIs und der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen

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. Flg. 1 Blockschaltbild das Ultraschall-Impulagorat&'-.£iic ϊ/erkstofxprüfung mit de& Zeltintervall-Älffernkode-Wandler, der ■ Schaltung zur IlelltastimpuiG-Veriiogg-UHu und dem. IlelXtastimpulc-L·leb, ;:ov;le dem Frequenzteiler und dem Generator verbreiterter ^ImpulsHjj. 2 das Blockschaltbild einer -Ausfuhr*

H ung der Verzögerungsschaltung mit Meßgenerator en, einer "UliD"-Sclialtung, einem ^uftastimpula^onerator und £v*ca Preq.üonzteiiern. - -

D^.s ü-Gi'Kt enthalt; einen otcuergenerator 1, der einen Tastlmpuls^enerator 2 für die Messung auslöst, sov/ie eine Schaltung 3 zur Ablenlcverzöcerung. Ein Ultrasclialistraliler 4 und ein Ultrasciiallerapfan^or 5 ^ind an ^ecGnüberllegeriden Selten des zu prüfenden Werkstoffes 6 angeordnet und dienen zur Urzeugung und zum Ecrpfang von UltraschallscIiKingungen, die durch den Werkstoff hindurch^egangen sind..

ITach der Vc-rata'rkung durch einen Verstärker 7 gelangen die Schwingungen an die Steuerelektrode der Elektronenstrahl-^nzelgerölire 8 zur visuellen Anzeige. , ' ;. .

Die Schaltung 3 zur üblenkverzögerung erzeugt einen Impuls mit der D^uer t, , dessen Hinterflanke einen trig^erbaren Ablenkgenerator 9 ansteuert. Die Sägezahnspannung des Generators 9 wird der Ablenkelekt;/ode der Elektronenstrahl-Anzeigeröhre 8 zugeführt. Außerdem lö,.t die üblenkverzögerungsschaltung ^ eine Schaltung 10 k,ur He Utas t imp uls-Ver zöge rung aus, die einen Impuls mit konstan-

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ter D„uer t._o erzeugt. Dieser ltapuis dient zur "Verschiebung des von dem Helltactimpuls-Ganerator 11 gelieferten HelHicictiinjulöec Die Helltastimpulse werden der entsprechenden Elektrode der ISlekuronenstrahl-Anzeigeröhre 8 zugeführt.

Die Schaltung 12 zur Nulle instellung 1st zwischen der Schaltung 10 zur HelltaGtimpuls-Verzögerung. und dom üclltastimpulü-Genorator 11 einge ehaltet und dient zur Z usamm.enfu.hr uns der Vor der flanke des empfangenen Signais mit den Anfang der Ablenkllnle beim HülleinsteliungüVorgang, wann der Strahler 4 und der Empfänger 5 voneinander gebracht werden.

Zu diesem Zweck erzeugt die Schaltung 12 zur Hülle ins teilung einen Impuls mit regelbarer Dauer t^p'· Die Schaltung 3 zur Ablenlcverzö^erung te tut auch eine

1^ in Betrieb, die einen Meßimpuls

mit einer Dauer von t., = t^ + t.Q + ΐ^₂ ^er2euG"^j welcher einem der Eingänge einer Koinzidenzschaltung 15 zugeführt wird* Die letztere dient zur zusätzlichen Markierung des Zeitpunktes, in dem die Vorderflanke des empfangenen Signals mit dem Abl&nklinlenanfang zusammenfällt, der auf dem Schirm der anzeigeröhre 8 von der Bedienungsperson verschoben wird· Diese Marke wird

durch Anlegung eines vom Generator 11 gelieferten Helltastinipul ses an die H_eiligkelts-Steuerelektrode der Elektronenstrahl-Anzeigeröhre 8 erzeugt.

Vom Ausgang der ZeltselcktionssciKätung 13 gelangt der

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Fes impuls mit der Datier t^, i-aci Eingang des digitalen "ultraiuali.ulI-Ckiscliv.andXgkeltsmessers 14, der in des Regel eine Koinzidenzschaltung enthalt, und za. einem. Eingang der Koinzidenzschaltung 15 Kit Selalsausgüng.

Der .ausgang der äeltselekiiXonsschaltKng 15 kann auch mit do ei Eingang das Frequenzteilers 16 verbunden werden, der den Generator 1? verbreiterter Impulse so ansteuert-^ das die Dauer deu Inipulses au Ausgang dieses Generators 17 proportional dem i'reciuenzteilun^sverliältnis des !'recjuen^texlörs 16 ist._:-

Dieser verbreiterte Impuls gelangt zum anderen'^-f^Lngang der sum digitalen GooChvilndlgkeltsaesser 14 gehörenden Eoin— ζ id ens schaltung wiä. wird nun sum MesJ-tapuls, da seine Dauer t^n = k.. t^v ist. Hierbei bedeuten k das Teilune;sverhältnis und ty.-τ die zu messende Laufselt von lHtraschailschwlngungen in dem zu prüfenden Werkstoff 6, die bei konstanter Burchschallungs— basis (d.h. dein Abstand des Strahlers 4 vom. Empfänger 5) proportional der zu messenden UltraschallgeschwindlgkeIt ist·

So wird bei k = 10 die gemessene Zeitdauer um den Faktor vergrößert, und insofern das gemessene Zeitintervall bei diesem Meßverfahren mit Zahlimpulsen ausgefüllt wird, steigt die Heß-Genauigkeit um das Zehnfache.

Lur weiteren Erhöhung den Heßgenauigkeit laßt man die üchaltunc 3 zur Ablenkverzögerung den Tastimpulsgenerator 2 ansteuern.Die och&itung 3 z«^ Ablenkverzögerung funktionlert^: wie folgt·

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Meßgenerator 18 erzeugt eine Spannung mit re ^aoiiz, die auf einen Eingang der IIIB-iJchaltung 19 gelangt, auf deren zweiten Eingang Impulse vom AuftastiEipuIsgenarator 20 gegeben werden. Beim Erscheinen tier vom «äteuergenerator 1 er setigten Impulse am 3tar^~Ein£jang des ^uftiastsenerators 20 wird die IMD-Schaltung 19 entsperrt, und an ihrem Ausgang erscneinen Impulse des Meßgenerators 18, die %w& Seiler 21 ge-

langano. Dieser zänlt die vorgegebene Anzahl von Steuer impulsen ab und stoppt den Auftastlmpulsgenerator 20, der die MD-üolialtaoag 19 bis zur nächsten Auslösung des Stetter^enarators 1 sperrt».

Βχβ auf diese V/eise abgetrennten zwei (oder mehrere) Impulse des Generators 18 mit regelbarer Frequenz werden als Steuerlcipulse zur getrennten Auslösung des 5}astimpulsgenerators 2 und des besetelebenen Anzelgekanals benutzt, wobei die i?eriodizitat dieser Auslösung vom Steuergenerator 1 festgelegt..wir d·

Dabei entspricht die Verzögerung der Auslösung des triggerbaren Ablenkgenerators 9 J-K Vergleich, nut des Startaeitpunkt des laatimpalsgenerators 2 deü Zeltintervall zwischen den an el abgetrennten Steuerimpulsen dea Meßgenerators 18 (also~deni er~ wähnten Zeitintervall t-»}·

Das Schalten des Frequenzteilers 22 ztiiEchen dem Meßgenerator 18 and dem. Eingang der Zeltselektionsschaltong 15 bietet die Mogliehfeelt das Zeitintervall in einen Ziffernkode, um η Male

großer als der zu messende Intervall, umzuwandeln, was dio Herabsetzung um. das n-faohe des relativen Fehlers herbeiführt»

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Claims (5)

Ί 1 —

1. Ultraschall-lmpulsgerat zur Werkstoffprüfung nacji dem Schallschatten-Verfahren, welches für die Messung der Zelt, in der die Ultraschallimpulse den zu prüfenden Werkstoff durchlaufen, einen Steuergenerator, einen Tastimpulsgenerator, einen Ultraschallstrahler und einen Empfänger zum Empfang des Ultraschalle nach seinem Werkstoffdurchsang, einen triggerbaren Ab-.' lenkgenerator, eine übienkverzogerungsschaltung,- eine Schaltung zur. Hullelnstellung, eine Koinzidenzschaltung mit einem Relais am Ausgang und eine Slektronenstrahl-ünzeigerÖhre enthalt, dadurch gekennzeichnet ,daß es einen \/andler zur Umwandlung des zu messenden ZeItIntervalls m einen Ziffernkode mit einer Zeitselektlonssclialtung (13) und einen digitalen Ultraschall-Geschwindigkeitsmesser (14) mit einer Koinzidenzschaltung, einer Schaltung C1O) zur Verzögerung der Helltastimpulse und einem Helltastimpuls-Generator (11) enthält, wobei ein Eingang der ZeltselelcijXönssclialtung des erwähnten Wandlers an den .Ausgang des genannten Stouergeneraiiors (1) unmittelbar und ein anderer Eingang über die iiblenkverzögerungsschaltung

(3) und die mit der letzteren in Reihe liegende Schaltung (10) zur Ilelltastimpulsverzögerung angeschlossen sind, und der .Ausgang der letzteren mit dem Eingang des Helltastimpuls-Generators (11) über die erwähnte Schält ung (12) zur : Bulle mstellung ver-

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bunden ist, der zweite Einsang des Helltastimpuls-Generators (11) an den Ausgang des triggerbaren Ablenkgenerators (9) geschaltet ist und der iiUsgang des Helltastimpuls-Generators (11) an der Helllgkelts-Steuerelektrode der Elektronenstrahl-Anzeigeröhre

(8) liegto

2. Ultraschallgerät nach .Anspruch 1,dadurch g e -

kennze lehne t ,daß der erwähnte digitale Ultraschali-Geschwlndlgkeitsmesser mit einem Frequenzteller (16) ausgestattet ist, dessen Eingang mit dem Ausgang dor genannten 2-eltselektionsschaltung (15) verbunden ist, sowie einen Generator (17) verbreiterter Impulse aufweist, dessen Eingang an den frequenzteiler (16) angeschlossen ist und dessen Ausgang an einem zusätzlichen Eingang der erwähnten Koinzidenzschaltung des genannten digitalen Ultraschall-Geschwindigkeitsmessers (14) liegt»

3· Ultraschallgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2* dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge

des triggerbaren Ablenkgenerators (9) und der Schaltung (12) zur Nulleinstellung beim Hülleinstellungsvorgang an den Ausgang des Steusrgenerators (1) angeschlossen sind.

4. Ultraschallgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch ge kennzeichne t ,daß dlo Ablenk-

verzögerungsschaltung (3) einen von dem erwähnten Steuergencrator

(1) gesteuerten Auftastimpulsgenerator (20) enthält, dessen Ausgang mit einem Eingang der logischen UND-Schaltung (19) verbunden ist, der zweite Eingang der logischen UlTO-Schaltung (19) am Aus-

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des Keß^ener,.tors (18) liegt und der Ausgang der MD-Schaltung (19) über einen Frequenzteller (21) an den Stopp-Eingang des genannten Auftastimpulsgenerators geschaltet ist,

5. ultraschallgerät nach ünsprUGh 4, dadurch gekennzeichnet ,das zwischen dein Ausgang des Me β-generators 18 und .-T₃W-EmT^ der /Jeitselektionsscliaitung ein

Frequenzteiler (22) eingeschaltet ist.

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