DE2530965A1

DE2530965A1 - Ultraschallgeraet zur zerstoerungsfreien werkstoffpruefung

Info

Publication number: DE2530965A1
Application number: DE19752530965
Authority: DE
Inventors: Sven Ebert Mansson
Original assignee: Magnetic Analysis Corp
Current assignee: Magnetic Analysis Corp
Priority date: 1974-07-15
Filing date: 1975-07-11
Publication date: 1976-02-05
Also published as: GB1521302A; US3972228A; GB1521303A

Description

Anmelder: Stuttgart, den 10. Juli 1975

Magnetic Analysis Corp₀ P 304-6 S/kg

535 South 4th Avenue

Mount Vernon, N₀Y,, V.St₀A₀

Ultraschallgerät zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung

Die Erfindung "bezieht sich auf ein Ultraschallgerät zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit einem Impulsgenerator und einem elektroakustischen Wandler zum Zuführen von Ultraschall-Impulsen zu einem Prüfobjekt, einer Empfangseinrichtung für Signale, die Unregelmäßigkeiten oder Fehlern in dem Prüfobjekt entsprechen, und einem eine Kathodenstrahlröhre und einen zu den Ultraschall-Impulsen synchronisierten Ablenkgenerator umfassenden Sichtgerät zur Darstellung der von der Empfangseinrichtung gelieferten Signale.

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Ultraschallgeräte zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, "bei denen ein elektroakustischer Wandler mit Impulsen beaufschlagt wird, damit er Ultraschall-Impulse an das zu prüfende Objekt abgibt, und empfangene Signale, die Unregelmäßigkeiten oder Fehlern in dem Prüfobjekt entsprechen, auf einer Kathodenstrahlröhre dargestellt und zum Auslösen von Anzeigeeinrichtungen, wie Alarmgebern, Markierungsgeräten, Aufzeichnungsgeräten usw. zugeführt werden, sind bekannte Gewöhnlich sind die empfangenen Signale Echos, die von der Vorder- und der Rückseite des Objektes sowie von Blasen, Rissen, Unstetigkeiten und anderen Unregelmäßigkeiten innerhalb des Objektes zwischen Vorder- und Rückfläche reflektiert werden«

Häufig wird ein einziger elektroakustischer Wandler zum Senden und Empfangen verwendet, obwohl auch getrennte Wandler benutzt werden können,, Anstatt von Echosignalen Gebrauch zu machen ist es auch möglich, Sende- und Empfangswandler auf entgegengesetzten Seiten des Objektes anzuordnen und Änderungen im Empfangssignal zu verwenden, um Unregelmäßigkeiten und Fehler im Prüfobjekt festzustellen« Um die Übertragung der Ultraschall-Impulse auf das Objekt und den Empfang der Signale zu erleichtern, wird gewöhnlich zwischen den oder die Wandler und das Prüfobjekt ein Koppelmedium gebracht, wie beispielsweise Wasser, öl oder dgl_o. Zur Abtastung verschiedener Abschnitte des Objektes kann von einer Relativbewegung zwischen Wandler und Objekt Gebrauch gemacht werden©

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Für solche Geräte sind sehr stabile Treiberimpulse wichtige Weiterhin ist es erwünscht, über mehrere Impulsfolgefrequenzen verfügen zu können, um verschiedenen, in der Praxis angetroffenen Forderungen genügen zu können_o So kann bei dickeren Objekten eine geringere Impulsfolgefrequenz als bei dünneren Objekten erforderlich sein, weil die Ultraschallwelle zum Durchqueren eines dickeren Objektes eine längere Zeit benötigt«, Bei jeder Impulsfolgefrequenz soll jedoch eine hohe Stabilität gewährleistet sein.

Empfangene Signale können sehr schwach sein und im Bereich von einigen Mikrovolt liegen_o Infolgedessen ist eine hohe Verstärkung erforderlich, und es ist auch hier eine hohe Stabilität bei kleinem Rauschpegel wichtige Ebenso muß eine ausreichende Bandbreite vorliegen, damit auch sehr kurze Hochfrequenz-Treiberimpulse benutzt werden können.

Es ist bekannt, Torsignale anzuwenden, die von dem verzögerten Sendeimpuls oder dem von der Vorderfläche erhaltenen Echoimpuls ausgelöst werden» Diese Torsignale können dazu benutzt werden, Echos in einem interessierenden Bereich des Objektes zum Auslösen eines Alarmes zu verwenden, wenn das Echosignal einen Schwellenwert überschreitet_o Es wurde auch vorgeschlagen, solche Torsignale zusammen mit den Echosignalen darzustellen, so daß die Echosignale auf der Spitze oder dem Boden des Torsignals aufsitzen,

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Je nach der Polarität des Torsignals. Ebenso werden auch alle Rauschsignale auf dem Torsignal aufsitzen» Hierdurch werden die Schwierigkeiten bei der Messung der Echoamplitude erhöht, weil die Amplitude des Torsignals in Rechnung gestellt werden muß_o Es wurde auch schon vorgeschlagen, die empfangenen Echosignale und das Torsignal bei aufeinanderfolgenden Ablenkungen abwechselnd darzustellen, insbesondere unter Versetzen der Basislinie zur Darstellung des Torsignals, so daß die während der Dauer des Torsignals empfangenen Echosignale auf dem Torsignal dargestellt werden·

Es ist weiter bekannt, von gedehnten Ablenkungen Gebrauch zu machen, um gedehnte Abschnitte des vollständigen Echosignals auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre darzustellen. Eine solche Dehnung kann hervorrufen, daß der gewünschte Abschnitt den Bereich des Bildschirmes verläßt, so daß weitere Einstellungen erforderlich sind.

Es ist weiter bekannt, Zeitmarken vorzusehen, und zwar diese Zeitmarken entweder den gleichen Ablenkungen aufzuprägen wie die Echosignale oder die Zeitmarken und die Echosignale auf abwechselnden Ablenkungen darzustellen«

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ultraschallgerät der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das sich durch verbesserte Einrichtungen zur Erzeugung der Treiberimpulse, Verstärkung des empfangenen Signals,

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Darstellung des empfangenen Signals sowie von Torsignalen und Markenimpulsen und zur Dehnung der Ablenkung auszeichnet.

Bei einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Impulse mit wählbarer Impulsfolgefrequenz mittels eines abstimmbaren Sinuswellen-Oszillators erzeugt, der einen Rechteckgenerator speist, und durch eine Teilerstufe, die einem Ausgangskreis einer Auslenkung bestimmter Polarität der ^echteckwelle zur Erzeugung eines Impulszuges mit einer Folgefrequenz zuführt, die ein ganzzahliger Bruchteil der Frequenz der Rechteckwelle ist. Ein einstellbarer Zeitkonstantenkreis dient zur Auswahl des gewünschten Bruchteiles« Eine zweite Teilerstufe, die von der ersten gespeist wird, kann dazu benutzt werden, noch kleinere Impulsfolgefrequenzen zu erzielen«. Der Impulszug wird dann Differenzier- und Verstärkerstufen zugeführt, um kurze Treibimpulse für den elektroakustischen Wandler zu schaffen.

Empfangene Signale werden einem Begrenzer und einem Verstärker zugeführt. Vorzugsweise wird ein mehrstufiger Transistorverstärker benutzt, dessen Stufen jeweils aus einem Emitterfolger mit einem Verstärkungsfaktor von etwa Eins und einem Aufwärtstransformator bestehen, der den Ausgang des einen Emitterfolgers mit dem Eingang des nächsten verbindet,» Auf

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diese V/eise kann eine hohe Verstärkung bei großer Bandbreite sowie hoher Stabilität und geringem Hauschpegel erzielt werden·

Die verstärkten Signale werden einer Kathodenstrahlröhre zur Darstellung zugeführt. Hierfür werden horizontale Ablenksignale gebildet, und es ist eine Dehnung ausgewählter, interessierender Abschnitte des gesamten Bereichs der empfangenen Videosignale vorgesehene Vorzugsweise werden ursprüngliche Rampensignale erzeugt, die eine vorbestimmte Amplitude haben und zu den '-Preibimpulsen für die elektroakustischen Wandler synchronisiert sind. Die Rampensignale werden über variable Dämpfungsglieder einem Begrenzer zugeführt, dessen Begrenzungsniveau kleiner ist als die Amplitude des Rampensignals« Durch Verstellen des Dämpfungsgliedes können Ablenksignale verschiedener Zeitdauer erzeugt werden, welche die gleiche Spitzenamplitude haben. Diese Ablenksignale werden verstärkt und der Kathodens trahlröhre zugeführt < >

Die Ablenksignale werden auch dazu benutzt, ein Torsignal mit wählbarer Stellung und Breite zu bilden, das seine Stellung auf der Kathodenstrahlröhre beibehält, wenn die Ablenkung gedehnt wirdο Zu diesem Zweck werden die Spitzen der Ablenksignale auf einem einstellbaren, ersten -fegel festgelegt, dessen Abstand von einem Bezugspegel, gewöhnlich Masse, kleiner ist als die Amplitude des Ablenksignals» Zwischen dem

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Bezugspegel und dem ersten Pegel wird ein zweiter, verstellbarer Pegel festgelegte Eine Schalteinrichtung erzeugt ein Torsignal während desjenigen Abschnittes des Ablenksignals, der zwischen dem Bezugspegel und dem zweiten Pegel liegt.

Bei dieser speziellen Ausführungsform bestimmt der erste Pegel oder Klemmpegel die Stellung der Vorderflanke des Torsignals in bezug auf den Beginn des Ablenksignals, während der zweite Pegel die Breite des Torsignals festlegt. Wie später erläutert wird, bleiben die Stellung und die Breite des auf der Kathodenstrahlröhre dargestellten Tores im wesentlichen unverändert, wenn die Ablenkung zum Auseinanderziehen der Echosignale in einem bestimmten, interessierenden Abschnitt gedehnt wird, ohne daß dabei die das Torsignal bestimmenden Pegel geändert werden, wie es später noch genauer erläutert wird. Hierdurch wird die Auswahl und die Dehnung des interessierenden Abschnittes bedeutend erleichtert, ohne daß NachJustierungen erforderlich sind, um den durch das Torsignal ausgewählten Bereich auf dem Bildschirm zu halten. Nach der Dehnung können Stellung und Breite des Torsignals bei Bedarf korrigiert werden, um den gewünschten Signalbereich zu überdecken_o

Die empfangenen Signale und das Torsignal werden auch einer Schwellenwert-Steuerschaltung zugeführt, um

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Ausgangssignale zur Betätigung eines Alarms, von Anzeigeeinrichtungen, Aufzeichnungsgeräten usw_o zu liefern, wenn mit dem Torsignal zusammenfallende Empfangssignale einen einstellbaren Schwellenwert überschreiten. Es wird als sehr wünschenswert betrachtet, das Torsignal auf der Kathodenstrahlröhre so darzustellen, daß seine Amplitude den Pegel anzeigt, den empfangene Signale haben müssen, um die Schwellenwert-Steuerschaltung auszulösen,) Demgemäß ist die Schwellenwert-Steuerschaltung so ausgebildet, daß sie ein Darstellungs-Torsignal für die Kathodenstrahlröhre liefert, das sich zusammen mit dem Schwellenwert ändert und Unterschiede zwischen den Amplituden der dargestellten Signale und den effektiven Amplituden der entsprechenden Signale in der Schwellenwert-Steuer schaltung berücksichtigtο

Das Darstellungs-Torsignal und die empfangenen Signale werden vorteilhaft bei abwechselnden Auslenkungen der Kathodenstrahlröhre mit zusammenfallenden Grundlinien dargestellt. Auf diese Weise kann der Benutzer leicht erkennen, welche Signale die Schwellenwert-Steuerschaltung auslösen werden, und den Schwellenwert dementsprechend einstellen.

Es ist auch die Darstellung von Marken mögliche Diese Marken werden vorzugsweise an vorbestimmten Flanken der Wechteckwelle abgeleitet, welche zur Erzeugung der Treibimpulse für die Wandler dienen, und auf den Grundlinien sowohl des empfangenen Signals als auch des

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Darstellungs-Torsignals dargestellt, um helle Marken zu bilden, die von dem Bild empfangener Signale leicht unterscheidbar sind.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltunger der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen

Fig. 1 ein Beispiel für das auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre des behandelten Ausführungsbeispieles dargestellten Bildes,

Fig. 2 das Blockschaltbild des behandelten Ausführungsbeispieles,

Fig. 3 das Schaltbild eines Abschnittes des Sendeimpuls-Generators des Gerätes nach Fig. 2,

Fig. 4- ein Zeitdiagramm von in dem Sendeimpuls-Generator nach Fig. 3 auftretenden Signalen,

Fig. 5 ein Schaltbild der Empfangseinrichtung und der Schwellenwert-Steuerschaltung des Gerätes nach Fig. 2,

Fig. 6 ein Zeitdiagramm von Signalen, die in der Anordnung nach Fig. 5 auftreten,

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Figo 7 ein Schaltbild der Einrichtungen zur Erzeugung von Ablenk- und Torsignalen des Gerätes nach Figo 2 und

Fig. 8 Bin Zeitdiagramm von Signalen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach Figo 7·

Das in Fig. 1 wiedergegebene, auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre dargestellte Bild weist eine Basislinie 1 auf, von der die Vertikalablenkung ausgeht. Die Darstellung zeigt Wechselstrom-Sendesignald und -Echosignale, die sich oberhalb und unterhalb der Basislinie erstrecken, obwohl auch Echosignale, die sich nur in einer Richtung erstrecken, dargestellt werden können_o Im einzelnen zeigt die Darstellung den Treiberimpuls 2 sowie die von der Vorder- bzw* Rückfläche stammenden Echosignale 3 und 4_O Echosignale 5 und 6 stammen von Rissen, Blasen oder anderen Störungen im Testobjekte Kalibrierungsmarken 7 sind längs der Basislinie gleichmäßig verteilt.

Ein Torsignal mit wählbarer Stellung, Breite und Höhe ist durch volle Linien 8 und gestrichelte Linien 9 dargestellt. Diese Torsignale entsprechen den Benutzer interessierende Bereiche. Die Torsignale und die Echosignale werden bei aufeinanderfolgender Horizontalablenkungen abwechselnd dargestellt, so daß die Echos und nicht dargestelltes Rauschen auf der Basislinie zentriert bleiben und nicht auf dem Dach des Torsignales

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aufsitzen_o Das Dach des Torsignals entspricht dem Schwellenwert, den Echos überschreiten müssen, die einen Alarm auslösen oder auf sonstige Weise angezeigt werden sollen. Demgemäß wird das -^cho 5» welches das Dach des Torsignals 8 übersteigt, angezeigt werden. Dagegen ist das Echo 6 unterhalb des Daches des Torsignals 9 und wird daher nicht gesondert zur Anzeige gebracht. Wenn der Benutzer entscheidet, daß das -^cho 6 angezeigt werden soll, kann er die Höhe des Torsignals vermindern, bis das Echosignal das Dach des Torsignals erreicht oder überschreitetο

Wie später erläutert werden wird, kann nach dem Einstellen eines Torsignals auf einen interessierenden Bereich die Darstellung gedehnt werden, um diesen Bereich mit einem größeren Horizontalmaßstab darzustellen, ohne daß der von dem Torsignal definierte Bereich den Bildschirm der Kathodenstrahlröhre verläßt O

Bei dem in Fig. 2 als Ausführungsbeispiel dargestellten Gerät befindet sich ein elektroakustischer Wandler in einer zur Prüfung eines Objektes 11 geeigneten Stellung. Der elektroakustische Wandler kann aus verschiedenen bekannten Arten ausgewählt sein, und es kann zwischen dem Wandler und dem Objekt ein geeignetes akustisches Koppelmedium, wie beispielsweise Wasser, öl usw. angeordnet sein. Bei manchen Anwendungen

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kann der Wandler auch in einer beträchtlichen Entfernung vom Objekt angeordnet sein.

Treibimpulse für den Wandler werden von Schaltungsanordnungen erzeugt, die einen Sinuswellen-Oszillator umfassen, der mit Hilfe eines schaltbaren ■Resonanzkreises 13 abstimmbar isto Das sinusförmige Ausgangssignal wird in einem Rechteckgenerator 14 zu einer Rechteckwelle verwandelt, die einer Teilerstufe 15 zugeführt wird, um einen Zug voneinander entfernter Impulse mit der gewünschten Impulsfolgefrequenz zu bilden. Das Ausgangssignal der Teilerstufe wird einem Differenzierkreis 16 zugeführt, der sehr kurze Impulse liefert, die von einem Verstärker 17 verstärkt und über eine Leitung 18 dem Wandler 10 als Treibsignale zugeführt werden,.

Das Ausgangssignal des Rechteckgenerators 14 wird in einer weiteren Differenzierstufe 21 differenziert, um auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre 23 dargestellt zu werden. Die Ausgangsimpulse der Teilerstufe 15 werden einem Flipflop 24 zugeführt, der abwechselnd Tore 25 und 26 öffnet, um abwechselnd empfangene Echosignale und ein Darstellungs-Torsignal einem Verstärker 22 zuzuführen, damit sie bei abwechselnden Ablenkungen der Kathodenstrahlröhre 23 dargestellt werden. Diese Schaltungsanordnungen werden später mehr im einzelnen beschrieben.

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Vom Wandler 10 empfangene Echosignale sowie der auf der Leitung 18 zugeführte Treiberimpuls werden über ein Dämpfungsglied 31 einem Begrenzer 32 zugeführt, der die Spitzenamplituden auf einen gewünschten, kleinen Wert begrenzt. Die tiignale werden dann in einem Verstärker 33 verstärkt und über eine Leutung dem Tor 25 zugeführt, damit sie bei jeder zweiten Ablenkung der Kathodenstrahlröhre 23 dargestellt werden· Das Ausgangssignal des Verstärkers 33 wird außerdem einem Detektor 35 zugeführt_o

In einem wählbaz^en, interessierenden Bereich liegende, gleichgerichtete Echosignale werden über ein Tor 36 einer Schwellenwert-Steuerschaltung 37 zugeführt, die immer dann Ausgangssignale erzeugt, wenn die Echosignale einen wählbaren Schwellenwert überschreiten. Die AusgangsBignale der Schwellenwert-Steuerschaltung können dazu benutzt werden, einen Alarm, ein Markierungs-, Aufzeichnungs- oder sonstiges gewünschtes Anzeigegerät zu betätigen«,

Horizontal-Ablenksignale für die Kathodenstrahlröhre werden erzeugt, indem das Ausgangssignal der Teilerstufe 15 über eine Leitung 41 einem Rampengenerator zugeführt wird, der ein ursprüngliches Rampensignal erzeugt, das zu den Treiberimpulsen synchronisiert ist. Das Ausgangssignal des Rampengenerators 42 wird einer Dehnschaltung 43 zugeführt, die der Kathodenstrahlröhre 23 Ablenksignale über eine Leitung 44 zuführt» Die Ablenksignale der Dehnschaltung 43 werden außerdem

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einem Torsignalgenerator 45 zugeführt, der ein von Hand hinsichtlich Stellung und Breite einstellbares Vorsignal zur Auswahl eines interessierenden Bereiches im gesamten Echosignal erzeugt. Das Torsignal wird über eine Leitung 46 der Schwellenwert-Steuerschaltung zugeführt, die das Tor 36 steuert und außerdem ein Darstellungs-Torsignal für die Kathodenstrahlröhre 23 erzeugte

In dem Schaltbild nach Fig„ 3 beziehen sich die Buchstaben a bis g auf die entsprechenden in Figo 4 dargestellten Signale» Das Diagramm nach Fig. 4 dient in erster Linie zur Erläuterung der zeitlichen Signalfolge und ist hinsichtlich der Signalamplituden nicht maßstäblich., In dem Schaltbild nach Fig. 3 sowie auch in den weiteren, noch zu behandelnden Schaltbildern sind Transistoren vom npn-Typ mit einem von der Basis hinwegweisenden Emitterpfeil dargestellt, wogegen Transistoren vom pnp-Typ mit einem auf die Basis hinweisenden Emitterpfeil versehen sind_o Es versteht sich, daß die Transistortypen unter entsprechender Änderung der Spannungspolarität nach Bedarf gewählt werden können.

In dem Schaltbild nach Fig_o 3 ist der Transistor Q1 der Ausgangstransistor des Hechteckgenerators 14 nach Fig_o 2, der über einen Koppelkreis 51 eine Rechteckwelle einer ersten Teilerstufe zuführt, die durch einen gestrichelten Rahmen 15' abgegrenzt ist» Die Rechteckwelle a wird als Eingangssignal der Basis eines Transistors Q2 zugeführt. Ein Transistor Q3 ist leitend, wenn

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auf der Leitung 52 eine positive Spannung liegt, und schließt dann den Eingang des Transistors Q2 kurz«, Hierdurch wird das Erzeugen von Ausgangsimpulsen durch den Transistor Q2 verhindert. Der Kurzschluß wird periodisch aufgehoben, indem die Leitung 52 zum Sperren des Transistors Q3 im wesentlichen an Masse gelegt wird. Dann ist es möglich, daß ein ins Positive gehender Abschnitt der Rechteckwelle a den Transistor Q2 passiert und invertiert an dessen Kollektor erscheint (Signal b)_o

Zur Steuerung des Transistors Q3 dient ein einstellbarer Zeitkonstantenkreis, der im wesentlichen aus einem Kondensator 531 einem einstellbaren Widerstand 5^ und einem weiteren Widerstand 55 besteht_o Wenn der Transistor Q2 leitet, um einen Ausgangsimpuls 56 (Fig. 4-b) zu erzeugen, wird der Kondensator 53 im wesentlichen vollständig über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Q2, einen kleinen Widerstand 57 und eine Diode 58 entladen. Am Ende des Impulses 56 nimmt die Leitung 59 ein hohes Potential an und legt dadurdh an den zeitkonstanten Kreis eine Ladespannung an. Infolgedessen steigt die Spannung im Punkt 61 an, wie es die Kurve 62 in Fig. 4-c zeigt. Hierdurch wird der Transistor Q4 in Durchlaßrichtung beaufschlagt und es wird auch der Transistor Q5 leitend gemacht. Die Transistoren Q5 und Q6 sind als Flipflop (F/F) geschaltet. Infolgedessen ist der Transistor Q6 gesperrte Demnach ist der Kollektor

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des Transistors QG auf einem hohen Potential, so daß auch die Spannung auf der Leitung 52 hoch ist und den Transistor Q3 zum Kurzschließen des Einganges des Transistors Q2 leitend machte Der Kondensator 53 wird über die Widerstände 54 und 55 sowie den Basis-Emitter-Kreis des Transistors Q4 aufgeladen· Die Ladegeschwindigkeit ist mit Hilfe des Widerstandes 5^ einstellbare Demgemäß wird die Spannung im Punkt 61 langsam abfallen, wie es die Kurve in Figo 4c zeigt. Wenn der Kondensator die volle Ladung erreicht, wird die Spannung im Punkt 61 zu gering, als daß noch im Transistor Q4 ein Basis-Emitter-Strom fließen könnte. Infolgedessen sperrt der Transistor Q4, so daß auch der Transistor Q5 gesperrt und der Transistor Q6 leitend wirdo Die resultierende niedrige Spannung auf der Leitung 52 sperrt den Transistor Q3 und hebt dadurch den Kurzschluß am Eingang des Transistors Q2 auf. Infolgedessen kann der Transistor Q2 beim nächsten, ins Positive gehenden Abschnitt leiten und den Ausgangsimpuls 63 in Fig. 4d erzeugen und zugleich den Kondensator 53 entladene Danach wiederholt sich der Vorgange

Die Ladezeit-konstante kann so eingestellt werden, daß der Transistor Q4 zwischen vorbestimmten, ins Positive gehenden Abschnitten der Rexjhteckwelle a gesperrt wird, so daß eine genaue Untersetzung erzielt wird. In der Praxis wurden Teilverhältnisse von 10:1 oder 12:1 verwendete Pur eine höhere Untersetzung kann der Anstieg des Signals c zu gering werden, um noch eine genaue

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Teilung zu gewährleisten. Wenn eine höhere Teilung gewünscht wird, kann eine zweite Teilerstufe 15" mit dem Impulszug b auf der Leitung 64- über einen Koppelkreis 65 gespeist werden, um eine weitere Untersetzung vorzunehmen., Die zweite Teilerstufe 15" kann ebenso aufgebaut sein wie die erste Teilerstufe 15' jedoch einen größeren Kondensator 55 aufweisen, um eine größere Zeitkonstante zu erzielen_o Das Ausgangssignal wird über eine Leitung 66 einem Schalter 67 zugeführt, so daß der eine oder der andere Impulszug gewählt werden kann.

Der gewählte Impulszug wird über einen Koppelkreis einem Transistor Q7 zugeführt, der als Emitterfolger arbeitet, und dann dem Differenzierkreis 16. Zum Zwecke der Erläuterung sei angenommen, daß der Impulszug b auf der Leitung 64- zur Weiterverarbeitung gewählt ist_o Durch die Differenzierung werden Impulsspitzen e an den Vorder- und Rückflanken der Impulse b erzeugt. Die negativen Impulsspitzen sind am Eingang des Transistors Q8 unwirksam. Dagegen werden die positiven Impulsspitzen verstärkt und durch die Transistoren Q8 und Q9 begrenzt, von denen der letzte vom pnp-Typ ist. Das Ausgangssignal des Transistors wird einem Transistor Q1O zugeführt, der einen Emitterfolger bildet und auf der Leitung 18 Treiberimpulse f liefert. Diese Treiber impulse werden dem Wandler 10 (3Pig_e 2) zugeführt.

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Die Länge der Treiberpulse kann nach Bedarf gewählt werden,. Es wurden Impulse in der Größenordnung von 40 ns benutzte Sie dienen zum Antreiben von Wandlern, deren Frequenzen im MHz-Bereich liegt. Die Frequenz des Oszillators 12 (Fig. 2) kann nach Bedarf beispielsweise in mehreren Schritten bis zu beispielsweise 50 kHz gewählt werden·

Die von dem Transistor Q1 gelieferte iiechteckwelle a wird auch einem CR-Differenzierkreis 21 am Eingang eines Emitterfolgers Q11 zugeführt. Die am Ausgang des Emitterfolgers erscheinenden positiven und negativen Impulsspitzen bilden Markenimpulse go Diese Markenimpulse werden über einen veränderbaren Widerstand 68 dem Vertikalverstärker 22 (Mg„ 2) zur Darstellung auf der Kathodenstrahlröhre bei allen Ablenkungen zugeführtο

Das Ausgangssignal d des Transistors Q6 in der Teilerstufe 15¹ oder das entsprechende Signal aus der zweiten Teilerstufe 15" wird über eine Diode 69 oder 69' einem Emitterfolger Q12 zugeführt, dessen Ausgangssignal das Flipflop 24 in Fig. 2 beim Auftreten eines jeden Impulses umschaltet. Ein Schalter 70 kann zusammen mit dem Schalter 67 betätigt werden, um die gewünschte Teilerstufe mit dem Transistor Q12 zu verbinden.

Wie in Fig. 5 näher dargestellt, werden die Treibimpulse und die vom Wandler gelieferten Echosignale über ein Dämpfungsglied 31 einem Begrenzer zugeführt, der aus

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entgegengesetzt gepolten Dioden 71 und 71' besteht. Diese "begrenzen die großen Amplituden der Treibimpulse auf beispielsweise 0,1 V, wogegen kleine Echosignale ungestört übertragen werden_o Die resultierenden Signale werden über einen Kondensator 72 in einen mehrstufigen Verstärker gekoppelt, der Transistoren Q13 bis Q16 umfaßt. Jede Stufe arbeitet als Emitterfolger mit einer Spannungsverstärkung von etwa 1 und ist mit der nächsten Stufe über einen Aufwärtstransformator gekoppelt, der die gewünschte Verstärkung pro Stufe ergibt. Die Stufen sind gleich aufgebaut, so daß nur die erste im einzelnen beschrieben zu werden braucht.

Die Basis des Transistors Q13 wird über Spannungsteiler-Widerstände 73 und 74- von einem Entkopplungskreis 75t in der Stromversorgung vorgespannte Der Emitterkreis enthält einen Lastwiderstand 77 und einen Vorspannwiderstand 78» dem ein Kondensator 79 parallel geschaltet ist. Ein Aufwärtstransformator 81 ist dem Lastwiderstand 77 parallel geschaltet und durch einen Widerstand 82 überbrückt, damit die gewünschte Bandbreite erzielt wird. Die aufwärts transformierte Spannung wird der Basis des Transistors QI⁷I- zur weiteren Verstärkung in der nächsten Stufe zugeführt. Die Basis des Transistors Q14 erhält ihre Vorspannung vom Emitter des Transistors Q13 über die Gleichstromverbindung, welche der Spartransformator 81 herstellte Die Basen der Transistoren in folgenden Stufen erhalten in gleicher Weise ihre Vorspannung über die Basis— Emitter-Strecken der jeweils vorhergehenden Stufen,

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so daß nur ein erster Vorspannungskreis ausreicht, um die Basen aller Verstärkerstufen mit Vorspannungen zu versehen.

Bei einem Verstärkungsfaktor 1 der Emitterfolger und einer Übersetzung der Aufwärtstransformatoren von beispielsweise 10 liefern die vier dargestellten Verstärkerstufen eine Spannungsverstärkung von etwa 1000Oo In der Praxis werden wahrscheinlich noch mehr Stufen benutzt, beispielsweise sechs Stufen, deren ^esamtverstärkung dann eine Million betragen würde_o Dieser Verstärker ermöglicht einen sehr stabilen Betrieb bei niedrigem Rauschpegel, was für die Verstärkung kleiner Echosignale besonders erwünscht ist. Die Ausgangssignale aller Stufen sind im wesentlichen in Phase, so daß die Probleme schädlicher Rückkopplungen vermindert sind«. Obwohl die Stufen gleichstromgekoppelt sind, sind Driftprobleme im wesentlichen vermieden und es werden relativ wenig Komponenten benötigt, um eine lineare Verstärkung mit hohem Verstärkungsfaktor zu erzielen.

Je nach den für spezielle Anwendungen gestellten Anforderungen bezüglich der Frequenz und der Bandbreite können bei Bedarf die Transformatoren durch Parallelkondensatoren abgestimmt werden.

Das Ausgangssignal des Verstärkers wird einem Transistor Q17 zugeführt, der als Detektor mit hohem Eingangswiderstand geschaltet ist und dessen Emitterwiderstand 85 ein Kondensator 84- parallel geschaltet

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ist, der so gewählt ist, daß der Detektor einen hohen Eingangswiderstand aufweist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden gleichgerichtete, positive Anteile der hochfrequenten Echosignale über ein FET-Tor einer Schwellenwert-Triggerschaltung zugeführt, die zwei als Monoflop geschaltete Transistoren Q18 und Q19 umfassen_c

Der Schwellenwert wird durch die Spannung auf einer Leitung 85 festgelegt, die mit Hilfe eines Potentiometers 86 einstellbar ist, das über einen Widerstand 87 an die Stromversorgung angeschlossen ist. Normalerweise ist der Transistor Q18 gesperrt und der Transistor Q19 leitend. Wenn ein das Tor 36 passierendes Signal den Schwellenwert überschreitet, wird der Transistor Q18 leitend und der Transistor Q19 gesperrte Die Änderung des den Transistor Q19 durchfließenden Stromes wird von einem Relais 88 festgestellt, das Kontakte zwischen Leitungen schließt, die zu geeigneten Anzeigegeräten führen, wie beispielsweise Alarmgebern, Markierungsgeräten, Aufzeichnungsgeräten und dgl., wie es in Fig. 2 angedeutet istο Bei Bedarf kann das Heiais 88 durch einen Widerstand ersetzt werden, so daß das Ausgangssignal am Kollektor des Transistors t^19 allein zur Anzeige benutzt wirdο Am Ende eines Echos wird der Transistor Q18 gesperrt und der Transistor Q19 wieder leitend, so daß der Kreis zum Empfang eines weiteren, den Schwellenwert überschreitenden Echosignales vorbereitet ist.

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Damit nur solche Echosignale registriert werden, die sich innerhalb eines interessierenden Bereiches befinden, wird das vom Torsignal-Generator 45 erzeugte Torsignal über die Leitung 46 dem Schwellenwert-Steuerteil der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 zugeführt· Wie es anhand der Fig. 7 und 8 noch erläutert wird, handeltes sich bei dem Torsignal um ein ins Negative gehendes Signale Dieses Signal wird durch einen Inverter 91 geleitet, um ein ins Positive gehendes Torsignal zu bilden, und dann über Widerstände 92 und 93 der Basis eines Transistors Q20 zugeführto Der Transistor Q20 ist während der Dauer des Torsignales leitend, so daß durch die niedrige Kollektorspannung des Transistors Q20, die über einen Widerstand 94 und eine Leitung 95 dem Tor 36 zugeführt wird, dieses von einem FET gebildete Tor öffnet. Demgemäß werden der Triggerschaltung Q18, Q19 Echosignale nur während der Dauer des Torsignales zugeführto

Wie oben angegeben, ist es erwünscht, das Torsignal auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre so darzustellen, daß das Dach des Torsignals den Pegel der Echosignale angibt, welche die Triggerschaltung auslösen. Obwohl die Spannung auf der Leitung 85 den Schwellenwert bestimmt, entspricht Jedoch nicht genau der Amplitude der dargestellten Echos, welche den Triggerkreis auslösen. Die dargestellten Echos werden von der Basis des Transistors ^17 abgenommen und über die Leitung 34 und das FET-Tor 25 der Kathodenstrahlröhre zugeführt· Um

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den Triggerkreis auszulösen, muß die Echoamplitude an der Basis des Transistors Q17 die Spannung auf der Leitung 85 um die Basis-Emitter-Schleußenspannungen der Transistoren Q17 und Q18 übersteigen«. Bei Silizium-Transistoren beträgt die Schleußenspannung etwa 0,6 V, so daß die Amplitudendifferenz etwa 1,2 V beträgt. Bei einem Schwellenwert, der durch eine Spannung von nur wenigen Volt auf der Leitung 85 bestimmt wird, kann dieser Unterschied beträchtlich sein, deshalb sind zwischen die Leitungen 85 und 97 zwei Dioden 96 und 96' geschaltet. Diese Dioden sind so gewählt, daß ihre Schleußenspannungen im wesentlichen gleich denjenigen der Transistoren sind, also 0,6 V bei dem gewählten Beispiel betragene Solche Werte werden von Silizium-Dioden gelieferte Infolgedessen überschreitet die Spannung im Dach des Torsignals auf Leitung 97 die Spannung auf der Leitung 85 um 1,2 V₀

Die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltungsanordnung wird anhand Fig. 6 näher erläutert_o Hierfür ist angenommen, daß über die Leitung 34 der Kathodenstrahlröhre ein Echosignal 98 zugeführt wird. Das entsprechende, gestrichelt dargestellte, gleichgerichtete Echo 98' stellt die effektive Amplitude des Echosignales zum Auslösen des Triggerkreises dar, wenn der Schwellenwert auf der Leitung 85 den durch die gestrichelte Linie 99 dargestellten Wert hate Die

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Spannung V, stellt die Amplitudendifferenz zwischen den Echosignalen 98 und 98' dar_o Hit der Summe der Schleußenspannungen der Dioden 96 und 96', die der Spannung V. gleich ist, entspricht das Dach des Darstellungs-Torsignals 101, das der Kathodenstrahlröhre über die Leitung 97 zugeführt wird, der Amplitude des Echosignals 98„ Demgemäß hat das Darstellungs-Torsignal 101 eine Amplitude, die im wesentlichen gleich der Mindestamplitude der empfangenen Signale ist, wie sie von der Kathodenstrahlröhre dargestellt wird und die ausreicht, um den Triggerkreis auszulösen« Duher kann der -Benutzer das Dach des Darstellungs-Torsignals dazu benutzen, um die Amplitude des Echosignals anzuzeigen und einzustellen, die zur Auslösung eines Alarmes oder dgl. benötigt wird.

Wie aus ^'ig. 7 ersichtlich, wird das Signal b nach •Figo 4 über einen Kondensator 102 und einen Koppelkreis 105 der Basis eines pnp-Transistors <421 zugeführt. Dadurch wird ein Ablenkkondensator 104 während des Impulsintervalles 56 im wesentlichen auf eine Spannung +V aufgeladene Am Ende des Impulses wird der Transistor Q21 gesperrt, so daß sich der Kondensator 104 über den Transistor Q22 entlädt» Bei dem Transistor t^22 handelt es sich um einen Feldeffekttransistor (FET), der so geschaltet ist, daß er während des Entladens einen konstanten Strom führt_o Das Ergebnis ist ein ursprüngliches, lineares Rampensignal 105, das in Fig. 8a dargestellt ist_o Die Dauer

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des Kampensignals 105 kann so gewählt sein, daß sie der für die Kathodenstrahlröhre gewünschten maximalen Ablenkzeit entspricht..

Das Kampensignal wird einer in Kaskade geschalteten Transistoren Q23 und Q24 umfassenden Emitterfolgerstufe zugeführt, die eine hohe Eingangsimpedanz aufweist _o Der Emitterkreis des Transistors Q24 enthält ein variables Dämpfungsglied, das hier als Verzögerungüpotentiometer 106 dargestellt ist, welches in Serie zu einem Widerstand 107 geschaltet ist, der den Einstellbereich begrenzt. Der Schleifer des Potentiometers ist über eine Diode 108 mit der Basis eines Transistors ^25 verbundene Ein Begrenzer, der hier als Zenerdiode 109 dargestellt ist, legt eine obere Grenze für die Spannung auf der Leitung 111 feste Durch Einstellen von 106 kann jeder gewünschte hintere Abschnitt des Kampensignals 104 zur Bildung eineß gedehnten Ablenksignals für die Kathodenstrahlröhre ausgewählt werden.

Dieser Vorgang ist in Fig. 8b veranschaulicht. Die horizontale Linie 112 veranschaulicht die Zenerspannung, die bedeutend niedriger ist als die Maximalspannung 113 des ursprünglichen Hampensignals 105. Durch Herabdrehen des Potentiometers 106 kann die Ausgangsspannung des Kampensignals auf den Grenzwert herabgemindert werden, so daß eine Ablenkung vollständiger Länge erzielt wird, wie es die strichpunktierte Linie 114 angibt« In einer Mittelstellung liegt

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die erste Hälfte ctes Rampensignals 105 in der Begrenzung, so daß nur die zweite Hälfte das durch eine geschlossene Linie dargestellte Ablenksignal 115 ergibt. Bei höherer Einstellung des Potentiometers erzeugt nur das letzte Viertel des Rampensignals 105 die gestrichelte Ablenkung 116. Auf diese Weise werden verzögerte Ablenksignale einstellbarer Zeitdauer und Steigung erzeugt₀

Die Transistoren Q25, Q26 und Q27 dienen zur Verstärkung des ausgewählten Abschnittes des Rampensignals_o Demgemäß werden im Punkt 117 Ablenksignale voller Amplitude erzeugt, deren Zeitdauer jedoch geringer ist als diejenige des ursprünglichen Rampensignals 105. Die Verzögerung bis zum Beginn des Signals wird durch die Stellung des Potentiometers 106 bestimmt. Dieser Zustand ist in Figo 8c mit Linien 114* bis 116' entsprechend der Ausführung dargestellt« Die gedehnten oder ungedehnten Ablenksignale werden über eine Leitung 44- den Horizontal-Ablenkplatten der Kathodenstrahlröhre 23 (Figo 2) zugeführto

Zur Bildung des Torsignals werden die im Punkt 117 existierenden Ablenksignale über einen Kondensator einer Klemmschaltung zugeführt, die deren positiven Maximalwert auf einem einstellbaren Pegel festlegte Demgemäß werden die Ablenksignale über eine Diode 119 dem Schleifer eines Potentiometers 121 zugeführt, das an die Stromversorgung über Widerstände 122 und 123 angeschlossen ist, welche den Abstimmbereich auf ein

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gewünschtes Intervall begrenzen,, Ein Kondensator 124 verhindert Schwankungen des eingestellten Pegels_o Das Potentiometer 120 bestimmt die Stellung des Torsignals in bezug auf das Ablenlcsignal und ist deshalb mit "Torstellung" bezeichnete

Figo 8c zeigt den Klemmpegel 126 und die entsprechenden Ablenksignale im Punkt 117<> Der Kondensator 118 lädt sich auf den Unterschied zwischen Maximalspannung und Klemrapegel auf, so daß die Ablenkspannungen negativ verschoben werden, wie es die ^ig. 114" bis 116" in Fig. 8d für die verschiedenen Ablenkspannungen zeigen_o Wenn beispielsweise die Amplitude der Ablenkspannung im Punkt 117 30 V beträgt und der Kleinmpegel 10 V ist, dann beginnt das Ablenksignal auf der Leitung 125 bei +10 V und endet bei -20 V₀

Die Leitung 125 ist über entgegengesetzt gepolte Dioden 127 und 128 mit der Basis eines Transistors Q28 verbunden. Der Punkt 129 zwischen den Dioden ist über einen Widerstand 131 mit der Speisespannung +V verbundene Der Kollektor des Transistors Q28 ist über eine Diode mit der Basis eines weiteren Transistors Q29 verbunden» Die Leitung 125 ist außerdem über eine Diode 133 und einen Widerstand 134 mit der Speisespannung +V verbunden. Der Punkt zwischen der Diode 133 und dem Widerstand 134 ist über eine Diode 135 ebenfalls mit der Basis des Transistors ^29 verbunden· Die Basis des Transistors Q29 ist mit einem mit "Torbreite" bezeichneten Potentiometer

136 verbunden dessen ginstellbereich durch Widerstände

137 und 138 begrenzt wird, die zu dem Potentiometer in

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Serie und zusammen über die Speisespannung geschaltet sind. Der Kollektor des Transistors Q29 ist über einen zur Erzeugung eines konstanten Stromes dienenden FET Q30 mit der Basis eines pnp-Transistors Q31 verbundene Das Torsignal auf der Leitung 46 entsteht an einem Widerstand 139 im Kollektorkreis des Transistors Q31·

Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei angenommen, daß das zur Einstellung der Torbreite dienende Potentiometer 136 gemäß Fig. 8d auf eine Spannung 141 eingestellt ist, die kleiner ist als die Spannung 126. Ferner sei das Ablenksignal 115" betrachtete Die Spannung auf der Leitung 125 liegt demgemäß zunächst über dem Pegel 141₀ Die Leitung 143 liegt annähernd auf dem Pegel 141, weil die Diode 135 und die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Q29 von der Speisespannung +V über den Widerstand 134 in Vorwärtsrichtung beaufschlagt sind_o Infolgedessen ist die Diode 133 in Sperrichtung beaufschlagt und nichtleitend. Die am Transistor Q 29 anliegende, positive Vorspannung bewirkt, daß dieser Transistor leitend ist. Hierdurch wird wiederum der Transistor (^31 über den FET Q30 leitend und es ist das Ausgangssignal auf der Leitung 46 hoch, wie es in Fig. 8e durch den Kurvenabschnitt 142 angezeigt wird. Während dieses ersten Abschnittes des Ablenksignals ist der Transistor <428 leitend weil über den Widerstand 131 und die Diode 128 seiner Basis Strom zufließt« Infolgedessen ist die Diode 132 in Sperrichtung beaufschlagt. Die Spannung im Punkt 129 ist nahe Erdpotential und es ist die Diode 127 gesperrte

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Wenn die Ablenkspannung auf der Leitung 125 den Pegel 141 unterschreitet, wird die Diode 133 in Durchlaßrichtung beaufschlagt und es sinktauch die Spannung auf der Leitung 143 unter den Pegel 141 ab„ Hierdurch wird die Diode 135 gesperrt» Die Diode 128 und der Transistor Q28 bleiben leitend, während die Diode 127 gesperrt bleibt. Der dem Transistor Q29 zufließende Strom wird ausreichend reduziert, um ein Sperren des Transistors Q29 zu bewirken. Der resultierende hohe Widerstand des Transistors Q29 und der effektive Widerstand des FET Q3O reduzieren den Basis-Emitter-Strom des Transistors Q31 in ausreichendem Maß, um auch diesen Transistor zu sperren. Demgemäß wird das Ausgangssignal auf der Leitung 46 niedrig, wie es in Fig. 8e durch den Kurvenabschnitt gezeigt ist. Es handelt sich hier um den Beginn des Torsignals»

Wenn die Ablenkspannung auf der Leitung 125 das Erdpotential unterschreitet, wird die Diode 127 in Vorwärtsrichtung beaufschlagt, so daß auch die Spannung am Punkt 129 das Erdpotential unterschreitet. Infolgedessen wird die Diode 128 in Sperrichtung beaufschlagt und der Transistor Q28 gesperrte E_s fließt dann von der Stromversorgung +V über die Diode 132 dem Transistor Q29 zu und macht diesen leitende Hierdurch wird der Transistor Q31 leitend, so daß das Ausgangssignal auf der Leitung 146 wieder seinen hohen Pegel annimmt, wie es der Kurvenabschnitt 145 in Fig. 8e zeigt, und

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dadurch das Torsignal beendet. Wenn die Leitung 125 unter Erdpotential ist, ist die Diode 133 in Vorwärtsrichtung beaufschlagt und nimmt die Leitung 14-3 auf eine unter Erdpotential liegende Spannung mit. Dadurch bleibt die Diode 135 gesperrt.

Am Ende des Ablenksignals hält die negative Ladung im Kondensator 118 den Transistor Q28 gesperrt und die Leitung 14-3 negativ, so daß die Anordnung für das nächste Abtastsignal bereit ist_o

Die vorstehende Erläuterung läßt die Schleußenspannungen der Dioden und Transistoren außer Acht, um die Beschreibung nicht unnötig zu komplizieren« Wie diese Schleußenspannungen in Betracht zu ziehen sind, ist dem Fachmann bekannte

Zusammenfassend ist festzustellen, daß im Torsignalgenerator die Spitzenwerte der Ablenkspannungen an der Stelle 117 auf einen einstellbaren ersten Pegel 126 festgelegt werden, der mittels des Potentiometers 121 wählbar und kleiner ist als die Amplitude des Ablenksignals in bezug auf einen Bezugspegel, bei dem es sich hier um das Erdpotential handelt. Ein einstellbarer zweiter Pegel 141, der sich zwischen dem ersten Pegel und dem Bezugspegel befindet, wird mit Hilfe des Potentiometers 136 gewählt. Die Schaltungsanordnung arbeitet als Schalteinrichtung, die auf das von der Klemmschaltung gelieferte Ablenksignal und den zweiten Pegel anspricht, um ein Ausgangssignal der trröße 144 während dea Abschnittes

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des Abtastsignales zu liefern, der sich in der Zone zwischen dem Bezugspegel und dem zweiten Pegel befindet, und mit einem anderen Viert i42, 145 während Abschnitten des Ablenksignals, die außerhalb dieser Zone liegen, um dadurch das Torsignal zu bilden»

Es ist möglich, die Schalteinrichtung so zu betrachten, daß sie einen Ausgangskreis mit den Transistoren Q29, Q3O und Q31 aufweist, die mittels des Potentiometers auf den zweiten Pegel vorgespannt ist, und zwei Steuerkreise, welche die Elemente 133 und 135 t>zw_o 127, 128, Q28 und 132 umfassen,, Bei fallendem Ablenksignal bringt, wie im einzelnen gezeigt wurde, der erste Steuerkreis den Ausgangskreis auf das Niveau 142 während Abschnitten des Ablenksignals, die dem Pegel 141 vorausgehen, während der zweite Steuerkreis den Ausgangskreis auf das Signalniveau 145 während Abschnitten des Ablenksignals bringt, die dem Erreichen des Bezugspegels (Erdpotential) folgen» Während der Abschnitte des Ablenksignals innerhalb der Zone zwischen den Pegeln 141 und O (Erdpotential), nimmt der Ausgangskreis das Signalniveau 141 an_o

Die beschriebene Ausbildung der Dehnschaltung und des Torsignalgenerators haben verschiedene "Vorteile„ Ein Vorteil besteht darin, daß die Stellung und die Breite des Torsignals, wie sie auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre beobachtet werden können, im wesentlichen unverändert bleiben, wenn die Ablenkung gedehnt wird, ohne daß zusätzliche Einstellungen erforderlich sind«,

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Diese Tatsache wird durch die Fig. 8d bis 8g veranschaulicht. Es sei angenommen, daß die die Stellung und die Breite bestimmenden Pegel die dargestellten Pegel 126 und 141 sind und das Torsignal nach Fig. 8e der gedehnten Ablenkung 115" entspricht. Wenn die Dehnung gemäß 116" erhöht wird, hat das Torsignal den in Fig_o 8f dargestellten Verlauf. Bei vollem Ablenksignal 114" hat das Torsignal den in Fig„ 8g gezeigten Verlauf. Das Ablenksignal 115" beginnt zur Zeit t,., das Ablenksignal 116" zur Zeit t₂ und das Ablenksignal 114" zur Zeit t_Q.

Durch gleiche Dreiecke in Fig. 8d kann gezeigt werden, daß das Verhältnis des zeitlichen Eintreffens der Vorderflanken der Torsignale zu den entsprechenden Ablenkzeiten in den Fig. 8e, 8f und 8d das gleiche ist» Das gleiche gilt auch für die Rückflanken» Auf der Kathodenstrahlröhre haben alle drei Ablenkungen die gleiche Länge, da die Horizontal-Ablenkspannungen die gleichen sind, wie es Fig. 8c zeigt. Infolgedessen bleiben die beobachtete Stellung und Breite des auf der Kathodenstrahlröhre beobachteten Torsignales die gleichen«

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Stellung und die Breite des Torsignals im wesentlichen unabhängig voneinander geändert werden können. Figo 8h stimmt mit Fig. 8d überein, abgesehen davon, daß der Stellungspegel auf 126¹ angehoben worden ist« Demgemäß fallen die Ablenksignale zu einem späteren Zeitpunkt unter den Bezugspegel O ab, so daß die Torsignale gemäß den Fig. Qi bis 8k zu einem späteren Zeitpunkt erscheinen

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als gemäß den Figo 8e "bis 8e. Da jedoch der Breitenpegel 14-1 unverändert geblieben ist, bleibt die Laufzeit von dem Breitenpegel zum Bezugspegel unveränderte Infolgedessen bleibt die Breite die gleiche, während die Stellung auf der Kathodenstrahlröhre nach rechts verschoben wurde.

Wenn der Stellungspegel 126 in Fig. 8d unverändert bleibt und der Breitenpegel 14-1 angehoben oder abgesenkt wird, fallen die Ablenksignale unter den Bezugspegel zur gleichen Zeit ab wie zuvor, so daß die die Position des Torsignals bestimmenden Rückflanken unverändert bleiben« Die Ablenksignale unterschreiten jedoch den Breitenpegel 14-1 zu einem früheren bzw» späteren Zeitpunkt, woraus sich breitere bzw. schmalere Torsignale ergebene

Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines speziellen Ausführungsbeispieles beschrieben, das mehrere Merkmale umfaßt, die zusammen ein Gerät hoher Stabilität und Vielseitigkeit ergebene Es wurden detaillierte Schaltungsanordnungen beschrieben. Es versteht sich, daß bei anderen Ausführungsformen der Erfindung nur von einigen dieser Merkmale Gebrauch gemacht werden kann, während andere fortgelassen werden, und daß die speziellen Schaltungsanordnungen bei Bedarf abgeändert werden können·

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Claims

Patentansprüche

\ 1. !Ultraschallgerät zur zerstörungsfreien Werkstoff-"-—prüfung mit einem Impulsgenerator und einem elektroakustischen Wandler zum Zuführen von Ultraschall-Impulsen zu einem Prüfobjekt, einer Empfangseinrichtung für Signale, die Unregelmäßigkeiten oder Fehlern in dem Prüfobjekt entsprechen, und einem eine Kathodenstrahlröhre und einen zu den Ultraschall-Impulsen synchronisierten Ablenkgenerator umfassenden Sichtgerät zur Darstellung der von der Empfangseinrichtung gelieferten Signale, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenkgenerator (42, 43) zur Erzeugung von Ablenkungen einstellbarer Ausdehnung eingerichtet ist und eine Anordnung (Q22, 104) zur Erzeugung eines ursprünglichen Rampensignals bestimmter Amplitude, einen Begrenzer (109) mit einem unterhalb der bestimmten Amplitude liegenden Begrenzungsniveau, und ein variables Dämpfungsglied (106) umfaßt, dem das ursprüngliche Rampensignal zugeführt wird und dessen Ausgang mit dem Eingang des Begrenzers (109) verbunden ist, so daß der Begrenzer Ablenksignale einstellbarer Zeitdauer lieferte

2. Ultraschallgerät, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Torsignalgenerator (45) aufweist, der eine Klemmeinrichtung (119, 121) zum Festlegen der Spitzenwerte der

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Ablenksignale auf einem ersten, in bezug auf einen Bezugspegel einstellbaren Pegel, der kleiner ist als die Amplitude des Ablenksignals, eine Einrichtung (136) zur Erzeugung eines einstellbaren zweiten Pegels, der zwischen dem Bezugspegel und dem ersten Pegel liegt, und eine Schalteinrichtung umfaßt, die auf die von der Klemmeinrichtung gelieferten Ablenksignale und den zweiten Pegel anspricht und das Torsignal in Form eines Ausgangssignals liefert, das ein anderes Signalniveau aufweist, wenn das Ablenksignal im wesentlichen in der Zone zwischen dem Bezugspegel und dem zweiten Pegel liegt als wenn es außerhalb dieser Zone liegt.

3. Ultraschallgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung einen auf den zweiten Pegel vorgespannten Ausgangskreis (Q29, Q3O, Q31) und zwei Steuerkreise (133, 135 "bzw. 127, 128, Q28, 132) umfaßt, die auf die von der Klemmeinrichtung (119» 121) zugeführten Ablenksignale ansprechen und den Ausgangskreis während Abschnitten des Ablenksignals, die vor bzw. hinter der Zone liegen, auf das eine Signalniveau, und während Abschnitten, die in der Zone liegen, auf das andere Signalniveau einstellen.

4. Ultraschallgerät, insbesondere nach Anspruch 1 und ggf. einem weiteren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang der Empfangseinrichtung eine Schwellenwert-Steuerschaltung (37) gekoppelt ist, der außerdem von einem zu

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dem Ablenkgenerator (42, 43) synchronisierten Torsignalgenerator (45) ein Torsignal zugeführt wird und die Ausgangssignale nur dann liefert, wenn in den Bereich des Torsignals fallende empfangene Signale einen vorgegebenen, verstellbaren Schwellenwert überschreiten, daß die Schwellenwert-Steuerschaltung (57) eine Anordnung (96, 96') zur Ableitung eines Darstellungs-Torsignals umfaßt, dessen Amplitude im wesentlichen gleich der Mindestamplitude der empfangenen Signale ist, die dem Sichtgerät zugeführt werden und die die Schwellenwert-Steuerschaltung veranlassen, Ausgangssignale zu liefern, und daß eine Anordnung (25, 26) zur Darstellung des Darstellungs-Torsignals bei jeder zweiten Ablenkung abwechselnd mit der Darstellung der empfangenen Signale auf gleichen Grundlinien vorhanden ist.

Ultraschallgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenwert-Steuereinrichtung (37) wenigstens einen Transistor (Q18) enthält, dem eine einstellbare Schwellenwert-Steuerspannung an einem Ende und die empfangenen Signale am anderen Ende seiner Emitter-Basis-Strecke zugeführt werden, daß die Anordnung (96, 96') zur Ableitung des Darstellungs-Torsignals eine Diodenanordnung umfaßt, die zwischen eine Torsignal-Quelle und die Schwellenwert-Steuerspannung geschaltet ist und deren Schleußenspannung im wesentlichen gleich der Schleußenspannung des Transistors zwischen den Punkten ist, an denen die empfangenen Signale und die Schwellenwert-Steuerspannung zugeführt werden«

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6. Ultraschallgerät, insbesondere nach Anspruch 1 und ggfο einem weiteren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Ablenkgenerator (42, 43) synchronisierter Torsignalgenerator (45) Torsignale liefert, die abwechselnd mit empfangenen Signalen bei jeder zweiten Ablenkung mit zusammenfallenden Grundlinien dargestellt werden, und daß ein Markengenerator (21, 68) Markenimpulse liefert, die bei beiden Sätzen abwechselnder Ablenkungen dargestellt werden.

7· Ultraschallgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (12, 13, 14, 15) einen Hechteckgenerator (14) und eine Teilerstufe (15) zur Erzeugung von Treiberimpulsen für den elektroakustischen Wandler (10) umfaßt und der Marken_s generator (21, 68) von dem Hechteckgenerator (14) gespeist wird und Markenimpulse an vorbestimmten Flanken der Hechteckwellen erzeugt.

8ο Ultraschallgerät, insbesondere nach Anspruch 1 und ggf. einem weiteren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (12, 13» 14, 15) einen Sinuswellen-Oszillator (12), einen Rechteckgenerator (14), dem das Ausgangssignal des Sinuswellen-Oszillators (12) zur Erzeugung einer Hechteckwelle der gleichen Frequenz zugeführt wird, und eine mit der Rechteckwelle gespeiste Teilerstufe (15) umfaßt, die eine Transistoranordnung (Q2) enthält, die zur Erzeugung eines Impulszuges

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einem Ausgangskreis eine Auslenkung bestimmter Polarität der Hechteckwelle mit einer Folgefrequenz zuführt, die ein ganzzahliger Bruchteil der Frequenz der Rechteckwelle ist, daß ein Zeitkonstantenkreis (53» 5^-) ¹^i* einem Kondensator (53) und einem Widerstand (5^0 vorhanden ist, dessen Kondensator während jedes Ausgangsimpulses der teilerstufe im wesentlichen entladen und der am Ende des Impulses eine Ladespannung zugeführt wird, und daß ein Flipflop (Q5» Q6) vorgesehen ist, auf dessen Zustände eine Steuereinrichtung (Q3) anspricht, die "bei einem Zustand des Flipflops die Erzeugung von Impulsen durch die Transistoranordnung (Q2) verhindert und bei anderen Zustand zuläßt, und daß das Flipflop (Q5, Q6) nach Anlegen der Ladespannung an die Zeitkonstantenstufe (53» 5^) zunächst in den einen Zustand und nach Aufladen des Kondensators (53) in den anderen Zustand gebracht wird.

9. Ultraschallgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (Q3) bei dem einen Zustand des Flipflops (Q5» Q6) im wesentlichen ein Kurzschließen des Eingangs der Transistoranordnung (Q2) und beim anderen Zustand ein Aufheben des Kurzschlusses bewirkt.

10. Ultraschallgerät, insbesondere nach Anspruch 1 und ggf. einem weiteren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtung

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einen mehrstufigen Transistorverstärker (33) umfaßt, dessen Stufen jeweils aus einem Emitterfolger (z„B_o Q13) mit einem Verstärkungsfaktor von etwa 1 oder weniger und einem Aufwärtstransformator (z.B. 81) "bestehen, der den Ausgang des Emitterfolgers (Q13) mit dem Eingang des Emitterfolgers (^1²O der nächsten Stufe koppelt.

ο Ultraschallgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufwärtstransformator (z.B. 81) als Spartransformator ausgebildet ist, der einen Gleichstromweg zwischen dem Emitter des Transistors (Q13) der einen und der Basis des Transistors (Q14-) der nächsten Stufe bildet, und daß eine Einrichtung (73» 74) zum Anlegen einer Vorspannung an die Basis des Transistors (Q13) der ersten Stufe vorhanden ist, während die Basen der Transistoren (Q14-) jeweils ihre Vorspannung über die Basis-Emitter-Strecke der vorhergehenden Stufe (Q13) erhalten.

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