DE2639646A1

DE2639646A1 - Ultraschall-echopruefverfahren zur bestimmung von ungaenzen

Info

Publication number: DE2639646A1
Application number: DE19762639646
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dr Rer Nat Niklas
Original assignee: Krautkraemer GmbH
Current assignee: Krautkraemer GmbH
Priority date: 1975-09-08
Filing date: 1976-09-03
Publication date: 1977-04-07
Also published as: US3991607A; JPS5233586A; JPS5847027B2

Description

Krautkrämer GmbH
5 Köln-Klettenberg

Luxemburger Str.44-9 Köln, den 22.JuIi 1976 IG/bs

B 089

Ultraschall-Echoprüfverfahren zur Bestimmung von Ungänzen

Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-Echoprüfverfahren zur Bestimmung von Ungänzen, z.B. Materialfehlern, im Prüfstück oder dgl., bei welchem ein von der Ungänze rellektiertes Ultraschall-Echosignal empfangen und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird.

Es ist bekannt, daß man bestrebt ist, in den Impulsecho-Prüfgeräten besonders hinsichtlich kleiner Ungänzen und Fehler das Auflösungsvermögen zu vergrößern, um auch in kleinen Abständen voneinanderliegende Fehler besser zu erfassen. Eine Verbesserung ist hier durch Ersatz der Elektronenröhren durch transistorisierte Verstärker möglich geworden. Nach wie vor verbleibt jedoch in nachteiliger Weise ein minimaler Abstand, in welchem sich der Fehler nahe der Prüfstückoberfläche befindet, und durch die bekannte Auflösung nicht erfaßt werden kann. Dieser Mangel an Auflösung geht auf die abklingenden Schwingungen des Prüfkopfes zurück, die beim Einschallen des Sendesignales auftreten und in diesem Bereich den Fehler überlagern, Ferner, wenn der Prüfkopf nach Empfang eines von einem Fehler herrührenden Echosignals erregt wird, so würde ein Echosignal,

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daß Ton einem dem ersten Fehler unmittelbar folgenden zweiten Fehler herrührt, durch die Erregung des Prüfkopfes bei Empfang des ersten Echosignals, überlagert. Somit wird das zweite Fehler-Echosignal nicht erkannt.

Um die abklingenden Schwingungen, die unmittelbar das Sendesignal des Prüfkopfes begleiten, unwirksam zu machen, ist bereits vorgeschlagen worden, sofort einen Impuls entgegengesetzter Polarität zu verwenden, um die Oszillation des schwingenden piezo-elektrischen Werkstoffes zu unterbrechen. Dieses Verfahren hat sich in der Praxis aber nicht durchgesetzt, weil es vielschichtig ist. Auch kann man den bekannten Nachteil durch elektrische oder mechanische Dämpfungsmittel nicht hinreichend beseitigen, da hierdurch die Empfindlichkeit beim Empfang des

signals^

Prüf-- 'verringert wird. Vorschläge, durch Schaltungen den Impuls zu komprimieren, und hierbei elektrische Filter zu verwenden, führen ebenfalls zum Empfindlichkeitsverlust der Apparatur, und sind deshalb nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Ultraschall-Impulse chogerät die Auflösung zu vergrößern, ausgehend von der Kompression von ImpulsSignalen. Hierfür wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein erstes elektrisches Signal, welches auf das von der Ungänze reflektierte Ultraschall-Echosignal zurückgeht und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, auf elek- '

ι tronischem Wege einer mathematischen Hra$tütt#£aa bzw· Umsetzung

mit einem anderen vorbestimmten Signal unterworfen wird, daß

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hierbei dieses andere Signal so vorbestimmt wird, daß das mathematische Produkt aus dem ersten elektrischen Signal nach der Laplace'sehen Transformation und aus dem anderen elektrischen Signal gleich Eins wird, so daß ein umgesetztes Signal gewonnen wird, dessen Signallänge mit dem Empfang des

Signales beginnt, jedoch bereits vor dem normalen Abklingen des Signals beendet ist.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden hierfür Rechner verwendet, welche zur Auswertung des Signals dienen, und Signalunterdrückungsmittel in vorteilhafter Weise entfallen können. Man kann ein Auflösungsvermögen für Impulse in dem Sende» bereich erhalten, welche nur eine Schwingungsperiode der eingeschallten Frequenz erfaßt. Es erfolgt ein zeitliches Abfühlen des empfangenen Echosignals sowie der Impulsamplitude. während seiner ersten Schwingungsperiode,sowie die nachfolgende Verarbeitung einer solchen Information, wiederum in vorteilhafter Weise ohne unterdrückende elektrische Mittel. Weiter ist von Vorteil, daß das Vorhandensein von abklingenden Schwingungen als Folge des natürlichen'Schwingungszerfalls nicht die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens stören.

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Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Ii¹Ig. 1 eine schematische Darstellung der Steuerspannung

Fig. 2 eine graphische Darstellung eines modifizierten Videosignals

Fig. 3 eine graphische Darstellung eines modifizierten Kanal-Idsw. Hochfrequenzsignals

Fig. 4 eine andere graphische Darstellung des Signals

Fig. 5 schematisiert, eine elektrische Schaltung in Blockdarstellung, welche die Modifizierung des Hochfrequenzsignals erläutert

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines elektrischen Schaltkreises, in Blockdarstellung, welche die Modifizierung des Videosignals erläutert

Fig. 7 eine graphische Darstellung des elektrischen Bezugssignals ( Referenzsignal)

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines elektrischen Schaltkreises, um das Signal gemäß Fig. 7 zu erzeugen

Fig. 9 einen schematischen elektrischen Schaltkreis, mit Darstellung der Verzögerungszweige für die Modifizierung des Signals

Fig.10 eine andere schematische Darstellung eines elektrischen Schaltkreises, welche die Verwendung nur eines Verzögerungszweiges bzw. einer Verzögerungsleitung für die Signalmodifizierung zeigt

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Fig. 11 schematisch, die Darstellung eines anderen elektrischen, der Fig. 10 ähnlichen Schaltkreises, welche bei bestimmten Signalbedingungen anwendbar ist.

A. Nachfolgend wird der Zusammenhang hinsichtlich der Echoform erläutert:

Es ist ein Ultraschallwandler mit einem piezoelektrischen Element und einer Dämpfermasse vorhanden, der in einem Gehäuse untergebracht ist, und welcher elektrische Energie in Ultraschallenergie umwandelt, und umgekehrt. Wird der Prüfkopf (Wandler) durch einen Dirac¹sehen Deltaimpuls erregt, bildet sich nachfolgend ein exponentiell abfallender Wellenzug aus, deren Einhüllende die Form

hat, wobei J. die Abschwächung de* Kopfe β und t die Zeit bedeuten.

Die Laplace'sehe Transformation der obigen Funktion (Fourier Transformation mit S=I⁰) ist

wobei co = 21i f (f=> Frequenz) und i = die imaginäre Komponente (\'-i') bedeuten.

Wird der Wandler bzw. Prüfkopf als Sender und Empfänger benutzt, ist die Laplace'sehe Transformation der Impulsecho-Umhüllenden das Quadrat des Vorstehenden:

F (s) = 1/(s +^)² (Gleichung 1)

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Im zeitlichen Bereich entspricht die Gleichung 1) der Echosignalform (Umhüllende):

f(t) = te * (Gleichung 2)

und der Hochfrequenz-(HF)-Impuls erhält die Gestalt f(t) = te * cos CO₀ 1 (Gleichung 3)

wobei CJ₀ = 2/\ ±"₀ und I₀= die Basisfrequenz des V/andlers ist.

Die Gleichung 3). schließt das Schwingen des stirnseitigen Schutzplättchens des Prüfkopfes aus; diese (wenig gedämpften) Schwingungen gehen auf zugehörige elektrische Spulen im Wandler zurück,bzw. diese Schwingungen entstehen wegen ungenügender Schallisolation im Prüfkopfgehäuse oder gehen auf Schwingungen des Empfängerverstärkers zurück.

B. Verkleinerung der Echosignalform auf einen Dirac¹sehen <f - Impuls:

Hm eine gute Signal- umsetzung zu erhalten, muß die Laplace'sehe Transformation des sich ergebenden Impulses wie folgt sein:

K (s) η 1 (Laplace'sehe Transformation des § -Impulses).

Nun wird das Ergebnis der Laplace'sehen Transformation des Echoimpulses nach Gleichung 1). multipliziert .mill!! einer Punktion G (s), so daß:

E (s) = P (s) · G (s) ξ 1 (Gleichung 4)

Im Zeitbereich entspricht die Gleichung ^LY)\ folgender Gleichung:

K(t) . /(t) = /f(T) g(t-t) dr= f(t) *g (t) (Gleichung 5)

(Paltungssatζ)

Pur die Gültigkeit der Gleichung 5X ist erforderlich, daß

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G .(s) = V*¹ (s) = ( s +Z)² (Gleichung 6)

Bei Laplace'sehen Transformationen entspricht allgemein II (s;+/) der Beziehung e "^ h(t) (Gleichung 7).

Wenn man substituiert ρ = s + J.'. ₉ geht die Gleichung 6). über

ⁱⁿ G* (p) = P² ;

2 C In zeitlichen Bereich g* (t) = —~—tLS-J—~ (2.Ableitung eines

-Impulses)
kombiniert mit der Gleichung 7). ergibt sich letztlich:

S Ct) = e - ^t . d£oL£tl (Gleichung 8)

Die 2.Ableitung eines Deltaimpulses kann beschrieben werden durch

g (t) = e "^ lim[oT(t) - 2 J (t -At) + J(t-2 At)I (Gleichung 9) Δ-fc--» o ·

Der Ausdruck, der in rechteckigen Klammern enthalten ist, kann durch ein in Pig. I angedeutetes Signal dargestellt werden.

C. Die Bildung eines Näherungswertes der 2.Ableitung des Delta-Impulses

Zur Bildung eines ETäherungsviertes des Signals g(t) in der Gleichung 9). wird die Grenze errechnet mit einer endlichen Größe ^t, welche kleiner ist als die Impulsbreite f(t); der resultierende Impuls, unter Verwendung.dieses ITäherungswertes, vrird gewonnen, indem Gleichung 9X in die Gleichung 5)! eingesetzt wird. Dann gilt:

KO) = U~^* _&'^Λ[Κί)-^Η^-Δψ ^U-,2A±)](Gleichung 10)

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_a .„ 26396A6

— M —

Die Faltung . mit einem (f - Impuls erzeugt die ursprüngliche iiunktion, so daß sich das Endergebnis wie folgt ergibt: k (t) = te" ^M *- Ze'*^ (t -At)e" ^ ^" ^At'⁾ + e (t-2At)e~ '^ ~ ^ (Gleichung 11)

wobei die zweite und dritte Größe den Wert ITuIl haben müssen, wenn (t -dt) und (t - 2At) kleiner oder gleich Hull sind.

Ist t größer als 2At, erhält Gleichung 11). folgende Form: k(t) = e"^¹⁷ [t - 2(t- At) + (t - 2At)] = 0.

Die vorstehend angegebene Näherung komprimiert den ursprüng-

- JLt
liehen Impuls f(t) = te auf ein Zeitintervall kleiner oder gleich 2 At, wenn t größer als 2fit ist, so daß die Dämpfungsschwingung. : genau auf Hull kompensiert wird, ohne Verwendung irgendwelcher nicht linearer Unterdrückung. Die graplische Darstellung in Pig. 2 zeigt das ursprüngliche Signal te" für iL = 1 undAt = 0,2; 0,4-; 0,6; 1 und 1,6, wobei die ursprüngliche iunktion gestrichelt dargestellt ist.

Gibt es zwei sich überlappende Impulse mit einer kleinen Laufzeitdifferenz (wenn zwei Fehler nahe beieinander liegen), können diese vollständig voneinander durch das vorstehende Verfahren getrennt werden, wenn die Laufzeitdifferenz größer als 2A.t ist.

Jedoch kann dieses Verfahren nicht angewendet werden, wenn der Echoimpuls den Verstärker "übereteuertjtias Aus gangs signal muß im linearen Bereich des Verstärkers liegen. Diese Maßnahme kann jedoch durch eine geeignete Auslegung des Verstärkers erreicht werden. _ 9 _

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-ψ -

D. Kompensation des HF-Signals (Gleichung 3). unter Verwendung

der vorstehenden Näherung)

Das gleiche Verfahren, wie vorstehend für den Echosignalimpuls angegeben, kann an einem HF-Signal gemäß Gleichung 3) angewendet werden. Der einzige Unterschied besteht darin, daß die Auswahl von Δ t begrenzt ist. Wenn O« gleich 2^f₀ISt, ferner f₀ die Basisfrequenz, muß At ein Vielfaches der halben Periode 1/2 f₀ sein. Das Signal g(t), das der Gleichung 9) entspricht, muß dann die Form wie folgt annehmen:

g(t) = 1 für t = 0 wobei Ic jede (Gleichung 12)

ganze Zahl

g(t) = -2e ^f° für t = k/f₀ g(t) = e g(t) = 0

⁰ für t = 2k/f₀

für alle anderen t oder:

g(t) = 1 für t = -J-Ts.

g(t) = 2e ^f<> für t = k

g(t) = e ^f ο für t = 2k/f₀

ist

wobei k ein (Gleichung 13) ungerades Vielfaches von 1/2 ist, k = 1/2, 3/2, 5/2,...

s(t)

für alle anderen t

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l^?ig. 3 ist eine graphische Darstellung der Signale für L = 1; f_ß = 3; und k = 1,5· Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der lange ursprüngliche Impuls, dargestellt durch gestrichelte Linie, auf drei Schwingungen komprimiert.

ITig. 4 zeigt die Kompression eines stark, jedoch nicht aperiodisch, gedämpften Impulses (wobei f₀ = 1 und Z = 2 sind) in die Form eines idealen Stoßwellenimpulses (k = 0,5), wenn das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wurde.

Der Vorteil,der in der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einen Hochfrequenzimpuls, anstatt auf die Umhüllende (Videoimpuls) ergibt, besteht darin, daß dieser Ersatz in den ersten Verstärkerstufen oder am Wandler durchgeführt v/erden kann, wo die Echoimpulse den Verstärker nicht übersteuern· Ein gewisser Fachteil muß insofern in Kauf genommen werden, daß man den Wert Δ t genau hinsichtlich der Wandlerfrequenz f₀ kalibrieren muß.

E. Anwendungsbeispiele für dieses Impulsverkürzungsverfahren Dieses Verfahren, den Impuls zu verkürzen, kann entweder auf ein HE-Signal oder auf ein Video-Signal angewendet werden. Gemäß dem Beispiel nach S¹Ig. 5 erregt ein Impulsgenerator 20 periodisch den Wandler 22 mit einem EF-Impulssignal. Der Wandler wandelt das elektrische Signal in ein Ultraschall-Suchsignal um und schallt diesen in das Prüfstück 24 ein, in welchem das Suchsignal am Fehler 26 auftrifft. Das sich hieraus ergebende Echosignal, empfangen vom Wandler 22, wird in ein elektrisches Signal umgewandelt und einem, den Impuls verkürzenden elektrischen

- 11 -

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Schaltkreis 28 zugeführt, dessen Bauteile nachfolgend angegeben sindjund welcher Schaltkreis dazu dient, den HP-Signalwellenzug unter Verwendung vorstehender Prinzipien zu verkürzen. Von dem Kreis 28 wird das verkürzte Signal einem Verstärker 30 zugeführt, weiter zu einem Auswertekreis, z.B. einem Schaltkreis zur Darstellung auf einem Oszillographenschirm, zu einem Logikkreis oder dgl.

Pig. 6 zeigt eine ähnliche Schaltanordnung, jedoch mit der Abänderung, daß der den Impuls verkürzende Kreis 28 so angekoppelt ist, daß er ein Videosignal vom Empfängerkreis 32 erhält.

Bei Verwendung eines digitalen Kleinrechners für die Ausführungsform gemäß Pig. 6, ersetzt der Rechner den den Impuls verkürzenden Kreis 28. Das empfangene Echosignal wird einem Eingangsleiter zugeführt, .der mit einem analogen oder digitalen Wandler gekoppelt ist, so daß die analogen Echosignale in digitale Signale umgeformt werden. Der Rechner ist programmiert dazu, die Gleichung 11X zu lösen. Dies wird so ausgeführt, daß der erste Wert, das ursprüngliche,nicht kompensierte Signal im Computerspeicher, gespeichert wird, daß das Argument durch den Wert Λ t verschoben (verstellt)»und dieser Wert dem Speicher zugefügt wird. Das resultierende, im Speicher gespeicherte Signal ist die Lösung der Gleichung 11X. Um hohe Auflösung zu erhalten, wird das Inkrement Δ t so ausgewählt, daß es klein ist, unter Berücksichtigung der sich ergebenden kleineren Empfindlichkeit. Um die Empfindlichkeit zu vergrößern, wird Δ t größer gewählt, wenn jedoch der Wert /^t Eins nähert, verringert sich die Auflösung.

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In dem Ausführungsbeispiel, wo das HF-Signal verarbeitet wird, unter Verwendung der in Fig. 5 dargestellten Anordnung, muß A t als ein Vielfaches von 1/f₀ oder als ein ungerades Vielfaches der Hälfte von 1/f₀ gewählt werden, siehe Gleichung 13). · Im letzteren Falle müssen alle drei Werte der Gleichung miteinander addiert werden.

Eine abweichende Lösung besteht in der Verwendung eines Rechners, der programmiert ist, um das Faltung«intteral _r. gemäß Gleichung 5). zu lösen, wobei f(t) das nicht kompensierte Echosignal ist,und der Wert g(t) gemäß Gleichung 12). oder Gleichung 13) (HP-Signal) in den Rechner programmiert ist. Rechner, die nach dieser Art arbeiten, sind im Handel unter der Bezeichnung "Korrelatoren" erhältlich. Die Gleichung 5). ist identisch mit der Kmzicorrelationsfunktion und der Korrelator ist programmiert _t um die Gleichung 5), zu lösen. Das vom Wandlerprüfkopf kommende Signal wird als erste Eingangsgröße dem Korrelator zugeführt und enthält die Größe f(t), ferner empfängt der Korrelator als zweites Eingangssignal ein Bezugssignal, welches das Glied g(t) ist, daß entweder der Gleichung 12) ^ oder 13). entspricht. Das elektrische Signal g(t) gemäß Gleichung 12). muß ein Dreifachimpuls, wie in Fig. 7 dargestellt, sein. Dieses Signal wird '

durch einen Kreis, wie in Fig. 8 gezeigt, erzeugt.

Der Sendeimpuls wird in einen Multivibrator 42 eingespeist, die Ausgangsgröße vom Multivibrator 42 wird dem Differenzierglied 44ι zugeführt, fler Ausgang des Differnziergliedes wird einem negativen Multivibrator 46 zugeführt, der Ausgang dieses negativen

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Multivibrators zu einem zweiten Differenzierglied 48. Ein summierender Schaltkreis kombiniert die Ausgangswerte von den Differenziergliedern 44 und 48 und bildet hieraus ein Signal mit zwei einen Abstand zueinander aufweisenden positiven Signalspitzen sowie einer in der Mitte angeordneten negative Spitze einer Doppelamplitude. Ein Signalverzögerungskreis 54 erhält seinen Eingangswert vom Impulsgenerator, um die Kapazität 56 über den Gleichrichter 58 auf einen positiven Spitzenwert aufzuladen. Der Widerstand 60 dient dazu, die Größe der Verzögerung zu justieren. Die Multiplizierschaltung 52 empfängt das Signal vom Kreis 5^ und. vom Summationskreis 50, so daß ein Signal mit der Formgestaltung gemäß E¹Ig. 7 gebildet wird. Um mit der Gleichung 13)! arbeiten zu können, muß der negative Multivibrator 46 ein positiver Multivibrator sein.

Verzögerungskreise

Wenn einer der Impulse f(t) durch einen Filter geschickt wird, dessen Impulsverhalten g(t) entspricht, ergibt sich der Filterausgangswert durch das PflltuhgAiniigral .. der Gleichung 5). · Mit anderen Worten, der Ausgangswert vom Filter ist identisch mit dem kompensierten Impulssignal k(t), wenn der Impuls-Frequenzgang des Filters den Gleichungen 12). oder 13). entspricht. Man kann einen solchen Filter in zweckmäßiger Weise zwischen den Empfängerprüfkopf und den Verstärker einschalten.

Einen Filter mit dieser Charakteristik kann man durch Vervrendung von Verzögerungsstrecken bekommen. Hier ergeben sich mehrere Möglichkeiten.

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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 9 dargestellt. Der Ultraschallwandler 22 ist mit der Eingangsleitung 39 eines elektrischen Kreises verbunden, der zwei Verzögerungsstrecken IL und Dp besitzt sowie drei zugehörig geschaltete Verstärker A^, Ap und A.,. Die Verzögerungsstrecken D^ und Dp haben eine Laufzeit k/f_e,wie in Gleichungen 12). und 13)" dargestellt (geeignet für HF-Signale),und sind am Ende mit einer Impedanz

versehen; E₀ = Z (Z ist die Impedenz der Verzögerungsstrecke)*fso daß keine Reflexion stattfindet. Wenn der Vorverstärker A^ eine Verstärkung von g^j hat, nuß die Verstärkung der anderen Verstärker

-Zk g₂ = g^· 2e ^f«

^fo

S₃ = S₁ - e

sein, wobei für k = eine ganze Zahl, der Verstärker Ap die Phase umkehren muß.

Ist k gleich einem ungeraden Vielfachen von 1/2, darf Verstärker Ap als nicht dLa Phase umkehrend ausgebildet sein. Die Ausgänge der drei Vorverstärker A^, Ap und A, werden an eine Ausgangsleitung 41 angeschlossen und an den Haupthochfrequenzverstärker angeschlossen.

Fig. 10 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 9· Im Schaltkreis 42 wird nur eine Verzögerungsstrecke D,, verwendet. Die Verzögerungsstrecke Dp des Schaltkreises nach Fig. 9 ist in der Schaltung gemäß Fig. 10 durch eine Reflexion ^; am Ende der Verzögerungsstrecke D,, ersetzt. Zu diesem Zweck ist : das Ende der Verzögerungslinie D^. nicht widerstandsrichtig durch eine Impedanz E_c ^ Z abgeschlossen, so daß der Reflexionsfaktor

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e ^f«

ist, jedoch ist der Eingang von dem Zweig IL angepaßt, so daß R. = Z ist, so daß der erste und der dritte Impuls von g(t) gemäß Pig. 7 am Verstärker A^ auftritt, während der zweite Impuls beim Verstärker Ap, wie vorstehend angegeben, auftritt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 11 zeigt einen abgewandelten Schaltkreis, der vorteilhaft nur dann verwendet wird, wenn die Abschwächung am Wandlerprüfkopf hoch ist. Schaltkreis 44 ist ein vereinfachter passiver IPilterkreis und arbeitet ähnlich dem Kreis gemäß Fig. 10. In dem Kreis 44 wird der zweite Impuls von g(t) dem in der Nebenleitung liegenden Verzögerungsstrecke D^ hinzugefügt. Die Impedanz Eo wi^rd- so gewählt, daß der zweite Impuls eine Amplitude

-Zk
• 2e ^fo

hat. Neben den vorstehend gewünschten Impulsen gibt es zusätzliche Impulse, welche durch vielfache Reflexion in der Verzögerungsstrecke Dy, erzeugt werden. Wenn jedoch die Abschwächung des Wandlers genügend hoch ist, haben'die 'Vielfachreflexionen eine wesentlich niedrige Amplitude als die ersten drei gewünschten Impulse, die eineo. hinreichend nahen Näherungswert des Endwertes ergeben.

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Claims

Köln, den 22. Juli 1976 IG/bs B 089

Krautkrämer GmbH

Pa tentansprüohe

Ultraschall-Prüfverfahren zur Bestimmung von Ungänzen z,B. Materialfehlern, im Prüfstück oder dgl., bei welchem ein von der Ungänze reflektiertes Ultrasohallechosignal empfangen und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dieses erste Signal auf elektronischem Wege einer mathematischen Faltung bzw_o Umsetzung mit einem anderen vorbestimmten Signal unterworfen wird, daß hierbei dieses andere Signal so vorbestimmt wird, daß das mathematische Produkt aus dem ersten elektrischen Signal nach Laplace Transformation und aus dem anderen elektrischen Signal gleich Eins (Einheit) wird, so daß ein umgesetztes Signal gewonnen wird, dessen Signallänge im wesentlichen mit dem Empfang des Signals beginnt, jedoch bereits vor normalem Abklingen des Signals beendet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische erste Signal von Frequenz fo der Faltung mit dem anderen elektrischen Signal nachstehender Form

e(t) = 1 -c£k für t = 0 e(t)
e(t) = 2e
- e f
O
-2001c für
für t = k/f_o
t = 2k/f_o f
O

g(t) = 0 für alle anderen t

unterworfen wird, wobei k ein ungerades Vielfaches von Halb, z.B. also i/2, 3/2, 5/2, ..., eC die Abschwäohung des Prüfkopfes und f die Basisfrequenz des Prüfkopfes ist.

3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste elektrische Signal dieser Frequenz einer Faltung mit dem anderen Signal der Form

g(t) = 1 für t = 0

g(t) = -2e ^fo für t = k/f

g(t) = e f_Q für t = 2k/f_o

g(t) = 0 für alle anderen t

unterworfen wird,

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wobei k eine ganze Zahl, z.B. 1, 2, 3,..., /. die Abschwächung des Prüfkopfes, f_& die Basisfrequenz des Prüfkopfes ist.

. Verfahren nach Anspruch!., dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische bzw. elektronische mathematische Konvolution des ersten elektrischen Signales dieser. Frequenz ausgeführt wird, indem das HF-Signal durch eine erste Verzögerungsstrecke geleitet wird, in welchem die Laufzeit k/f₀ beträgt, wobei k ein ungerades Vielfaches der Größe ein Halb, z.B. 1/2, 3/2, 5/2,..., beträgt und f_c die Basisfrequenz des Prüfkopfes ist, so daß ein erstes Zwischensignal gebildet wird; daß dann das erste Zwischensignal einer zweiten, in Serie geschalteten Verzögerungsstrecke zugeführt wird, durch welche eine Lauf-

zeit k/f₀ gegeben ist, und welche am Ende eine Impedanz auf- : weist, die gleich der Impedanz der Verzögerungsstrecke für | das zweite Zwischensignal ist; daß anschließend das elektrische Hochfrequenz-Signal um einen vorbestimmten Faktor multipliziert bzw. verstärkt wird, so daß ein diittes Zwischensignal ^: gebildet wird; daß ferner das erste Zwischensignal um den

~/.„k
Paktor 2e *f_c mal dem vorstehenden Paktor multipliziert , sowie ein viertes Zwischensignal gebildet wird, wobei ^ die j Abschwächung des Prüfkopfes bedeutet; daß das zweite Zwischen+

-2/k ;

signal um den Paktor _e f„ mal dem vorbestimmten Paktor I multipliziert und ein fünftes Zwischensignal gebildet wird, ; und daß das dritte, vierte und fünfte Zwischensignal addiert

i — IX _

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werden,-und ein Aus gangs signal gewonnen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses elektrische HF-Signal einer ersten Verzögerungsstrecke züge- · führt wird, die die Laufzeit k/f₀ hat, wobei k eine ganze Zahl, z.B. 1, 2, 3 usw., und f_ö die Basisfrequenz des Prüfkopfes ist, so daß ein erstes Zwischensignal gebildet wird; daß das erste Zwischensignal durch eine zweite, in Reihe geschaltete Verzögerungsstrecke geführt wird, welche die Laufzeit k/fo hat und in eine Impedanz ausläuft, welche gleich der Impedanz der Verzögerungsstrecke zur Bildung des zweiten Signals ist, daß dieses elektrische Signal mit einem vorbestimmten Faktor multipliziert bzw. vergrößert wird, um das dritte Zwischensignal zu erhalten^ daß das erste Signal mit

-^k
dem Wert ρ f₀ mal diesem vorbestimmten Wert multipliziert bzw. verstärkt wird, so daß ein viertes Zwischensignal gewonnen wird, wobei ^- dieses Faktors gleich der Abschwächung des Prüfkopfes ist; daß das zweite Zwischensignal durch den

-2/k
Falfcor f₀ mal diesem vorbestimmten Faktor multipliziert bzw. vergrößert wird, um ein fünftes Zwischensignal zu bilden^ und daß das dritte und fünfte Zwischensignal addiert sowie ^; das vierte Zwischensignal subtrahiert wird, und der sich ergebende Signalwert als Ausgangssignal verwendet wird.

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6.» Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende einer Verzögerungsstrecke eine Impedanz vorgesehen

-2/k wird, derart, daß der Reflexionskoeffizient ~ f₀ ist, wobei k eine ganze Zahl, f₀ die Basisfrequenz des Prüfkopfes und *£ die Ab Schwächung des Prüf kopf es ist, wobei der Eingang dieser Verzögerungsstrecke mit einer Impedanz versehen wird, welche gleich der Impedanz der Verzögerungsstrecke ist, daß das elektrische Hochfrequenz-Signal durch die Verzögerungsstrecke geleitet und ein erstes Zwischensignal im Ausgang der Verzögerungsstrecke und ein reflektiertes Rücksignal im Eingang dieser Verzögerungsstrecke gebildet wird, daß das zuletzt genannte elektrische Signal sowie das reflektierte Signal einem ersten Verstärker von vorbestimmtem Verstärkungsfaktor zugeleitet und ein zweites Zwischensignal gebildet wird, welches die Summe aus diesem elektrischen Signal sowie dem reflektierten Signal ist, daß das erste Zwischensignal einem Umkehrverstärker zugeführt wird, dessen Verstärkungsfaktor das Zweifache des ersten Verstärkers ist, so daß ein drittes Zwischensignal gebildet wird, wonach das zweite und das dritte Zwischensignal addiert und der Additionswert als Ausgangssignal verwendet wird.

7;. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang eines Verzögerungsstrecke mit einer Impedanz ver-

-2.Zk sehen wird, derart, daß der Reflexionskoeffizient Τζ"

beträgt, wobei <L· die Abschwächung des Prüfkopfes, k ein un-

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gerades Vielfaches "von ein Halb ist, z.B. 1/2, 3/2, 5/2, usw., und f₀ die Basisfrequenz des Prüfkopfes ist, daß der Eingang, der Verzögerungsstrecke mit einer Impedanz versehen wird, die gleich der Impedanz der Verzögerungsstrecke ist, daß das elektrische Hochfrequenz-Signal durch die Verzögerungsstrecke geleitet, und ein erstes Zwischensignal im Ausgang der Verzögerungsstrecke und ein reflektiertes Signal im Eingang dieser Verzögerungsstrecke gebildet wird, daß das erste Zwischensignal abgeschwächt wird, indem es mit dem Faktor

-/k

P fo multipliziert wird, und daß dieses elektrische Signal, das reflektierte Signal und das abgeschwächte erste Zwischensignal zu einem Ausgangssignal zusammengesetzt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei elektrisch die mathematische .Faltung . mit diesem HF-Signal gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß hierfür das HP-Signal im Speicher eines Rechners gespeichert wird, daß der Argumentwert dieses elektrischen Signals durch einen ersten vorbestimmten Zwischenwert (At) verschoben wird, welcher in einem festen Verhältnis zum Wert 1/2 f₀ steht, wobei f_o die Grundfrequenz des Prüfkopfes ist, daß der Signalwert mit dem Faktor Zwei multipliziert und der resultierende Signalwert im Eechner als erstes Zwischensignal gespeichert wird, daß dann der Argumentewert dieses elektrischen Signales durch einen zweiten vorbestimmten Zwischenwert (2/^t) verschoben, und das resultierende Signal im Eechner als zweites Zwischensignal gespeichert und

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• dieses elektrische Signal mit dem ersten und dem zweiten Zwischensignal zu einem Ausgangssignal zusammengesetzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das empfangene elektrische HP-Signal einem Empfangskreis zugeführt wird, um jedoch dieses HP-Signal in ein video-elektrisches Signal umzusetzen, und daß dieses video-elektrische Signal weiter als das erste Signal gemäß Anspruch Λ der Konvolution mit einem anderen vorbestimmten Signal unterxforfen wird.

10". Verfahren nach Anspruch 9» mit Speicherung des videoelektrischen Signals im Speicher eines Rechners und nachfolgender Verschiebung des Argumentwertes dieses elektrischen Signals durch eine erste vorbestimmte Größe, dadurch gekennzeichnet, daß diese Größe (At) kleiner als die Impulsbreite dieses elektrischen Signales ist, das Signal mit dem Paktor Zwei multipliziert und das resultierende Signal im Rechner als erstes Zwischensignal gespeichert wird, wonach der Argumentwert dieses elektrischen Signals durch eine zweite vorbestimmte Größe (2At) verschoben und das sich ergebende Signal als zweites Zwischensignal im Rechner gespeichert, dieses video-elektrische Signal und das zweite Zwischensignal miteinander kombiniert und hiervon das erste Zwischensignal abgezogen und somit das Ausgangssignal gebildet wird.

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11. Schaltungsvorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 -10, mit mindestens einem Prüfkcgöf, einem an diesen angekoppelten Impulsgenerator, mindestens einem Empfängerkreis für das empfangene Echosignal sowie einem angekoppelten Schaltkreis für das andere vorbestimmte Signal, welches in das Produkt mit dem transformierten Signal eingeht, mit Ein- und Ausgangsleitungen für diese Kreise, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung eine Korrelatorstufe mit zwei Eingangsleitungen aufweist, wobei die eine Eingangsleitung an die Eingangsleitung des elektrischen Schaltkreises angekoppelt ist, welcher der Kreis für den Prüfkopf (22) ist und das Echoempfangssignal empfängt, während die zweite Eingangs leitung des !Correlators an einen das andere vorbestimmte Signal "bildenden Kreis angeschlossen ist sowie dieses Signal von der Form g(t) = 1 für t = O usw. empfängt, daß ferner der Korrelator an den Ausgang des Prüfkopf kreises angekoppelt ist, so daß in diesem Ausgang ein Ausgangssignal gebildet ist, welches ein Umsetzungssignal des ersten, echoabhängigen Signals mit dem anderen vorbestimmten Signal ist.

« Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 10 , mit einem eine Eingangs leitung sowie eine Ausgangsleitung aufweisenden Prüfkopfschaltkreis, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine in Reihe geschaltete erste Verzögerungsstrecke (cD^j ) aufweist, wobei ihre Eingangsleitung

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an die Eingangsleitung dieses Kreises angeschlossen ist, und eine zweite Verzögerungsstrecke(Dp)sowie eine Impedanz (Rq) vorhanden sind, die in Reihe zwischen der Ausgangsschaltung der Verzögerungsstrecke(Dp)und einer gemeinsamen Spannungsquelle liegen, wobei ein erster Verstärker(A^)mit einer vorbestimmten Verstärkung zwischen der Eingangsleitung und der Ausgangsleitung dieses elektrischen Schaltkreises angeschlossen ist,und ein zweiter Phasanumkehrverstärker (Ap^ angeschlossen ist,und zwar mit seinem Eingang an den Verbindungspunkt zwischen der ersten und der zweiten Verzögerung
ungsstrecke.Ίίιίΐ einem Ausgang an die Ausgangsleitung dieses Schaltkreises u .v-v^;/..' .v^ii i'. L:, während ein dritter Verstärker (A.,) mit seinem Eingang an einem Punkt zwischen der zweiten Verzögerungsstrecke (Dp) und der Impedanz bzw. dem Widerstand (Rq) liegt, während der Ausgang des Verstärkers (A-,) an den Ausgang dieses elektrischen Kreises angeschlossen ist und die Verzögerungsstrecken 'eine Laufzeit k/f_e ausgelegt sind, wobei k eine ganae Zahl, z.B. 1, 2, 3···» und f. die Grundfrequenz des Prüfkopfes ist- während die Ver-

—/k Stärkung des zweiten Verstärkers (Ap) ρ f_e mal der vorbestimmten Verstärkung des Verstärkers (A,,), die Verstärkung des Verstärkers (A.,) jedoch Υζ mal der vorbestimmtfin Verstärkung des Verstärkers (A,,) ist, mit ^- als Abschwächungswert des Prüfkopfes (Fig. 9)·

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13. "Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Eingangsimpedanz (E.) aufweist, welche zwischen der Eingangsleitung (39) dieses elektrischen Kreises und einer gemeinsamen Spannung angeschlossen ist, wobei der erste "Verstärker (A^) von vorbestimmter Verstärkung zwischen der Eingangsleitung (39) und der Ausgangsleitung (4-1) dieses Kreises eingeschaltet ist, während die erste Verzögerungsstrecke (D,,) zwischen der Eingangs leitung (39) und einer Klemme der Impedanz (Kq) liegt, während die andere Klemme der Impedanz (E_n) an einer gemeinsamen Spannung liegt, "bzw. geerdet ist, während der zweite Phasenumkehrverstärker (Ag) mit Einern Eingang zwischen Verzögerungsstrecke (D,,) und Impedanz (Eq)₅ mit seinem Ausgang an den Ausgang (4-1) des Schaltkreises gelegt ist, die Größe der Eingangsimpedanz (S^) gleich der Impedanz der Verzögerungsstrecke (D^) ist, und die ImOedanz (E_n) so ausgewählt ist, daß der Eeflexions-

-££k koeffizierb der Verzögerungsstrecke (D.) gläch £_b ist, wobei k eine ganze Zahl, oL der Abschwächungswert des Prüfkopfes, sowie f₀ die Basisfrequenz des Prüfkopfes ist, und die Verstärkung des zweiten Verstärkers (Ap) doppelt so groß als die Verstärkung des ersten Verstärkers (A,,) festgelegt ist (Eig. 10).

1£. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Impedanz (Ep) mit einem Ende zwischen Verzögerungsstrecke (D^) und der Ausgangsimpedanz (E_Q), mit dem anderen Ende jedoch an der Eingangs- (39) und Ausgangs-

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leitung des Kreises liegt, und die Impedanz (IL) gleich der Impedanz der Verzögerungsstrecke (IL) sowie die Ausgangsimpedanz (R_n) ^so gewählt ist, daß der Reflexionskoeffizient

-2/k der Verzögerungsstrecke (D_x.) f₀ ist, mit ^ gleich der Abschwächung des Prüfkopfes, k einer ungeraden Vielfachen von ein Halb, z.B. 1/2, 3/2, 5/2,..., und f₀ der Basisfrequenz des Prüfkopfes, während die Impedanz (Rp) hinsichtlich des Verzögerungsstrecke (D^₁) so gewählt ist daß in der letzteren die Laufzeit durch den Faktor ρ f_c verändert wird (Fig. 11).

. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 - 1²* , dadurch gekennzeichnet, daß in der Echosignal-Empfangsleitung ein Digitalumwandler vorhanden ist.

. Vorrichtung zur Ausfährung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger ein elektrisches Schaltungsteil aufweist, in dem die empfangenen Echosignale in video-elektrische Signale umgewandelt werden.

· Vorrichtung nach Anspruch 16 , dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsleitung bzw. dem Empfängerteil eine Umwandlerstufe nachgeschaltet ist, in der die video-elektrischen Signale in digitale Signale umgewandelt werden.

. Verfahren nach Anspruchs , dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Signal und das zweite Zv/ischensignal addiert, ^;

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und hiervon das erste Zwischensignal zur Bildung eines Ausgangssignals abgezogen wird.

. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit Umwandlung des Echosignals in ein Digitalsignal, dadurch gekennzeichnet, daß das Digitalsignal einem digitalen Rechner zugeführt wird, hier das digitale Signal um die Gräße Δ t verschoben wird, welcher Wert gleich bzw. verhältnisgleich mit dem Wert 1/2 f_e ist, wobei f₀ die Grundfrequenz des Prüfkopfes ist, daß das iesultierende Signal mit dem Faktor Zwei multipliziert, das gewonnene Signal als erstes Zwischensignal gespeichert, der Argumentwert des digitalen Signals um die Größe 2At verschoben,und das resultierende Signal als zweites Zwischensignal gespeichert, mathematisch das erste Digitalsignal und das zweite Zwischensignal addiert, und das erste Zwischensignal zur Bildung des Ausgangssignals abgezogen wird.

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