DE2821977A1

DE2821977A1 - Ultraschallgeraet zur werkstoffpruefung mit grenzflaechensignalauswertung

Info

Publication number: DE2821977A1
Application number: DE19782821977
Authority: DE
Inventors: Sven Ebert Mansson
Original assignee: Magnetic Analysis Corp
Current assignee: Magnetic Analysis Corp
Priority date: 1977-08-24
Filing date: 1978-05-19
Publication date: 1979-03-08
Also published as: US4126048A

Description

(δ-

Anmelder; Stuttgart, den 16. Mai 1978

Magnetic Analysis Corp. P 3544-

535 South 4^th Avenue

Mount Vernon, N.Y*, V.St.A.

Ultraschallgerät zur Werkstoffprüfung mit GrenzfIachensignalauswertung

Die Erfindung betrifft ein Ultraschallgerät zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit einem Impulsgenerator und einem Wandler zum Zuführen von Ultraschall-Impulsen zu einem Prüfobjekt, einer Empfangseinrichtung für Grenzflächensignale von dem Prüfobjekt und für Signale, die Unregelmäßigkeiten oder Fehlern in dem Prüfobjekt entsprechen, und einem eine Kathodenstrahlröhre und einen Ablenkgenerator umfassenden Sichtgerät zur Darstellung der empfangenen Signale.

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Ultraschallgeräte zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, bei denen ein elektro-akustischer 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 bekannt. Gewöhnlich sind die empfangenen Signale Echos, die von der Vorder- und der Rückseite des Objekts sowie von Blasen^ Rissen, Unstetigkeiten und anderen Unregelmäßigkeiten innerhalb des Objekts zwischen Vorder- und Rückfläche reflektiert werden·

Häufig wird ein einziger elektroakustischer Wandler zum Senden und Empfangen verwendet, obwohl auch getrennte Wandler verwendet werden können· 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,· Zur Abtastung verschiedener Abschnitte des Objekts kann von einer Relativbewegung zwischen Wandler und Objekt Gebrauch gemacht werden«

In Abhängigkeit von den Prüfbedingungen und der Gestalt des Objekts kann die Entfernung vom Wandler zum Objekt klein sein oder groß und kann sich ändern, während sich das Objekt bewegt. Es ist daher häufig erwünscht, die

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Darstellung von Signalen mit dem ersten Grenzflächensignal (von der Vorderfläche des Objekte) beginnen zu lassen, so daß der Operateur seine Aufmerksamkeit allein auf diejenigen Signale konzentrieren kann, die durch Änderungen oder Fehler im Objekt selbst (im folgenden gemeinsam als Fehlersignale bezeichnet) verursacht werden, und daß das Anzeigegerät in ähnlicher Weise nur einen begrenzten Aufwand erfordert.

Die Darstellung von empfangenen Signalen einschließlich von Grenzflächensignalen kann ziemlich kompliziert und verworren seine Zusätzlich zu Grenzflächenechos von der Vorderfläche und Rückfläche und zu Fehlerechos vom Objekt selbst können starke Echos vorhanden sein vom Boden des Tanks, in dem das Objekt angeordnet ist, und es können Vielwegeechos auftreten, die anscheinend zwiachen dem gesendeten Impuls und der Vorderfläche des Objekte liegen. Auch kann ein beträchtliches Rauschen vorhanden sein· Das Echomuster kann sich auch ändern, während das Objekt durch die Prüfzone bewegt wird, nicht nur deswegen, weil sich die Echos voa Objekt selbst ändern, sondern auch deswegen, weil die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Objekt und in der Koppelflüssigkeit üblicherweise unterschiedlich sein wird, so daß die beobachteten Positionen der Echos, beispielsweise der vom Boden des Tanks, derart erscheinen, daß sie sich ändern, während sich die relativen Abstände im Objekt und im Koppelmedium andern.

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Es wird daher als wichtig angesehen, daß der Operateur die Möglichkeit hat, aus der gesamten Darstellung des empfangenen Signals das geeignete Grenzflächenecho auszuwählen, um eine gedehnte Ablenkung zu erzeugen, die die nach dem Grenzflächensignal auftretenden Signale zeigt. Vorteilhafterweise werden sowohl die vollständige als auch die gedehnte Ablenkung kontinuierlich dargestellt, ao daß der Operateur Änderungen im gesamten Signalmuster bemerken kann und falls erforderlich eine Nacheinstellung vornehmen kann, und daß er ständig sicher sein kann, daß das richtige Grenzflächensignal tatsächlich verwendet wird·

Die Erfindung schafft bei dem eingangs beschriebenen Gerät insbesondere eine verbesserte Grenzflächen-Signalauswertung·

Gemäß der Erfindung wird ein erster und ein zweiter Ablenkgenerator verwendet, um Ablenkspannungen zu einer Kathodenstrahlanzeigevorrichtung zur Darstellung von Grenzflächensignale und Fehlersignale umfassenden empfangenen Signalen zu liefern· Ein mit dem ersten Ablenkgenerator synchronisierter Grenzflächen-Tor-Generator erzeugt ein Grenzflächen-Torsignal mit einer wählbaren Lage entlang der Ablenksignale. Einer einstellbaren Schwellenwertschaltung werden empfangene Signale und das Grenzflächen-Torsignal augeführt, und sie erzeugt Triggersignale, wenn empfangene Signale innerhalb des Tors den Schwellenwertpegel überschreiten. Eine mit der Schwellenwert-

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schaltung verbundene Vorrichtung erzeugt aus dem. Grenzflächen-Torsignal ein Darstellungs-Grenzflächentorsignal mit einer Amplitude, die im wesentlichen gleich der dargestellten minimalen Amplitude von empfangenen Signalen ist, die die Schwellenwertschaltung zur Urzeugung von Triggersignalen betätigen werden. Das Darstellungs-Grenzflächen-Torsignal und empfangene Signale werden während unterschiedlicher Ablenkungen des ersten Ablenkgenerators, die zusammenfallende Basislinien haben, dargestellt« So kann der Operateur leicht die Lage des Grenzflächentors so einstellen, daß es das gewünschte Grenzflächensignal, wie es auf der Kathodenstrahlrohranzeige beobachtet wird, einrahmt, und er kann den Schwellenwertpegel so einstellen, daß das Grenzflächensignal die beobachtete Amplitude des Grenzflächentors überschreitet, und die richtigen Triggersignale werden erzeugt werden. Vorteilhafterweise ist die Breite des Grenzflächen-Torsignals einstellbar, so daß der Operateur nahe dem Grenzflächensignal liegende Echosignale ausschließen kann, die eine falsche Betätigung der Triggerschaltung bewirken könnten.

Die Triggersignale steuern den Beginn der Ablenkungen, die durch den zweiten Ablenkgenerator erzeugt werden, der so gedehnte Ablenkungen erzeugt, auf denen nach der Grenzfläche auftretende Signale dargestellt werden· Ein mit dem zweiten Ablenkgenerator synchronisierter

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Fehlersignaltorgenerator erzeugt ein Felilertorsignal« Eine einstellbare Fehlerschwellenschaltung, der empfangene Signale und das Fehlertorsignal zugeführt werden, erzeugt Ausgangssignale, wenn empfangene Signale innerhalb des Fehlertors einen einstellbaren Schwellenwertpegel überschreiten, und die Ausgangssignale betätigen Anzeigeschaltungen wie einen Alarm, ein Aufzeichnungsgerät usw_o0 Vorteilhafterweise werden das Fehlertorsignal und empfangene Signale während unterschiedlicher Ablenkungen des zweiten Ablenkgenerators mit zusammenfallenden Basislinien dargestellt, und die Basislinien der Ablenkungen des zweiten Ablenkgenerators sind von den Basislinien der Ablenkungen des ersten Ablenkgenerators abgerückt» So kann der Operateur leicht irgendwelche Änderungen bei den ersten Ablenkungen bemerken und das Grenzflächentor nachstellen, falls erforderliche

Vorzugsweise hat das Fehlertorsignal, wie es bei den zweiten Ablenkungen dargestellt wird, eine Amplitude gleich der minimalen Amplitude von empfangenen Signalen, wie sie bei den zweiten Ablenkungen dargestellt werden und die die Ausgangssignale erzeugen, und es ist in seiner Breite und Lage einstellbar, wie in dem am 3· August 1976 ausgegebenen US-Patent 3 972 228 des Erfinders beschrieben ist. Dieses Patent entspricht der deutschen Patentanmeldung P 25 30 965.3 des Anmelders, deren Inhalt durch diese Bezugnahme zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.

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In dem unten "beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiel erzeugen der erste Ablenkgenerator und der Grenzflächentorgenerator beim Auftreten eines jeden gesendeten Impulses eine Ablenkung bzw. ein Tor, und der zweite Ablenkgenerator und der Fehlertorsignalgenerator erzeugen beim Auftreten eines jeden Triggersignals eine Ablenkung bzw. ein Tor. Die jeweiligen Ablenkungen und Tore und die empfangenen Signale werden von der Kathodenstrahlröhre während der Dauer von anderen als den vorbestimmten Ablenkungen, während denen sie jeweils dargestellt werden, ferngehalten. So wird ein Triggersignal erzeugt während jedes Ablenkintervalle, wenn einmal das Grenzflächentor eingestellt worden ist, und ein 3? ehleraus gangs signal wird erzeugt während jedes Ablenkungsintervalls, wenn einmal das Fehlertor eingestellt worden ist, wenn auch die empfangenen Signale und das Tor während unterschiedlicher Ablenkungen dargestellt werden·

Zur Erleichterung einer schnellen Prüfung wird häufig eine hohe Impulsfolgefrequenz gewünscht· In einem solchen Fall können durch den einen Impuls erzeugte Echos empfangen werden, nachdem der nächste Impuls gesendet worden ist, und sie können fälschlicherweise als Grenzflächenechos oder Fehlerechos identifiziert werden· Es sind Einrichtungen zur Echoprüfung vorgesehen, in denen vorbestimmte Senderimpulse beseitigt werden, um eine Pulsfolgefrequenz zu liefern, die ein Teiler der für

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die -Prüfung verwendeten Impulsfolgefrequenz ist, während man die Schräge der Ablenkungen des ersten Ablenkgenerators und das zeitliche Auftreten der Ablenkungen mit Bezug auf die nicht beseitigten Impulse unverändert läßt«. Wenn bei der normalen Impulsfolgefrequenz erhaltene Echos bei der verringerten Impulsfolgefrequenz (Teiler der ursprünglichen Impulsfolgefrequenz) verschwinden, oder wenn sie in ihrer Amplitude merklich verringert sind, wird eine fehlerhafte Identifikation angezeigt und die lorpositionen können nachgestellt werden oder die Impulsfolgefrequenz kann verringert werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen« Die einzelnen Merkmale können Je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein·

Pig» 1 ist eine erläuternde Darstellung auf einem Oszillographen;

Fig» 2 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Geräts;

Fig. 3 ist ein Schema der Senderimpuls- und Blockierwellengeneratoren ;

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Fig. ^ zeigt Wellenformen Tür Fig« 3i

Fig» 5 ist ein Schema des ^mi»f angers, von Schaltungen für eingeblendete Schwellenwerte und von Schaltungen zur Steuerung der Oszillographendarstellung·,

Fig. 6 und 6a zeigen ü-blemi- und Torgeneratorschaltungen und

Fig. 7 zeigt erläuternde Wellenformen für Fig. 6.

In Fig„ 1 ist der Schirm eines Kathodenstrahlrohr-Oszillographen durch eine gestrichelte Linie 11 angedeutet. Die obere Darstellung weist zwei Ablenkungen mit derselben Basislinie auf. Die eine Ablenkung 3tellt das gesamte empfangene Videosignal dar einschließlich des Senderimpulses 12, dee Echosignals 1$ an der Vorderfläche oder an der ersten Grenzfläche eines zu prüfenden Objekts, Echosignale 14-, von Fehlern im Objekt, und ein zweites Grenzflächenechosignal 16_O Die zweite Ablenkung stellt ein Grenzflächentorsignal 17 von einstellbarer Lage, Höhe und Breite dar.

Die untere Darstellung weist gleichfalls zwei Ablenkungen mit derselben Basislinie auf, und sie ist in vertikaler Richtung von der oberen Darstellung uia einen gewünschten Betrag abgerückte Die eine Ablenkung stellt einen Abschnitt der oberen Videosignaldarstellung beginnend mit dem ersten Grenzflächensignal 15' und nachfolgend Fehlersignale 14', 15¹ mit einem gedehnten Maßstab dar. Die zweite Ablenkung

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stellt ein Fehlertorsignal 18 von einstellbarer Lage, Höhe und Breite dar.

Beim Betrieb kann ein Operateur das obere Grenzflächentor 17 entlang der oberen Videodarstellung bewegen, um das erste Grenzflächensignal 13 auszuwählen und um die Höhe und Breite des Tors so einzustellen, daß nur das gewünschte Signal die Höhe des Tors überschreiteto Wenn dies getan ist, veranlaßt die Koinzidenz des Signals 13 innerhalb des Tors 17 die Ablenkungen der unteren Darstellung, so daß nur Echosignale von jenseits der ersten Grenzfläche auf der unteren Spur erscheinen· Der Operateur kann dann das Fehlertor 18 entlang der unteren Darstellung bewegen und seine Höhe und Breite einstellen, so daß nur Echosignale, die innerhalb des Tors liegen und die Torhöhe überschreiten, Fehleranzeigeschaltungen betätigen, beispielsweise ein Aufzeichnungsgerät, einen Markengeber, Alarm usw_e» So wird mit dem mit ausgezogenen Linien dargestellten Tor 18 das Echosignal 14' für die Anzeige ausgewählt werden«. Andererseits wird dann, wenn das Tor in die gestrichelte Position 18' bewegt wird, das Echosignal I5¹ nicht angezeigt werden, weil seine Höhe geringer ist als die Höhe des Tors. Die Torhöhe könnte reduziert werden, um das Signal 15* für die Anzeige auszuwählen.

Die Ablenkungen entweder der oberen oder der unteren Darstellung, oder beide, können falls gewünscht gedehnt werden, um nur die interessierenden Gebiete darzustellen·

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Es könnte auch, falls gewünscht, das Tor 17 auf der oberen Darstellung verwendet werden, um irgendein anderes Echosignal zum Starten der Ablenkungen der unteren Darstellung auszuwählen»

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild des gesamten Geräts. E3 sind zahlreiche Prüfanordnungen mit Wandlern bekannt, die Ultraschallimpulse einem Objekt zuführen und von diesem Echos aufnehmen, mit denen die vorliegende Erfindung verwendet werden kann_e Ein einziger Wandler kann verwendet werden, um sowohl Impulse auf das Objekt zu senden als auch von diesem Echos zu empfangen, oder es können getrennte Wandler verwendet werden· Üblicherweise wird eine Flüssigkeit wie Wasser, öl usw. als Koppelmedium zwischen einem Wandler und dem zu prüfenden Objekt verwendet· In Fig. 2 ist zur Erläuterung eine einfache Anordnung gezeigt, bei der das zu prüfende Objekt 21 in einem Tank 22, der Wasser 25 enthält, angeordnet ist_e Ein Ultraschallwandler 24 empfängt durch eine Leitung 25 Treibimpulse und erzeugt entsprechend auf das Objekt 21 gerichtete Ultraschallimpulse. Ein Ultraschallimpuls erzeugt ein erstes Grenzflächenecho an der oberen (ersten) Außenfläche 26 des Objekts, wie bei 13 in Fig. 1 dargestellt ist· Ungleichmäßigkeiten im Objekt werden Echos, beispielsweise wie bei 14· und gezeigt, erzeugen· Wenn der zugeführte Impuls die untere (zweite) Außenfläche 27 erreicht, wird ein zweites Grenzflächensignal erzeugt, wie bei 16 dargestellt ist. Es kann ein weiteres E_cho erzeugt werden, wenn der zugeführte

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Impuls den Boden des Sanks erreicht. Dies ist in Figo 1 nicht dargestellt, obwohl es durch Verwendung einer Ablenkung von längerer Zeitdauer dargestellt werden könnte. Die Echos werden durch den Wandler 24- empfangen und in entsprechende elektrische (Video) Signale auf der Leitung 25 umgewandelt.

Die Länge der Zeit oder die Verzögerung zwischen dem gesendeten Impuls und dem ersten Grenzflächenecho wird von der Länge des Wegs im Wasser und von den Ausbreitungseigenschaften abhängen und wird anwachsen, wenn die Entfernung zunimmto Beispielsweise würde die Verzögerung größer sein, falls die Außenfläche 28 unterhalb des Wandlers wäre_e Unregelmäßig gestaltete Objekte werden Grenzflächenechos von unterschiedlicher Verzögerung ergeben, während das Objekt unterhalb des Wandlers bewegt wird· Echos von Diskontinuitäten innerhalb des Objekts werden Größen haben, die mit der Größe der Diskontinuitäten aich ändern, und die Zeitverzögerung wird von ihren Orten und den Ausbreitungseigenschaften des Objekts und ebenso dea Wasserwegs abhängen. Es kann ein beträchtliches Bauschen vorhanden sein, besonders bei einem hochempfindlichen Gerät. Es können auch Echos vom Boden des Tanks bei einer nachfolgenden Ablenkung erscheinen, in Abhängigkeit von der Dauer der Ablenkung, und Vielwegeechos können auftreten.

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Aus diesen und anderen Gründen, die von dem speziellen Anwendungsfall abhängen, kann die Videodarstellung ziemlich kompliziert und verworren sein« Es ist daher sehr wünschenswert, den Operateur in die Lage zu versetzen, das geeignete Echosignal auf der oberen Darstellung
auszuwählen, um die untere Darstellung zu triggern·

In Fig. 2 werden Üechteckwellen von einem Oszillator
und ^echteckwellengenerator 31 einem Zähler 32 und dann einem Senderimpulsgenerator 33 zugeführt, dessen Ausgangssignal zur Leitung 25 geführt wird. Rechteckwellen von der Komponente 31 werden auch einem Markengenerator 34· zugeführt. Die Marken werden einer Vertikallagenschaltung 35 zugeführt, die das obere und untere Niveau der Darstellungen von Fig. 1 steuert, und kombinierte Signale werden dem Vertikalablenkverstärker 36 des Oszillographen (Kathodenstrahlröhre) zugeführt. Der Oszillograph ist
symbolisch dargestellt mit Vertikal- und Horizontalablenkplatten·

Die Ausgangssignale des Zählers 32 werden erlern Sperrwellengenerator 38 zugeführt, dessen Ausgangssignale die Darstellung von Videosignalen und T -en bei geeigneten Ablenkungen der Kathodenstrahlröhre steuern· Es wäre
möglich, einen Zweistrahl-Oazillographen zur Erzeugung der oberen und unteren Darstellung von Fig. 1 zu verwenden· Jedoch ist ein Einzelstrah-Oszillograph weniger teuer und wird hier benutzt. Aufeinanderfolgende Ablenkungen, in Gruppen zu vier, werden verwendet, um aufeinanderfolgend

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das obere Videosignal, das Grenzflächentor, das untere Videosignal und das Fehlertor darzustellen· Es könnten andere Reihenfolgen in der Darstellung verwendet werden, wenn gewünscht. Im allgemeinen werden bei dieser Ausführungsform die Darstellungen und Ablenkungen in einer regelmäßig wiedei>kehrenden Folge mit der Senderimpulsfrequenz hergestellt, und sie werden während der Intervalle blockiert, in denen sie nicht für die Darstellung auf der Kathodenstrahlröhre benötigt werden,.

Die empfangenen Signale von der Leitung 25 und die Senderimpulse von 33 werden einem Empfangsverstärker 41 zugeführt und dann dem Detektor 42 zugeführt. Das detektierte Ausgangssignal wird zu Gattern 43, 44 geleitet, die durch Signale von den Torgeneratoren 49 und ^A- geöffnet und geschlossen werden_e Durch die Gatter hindurchgeleitete detektierte Signale werden entsprechenden Schwellenkomparatoren 45, 46 zugeführt.

Impulse vom Senderimpulsgenerator 33 werden dem Ablenkgenerator 47 zugeführt, der Ablenkungen für die oberen Spuren von Fig. 1 erzeugt. Die Ablenkungen werden dem Horizontalablenkverstärker 48 des Oszillographen zugeführt und werden durch Wellen von der Komponente 38 während der Darstellungen der unteren Spuren blockiert. Die Ablenkungen werden auch dem Torsignalgenerator 49 zugeführt, der ein Grenzflächentorsignal erzeugt, das dem bei 17 in. Fig. 1 gezeigten entspricht. Das Torsignal wird an das

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Gatter 43 angelegt, um den gewünschten Abschnitt des empfangenen Signals zum Komparator 45 durchzulassen· Das Torsignal von der Komponente 49 ist in der Lage und Breite einstellbar, so daß der Operateur das erste Grenzflächenechosignal (oder ein anderes Echosignal) wie oben beschrieben auswählen kann* Der durchgelassene Abschnitt des empfangenen Signals wird mit einer einstellbaren Schwelle im Komparator 45 verglichen, und wenn die Amplitude eines Echosignals den Schwellenwert überschreitet, betätigt sie die Triggerschaltung 51» um einen Triggerimpuls durch eine Leitung 52 zu einem Ablenkgenerator 53 zu leiten, der Ablenkungen für die unteren Darstellungen von Fig. 1 erzeugt. Das Torsignal wird auch einer Sichtgerät-Darstellungssteuerschaltung 57 zugeführt und seine Amplitude, wie sie dargestellt wird, wird so gesteuert) daß sie der kleinsten Amplitude des empfangenen Signals, wie es dargestellt wird, gleich ist, das den Komparator zur Erzeugung von TriggerSignalen betätigen wird«

Ablenkungen vom Generator 53 werden dem Torgenerator 5^ zugeführt, der ein Fehlertorsignal entsprechend dem bei in Fig. 1 gezeigten erzeugt. Das Fehlertoreignal ist in seiner Lage und Breite einstellbar und wird an das Gatter gelegt, um den gewünschten Abschnitt des empfangenen Signals zum Komparator 46 durchzulassen· Der Schwellenwert des Komparators ist einstellbar, und wenn ein empfangenes Echosignal die Schwelle überschreitet, wird ein

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Signal an ein Anzeigegerät 56 gelegt, dag ein Aufzeichnungagerät, ein Markengeber, Alarm usw« sein kann· Das Fehlertorsignal wird auch der Sichtgerätdarstellungssteuerung 57 zugeführt und seine dargestellte Amplitude wird gleich der kleinsten Amplitude des empfangenen Signals, wie es dargestellt wird, gemacht, das den Schwellenwertkomparator 46 betätigen wird, um Ausgangssignale für das Anzeigegerät 56 zu erzeugen·

Die Sichtgerätwiedergabesteuerschaltung 57 dient zur Darstellung der richtigen Signale bei aufeinanderfolgenden Ablenkungen· Sie wird versorgt mit Echosignalen vom Empfänger 41, (Dorsignalen von den Generatoren und 54 und Blockierwellen von 38, so daß Video- und Torsignale zum Vertikalablenkverstärker 46 zu den für die Darstellung richtigen Zeiten geführt werden·

Um dem Operateur anzuzeigen, welcher Abschnitt der empfangenen Echos auf der oberen Darstellung gerade auf der unteren Darstellung gezeigt wird, wird ein Ausgangssignal des Ablenkgeneratora 53 zu einer Z-Achsen-Steuerschaltung 58 geleitet, so daß diejenigen Abschnitte der oberen Darstellung, die der Ablenkung der unteren Darstellung entsprechen, heller leuchten.

Fig. 3 zeigt in weiteren Einzelheiten den Abschnitt der Fig· 2 innerhalb des oberen gestrichelten Kastens, Kleine Buchstaben in Fig, 3 beziehen sich auf entsprechende Wellen in Fig. 4. Die meisten der verwendeten

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Transistoren sind vom NPN-Typ, bei denen der Emitterpfeil von der Basis wegzeigt» An manchen Stellen sind PNP-Typen verwendet, bei denen der Emitterpfeil in Richtung auf die Basis zeigt. Es können die entgegengesetzten Typen verwendet werden unter geeigneter Änderung der Spannungspolarität, wenn dies gewünscht wird.

Ein Sinuswellenoszillator 61 mit einstellbarer Frequenz wird durch schaltbare Oszillatorschwingkreise abgestimmt, von denen einer bei 62 gezeigt ist. Die Sinuswelle wird einem Rechteckwellengenerator 65 zugeführt, dessen Ausgangsaignal dieselbe Frequenz wie die Sinuswelle hat. Die Rechteckwelle wird einem Zähler 64- zugeführt, der auf einer Leitung 65 ein Ausgangssignal bei Jeder gewählten Anzahl von Zyklen der Rechteckwelle erzeugt. Es können verschiedene Oszillatorfrequenzen und Zählerstände, bis zu denen der Zähler jeweils zählt, verwendet werden, wie es zu dem beabsichtigten Anwendungsfall paßt« Bei einer Ausführung3form wurden wählbare Oszillatorfrequenzen von 20 kH'a bis 1 MHz und ein Zählerstand von 20 verwendet·

Fig. 4a zeigt das Ausgangssignal auf der Leitung 65· Es nimmt einen hohen Wert an bei einem Zählerstand von 18 und einen niedrigen Wert bei einem Zählerstand von 20, und wiederholt sich nach jeweils zwanzig Zählschritten· Die Impulse werden in 0/1 verstärkt und durch einen Emitterfolger Q2 zu einer R-C-Differenzierschaltung 66 geliefert. Die sich ergebenden kurzen Nadelimpulse werden

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in 67 verstärkt und ergeben kurze Senderimpulse in der Ausgangsleitung 25, wie bei (b) gezeigt ist. Diese werden dem Wandler 24 von iig. 2 zugeführt. Die Impulse auf der Leitung 65 werden auch einem Empfänger Q3 zugeführt, der invertierte mit ä bezeichnete Impulse auf einer Ausgangsleitung 68 für den Ablenkgenerator 47 erzeugt. Hier und im folgenden bezeichnet ein Balken über einer Bezeichnung einer V/ellenform die inverse Wellenform«,

Der Zähler 64 kann durch im Handel erhältliche Einheiten gebildet werden, die intern verschiedene Rechteckwellen erzeugen und sie kombinieren, um gewünschte Wellenformen zu erhalten, von denen einige verfügbar gemacht werden» Es werden hier ausgewählte Ausgänge verwendet, um die gewünschten Blockierwellen zu erzeugen.

Ein ausgewähltes Ausgangssignal auf einer Leitung 69 ist in Fig. 4 (d) gezeigt und wechselt den Pegel alle zwanzig Zählschritte beim Beginn jedes Impulses in (a). Entsprechend ändert der Ausgang seinen Pegel aufeinanderfolgend für aufeinanderfolgende Senderimpulse, und wird einer Leitung 7Ί zugeführt. Die Leitung 71 stellt die Verbindung her zur Oszillographendarstellungssteuerung von Fig. 2 und 5» und wird verwendet, um abwechselnd Videosignale bei aufeinanderfolgenden Ablenkungen des Oszillographen durchzulassen und zu blockierene

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Die Leitung 69 ist mit einem Umkehrverstärker Q4-verbunden, der auf einer Leitung 72 eine Wellenform (e) liefert. Ein anderes Zählerausgangssignal auf einer Leitung 73 ist so ausgewählt, daß es die Wellenform (f) von der halben Frequenz von (d) oder (e) hat. Die Wellenformen (e) und (f) werden durch mit gleichen Elektroden (Kathoden) verbundene Dioden 74-, 74-' und Q5 kombiniert, die eine ODER-üchaltung bilden, die ein niedriges Ausgangssignal (im wesentlichen Masse) auf einer Leitung liefert, wenn einer der Eingänge hoch liegt. Wenn beide Eingangssignal niedrig sind, ist es der Leitung 75 Möglich, einen hohen Pegel anzunehmen. Das hohe Ausgangssignal ist in I¹Xg. 4- (h) bei 76 gestrichelt eingezeichnet, weil seine Größe von der dem Kollektor von Q5 zugeführten Spannung abhängt, wie unten beschrieben wird· Die Wellenform (f) wird in Q6 invertiert, um die Form (g) zu bilden· Die Wellenformen (g) und (e) werden durch Dioden 77, 77' und Q7 kombiniert, um ein niedriges Ausgangssignal auf einer Leitung 78 zu erhalten, wenn eines der Eingangssignale hoch ist, und um zu gestatten, daß die Leitung einen hohen Pegel annimmt, wenn beide Eingangssignale niedrig sind, wie in Fig. 4 (i) bei 79 gestrichelt gezeigt ist«

Die Wellenform (g) wird an Q8 angelegt, so daß eine Leitung 81 einen niedrigen Wert annimmt, wenn (g) hoch ist, und in der Lage ist, einen hohen Wert anzunehmen, wenn (g) niedrig ist· Dieselbe Wellenform wird an Q9

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angelegt, der vom entgegengesetzten Typ (PNP) ist, ao daß eine Leitung 81 einen niedrigen Wert annimmt, wenn (g) niedrig wird, und in der Lage ist, einen hohen Wert anzunehmen, wenn (g) einen hohen Wert annimmt.

Jeder Pegel von (g) dauert während zwei Ablenkungen an, und wird in einer Schaltung zur Steuerung der vertikalen Lagen der oberen und unteren üpuren von Fig. 1 verwendet. Das Ausgangssignal von Q6 auf einer Leitung 85 wird zu der dieselbe Nummer tragenden Leitung am unteren Ende von Fig. 3 geliefert, und durch eine Koppelschaltung zum Gate des FET 86, Der FET 86 ist eingeschaltet (leitend), wenn sein Gatepotential niedrig ist, und ist ausgeschaltet (nichtleitend), wenn sein Gatepotential hoch ist.

Potentiometer 87 und 88 sind parallel geschaltet und durch Widerstände 89, 91 mit einer positiven und negativen Spannungsquelle verbunden, die den gewünschten Einstellbereich ergeben. Der Abgriff von 87, und der Abgriff von 88 über den Widerstand 92, sind in den Source-Drain-Kreis des FET eingeschaltet. Der Verbindungspunkt 93 stellt über einen Y/iderstand 9^ die Verbindung zur Basis von Q10 her. Q10 und <411 sind als Kaskaden-Emitterfolger geschaltet und das Ausgangssignal wird zu einer Leitung geliefert. Wenn der FET 86 ausgeschaltet ist, wird die Spannung bei 93 in erster Linie durch die Einstellung

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des Potentiometers 88 bestimmt, und wenn der FET eingeschaltet ist, in erster Linie durch das Potentiometer 87. Somit können die vertikalen Lagen der oberen und unteren Spuren von Fig. 1 wie gewünscht eingestellt werden, und das Schalten des FET 86 bringt einen Y/eehsel von den oberen zu den unteren Positionen nach zwei Ablenkungen und umgekehrt.

Die Kechteckwelle vom Generator 63 wird zu einem Markengenerator 83 geliefert, der eine differenzierende Schaltung aufweist um scharfe Markenimpulse von einstellbarer Amplitude auf einei-Ausgangsleitung 84 zu bilden© Die sich ergebenden Markeniiapulse werden an ihrer Unterseite durch die Kontaktpotentiale von in entgegengesetzten Richtungen gepolten Dioden 96, 96' beschnitten und dann durch einen Koppelkondensator zur Basis von Q10 geliefert. Somit erscheinen die Marken auf der Ausgangsleitung 95 zusammen mit den vertikalen Pege]nund werden dem Vertikalverstärker 36 des Sichtgeräts von Fig_e 2 zugeführt. Der entsprechende Verstärkerausgang wird an eine der vertikalen Ablenkur^splatten angelegt. Vorteilhafterweise werden die Margen an die eine Vertikalablenkungsplatte angelegt und die Video- und Torsignale· an die andere.

Die Wöllenformen auf den Leitungen 81 und 82 werden dem Horizontalverstärker 48 von Fig. 2 zugeführt, um die Ablenkungen vom Generator 53 während der Darstellung

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von Videosignalen und Grenzflächentoren auf den oberen Spuren von Fig* 1 zu unterdrücken, und um Ablenkungen vom Generator 4-7 während der Darstellung von Videosignalen und Fehlertoren auf den unteren Spuren zu unterdrücken»

In Fig. 5 werden die empfangenen Signale auf der Leitung 25 durch ein einstellbares Dämpfungsglied dem Videoverstärker 41 zugeführt_o Dieser kann mittels Spartransformator gekoppelte Emittei'folgerstufen aufweisen, wie in dem oben genannten Patent beschrieben ist. Der Ausgang wurde modifiziert, um eine Einstellung der Vorspannung in den nachfolgenden Schaltungen zu ermöglicheno Die Primärwicklung eines Transformators 101 liegt im Emitterkreis von Q12 mit einer R-C-Vorspannungsschaltung nach Masse. Die Sekundärwicklung ist über eine Diode 102 zu einem Spannungsteiler zurückgeführt, der mit -V verbunden ist und einen einstellbaren Widerstand IO3 zum Einstellen der Vorspannung aufweist, so daß die Basislinie der Videosignale dieselbe ist wie die Basislinie des Tors«, Das Ausgangssignal des Transformators wird durch eine Leitung 104 und durch mit gleichen Elektroden (Anoden) verbundene Dioden IO5 der Basis eines Detektors QU zugeführt. Zenerdioden 106 begrenzen die Amplitude der Senderimpulse.

Der Echosignalausgang von Q13 wird einem zum Einblenden verwendeten FET 107 zugeführt, der durch Q14 gesteuert wird. Ein Fehlertorsignal entsprechendidem bei 18 auf der

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is

untei^en Darstellung von i'ig. 1 gezeigten wird von einer Leitung 103 dem Transistor Q14 zugeführt, der normalerweise ausgeschaltet ist und durch das Torsignal eingeschaltet wird_e Das Gate des FIiT 107 wird normalerweise auf hohem Potentini gehalten durch das positive Potentiell einer Leitung 109 und sein Source-Drain-Kreis ist nichtleitend (ausgeschaltet). Wenn Q14 durch ein Einblensignal auf der Leitung 108 eingeschaltet wird, wird der FIS¹Ji 107 eingeschaltet und die Echosignale von Q13 werden zum einen -Eingang 111 eines !Comparators geliefert. Eine einstellbare Sehwellenwertspannung wird dem anderen Eingang 113 von einem Potentiometer 114 zugeführt. Der hier gezeigte Komparatorverstärker 112 hat normalerweise ein positives Ausgangssignal am Punkt 116, und das Ausgangssignal wird negativ immer dann, wenn ein Echosignal am Eingang 111 dem Schwellenwertpegel am Eingang 113 gleich ist oder ihn überschreitet. Das Signal bei 116 wird durch eine Diode zur Basis von Q15 geführt, der mit Q16 eine monostabile Kippschaltung bildet, um das betätigende Echosignal zu verlängern und eine lielaisspule 117 zu aktivieren, normalerweise ist Q15 eingeschaltet und Q16 ausgeschaltet. Ein negatives Echosignal bei 116 schaltet Q15 aus und schaltet Q16 ein, um das Heiais zu betätigen und hierdurch ein Fehleraus gangs signal an die Leitung 118 zu liefern, das die Anzeigevorrichtung 56 (Pig· 2) betätigt.

Zum Schutz gegen eine mögliche falsche Betätigung des !Comparators durch Schaltübergänge, wenn das Torsignal

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ausgeschaltet ist, ist die Leitung 109 durch einen Widerstand 119 zu einem Punkt 121 so verbunden, daß bei Abwesenheit den Torsignals ein negatives Ausgangssignal vom Koiapax'ator am Punkt 116 nicht ausreicht, um die monostabile Kippschaltung zu betätigen.» Wenn die Leitung 109 wahrend eines Torsignals einen niedrigen Wert annimmt, iub dieses Hindernis beseitigt«

Der Komparator 112 und die zugeordneten Schaltungen zur Erzeugung von Fehlersignalausgängen wirken wie durch die unteren Spuren von Figo 1 abgebildet ist. Dex^ obere Abschnitt von Fig_o 5 zeigt eine Komparatoranordnung, die so arbeitet, wie es durch die oberen Spuren von Fig. 1 gezeigt ist, und ähnliche Komponenten sind durch dieselben Zahlen mit einem hinzugefügten Apostroph bezeichnet» Das detektierte Signal von Q13 wird durch eine Leitung 121 zum FET-Tor 107¹ geleitet. Ein Grenzflächentorsignal entsprechend dem bei 17 in Fig. 1 gezeigten wird von einer Leitung 122 zu Q14·¹ geleitet, um den FET 107' einzuschalten und die detektierten Echosignale zum Komparator 112¹ zu liefern. Die Komparatoröchwelle ist durch ein Potentiometer UV einstellbar. Wenn ein Echosignal dem Schwellenwert gleich ist oder ihn überschreitet, wird der Punkt II6¹ negativ.

Es werden nun gewisse Änderungen in der oberen Kompax'atorschaltung beschrieben. Wie oben diskutiert, wird ein Grenzflächenechosignal auf der oberen Spur durch den Operateur ausgewählt und wird verwendet, um die untex*en

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LJpuren. au triggern. Eine monostabil« Kippschaltung reagiert möglicherweise zu langsam, um die Triggersignale zu erzeugen» -Entsprechend wird eine schnelle Multivibratorschaltung oder ein Flipflop verwendet, das Transistoren ^17 und ^Ίβ aufweist und durch t^19 gesteuert wird, Q19 ist normalerweise eingeschaltet, durch eine positive Vorspannung, die an seine Basis durch eine Leitung 124 angelegt wird« Q17 ist normalerweise eingeschaltet und <418 normalerweise ausgeschaltet, wobei die Auügan^ijleiüung ^c/2 auf einem hohen Potential bleibt. Wenn der Komparatorausgang bei 116' negativ wird als Antwort auf ein ausgewähltes Grenzflächenecho, schaltet das entsprechende negative üignal auf der Leitung 124 Q19 aus. Dieser schaltet Q17 aus, und Q18 wird eingeschaltet, um die Ausgangsleitung 52 auf einen niedrigen Wert zu bringen» Die negative Abweichung

wird verwendet, um die unteren Ablenkungen von Fig. zu triggern, wie später in Verbindung mit Fig. 6 erläutert wird.

Am Knde des Grenzflächenechos wird der Kompa; atorausgang bei 116' positiv und schaltet hierdurch ^i9 ein und stellt den -Ümitter-Nach-Masse-iitromkreis von Q17 wieder her. Die Leitung 68 von Fig. 3 ist mit einer Differenzierschaltung verbunden, die durch einen Kondensator 125 und einen Widerstand 126 gebildet wird. Die Leitung 68 liefert die Wellenform a, die Inversion von Fig. 4 (a), die vor Jedem gesendeten Impuls negativ wird. Der negative

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differenzierte Ii ad el impuls wirkt durch eine Diode 127 und schaltet ¹^IB au«, wodurch das Flipflop schnell zurückgesetzt wird, bereit für das nächste ü-renzflächenecho.

Bei der hier beschriebenen Wirkungsweise spielt die durch *ϊ15' und -i'lG¹ gebildet monostabile Kippschaltung keine RoIJe und kann weggelassen werden< > Sie ist deswegen gezeigi_y v/eil, wenn eine Grenzflächensignalauewertung für einige Anwendungsfälle nicht erforderlich ist, eine Umschaltung (nicht dargestellt) vorgesehen werden kann, um die obere Komparatorschaltung in die Lage zu versetzen, als Fehlerdetektor zu wirken, ähnlich der unteren Komp;iratorschaltuTig, und dadurch zwei Fehlersignaltore zu liefern, um unterschiedliche Echosignale zur Betätigung eines Alarms, Aufzeichnungsgeräts usWo auszuwählen

Die Komparatoren 112 und 112¹ arbeiten beide während jedes Ablenkungsintervalls unter der Steuerung von entsprechenden Torimpulsen« So werden Fehlersignale und triggersignaIe für die unteren Ablenkungen während aufeinanderfolgender Ablenkungsintervalle erzeugt. Die Darstellungen den Echosignals und des I¹Oi¹S erfolgen jedoch nacheinander, wie oben beschrieben wurde.

Das Umschalten der Darstellungen für aufeinanderfolgende Ablenkungen wird durch die Schaltung am unteren Ende von Fig. 5 erzeugt. Das Videosignal auf der Leitung 104 wird durch die Leitung 151 und durch mit

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gleichen -^lektruden (^noden) verbundene Dioden 132 zur uasis von Q1M geliefert, der als iimitterfolger ai'beiteto -^mitterwiderstäxxde 133» ^3^ bilden einen upaixnungst eiler, um einen gewünschten Bruchteil der Eiaitterapaimung an eine Ausgangsleitung 135 zu liefern» ist pax'alltij zur -^ingangsschaltung von <^19 geschaltet«

BlockierwellerifoiMii d auf Leitung 71 (von Fig. 3) schaltet abwechselnd (^20 aus und ein während abwechselnder Ablenkungeix der ilathodenstrahlröhre und liefert dadurch das Videosignal bei jeder zweiten Ablenkung an die Ausgangs leitung 135 und schneidet es dazwischen ab. Die Leitxixxg 135 ist mit dem Vertikal verstärker 36 der Kathodenstrahlröhre in i'ig. 2 verbunden«, Somit werden Echosignale während der horizontalen Ablenkungen 1 und 3 der Kathodenstrahlröhre dargestellt, aber nicht während der Ablenkungen 2 und 4-O

Φ21 und Q22 steuern die Darstellungen der Grenzflächentor- und Fehlertorsignale auf den Ablenkungen 2 bzw. 4, Beide sind Emitterfolger, die dieselben l^mitterwiderstände 133j 13^ wie C419 haben_o Die Blockierwellenform i von Fig. schaltet Q21 während der Ablenkungen 1,2 und 3 aus, aber gestattet, daß Q21 während der Ablenkung 4, der Ablenkung für die Darstellung des Fehlertors der unteren Spuren, eiligesehaltet wird» Die Leitung 108 hat normalerweise ein niedriges Potential und hält Q21 ausgeschaltet· Während des Fehlertorintervalls (18 in . Fig_e i) nimmt die Leitung 108 ein hohes Potential an und bringt dadurch derx Punkt 136 auf ein hohes Potential. Der Widerstand 137

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lind die Diode 138 "begrenzen die positire Spannung bei auf die Schwellenwertspannung der Leitung 115 plus dem Kontaktpotentialabfall durch die Diode 138.

Wie in dem oben genannten Patent erläutert wird, sollte die dargestellte Höhe des Tors der dargestellten Höhe der ■Echosignale gleich sein, die gerade den üchwellenwertpegel des !Comparators erreichen. Dies erfordert eine Berücksichtigung von Kontaktpotentialabfällen in Dioden und transistoren, durch die die Echosignale in den Darstellungs- und Komparatorschaltungen durchlaufen. Echosignale auf der Leitung 136 begegnen einem Kontaktpotentialabfall zwischen der Basis und dem Emitter von QI9 beim Erreichen der Emitterleitung 139, und dem Basis-Emitter-Abfall in ^13 beim Erreichen des Komparators 112· Die Kontaktpotentiale der mit gleichen Elektroden verbundenen Dioden IO5 und 132 heben sich auf und müssen nicht berücksichtigt werden· Die Toramplitude am Punkt 136 begegnet dem Basis-Emitter-Abfall von Q21 beim Erreichen _m der Leitung 139» und dem Abfall der Diode 138 beim Erreichen der Kjchwellenwertleitung 115- ^5;'enn man annimmt, daß Transistoren und Dioden aus demselben Material, z.B. Silicium, bestehen, ist der Basis-Emitterabfall und der Diodenabfall der gleiche. Folglich entsprechen die relativen Amplituden der Echosignale und Torsignale auf der Leitung 139 genau den relativen Amplituden des Echosignals und der Schwellenwertspannung am Komparator.

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Q22 wird mit einer Ülockierwelle h von der Leitung 75 versorgt, und blockiert entsprechend die Darstellung des ürenzflächentorüignals von der Leitung 122 während der Ablenkungen 1, 3 und 4·, aber gestattet eine üax'stellung während der ^bleukung P. Q<?2 arbeitet ähnlich wie <421, so daß dann, wenn das 'forsignal während der Ablenkung 2 auftritt, die relativen Amplituden der Echo- und Torsignale, die uui! den oberen Spuren dargestellt werden, genau den relativen Amplituden der Echosignale und der üchwellenwertapannurig beim Komparator 112' entsprechen.

Man versteht, daß sowohl -Echosignale als auch Torsignale auf der Leitung 139 mit derselben opannungsteilung auf der Leitung 135 erscheinen werden«

In Fig. 6 ist ein Ablenkgenerator gezeigt, der ähnlich dem im US-Patent 3 972 228 beschriebenen arbeitet, obwohl er in Einzelheiten etwas differiert. Wie gezeigt, erzeugt er Ablenkungen für die oberen Spuren. Die Wellenform a von dex* Leitung 68 von Fig. 3 wird an eine C-R~ Differenzierschaltung 14-1 angelegt. Ein Transistor Q23 ist normalerweise ausgeschaltet, und er wird durch den negativen lladelirapuls von der Vorderflanke von a getriggert, Dieser lädt den Kampenkondensator 142, dessen Wert durch de, Operateur für unterschiedliche Ablenkungszeiten entsprechend unterschiedlichen Sender-Impulsfolgefrequenzen wählbar ist. Q24 ist eine Verriegelung für (^23 bis der Kondensator aufgeladen ist. Der Kollektor von Q23 ist durch eine Leitung 14-J mit Q25 und ^26 verbunden, die

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einen Kaskadenemitterfolger bilden, der Emitterwiderstände 144, 145 a uf v/ei st. Während der Kondensator 142 aufgeladen wird, steigt das Potential der Leitung 143 an· Das Potential am Punkt 146 steigt gleichfalls an und wirkt diirch den Kondensator 147 hindurch und schaltet Q24 an. Dieser hält Q23 eingeschaltet, "bis der Kondensator vollständig aufgeladen ist, und dann schaltet Q24 ab und es schaltet Q23 ab. Das Aufladen erfolgt sehr schnell.

Eine Schaltung zum Entladen des Kondensators 142 mit konstantem Strom umfaßt Q27 und Q28, wobei die Geschwindigkeit der Entladung durch einen veränderlichen Widerstand einstellbar ist, und daher die Einstellung der Dauer der Ablenkungszeit, Der Transistor Q29 und das Potentiometer 149 sorgen für eine Driftsteuerung, um eine Temperaturdrift zu beseitigen.

Insgesamt werden Kämpen von vorbestimmter Amplitude und Dauer am Punkt 146 erzeugt, wie bei 151 in Fig. 7 (und Fig. 4) gezeigt ist. Ein Potentiometer 152 bildet ein variables Dämpfungsglied zur Auswahl eines gewünschten Abschnitts der Rampenamplitude» Der ausgewählte Abschnitt auf der Leitung 153 wird durch eine Diode 154 zum Punkt geleitet, der durch einen variablen Widerstand I56 mit +V verbunden ist« Entgegengesetzt gepolte Transistoren Q30 und Q3i bilden einen Begrenzer zum Begrenzen der Spannung am Punkt 155 auf einen Maximalwert und, mit Q32, erzeugen sie eine Ablenkung am Punkt 157 von vorbestimmter Amplitude

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und einstellbarer Verzögerung bezüglich der ursprünglichen Rampe 151. Die Transistoren Q30, Q31 und Q32 sind anfänglich eingeschaltet und liefern eine positive Spannung am Punkt 155» wi^e sie durch den vaz^iablen Widerstand 156 vorgegeben iat. Yi/enn die Rampenspannung auf der Leitung 153 die Spannung am Punkt 155 überschreitet, iat die Diode 154 rückwärts vorgespannt und die opannung bei 157 bleibt unverändert. Während die Ranipenspannung auf der Leitung 153 unter die ursprüngliche Spannung bei I55 fällt, leitet die Diode 154- und der Punkt 155 fällt mit der abnehmenden Rampenspannung· Dies erzeugt die gewünschte Ablenkung am Punkt 157·

Die Wirkungsweise ist in Fig. 7 dargestellt. In (a) ist die ursprüngliche Rampe am Punkt 146 bei 15I gezeigt. In (b) zeigt die Linie 158 die ursprüngliche Spannung am Punkt 155· Die ausgezogene Linie 159 repräsentiert eine niedrige Einstellung des Potentiometers 152, wobei der ursprüngliche Wert der gedämpften Rampe gleich dem Grenzpegel 158 ist. Entsprechend wird, wie in (c) gezeigt ist, eine Ablenkung 159¹ mit voller Länge und ohne Verzögerung bei 157 erzeugt. Die strichpunktierte Linie entspricht einer mittleren -Einstellung des Potentiometers 152, wobei die erste Hälfte der gedämpften Rampe begrenzt wird, und nur die zweite Hälfte die Ablenkung erzeugt. Die entsprechende gedehnte Ablenkung 161* wird bei 157 erzeugt. Die gestrichelte Linie 162 entspricht einer höheren Einstellung, wobei das letzte Viertel der Rampe eine weitere gedehnte Ablenkung erzeugt, die bei 162' gezeigt isto

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einstellbarer Abschnitt clei· Ablenkung wird der

ungijUUijgiUii^ileitim,¹; 165 zugeführt; und von dox't zu dem Hoi*izonta±vtirstärker 'Vm dew oichtgerätn von S¹Xg, 2. Für die oberen Bpuren von I^pig_o 1 werden üblicherweise ungedehnte Ablenkungen mit voller Länge verwendet werden, so daß daü vollständige Videosignal einschließlich des gesendeten Impulse« betrachtet; werden kann«, Es kann jedoch die Ablenkung, falls gewünscht, gedehnt werden zur Anpassung der Üperationsbüdingungeii.

Wie weiter im UiJ-Pr;tent 3 97'- 228 erklärt ist, wer-den die Ablenkungen einem Torgenerator 49 zugeführt, ho daß Tore von einstellbarer Lage und Breite erzeugt werden können· Detaillierte Schaltungen sind an diesem Patent angegeben und werden hier nicht wiederholt. Insgesamt wird ein einstellbarer Klemmpegel gewählt, auf den die Anfangspunkte der Ablenkungen geklemmt werden, wie bei 166 in Fig. 7 gezeigt ist. Dies ist die "Torposition"-öteuerung. üin zweiter Pegel 167 wird einstellbar ausgewählt durch die "Torbreite"-Üteuerungo Der Torimpuli.; startet, wenn die Ablenkung die Linie 167 passiert und stoppt, wenn sie die lieferenzlinie 0, gewöhnlich Massepotential, passiert. Mit den dargestellten Pegeln 166 und 167 werden die Torimpulse 168, 169 oder 17I erzeugt werden in Abhängigkeit davon, ob die Ablenkung 159', 161' oder 162* gerade verwendet wird. Auf der Darstellung der Kathodenstrahlröhre werden die beobachteten Längen der Ablenkungen dieselben sein, weil die Ablenkamplituden dieselben sind.

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Die Anfangspunkte der Tore haben dieaelben Verhältnisse zu den Anfangspunkten der Ablenkungen (tO, ti und t?) wie die zeitlichen Längen der ablenkungen, so daß die Tore auf der Kathodenstrahlröhre für unterschiedliche Ablenkungsdehnungen dieselben beobachteten Positionen haben.

Durch Änderung dms Pegels von 166, wie bei 166' in (h) gezeigt, während der Pegel 167 unverändert bleibt, kann die Lage des Toru entlang der Ablenkung ohne Änderung seiner Breite geändert werden. Die sich ergebenden Tore sind in (i), (<j) und (k) für Ablenkungen mit unterschiedlicher Dehnung gezeigt.

Die in Fig. 7 gezeigten Tore sind negativ. Beim vorliegenden Anwendungsfall werden positive Tore gewünscht. Die Tore werden invertiert und zur Ausgangsleitung geliefert und von dort zur Schaltung nach Fig. 5 für die Darstellung und Steuerung von Signalen für den Schwellenwertkomxjaratmr für die obei*en Spuren.

Fig. 6 (a) ist der Ablenkung*;- und Torgenerator für die unteren Spuren. Die internen Schaltungen aird dieselben wie in Fig. b, so daß nur ein Kasten mit; entsprechenden •Eingängen und Aufgängen gezeigt ist. Iiin Triggerimpuls 1?· von der Leitung 52 von Fig. 5 startet die Kampe, wenn der Impuls negativ wird, und die sich ergebende Ablenkung erscheint, je nach Vmnsch weiter verzögert oder nicht verzögert, auf der Ausgangnleitung 172 und v/ird zum

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ilorizontalverstarker des Sichtgeräts ¹>S von Fig. 2 geliefert. Der Torsignalausgang auf dex> Leitung 108 wird zur Schaltung der Fig. 5 geliefert und wirkt wie bereits beschrieben wurde_o

Bei der vorliegenden Aus fühmmgs form werden die Abschnitte der oberen Spuren, die auf den unteren Spuren dargestellt worden, verstärkte Hierzu wird ein Ablenkungüau^gangssignal von der Leitung 173 zu dem Z-Achsen-Verübarker 58 von Fig. 2 gelief ei-t. Wie man in Fig. 6 sic-ht, wird die Ablenkung am Ausgang von C^pI durch eine Diode zur Leitung 173' geliefert. Die Leitung 173¹ wird nicht tatsächlich verwendet, aber es wird die entsprechende Leitung in Fig. 6 (a) benutzt. Die Ablenkung wird ausreichend verstärkt und in 58 begrenzt, um den Kathodenstrahl während der Dauer der Ablenkung zu verstärken.

In Fig. 1 ist das Grenzflächenechosignal 15' auf den unteren Spuren gestrichelt dargestellt, weil seine genaue Gestalt von seiner Amplitude abhängt, wie bei 1 auf den oberen Spuren gezeigt ist, und von der Höheneinstellung des ürenzflächentors 17· '«-^:enn die Rauschpegel eine niedrige Einstellung der Tore gestatten, wird auf den unteren Spuren mehr von dem Grenzflächen echo sichtbar sein_o

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Wie oben erwähnt, iot es neulich, daß bei einer hohen Impulsfolgefrequenz fremde oder unechte Echos durch einen einzigen Impuls erzeugt werden, die empfangen werden, nachdem der nächste Impuls gesendet worden iat_o iJolchti unechten Echos können bei nachfolgenden Ablenkungen dargestellt werden und als signifikante Echos interpretiert werden« Die zur Prüfung verwendete Impulsfolgefrequenz kann reduziert werden, so daß sich alle -^chos totlaufen, bevor ein zweiter Impuls gesendet wird» Dies vergrößert jedoch die Prüfzeit«

lim den Operateur in die Lage zu versetzen, unechte Echos von signifikanten Echos zu unterscheiden, ist eine Echokontrollvorrichtung vorgesehen mit zeitweiligen Änderungen der Iinpulsfolgefrequenz der gesendeten Impulse auf einen Teiler der für die •Prüfung verwendeten Impulsfülgefrequenz. Wie in Fig. gezeigt ist, liefert ein druckknopfschalter 180 eine geeignete Blockierwelle vom Generator 38 an den Senderimpulngenerator 33, um ausgewählte Impulse zu eliminieren. Wenn man jeden zweiten Impuls eliminiert, wird die Kontroll-Impulüfolgefrequenz die Hälfte der Prüf-Impulsfolgefrequenz betragene Es können mehr Impulse unterdrückt werden, um eine noch geringere Kontroll-Impulsfolgefrequenz zu erhalten, und vorteilhafterweise ist die Kontroll-Impulsfolgefrequenz ein gerader Teiler der Prüf-Impulsfolgefrequenz, beispielsweise die Hälfte, ein Viertel, usw_ee

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Eine spezielle Anox'dnun^ ist in Fig. 3 gezeigt. Ein Transistor Q33 ist parallel zum Eingang von Q2 geschaltet, wobei sein Emitter an Masse geschaltet ist und sein Kollektor iaib der Basis von Q2 verbunden ist. Die Basis von Q33 ist dtirch einen Widerstand 182 icit dein einen Kontakt des -^ruckknopfschalters 180 verbunden, und der andere Kontakt 13t mit der Leitung 71 verbunden. Die Wellenform d von Fig. 4 erscheint auf der Leitung 71. Wenn der Druckknopfschalter offen ii?t, ist Q33 wirkungslos und der Impuls 183 in der 'Wellenform a schaltet Q2 beim Zählerstand 18 ab und beim Zählerstand 20 an. Der Senderimpuls 184 wird beim Zählerstand 20 erzeugt, wenn Q2 eingeschaltet wird. Die Welle d hat vom Zählerstand 18 an bis zum Zählerstand 38 einen hohen Viert und schaltet bei geschlossenem Druckknopfschalter Q33 ein und hält Q2 ausgeschaltet bis zum Zählerstand 33» wodurch der Senderimpuls 184 eliminiert wird. Beim Zählerstand 18 wird Q33 ausgeschaltet und gestattet es, daß der Impuls 185 in a den Senderimpuls 186 in b in. üblicher Weise erzeugt. Diese Tätigkeit dauert an und daher wird· jeder zweite Senderimpuls unterdrückt, wodurch sich eine Impulsfolgefrequenz ergibt, wie bei J in Fig. 4 gezeigt ist, die die Hälfte der Impulsfolgefrequenz von b beträgt»

Wie man feststellt, ändert diese Änderung in der Impulsfolgefrequenz auf einen Teiler der Impulsfolgefrequenz nicht die Welle ä auf' der Leitung 68 von Fig. 3» die die Ablenkungen vom Ablenkgenerator 47 für die oberen

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bpuren steuert, wie in den I^pig. 2 und G gezeigt ist. Üoiait iiind die Ablenkungen unverändert, wenn der Druckknopfschalter geschlossen ist» v/je oben erläutert wurde, werden i^ohos auf den oberen b pur en "bei ^jeder vierten Ablenkung dargestellt,, i^chos, die weniger als 20 Zahlschritte nach dem Üenden eines; Iiapulses ankommen, werden weiterhin mit beiden Inipulsfolgefrequenzen dargestellt. Jedoch werden -tchos, die im Zeitraum zwischen 20 bia 40 Zählachritten ankommen, mit der höheren Prüf-Impuliifolgei'requenz dargestellt, aber nicht mit der halben Kontroll-Irnpulnfolgefrequenz. £jomit können falsche üchos in diesem Bereich leicht dadurch festgestellt werden, daß man kurzzeitig den Druckknopf betätigt. Wenn falsche lichois von ausreichender Amplitude im Bereich von 20 bin 80 Zählschritten nach dem Senden eines Impulses aufUreten, können sie bei der Darstellung unterdrückt werden durch Verwendung einer Kontroll-Impulsfolgefrequenz von einem Viert«¹! der Prüf-ImpulsfolgefrequenZo -i^ine noch niedrigere Kontroll-Impulsfülgefroquenz kann verwendet werden, wenn dies ^ .-wünscht wird ο

■i^s iiit besonders wichtig, eine Prüfung auf oin falsches ■ücho innerhalb des Grenzflächentors dt)r oberen Spuren durchzuführen, v/eil dieses ein fehlerhaftes Triggern der unteren Ablenkungen verursachen könnte. Wenn bei der Kontrolle ein echtes Grenzflächenecho innerhalb des Grenzflächentors ist, wird die Kontrolle dann falsche Kchos innerhalb des Fehlertors der unteren Spuren aufdecken.

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berm gewünscht, kann die Kontrollschaltung so ausgebildet sein, daß sie jede zweite Ablenkung blockiert, die zwischen den den nicht eliminierten Impulsen entsprechenden Ablenkungen auftreten. Dies wird die Barstellung der Tore eliminieren, kann aber eine weitere Sicherheit bringen, daß falsche Echos während der Kontrollperiode nicht dargestellt werden»

Für eine richtige Funktion der Kontrollschaltung ist es wichtig, daß aehr stabile Impulsfolgefrequenzen sowohl unter normalen als auch unter Kontrollbedingungen erzeugt werden. Andernfalls können sich die Orte der dargestellten Echos verschieben und die Kontrolloperation wirkungslos machen» Bei der vorliegenden Ausführung; j form wird eine derartige Stabilität sichergestellt durch Verwendung des Sinuswellenoszillators, des Hechteckwellengenerators und der Zähler, wie in Verbindung mit Fig_o $ beschrieben wurde.

Die Erfindung wurde in Verbindung mit einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, und es wurden ina einzelne gehende Schaltungen angegeben. Es versteht sich, daß gewisse Merkmale bei anderen Ausführungsformen verwendet werden können und andere Merkmale fortgelassen werden können, wenn dies gewünscht wird, und daß die speziell angegebene Schaltung geändert werden kann, so daß sie die Anforderungen eines speziellen Anwendung^falls oder die Forderungen des Entwicklers erfüllt.

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Claims

Patentansprüche

1.!Ultraschallgerät zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit einem Impulsgenerator und einem Wandler zum Zuführen von Ultraschall-Impulsen zu einem Prüfobjekt, einer Empfangseinrichtung für Grenzflächensignale von dem Prüfobjekt und für Signale, die Unregelmäßigkeiten oder Fehlern in dem Prüfobjekt entsprechen, und einem eine Kathodenstrahlröhre und einen Ablenkgenerator umfassenden Sichtgerät zur Darstellung der empfangenen Signale, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster (4-7) und ein zweiter (48) Ablenkgenerator zur Lieferung von Ablenkungen für die Kathodenstrahlröhre (37) vorgesehen ist, daß ein mit dem ersten Ablenkgenerator (47) synchronisierter einstellbarer Grenzflächentorgenerator (49) zur Erzeugung eines Grenzflächentorsignales in einer wählbaren Position längs der Ablenkungen vorgesehen ist,

daß eine einstellbare Schwellenwertschaltung (45) vorgesehen ist, der empfangene Signale und das Grenzflächentorsignal zugeführt werden zur Erzeugung von Triggersignalen, wenn empfangene Signale innerhalb des Tors dessen Schwellenwertpegel überschreiten,

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ORIGINAL INSPECTED

daß eine mit der Schwellenwertschaltung (45) verbundene Vorrichtung vorgesehen ist, um aus dem Grenzflächentor signal ein Darstellungs-Grenzflächentorsignal zu erzeugen, dessen Amplitude im wesentlichen gleich der minimalen dargestellten Amplitude von empfangenen Signalen ist, die die Schwellenwertschaltung zur Erzeugung von Triggersignalen betätigen, daß eine Vorrichtung zur Darstellung des Darstellungs-Grenzflächentorsignals und von empfangenen Signalen während unterschiedlicher Ablenkungen des ersten Ablenkgenerators mit zusammenfallenden Basislinien vorgesehen ist,

daß eine Vorrichtung zur Verwendung der Triggersignale zur Steuerung des Beginns der vom zweiten Ablenkgenerator (53) erzeugten Ablenkungen vorgesehen ist,

daß ein mit dem zweiten Ablenkgenerator synchronisierter Pehlertorsignalgenerator (5⁷O zur Erzeugung eines !Fehlertorsignals vorgesehen ist, und daß eine einstellbare ffehlerschwellei-rfertschaltung (4-6) vorgesehen ist, der empfangene Signale und das Fehlertorsignal zugeführt werden zur Erzeugung von Ausgangssignalen, wenn empfangene Signale innerhalb des iehlertors einen einstellbaren Schwellenwertpegel überschreiten.

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2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlertorsignalgenerator (5^) derart einstellbar ist, daß das Fehlertorsignal in einer wählbaren Lage längs der vom zweiten Ablenkgenerator erzeugten Ablenkungen erzeugt wird, und daß eine mit der Fehlerschwellenwertschaltung verbundene Vorrichtung vorgesehen ist, um aus dem Fehlertorsignal ein Darstellungs-Fehl ertorsignal zu erzeugen, dessen Amplitude im wesentlichen gleich der dargestellten minimalen Amplitude von empfangenen Signalen ist, die die Schwellenwertschaltung zur Erzeugung der Ausgangssignale betätigen, und daß eine Vorrichtung zur Darstellung des Darstellungs-Fehlertorsignals und empfangener Signale während unterschiedlicher Ablenkungen des zweiten Ablenkgenerators (53) mit zusammenfallenden Basislinien vorgesehen ist, und daß die Basislinien der Ablenkungen des zweiten Ablenkgenerators von den Basislinien der Ablenkungen des ersten Ablenkgenerators bei der Darstellung auf der Kathodenstrahlröhre abgerückt sind.

5. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzflächentorgenerator (4-9) zur Änderung der Breite des Grenzflächentorsignals einstellbar ist.

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4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß empfangene Signale und das Grenzflächentorsignal kontinuierlich bei vorbestimmten Ablenkungen des ersten Ablenkgenerators (4-7) dargestellt werden und daß empfangene Signale und das Fehlertorsignal kontinuierlich bei vorbestimmten Ablenkungen des zweiten Ablenkgenerators (53) dargestellt werden, und daß die Darstellung der Ablenkungen des ersten Generators von der Darstellung der Ablenkungen des zweiten Generators abgerückt ist.

5- Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf Ablenkungen des zweiten Generators ansprechende Vorrichtung zur Aufhellung der entsprechenden Abschnitte von durch die Kathodenstrahlröhre dargestellten Ablenkungen des ersten Ablenkgenerators vorgesehen ist.

6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ablenkgenerator (47) und der Grenzflächentorgenerator (49) eine Ablenkung beziehungsweise ein Tor beim Auftreten jedes gesendeten Impulses erzeugen, und daß der zweite Ablenkgenerator (53) und der Pehlertorsignalgenerator (54) eine Ablenkung bzw. ein Tor beim Auftreten ^jedes Trägersignals erzeugen und daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, um vom Sichtgerät die Ablenkungen bzw. Tore und die empfangenen Signale während anderer als der vorbestimmten Ablenkungen, während denen die empfangenen Signale und Tore Jeweils dargestellt werden, fernzuhalten.

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7- Gerat nach einem der vorhei»gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator mit einer vorbestimmten Impulsfolgefrequeiiz Senderimpulse an den Wandler liefert und daß der erste Ablenkgenerator (4-7) mit den Senderimpulsen synchronisiert ist, daß eine Echokontrollvorrichtung zum Eliminieren von vorbestimmten Senderimpulsen vorgesehen ist, um eine Impulsfolgefrequenz zu liefern, die ein Teiler der vorbestimmten Impulsfolgefrequenz ist, während die Neigung der Ablenkungen des ersten Ablenkgenerators und das zeitliche Auftreten der Ablenkungen bezüglich der nicht eliminierten Impulse unverändert bleiben.

8. Gerät nach Anspruch 7? dadurch gekennzeichnet, daß der Teiler ein gerader Teiler der vorbestimmten Impulsfolgefrequenz ist.

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