DE2821977A1 - Ultraschallgeraet zur werkstoffpruefung mit grenzflaechensignalauswertung - Google Patents
Ultraschallgeraet zur werkstoffpruefung mit grenzflaechensignalauswertungInfo
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Description
(δ-
Anmelder; Stuttgart, den 16. Mai 1978
Magnetic Analysis Corp. P 3544-
535 South 4th 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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- i-
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 uswo0 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
16O 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 uswe» 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 kanne 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 iste 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 Echo 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 wäree 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·
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·
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
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 werdene 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 Fige 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 zugeführto 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 wirde 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 Figo 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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- 3-5 -
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 gezeigiy 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 habeno 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 . Fige 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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- 98 -
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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"2)5
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» wie 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 Ipigo 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 wurdeo
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 seino
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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 iato 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, uswee
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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 Ipig. 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 Figo $ 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 (1)
- Patentansprüche1.!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,Ö09810/0618ORIGINAL INSPECTEDdaß 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.909810/06182. 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.809810/0618- 42 -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.909810/06187- 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.909810/0618
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