DE2833379A1 - Verfahren zur bestimmung von extremwerten zeitlich veraenderlicher elektrischer groessen, insbesondere in der zerstoerungsfreien werkstoffpruefung mit ultraschall - Google Patents

Verfahren zur bestimmung von extremwerten zeitlich veraenderlicher elektrischer groessen, insbesondere in der zerstoerungsfreien werkstoffpruefung mit ultraschall

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DE2833379A1 DE19782833379 DE2833379A DE2833379A1 DE 2833379 A1 DE2833379 A1 DE 2833379A1 DE 19782833379 DE19782833379 DE 19782833379 DE 2833379 A DE2833379 A DE 2833379A DE 2833379 A1 DE2833379 A1 DE 2833379A1
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Description

, 1978
.ai 1978
IG/vh
K 115
Krautkrämer GmbH.
Luxemburger Str. 449, 5000 Köln 41
Verfahren zur Bestimmung von Extremwerten zeitlich veränderliche? elektrischer Grö-ßen, insbesondere in der zerstörungsfreien Werk-f stoffprüfung mit Ultraschall ;
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der zeitlichen Lage von Minimal- und Maximalwerten zeitlich veränder- ' licher elektrischer Signalgrößen auf der Zeitachse, insbesondere ; in der Werkstoffprüfung und Prüfstückmessung mit Ultraschall.
Bei der Auswertung von zeitabhängigen elektrischen Signalwerten,
z.B. elektrischen-Spannungen oder Strömey im folgenden kurz
elektrisches Signal genannt, wie sie bei der Umwandlung von
zeitlichen Schalldruckänderungen in der Ultraschallwelle in
analoge elektrische Signal z.B. zeitliche Spannungsänderungen ; auftreten, ist es aus mehreren Gründen erforderlich, diese
analogen Signale in digitale Signale umzusetzen, derart, daß
erst dann, wenn ein Extremwert des zeitlich veränderlichen
Signals vorhanden ist (ein Maximum oder ein Minimum), ein digitales Signal gebildet wird. So soll z.B. beim Durchlaufen des ;
030009/0011
Signalmaximums ein digitales Signal mit Minimumpegel und beim Durchlaufen des Signalminimums ein digitales Signal mit Maximumpegel entstehen.
Es ist bekannt, bei zeitlich periodischem Signalwertverlauf kon-i stanter Periodizität einen Extremwert immer ein viertelfPeriodeftdäuer nach dem Uulldurchgang des Signalwertes anzunehmen,
wie nachstenend anhand der Pig. 1 erläutert, ;
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, daß die I Lage der Extremwerte bei zeitabhängigen elektrischen Signalen, ! wie z.B. elektrischen Spannungen oder Strömen in einem großen Prequenzbereich, beispielsweise bis 30 MHz, unabhängig von dem zeitlichen Verlauf des Signals anzugeben. ;
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des j Patentanspruches 1 gelöst.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung (Pig. 2-: Pig. 3) dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es ''■ zeigen: !
Pig. 1 eine graphische Darstellung eines Signals konstanter Frequenz im Spannungs- (Strom )-Zeitdiagramm für eine an sich ! bekannte Extremwertbestimmung am Signal. j
Pig. 2 eine graphische Darstellung von elektrischen Signalen !
j im Spannungs- (Strom)-Zeitdiagramm, wobei der zeitliche Verlauf j
030009/0011
283337S
eines zu analysierenden elektrischen Signals,ein zeitlich verschobenes Signal und ein entstehendes Ligitalsignal veranschau- ; licht sind.
Mg. 3 eine graphische Darstellung einer elektrischen Schaltung, die eine Verzögerungsleitung enthält.
Bei dem in Jig. 1 veranschaulichten Verfahren ist es von Nachteil, daß die Frequenz der zu analysierenden Signale bekannt und konstant sein muß, daß keine Phasensprünge auftreten dürfen und daß der Signalverlauf symmetrisch zur Nullinie sein muß. I
Mit einem anderen Verfahren kann die erste zeitliche Ableitung des Signalverlaufes mit Hilfe einer Widerstand-Kondensator-Kombination (R-C-G-lieder) gebildet und die Nulldurchgänge des abgeleiteten Signals bestimmt werden. Der Nachteil dieses Verfahrens ist es, daß ein E-C-Glied nur dann richtig die zeitliche Ableitung bildet, wenn die Zeitkonstante dieses R-C-Gliedes ein festes Verhältnis zur Frequenz des zu untersuchenden Signales hat. Impulsförmige Signale enthalten aber ein großes Frequenzspektrum, wodurch die Nulldurchgänge des abgeleiteten Signals und damit die Extremwert-Lagebestimmung sehr ungenau wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Fig. 2 wird der zeitliche Verlauf eines Signals 1 durch eine Verzögerungsleitung verzögert, die falls sie mit ihrem Wellenwiderstand reflexionsfrei abgeschlossen wird das Signal verzerrungsfrei
D300O9/
'-JS-. ■ ■
verzögert, dargestellt durch Kurve 2.Diese beiden Signale, also das unverzögerte und das verzögerte, werden einem Differenzverstärker, z.B. einem Komparator (einer Vergleicherstufe) züge- · führt. Das unverzögerte Signal wird auf den einen Eingang, z.B. den Plus-Eingang, und das verzögerte auf den anderen, z.B. den '; : Minus-Eingang des Komparatorsjgegeben. Ist der Spannungsbetrag ;
: am Plus-Eingang des Komparators höher als am Minus-Eingang, steht am Ausgang des Komparators ein Maximalsignal, z.B. eine
: Maximal spannung, zur Verfügung. Wird dagegen der Spannungsbetrag; am Minus-Eingang höher als am Plus-Eingang, entsteht am Ausgang des Komparators ein Minimumsignal, z.B. in Form einer Rest- ! spannung. Ein solcher Spannungsverlauf am Ausgang des Komparators ist durch Kurve 3 dargestellt. Die Spannung am Ausgang des Korn- , parators springt also immer dann von einem Maximum 3& auf ' einen Minimumwert 3*> oder umgekehrt, wenn sich die Spannungs- | Verhältnisse am Komparator-Eingang umkehren und dabei der ■
. Differenzwert zwischen dem unverzögerten und dem verzögerten : Signal den Wert UuIl durchläuft. Hier ist wichtig die - auf i dieses bestimmte Verfahren bezogene- Auswertung der Erkenntnis, i daß die Zeitverzögerung^t einen Minimalwert, der von der Umschalthysterese des Komparators gegeben ist, nicht unterschreitet
\ darf. Ein Komparator kann nämlich nicht exakt bei Spannungs- !
Ί gleichheit an den Eingängen umspringen, sondern nur innerhalb i
: eines durch seine Bauweise gegebenen Spannungsbereiches (Um- ; ; schalthysterese). . j
;'■■■■.■ i
! Beispiel ■ . j
ι - . 1
• Mit einer Schaltung zur Ausführung des Verfahrens nach Fig. 3
030009/0044
wird das zu analysierende Signal 1 auf einen Breitband-Puffer-
- Terstärker 5 geführt, um die Signalquelle M- möglichst wenig j
zu belasten. Als Breitband-Pufferverstärker kann das Bauelement j BB 3553 der Firma Burr-Brown verwendet werden. Dieser Verstärker! hat eine Bandbreite bis 30 MHz. Das unverzögerte Signal 1 wird j
über einen Widerstand E 1 auf den Impuls-Eingang des Komparatorsj 6, z.B. des Bauelementes vom Typ MC 1651 der Firma Motorola gegeben. Über eine Verzögerungsleitung 7 in. Form einer 2 m langen gedruckten 120 Ohm-Leitung mit einer Verzögerungszeit von ca. 8 ns wird ein verzögertes Signale/erzeugt und auf den Minus-Eingang des !Comparators gegeben. Der Widerstand E 5 schließt die Verzögerungsleitung mit ihrem Wellenwiderstand ab. Die Widerstände R 1 und E 4- dienen zur Anpassung des maximalen Eingangssignals an die maximal zulässige Eingangsspannung des Eomparators. Die Kombination aus den Widerständen ß 2 (z.B. 33O.rO, E 3 (z.B. 150_n_) und dem Potentiometer P 1 (z.B. 500_λ_) ermöglicht einen Feinabgleich für die Spannungsbeträge am Eingang des Komparators. Der Komparator nach diesem Ausführungsbeispiel . hat. eine Umschalthysterese von ca. 7 mV , wodurch die
■ Unscharfe bezüglich des Umschalten genügend klein bzw. die Flankensteilheit in der Kurve 3 sehr groß wird, wenn man Signal-
■ spannungen von ca. 10 V Spitze/Spitze - _ ' . zugrunde legt.
; Konstante Verzögerungszeiten, z.B. die Verzögerungszeit des . Komparators oder des Pufferverstärkers, sind bei diesem Beispiel bewußt weggelassen worden. Sie können durch eine ent-' sprechende Verzögerung des Analogsignals für die übrigen Aus-
■ wertebausteine, also durch.die.. D_imensi.onierung_„der...Verzögerungs-
030009/001 1
-JS -
leitung, kompensiert werden.
Dieses Verfahren ermöglicht es mit handelsüblichen Bauelementen und "bei geringerem Kostenaufwand elektrische zeitabhängige Analog-Signale einfacher als bisher auf ihre Maxima und Minima zu analysieren und zeitlich zu bestimmen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist gerade die Prüf- und Meßtechnik mit Ultraschall, wo wichtige Meßergebnisse unmittelbar von hinreichend genauer Auswertung der Signalextremwerte abhängen, wo aber gleichzeitig eine Vereinfachung der Meßvorrichtung angestrebt wird.
OSOOOB/ 00 -IA
Leerseite

Claims (5)

  1. • 2 7. JuLi 1978
    24. Mai 1978 IG/vh
    K 115 KRAUTKEÄMER GMBH
    PATENTANSPRÜCHE -
    1 J Verfahren zur Bestimmung der Lage von Minimal- und Maximally _..-.· · ■■■ ■-
    werten zeitlich veränderlicher elektrischer Signalgrößen auf der Zeitachse, insbesondere in der Werkstoffprüfung und Prüfstuckmessung mit Ultraschall, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das zu analysierende Signal in seiner Laufzeit verzögert and somit ein Hilfssignal gebildet wird, dann das unverzögerte Signal als auch das verzögerte Hilfssignal getrennt jeweiligen Eingängen einer elektrischen Vergleicherstufe zugeführt und dort verglichen werden und am Ausgang der Vergleicherstufe ein digitales Signal mit Maximalwert dann vorhanden ist und zur Zeitbestimmung ausgewertet wird, wenn der Betrag des unverzögerten zu analysierenden Signals größer wird als der Betrag des verzögerten Hilfssignals, und ein digitales Signal als Signalminimumwert vorhanden ist und zur Zeitbestimmung ausgewertet wird, wenn das verzögerte Hilfssignal im Betrag größer wird als das unverzögerte Signal.
  2. 2. Verfahren zur Bestimmung der Lage von Minimal- und Maximalwerten zeitlicil veränderlicher elektrischer Signal-
    030 0 0 9/0011 0RlGlNAL
    ι _ 2 —
    größen auf der Zeitachse, insbesondere in der Werkstoffprüfung und Prüfstückmessung mit Ultraschall, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das zu analysierende Signal in seiner Laufzeit "ver-
    zögert und somit ein Hilfssignal gebildet wird, darm das unver- j zögerte Signal als auch das verzögerte Hilfssignal getrennt je- j weiligen Eingängen einer elektrischen Vergleicherstufe zugeführt und dort verglichen werden und am Ausgang der Vergleicherstufe ein digitales Signal mit Minimalwert dann vorhanden ist und zur j
    Zeitbestimmung ausgewertet wird, wenn der Betrag des unverzögerten zu analysierenden Signals größer wird als der Betrag des verzögerten Hilfssignals, und ein digitales Signal als Signalmaximalwert vorhanden ist und zur Zeitbestimmung ausgewertet wird, wenn das verzögerte Hilfssignal in seinem Betrag größer wird als das unverzögerte Signal.
  3. 3. Schaltung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufzeitverzögerung (At) des
    i Hilfssignals so groß gewählt ist, daß die zwischen diesem und den unverzögerten Signal vorhandenen elektrischen Spannungsdifferenzen im Bereich neben dem Schnittpunkt ihrer Spannungskurven größer sind als die Spannungswerte der Umschalthysterese des Kompaxsrtors
  4. 4·. Schaltung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleicherstufe ein Differenz verstärker (6) ist.
  5. 5. Schaltung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als laufzeitverzögerndes Gliec
    030009/0011
    eine mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossene laufzeitverzögernde Leitung (7) aufweist.
    030 009/001 1
DE19782833379 1978-07-29 1978-07-29 Verfahren zur bestimmung von extremwerten zeitlich veraenderlicher elektrischer groessen, insbesondere in der zerstoerungsfreien werkstoffpruefung mit ultraschall Ceased DE2833379A1 (de)

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