DE2908319A1 - Elektronisches messverfahren zur bestimmung der zeitdifferenz zwischen zwei ereignissen - Google Patents

Description

• E 1 e k t r o n i s c h e s M e s s v e r f a h r e n
• z u r B e s t i m m u n g d e r Z e i t d i f f e r e n z z w i s c h e n z w e i E r e i g n i s s e n Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Meßverfahren zur Bestimmung der Zeitdifferenz T zwischen zwei Ereignissen, wobei mit Eintritt des ersten Ereignisses Zählimpulse der Periodendauer t erzeugt werden. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens und auf eine Verwendung des Verfahrens und der Schaltungsanordnung zur Laufzeitbestimmung von Ultraschall impulsen.
• Ein Meßverfahren der eingangs erwähnten Art, ist beispielsweise aus dem Buch von Krautkrämer t'Werkstoffprüfung mit Ultraschall", 3. Auflage (1975), 5. 281, bekannt. Dabei wird zur Bestimmung der Wanddicke eines Werkstückes die Zeitdifferenz T zwischen zwei Rückwandechos eines Ultraschallimpulses gemessen. Das 1. Rückwandecho löst hierbei einen elektrischen Start-Impuls aus, der einem ersten Eingang eines elektronischen Tors zugeführt wird. Das an einem zweiten Eingang des Tors liegende Taktslgnal gelangt dadurch an den Ausgang des Tors und damit an einen mit diesem Ausgang verbundenen Zähler. Das 2. Rückwandecho bewirkt dann ein Sperren des Tors, so daß keine weiteren Taktsignale an den Zähler ge langen. Das Produkt aus gezählten Taktsignalen und der Periodendauer des Taktsignals, ergibt die gesuchte Laufzeit des Ultraschall impulses.
• Derartige bekannte Verfahren besitzen den Nachteil, daß die Genauigkeit des Meßvorganges im wesentlichen nur durch eine Erhöhung der Taktfrequenz erreicht werden kann.
• Denn Ereignisse, die zwischen zwei Taktimpulse fallen, werden von der entsprechenden Maßanordnung nicht unterschiedlich bewertet. Das Intervall zwischen den Taktimpulsen muß daher möglichst schmal, d.h. die Taktfrequenz möglichst hoch gewählt werden. Um beispielsweise bei Wanddickenmessungen an Stahlplatten eine Genauigkeit von lo 6 m zu erreichen, wären mit derartigen Anordnungen Taktfrequenzen von einigen Giga-Hertz erforderlich. Der Bau entsprechender Zähler und Taktgeneratoren wäre außerordentlich schwierig und für eine serienmäßige Herstellung entsprechender Geräte viel zu teuer.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Meßverfahren der eingangs beschriebenen Art so weiter zu entwickeln, daß eine Erhöhung der Meßgenauigkeit auch ohne Erhöhung der Frequenz des Taktsignals möglich ist. Ferner soll eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.
• Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale der kennzeichnenden Teile der Ansprüche 1 und 3 gelöst.
• Die vorliegende Erfindung beruht also auf dem Gedanken, daß die Zeitdifferenz T sich als Differenz der Produkte n1 ' t tl und n2 t2 ausdrücken läßt, wobei n1 und n2 die gezählten Zählimpulse der beiden Zähler und t und t2 die entsprechenden Periodendauern der Zählimpulse bedeuten. Daß die Genauigkeit des Meßvorgangs zunimmt je kleiner die Differenz t - t2 ist, wird deutlich, wenn man die Gleichung T=n1 t1 - n2 t2 umformt in T = Cn1 - n2) t1 + (t1 - t2) n2 Cl) Das erste Glied (n1 - n2) t1 stellt dabei eine grobe Näherung für die gesuchte Zeitdifferenz T dar und entspricht dem mit bekannten Verfahren gemessenen Wert. Das zweite Glied Ct1 - t2 ) n2 hingegen, ist ein Korrekturterm, mit Hilfe dessen, die gesuchte Zeitdifferenz um so besser bestimmt wird, je kleiner der vorgegebene Wert t1 - t2 ist.
• In Anlehnung an die in der Mechanik übliche Bezeichnungsweise, könnte daher die neue Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch als "elektronischer Nonius" bezeichnet werden.
• Besonders vorteilhaft läßt sich die Erfindung bei der Laufzeitbestimmung von Ultraschall impulsen verwenden.
• Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden anhand von Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiel Es zeigt Fig. 1 eine Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und Fig. 2 eine Darstellung, aus der die zeitlichen Bezeichnungen der Zählimpulse zueinander während des Meßvorganges hervorgehen.
• Zur Erklärung der Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltung sei angenommen, daß die Frequenz f1 , f2 der mit 1 und 1 bezeichneten Taktgeneratoren 1 MHz und 1,01 MHz betragen. Die entsprechenden Periodendauern t1 = t/f1 und t2 = l/f2 weisen dann einen Wert von 1 sec.. bzw. 0,99 Llsec auf. Gemessen werden soll beispielsweise die Zeit T zwischen zwei in Fig. 1 schematisch angedeuteten Ultraschall Echos.
• Das 1. Echo gelangt an eine an sich bekannte und in Fig. 1 nicht gezeigte Ultraschall-Empfangseinrichtung. Diese liefert einen elektrischen Start-Impuls, der über eine Verbindung 5 sowohl dem Taktgenerator 1 als auch einem ebenfalls mit dem Taktgenerator in Verbindung stehendem Impuls-Synchronisierer 3 zugeführt wird. Am Ausgang des Impuls-Synchronisierers treten dann zum Start-Impuls synchrone Zählungsimpulse der Periodendauer t1 auf, die über die elektrische Verbindung 6 einem Zähler 2 und einer Koinzidenzstufe 4 zugeführt werden (zur Wirkungsweise von Impuls-Synchronisierern vgl. z.B.
• Siemens: Datenbuch 1976/77 (Digitale Schaltungen); S. 374).
• Tritt nun das 2. Echo auf, so wird mit Hilfe einer entsprechenden Empfangseinrichtung ein Stop-Impuls erzeugt. Dieser gelangt über die Verbindung 5'zu dem Taktgenerator 19 und einem Impulssynchronisierer 3'. Die an dem Ausgang des Impulssynchronisierers 3' zum Stop-Impuls synchronen Zählimpulse der Periodendauer t2 gelangen dann wiederum zu einem Zähler 2' und der Koizidenzstufe 4.
• Die Koizidenzstufe 4 kann beispielsweise aus einem Komparator mit einstellbarem Schwellwert bestehen. Der Schwellwert wird dabei so gewählt, daß er von keinem der beiden an den Eingängen auftretenden Signalen allein überschritten wird.
• Nur wenn an beiden Eingängen gleichzeitig ein Signal auftritt, liefert der Ausgang des Komparators einen Impuls.
• Dieser wird dem jeweiligen Rücksetz-Eingang der Impulssynchronisierer 3,3' zugeführt und bewirkt eine Unterbrechung der Erzeugung von Zähl impulsen.
• Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der zeitlichen Beziehung der während des Meßvorganges an die Eingänge der Zähler 2,2 sowie der Koinzidenzstufe 4 gelangenden Zählimpulse. Dabei möge die Zeitdiffe-renz.T zwischen den beiden Echos 821,07 ssec. betragen.
• In der oberen Zeile sind die Zählimpulse des Zählers 2, in der darunterliegenden Zeile, diejenigen des Zählers 2' wiedergegèben.Der Stop-Impuls erscheint 0,07 µsec nach dem der 821' te Zählimpuls an den Zähler 2 gelangte. Der erste an dem Zähler 2' gelangte Zählimpuls, der die Periodendauer t2 = 0,99 gsec aufweist, erscheint daher 0,06 µsec nach dem der 822 te Zählimpuls an den Zähler 2 gelangte. Der zweite, von dem Zähler 2' gezählte Impuls erscheint 0,05 gsec nach dem 823 ten von dem Zähler 2 gezählten Impuls etc.
• Der 7' te von dem Zähler 2' gezählte Impuls schließlich gelangt gleichzeitig mit dem 828' ten von dem Zähler 2'gezählten Impuls an die Koinzidenzstufe, die die Erzeugung weiterer Zählimpulse verhindert. Aus den abgelesenen Zählerständen ergibt sich mit GL 1 (Seite 5) T = (828-7) . 1 µsec + 7 . (1-0,99) µsec T = 821 µsec + 0,07 sec = 821,07 ijsec Leerseite

Claims (4)

1. Patentansprüche Elektronisches Meßverfahren zur Bestimmung der Zeitdifferenz T zwischen zwei Ereignissen, wobei mit Eintritt des ersten Ereignisses Zählimpulse der Periodendauer t1 erzeugt werden, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Merkmale a) Beim Eintritt des zweiten Ereignisses werden Zählimpulse der Periodendauer t2 erzeugt; b) die Periodendauer t2 dieser Zählimpulse wird so gewählt, daß die Differenz t1 - t2 der Genauigkeit entspricht, mit der die Zeitdifferenz T zwischen den beiden Ereignissen bestimmt werden soll ; c) bei Koinzidenz der Zählimpulse, der Periodendauern t1 und t2, wird die Erzeugung weiterer Zählimpulse verhindert, so daß die entsprechende Zahl der zwischen den Ereignissen erzeugten Zählimpulse n1 und n2 gemessen und die Zeitdifferenz T mittels der Beziehung T = "2Ctl n2at2 ermittelt werden kann.
2. 2. Meßverfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Erzeugung der Zählimpulse zeitlich synchron zu den beiden Ereignissen erfolgt.
3. 3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Merkmale a) Die den Ereignissen entsprechenden Start/Stop-Signale werden jeweils einem aus einem Taktgenerator (1.7) und einem Impulssynchronisierer (3.3) bestehenden Zählimpulsgenerator zugeführt b) die Ausgänge dieser Zählimpulsgeneratoren sind sowohl mit dem Eingang jeweils eines Digitalzählers (2,2) als auch mit dem Eingang einer Koinzidenzstufe C4) elektrisch verbunden ; c) der Ausgang der Koinzidenzstufe (4) ist mit jeweils einem Rücksetz-Eingang der Impulssynchronisierer (3,3) verbunden.
4. 4. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, sowie der Anordnung nach Anspruch 3 zur Ermittlung der Laufzeit von Ultraschall impulsen.