DE2939617C2 - Vorrichtung zur schnellen und verzerrungsfreien Umwandlung der von einem Detektor erzeugten analogen Ultraschallprüfsignale in digitale Signale - Google Patents

Vorrichtung zur schnellen und verzerrungsfreien Umwandlung der von einem Detektor erzeugten analogen Ultraschallprüfsignale in digitale Signale

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Description

ker und einem diesem nachgeordneten Analog-Digi- 10 Schließlich ist ein parallel arbeitender Analog-Digital-
tal-Umsetzer, dadurch gekennzeichnet, Wandler bekannt, der für Eingangssignale einer Polarität
daß der Vorverstärker (2) für eine lineare Verstär- geeignet ist Dieser Analog-Digital-Wandler hat eine Ii-
kung ausgebildet ist, daß der nach dem Parallelver- neareKennlinieiU.Tietze.Ch.Schenk.Halbleiter-Schal-
fahren arbeitende Analog-Digital-Umsetzer (3) eine tungstechnikAAuflage.we.SeiteneaSbiseaS).
für positive bzw. negative analoge Eingangssignale 15 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor-
spiegelsymmetrische, logarithinische Kennlinie auf- richtung der eingangs beschriebenen Gattung derart
weisi und daß ein Bit in der Bitdarstellung der digita- weiterzuentwickeln, daß Ultraschallprüfsignale mit gro-
len Ausgangssignale des Analog-Digital-Umsetzers ßer Bandbreite und großen Amplituden auf einfache
(3) die Signalpolarität der analogen Eingangssignale Weise möglichst schnell und weitgehend unverzerrt in
anzeigt 20 ihrem gesamten Verlauf in die digitale Form umgewan-
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- delt werden können.
zeichnet, daß der Analog-Digital-Umsetzer (3) je- Die Aufgsbe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
weils für positive und negative Eingangssignale Mo- daß der Vorverstärker für eine lineare Verstärkung aus-
dule (8) mit einer gleich großen Anzahl von Kompa- gebildet ist, daß der nach dem Parallelverfahren arbei-
ratoren enthält, die mit ihren einen Eingängen paral- 25 tende Analog-Digital-Umsetzer eine für positive bzw.
IeI zueinander angeordnet und von den linear vor- negative analoge Eingangsspannungen spiegelsymme-
verstärkten Ultraschallprüfsignalen beaufschlagt trische, logarithmische Kennlinie aufweist und daß ein
sind, sowie mit ihren weiteren Eingängen je an eine Bit in der Bitdarstellung der digitalen Ausgangssignale
Referenzspannung gelegt sind, daß die Referenz- des Analog-Digital-Umsetzers die Signalpolarität der
spannungen nach der spiegelsymmetrischen loga- 30 analogen Eingangssignale anzeigt Der Digitalwert am
rithmischen Kennlinie eingestellt sind und daß für Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers gibt jeweils die
einen Dynamikbereich von 60 Dezibel je 0,5 Dezibel Größe des Eingangssignals in bezug auf Nullpotential
Änderung der analogen Eingangsspannung ein an. Es lassen sich Ultraschallprüfsignale in ihrer gesam- Komparator vorgesehen ist ten Bandbreite mit sehr hohen Abtastraten in diskrete
35 Digitalwerte umwandeln, die jeweils bestimmten Stellen
im analogen Kurvenverlauf entsprechen. Ein besonde-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur rer Vorteil der vorstehend beschriebenen Vorrichtung
schnellen und verzerrungsfreien Umwandlung der von ist darin zu sehen, daß ein analoger logarithmischer Ver-
einem Detektor erzeugten analogen Ultraschallprüfsi- stärker und ein Gleichrichter entfallen können. Ultra-
gnale mit großer Bandbreite und großem Dynamikum- 40 Schalldetektoren mit Eigenfrequenzen von mehr als
fang in logarithmisch verschlüsselte digitale Signale mit 10 MHz werden in zunehmendem Maße eingesetzt. Da-
einem dem Detektor im Signalweg nachgeschalteten mit das von einem derartigen Ultraschalldetektor abge-
Vorverstärker und einem diesem nachgeordneten Ana- gebene Prüfsignal verzerrungsfrei verarbeitet wird,
log-Digital-Umsetzer. muß die dem Ultraschalldetektor nachgeschaltete Vor-
Eine derartige Vorrichtung ist bekannt (DE-OS 45 richtung eine größere Bandbreite als die Eigenfrequenz
16 985). Bei dieser Vorrichtung weist der analoge haben. Eine Bandbreite von mehr als 10 MHz ist mit
Vorverstärker eine logarithmische Kenniinie auf. Die analogen logarithmischen Verstärkern nur schwer er-
logarithmischen Ausgangssignale des Vorverstärkers reichbar. Die oben beschriebene Vorrichtung ist nicht
werden im Analog-Digital-Umsetzer in entsprechende auf die Linearität eines Gleichrichters angewiesen, um
Binärwörter umgeformt Mit der bekannten Vorrich- 50 Verzerrungen zu vermeiden. Dies ist ein weiterer we-
tung soll die Bildauflösung in dem zur Darstellung einer sentlicher Vorteil, da es bei Gleichrichtern, die von Si-
schallreflektierenden Gefügestörung benutzten System gnalen mit großer Dynamik beaufschlagt werden, nicht
verbessert werden. Hierzu werden die logarithmischen möglich ist, die Kennlinie des jeweiligen Gleichrichters
digitalen Signale mit gespeicherten Werten verrechnet. über den gesamten Dynamikbereich absolut linear zu
Bei einem bekannten Verfahren zur möglichst schnei- 55 halten.
len und verzerrungsfreien Umwandlung von breitbandi- Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist
gen, analogen Ultraschallprüfsignalen großer Dynamik im Anspruch 2 beschrieben.
wird ein Teil der von einem Detektor ausgegebenen und Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in
mittels eines Vorverstärkers verstärkten analogen Si- einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels nä-
gnale ausgeblendet und anschließend weiterverarbeitet. 60 her beschrieben. Es zeigt
Die ausgeblendeten Signale werden einer Amplituden- F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur
diskriminierung unterworfen, die ein logarithmisches, schnellen und verzerrungsfreien Umwandlung der von
digitales Ausgimgssignal liefert. Die Fehler- und Rück- einem Detektor erzeugten analogen l)ltraschiillprüf\i-
wandechoaniplituden werden mit Hilfe einer Tiefen- gnale und
kennlinienfunktion korrigiert. 65 F i g. 2 ein Schaltbild eines bei der Vorrichtung ge-
Bekannt ist weiterhin ein mit analogen Spannungen maß F i g. 1 eingesetzten Analog-Digital-Umsetzers,
programmierbarer Analog-Digital-Umsetzer, der von Ein von einem nicht dargestellten Detektor für Ultra-
einem aus einem Ultraschallwandler gewonnenen Vi- schallprüfsignale abgegebenes breitbandiges Ultra-
jchallprüfsignal 1 wird nach an sich bekannter Vorverstärkung in einem Vorverstärker 2 zu einem als Analog-Digital-Umsetzer 3 ausgebildeten Baustein 3 geführt,
: der vorteilhafterweise Eingangsverstärkung, Logarith-
; mierung. Digitalisierung und Gleichrichtung in sich vereinigt Dazu erfolgt die Abstufung der einzelnen Quantisierungsstufen des Analog-Digital-Umsetzers (ADC)
' nach einer logarithmischen Kennlinie und zwar spiegd-
, '■■ symmetrisch für positive und negative Signale. Das digitalisierte Ausgangssignal 4 des Analog-Digitai-Umsetzers 3 beinhaltet dann direkt in Dezibel (dB) die Ampli-
; ■ tude des Ultraschallpriifsignals 1 und dessen Polarität
. Es kann anschließend direkt in einem Rechner 5 ausge-
'!/ wertet werden und über einen Digital-Analog-Umset-
P zer, DAC, 6 auf einen Oszillograf en 7 oder Schreiber
:■·, sichtbar gemacht werden.
t Damit wird vorteilhafterweise erreicht, daß eine
'? Bandbreite des Verarbeitungssystems von 20 MHz und
; mehr erzielt werden kann, da sie nur noch von der linea-
I ren Vorverstärkung und Eingangsverstärkung des Ana-
;', !og-Digital-Umsetzers ADC 3 abhängt Aufgrund des
y. eingesparten Gleichrichters entfallen nunmehr die UnIi-
μ nearitäten der Gleichrichtung. Die Polarität des Signals
|i wird vom höchstwertigen Bit des digitalen Ausgangssi-
& gnals 4 angezeigt, während der Betrag der Amplitude
:| von den restlichen Bits angezeigt wird Wird dieses Vor-
I zeichen-Bit nicht weiterverarbeitet, ist praktisch die
p Gleichrichterfunktion erfüllt Es ist erfindungsgemäß al-
f; so möglich, die große Dynamik der Prüf signale ohne
f Qualitätsverlust auszuwerten.
I Der Analog-Digital-Umsetzer 3 ist aus einzelnen Mo-
f · dulen 8 zusammengesetzt, von denen jeder beispiels-
s weise 8 Komparatoren enthält Die Abstufung der Refe-
iVi renzeingänge der 8 Komparatoren ist logarithmisch. Je-
[*;; weils fünf Module 8, also 40 Komparatoren, sind zusam-
[A mengefaßt, um jeweils ein Drittel des gesamten Dyna-
p mikbereiches umzusetzen. Das dritte Drittel, also der 3.
L- Grobbereich, wird von 6 Modulen gebildet
:■-; Der Bereich, in dem das einzelne Modul arbeitet, wird
|; durch die Einstellung von Referenzstromquellen 9 be-
ζ stimmt
p Um eine möglichst gleiche Aussteuerung der 3 Grob-
Γ bereiche zu gewährleisten, hat jeder Grobbereich einen
' eigenen Eingangsverstärker 10.
; ■ Der Analog-Digital-Umsetzer 3 arbeitet parallel, d. h.
.· je 0^dB Änderung der analogen Eingangsspannung
[ (entsprechend 1 Bit) ist ein Komparator vorhanden.
; Beispiel
Ein Analog-Digital-Umsetzer 3 ist ausgelegt auf eine Wandelrate von 150 MHz und eine Dynamik von 60 dB, mit einer Auflösung von 0,5 dB. Dann liegt bei einem analogen Eingangssignal von 5 Volt am Ausgang digital die Zahl 60 an. Bei einem analogen Eingangssignal von 2,5 Volt liegt am Ausgang digital die Zahl 54 an.
Dieser Betrag, 60 bzw. 54 ist entsprechend der Auflösung in 7 Bit kodiert Das 8. Bit kennzeichnet die Polarität Das heißt, »minus 5 Volt«-Eingang erzeugen ebenso die Zahl 60, !ediglich mit anderem logischen Zustand des Vorzeichen-Bits.
Mit dieser Vorrichtung ist gewährleistet, daß aus den in sich logarithmisch abgestuften einzelnen Komparatoren der Module 8 eine logarithmische Kennlinie an und für sich beliebiger Dynamik realisiert werden kann.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2 deosignal gespeist wird. Mit dem analogen Program- Patentansprüche: miersignal werden ausgewählte Pegelbereiche des Ausgangssignals des Ultraschalldetektors höher aufgelöst
1. Vorrichtung zur schnellen und verzerrungsfrei- Ausgewählte Bereiche können z.B. nach logarithmien Umwandlung der von einem Detektor erzeugten 5 sehen Ubertragungsfunktionen hervorgehoben werden, analogen Ultraschallprüfsignale mit großer Band- Hierfür ist eine Anordnung zur Vorgabe auswählbarer breite und großem Dynamikumfang in logarithmisch analoger Programmierspannungen vorgesehen, die mit verschlüsselte digitale Signale mit einem dem De- einer Anordnung zur Analog-Digital-Umsetzung vertektor im Signalweg nachgeschalteten Vorverstär- bunden ist (DE-OS 29 04 708).
DE2939617A 1979-09-29 1979-09-29 Vorrichtung zur schnellen und verzerrungsfreien Umwandlung der von einem Detektor erzeugten analogen Ultraschallprüfsignale in digitale Signale Expired DE2939617C2 (de)

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