DE2939617C2

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

Info

Publication number: DE2939617C2
Application number: DE2939617A
Authority: DE
Inventors: Manfred Ing.(grad.) 8000 München Dolag; Raimund Dipl.-Ing. 8755 Alzenau Lang; Jörg Ing.(grad.) 6451 Neuberg Quittkatt
Original assignee: Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1979-09-29
Filing date: 1979-09-29
Publication date: 1986-02-06
Also published as: BR8006147A; IT8068464A0; SE449930B; DE2939617A1; CA1161542A; FR2466912B1; SE8006758L; IT1129268B; FR2466912A1; JPS5651660A

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-

i^Vi 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 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).