DE2944820A1 - Verfahren und vorrichtung zum senden und empfangen von ultraschall - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum senden und empfangen von ultraschall

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Description

PA fENTANWALT F
HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN
DlPL.-PHYS. DfPL.-INC. Studsvik Energiteknik AB no-en-11
L/H 5. 11. 1979
Verfahren und Vorrichtung zum Senden und Empfangen von Ultraschall.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Senden und Empfangen von Ultraschallimpulsen, die elektromagnetisch erzeugt und empfangen werden.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren, das besonders vorteilhaft beim zerstörungsfreien Prüfen von nichtmagnetischen Materialien eingesetzt werden kann, sowie auf eine Vorrichtung für den gleichen Zweck.
Bei elektromagnetischen Ultraschall-Prüfungen wird Ultraschall kontaktlos in einen Gegenstand aus elektrisch leitfähigem Material mittels eines starken magnetischen Feldes eingeleitet, wobei eine Spule in dem Feld mit einem Strom von Ultraschallfrequenz gespeist wird. Der Empfänger weist eine Empfangsspule in einem starken magnetischen Feld auf, in der ein Signal erzeugt wird, wenn der Gegenstand in dem magnetischen Feld des Empfängers mit Ultraschallfrequenz schwingt.
Dieses Prinzip ist bekannt. Ein Beispiel für seine Anwendung ist die Anzeige von Fehlstellen in Stahl oder anderem elektrisch leitfähigem Material.
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D-7O7O SCHWÄBISCH CMÜND GEMEINSAME KONTEN: D-8OOO MÜNCHEN 70 TcKKm: (07171) 56 90 lleuuchc ttank AG tWsAccUonto Telefon: (019) 725207! H. SCHROETER Trlrjramme: Schroepat München 70/37 369 München K. LEHMANN Telegramme: Schroepat Bodugiw 49 ΤΛχ: 724»868pigdd (BL/. 700 700 10) 167941-804 Lipowskystuß..· 10 Telei: 5 212 24» pawe d
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294A820
Die Stärke des Signals, das von dem Empfänger aufgenommen wird, ist jedoch niedrig im Vergleich zu dem Störpegel, der auftritt, wenn diese Technik zum Prüfen nichtmagnetischer Materialien angewendet wird. Aus diesem Grund wurde diese Technik bisher im wesentlichen nur beim Prüfen von magnetischen Materialien angewendet, wobei das Signal/Stör-Verhältnis sehr viel günstiger ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Signal/Stör-Verhältnis in einem solchen Maß zu erhöhen, daß diese Technik vorteilhafterweise beim zerstörungsfreien Prüfen nichtmagnetischer, elektrisch leitfähiger Materialien eingesetzt werden kann. Ein sehr wichtiges Beispiel für die Anwendung der Erfindung ist die Bestimmung von Fehlstellen in Stahlwerkstücken oder Stahlprodukten in einem Zustand, in dem diese auf eine Temperatur oberhalb der Curie-Temperatur aufgeheizt sind.
Durch das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung wird das Signal/Stör-Verhältnis beim Prüfen sowohl von nichtmagnetischen als auch von magnetischen Materialien drastisch verbessert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich aus Anspruch 1, die erfindungsgemäße Vorrichtung aus Anspruch 7.
Die Erfindung schafft somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Senden und Empfangen von elektromagnetisch erzeugtem Ultraschall, insbesondere für das zerstörungsfreie Prüfen von elektrisch leitfähigem Material, wobei ein oder mehrere magnetische Felder mittels eines oder mehrerer Elektromagnete erzeugt werden, wobei einer Sendespule in dem magnetischen Feld eine Ultraschallfrequenz zugeführt wird und wobei eine Empfangsspule in dem mag-
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netischen Feld abgefragt wird. Bei bekannten Vorrichtungen ist das Signal/Stör-Verhältnis des empfangenen Signals ungünstig, besonders beim Prüfen nichtmagnetischer Materialien.
Gemäß der Erfindung wird dieses Verhältnis dadurch verbessert, daß das magnetische Feld während einer Zeit erzeugt wird, die kurz ist im Vergleich zu der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgend auftretenden magnetischen Feldern, und eine Anzahl von Impulsen gut bestimmter Länge mit Ultraschallfrequenz wird der Sendespule zugeführt, wenn das magnetische Feld oder die magnetischen Felder ausreichende Stärke haben.
Die Empfangsspule wird nach jedem solchen Impuls abgefragt, und die verschiedenen empfangenen Signale werden in einem Integrator aufsummiert. Die genannten Impulse haben jeweils eine bevorzugte Länge einer vollständigen sinusförmigen Periode, worauf der jeweilige Impuls vollständig gelöscht wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 ist ein Schaltplan eines Ausführungsbeispiels eines Impulsgenerators für einen Elektromagneten,
Fig. 3 ist ein Schaltplan für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Impulsgenerators für eine Sendespule, und
Fig. 4 ist eine Kurve der magnetischen Feldstärke des Elektromagneten und einer Serie von Ultraschallimpulsen als Funktion der Zeit.
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Gemäß Fig. 1 ist ein erster Elektromagnet 1 zur Verwendung bei der übertragung und ein zweiter Elektromagnet 2 zur Verwendung beim Empfang vorgesehen. Beide Magnete haben zugehörige Wicklungen 3 bzw. k.
Die Magnetkerne der Elektromagnete 1, 2 bestehen vorzugsweise aus ferromagnetischem Material und sind so ausgebildet, daß Wirbelströme darin verhindert sind. Die Magnetkerne sind vorzugsweise geschichtet, aber es können auch Kerne verwendet werden, die aus Pulver oder Fäden aus ferromagnetischem Material aufgebaut sind.
Die Wicklungen 3, 4 der Elektromagnete 1, 2 sind mit einem ersten Impulsgenerator 5 verbunden, der in der Lage ist, kurze Impulse von sehr großer Stärke zu erzeugen. Die Impulslänge beträgt vorzugsweise o,5 bis loo ms.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Impulsgenerators ist in Fig. 2 dargestellt. Der Impulsgenerator ist mit einer programmierten Kippschaltung 6 bekannter geeigneter Art verbunden und wird durch diese gesteuert.
Die genannte Kippschaltung 6 ist auch in der Lage, einen zweiten Impulsgenerator 7 zu steuern, der in Fig. 3 dargestellt ist und der in der Lage ist, Impulse von Ultraschallfrequenz auf eine Sendespule 8 zu übertragen. Die Spule 8 ist in Bezug auf den ersten Elektromagnet 1 so angeordnet, daß die Spule 8 sich innerhalb des magnetischen Feldes des ersten Elektromagnets 1 befindet.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Sendespule 8 als endlose Bahn, beispielsweise von oben gesehen in der Form einer Rennbahn, ausgebildet, deren gerade Abschnitte unterhalb der Pole des Magnetkerns 1 angeordnet sind.
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Der in Fig. 2 dargestellte erste Impulsgenerator 5 enthält einen Transformator 9, einen Diodengleichrichter Io, einen Kondensator 11 oder einen Kondensatorkreis mit großem kapazitivem Blindwiderstand, beispielsweise Io mF und einen Thyristor 12. Es sind ferner zwei Relais 13» 11 vorgesehen, von denen Leiter 15, 16 zusammen mit einem hinter dem Gleichrichter Io angeschlossenen Leiter 17, zu einem in Form eines Blockes dargestellten Bezugskreis 18 verlaufen. Der Bezugskreis 18 ist in der Lage, die Impulslänge und die Aufladung des Kondensators 11 auszuwerten, und er besteht aus einem geeigneten bekannten Schaltkreis.
Die Steuerleitung 19 des Thyristors 12 ist mit der Kippschaltung 6 über einen Transformator 2o verbunden. Es sind ferner Widerstände 21, 22, 23, 24 und 25 sowie Sicherungen 26, 27, 28, 29 verschiedener Stärke vorgesehen. Der Ausgang 3o ist direkt mit den Wicklungen 3» ** der Elektromagnete 1, 2 verbunden, und der Eingang 31 ist mit einer Spannungsquelle verbunden, vorzugsweise mit der Netzspannung.
Die Wicklungen der Elektromagnete sind parallel zueinander an den ersten Impulsgenerator angeschlossen. Sie können stattdessen in Reihe geschaltet sein.
Die Funktion des in Fig. 2 dargestellten Schaltkreises ist wie folgt: Bei Aufladung des Kondensators 11 mit Gleichspannung von dem Gleichrichter Io wird der Thyristor 12 blockiert. Nach dem Aufladen wird ein Steuerimpuls von der Kippschaltung 6 über die Leitung 19 zu dem Thyristor 12 gesandt. Der Kondensator 11 wird dabei durch die Wicklungen 3, Ί der Elektromagnete 1, 2 entladen. Danach wird der Kondensator 11 wieder aufgeladen, worauf eine neue Entladung erfolgt, u.s.w.
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Der zweite in Pig. 3 dargestellte Impulsgenerator 7 weist einen Kondensator 32 und eine Induktivität oder Spule 33 auf, durch die der Kondensator 32 entladen wird, nachdem ein Thyristor 34 leitend geworden ist, indem ein Steuerimpuls über einen ersten Auslöseeingang 36 an seine Steuerleitung 35 angelegt wurde. Die Spule 33 ist die Sendespule 8,
Ein Thyristor 37, Widerstände 38, 39 und 4o, ein Kondensator 41 und eine Induktivität oder Spule 42 bilden einen Stromkreis, der bewirkt, daß im leitenden Zustand des Thyristors 37 der Kondensator 32 schnell entladen wird und daß der dadurch in der Spule erzeugte Impuls schnell abklingt.
Der Kondensator 32 wird über eine Induktivität oder Spule
44 aufgeladen. Die Aufladung beginnt, indem ein Thyristor
45 leitend gemacht wird, wenn ein Steuerimpuls über einen zweiten Auslöseeingang 47 an seine Steuerleitung 46 angelegt wird, wobei der Eingang 47 bzw. die Leitung 46 einen Transformator 48 und eine Diode 49 aufweist. Der Aufladekreis enthält ferner Kondensatoren 5o, 51» Widerstände 52, 53 und eine Diode 54. Ein Spannungsgeber 55 ist für den Stromkreis vorgesehen.
Die Punktion des zweiten Impulsgenerators 7 ist im Prinzip wie folgt: Durch Anlegen eines Steuerimpulses an den zweiten Auslöseeingang 47 wird der Kondensator 32 über die Spule aufgeladen. Wenn der Kondensator 32 aufgeladen ist und ein Steuerimpuls an den ersten Auslöseeingang 36 angelegt wird, wird der Thyristor 34 leitend gemacht, wodurch der Kondensator 32 über die Spule 33 entladen wird, worauf die Induktivität der Spule 33 den Kondensator 32 wieder auflädt, aber mit umgekehrter Polarität. Danach wird der Kondensator 32 durch die Diode 43 wieder auf seine ursprüngliche Polari-
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tat aufgeladen, worauf ein weiteres Aufladen verhindert wird, wenn der Thyristor 3^ seine Sperrkapazität wieder angenommen hat. Durch die Sendespule 8 ist auf diese Weise eine vollständige Periode von Strom mit Ultraschallfrequenz geflossen. Zum Schutz gegen ein zwangsweises Durchzünden des Thyristors 31* ist ein weiterer Stromkreis mit dem Thyristor 37, dem Kondensator 4l, den Widerständen 38, 39, Mo und der Spule Ί2 vorgesehen, dessen Aufgabe es ist, den Kondensator 32 schnell zu entladen, und zwar unmittelbar bevor dieser seine maximale Ladung mit ursprünglicher Polarität wieder erhält, wie es vorstehend beschrieben wurde. Auf diese Weise endet der Stromimpuls in der Spule 8 plötzlich, selbst wenn der Thyristor 31J eine Tendenz zum Durchzünden haben sollte.
Der Impulsgenerator 7 erzeugt auf diese Weise einen kurzen Impuls mit gut begrenzter Länge, vorzugsweise eine vollständige Periode eines sinusförmigen Impulses, worauf dieser Impuls vollständig gelöscht wird, wie sich aus dem Vorstehenden ergibt. Der zweite Impulsgenerator kann natürlich abgewandelt werden, um Impulse zu liefern, die aus einer Vielzahl vollständiger Perioden bestehen.
Die Impulslänge kann innerhalb weiter Grenzen verändert werden, wie auch die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen. Die Impulslänge eines aus einer vollständigen Periode bestehenden Impulses ist vorzugsweise 5 ^us, und die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen ist vorzugsweise o,5 ms. Die Aufladezeit ist gleichIfyLC, wobei L die Induktivität bei 14 und C die Kapazität bei 32 ist. Die Aufladezeit beträgt vorzugsweise 2oo /us.
Die hier erwähnte Ultraschallfrequenz liegt unterhalb 2MHz, vorzugsweise bei 5o kHz bis 5oo kHz.
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Unterhalb des zweiten Elektromagneten 2 ist eine Empfangsspule 56 in gleicher Weise und vorzugsweise mit der selben Ausbildung wie die Sendespule 8 angeordnet.
Stromimpulse in der Sendespule 8 induzieren einen ähnlichen sich ändernden Strom in der Oberflächenschicht des Testmaterials 57· Wenn ein magnetisches Feld B in einem Leiter existiert und gleichzeitig ein Strom 1 in dem Leiter fließt (das heißt in dem Testmaterial), wird eine Kraft F, die sogenannte Lorentzkraft, an dem Leiter gebildet, die F=I χ B ist, wobei 1 die Dimension A/m und B die Dimension Tesla hat.
Im vorliegenden Fall schwingt die Kraft mit Ultraschallfrequenz, wodurch also Ultraschall in das Testmaterial eingeleitet wird. Wenn der Ultraschall, nachdem er reflektiert ist, an dem Empfänger 2, 4, 56-ankommt, erzeugen die Ultraschallwellen entsprechend dem Faraday·sehen Induktionsgesetz eine entsprechende elektromotorische Kraft, die ein sich änderndes Signal in der Empfangsspule 56 ergibt.
Dieses empfangene Signal geht durch ein Hochpassfilter, um Komponenten mit niedriger Frequenz zu eliminieren. Das Hochpassfilter ist einem Verstärker 58 zugeordnet, in dem das Signal verstärkt wird, und das Ergebnis wird dann in einer Einheit 59 verarbeitet und/oder dargestellt, beispielsweise in einer Datenverarbeitungsanlage und/oder einem Oszilloskop oder dergleichen.
Zwischen dem Verstärker 58 und der Einheit 59 ist ein Integrator 60, ein sogenannter Tor-Integrator bekannter Art, vorgesehen, um ein empfangenes Signal digital zu speichern, indem die empfangene Periode in eine Anzahl adressierbarer
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Zeitintervalle aufgeteilt und dadurch die in jedem Zeitintervall auftretende Signalamplitude digital gespeichert wird. Der Integrator 60 ist ferner in der Lage, zu jedem empfangenen Signal weitere empfangene Signale zu addieren. Die nach einer Anzahl von empfangenen Signalen aufsummierten Werte können danach von dem Integrator 60 abgelesen werden.
Die obige Beschreibung bezieht sich auf eine Anordnung mit zwei Elektromagneten I1 2. Für bestimmte Anwendungsfälle kann jedoch auch nur ein Elektromagnet verwendet werden, an dem die Sendeepule und die Empfangsspule angeordnet sind.
Bei der bekannten Ultraschalltechnik, die mit elektromagnetisch erzeugtem Ultraschall arbeitet, sind die ausgesandten Impulse von unbestimmter Länge aufgrund der Bildung eines "Schwanzes" nach dem eigentlichen Impuls (Nachimpuls). Die Länge des Nachimpulses ist im allgemeinen derart, daß sie den Empfänger während der Zeit beeinflußt, in der der Empfänger zur Aufnahme von Reflexen von dem eigentlichen Impuls bestimmt ist. Dies ergibt einen hohen Rausch- und/ oder Störpegel. Bei der Prüfung nichtmagnetischer Materialien ergibt die bekannte Technik einen so hohen Rausch- oder Störpegel, daß das eigentliche Signal kaum davon unterschieden werden kann.
In vielen Fällen ist es jedoch nicht ausreichend, nur einen Impuls mit gut begrenzter Länge auszusenden, weil Störungen verschiedener Art es schwierig machen, das Ultraschall-Echo-Signal mit hoher Sicherheit aufzufinden. Ein Beispiel für eine solche Prüfung ist das Prüfen von Stahl oberhalb der Curie-Temperatur, das heißt wenn der Stahl nicht magnetisch ist. Außerdem sind gekühlte Elektromagnete mit den zugehörigen Kühlanordnungen verhältnismäßig teuer.
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Gemäß der Erfindung wird ein pulsierendes Magnetfeld erzeugt, dessen Dauer kurz ist im Vergleich zu dem Abstand zwischen den magnetischen Feldimpulsen.
Aufgrund der Tatsache, daß das pulsierende Magnetfeld eine kurze Dauer hat, beispielsweise 3o ms, bei einer Impulsfrequenz von 5 pro Sekunde, können sehr starke magnetische Felder ausgebildet werden, ohne daß dabei eine nennenswerte Erhitzung der Elektromagnete eintritt.
Die Elektromagnete 1, 2 sind bei der Erfindung luftgekühlt. Pressluft von einer geeigneten bekannten Presslufteinheit (nicht dargestellt) läßt man um den Magnetkern herum fließen.
Gemäß der Erfindung wird eine Vielzahl von Ultraschallimpulsen ausgesendet und empfangen, während das magnetische Feld durch die Elektromagnete Ί, 2 erzeugt wird.
Die programmierte Kippschaltung 6 ist in der Lage, ein Signal an die Steuerleitung 19 des Thyristors 12 des ersten Impulsgenerators 5 abzugeben, wodurch der Kondensator 11 entladen wird.
Wenn die magnetischen Felder der Elektromagnete 1,2 etwa die Hälfte ihrer Maximalamplitude erreicht haben, wird der Kondensator 32 dadurch entladen, daß die programmierte Kippschaltung 6 einen Steuerimpuls zu dem ersten Auslöseeingang 36 des zweiten Impulsgenerators 7 gibt. Dadurch wird ein sinusförmiges Signal durch die Sendespule 8 ausgesendet, welches in eine entsprechende Ultraschallwelle in dem Testmaterial 57 verwandelt wird, die reflektiert und wiederaufgenommen wird. Das der reflektierten Ultraschallwelle entsprechende Signal in der Empfangsspule 56
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wird verstärkt und in dem Integrator 60 Gespeichert. Nach einer gewissen Zeit, die ausreicht, daß die Ultraschallwelle gelöscht ist, während welcher Zeit der Kondensator 32 des zweiten Impulsgenerators 7 wieder aufgeladen worden ist, wird durch die Sendespule 8 ein neues Signal gleicher Sinusform ausgesendet. Die sich ergebende Ultraschallwelle wird reflektiert, aufgenommen und in der gleichen Weise in dem Integrator 60 gespeichert, wo 3ie, wie erwähnt, zu dem zuerst empfangenen Signal addiert wird. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis das magnetische Feld der Elektromagnete 1, 2 auf die Hälfte seiner maximalen Stärke abgenommen hat.
Für das Aufladen des Kondensators 32 ist die Kippschaltung 6 in der Lage, einen Steuerimpuls an den zweiten Auslöseeingang *»7 des zweiten Inpul3generators 7 zu senden.
Die Kippschaltung 6 gibt weitere Signale zu dem Integrator 60, und zwar wenn die Felder der Elektromagnete beginnen, aufgebaut zu werden, und wenn jeder Ultraschallimpuls ausgesendet wird. Der Integrator 60 erhält ferner ein Signal von der Kippschaltung 6 mit der Weisung, daß der Integrator die gespeicherte Information der Einheit 59 zuführt.
Die Anzahl der während eines Impulsen der magnetischen Felder der Elektromagnete 1, 2 ausgesendeten Ultraschallimpulse kann natürlich sehr wesentlich variieren. Ein Beispiel ist in Fig. 4 dargestellt, die zwei Diagramme mit der gleichen Zeitachse darstellt. Das obere Diagramm zeigt den Strom 1 durch die Elektromagnete 1, 2, und das untere Diagramm zeigt die Zeitpunkte, zu denen Signale mit Ultraschallfrequenz durch die Sendespule 8 ausgesendet werden. Bei dem Beispiel gemäß Fig. >\ ist die Länge
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ORIGINAL INSPECTED
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des magnetischen Feldimpulses t. gleich 3o ms, die Zeit t« während der das magnetische Feld eine Stärke von mehr als 5o % seiner maximalen Stärke hat, gleich 15 ms. Jeder Impuls 61 mit Ultraschallfrequenz hat eine Dauer t-, von 5/us. In dem Beispiel ist die Zeit zwischen den Impulsen 61 jeweils etwa 2 ms.
Die Zeit t., kann beispielsweise o,5 ms — t., ~ loo ms sein, die Zeit tp kann o,25 ms — tp — 5o ms sein, und die Zeit t, kann o,5 /us — t^ — loo /us sein.
t-, ist immer wesentlich kürzer als t~.
Nach einer Serie von Impulsen 61, in den Beispiel acht Impulse, enthalt der Integrator 6o die Summe der Amplitude für alle in Zeitschritte aufgeteilte Impulse. Dieser Inhalt wird angezeigt oder weiter verarbeitet durch die Einheit 59· Das auf diese Weise veranschaulichte Signal entspricht einer Serie von Ultraschallwellen-Reflexionen gleichen oder ähnlichen Aussehens, aber schwächer als das gespeicherte Signal. Hieraus folgt somit, daß eine bei einem Impuls 61 auftretende Störung einen entsprechend kleineren Anteil oder Beitrag an dem Gesamtsignal ergibt. Dieser Anteil ist umso kleiner, je mehr Impulse in einer Serie ausgesendet werden.
Durch das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung wird somit eine höhere Signalstärke in' Bezug auf den Störpegel und andere Störungen erreicht. Dies hat zur Folge, daß eine reflektierte Ultraschallwelle viel deutlicher unterschieden und viel besser verarbeitet werden kann, als es bisher möglich war.
Wenn das magnetische Feld der Elektromagnete 1, 2 abgebaut ist, wird das nächste magnetische Feld aufgebaut, und eine
ü 3 0 0 2 0 / 0 -H L> y
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Serie von Impulsen 61 wird ausgesendet, u.s.w.
Bei Anwendung der vorstehenden Zeiten ist sichergestellt, daß die Aussendung eines Impulses vollständig beendet ist, bevor eine reflektierte Ultraschallwelle empfangen wird. Es ist auch sichergestellt, daß die Ultraschallwelle gelöscht ist, bevor die nächste Aussendung stattfindet.
Die Kippschaltung 6 kann in bekannter Weise ausgebildet sein, um Steuerimpulse in einer vorbestimmten zeitlichen Folge auszusenden, oder sie kann so ausgebildet sein, daß sie die Steuerimpulse an den ereten Impulsgenerator in einer vorbestimmten zeitlichen Folge aussendet und die Steuerimpulse an den zweiten Impulsgenerator aussendet, wenn das magnetische Feld oder die magnetischen Felder die gewünschte Stärke erreicht haben. In diesem letzteren Fall kann die Stärke des magnetischen Feldes von einem Signal an einem Ausgang 62 von dem ersten Impulsgenerator 5 (Fig. 2) abgenommen werden. Die programmierte Kippschaltung 6 kann auch eine geeignete Datenverarbeitungsanlage aufweisen, von der aus verschiedene Impulsfolgen gesteuert werden.
Durch die Erfindung, bei der ein magnetisches Feld während einer kurzen Zeit erzeugt wird, während der eine Vielzahl von wesentlich kürzeren Impulsen gut begrenzter Länge mit Ultraschallfrequenz ausgesendet, empfangen und integriert werden, wird das Signal/Stör-Verhältnis wesentlich erhöht.
Die Erfindung kann natürlich abgewandelt werden. Beispielsweise kann die Ausbildung der Impulsgeneratoren geändert werden. Es können ein oder mehrere Elektromagnete verwendet werden. Die Sendespule und die Empfangsspule können die gleiche sein, wobei in diesem Fall eine Schalteinrichtung zwischen dem Verstärker 58 bzw. dem zweiten Impulsgenerator 7 und der Spule vorgesehen ist, um vom Senden auf Empfang zu schalten.
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-iß"
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Claims (1)

  1. HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN
    DIPL.-PHYS. DIPL.-ING.
    2944320
    Studsvik Energiteknik AB . no-en-11
    L/II 5. 11. 1979
    Verfahren und Vorrichtung zum Senden und Empfangen von Ultraschall.
    PATENTANSPRÜCHE
    Ι.· Verfahren zum Senden und Empfangen von elektromagnetisch erzeugten und empfangenen Impulsen von Ultraschall, insbesondere beim zerstörungsfreien Prüfen von elektrisch leitfähigem Material, insbesondere Stahl mit einer Temperatur oberhalb der Curie-Temperatur, wobei ein oder mehrere magnetische Felder durch einen oder mehrere Elektromagnete erzeugt werden, wobei ein Signal mit Ultraschallfrequenz einer Sendespule in dem magnetischen Feld zugeführt wird, und wobei eine Empfangsspule in dem magnetischen Feld abgefragt wird, dadurch gekennzeichnet , daß das magnetische Feld durch einen ersten Impulsgenerator (5) während einer Zeit erzeugt wird, die kurz ist im Vergleich zu der Zeitspanne zwischen zwei nacheinander auftretenden magnetischen Feldern, und daß, wenn das magnetische Feld oder die magnetischen Felder die gewünschte Stärke erreicht haben, vorzugsweise etwa 5o % ihrer maximalen Stärke, eine Reihe von Impulsen gut begrenzter Länge von Ultraschallfrequenz mit Hilfe
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    eines zweiten Impulsgenerators (7) erzeugt und der Sendespule (8) zugeführt werden, daß die Empfangsspule (56) nach jedem solchen Impuls in Bezug auf ein diesem Impuls entsprechendes empfangenes Signal abgefragt wird, daß jedes solche Signal in einem Integrator (6o) derart gespeichert wird, daß die Reihe der empfangenen Signale, die der Reihe der Impulse entspricht, aufsummiert wird, worauf das in dem Integrator aufsummierte Signal veranlaßt wird, zu einer Einheit (59) für die Anzeige oder Weiterverarbeitung des Signals gesendet zu werden, und daß der letzte Impuls in der Reihe ausgesendet wird, wenn das magnetische Feld auf eine gewünschte Stärke abgenommen hat, vorzugsweise auf etwa 5o % der maximalen Stärke.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine programmierte Kippschaltung (6) veranlaßt wird, einen ersten Steuerimpuls an den ersten Impulsgenerator (5) auszusenden, der dazu bestimmt ist, das magnetische Feld zu erzeugen, daß danach eine weitere Reihe von Paaren zweiter Steuerimpulse an den zweiten Impulsgenerator (7) ausgesendet wird, die dazu bestimmt sind, die Reihe von Impulsen von Ultraschallfrequenz zu erzeugen.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Steuerimpuls einen Thyristor (12) in dem ersten Impulsgenerator (5) aktiviert und daß ein Kondensator (11) oder ein Kondensatorkreis mit hohem kapazitivem Blindwiderstand veranlaßt wird, durch die Wicklung oder Wicklungen (3> 1O des oder der Elektromagneten (1, 2) entladen zu werden.
    k. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet , daß die Kippschaltung (6) veranlaßt wird, zuerst einen Steuerimpuls zu einem Thyristor
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    (Ί5) in dem zweiten Impulsgenerator (7) auszusenden, welcher Thyristor in einem Ladestromkreis für einen Kondensator (32) enthalten ist, und daß danach die Kippschaltung veranlaßt wird, einen Steuerimpuls zu einem zweiten Thyristor (31O in dem zweiten Impulsgenerator (7) auszusenden, wobei der zweite Thyristor in einem Entladestromkreis für den Kondensator (32) enthalten ist, wobei ein solches Paar von Steuerimpulsen von der Kippschaltung (6) für jeden Impuls in der genannten Reihe von Impulsen ausgesendet wird, und daß die Entladung über eine Induktivität (33) erfolgt, die durch die Sendespule (8) gebildet ist.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1I, dadurch gekennzeichnet , daß das magnetische Feld oder die magnetischen Felder eine Dauer von 0,5 ms bis loo ms, vorzugsweise 3o ms haben, und daß jeder der Impulse an die Sendespule (8) eine Dauer von 0,5 jus bis loo μβ, vorzugsweise Io ^s hat.
    6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Impuls an die Sendespule (8) aus einer bis mehreren vollständigen, im wesentlichen sinusförmigen Perioden besteht, vorzugsweise aus einer vollständigen Periode.
    7. Vorrichtung zum Senden und Empfangen von elektromagnetisch erzeugten und empfangenen Impulsen von Ultraschall, insbesondere beim zerstörungsfreien Prüfen von elektrisch leitfähigem Material, mit einem oder mehreren Elektromagneten zum Erzeugen eines oder mehrerer magnetischer Felder und mit einer Sendespule und mit einer Empfangsspule, die jeweils an den Polen eines eigenen oder des gleichen Elektromagneten angeordnet sind, und mit Einrichtungen zum Versorgen der Elektromagnete und der Sendespule mit Energie, dadurch
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    gekennzeichnet , daß diese Einrichtungen einen ersten Impulsgenerator (5) aufweisen, der in der Lage ist, dem oder den Elektromagneten (1, 2, 3, 1O Energie in der Form eines Impulses während einer Zeit zuzuführen, die kurz ist im Vergleich zu der Zeit zwischen zwei nacheinander auftretenden Impulsen, und daß ein zweiter Impulsgenerator (7) vorgesehen ist, der in der Lage ist, eine Reihe von Impulsen gut begrenzter Länge von Ultraschallfrequenz zu erzeugen, wobei der zweite Impulsgenerator (7) in der Lage ist, die Impulse zu erzeugen und der Sendespule (8) zuzuführen, wenn das magnetische Feld oder die magnetischen Felder eine gewünschte Stärke, vorzugsweise etwa 5o % ihrer maximalen Stärke, erreicht haben, bis das magnetische Feld oder die Felder bis auf eine entsprechende gewünschte Stärke abgenommen haben, und daß Abfrageeinrichtungen (58, 6o) vorgesehen sind, um die Empfangsspule (56) in Bezug auf ein empfangenes Signal abzufragen, das jedem Impuls in der Impulsreihe entspricht, wobei die Abfrageeinrichtungen einen Integrator (6o) aufweisen, der in der Lage ist, die Reihe von empfangenen Signalen, die der Reihe von Impulsen entspricht, digital zu speichern und die so empfangenen Signale aufzusummieren und nach jeder solchen Reihe von Impulsen das aufsummierte Signal zu einer Einheit (59) zur Anzeige oder Weiterverarbeitung des aufsummierten Signals weiterzugeben.
    Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß eine programmierte Kippschaltung (6) vorgesehen und in der Lage ist, einen ersten Steuerimpuls zu dem ersten Impulsgenerator (5) zu senden, der Energie an den oder die Elektromagneten (1, 2, 3, 1O liefert, und daß die Kippschaltung (6) in der Lage ist, danach eine zusätzliche Reihe von Paaren zweiter Steuerimpulse zu dem zweiten Impulsgenerator (7) zu senden, der dadurch in der Lage ist, die Reihe von Ultraschallimpulsen zu erzeugen.
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    9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß der erete Impulsgenerator (5) einen Thyristor (12) enthält, der in einen Stromkreis eingeschaltet ist, der mit einem Kondensator oder einem Kondensatorkreis (11) und der Wicklung oder den Wicklungen (3, 1) des oder der Elektromagnete (1, 2) geschlossen ist, daß der Thyristor (12) bei der Aussendung des ersten Impulses von der Kippschaltung (6) leitenden Zustand annimmt, wodurch der Kondensator (11) durch die Wicklung oder Wicklungen (3, 1) entladen wird.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 7,8 oder 9» dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Impulsgenerator (7) einen Ladekreis für einen Kondensator (32) mit einer Induktivität (11) und einem Thyristor (15) aufweist, sowie einen Entladekreis für den Kondensator (32) mit einer Induktivität (33), die aus der Sendespule (8) besteht, einem Thyristor (31) und einer Diode (13), wobei der Thyristor (15) in dem Ladekreis in der Lage ist, leitend zu sein, wenn der erste Steuerimpuls jedes Paares von Steuerimpulsen von der Kippschaltung (6) empfangen wird, wodurch der Kondensator (32) entladen wird, und wobei der Thyristor (3D in dem Entladekreis in der Lage ist, leitend zu sein, wenn der zweite Steuerimpuls des Paares von der Kippschaltung (6) empfangen wird, und daß der Kondensator (32) während einer halben Periode über den Thyristor (31) entladen wird und während der folgenden halben Periode über die Diode (13) entladen wird.
    11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7, 8, 9 oder Io, dadurch gekennzeichnet , daß zwei Elektromagnete (1, 2) vorgesehen sind, deren Wicklungen (3> 1) parallel oder in Reihe mit dem ersten Impulsgenerator (5) verbunden sind, und daß die Sendespule (8) an einem Elektromagneten (1) und die Empfangsspule (56) an dem zweiten Elektromagneten (2) vorgesehen sind.
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    12. Vorrichtung nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Impulsgenerator (7) einen Schnellentladekreis mit einem Thyristor (37) einem Kondensator (41), Widerständen (38, 39, 1Io) und einer Spule
    (42) enthält, der in der Lage ist, den Kondensator (32) zu einem vorbestimmten Zeitpunkt schnell zu entladen, vorzugsweise unmittelbar bevor der Kondensator (32) seine maximale Ladung ursprünglicher Polarität wieder erhält, nachdem er durch den Thyristor 34 und dann durch die Diode
    (43) entladen wurde, wodurch der Strom in der Spule (8) abrupt endet, unabhängig von der Tendenz des Thyristors (34), durchzuzünden.
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