DE2945200C2

DE2945200C2 - Verfahren und Schaltungsvorrichtung zur Erzeugung von Sägezahnimpulsen sowie Verwendung derartiger Schaltungsvorrichtungen in Ultraschall-Meßgeräten

Info

Publication number: DE2945200C2
Application number: DE2945200A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 5160 Düren Renzel; Werner 5013 Elsdorf Vermöhlen
Original assignee: Krautkraemer GmbH and Co
Current assignee: Krautkraemer GmbH
Priority date: 1979-11-09
Filing date: 1979-11-09
Publication date: 1983-05-26
Also published as: JPS56138326A; DE2945200A1; US4373394A

Description

— von den erzeugten Sägezahn-Impulsen (9) wird ein der Hinlaufzeit, f«, dieser Impulse entsprechender digitaler Signalwert (Istwert) erzeugt;

— dieser Istwert wird mit dem ebenfalls digitalisierten vorgegebenen Sollwert der Hinlaufzeit des Sägezahn-Impulses verglichen;

— sofern Soll- und Istwert der Hinlaufzeit voneinander abweichen, wird eine der Differenz dieser Werte proportionale Spannung erzeugt, die den Sägezahngenerator (1) so lange nachregelt, bis Ist- und Sollwert übereinstimmen.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß nach Vorgabe des Sollwertes, vorzugsweise mit Hilfe eines Mikroprozessors (14), der Sägezahngenerator (1) so eingestellt wird, daß die Hinlaufzeit, tu, der erzeugten Impulse bereits grob mit dem vor/regebenen Sollweit übereinstimmt, und daß dann die Feineinstellung der Kippzeit mit Hilfe des Soll-Istwert-Vergleichs vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Arupruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Grobeinstel! .ng des Sägezahngenerators in dem Mikroprozessor (14) eine Tabelle gespeichert wird, die jedem der Kondensatoren (Q bis G), die das Zeitverhältnis der erzeugten Impulse bestimmen, einen entsprechenden, für die Hinlaufzeit, tu, der Sägezahn-Impulsc charakteristischen digitalen Zahlenwert zuordnet, und daß dann nach Vorgabe des Sollwertes der Mikroprozessor (14) nach Vergleich mit dem Tabellenwert ein Einschalten derjenigen Kondensatoren (Q bis Cg) bewirkt, die zu einer Hinlaufzeit, tu. der erzeugten Sägezahn-Impulse führen, die der vorgegebenen Hinlaufzeit am nächsten kommt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in Mikroprozessor (14) gespeicherte Tabelle von Zeit zu Zeit, vorzugsweise jeweils nach dem Anschalten des Oszillographen, durch den Mikroprozessor (14) selbst überprüft und korrigiert wird, daß hierzu nacheinander die einzelnen Kondensatoren des Sägezahngenerators (1) eingeschaltet werden und die jeweils erzeugten Hinlaufzeiten der Sägezahn-Impulse in entsprechende digitale Signalwerte umgewandelt und im Mikroprozessor (14) gespeichert werden.

5. Scha'tungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I bis 4, bei der der Sägezahngenerator im wesentlichen aus einer Konstantstrornquelle und Kondensatoren, die von dieser Stromquelle aufgeladen werden und über elektronische Schalter geschaltet werden können, besteht, gekennzeichnet durch die Merkmale:

— die Grobwerteinstellung der Hinlaufzeit, tu erfolgt durch Einstellung einer entsprechenden Kondensatorkombination mit Hilfe der Schalter (S) bis Si), und die Feineinstellung der Hinlaufzeit, tu, erfolgt durch eine entsprechende Spannungsänderung am Eingang der Konstantstromquelle (15);

— die Digitalisierung der für die HinlauTzeit, f«, des erzeugten Sägezahn-Impulses charakteristischen Istwertes erfolgt mit Hilfe eines Schmitt-Triggers (2), der entsprechende Torsignale (13) erzeugt und einer nachgeschalteten Zählschaltung (3), in der die Zahl der Impulse eines Taktgenerators (4), die in das Torsignal (13) fallen, gezählt werden;

— das Torsignal (13) bewirkt das Rückkippen des Sägezahn-Impulses, indem die Rückflanke des Torsignals das Schließen eines elektronischen Schalters ^Sg) bewirkt, der seinerseits die eingeschaltete Kondensatorkombination aus Q bis C₈ kurzschließt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Konstantstrcmquelle (15) ein nicht-invertierender Operationsverstärker verwendet wird.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnen des Schalters (&) durch eine Kippverzögerungsstufe (25) bewirkt wird, und daß diese Stufe im wesentlichen aus einem mit dem Mikroprozessor (14) verbundenen Register (33) und einem diesem Register nachgeschalteten Bin? -zähler (34) besteht (Fig. 7).

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelle (15) während der Rücklaufzeit abgeschaltet wird.

9. Verwendung der Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8 in tragbaren Universal-Ultraschall-Prüfgeräten zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, wobei der Sollwert der Hinlaufzeit, ///, und der Kippverzögerung luv durch Laufzeitwerte der Ultraschall-Impulse bestimmt ist, die der Mikroprozessor (14) aus den über das Bedienungsfeld (7) eingegebenen Material- und Prüfkopfdaten errechnet, und wobei vorzugsweise bei Bestimmung der Kippverzögerungszeit, /^v die Abhängigkeit der Verzögerung des Kippstartpunktes AtKSTVon der jeweiligen Steilheit der Sägezahnimpulse (F i g. 6) berücksichtigt wird.

als Konstantstromquclle (15) wird eine ".pannungsgestcuerte Konstantstroinquelle verwendet;

65 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Sägezahn-Impulsen, die vorzugsweise als Zeitablenkspannung für Oszillographen verwendet werden und wobei der zeitliche Verlauf der Sägezahn-Impulse durch entsprechende, in dem Sägezahngenerator enthaltene Kondensatoren eingestellt wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Schaltungsvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens und auf eine Verwendung derartiger Schaltiingsvorrichtungen in Ultraschall-Meßgeräten, wie sie vorzugsweise für die zerstörungsfreie Materialprüfung benutzt werden.

In bekannten Oszillographen erfolgt die Einstellung der Zeitablenkspannung, insbesondere die in erster

Linie interessierende Hinlaufzeit, tn< (das ist die Zeit vom Anfang bis zum Ende des linearen Anstiegs des Sägezahnimpulses) mit Hilfe analoger, intern trimmbarer Bauelemente (Widerstände, Kondensatoren). Die Übereinstimmung von dem jeweils eingestellten Zeitablenkwert (Sollwert) und dem tatsächlichen Wert der erzeugten Impulse ist stark abhängig von der jeweiligen Kurz- und Langzeitstabilität der beteiligten Bauelemente und kann im Laufe der Zeit beträchtlich schwanken.

Dieses gilt insbesondere auch für tragbare Universal-Ultraschall-Prüfgeräte, wie sie bei der zerstörungsfreien Materialprüfung verwendet werden. Eine direkte Einstellung eines Abbildungsbereiches auf dem Bildschirm (z. B. 0 bis 250 mm Stahl), was der Vorgabe einer bestimmten Hinlaufzeit der Ablenkspannung entspricht, ist bei diesen Geräten derzeit nicht möglich, weil die entsprechenden Bauelemente des Sägezahn-Impulsgenerators keine ausreichende Langzeitstabilität besitzen. Bisher war deshalb eine Justierung des Bildschirms mit Hilfe mechanischer Größen (Probekörper mit definierten Abmessungen) notwendig.

Aus der US-PS 36 03 981 ist bereits eine Vorrichtung zur Erzeugung von Sägezahnimpulsen bekannt, bei der die Hinlaufzeit mit Hilfe digitaler Bauelemente eingestellt wird. Hierzu sind die binären Ausgänge eines Registers mit einer entsprechenden Anzahl binärer Schalter verbunden, die je nach dem Signal, das auf den Ausgängen vorhanden ist, einen oder mehrere Kondensatoren mit einer Konstantstromquelle verbindet. Eine Koinzidenzschaltung bestimmt den jeweiligen Zeitpunkt, zu dem die Hinlaufzeit beendet und die Rücklaufzeit des Sägezahnimpulses beginnt. Hierzu wird die digital vorgegebene Hinlaufzeit in der Koinzidenzschaltung mit einem einstellbaren digitalen Zählwert eines Taktgenerators verglichen.

Auch bei dieser bekannten Schaltungsvorrichtung führen z. B. durch Temperatureinflüsse bedingte Änderungen der Kennwerte der analogen Bauelemente (z. B. Kondensatoren) zwangsläufig zu einer Änderung der Zeitablenkspannung. Denn eine Änderung der Kapazi- ■*< > tätswerte hat zwangsläufig eine Änderung der Steilheit der Anstiegsflanke des Sägezahnimpulses zur Folge. Damit ergibt sich aber auf dem Bildschirm des Oszillografen ein falscher Abbildungsmaßstab.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art anzugeben, mit dem das vorgegebene Zeitverhalten der Zeitablenkspannung sehr genau eingestellt und über einen praktisch beliebig langen Zeitraum konstant gehalten werden kann. Ferner soll eine Schaltungsvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens offenbart werden.

Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der kennzeichnenden Teile der Ansprüche 1 bis 5 gelöst.

Die weiteren Unteransprüche geben besonders \ orteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.

Die Erfindung beruht also wesentlich auf dem Umstand, daß von den Sägezahn-Impulsen beispielswei se mit Hilfe eines Schmitt-Triggers Törsignale abgeleitet werden, deren Länge proportional zur Hinlaufzeit, tu, dieser Impulse ist; daß dieses Torsignal entweder direkt oder nach Auszählung mit Hilfe eines Taktgenerators mit dem entsprechend digitalisierten Sollwert verglichen wird und eine Abweichung von Soll- und ⁶⁵ Istwert dann eine Nachre'j'Hung des Sägezahngenerators bewirkt.
Vorzugsweise erfolgt sowohl der Soll-Istwert-Vergleich und eine vor dem Soll-Istwert-Vergleich stattfindende Grobwertermittlung der zur Erzeugung der Sägezahn-Impulse erforderlichen Kapazitäten als auch die Einstellung der Haltezeit (Kippverzögerung) mit Hilfe eines Mikroprozessors.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den folgenden, anhand von Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erklärung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 2 und 3 zwei erfindungsgemäße Schaltungsanordnungen,

F i g. 4a und 4b zwei Darstellungen zur Erklärung der Wirkungsweise von F i g. 3,

F i g. 5 ein Blockschaltbild, das eine Verwendung der Schaltungsanordnung gem. Fig.2 in einem programmierbaren Ultraschall-Prüfgerät wiedergibt,

F i g. 6a und 6b zwei Darstellungen, *-.e die Abhängigkeit der Kippverzögerung von der .Steilheit der Vorderflanken des jeweiligen Kippimpulses zeigen und F i g. 7 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Festlegung der Haltezeit (Kippverzögerung).

In Fi {;. 1 ist mit 1 ein regelbarer Sägezahngenerator, mit 2 ein Schmitt-Trigger, mit 21 ein Flip-Flop, mit 3 ein elektronischer Zähler, mit 4 ein Taktgenerator, mit 5 ein Vergleichsglied und mit 6 ein Digital-Analog-Wandler bezeichnet

Ober ein Bedienungsfeld 7 möge nun ein bestimmter Zeitablenkwert, d.h. eine bestimmte Hinlaufzeit t_H vorgegeben werden. Dieser Wert gelangt dann zunächst in einen Zwischenspeicher 8 und liegt als digitaler Sollwert an den Ausgängen dieses Speichers. Durch einen (externen) Triggerimpuls am Eingang KS des Tor-Flip-Flops 21 wird das Torsignal gestartet und es beginnt der Sägezahngenerator 1 einen Sägezahn-lmpuls 9 zu erzeugen, dessen Hinlaufzeit tu vorzugsweise bereits größenordnungsmäßig mit der vorgegebenen Hinlaufzeit übereinstimmen sollte. Dieser Sägezahn-Impuls gelangt einerseits über einen Kipp- oder X-Verstärker 10 an die Zeitablenkplatten (XPIatten) 11 der Kathodenstrahlröhre 12. Andererseits wird cus dem Sägezahn-Impuls mit dem Schmitt-Trigger 2 das Zeittorsignal 13 beendet, dessen Länge identisch ist mit der Hinlaufzeit f_Hdes Sägezahnimpulses. Das Torsignal 13 wird mit Hilfe des Taktgenerators 4 mit dem Zähler 3 ausgezählt, so daß an dem Ausgang des Zählers 3 ein digitaler Signalwert liegt, der der Anzahl der Taktimpulse des Generators 4, die in das Zeittorintervall tn fallen, proportional ist (Istwert der Hinlaufzeit).

Dieser Istwert wird mit dem am Ausgang des Speichers 8 liegenden Sollwert in dem Vergleichsglied 5 verglichen. Sofern Ist- und Sollwert nicht übereinstimmen, wird ein der Differenz dieser Werte entsprechender digitaler Wert in dem D/A-Wandler 6 in einen analogen Wert umgewandelt. Dieser analoge Spannungs- oder Stromwert bewirkt beispielsweise durch eine Kapazitäts- bzw. Ladestromänderung in dem Sägezahngenerator 1 eine Änderung der Hinlaufzeit der neu erzeugten Sägezahn-Impulse; und zwar so lange bis Soll· und Istwert der Hinlaufzeit übereinstimmen.

In Fig.2 ist eine bevorzugte Schaltungsvorrichtung zur Durchführung r'es vorstehend beschriebenen Verfahrens wiedergegeben. Dabei wurden für die auch in Fig. 1 dargestellten Funktionseinheiten die gleichen Bezugszeichen verwendet. Als Vergleichsglied wird ein mit 14 bezeichneter Mikroprozessor verwendet, der

auch den Zwischenspeicher 8 (Fig. t) enthält und außerdem eine Reihe weiterer nachstehend noch im einzelnen beschriebener Kontroll- und Steueraufgaben vornimmt (bei dem Mikroprozessor handelt es sich beispielsweise um einen Z-80-Mikroprozessor, wobei s die Anpassung an den dargestellten bidirektionalen Datenbus und an den Steuerbus über einen nicht dargestellten ΡΙΟ-Baustein erfolgt).

Der Sägezahngenerator 1 besteht im wesentlichen aus einem Operationsverstärker 15, einem Widerstand Ro sowie beispielsweise 8 Kondensatoren C\ bis Ce, die über entsprechende Schalter S\ bis 5g mit einer Spannungsquelle LO (von z.B. +70V) verbunden werden können. Der Operationsverstärker 15 wird als nicht invertierender Verstärker ausgeführt und dient in Kombination mit Ro als Konstantstromquelle. Je nach der Spannung Ue am Eingang des Operationsverstär-

KcTS, Cpgiui SiCii 3Π ^Ci"^r'^r

-"sgang "'" "*'

zugeordneter Strom /, dessen Wert durch den Widerstand Ro festgelegt ist. Bei den Schaltern S\ bis 5s sowie bei dem Schalter S* handelt es sich vorzugsweise um elektronische Schalter. Jedem der Schalter S\ bis Ss ist dabei jeweils eine der 8 Steuerleitungen zugeordnet, die vom Zwischenspeicher 17 kommen.

Ist der Schalter S₅ etwa durch ein externes Triggersignal an KS geöffnet worden, so werden die jeweils eingeschalteten Kondensatoren durch den Konstantstrom /geladen. An dem Punkt K entsteht eine linear abfallende Sägezahnspannung, deren Steilheit abhängig ist von dem Kapazitätswert der eingeschalteten Kondesatoren und von Ue- Nach Unterschreiten des unteren Schwellwertes des Schmitt-Triggers 2 wird der Schalter S? automatisch durch die Rückflanke des Torimpulses geschlossen, so daß sich die Kondensatoren wieder entladen (Rücklaufzeit der Sägezahnimpulse). Gleichzeitig wird das Torsignal mit Hilfe der von dem Taktgenerator 4 gelieferten Taktimpulse mittels des Zählers 3 ausgezählt und der Zählwert über einen Datenbus 18 dem Mikroprozessor 14 zur Weiterverarbeitung übergeben. Ein der Soll-Istwert-Abweichung entsprechender digitaler Wert wird in dem D/A-Wandler 6' in einen entsprechenden analogen Spannungswert Ue umgewandelt, der seinerseits durch Änderung des Stromes /eine Änderung der Hinlaufzeit der daraufhin erzeugten Sägezahnimpulse bewirkt. Sofern Soll- und Istwert der Hinlaufzeit übereinstimmen, wird der entsprechende digitale Wert in einem Zwischenspeicher 16 festgehalten. Der gesamte Vorgang kann taktweise in mehreren Stufen erfolgen (z. B. durch sukzessive Approximation ii. 8 Schritten) und kann von Zeit zu Zeit automatisch wiederholt werden, um eine Langzeitkonstanz der eingestellten Hinlaufzeit zu sichern. Die Freigabe und Ladung der Zwischenspeicher 16,17 und des Zählers 3 erfolgt mit Hilfe von Signalen, die dem Decoder-Baustein 20 entnommen werden, der seinerseits mit dem Steuerbus 19 in Verbindung steht.

Die vorstehend beschriebene Hinlauf-Einstellung setzte voraus, daß zu Beginn des Soll-Istwert-Vergleichs der Istwert der Hinlaufzeit bereits grob mit dem Sollwert übereinstimmt, so daß über die Änderung von Ue nur eine Feineinstellung der Hinlaufzeit erfolgt Die Grobeinstellung erfolgt nun dadurch, daß der Mikroprozessor 14 nach Eingabe der Soll-Hinlaufzeit anhand einer im Mikroprozessor gespeicherten Tabelle: Hinlaufzeit als Funktion der Kapazitätswerte der Kondensatoren Q bis Q, diejenige Kondensatorkombination ermittelt, mit der der Sägezahngenerator bei einem mittleren Ue-Wert eine Hinlaufzeit erzeugt die der Soll-Hinlaufzeit möglichst nahe kommt. Ein entsprechendes Steuersignal bewirkt dann das Schließen der den ermittelten Kondensatoren zugeordneten Schaltern S\ bis Si. Der ebenfalls über den Steuerbus 19 und den Decoder 20 mit Hilfe des Mikroprozessors 14 steuerbare Zwischenspeicher 17 hält den entsprechenden abgeglichenen digitalen Grobwert, der über den Datenbus 18 zugeführt wird, fest.

Die erwähnte Tabelle wird vorzugsweise von dem Mikroprozessor 14 per Programm selbst erstellt und von Zeit zu Zeit automatisch überprüft. Hierzu schaltet der Mikroprozessor, z. B. nach dem Einschalten des Oszillographen, nach und nach alle Kondensatoren Ci bis C₈ ein, zählt (bei einem mittleren i/f-Wert) die jeweils erzeugten Torsignale aus und legt im Prozessor eine entsprechende Grobwert-Tabelle der Hinlaufzeiten für den Sägezahngenerator an. Λ r» Α',η r.i-/,k

oben bereits erwähnte Soll-Istwert-Vergleich (Feinwertabstimmung) an. Hinsichtlich der schrittweisen Approximation in Richtung des gewünschten Wertes der Hinlaufzeit tu hat sich folgende Vorzugsweise als besonders vorteilhaft erwiesen:

Der Mikroprozessor legt nach Festlegung der Grobwerteinstellung (und damit Festlegung der Kondensatorkombination) an den Eingang des D/A-Wandlers 6' ;^:.nen digitalen Signalwcrt mit dem hexadezimalen Wert : 0 und speichert die sich am Ausgang des Zählers 3 ergebende Zeit tn\ ab. Anschließend wird der gleiche Vorgang für den hexadezimalen Wert = FF= 255 dezimal durchgeführt. Der entsprechende Zeitwert tm wird ebenfalls gespeichert. Aus den Werten tn\ und Ih2 sowie aus dem vorgegebenen Wert tu ermittelt dann der Mikroprozessor aufgrund der Beziehung:

DIt = 255 IYl - JiL): (jJL - Jh\\ Gl

(D

diejenige Dezimalzahl, die als digitaler Signalwert (DW) der gewünschten Hinlaufzeit t_H am nächsten kommt. Die Beziehung (1) kann mathematisch hergeleitet werden, wenn man von dem Ansatz ausgeht

Ih= k—,

wobei /reine Konstante, Cdie Kapazität, die aufgeladen werden soll und / der durch R₀ eingestellte Konstantstrom ist.

und Uf = a ■ DW+ b (α und b = Konstanten) ergibt sich bei Verwendung der Abkürzungen :

a, =

K- RC

und K RC

DW = [)-*> i_llt = -L

für

I)W = FF

in, =

ι FF + —

hi.

-L (A. _ _L

10

20

fur in folgt dann nach Einsetzen der Werte für b\ und iu (,1(1).

In F i g. 3 ist eine detailliertere Schaltungsanordnung des Sägezahngenerators I nach F i g. 2 wiedergegeben. Die Schalter ΛΊ bis & werden durch die dargestellten — und an sieh bekannten — Transistorschaltungen gebildet. Der Transistor T₀ dient lediglich dem Zweck, den Finfluß des Konstantstromes / auf den Operations- jo verstärker 15 zu minimieren, leder der Schalter Si bis St, ist über jeweils einen Widerstand Ri 1, Ri? ... mit dem Zwischenspeicher 17 (Fig. 2) verbunden. Der Schalter .S», der im wesentlichen aus den Transistoren Tt und 7V sowie den Widerständen Rq und /?₉' besteht, ist über eine J5 Kondensator-Widerstandskombination und ein mit 21 bezeichnetes Flip Flop mit dem Ausgang des Schmitt-Triggers 2 (Fig. 2) verbunden. Während der Schmitt-Trigger 2 mit dem Reset-Eingang des Flip-Flops 21 in Verbindung steht, ist der Set-Eingang mit der Kipp-Verzogerungs-EinrHt 25 (s. F i g. 5) verbunden, die das öffnen des Schalters S? und die pos. Flanke des TOR- Impulses (HST) bewirkt.

Die Schaltung nach K i g. 3 enthält gegenüber F i g. 2 zusätzliche Schaltungsteile, die gestrichelt dargestellt sind (für die Funktion dieser Schaltungsteile unwesentliche Bauelemente wie Widerstände und Kondensatoren wurden im Hinblick einer größeren Anschaulichkeit bewußt weggelassen).

Die Zehnerdiode Z bildet in Verbindung mit dem Widerstand R\a. dem Transistor 7io und dem Schalter Sq einen Regelkreis, der das Fußpunktpotential der Sägezahnimpulse definiert festlegt. Denn aufgrund des Umstandes, daß die jeweiligen Durchlaßwiderstände der Transistoren 71 bis Ts einen Wert > 0 aufweisen und außerdem unterschiedlich voneinander sind, besitzen die entsprechenden Sägezahnimpulse etwas unterschiedliche Fußpunktpotentiale. Hinzu kommt, daß es nicht möglich ist, die eingeschaltete Kondensatorkombination vollständig (auf + 70 V) zu entladen. In F i g. 4a und 4b wurde dieses schematisch dargestellt

Dabei zeigt Fig.4a die Verhältnisse bei einer Schaltung gem. F i g. 2, und F i g. 4b den Sägezahnspannungsverlauf bei Verwendung der erwähnten Regelschaltung. Die Zehnerdiode muß dabei so ausgelegt sein, daß sie bereits bei einem Wert Zz < Lfc in den leitenden Zustand übergeht (Im vorliegenden Beispiel ist Uz = 65 V).

Die weiteren in Fig. 3 gestrichelt dargestellten Schaltungsteile sollen bewirken, daß die Rücklaufzeil der Sägezahnimpulse möglichst kurz gewählt werden kann. Eine kurze Rücklaufzeit erhält man, wenn man den Widerstand R<> klein wählt (z.B. 50Ω). weil der Entladungsstrom des jeweiligen Kondensators (oder Kondensatorkombination) dann schnell abfließen kann. Da dem Entladungsstrom aber noch der Konstantstrom / überlagert ist, würden dann Ströme durch den Transistor Tt fließen, die zu einer Zerstörung führen können. Aus diesem Grund wird der Konstantstrom / /11 Beginn der Rücklaufzeit abgeschaltet, indem der Impuls S7"mit Hilfe eines Flip-Flops 22 und eines Tniiisistnrs 7"12 die Spannung VE am Eingang des Operationsverstärkers 15 zu Null macht, so daß ein Konstantstrom / =s 0 erzeugt wird. Nach dem Überschreiten der Zenerspannung V/ wird dann am Widerstand /?_m eine Spannung erzeugt, die durch den Transistor Tw verstärkt eine monostabile Kippstufe 23 zur Erzeugung eines entsprechend kurzen Rücksetzimpulses veranlaßt, der dann das Flip-Flop 22 in die Ausgangslage zurücksetzt, so daß der Transistor 7*12 sperrt und der ursprüngliche Konstantstrom / Φ 0 durch den Operationsverstärker 15 wieder fließen kann.

Die vorstehend erwähnte Schaltung kann besonders dann und ohne zu großen Aufwand in Oszillographen verwendet werden, wenn diese Oszillographen ohnehin einen Mikroprozessor benutzen, z. B. um die gemes^- nen Signale zn verarbeiten.

Besonders vorteilhaft kann die beschriebene Schaltung auch in Mehrkanal-Oszillographen verwendet werden, in denen jedem Kanal unter Umständen verschiedene Hinlaufzeiten der entsprechenden Sägezahnimpulse zugeordnet werden müssen. Der Mikroprozessor 14 ermittelt dann automatisch für jeden Kanal die entsprechenden Grob- und Feinwerte und speichert diese Werte ab. Beim Umschalten der A"-Platten auf einen anderen Kanal schreibt der Mikroprozessor dann automatisch die entsprechenden Grob- und Feinwerte in die Zwischenspeicher 16 und 17 ein. Eine jeweilige Neujustierung der Hinlaufzeiten ist nicht erforderlich.

Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung in Ultraschallprüfgeräten wird über das Bedienungsfeld sowohl der gewünschte Bildbreitenbereich (z. B. 0-200 mm Stahl) als auch die Materialart (Stahl) und die prüfkopfspezifischen Daten (4 mm Vorlaufstrekke) eingegeben. Der Mikroprozessor 14 bestimmt dann unter Berücksichtigung der Frequenz des Taktgebers 4 einen entsprechenden Laufzeitwertebercich, J. h er bestimmt die Zahl der Taktimpulse, die dem vorgegebenen Bildbereich entsprechen und vergleicht zur Grobeinstellung des Kippgenerators diese dann mit der vorher ermittelten und gespeicherten Grobwerten der Hinlaufzeiten.

In Fig.5 ist ein Blockschaltbild eines tragbaren Ultraschall-Prüfgerätes wiedergegeben, in dem sich die erfindungsgemäße Schaltungsvorrichtung besonders bewährt hat Der Sägezahngenerator 1 (Fig. 2) mit samt den Speichern 16, 17, dem Decoder 20, dem D/A-Wandler 6' sowie dem Schmitt-Trigger 2 und dem Zähler 3 sind zu der Baugruppe Kippgenerator 24 zusammengefaßt Außer dem Kippgenerator 24 ist auch die Kippverzögerungsstufe 25, die bei gewöhnlichen Oszillographen der Triggerstufe entspricht und die Hardware-Steuereinheit 26 sowie gegebenenfalls weitere Baugruppen 27 (wie Monitor, US-Auswerteeinheit etc.) die in diesem Zusammenhang ohne Intersesse sind.

mit dem Daten- und dem Steuerbus verbunden.

Soll nun beispielsweise ein Fehler in einem Stahlstiick zwischen 20 und 50 rnm Tiefe gefunden werden, so gibt man über das Bedienungsfeld 7 diese Werte sowie die entsprechenden Material- und Prüfkopfdaten ein. Der Mikroprozessor berechnet dann sowohl die erforderliche Hinlaufzei' des Sägezahnimpulses als auch die Haltezeit (Kippverzögerungszeit), d. h. die Zeit, bis zu der der Schalter S> in Fi g. 2 geschlossen bleibt (dieses entspricht der Tiefe 0—20 mm). Die entsprechenden Zeitwerte werden dazu in Form von Taktimpulszahlen N ausgedrückt und weiterverarbeitet, wobei die gewählte Taktfrequenz k abhängig ist von der geforderten Auflösung. Ist beispielsweise eine Auflösung von 0,3 mm Stahl erforderlich, so beträgt für Longitudinalwellen die Taktfrequenz

~Slahi

mm

10MHZ.

Wenn t^y die Kippverzögerungszeit ist, die sich aus der Prüfkopfvorlaufzeit t_sy und der Vorlaufzeit im Prüfstück t„zusammensetzt, ergibt sich für die Taktzahl der Kipp verzögerung:

^Nlcr - ² ^/o {cv

und für die Bildbreite:

- 2

(Sv = Länge der Vorlaufstrecke; CV = Schallgeschwindigkeit des Vorlaufstreckenmaterials; Sa/ = Weg der Verzögerung im Prüfmaterial; Sbb = Tiefenbereich im Prüfmaterial, der ausgemessen werden soll; Cw = Schallgeschwindigkeit im Prüfmaterial).

Da der Bildstartpunkt (entspricht dem linken Eintrittspunkt des Oszillographenstrahls auf dem Oszillographenbildschirmi üblicherweise bei einem Spannungswert iAsr'iegt, der kleiner als die Fußpunktspannung (65 V) ist. ergibt sich wie Fig.6a und 6b

10

zeigen, eine Bik'unfangsverschiebung in Abhängigkeit von der Steilheit der Sägezahnimpulse. Es gilt für die Verzögerung dis Kippstartpunktes Δ t_Ksr * a ■ tee. wobei a eine empirisch zu bestimmende Konstante ί bedeutet, die abhängig ist vom gewählten Bildstartpunkt; fee entspricht der Zeit, in der man den Leuchtstrahl auf dem Bildschirm (von links nach rechts laufend) sehen kann. Der berechnete Wert von Na. ν wird daher vorteilha.fterweise korrigiert, so daß gilt:

N'kv = Nkv — bNbb-

Diese Werte werden der Kippverzögerungsstufe 25 über den Datenbus 18 zugeführt. Anschließend erzeugt der Mikroprozessor 14 den Sendeauslöseimpuls. SAP. der sowohl die Kippverzögerung auslöst als auch den Sender 28 und damit den Prüfkopf 29 erregt. Das aur dem Prüfstück 30 gelangende Echo wird beispielsweise wiederum von dem Prüfkopf 29 empfangen, von dem Empfänger 31 verstärkt und gelangt über einen Y-Verstärker 32 an die V-Platten der Kathodenstrahl-

2n röhre 12 und gegebenenfalls an die weiteren Baugruppen 27 zur weiteren Auswertung. Gleichzeitig gelangt von der Kippver2:ögerungsstufe 25 ein Triggersignal KS in den Kippgenerator 24 und löst die Erzeugung eines Sägezahnimpuises durch öffnen des Schalters & (Fig. 2) mit der berechneten Hinlaufzeit fnaus.

Die mit 26 bezeichnete zentrale Steuereinheit liefert die verschiedenen Steuersignale für die hardwaremäßige Steuerung der Baueinheiten, wie etwa die Hellsteuersignale für die Kathodenstrahlröhre (Z).

)o Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild einer Kippverzögerungsschaltung, die sich besonders bewährt hat. Der berechnete A/\v-Wert wird in das Register 33 geladen und dann in den Binärzähler 34 übernommen. Gelangt nun ein Sendeauslöseimpuls vom Mikroprozessor 1 an

J5 das Flip-Flop 35. so werden die Ta<timpulse des Taktgenerators 4 über das UND-Gatter 28 und den Schalter S\o dem Zähler 34 zugeleitet und der Inhalt dieses Speichers mit der entsprechenden Taktfrequenz /"= ^ (oder /οίο Schalterstellung B) ausgezählt. Nach dem Abzählen des Kippverzögerisngswrrtes Νκ\ entsteht am Zählerausgang Q ein Impuls, der als Triggerimpuls KS dem Sägezahngenerator zugeführt wird.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung von Sägezahn-Impulsen, die vorzugsweise als Zeitablenkspannung für Oszillographen verwendet werden und wobei der zeitliche Verlauf der Sägezahn-Impulse durch entsprechende, in dem Sägezahngenerator enthaltene Kondensatoren eingestellt wird, gekennzeichnet durch die Merkmale: