DE2948552A1

DE2948552A1 - Ultraschall-pruefkopf

Info

Publication number: DE2948552A1
Application number: DE19792948552
Authority: DE
Inventors: Rolf 5030 Hürth Diederichs
Original assignee: Krautkraemer GmbH and Co; Krautkraemer GmbH
Current assignee: Krautkraemer GmbH
Priority date: 1979-12-03
Filing date: 1979-12-03
Publication date: 1981-06-04
Also published as: DE2948552C2; GB2067049B; JPS6326341B2; JPS5693040A; GB2067049A; US4391144A

Description

Krautkrämer GmbH 28. November 1979

Luxemburger Str. 449 P/bdl

5ooo Köln 41 K-124

ULTRASCHALL-PRÜFKOPF

Die Erfindung betrifft einen Ultraschall-Prüfkopf, bestehend aus einem Ultraschall-Wandler sowie weiteren Funktionseinheiten und ein den Wandler und die Funktionseinheiten umgebendes Prüfkopf-Gehäuse.

Ein derartiger Prüfkopf ist beispielsweise aus der US-PS 3,62o,o7o bekannt. Als weitere Funktionseinheiten sind in diesem bekannten Prüfkopf ein Vorverstärker und eine Stromversorgungseinheit für den Vorverstärker vorgesehen.

Besonders im Falle der Verwendung langer Leitungen zwischen Prüfkopf und Ultraschallauswerteeinheit - etwa bei Messungen an Kernreaktoren - ist es erwünscht, außer dem Vorverstärker noch weitere ultraschall-relevante Funktionseinheiten in den Prüfkopf zu integrieren, um somit den Einfluß dieser Leitungen (sowie der Störeinstrahlungen) auf die Sende- und Empfangssignale möglichst gering zu halten.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ultraschall-Prüfkopf der eingangs erwähnten Art anzugeben, der zusätzlich zu den bekannten Funktionseinheiten weitere Funktionseinheiten enthält, um die Störeinflüsse durch längere Verbindungsleitungen zwischen Prüfkopf und Ultraschall-Auswerteeinheit möglichst gering zu halten.

Dabei soll der Prüfkopf für die üblichen Ultraschall-Prüfaufgaben nicht zu groß und zu unhandlich sein.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Funktionseinheit eine Schaltung zur Erzeugung der elektrischen Sendeimpulse in dem Prüfkopf integriert ist, wobei die Erzeugung der erforderlichen Sende-Hochspannung im Prüfkopf selbst und mit Hilfe einer Drossel erfolgt.

Besonders vorteilhaft haben sich als schaltendes Bauelement in der Schaltung zur Erzeugung der Sendeimpulse VMOS-Feldeffekttransistoren bewährt.

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

Es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsvorrichtung zur Erzeugung von elektrischen Sendeimpulsen;

Fig. 2 einen Impulsplan zu Fig. 1; und

Fig. 3 schematisch die Darstellung eines P/üfkopfes mit Ultraschall-Wandler, Vorverstärker, Sender und einer Senderkontrolleinheit.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Verstärker, mit 2 eine Drosselspule, mit 3 ein schnellschaltender Transistor (VMOS-FET) und mit 4 eine Steuereinheit bezeichnet. Der am Eingang E liegende Senderauslöseimpuls, SAP (vgl. im folgenden auch Fig. 2a bis 2e), wird einerseits über den Verstärker 1 der Drosselspule 2 zugeführt, so daß sich während der Zeit t. (vgl. Fig. 2c) ein magnetisches Feld aufbauen kann. Andererseits gelangt der SAP an die Steuereinheit A.Von dieser wird nach der Zeit t- ein Impuls 5 der Breite tp abgegeben. Dieser Impuls bewirkt ein Sperren des VMOS-Transistors 3, so daß an der Drossel 2 eine induzierte

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Spannung (U. . = -L d^/d^ vgl. Fig. 2d) entsteht. Nach dem Ablauf der Zeit t„ öffnet der Transistor 3 wieder. Der Kondensator 6 wird entladen und hinter dem Widerstand 7 entsteht der in Fig. 2e dargestellte Sendeimpuls mit steiler Vorderflanke.

Der Verstärker 1 soll den SAP auf einen Wert von beispielsweise 15 V verstärken. Im einfachsten Fall handelt es sich bei diesem Verstärker lediglich um einen (Halbleiter-) Schalter, der eine externe Spannungsquelle mit der Drossel 2 verbindet bzw. diese Verbindung unterbricht.

Die Zeit t₁ sollte vorteilhafterweise so gewählt werden, daß das magnetische Feld der Drosselspule einen möglichst großen Wert aufweist.

Dabei ist allerdings zu berücksichtigen, daß der Sender in bestimmten vorgegebenen zeitlichen Abständen Sendeimpulse abstrahlen soll; t₁ daher nicht beliebig groß gewählt werden kann. Vorteilhafterweise wird daher für einen vorgegebenen Wert von t.. die Induktivität L der Drossel 2 so gewählt, daß die anschließend induzierte Spannung einen maximalen Wert erreicht. Versucne haben gezeigt, daß dieses zutrifft für

L ^ o,8 t₁ R_v
wobei R_v den Verlustwiderstand im Induktionskreis bedeutet.

Die Zeit t_? wird vorteilhafterweise so gewählt, daß der Schalter 3 beim Erreichen des Spannungsmaximalwertes schließt (vgl. Fig. 2d).

In einem Ausführungsbeispiel betrug die negative Spannungsamplitude am Ausgang A: 17o V, wobei L = 39OyU-H, t.. = 21 ass , t~ = 2^>-s und C = AnF gewählt wurden.

Es ist selbstverständlich möglich, durch entsprechende andere Werte von t.., t~, C und L höhere Spannungen zu erzeugen (etwa Aoo V oder 7oo V). Allerdings muß dann auch der schnellschaltende VMOS-Transistor auch eine entsprechende Spannungsstabilität aufweisen.

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Die vorstehend beschriebene Schaltung besitzt gegenüber bekannten Senderschaltungen (vgl. J. u. H. Krautkrämer "Werkstoffprüfung mit Ultraschall", 3. Aufl. Berlin, Heidelberg, New York 1975, S. 2oo ff.) hinsichtlich ihrer Integrierbarkeit mit dem Prüfkopf den Vorteil, daß eine Hochspannungszuführung zwischen Auswerteeinheit und Prüfkopf nicht erforderlich ist, und der Einfluß der Leitung auf die Impulsform des elektrischen Sendeimpulses entfällt. Zwar werden von der Anmelderin selbst bereits seit längerem Senderschaltungen vertrieben, bei denen die Senderhochspannung zum Aufladen des Kondensators C (Fig. 1) im Sender selbst erfolgt, wobei ebenfalls der SAP verwendet wird. Doch besitzen diese Bausteine als Spannungswandler einen Transformator mit Primär- und Sekundärwicklungen. Das Volumen dieser Transformatoren und die Verlustleistung dieser Schaltung und damit auch die erforderlichen Kühlflächen sind so groß, daß bereits aus diesen Gründen eine Integrierung der bekannten Senderschaltungen in Prüfköpfe nicht möglich ist (das Volumen der Drossel beträgt etwa nur 1/fio und die Verlustleistung der Schaltung 1/5 der entsprechenden Werte vergleichbarer Transformatoren und Schaltungen).

Selbstverständlich können zusätzlich zu dem Sender und einem Vorverstärker auch noch weitere Funktionseinheiten in dem Prüfkopf integriert werden, ohne daß eine wesentliche Vergrößerung des Prüfkopfes erforderlich ist. In Fig. 3 ist dieses schematisch angedeutet. Dabei ist mit 8 der Ultraschall-Prüfkopf und mit 9 die Ultraschall-Auswerteeinheit bezeichnet. Der Prüfkopf 8 enthält außer dem Ultraschall-Wandler 1o die Senderschaltung 11 gemäß Fig. 1, einen Vorverstärker 12 sowie eine Senderüberwachungseinheit 13, und eine Empfängerüberwachungseinheit 14. Alle genannten Funktionseinheiten werden von dem strichliert angedeuteten Gehäuse 15 umgeben.

Die Senderüberwachungseinheit 13 ist im wesentlichen eine Impulsformstufe (z.B. eine Mono-Flop-Stufe). Ein Teil der Ausgangsspannung des Senders 11 wird dieser Stufe zugeführt. An ihrem Ausgang erscheint dann ein Rechteckimpuls, der an die

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Auswerteeinheit 9 gelangt und dort etwa einer Kontrolleinheit meldet, daß der Sender in Betrieb ist. Die Höhe des entsprechenden Kontrollsignals kann außerdem zur Stabilitätskontrolle des Senders herangezogen werden.

Bei der Empfängerüberwachungseinheit 14 wird ein von der Auswerteeinheit 9 kommendes Rechtecksignal in ein ultraschall-ähnliches Signal umgewandelt und dem Vorverstärker zugeführt und damit kontrolliert.

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L e e r s e i t e

Claims

Krautkrämer GmbH 28. November 1979

Luxemburger Str. 449 P/bdl

5ooo Köln 41 K-124

Patentansprüche

Ultraschall-Prüfkopf, bestehend aus einem Ultraschall-' Wandler sowie weiteren Funktionseinheiten und ein den Wandler und die Funktionseinheiten umgebendes Prüfkopf-Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß als Funktionseinheit mindestens eine Schaltung (11) zur Erzeugung elektrischer Sendeimpulse in dem Prüfkopf (8) integriert ist, wobei die Erzeugung der erforderlichen Sende-Hochspannung im Prüfkopf (8) selbst und mit Hilfe einer Drossel (2) erfolgt.
2. Ultraschall-Prüfkopf nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet , daß als schaltendes Bauelement in der Schaltung (11 ) zur Erzeugung der Sendeimpulse VMOS-Feldeffekttransistoren (3; verv:nndet werden.
3. Ultraschall-Prüfkopf nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet , daß als Funktionseinheit zusätzlich zu der Schaltung (11) zur Erzeugung elektrischer Sendeimpulse eine Sender- und/oder Empfängerüberwachungseinheit (13, 14) in dem Prüfkopf (8) integriert ist.

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4. Verfahren zum Betrieb des Ultraschall-Prüfkopfes nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Merkmale:

- über den einen Anschluß der Drossel (2) wird während einer Zeit t. ein Niederspannungsimpuls zugeführt; der jeweils andere Anschluß der Drossel (2) wird über einen Schalter (3) mit Erde verbunden;

- anschließend wird der Schalter (3) geöffnet, so daß an der Drossel (2) eine induzierte Spannung entsteht, die einen Kondensator (6) auflädt;

- schließlich wird nach einem Zeitraum t₂ der Schalter (3) wiederum geschlossen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für einen vorgegebenen Wert von t.. die Induktivität der Drossel (12) so gewählt wird, daß die anschließend induzierte Spannung einen maximalen Wert erreicht, und daß t_o so gewählt wird, daß der Schalter (3) beim Erreichen dieses Maximalwertes schließt.

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