DE2948552C2

DE2948552C2 - Ultraschall-Prüfkopf

Info

Publication number: DE2948552C2
Application number: DE2948552A
Authority: DE
Inventors: Rolf 5030 Hürth Diederichs
Original assignee: Krautkraemer GmbH and Co
Current assignee: Krautkraemer GmbH
Priority date: 1979-12-03
Filing date: 1979-12-03
Publication date: 1982-11-04
Also published as: DE2948552A1; GB2067049A; JPS6326341B2; GB2067049B; JPS5693040A; US4391144A

Description

2. Ultraschall-Prüfkopf, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalttransistor (3) ein VMOS-Feldeffekttransistor ist. 1»

Die Erfindung betrifft einen Ultraschall-Prüfkopf mit einem Prüfkopfgehäuse, in das ein Ultraschallwandler sowie eine Schaltungsvorrichtung zur Erzeugung der elektrischen Sendeimpulse durch Entladung eines auf eine Hochspannung aufgeladenen Kondensators integriert sind.

Ein derartiger Prüfkopf ist beispielsweise aus der DE-OS 24 15 040 bekannt. Nachteilig ist bei diesem bekannten Prüfkopf, daß die zur Aufladung des Kondensators erforderliche Hochspannung zum Prüfkopf separat zugeführt werden muß. Dabei können sich insbesondere bei langen Verbindungsleitungen zwischen Prüfkopf und Ultraschallgerät erhebliche Isolierprobleme ergeben.

Aus der DE-AS 26 29 562 ist ferner ein Ultraschallgerät bekannt, bei dem die am Ultraschallwandler auftretenden Spannungen möglichst gut an den elektrischen Sendeimpuls angepaßt werden sollen. Hierzu wird der vom Prüfkopf getrennt angeordnete Sendeimpulsgeber mit einem Abschlußwiderstand versehen, der dem Wellenwiderstand des Kabels zwischen Wandler und Impulsgeber entspricht. Bei Verwendung langer Leitungen zwischen Prüfkopf und Impulsgeber — etwa bei den Messungen an Kernreaktoren — kann weder eine Impulsverformung des Sendeimpulses noch Störungen durch Störeinstrahlungen vermieden werden.

Die US-Patentschriften 32 82 086, 36 73 859 und 4134 302 beschäftigen sich mit unterschiedlichen Schaltungsvorrichtungen zur Sendeimpulserzeugung. Diese Schaltungsvorrichtungen befinden sich in einem getrennt von dem Prüfkopf angeordneten Ultraschallgerät, so daß sich auch in diesen Fällen bei Verwendung langer Verbindungsleitungen zwischen Prüfkopf und

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65 Ultraschallgerät Impulsverformungen, Störeinstrahlungen sowie Isolierprobleme ergeben können.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ultraschall-Prüfkopf der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei dem Störeinflüsse durch längere Verbindungsleitungen zwischen Prüfkopf und Ultraschallgerät möglichst gering sind. Außerdem soll die mit der Verbindungsleitung übertragene Sendeimpulsspannung geringer sein als bei bekannten Prüfköpfen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst

Besonders vorteilhaft haben sich als Schalttransistoren VMOS-Feldeffekttransistoren bewährt.

Die Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen aufgezeigt ur.d erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsvorrichtung zur Erzeugung von elektrischen Sendeimpulsen;

F i g. 2 einen Impulsplan zu F i g. 1 und

F i g. 3 schematisch die Darstellung eines Prüfkopfes mit Ultraschall-Wandler, Vorverstärker, Sender und einer Senderkontrolleinheit.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Verstärker, mit 2 eine Hochspannungsspule, mit 3 ein schnellschaltender Transistor (VMOS-FET) und mit 4 eine Steuereinheit bezeichnet. Der am Eingang E liegende Sendeauslö· seimpuls, SAP (vgl. im folgenden auch Fig. 2a bis 2e), wird einerseits über den Verstärker 1 der Hochspannungsspule 2 zugeführt, so daß sich während der Zeit ft (vgl. F i g. 2c) ein magnetisches Feld aufbauen kann. Andererseits gelangt der SAP an die Steuereinheit 4. Von dieser wird nach der Zeit /, ein Impuls 5 der Breite ti abgegeben. Dieser Impuls bewirkt ein Sperren des VMOS-Transistors 3, so daß an der Spule 2 eine induzierte Spannung (Ui„d = -LdJd₁; vgl. Fig.2d) entsteht. Nach dem Ablauf der Zeit t₂ 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 Spule 2 verbindet bzw. diese Verbindung unterbricht.

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

Dabei ist allerdingt zu berücksichtigen, daß der Sender in bestimmten vorgegebenen zeitlichen Abständen Sendeimpulse abstrahlen soll; fi daher nicht beliebig groß gewählt werden kann. Vorteilhafterweise wird daher für einen vorgegebenen Wert von /1 die Induktivität L der Spule 2 so gewählt, daß die anschließend induzierte Spannung einen maximalen Wert erreicht. Versuche haben gezeigt, daß dieses zutrifft für

60 L « 0,8 t,Rv

den Verlustwiderstand

im Induktionskreis

wobei Rv
bedeutet.

Die Zeit ti wird vorteilhafterweise so gewählt, daß der Schalter 3 beim Erreichen des Spannungsmaximalwertes schließt (vgl. F i g. 2d).

In einem Ausführungsbeispiel betrug die negative Spannungsamplitude am Ausgang A: 170 V, wobei L = 390 μΗ, t, = 21 μ5, t₂ = 2 μς und C = 4nF gewählt

wurden.

Es ist selbstverständlich möglich, durch entsprechende andere Werte von tu h. Cund L höhere Spannungen i.w erzeugen (etwa 400 V oder 700 V). Allerdings muß dann auch der schnellschaltende VMOS-Transistor auch eine entsprechende Spannungsstabilität aufweisen.

Die vorstehend beschriebene Schaltung besitzt gegenüber bekannten Senderschaltungen (vgl. J. und H. Krautkrämer »Werkstoffprüfung mit Ultraschall«, 3. Aufl. Berlin, Heidelberg, New York 1975, S. 200 ff.) hinsichtlich ihrer Integrierbarkeit mit dem Priifkopf den Vorteil, daß eine Hochspannungszuführung zwischen Auswerteeinheit und Prüfkopf nicht erforderlich ist, und der Einfluß der Leitung auf die Impulsform des elektrischen Sendeinpulses 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 Hochspannungsspule beträgt etwa nur V30 und die Verlustleistung der Schaltung V₅ der entsprechenden Werte vergleichbarer Transformatoren und Schaltungen).

Selbstverständlich können zusätzlich zu dem Sender auch noch weitere Funktionseinheiten in den Prüfkopf integriert werden, ohne daß eine wesentliche Vergrößerung des Prüfkopfes erforderlich ist. In F i g. 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 UJtraschall-Wandler 10 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 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 12 zugeführt und damit kontrolliert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ultraschall-Prüfkopf mit einem Prüfkopfgehäuse, in das ein Ultraschall-Wandler sowie eine Schaltungsvorrichtung zur Erzeugung der elektrisehen Sendeimpulse durch Entladung eines auf eine Hochspannung aufgeladenen Kondensators, integriert sind, dadurch gekennzeichnet,

daß die im Prüfkopf (8) mit dem Ultraschall-Wandler (10) integriert untergebrachte Schallungsvcrrichtung (11) einen Verstärker (1), eine Hochspannungsspule (2), einen Schalttransistor (3) und eine Steuereinheit (4) sowie den Kondensator (6) aufweist;

daß der mit einer Sendeauslöseimpulseinheit verbundene Eingang des Prüfkopfes (8) sowohl dem Verstärker (1) als auch der Steuereinheit (4) zugeschaltet ist;
daß dem Verstärker (1) eine Hochspannungsspule

(2) nachgeschaltet ist, die über einen Schalttransistor

(3) in Abhängigkeit vom Schalttakt an Erde liegt;
daß eine Steuereinheit (4) zum Takten des Schalttransistors (3) vorgesehen ist, und

daß am Verknüpfungspunkt zwischen Hochspannungsspule (2) und Schalttransistor (3) der Kondensator(6) zum Auf- und Entladen angeschlossen ist.