DE3100479A1

DE3100479A1 - Vorrichtung zur verarbeitung von ultraschallsignalen

Info

Publication number: DE3100479A1
Application number: DE19813100479
Authority: DE
Inventors: Fuminobu Hitachi Ibaraki Takahashi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-01-11
Filing date: 1981-01-09
Publication date: 1981-12-10
Also published as: DE3100479C2; US4398423A; JPS5698650A

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Ultraschallsignalen bei der Abtastung von Fehlern oder Rissen mit Ultraschall, wobei ein Ultraschallimpuls von einem Ultraschallwandler übertragen und ein Echo von einem Fehler in einem Werkstück empfangen wird, um einen Fehler festzustellen, wobei die Vorrichtung das vom Fehler im Werkstück reflektierte Echosignal in ein Digitalsignal umwandelt und ein derartiges Digitalsignal liefert.

Eine herkömmliche Vorrichtung zur Verarbeitung von Ultraschallsignalen, die ein von einem Fehler in einem Werkstück reflektiertes Echosignal in ein Digitalsignal umwandelt und das Digitalsignal liefert, ist beispielsweise in der US-PS 3 872 715 beschrieben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Ultraschallsignalen anzugeben, die unter Verwendung eines Ditigalverfahrens in der Lage ist, den Nachteil zu kompensieren, daß die Amplitude eines von einem Fehler in einem Werkstück reflektierten Echosignals in Abhängigkeit von der Ausbreitungsentfernung des Echosignals a >nimmt, mit anderen Worten in Abhängigkeit von der verstrichenen Zeit nach der Aussendung eines Ultraschallimpulses

Die Erfindung besteht darin, daß ein Echosignal, das einer Analog-Digital-Umwandlung unterworfen wird, mit vorher gespeicherten Kompensationsdaten in Abhängigkeit von verstrichenen Zeiträumen nach der Aussendung eines Ultraschallsignals korrigiert wird, so daß es möglich wird, die Abschwächung oder Dämpfung einer Echosignalamplitude zu kompensieren, die auf der Zunahme der Ausbreitungsentfernung des Echosignals beruht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die

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beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Figur 1 eine grafische Darstellung zur Erläuterung, wie die Amplitude eines Echosignals von einer Fehlstelle mit zunehmender Ausbreitungsentfernung schwächer wird;

Figur 2 fehlerabhängige Echosignale, die in der Weise erhalten werden, daß die fehlerabhängigen Echosignale in Figur 1 in Intervallen von At einer Analog-Digital-Umwandlung unterworfen werden; Figur 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der Ausbreitungsentfernung eines fehlerabhängigen Echosignals und der Amplitude eines korrigierten fehlerabhängigen Echosignals bei einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung, wobei unter Bezugnahme auf Kompensationsdaten, die in Abhängigkeit von verstrichenen Zeiträumen nach der Aussendung eines Ultraschallsingals gespeichert worden sind, das digital umgewandelte, fehlerabhängige Echosignal einer Verarbeitung mit Bit-Verschiebung und Addition unterworfen wird, um damit die Abschwä

chung oder Dämpfung der Amplitude des fehlerabhängigen Echosignals zu kompensieren;

Figur 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Kompensationsdaten von fehlerabhängigen Echosignalamplituden, die verstrichenen Zeiträumen nach der Aussendung eines Ultraschallsignals entsprechen und die in einem Speicher gespeichert sind, um die Dämpfung der Amplitude eines fehlerabhängigen Echosignals aufgrund der Ausbreitungsentfernung bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zu kompensieren; Figur 5 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der Ausbreitungsentfernung eines fehlerabhängigen Echosignals und der Amplitude eines korrigierten fehlerabhängigen Echosignals bei einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung, wobei

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die Kompensationsdaten, die in Abhängigkeit von den verstrichenen Zeiträumen nach der Aussendung des Ultraschallsignals gemäß Figur 4 gespeichert worden sind, zu dem digital umgewandelten, fehlerabhängigen Echosignal hinzuaddiert werden;

Figur 6 ein Flußdiagramm einer Vorrichtung zur Peakabtastung, um die Amplitude eines fehlerabhängigen Echosignals zur erfindungsgemäßen Verarbeitung abzutasten; Figur 7 ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels der Peakabtastung von digitalen Echowerten gemäß dem Flußdiagramm gemäß Figur 6;

Figur 8 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit Ausnahme der Vorrichtung zur Peakabtastung;

Figur 9 bis 11 Zeitablaufdiagrairane von Signalen in den verschiedenen Teilen der Vorrichtung gemäß Figur 8; Figur 12 ein Blockschaltbild zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung mit Ausnahme der Vorrichutng zur Peakabtastung; Figur 13 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Peakabtastung zur Verwendung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und in

Figur 14 und 15 Zeitablaufdiagramme von Signalen in verschiedenen Teilen der Vorrichtung zur Peakabtastung gemaß Figur 13.

Die Abszissenachse in Figur 1 gibt die Zeit an, die nach der Erzeugung eines Ultraschallsignals verstrichen ist, während die Ordinatenachse die Amplitude eines fehlerabhängigen Echosignals angibt, die von einem Ultraschallwandler empfangen wird. Figur 1 zeigt ein Beispiel, bei dem die Ausbreitungsentfernung eines zweiten fehlerabhängigen Echosignals 12 doppelt so groß wie die eines ersten fehlerabhängigen Echosignals 11 ist. Eine mit einer gestrichelten Linie 13 eingestragene Kurve beschreibt die Orte von Spitzenwerten ■ der fehlerabhängigen Echosignale im Falle der Abtastung eines identischen Fehlers oder Defektes unter

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Verwendung desselben Ultraschallgebers, wobei die Spitzen den Änderungen der Ausbreitungsentfernung von dem Fehler zum Wandler entsprechen. Diese Kurve 13 wird nachstehend als Ausbreitungs-Amplituden-Korrekturkuve bezeichnet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung beruht darauf, daß hinsichtlich desselben Fehlers fehlerabhängige Echosignale mit einem festen Spitzenwert stets geliefert werden, trotz der Änderungen der Ausbreitungsentfernungen der fehlerabhängigen Echosignale.

Ein erstes Verfahren gemäß der Erfindung, bei dem die Amplitude des fehlerabhängigen Echosignals in Abhängigkeit von seiner Ausbreitungsentfernung verbessert oder korrigiert wird, wobei dieses Verfahren nachstehend einfach als Entfernungs-Amplituden-Korrekturverfahren bezeichnet wird, entspricht einer Schaltungsanordnung gemäß Figur 8, die nachstehend näher erläutert ist. Beim ersten Entfernungs-Amplitüden-Korrekturverfahren gemäß der Erfindung werden zunächst einmal die fehlerabhängigen Echosignale 11 und 12 gemäß Figur 1 von Analogwerten in Digitalwerte umgewandelt, und zwar in Intervallen von verstrichenen Zeiträumen nach der Erzeugung des Ultraschallsignals. Die digitalen Echowerte, die den Signalen 11 bzw. 12 in Figur 1 entsprechen, sind mit 11' und 12' in Figur 2 bezeichnet. In Figur 2 gibt die Abszissenachse die verstrichene Zeit nach der Erzeugung des Ultraschallsignals an, wobei At das jeweilige Zeitintervall für die Umwandlung der Analogwerte in Digitalwerte angibt. In dieser Figur 2 gibt die Ordinatenachse die Digitalwerte der Amplitude des fehlerabhängigen Echosignals an. Korrekturwerte zur Verbesserung oder Korrektur des digitalen Echosignals 12* in Figur 2 sind in einem Speicher gespeichert. Die in dem Speicher gespeicherten Korrekturwerte sind z.B. Werte, die den Kehrwerten der Amplitudenwerte in der Entfernungs-Amplituden-Korrekturkuve 13 in Figur 1 entsprechen. Hierbei wird bei einer Adresse jL des Speichers der. Amplitudenkorrekt urwert des digitalen Echosignals, der der verstrichenen Zeit nach der

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_ tgl _

Erzeugung des Ultraschallsignals t = At · i entspricht, gespeichert. Nach der Erzeugung des Ultraschallsingals werden die Amplitudenkorrekturwerte des fehlerabhängigen Echosignals, die den verstrichenen Zeiträumen nach der Erzeugung des Ultraschallsignals entsprechen (diese Amplitudenkorrekturwerte werden nachstehend auch kurz als Kompensationsdaten bezeichnet) nacheinander zu Zeitintervallen At aus den entsprechenden Adressen des Speichers gelesen. Wie nachstehend näher erläutert, erfolgt eine Bitverschiebung der digitalen Echowerte in Abhängigkeit von den Kompensationsdaten, und die bitmäßig verschobenen Echowerte werden addiert, so daß die korrigierten digitalen Echosignale 11" und 12" gemäß Figur 3 erhalten werden.

Ein zweites Entfernungs-Amplituden-Korrekturverfahren gemäß der Erfindung entspricht einer Schaltungsanordnung gemäß Figur 12, die nachstehend näher erläutert ist. Bei dem zweiten Entfernungs-Amplituden-Korrekturverfahren gemäß der Erfindung haben die in einem Speicher zu speichernden Inhalte oder Werte ein Muster, wie es in Figur 4 dargestellt ist. In Figur 4 bezeichnet die Abszissenachse die Adressen JL des Speichers mit denen die verstrichenen Zeiträume der proportionalen Beziehung t = i · At genügen. In Figur 4 gibt die Ordinatenachse die Werte der Kompensationsdaten an. Das Muster oder die Kurve 14 in Figur 4 ist identisch mit einer Kvrve, die durch bilaterales Invertieren der Entfernungs-Ampl.tuden-Korrekturkurve 13 in Figur 1 erhalten wird. In gleicher Weise wie bei dem ersten Entfernungs-Amplituden-Korrekturverfahren gemäß der Erfindung wird auch bei dem zweiten Entfernungs-Amplituden-Korrekturverfahren der Speicherinhalt sukzessive bei Zeitintervallen At gelesen, sowie die Kompensationsdaten und der digitale Echowert addiert. Jedoch wird jedes Mal dann, wenn der digitale Echowert kleiner ist als ein fixierter oder vorgegebener Wertjdas addierte Resultat zu Null gemacht. Mit einem derartigen Verfahren werden digitale Echowerte erhalten, wie sie in Figur 5 dargestellt sind.

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Nachstehend wird ein Verfahren zur Peakabtastung gemäß der Erfindung näher erläutert. Dieses Verfahren zur Peakabtastung entspricht einer Schaltungsanordnung gemäß Figur 13, die nachstehend näher erläutert ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Peakabtastung führt Entscheidungen gemäß dem Flußdiagramm in Figur 6 aus. Bei einem Schritt 60 in Figur 6 wird der digitale Echowert n., der einer Entfernungs-Amplituden-Korrektur mit dem ersten oder zweiten oben angegebenen Verfahren unterworfen wird, gelesen. Ein vorher abgetasteter Maximalwert des digitalen Echosignals, d.h. ein Anfangswert in und der Echowert n. werden bei einem Schritt 61 verglichen. Wenn das Vergleichsergebnis n^>iri ergibt, wird bei einem Schritt 62 entschieden, daß der digitale Echowert n. den Spitzenwert erreicht hat und nimmt dann m = n. an, um nach dem Verstreichen einer Zeitspanne At im Flußdiagramm zum Schritt 60 zurückzukehren. Wenn die Beziehung n. < m gilt, besteht die Möglichkeit, daß der abgetastete digitale Echowert den Spitzenwert passiert hat. Somit werden bei einem Schritt 63 der digitale Echowert n. und ein Wert m¹ verglichen, wobei 0 < m¹ < m, m¹ = cm und 0 < c < 1 gelten. Wenn die Beziehung n. > m' erfüllt ist, wird entschieden, daß die Möglichkeit oder Wahrscheinlichkeit, daß der abgetastete digitale Echowert den Spitzenwert passiert oder unterschritten hat, nicht sehr hoch ist, und nach Verstreichen der Zeitspanne At erfolgt eine Rückkehr zum Schritt 60. Wenn die Beziehung n. < m¹ gilt,,wird beim Schritt 63 entschieden, daß der abgetastete digitale Echowert mit Sicherheit den Spitzenwert passiert oder unterschritten hat. Auf der Basis dieser Entscheidung wird der Anfangswert m bei einem Schritt 64 als Ausgangssignal geliefert. Das Ausgangssignal mit dem Anfangswert in beim Schritt 64 wird für eine vorgegebene Zeitspanne geliefert und der Betrag des Wertes m wird bei einem Schritt 64 zu m = 0 gemacht, bevor die nächste Peakabtastung beginnt, z.B. bei der nächsten Erzeugung eines Ultraschallsignals. Gemäß dem Flußdiagramm in Figur 6

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kann, wie in Figur 7 dargestellt, der Spitzenwert m zuverlässig auch dann abgetastet werden, wenn der Rauschabstand eines Peakteiles 15 etwas geringer ist. Der Wert m¹ wird so gewählt,daß er größer ist als eine Rauschkomponente, und wenn n_i < m¹ erfüllt ist, stoppt die Peakabtastung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dementsprechend tritt eine Fehlfunktion, die der Rauschkomponente zuzuschreiben ist, bei der Peakabtastung gemäß der Erfindung nicht auf.

Anhand von Figur 8 wird nachstehend eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verarbeitung von Ultraschallsignalen näher erläutert. Die Vorrichtung enthält einen nicht dargestellten Ultraschallschwinger, um einen Ultraschallimpulsstrahl zu einem Werkstück auszusenden und um ein von einem Fehler oder Defekt in dem Werkstück reflektiertes Echosignal zu empfangen; einen Analog/Digital-Wandler oder A/D-Wandler 21 zur Umwandlung eines vom Ultraschallgeber empfangenen Amplitudenwertes des Echosignals in einen Digitalwert; eine Speichereinheit 23, die darin die Amplitudenkorrekturwerte des digitalen Echosignals N speichert, das in Abhängigkeit von der verstrichenen Zeit zu korrigieren ist, nachdem der Ultraschall-Impulsstrahl vom Geber ausgesendet worden ist, wobei diese Zeiträume nachstehend einfach als verstrichene Zeiträume bezeichnet werden; eine 5 Le eeinrichtung für die Amplituden-Korrekturwerte zum Auslesen der Amplituden-Korrekturwerte aus einer Speichereinheit 23, wobei der Speichereinheit ein Signal geliefert wird, das dem verstrichenen Zeitraum entspricht; und eine Ausgabeeinrichtung für korrigierte Amplituden, um die Amplitude des vom A/D-Wandler 21 gelieferten digitalen Echosignals N unter Verwendung des aus der Speichereinheit ausgelesenen Amplituden-Korrekturwertes zu korrigieren und die korrigierte Amplitude als Ausgangssignal zu liefern.

Hierbei enthält die Leseeinrichtung für die Amplituden-Korrekturwerte einen Zähler 22 zum Zählen von Synchronimpulsen von einem nicht dargestellten Impulsgenerator, der

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Ultraschallimpulse aus dem nicht dargestellten Ultraschallgeber zum nicht dargestellten Werkstück aussendet, und einen Taktimpulsgenerator 20 zum Betätigen des Zählers 22. Der Zähler 22 zählt die Synchronimpulse und sorgt dafür, daß die Speichereinheit 23 die in ihren Adressen _i gespeicherten Kompensationsdaten den Wählern 241, 242 und 243 bei entsprechenden Bits der Daten liefert. Bei der Ausführungsform nach Figur 8 bestehen die Speicherinhalte bei jeder Adresse der Speichereinheit 23 aus den drei Bits A, B und C. Sei 2ⁿ der Wert der Kompensationsdaten, d.h. die inverse Zahl der Korrekturkurve 13 in Figur 1, die der Adresse i_ entspricht, so werden die Werte für A, B und C so gewählt, daß die Relation 2ⁿ = 2^A + 2^B + 2^C erfüllt ist.

Die Ausgabeeinrichtung für korrigierte Amplitudenwerte enthält die Wähler 241, 242 und 243 zur Bitverschiebung des digitalen Echosignals N aus dem A/D-Wandler 21 in Abhängigkeit von den Speicherinhalten A, B und C, die von der Speichereinheit 2 3 an entsprechende Datenanschlüsse angelegt werden, um die Multiplikationen von dem digitalen

AB C
Echosignal N und 2,2 und 2 vorzunehmen; Addierer 251 und 252 zum Addieren der bitmäßig verschobenen Daten von den Wählern 241, 242 und 243; sowie eine Verzögerungseinrichtung 261 und einen Zwischenspeicher 271, um ein Ausgangssignal des Addierers 252 in der Endstufe als korrigiertes digitales Echosignal n. nach einer vorgegebenen Zeitspanne zu liefern. Hierbei sind die Addierer 251 und 252 nicht erforderlich in dem Falle, wo 2^A + 2^B + 2^C = 2ⁿ gilt, sie sind jedoch für den Fall erforderlich, wo 2^A + 2^B + 2^C f 2ⁿ.

Nachstehend werden die Signale der verschiedenen Teile der Schaltungsanordnung gemäß Figur 8 unter Bezugnahme auf die Zeitablaufdiagramme in Figur 9, 10 und 11 näher erläutert. In diesen Figuren der Zeichnung gibt die Abszissenachse die Zeit und die Ordinatenachse V die Spannung an, während die Ordinatenachse N den Digitalwert angibt.

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In Figur 9 ist bei dem bei (A) dargestellten Signal die Ubertragungsperiode des Impulssignals synchron mit der übertragung des Ultraschallimpulses. Ein bei (B) dargestelltes Signal enthält Taktimpulse, die vom Taktimpulsgenerator 20 geliefert werden. Ein Signal (B)' zeigt das Signal (B) bei einer gespreizten Zeitachse. Ein bei (D) ' gezeigtes Signal wird erhalten, indem man das Signal (B)' um die Zeitspanne At mit der Verzögerungseinrichtung 261 verzögert. Ein bei (C) dargestelltes Signal gibt die Zählwerte der Taktimpulse (B) vom Zähler 22 an, mit anderen Worten, die Werte, die den Adressen der Speichereinheit 23 entsprechen, und die Zählwerte werden durch den Anstieg des Synchronimpulses bei (A) zurückgesetzt. Die Analog/Digital-Wandlung des A/D-Wandlers 21 wird durch den Anstieg des bei (B) und (B)¹ dargestellten Taktsignals gestartet. Der Anstieg des bei (D)' dargestellten verzögerten Impulses wird zur Speicherungssteueurng des Zwischenspeichers 271.

In Figur 10 entspricht ein bei (B) dargestelltes Signal den Taktimpulsen in Figur 9(B) und hat eine gespreizte Zeitachse. (E) zeigt zwei Echosignale, die von demselben Defekt oder Fehler reflektiert werden, jedoch ungleiche Ausbreitungsentfernungen haben. (F) zeigt Dxgitalsignale, die durch Umwandlung des Signals (E) mittels des A/D-Wandlers 21 erhalten werden. (G) zeigt ein Beispiel von Daten A der Sf -"ichereinheit 23, in der die Datenwerte O (Null) bis hinau^c zu einer Adresse (N- - 1) und 1 (Eins) bei und oberhalb von einer Adresse N, sind. (H) zeigt Digitalwerte, die in der Weise erhalten werden, daß die bei (F) dargestellten digitalen Echosignale einer Bitverschiebung mit dem Wähler 241 unterworfen werden, und zwar in Abhängigkeit von den bei (G) dargestellten Daten A. Genauer gesagt wird in diesem Beispiel, wenn die Daten A den Wert O (Null) haben, das bei (F) dargestellte Signal geliefert wie es ist, und wenn die Daten A den Wert 1 (Eins) haben, wird das bei (F) dargestellte Signal um ein Bit verschoben (verdoppelt) und das resultierende Signal geliefert.

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In Figur 11 ist das bei (F) dargestellte Signal das gleiche wie bei (F) in Figur 10. (J) zeigt ein Beispiel des Wertes der Daten B oder der Daten C der Speichereinheit 23. Hier ist beispielsweise ein Fall dargestellt, wo beide Werte für die Daten B und die Daten C O (Null) sind. Dementsprechend erhalten die überlagerten Ausgangssignale von den Wählern 242 und 243 für die Bitverschiebung der bei (F) dargestellten digitalen Echosignale gemäß den Daten B und den Daten C ein Aussehen, wie es bei

(K) dargestellt ist. Die Ausgangswellenform bei (K) wird die gleiche wie bei (F). (L) zeigt Signale, die in der Weise erhalten werden, daß die bei (H) und (K) in Figur dargestellten Signale mittels der Addierer 251 und 252 addiert werden. In diesem Falle werden die Werte der Signale bei (K) verdoppelt und die Werte der Signale bei (H) addiert. (D) zeigt das Ausgangssignal der Verzögerungseinrichtung und entspricht dem Signal (D)¹ in Figur 9. Der Zwischenspeicher 271 wird durch den Anstieg des bei (D)' dargestellten, verzögerten Taktimpulses betätigt, so daß das bei (L) dargestellte Ausgangssignal des Addierers 252 gespeichert wird, um dadurch ein bei (M) dargestelltes, korrigiertes digitales Echosignal n. zu erhalten. Da das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 21 während der Analog/Digital-Umwandlung in der bei (F) dargestellten Weise unstabil ist, ist die Zwischenspeicherungsverarbeitung mit der Verzögerungseinrichtung 261 erforderlich, um einen genauen Wert nach Beendigung der Umwandlung zu erhalten. Dementsprechend ist die Verzögerungszeit At der Verzögerungseinrichtung 261 in Figur 8 auf einen Wert eingestellt, der größer ist als die Summe der maximalen Umwandlungszeit des A/D-Wandlers 21 und der maximalen Verarbeitungszeiten der Wähler 241, 242 und 243 sowie der Addierer 251 und und der kleiner ist als die Periode der Taktimpulse, die bei (D)' in Figur 9 dargestellt sind.

Figur 12 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich-

tung. Der Unterschied im Aufbau zwischen den Ausführungsformen nach Figur 12 und Figur 8 besteht darin, daß erstere einen digitalen Komparator 28 verwendet, ohne die Wähler 241, 242 und 243 einzusetzen, die bei letzterer vorhanden sind. In Figur 12 addiert ein Addierer 25 direkt das digitale Echosignal N vom A/D-Wandler 21 und die Kompensationsdaten von der Speichereinheit 23 und lädt das Ergebnis in den Zwischenspeicher 271. Die Zeitsteuerung für das Setzen des Zwischenspeichers 271 ist die gleiche wie bei der Anordnung nach Figur 8. In dem Falle jedoch, wo das digitale Echosignal N kleiner ist als ein vorgegebener Wert in dem digitalen Komparator 28, liefert dieser digitale Komparator 28 ein Rücksetzsignal für den Zwischenspeicher

271, um seinen Inhalt zu löschen. Die Operationen der

anderen Teile sind die gleichen wie bei der Anordnung nach Figur 8.

Der Zeitablauf der Signale bei der Anordnung nach Figur 12 ist in der Darstellung weggelassen, da die gleichen Einrichtungen im wesentlichen den gleichen zeitlichen Ablauf der Signalverarbeitung wie beim Zeitablauf der Signale in der Anordnung gemäß Figur δ haben.

Bei der Anordnung nach Figur 13 enthält eine Vorrichtung zur Peakabtastung gemäß der Erfindung einen Zwischenspeicher

272, der ein Speicher für den maximalen Amplitudenwert ist, 5 u-¹ den Maximalwert m bei dem von der Ausgabeeinrichtung für korrigierte Amplitudenwerte gemäß Figur 8 gelieferten korrigierten digitalen Echosignal n. zu speichern; eine erste Entscheidungseinrichtung zum Vergleichen des Maximalwertes m und des erneut von der Ausgabeeinrichtung für korrigierte Amplitudenwerte erhaltenen Amplitudenwertes n^ und zum Zwischenspeichern des gespeicherten Wertes des Speichers für maximale Amplitudenwerte beim Wert n., wenn die Beziehung n. > m erfüllt ist; und eine zweite Entscheidungseinrichtung zum Vergleichen des Wertes n- mit einem Wert m¹, der durch Abschwächen des Wertes m in einem vorgegebenen

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Verhältnis erhalten wird, und zum Liefern des gespeicherten Wertes in des Speichers für maximale Amplitudenwerte als maximaler Aplitudenwert unter der Voraussetzung, daß die Beziehungen n. < m¹ und n. < m gelten. Die erste Entscheidungseinrichtung enthält einen digitalen Komparator 281 zum Vergleichen des korrigierten digitalen Echosignals n. mit dem gespeicherten Wert m des Zwischenspeichers 272 sowie eine UND-Schaltung 291, die bei Erhalt eines Taktimpulses von der Relation m = n. ausgeht und diesen Wert n. an den Zwischenspeicher 272 anlegt, wenn die Entscheidung n. > m getroffen worden ist.

Die zweite Entscheidungseinrichtung enthält einen Wähler 24, um den im Zwischenspeicher 272, der als Speicher für den maximalen Amplitudenwert dient, gespeicherten Maximalwert rn zum Wert m' zu ändern, der in einem vorgegebenen Verhältnis abgeschwächt worden ist; einen digitalen Komparator 282 zum Vergleichen des korrigierten digitalen Echosignals n. und des abgeschwächten Wertes m' und zur Lieferung des Wertes n., wenn die Relation n. < m¹ gilt; eine UND-Schaltung 292 zur Lieferung eines Ausgangssignals, wenn der digitale Komparator 282 die Entscheidung n. < m¹ gefällt, und außerdem der digitale Komparator 281 die Entscheidung n. < m gefällt hat; sowie eine Zwischenspeicherungsschaltung 273, die vom Ausgangssignal der UND-Schaltung gesetzt wird, um den maximalen Amplitudenwert m als Spitzensignal zwischenzuspeichern, und die von einem Ausgangssignal einer ODER-Schaltung 30 zurückgesetzt wird, die mit einem verzögerten Eingangssignal von einer Verzögerungseinrichtung 262 oder einem Synchronimpuls betätigt wird. Die Operationen der Schaltung gemäß Figur 13 entsprechen dem Flußdiagramm in Figur 6.

Die Figuren 14 und 15 zeigen Zeitablaufdiagramme der verschiedenen Teile der Anordnung gemäß Figur 13. (A) und (B) in Figur 14 zeigen den Synchronimpuls und die Taktimpulse in Figur 8 bzw. 12. (M) zeigt das korrigierte digitale Echosignal n^, das mit der Anordnung gemäß Figur 8 oder 12 er-

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halten wird. (O) zeigt den maximalen Amplitudenwert, der im Zwischenspeicher 272 in Figur 13 gespeichert wird, mit anderen Worten, das ursprüngliche Signal m, das das Ausgangssignal des Zwischenspeichers 272 ist. Das ursprüngliehe Signal m wird zuerst O (Null) in Abhängigkeit vom Anstieg des bei (A) dargestellten Synchronimpulses, und wird dann n. in Abhängigkeit vom Anstieg des bei (B) dargestellten Taktimpulses, wenn das bei (M) dargestellte korrigierte digitale Echosignal größer als m geworden ist.

(P) gibt das Ausgangssignal des Y-Anschlusses des digitalen Komparators 281 an, wobei dieses Ausgangssignal den Pegel "1" hat, wenn die Beziehung n. > m erfüllt ist. (Q) zeigt das Signal des logischen Produktes zwischen den bei (B) dargestellten Taktimpulsen und dem bei (P) dargestellten Ausgangssignal des Y-Anschlusses des digitalen Komparators 281 und der Anstieg dieses Signals des logischen Produktes wird zur Zwischenspeicher-Zeitsteuerung des Zwischenspeichers 2 72, um das ursprüngliche Signal zu liefern. (R) zeigt das Ausgangssignal des N-Anschlusses des digitalen Komparators 281, und es geht auf den Pegel "1", wenn das korrigierte digitale Echosignal n. der Relation n_i < m genügt.

In Figur 15 zeigt (S) das Bitverschiebungssignal des ursprünglichen Signales m, das bei (O) in Figur 14 dargestellt ist. Das Signal bei (S) oder das Signal m¹ wird auf ex ien Wert von 1/4 (Verschiebung um 2 Bits) des ursprünglichen Signals m gesetzt, das bei (O) in Figur 14 dargestellt ist. Bei (T) ist das Ausgangssignal des Y-Anschlusses des digitalen Komparators 282 dargestellt, welches das bei (S) dargestellte Signal m¹ mit dem bei (M) dargestellten, korrigierten digitalen Echosignal n. vergleicht. Wenn die Relation n_i < m' erfüllt ist, geht der Pegel des Ausgangssignals des Y-Anschlusses des digitalen Komparators 282 auf den Wert "1". (U) zeigt das Ausgangssignal der UND-Schaltung 292, welches das Signal des logischen Produktes zwischen dem bei (T) dargestellten Ausgangssignal des Y-Anschlusses des digitalen Komparators 282 und des bei (R) in Figur 14

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dargestellten Ausgangssignals des N-Anschlusses des digitalen Komparators 281 ist. Der Anstieg des bei (T) dargestellten Signals des digitalen Komparators 282 wird zur Zwischenspeicher-Zeitsteuerung, bei der das bei (O) in Figur 14 dargestellte, ursprüngliche Signal m in den Zwischenspeicher 273 gesetzt wird. (W) zeigt das Signal, das in der Weise erhalten wird, daß das bei (U) dargestellte Ausgangssignal der UND-Schaltung 292 mit der Verzögerungseinrichtung 262 um ΔΤ verzögert wird. Der Zwischenspeicher 273, der das bei (O) in Figur 14 dargestellte» ursprüngliche Signal m speichert, wird durch den Anstieg des bei (W) dargestellten Signals der Verzögerungseinrichtung 262 und den Anstieg des bei (A) in Figur 14 dargestellten Synchronimpulses gelöscht. (X) in Figur 15 zeigt ein Signal, das den Spitzenwert vom Zwischenspeicher 273 angibt. Das bei (X) dargestellte Ausgangssignal des Zwischenspeichers 273 wird O (Null) in Abhängigkeit vom Anstieg des bei (A) in Figur 14 dargestellten Synchronimpulses oder des bei (W) dargestellten Ausgangssignals der Verzögerungseinrichtung 262, während es auf den Wert m in Abhängigkeit vom Anstieg des bei (U) dargestellten Signals der UND-Schaltung 292 geht. Der Wert m wird zu dieser Zeit der Maximalwert des korrigierten digitalen Echosignals n.. Die Zeitspanne, während der der Spitzenwert geliefert wird, ist kürzer als entweder die Zeitspanne vom Anstieg des bei (U) dargestellten Signals der UND-Schaltung 292 zum Anstieg des nächsten Synchronimpulses oder die Verzögerungszeit ΔΤ der Verzögerungseinrichtung 262.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich die folgenden Vorteile erzielen:

1. Da bei der Erfindung eine Abstands-Amplituden-Korrektur durchgeführt wird, die nur auf einer digitalen Schaltungsanordnung basiert, kann die Korrekturgenauigkeit wesentlich gesteigert werden, wenn man es mit herkömmlichen Anordnungen vergleicht, bei denen nur teilweise mit digitalen Schaltungen gearbeitet wird. Gemäß der Erfindung können die

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Abstands-Amplituden-Kompensationsfehler auf weniger als 2 % gedrückt werden, während beim Stande der Technik etwa 5 % erreichbar waren.

2. Mit der Peakabtastung gemäß der Erfindung kann der Spitzenwert in zuverlässiger Weise auch dann abgetastet werden, wenn der Rauschabstand eines Echosignals geringer ist, darüber hinaus können mühevolle Einstellungen, wie z.B. die Einstellung von Zeitkonstanten der Schaltungen, entfallen.

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Claims

PATENTANWÄLTE

SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜ2EL-HOPF E9&INGHAUS FINCK

MARIAHILFPLATZ 2*3, MÖNCHEN SO POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O. D-80OO MÖNCHEN 95

HITACHI, LTD. 9. Januar 1981

DEA-25 386

Vorrichtung zur Verarbeitung von Ultraschallsignalen

PATENTANSPRÜCHE

1 .j Vorrichtung zur Verarbeitung von Ultraschallsignalen, gekennzeichnet durch folgende Baugruppen: einen Ultraschallgeber zur Aussendung eines Ultraschall-Impulsstrahles zu einem Werkstück und zum Empfang eines von einem Fehler in dem Werkstück reflektierten Echosignals; einen Analog/Digital-Wandler (21) zur Umwandlung eines Ampi"tudenwertes eines vom Ultraschallgeber empfangenen Echosignals in ein Digitalsignal;

eine Speichereinheit (23), welche die Amplitudenkompensationsdaten des Echosignals speichert, das in Abhängigkeit von verstrichenen Zeiträumen zu korrigieren ist, nachdem der Ultraschall-Impulsstrahl vom Ultraschallgeber ausgesendet worden ist;
eine Leseeinrichtung (20, 22) für die Amplitudenkompensations·

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- γ-

daten zum Auslesen der Amplitudenkompensationsdaten aus der Speichereinheit (23), wobei die Speichereinheit (23) mit einem der verstrichenen Zeit entsprechenden Signal versorgt wird; und
eine Ausgabeeinrichtung (241, 242, 243, 251, 252, 261, 272) für korrigierte Amplitudenwerte zur Korrektur der Amplitude des Echosignals vom Analog/Digital-Wandler (21) unter Verwendung der aus der Speichereinheit (23) ausgelesenen Amplitudenkompensationsdaten und zur Lieferung des korrigierten Amplitudensignals.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabeeinrichtung (241-272) für korrigierte Amplitudenwerte eine Bitverschiebung des Amplitudenwertes vom Analog/Digital-Wandler (21) unter Verwendung der aus der Speichereinheit (23) ausgelesenen Amplitudenkompensationsdaten vornimmt und die bitmäßig verschobene Amplitude liefert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabeeinrichtung (241-272) für korrigierte Amplitudenwerte folgende Baugruppen aufweist: eine Bitverschiebungseinrichtung (241, 242, 243) zur Bitver-Schiebung des Amplitudenwertes vom Analog/Digital-Wandler (21) unter Verwendung der Vielzahl von aus der Speichereinheit (23) ausgelesenen Amplitudenkompensationsdaten und zur Lieferung der bitmäßig verschobenen Amplitude, und

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einen Addierer (251, 252) zum Addieren der entsprechenden Ausgangssignale der Bitverschiebungseinrichtung (241-243) und zum Anlegen des addierten Resultats an die Ausgabeeinrichtung (241-273) für korrigierte Amplitudenwerte.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabeeinrichtung für korrigierte Amplitudenwerte eine Addition oder Subtraktion zwischen den aus der Speichereinheit (23) ausgelesenen Amplitudenkompensationsdaten und dem vom Analog/Digital-Wandler (21) gelieferten Amplitudenwert vornimmt und das addierte oder subtrahierte Resultat liefert.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Baugruppen:

eine Speichereinrichtung (272) für maximale Amplitudenwerte zur Speicherung eines Maximalwerts der von der Ausgabeeinrichtung (241-273) für korrigierte Amplitudenwerte gelieferten Αι.! litudenwerte;

eine erste Entscheidungseinrichtung (281) zum Vergleich des neu von der Ausgabeeinrichtung angelegten Amplitudenwertes und des vorher an die Speichereinrichtung (272) für maximale Amplitudenwerte angelegten maximalen Amplitudenwertes und zur Zwischenspeicherung des gespeicherten Wertes der Speichereinrichtung (272) für maximale Amplitudenwerte zu ersterem Wert des Vergleichs unter der Bedingung, daß der erstere Wert größer als der letztere Wert ist; und

λ-

eine zweite Entscheidungseinrichtung (282) zum Vergleich des neu von der Ausgabeeinrichtung angelegten Amplitudenwertes und eines Wertes, der durch Abschwächen in einem vorgegebenen Verhältnis des an die Speichereinrichtung (272) für maximale Amplitudenwerte vorher angelegten maximalen Amplitudenwertes erhalten ist, und zur Lieferung des gespeicherten Wertes der Speichereinrichtung (272) für maximale Amplitudenwerte als maximaler Amplitudenwert unter der Bedingung, daß der letztere Wert des Vergleichs größer ist als der erstere Wert und daß als Vergleichsergebnis der ersten Entscheidungseinrichtung (281) der neu von der Ausgabeeinrichtung angelegte Amplitudenwert kleiner ist als der maximale Amplitudenwert, der vorher an die Speichereinrichtung (272) für maximale Amplitudenwerte angelegt worden ist.

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