DE4022152A1

DE4022152A1 - Vorrichtung und verfahren zur entfernungsmessung

Info

Publication number: DE4022152A1
Application number: DE4022152A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Koike; Sigeru Kajiyama; Toshiyuki Furukawa; Kazuo Takaku; Toshiyuki Sawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-07-14
Filing date: 1990-07-12
Publication date: 1991-01-24
Also published as: DE4022152C2; US5122991A; JP2972229B2; JPH0346558A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entfernungsmessung mittels akustischer Signale und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfah ren, die zur nicht zerstörenden Prüfung zusätzlich in ei ner Anlage eingesetzt werden, um eine große Entfernung, beispielsweise den Abstand zu einem Gegenstand, zu mes sen.

Normalerweise wird ein großer Druckbehälter durch das Verschweißen dicker Stahlplatten ausgebildet. Wenn der Druckbehälter aufgrund der Umschließung des Behälters mit einem Wärmeisolationsmaterial, einer Abschirmwand usw. nicht visuell beobachtet werden kann, findet eine Prüfan lage Verwendung, die ein Fahrzeug mit magnetischen Rädern und Gleisketten aus magnetischem Material und ein auf dem Fahrzeug angebrachtes Element für die nicht zerstörende Überprüfung der Schweißnaht aufweist und dazu dient, festzustellen, ob das Verschweißen des Behälters beendet und die Schweißnähte in Ordnung sind. Das Wandoberflä chen-Prüffahrzeug prüft die Verschweißung entlang der Schweißnähte.

Für eine mittels einer Behälterprüfanlage ausgeführte nicht zerstörende Prüfung eines Behälters ist es notwen dig, die Position des Prüffahrzeugs genau zu messen. Der artige Techniken sind beispielsweise aus JP 51-95 888-A (die den Dokumenten US 39 88 922-A und US 40 10 636-A entspricht), aus JP 60-1 02 580-A und JP 60-1 02 581-A (die aufeinander bezogen sind) und aus JP 1-2 91 157-A bekannt.

In Fig. 21 ist die Anbringung eines solchen Prüffahrzeu ges einer Behälterprüfanlage schematisch gezeigt (in Fig. 21 wird um einer einfacheren Beschreibung willen angenom men, daß das Prüfelement nicht selbst angetrieben ist), wobei die Position des Prüfelementes mittels eines Schallsignals gemessen wird. Die unterbrochenen Linien in Fig. 21 zeigen eine zu untersuchende Schweißnaht.

Beispielsweise wird ein Prüfelement 802 auf einen Druck behälter 801 gesetzt. Eine als Positionserfassungsmittel dienende und auf dem Prüfelement angebrachte Sendersonde 803 sendet ein Schallsignal 805 mit einer Frequenz von beispielsweise 350 kHz von der Behälteroberfläche in den Behälter. Das Schallsignal 805 breitet sich mit einer be kannten Schallgeschwindigkeit im Behälter aus und wird von einer am Behälter befestigten Empfängersonde 804 zu einem der Entfernung entsprechenden Zeitpunkt empfangen. Auf diese Weise wird der Abstand zwischen der Empfänger sonde 804 und der Sendersonde 803 (Prüfelement) gemessen.

Wenn der Abstand zwischen zwei Punkten mittels eines Schallsignals gemessen wird, verwenden die Sendersonde und die Empfängersonde im allgemeinen Signale mit glei cher Frequenz. Wenn die Sendefrequenz ansteigt, nimmt auch der Dämpfungskoeffizient zu, so daß das Schallsignal an einem entfernten Punkt nicht ankommt. Daher ist es technisch schwierig, ein Schallsignal mit hoher Frequenz zu verwenden, um die Position des Prüffahrzeugs auf einem großen Druckbehälter zu messen. Andererseits nimmt jedoch die Genauigkeit der Messung der Ausbreitungsstrecke mit steigender Frequenz zu.

In der aus JP 51-95 888-A bekannten Technik wird eine niedrige Frequenz (350 kHz) verwendet, damit das Schall signal an einem entfernten Punkt ankommt. Somit ergeben sich hier bei der Messung der Ausbreitungsstrecke hin sichtlich einer hohen Genauigkeit Probleme.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entfernungsmessung zu schaffen, bei denen zum Senden ein hochfrequentes Schallsignal verwendet werden kann, wobei das Schallsi gnal mittels einer Empfängersonde, deren Resonanzfrequenz die Mittenfrequenz des an der Empfängersonde ankommenden Schallsignals ist, ständig empfangen wird, und mit denen das Schallsignal mit hoher Empfangsempfindlichkeit an ei nem entfernten Punkt empfangen werden und die (Ausbreitungs-)Strecke zwischen der Sendersonde und der Empfängersonde mit hoher Genauigkeit gemessen werden kön nen.

Wenn erfindungsgemäß eine Oberflächenwelle von 5 kHz zum Senden verwendet wird, besitzt eine 2,25 MHz-Empfänger sonde bei einer Strecke von 600 mm im Vergleich zu einer 5 MHz-Empfängersonde eine um 14 dB höhere Empfangsemp findlichkeit und eine um 50% höhere Meßgenauigkeit.

Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Entfernungsmeßvorrichtung, die eine Sender sonde zum Senden eines Schallsignals von einem Sender, eine Mehrzahl von Empfängersonden, die das Signal empfan gen können, und Mittel zur Steuerung der Funktion der Sendersonde und der Mehrzahl der Empfängersonden auf weist, wobei wenigstens eine Empfängersonde der Mehrzahl der Empfängersonden eine Resonanzfrequenz besitzt, die von der Mittenfrequenz der Frequenzen eines von der Sen dersonde gesendeten Signals verschieden ist.

Die Frequenzverteilung des von der Sendersonde gesendeten Schallsignals ändert sich während der Ausbreitung des Si gnals, weil sich das Abstands/Dämpfungsverhältnis in Abhängigkeit von der Frequenz ändert. Daher ist diejenige Frequenz in der Frequenzverteilung, die am Ort der Mes sung des Abstandes eine maximale Intensität besitzt, von derjenigen Frequenz verschieden, die am Sendeort maximale Intensität besitzt. Erfindungsgemäß wird das Schallsignal von einer Empfängersonde empfangen, deren Resonanzfre quenz eine Frequenz ist, bei der die Intensität der Si gnalkomponente maximal ist. Daher wird die Intensität des empfangenen Signals maximal, so daß das empfangene Schallsignal auch an einem entfernten Punkt mit hoher Empfangsempfindlichkeit empfangen wird und somit die Ent fernungsmeßgenauigkeit verbessert wird.

Nun wird die Beziehung zwischen der Intensität, der Fre quenz und dem Ausbreitungsabstand des ausgesendeten Schallsignals genauer beschrieben. In Fig. 13 ist eine Frequenzverteilung gezeigt. In der Darstellung von Fig. 13 ist auf der Abszisse die Frequenz f und auf der Ordi nate die Intensität g(f) als Funktion der Frequenzen des gesendeten Schallsignals aufgetragen. Für die Messung des Ausbreitungsabstandes wird für das ausgesendete Schallsi gnal eine Impulswelle verwendet, deren Frequenzbereich eine beliebige Ausdehnung und eine bestimmte mittlere Frequenz, die im folgenden mit Mittenfrequenz A bezeich net wird, besitzt; dabei ist die Mittenfrequenz A nicht die mittige Frequenz zwischen der höchsten und der niedrigsten vorkommenden Frequenz, sondern diejenige Fre quenz, bei der die Intensität maximal ist. Wenn sich das Schallsignal ausbreitet, wird seine Intensität aufgrund von Streuungen usw. abgeschwächt. Der Prozentsatz der Dämpfung pro Einheitsausbreitungsabstand (der im folgen den mit Dämpfungskoeffizient bezeichnet wird) steigt mit zunehmender Frequenz an. In Fig. 14 ist eine Kurve ge zeigt, die die Beziehung zwischen der Frequenz, der emp fangenen Signalintensität und dem Ausbreitungsabstand an gibt. In dieser Darstellung wird die Dämpfungsverteilung der entsprechenden Frequenzen in Abhängigkeit vom Ausbreitungsabstand durch h(f,l) angegeben. Aus Fig. 14 ist ersichtlich, daß die Intensität des Schallsignals abnimmt, wenn die Frequenz und der Abstand zunehmen.

Wenn ein Schallsignal mit einer Mittenfrequenz A und ei ner Frequenzverteilung g(f) ausgesendet wird, ist die Frequenzverteilung F(f,l) im Abstand l durch

F(f,l) = g(f) h(f,l) (1)

gegeben. Aus der in Fig. 15 gezeigten Frequenzverteilung F(f,l) ist ersichtlich, daß die Frequenz f_m, bei der F(f,l) maximal wird, in Abhängigkeit vom Ausbreitungsab stand l variiert. Wenn daher das Schallsignal von einer Empfängersonde empfangen wird, die als Resonanzfrequenz die maximale Frequenz f_m der Verteilung F(f,l) verwendet, wird die Intensität des empfangenen Signals maximal. Das bedeutet, daß das Schallsignal mit maximaler Intensität empfangen wird, indem die Resonanzfrequenz der Empfänger sonde in Abhängigkeit vom Ausbreitungsabstand geändert wird.

Die Frequenzverteilung R(f,l) der empfangenen Welle im Abstand l ist durch

R(f,l) = F(f,l) k(f) = g(f) h(f,l) k(f) (2)

gegeben, wobei k(f) die Frequenzverteilung der Empfänger sonde ist.

Die obige Beziehung wird in einem Zusammenhang genauer beschrieben, in dem beispielsweise für eine Prüfung die Positionserfassung mittels eines Wandoberflächen-Prüf fahrzeuges ausgeführt wird. Wenn die Empfängersonde 504 ein Schallsignal empfängt, das von einer in einem Wan doberflächen-Prüffahrzeug 502 vorgesehenen Sendersonde 503 in eine Probe 501 gesendet wird, besteht zwischen der ausgesendeten Welle und der empfangenen Welle die in Fig. 16 gezeigte Beziehung, durch die die Messung des Ausbrei tungsabstandes simuliert wird. Der Ausbreitungsabstand oder Abstand l zwischen der Sendersonde 503 und der Emp fängersonde 504 wird aus dem Produkt der zwischen dem Aussenden und dem Anstieg der empfangenen Welle liegenden Zeit und der Ausbreitungsgeschwindigkeit v des Schallsi gnals im Gegenstand 501 folgendermaßen erhalten:

l = T v (3)

In den Fig. 17A und 17B sind Wellenformen eines ausgesen deten Schallsignals mit einer Frequenz von A Hz gezeigt, die von zwei Arten von Empfängersonden mit Resonanzfre quenzen von A bzw. B Hz empfangen werden, wobei A größer als B ist und wobei die beiden Empfängersonden in Abstän den l₁ bzw. l₂ (l₁ < l₂) angeordnet sind. In Fig. 17A sind Wellenformen gezeigt, die von einer Empfängersonde mit einer Resonanzfrequenz von A Hz in Abständen l₁ bzw. l₂ empfangen und durch die durchgezogene bzw. die unter brochene Linie dargestellt werden. Ähnlich sind in Fig. 17B Wellenformen gezeigt, die durch eine Empfängersonde mit einer Resonanzfrequenz von B Hz empfangen werden.

Aus den Fig. 17A und 17B wird deutlich, daß die Intensi tät des empfangenen Signals, die durch die im Abstand l₁ angeordnete Empfängersonde mit der Resonanzfrequenz von A Hz erhalten wird, höher ist als die von der Empfänger sonde mit der Resonanzfrequenz von B Hz erhaltene Inten sität. Wenn jedoch die Frequenz ansteigt, nimmt auch der Dämpfungskoeffizient zu, so daß die von der Empfänger sonde mit B Hz empfangene Signalintensität bei dem größe ren Abstand l₂ höher als die von der Empfängersonde mit A Hz empfangene Signalintensität ist.

Die Ausbreitungszeit, das heißt die Zeit vom Sendebeginn bis zum Anstieg der empfangenen Welle, entspricht dem Ausbreitungsabstand, wie oben erwähnt worden ist. Eine automatische Erfassung des Anstiegs der empfangenen Welle ist aufgrund von Rauschphänomenen usw. schwierig. Tatsächlich wird diejenige Zeit als Ausbreitungszeit ver wendet, die zwischen Sendebeginn und einem Zeitpunkt liegt, zu dem ein Schwellenwert, jenseits dessen kein Rauschen auftritt, überschritten wird. Wie in den Fig. 17A und 17B gezeigt, stellt das Zeitintervall Δt zwischen dem Anstieg der empfangenen Welle und dem Zeitpunkt, zu dem der Schwellenwert überstiegen wird, einen Fehler der Ausbreitungszeit dar. In den Fig. 17A und 17B liegt an der Empfängersonde für A Hz eine höhere Empfangssignalin tensität und ein schnellerer Anstieg als bei der Empfängersonde mit B Hz im Abstand l₁ vor, so daß die Zeitdifferenz Δt klein ist, weil gilt, daß Δt_Al₁ klei ner ist als Δt_Bl₁. Beim größerem Abstand l₂ verhalten sich die empfangenen Signalintensitäten umgekehrt, so daß das Zeitintervall Δt der Empfängersonde mit der Reso nanzfrequenz mit B Hz kleiner ist als das Zeitintervall der Empfängersonde mit der Resonanzfrequenz von A Hz, weil gilt, daß Δt_Al₂ größer ist als t_Bl₂.

In den Fig. 18A und 18B ist schematisch die Beziehung zwischen dem Ausbreitungsabstand l und der empfangenen Signalintensität P bzw. die Beziehung zwischen dem Ausbreitungsabstand l und der Zeitdifferenz t gezeigt. In diesen Fig. 18A und 18B beträgt die Sendefrequenz A Hz, wobei Empfängersonden mit Resonanzfrequenzen von A, B und C Hz, mit A < B < C, für den Empfang verwendet wer den. Aus den Fig. 18A und 18B ist ersichtlich, daß die Verwendung von Empfängersonden mit Resonanzfrequenzen von A, B und C Hz für Abstände, die zwischen 0 und l_A bzw. l_A und l_B liegen bzw. größer als l_B sind, entsprechend hö here Empfangssignalintensitäten, geringere Zeitdifferen zen Δt und kleinere Meßfehler bewirkt. In den Fig. 19A und 19B sind die Ergebnisse der experimentellen Analyse dieser Beziehung gezeigt. Bei der Analyse wurde eine Oberflächenwelle mit einer Mittenfrequenz von 5 MHz als ausgesendetes Schallsignal verwendet, während die Messung für Empfängersonden mit drei Resonanzfrequenzen von 1, 2,25 und 5 MHz und für fünf verschiedene Abstände von 0, 100, 200, 400 und 600 mm ausgeführt wurde. (In den Fig. 19A und 19B bezeichnen die schwarzen Punkte die von der 1 MHz-Empfängersonde erhaltenen Ergebnisse, weiße Dreiecke bezeichnen die von der 2,25 MHz-Empfängersonde erhaltenen Ergebnisse und die schwarzen Dreiecke bezeichnen die von der 5 MHz-Empfängersonde erhaltenen Ergebnisse.) Die in den Fig. 19A und 19B gezeigten experimentellen Ergebnisse stimmen mit den Angaben der schematischen Ansichten der Fig. 18A und 18B gut überein. Während in der besonderen Ausführungsform drei Arten von Empfängersonden verwendet wurden und auf diese Weise diskrete Ergebnisse erhalten wurden, kann durch die Verwendung von vielen ver schiedenen Arten von Empfängersonden ein im wesentlichen kontinuierliches Ergebnis erhalten werden. Wenn die An zahl und die Auswahl der Orte, an denen die Empfängerson den installiert werden können, begrenzt ist, können zwei Empfängersonden mit Resonanzfrequenzen von A und B Hz, von A und C Hz oder von B und C Hz verwendet werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer ersten Ausführungsform der Erfin dung;

Fig. 2A-2D Erläuterungen der Wellenformen der Si gnale, die in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform verwendet werden;

Fig. 3 ein Flußdiagramm für eine von der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ausgeführte Verarbeitung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer zweiten Ausführungsform der Erfin dung;

Fig. 5 ein Flußdiagramm für eine von der zweiten Ausführungsform ausgeführte Verarbeitung;

Fig. 6 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer dritten Ausführungsform der Erfin dung;

Fig. 7 ein Flußdiagramm für eine von der dritten Ausführungsform ausgeführte Verarbeitung;

Fig. 8A, 8B, 8C schematische Erläuterungen einer vierten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 9 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer vierten Ausführungsform der Erfin dung;

Fig. 10 ein Flußdiagramm für eine von der vierten Ausführungsform ausgeführte Verarbeitung;

Fig. 11 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer fünften Ausführungsform der Erfin dung;

Fig. 12 eine schematische Darstellung eines er findungsgemäßen Wandoberflächen-Prüffahr zeugs für einen Druckbehälter;

Fig. 13 eine Frequenzverteilungskurve einer aus gesendeten Schallwelle (Impulswelle);

Fig. 14 Kurven zur Erläuterung der Beziehung zwi schen der Frequenz, der Empfangssignalin tensität und der Ausbreitungsstrecke;

Fig. 15 Frequenzverteilungen einer Schallwelle, die am Sendeort die Frequenzverteilung g(f) mit der Mittenfrequenz A besitzt, in Abhängigkeit von der Strecke l;

Fig. 16 eine erläuternde Darstellung der Messung der Ausbreitungsstrecke mittels des er findungsgemäßen Wandoberflächen-Prüffahr zeugs;

Fig. 17A eine erläuternde Darstellung der Wel lenform eines Signals, das von einer Emp fängersonde mit der Resonanzfrequenz von A Hz empfangen wird;

Fig. 17B eine erläuternde Darstellung der Wel lenform eines Signals, das von einer Emp fängersonde mit der Resonanzfrequenz von B Hz empfangen wird;

Fig. 18A eine Darstellung zur Erläuterung der Be ziehung zwischen dem Ausbreitungsabstand l und der empfangenen Signalintensität;

Fig. 18B eine Darstellung zur Erläuterung der Be ziehung zwischen dem Ausbreitungsabstand l und der Zeitdifferenz Δt;

Fig. 19A, 19B erläuternde Darstellungen der experi mentell erhaltenen Beziehung zwischen der empfangenen Signalintensität, dem Aus breitungsabstand und der Zeitdifferenz, wie sie in den Fig. 18A und 18B erläutert werden;

Fig. 20 eine Erläuterung der Sendersonde einer Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 21 eine erläuternde Darstellung einer her kömmlichen Prüfanlage für einen Druckbe hälter.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer ersten Ausfüh rungsform der Erfindung. Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt diese Ausführungsform eine Sendersonde 3, eine Empfänger sonde (oder eine Gruppe von Empfängersonden) 4, einen Sender 6, einen Schalter zum Auswählen der Empfängersonde 7, einen Empfänger 8, einen Detektor 9, eine Schaltung 10 zum Feststellen des Vorliegens einer empfangenen Welle, eine Schwellenwertsetzschaltung 11, eine Schaltung 12 zum Messen der Ausbreitungsstrecke, einen Speicher 13 zum Speichern der Ausbreitungsstrecken, einen Komparator 14, eine Schaltung 15 zur Berechnung der Mittenfrequenz, einen Speicher 16 zum Speichern der Sendesignalfrequenz, einen Speicher 17 zum Speichern der streckenabhängigen Frequenzdämpfungsverteilung und eine Anzeigeeinheit 18. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet ein Schallsignal.

Der Aufbau der Sendersonde 3 ist in Fig. 20 gezeigt. Hierbei bezeichnet das Bezugszeichen 901 einen Kristall- Signalumwandler aus Blei-Zirkonat-Titanat oder einem ähn lichen, einen piezoelektrischen Effekt zeigenden Mate rial. Dieser Signalumwandler erzeugt ein Schallsignal, wenn an ihn aufgrund des piezoelektrischen Effektes eine Spannung angelegt wird. Ein beispielsweise aus Acrylharz hergestellter Keil 902 bricht den vom Signalumwandler er zeugten Ultraschall gemäß dem Snelliusschen Brechungsge setz, so daß sich die gebrochenen Wellen als Oberflächen wellen durch das Material 903 des Behälters parallel zur Materialoberfläche ausbreiten. Es ist vorteilhaft, zwi schen dem Keil 902 und dem Material 903 ein (nicht ge zeigtes) Verbindungselement wie etwa Wasser oder Glyce rinpaste vorzusehen, um die Ausbreitung der Ultra schallwellen zu verbessern.

Da die Empfängersonde einen Aufbau besitzt, der demjeni gen der Sendersonde ähnelt, wird eine weitere, eingehende Beschreibung derselben unterlassen. Wenn an den Signalumwandler der Sendersonde eine Spannung angelegt wird, erzeugt er ein Schallsignal, während der Signalum wandler der Empfängersonde ein empfangenes Schallsignal in ein elektrisches Signal (Spannung) umwandelt.

Die Gruppe von Empfängersonden weist eine Mehrzahl von Empfängersonden mit Resonanzfrequenzen auf, die gleich oder kleiner als die Mittenfrequenz des Sendesignals sind. Die Resonanzfrequenzen sind im voraus experimen tell erhalten worden, indem die Frequenzverteilung g(f) eines gesendeten Schallsignals und die von der Strecke abhängende Dämpfungsverteilung h(f,l) der Frequenzen ver wendet werden und indem die jeweilige Resonanzfrequenz auf einer Frequenz festgelegt wird, die eine hohe Emp findlichkeit des empfangenen Signals entsprechend der ge messenen Strecke gewährleistet. Eine Empfängersonde mit einer anderen Frequenz wird leicht dadurch erhalten, daß ein Signalumwandler mit einer anderen Dicke verwendet wird.

In den Fig. 2A bis 2D sind schematisch Signalwellenformen auf den jeweiligen Stufen der ersten Ausführungsform ge zeigt, Fig. 3 ist ein Flußdiagramm eines Arbeitsablaufs.

Der Arbeitsablauf der vorliegenden Ausführungsform wird mit Bezug auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben.

Im Speicher 16 für die Frequenzverteilung des gesendeten Signals und im Speicher 17 für die streckenabhängige Dämpfungsverteilung werden im voraus Daten der Fre quenzverteilung g(f) des gesendeten Schallsignals bzw. Daten der von der Strecke abhängigen Dämpfungsverteilung h(f,l) der Frequenzen, die bei der Bestimmung der Reso nanzfrequenz der Empfängersonde erhalten werden, gespei chert. Zunächst ist der Empfänger 8 über den Schalter 7 mit einer Empfängersonde i der Empfängersondengruppe 4 verbunden. Der Ausbreitungsstreckenspeicher 13 wird auf 0 zurückgestellt. Von der Sendersonde 3 wird entsprechend einem Signal ª (Fig. 2A), das von einem Sender 6 (Schritt 51) gesendet wird, ein Schallsignal 5 (Fig. 2B) ausgesen det. Das sich ausbreitende Schallsignal wird von der Emp fängersonde i empfangen und über den Empfänger 8 an den Detektor 9 geschickt (Fig. 2C). Eine Schaltung 10 zur Be stimmung des Vorliegens einer empfangenen Welle bestimmt, ob das Signal (Fig. 2D), das vom Detektor 9 durch die Er mittlung des HF-Signals erhalten wird, einen von der Schwellenwertsetzschaltung 11 gesetzten Schwellenwert e (Fig. 2D) übersteigt, um ein Rauschen im voraus zu besei tigen (Beurteilungsschritt 52). Wenn während des Sendein tervalls für das Schallsignal kein den Schwellenwert übersteigendes Signal empfangen wird, wird vom Schalter 7 die Empfängersonde ii ausgewählt (Schritt 53). Der Weg des Signals von der Empfängersonde ii ist zwischen dem Schalter 7 und der Schaltung 10 zur Bestimmung des Vorliegens eines Empfangssignals der gleiche wie derje nige von der Empfängersonde i zur Schaltung 10. Dann wer den vom Schalter 7 nacheinander die Empfängersonden iii, iv, . . . gewählt, bis ein Empfangssignal erhalten wird, das gleich oder höher als der Schwellenwert ist. Wenn bei spielsweise die von der Empfängersonde ii empfangenen Wellen den Schwellenwert übersteigen, werden sie an die Ausbreitungsstreckenbestimmungsschaltung 12 geliefert, um anhand der Ausbreitungszeit die Ausbreitungsstrecke l₁ zu messen (Schritt 54). Die Daten der Ausbreitungsstrecke l₁ werden im Ausbreitungsstreckenspreicher 13 gespeichert. Gleichzeitig werden sie an den Komparator 14 geliefert, in dem sie mit den Daten der letzten Ausbreitungsstrecke l₀ (in diesem Fall ist der Anfangswert l₀ = 0), die im Ausbreitungsstreckenspeicher 13 gespeichert ist, vergli chen werden (Bestimmungsschritt 55). Wenn die Werte l₁ und l₂ verschieden sind, werden die Daten der Aus breitungsstrecke l₁ an die Mittenfrequenz-Berechnungs schaltung 15 geliefert, ferner werden die der Ausbreitungsstrecke l₁ entsprechenden Werte aus den Spei chern 16 und 17 ausgelesen und die Mittenfrequenz f_m wird entsprechend der Gleichung (1) berechnet (Schritt 56). Dann wird eine Empfängersonde I mit einer Resonanzfre quenz, die gleich der Mittenfrequenz f_m ist, ausgewählt (Schritt 53). Die Empfängersonde I empfängt die den Schwellenwert übersteigenden Signale. Der Weg des Signals zwischen dem Schalter 7 und dem Komparator 14 ist der gleiche wie derjenige des Signals von der Empfängersonde ii. Der Komparator 14 vergleicht die Strecke l₂ mit den Daten der Ausbreitungsstrecke l₁, die von der Empfänger sonde ii erhalten und im Speicher 13 gespeichert sind, wobei l₂ die Ausbreitungsstrecke der Empfängersonde I ist und von der Ausbreitungsstreckenbestimmungsschaltung 12 erhalten wurde (Schritt 55). Wenn l₁ gleich l₂ ist, wer den die Daten der Ausbreitungsstrecke l₂ an das Anzeige gerät 18 geliefert, um dort angezeigt zu werden (Schritt 57). Wenn l₁ und l₂ verschieden sind, werden die Daten l₂ an die Mittenfrequenz-Berechnungsschaltung 15 geliefert, um die der Strecke l₂ entsprechende Mittenfrequenz f_m zu erhalten (Schritt 56). Dann wird eine der Mittenfrequenz f_m entsprechende Empfängersonde ausgewählt, woraufhin der Sendevorgang begonnen wird. Die darauffolgenden Abläufe sind die gleichen wie diejenigen im Fall der Empfänger sonde I. Der Komparator 14 wiederholt seine Ver gleichsoperation so lange, bis die berechnete Ausbreitungsstrecke mit den im Speicher 13 gespeicherten Daten der letzten Ausbreitungsstrecke übereinstimmt.

Durch den Vergleich der Ausbreitungsstrecken wird entschieden, ob entweder eine weitere Empfängersonde aus gewählt wird oder ob die Ausbreitungsstrecke angezeigt und der Ablauf beendet wird. Ähnliche Ergebnisse können jedoch dadurch erzielt werden, daß mittels eines zwischen der Mittenfrequenz-Berechnungsschaltung 15 und dem Schal ter 7 vorgesehenen Komparators die Mittenfrequenzen verg lichen werden.

Nun wird mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben, wobei Fig. 5 ein Flußdiagramm ist, in dem der Arbeitsablauf der zwei ten Ausführungsform erläutert wird. Wie in Fig. 4 ge zeigt, umfaßt die Vorrichtung gemäß der zweiten Ausfüh rungsform einen Detektor 119 für die Intensität des Emp fangssignals, einen Speicher 120 für die Intensität des Empfangssignals, einen Speicher 121 für die Wellenform des Empfangssignals, einen Detektor 122 für die maximale Intensität des Empfangssignals, ein UND-Gatter 123, eine Sendersonde 103, eine Empfängersonde (eine Gruppe von Empfängersonden) 104, einen Sender 106, einen Schalter 107 für die Auswahl einer Empfängersonde und einen Emp fänger 108. Das Bezugszeichen 105 bezeichnet ein Schall signal. Die Elemente 103 bis 118 besitzen im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die entsprechenden Elemente der ersten Ausführungsform.

Während des Betriebs wird der Meßfehler im wesentlichen dann minimal, wenn der Empfang bei einer Frequenz ausge führt wird, bei der die Intensität des Empfangssignals maximal wird, wie oben erwähnt worden ist. Die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung mißt die Ausbreitungsstrecke anhand einer Frequenz, bei der die Intensität des Empfangssi gnals maximal wird. Der Schalter 107 verbindet den Emp fänger 108 mit der Empfängersonde i der Empfängersonden gruppe 104. Zunächst wird von einer Sendersonde 103 ein Schallsignal entsprechend einem vom Sender 106 ausgesen deten Signal (Schritt 151) in eine Probe geschickt und von der Empfängersonde i empfangen. Das empfangene Signal wird über den Empfänger 108 an den Detektor 109 gelie fert, wo es erfaßt wird, woraufhin das sich ergebende Si gnal an den Detektor 119 für die Intensität des Empfangs signal und an den Speicher 121 für die Wellenform des Empfangssignals geliefert wird. Der Speicher 121 für die Wellenform des Empfangssignals speichert die Daten über die Wellenform des empfangenen Signals und über die Num mer i der Empfängersonde, die das Signal empfangen hat (Schritt 152), anschließend wird das Signal an das UND- Gatter 23 geliefert. Die Daten der empfangenen Wellenform können entweder unbearbeitet oder als Daten der Ausbrei tungszeit gespeichert werden. Der Detektor 119 für die Intensität des Empfangssignals erfaßt als Intensität Pi des Empfangssignals den Spitzenwert derjenigen Signale, die den von der Schwellenwertsetzschaltung 111 gesetzten Schwellenwert übersteigen, um im voraus ein Rauschen zu beseitigen (Schritt 153). Die zu diesem Zeitpunkt verwen deten Daten des Spitzenwertes Pi und der Nummer i der Empfängersonde werden im Speicher 120 für die Intensität des Empfangssignals gespeichert (Schritt 154), daraufhin wird das Signal an das UND-Gatter 123 geliefert.

Nachdem die Daten im Speicher 120 für die Intensität des Empfangssignals und im Speicher 121 für die Wellenform des Empfangssignals gespeichert worden sind, veranlassen die zwei an das UND-Gatter gesendeten Signale aus den Speichern 120 und 121 dieses Gatter dazu, ein Signal für die Auswahl einer Empfängersonde auszugeben. Daher wählt der Schalter 107 eine Empfängersonde ii aus, so daß die Intensität Pii des Empfangssignals auf die gleiche Weise wie im Zusammenhang mit der Empfängersonde i berechnet wird (Schritt 153), anschließend werden die Daten der Nummer der Empfängersonde ii und der Intensität Pii des Empfangssignals im Speicher 120 für die Intensität des Empfangssignals gespeichert (Schritt 154), wie dies ana log im Zusammenhang mit der Empfängersonde i oben erwähnt worden ist. Danach werden die verbleibenden Empfängerson den nacheinander ausgewählt, wobei eine ähnliche Opera tion für jede der verbleibenden Empfängersonden ausge führt wird (Schritt 155). Nachdem eine solche Operation abgeschlossen worden ist, wird durch einen Detektor 122 für die maximale Intensität des Empfangssignals die maxi male Intensität des Empfangssignals ermittelt, um die Empfängersonde I für diesen Zeitpunkt zu bestimmen (Schritt 156). Die der Empfängersonde I entsprechenden Daten der Wellenform des Empfangssignals werden aus dem Speicher 121 für die Wellenform des Empfangssignals aus gelesen (Schritt 157) und an die Ausbreitungsstreckenbestimmungsschaltung 112 geliefert, in der die Ausbreitungsstrecke gemessen wird (Schritt 158) und die die Ergebnisse an die Anzeigevorrichtung 118 liefert, wo sie angezeigt werden (Schritt 159). Während in der ersten Ausführungsform erstens die Wellenform des Empfangssignals gespeichert wird und die Wellenform des Empfangssignals, die die maximale Intensität des Emp fangssignals liefert, ausgewählt wird, und zweitens die Ausbreitungsstrecke berechnet wird, kann die Anordnung auch so ausgebildet werden, daß zunächst die Strecke für jede Wellenform des Empfangssignals berechnet wird, daß dann die Daten der Strecke gespeichert werden und daß schließlich die Daten derjenigen Strecke, die einer Wel lenform mit maximaler Empfangssignalintensität entspre chen, als Daten ausgegeben werden, die einer genauen Strecke entsprechen, so daß die Wellenform des Empfangssignals in diesen Fall nicht gespeichert werden muß.

Der Vorteil der in Fig. 4 gezeigten zweiten Ausführungs form besteht darin, daß diese Vorrichtung einen verein fachten Aufbau besitzt, weil eine vorhergehende experi mentelle Bestimmung der Frequenzverteilung g(f) des ge sendeten Schallsignals und der Dämpfungsverteilung h(f,l) der von der Ausbreitungsstrecke abhängigen Frequenzen und eine Speicherung der Daten dieser Verteilungen im Spei cher nicht notwendig ist.

Nun wird mit Bezug auf die Fig. 6 und 7 eine dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In Fig. 6 ist schematisch der Aufbau einer Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung gezeigt, während in Fig. 7 ein Flußdiagramm des Arbeitsablaufs dieser Vor richtung gezeigt ist. Wie in Fig. 6 gezeigt, umfaßt die Vorrichtung eine Sendersonde 203, eine Empfängersonde 204 (Gruppe), einen Sender 206, einen die Empfängersonde aus wählenden Schalter 207, einen Empfänger 208, einen Detek tor 209, eine Schwellenwertsetzschaltung 211, eine Ausbreitungsstreckenmeßschaltung 212, eine Anzeigeeinheit 218, einen Empfangssignalintensitätsdetektor 219, einen Empfangssignalintensitätsspeicher 220, eine Schwellen wertsetzschaltung 221, einen Detektor 222 für die maxi male Intensität des Empfangssignals und einen Schaltungs- Umschaltschalter 224. Das Bezugszeichen 205 bezeichnet ein Schallsignal. Die Elemente, für die die letzten Zif fern ihrer Bezugszeichen mit den letzten Ziffern der Be zugszeichen der Elemente in den Fig. 1 und 4 übereinstim men, sind im wesentlichen mit diesen Elementen identisch.

Die in Fig. 6 gezeigte dritte Ausführungsform der Erfin dung besitzt im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die in Fig. 4 gezeigte zweite Ausführungsform; eine Ausnahme bilden der Speicher 121 für die Wellenform des Empfangs signals und das UND-Gatter 123.

Zunächst wird der Detektor 209 durch den Schalter 224 mit dem Empfangssignalintensitätsdetektor 219 verbunden. Die Sendersonde 203 sendet ein Schallsignal aus (Schritt 251), anschließend wählt der Schalter 207 nacheinander die entsprechenden Empfängersonden aus der Empfängerson dengruppe 204 aus, woraufhin die Empfangssignalintensitä ten der entsprechenden Empfängersonden gewonnen werden (Schritt 252) und die Daten der Nummern der Empfängerson den und die Empfangssignalintensitäten im Empfangssignalintensitätsspeicher 220 gespeichert werden (Schritt 253). Wenn Daten von sämtlichen Empfängersonden im Empfangssignalintensitätsspeicher 220 gespeichert sind (wenn der Entscheidungsschritt 254 "ja" ergibt), wird die Nummer I der Empfängersonde, für die im Detektor 222 für die maximale Intensität des Empfangssignals die Empfangs signalintensität maximal wird, berechnet (Schritt 255). Diese Betriebsabläufe sind die gleichen wie diejenigen der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform. Danach werden in der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform mittels des Schalters 224 der Detektor 209 und die Ausbreitungs streckenmeßschaltung 212 miteinander verbunden. Danach wird die I-te Empfängersonde ausgewählt (Schritt 256), die wieder das ausgesendete Schallsignal empfängt (Schritt 257), anschließend wird das Empfangssignal an die Ausbreitungsstreckenmeßschaltung 212 geliefert, die die Ausbreitungsstrecke mißt (Schritt 258) und ein die gemessene Strecke anzeigendes Signal an die Anzeigeein heit 218 schickt, damit dieses angezeigt wird (Schritt 259).

Nun wird der Aufbau einer vierten Ausführungsform der Er findung beschrieben. Die ersten bis dritten Ausführungsformen werden dann verwendet, wenn die Aus breitungsstrecke zwischen der Sendersonde und der Empfän gersonde unbekannt ist. Wenn die Position des Wandober flächen-Prüffahrzeugs bei der Überprüfung einer Schweiß naht beispielsweise eines Kernreaktordruckbehälters er mittelt wird, ist die Startposition des Prüffahrzeugs be kannt, außerdem werden mehrere Empfängersonden mit je weils verschiedener Resonanzfrequenz verwendet. In Fig. 8A ist ein Fall gezeigt, in dem drei Empfängersonden 304, die mit A, B und C bezeichnet werden, verwendet werden und in dem der Ausbreitungsabstand zu Beginn den Wert l₀ besitzt. Wie in den Fig. 8B und 8C gezeigt, werden die Beziehungen zwischen der Empfangssignalintensität P und der Ausbreitungsstrecke l für die Empfängersonden A, B und C bzw. die Beziehung zwischen der Zeitdifferenz Δt und der Ausbreitungsstrecke l der Empfängersonden A, B und C im voraus untersucht und daraus die Strecken l_A und l_B berechnet. Die Empfängersonde A wird dann verwendet, wenn die Ausbreitungsstrecke l zwischen l₀ und l_A liegt, die Empfängersonde B wird dann verwendet, wenn die Strecke zwischen l_A und l_B liegt, während die Empfänger sonde C dann verwendet wird, wenn die Strecke größer als l_B ist. Dieses Prinzip liegt der vierten Ausführungsform der Erfindung zugrunde, die nun mit Bezug auf die Fig. 9 und 10 beschrieben wird, wobei Fig. 10 ein Flußdiagramm des Betriebsablaufs der vierten Ausführungsform ist. Wie in Fig. 9 gezeigt, umfaßt die Vorrichtung gemäß der vier ten Ausführungsform einen Komparator 325 und einen Spei cher 326 für die Daten l_A und l_B. Diejenigen Elemente, bei denen die letzten Ziffern der Bezugszeichen mit den letzten Ziffern der Bezugszeichen in den Fig. 1, 4 und 6 übereinstimmen, sind im wesentlichen mit diesen Elementen identisch.

Nun wird der Betriebsablauf der vierten Ausführungsform beschrieben. Der Schalter 307 verbindet die Empfänger sonde A mit dem Empfänger 308 (Schritt 351). Das vom Sen der 306 ausgesendete Signal veranlaßt die Sendersonde 303, in eine Probe ein Schallsignal abzugeben (Schritt 352), das von der Empfängersonde A empfangen wird. Das Empfangssignal wird über den Schalter 307 und den Empfän ger 308 an den Detektor 309 geliefert. Nach der Erfassung wird die Ausbreitungsstrecke 1 durch die Ausbreitungs streckenmeßschaltung 312 gemessen (Schritt 353). Die Da ten der gemessenen Strecke l werden an die Anzeigeeinheit 318 und außerdem an den Komparator 325 geliefert, der die Daten der momentanen Ausbreitungsstecke l mit den im vor aus im Speicher 326 gespeicherten Daten l_A und l_B ver gleicht (Schritt 356). Aufgrund der folgenden Bedingun gen, die oben mit Bezug auf die Fig. 8B und 8C genannt worden sind, wird eine Empfängersonde ausgewählt:

Empfängersonde A, falls l < l_A,
Empfängersonde B, falls l_A l < l_B,
Empfängersonde C, falls l_B l.

Statt der Empfängersonde A schaltet der Schalter 307 zu einer weiteren, vom Komparator 325 ausgewählten Empfängersonde (Schritte 357 und 358), daraufhin wird das Signal erneut ausgesendet (Schritt 352) und die Ausbreitungsstrecke l gemessen (Schritt 353).

Die in Fig. 9 gezeigte Ausführungsform besitzt den Vor teil, daß das Prüfelement die Ausbreitungsstrecke während der Bewegung des Wandoberflächen-Prüffahrzeugs messen kann.

In den obigen Ausführungsformen sind sämtliche Empfänger sonden der Empfängersondengruppe mit den Oberflächen der zu untersuchenden Gegenstände ständig in Kontakt.

In Fig. 11 ist schematisch der Aufbau einer fünften Ausführungsform der Erfindung dargestellt, in der ledig lich eine Empfängersonde ausgewählt und in Kontakt mit der Oberfläche des Gegenstandes angeordnet wird. Wie in Fig. 11 gezeigt, umfaßt diese Ausführungsform eine dreh bare Trommel 27, einen Luftzylinder 28, einen Kompressor 29, einen Schalter 30, ein Drehelement 31, eine Empfän gersonde 404 und einen (zu vermessenden) Gegenstand 401. Wie in Fig 11. gezeigt, befindet sich die Empfängersonde i mit dem Gegenstand 401 in Kontakt und empfängt ein Si gnal. Es wird angenommen, daß während des Betriebs eine Empfängersonde ii entsprechend einem Eingangssignal S ausgewählt wird. Aufgrund dessen unterbricht der Schalter 30 vorübergehend die Zuführung komprimierter Luft vom Kompressor 29 an den Luftzylinder 28. Daher wird der Luftzylinder der Empfängersonde i zurückgezogen, so daß die Empfängersonde i vom Gegenstand 401 wegbewegt wird. Danach wird die drehbare Trommel 27 vom Drehelement ge dreht, so daß die Empfängersonde ii an die bisherige Po sition der Empfängersonde i gesetzt wird. Schließlich richtet der Schalter 30 die Strömung der komprimierten Luft in den Luftzylinder der Empfängersonde ii. Daher wird der betreffende Zylinder ausgefahren, so daß die Empfängersonde ii mit dem Gegenstand 401 in Kontakt kommt, um ein Schallsignal aufzunehmen. Obwohl in der dargestellten Ausführungsform acht Empfängersonden vorge sehen sind, ist die Erfindung nicht auf diese Anzahl be schränkt.

Gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung, wie sie in Fig. 11 gezeigt ist, ist nur eine der Empfängersonden mit dem Gegenstand 401 in Kontakt befindlich angeordnet, so daß die Kontaktfläche vorteilhaft klein ist. Weiterhin kann die Auswahl und das Absetzen einer Empfängersonde leicht ausgeführt werden.

Nun wird mit Bezug auf Fig. 12 eine Ausführungsform eines Wandoberflächen-Prüffahrzeugs (einer nicht zerstörenden Prüfanlage) beschrieben, das als Anwendung des erfin dungsgemäßen Streckenmeßelementes dient, die darauf ge richtet ist, zu bestimmen, ob eine Schweißnaht eines großen Druckbehälters in Ordnung ist oder nicht.

Das Bezugszeichen 701 bezeichnet einen Druckbehälter, der die aktive Zone eines Kernreaktors enthält. Die unterbro chene Linie in Fig. 12 bezeichnet eine zu überprüfende Schweißnaht. Ein Wandoberflächen-Prüffahrzeug 702 besitzt eine magnetische Gleiskette 706, so daß es magnetisch haftend am Behälter entlang beweglich ist. Eine Schweiß nahtprüfanlage 705 sendet Ultraschallwellen an die Schweißnaht und analysiert die empfangenen, reflektierten Wellen, um zu bestimmen, ob die Schweißnaht in Ordnung ist. Das Bezugszeichen 703 bezeichnet eine Sendersonde, das Bezugszeichen 704 bezeichnet eine Empfängersonde (Gruppe). Sowohl die Sender- als auch die Empfängersonden sind mit einem Streckenmeßelement 707 über ein Kabel system, wie es der vorliegenden Ausführungsform eigentüm lich ist, verbunden. Statt dessen können die Signale auch über Funk ausgesendet und empfangen werden.

Das von der Sendersonde 703 ausgesendete Schallsignal breitet sich als Oberflächenwelle durch den Behälter 701 aus und wird von einer optimalen Empfängersonde der Empfängersondengruppe empfangen, wobei die Strecke zwi schen der Sendersonde und der Empfängersonde aus dem Si gnal berechnet wird. Obwohl im erläuterten Ausführungs beispiel die Sendersonde auf dem sich bewegenden Wand oberflächen-Prüffahrzeug und die Empfängersondengruppe, die eine Mehrzahl von Empfängersonden besitzt, fest am Gegenstand angeordnet ist, kann die Anordnung dieser Son den selbstverständlich frei gewählt werden.

Nun wird beschrieben, wie die Position des Wandoberflä chen-Prüffahrzeugs (eine überprüfte Position) aus der ge messenen Strecke erhalten oder entwickelt werden kann. Das Wandoberflächen-Prüffahrzeug bewegt sich längs der Schweißnaht, während es diese gemäß einer vorgegebenen Routine untersucht; das heißt, daß das Wandoberflächen- Prüffahrzeug sich ständig auf der Schweißnaht befindet. Wenn daher die Strecke l zwischen dem Wandoberflächen- Prüffahrzeug und der Empfängersonde bekannt ist, befindet sich die Position des Wandoberflächen-Prüffahrzeugs im Schnittpunkt der Schweißnaht und einem Kreis mit Radius l, dessen Mittelpunkt durch die Empfängersonde gebildet wird. Selbst wenn der Kreisbogen die Schweißnaht in zwei oder mehr Punkten schneidet, bewegt sich das Wandoberflä chen-Prüffahrzeug entlang der vorgegebenen Strecke, wie oben erwähnt, so daß es leicht ist, zu bestimmen, an wel chem Schnittpunkt sich das Wandoberflächen-Prüffahrzeug befindet, weil bekannt ist, auf welcher Schweißnaht sich das Wandoberflächen-Prüffahrzeug befindet.

Obwohl die obige Beschreibung auf eine Anordnung der Emp fängersondengruppe an einem einzigen Punkt gerichtet ist, ist es denkbar, daß wegen den großen Abmessungen des Druckbehälters eine Mehrzahl von Empfängersonden (Gruppen) vorgesehen werden könnten. Auch in diesem Fall befindet sich die Position des Wandoberflächen-Prüffahr zeugs in einem Schnittpunkt der Schweißnaht mit Kreisli nien, deren Radien durch die von den jeweiligen Empfän gersonden (Gruppen) gemessenen Strecken gegeben sind und deren Mittelpunkte die jeweiligen Empfängersonden bilden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht nur auf ein Wandober flächen-Prüffahrzeug für die Prüfung von Druckbehältern anwendbar, sondern auch in großem Ausmaß auf Messungen von großen Entfernungen, die eine Verschiebung der Mittenfrequenz des ausgesendeten Signales hervorruft, so daß sich die Frequenzverteilung beim Empfang des Signals von derjenigen beim Aussenden des Signals unterscheidet. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung auf Geräte anwendbar, die selbstangetrieben die Oberflächen von Ge bilden wie etwa Erdöl- oder Gasbehälter, Dampferzeuger, Schiffe, Rohrleitungen, Brücken oder Gebäude abfahren, um diese Gebilde zu überprüfen, anzustreichen, zusammenzufü gen und/oder zu reparieren.

Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Ausführungsformen, die die Strecke zwischen den auf einer Oberfläche eines Gebildes angeordneten Sender- und Empfängersonden messen und dabei eine Oberflächenwelle verwenden, kann mit der vorliegenden Erfindung die Strecke (Dicke) zwischen einer Sendersonde und einer Empfängersonde, die an der Vorder seite und der Rückseite einer großen Festkörperstruktur angeordnet sind, gemessen werden, indem ein Schallsignal senkrecht durch die Oberfläche des Gebildes gesendet wird.

Obwohl in den obigen Ausführungsformen ein von einer Sen dersonde ausgesendetes Schallsignal dargestellt ist und obwohl beschrieben worden ist, daß dieses Signal von ei ner Empfängersonde empfangen wird, kann von der Empfän gersonde selbstverständlich auch ein reflektiertes Signal empfangen werden. Beispielsweise ist die vorliegende Er findung auf die Messung der Wassertiefe in Ozeanen oder der Flüssigkeitstiefe in Behältern anwendbar, indem ein Schallsignal von einem Senderelement nach unten gesendet wird und das Signal vom Boden des Ozeans oder des Behäl ters reflektiert wird, so daß eine Empfängersonde das re flektierte Signal empfängt, wobei die Sendersonde und die Empfängersonde nahe beieinander angeordnet und mit einer zwischen ihnen angeordneten Abschirmungsplatte versehen sind.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand besonderer Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist es dem Fachmann selbstverständlich möglich, verschiedene Ände rungen und Abwandlungen auszuführen, die jedoch sämtlich von der vorliegenden Erfindung eingeschlossen werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Entfernungsmessung, mit
einer Sendersonde (39 zum Aussenden eines Schall signals von einem Sender (6); und
einer Mehrzahl von Empfängersonden (4), die das Signal empfangen können;
dadurch gekennzeichnet, daß
Steuermittel (7 bis 18) zur Steuerung der Funk tionen der Sendersonde (3) und der Mehrzahl der Empfängersonden (4) vorgesehen sind; und
wenigstens eine der Mehrzahl der Empfängersonden (4) eine Resonanzfrequenz besitzt, die von der Mitten frequenz der Frequenzen eines von der Sendersonde (3) ausgesendeten Signals verschieden ist.

2. Vorrichtung zur Entfernungsmessung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel
Auswahlmittel (7) zur Auswahl einer Empfänger sonde (4); und
Rechenmittel (15) zum Berechnen der Mittenfre quenz der Frequenzen des der Ausbreitungsstrecke ent sprechenden Schallsignals (5)
aufweisen, und daß
eine Empfängersonde (4), die eine Resonanzfre quenz besitzt, die gleich der Mittenfrequenz der Frequen zen des Schallsignals (5) ist, dieses Schallsignal emp fängt.

3. Vorrichtung zur Entfernungsmessung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel
Auswahlmittel (107) zur Auswahl einer Empfänger sonde (4),
Speichermittel (121) zum Speichern des von der Empfängersonde (49 empfangenen Signals,
Intensitätserfassungsmittel (119) zum Erfassen der Intensität des empfangenen Schallsignals und
Sondenermittlungsmittel (122) zum Ermitteln einer Empfängersonde (4), die ein Schallsignal empfängt, dessen Intensität gegenüber den Intensitäten der von den anderen Empfängersonden empfangenen Schallsignale maximal ist, aufweisen und daß
die Entfernung aus dem Signal berechnet wird, das von der Empfängersonde (4) empfangen wird, für die die Intensität des ermittelten Schallsignals maximal ist.

4. Vorrichtung zur Entfernungsmessung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel
Auswahlmittel (207) zur Auswahl einer Empfänger sonde (204) ;
Intensitätserfassungsmittel (219) zum Erfassen der Intensität der empfangenen Schallsignale; und
Sondenauswahlmittel (222) zur Auswahl einer Empfängersonde (204), die dasjenige Schallsignal empfan gen würde, dessen Intensität gegenüber den Intensitäten der von den anderen Empfängersonden (204) empfangenen Schallsignale maximal ist, derart, daß diese ausgewählte Empfängersonde (204) das Schallsignal empfängt, aufweisen.

5. Vorrichtung zur Entfernungsmessung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel
Auswahlmittel (307) zur Auswahl einer Empfänger sonde (A, B oder C),
Sondenauswahlmittel (326) zur vorherigen Auswahl einer Empfängersonde entsprechend der Entfernung und zum Speichern einer Strecke, bei der die Empfängersonde ange bracht wird,
Vergleichsmittel (325) zum Vergleichen der gemes senen Entfernung mit derjenigen Entfernung, bei der die Empfängersonde angebracht wird, aufweisen und daß
eine Empfängersonde, die das Schallsignal emp fängt, entsprechend der Entfernung ausgewählt wird.

6. Vorrichtung zur Entfernungsmessung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Empfängersonden-Auswahlelement, das
ein Drehelement (31) zum Bewegen einer eine Mehr zahl von Empfängersonden (i, ii, iii, . . .), die längs der Umfangslinie einer um ihre Mittelachse drehbaren Scheibe (27) angeordnet sind, aufweisenden Empfängersonde in eine Position, in der diese Empfängersonde mit der Oberfläche eines zu überprüfenden Gegenstandes in Kontakt gelangt,
einen Kompressor (29) zum Einstellen eines an eine Mehrzahl von Luftzylindern (28) angelegten Druckes, wobei die Luftzylinder in einer Flüssigkeitsverbindung mit den entsprechenden Empfängersonden sind, um dadurch den Kontakt der Empfängersonde mit der Gegen standsoberfläche einzustellen, und
einen Umschalter zum Verteilen einer Kompressor last so, daß die entsprechende Empfängersonde geeignet belastet wird, aufweist.

7. Wandoberflächen-Prüffahrzeug, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Entfernungsmessung gemäß Anspruch 1.

8. Wandoberflächen-Prüffahrzeug, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Entfernungsmessung gemäß Anspruch 2.

9. Wandoberflächen-Prüffahrzeug, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Entfernungsmessung gemäß Anspruch 4.

10. Wandoberflächen-Prüffahrzeug, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Entfernungsmessung gemäß Anspruch 5.

11. Wandoberflächen-Prüffahrzeug, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Entfernungsmessung gemäß Anspruch 6.

12. Wandoberflächen-Prüffahrzeug für die Prüfung eines Druckbehälters, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Entfernungsmessung gemäß Anspruch 1.

13. Verfahren zur Entfernungsmessung, gekennzeichnet durch die Schritte
des Aussendens eines Schallsignals (5) von einer Sendersonde (3), (Schritt 51),
des Empfangens des Schallsignals (5) mittels ei ner Empfängersonde (4) und des Berechnens der Ausbrei tungsstrecke (Schritt 52),
des Berechnens der Mittenfrequenz eines für die berechnete Ausbreitungsstrecke optimalen Schallsignals (5) (Schritt 56);
des Bestimmens einer Empfängersonde (4) aus einer Mehrzahl von Empfängersonden (4), die als Resonanzfre quenz eine Frequenz besitzt, die für die berechnete Mittelfrequenz des Schallsignals (5) optimal ist, wobei die weiteren Empfängersonden (4) der Mehrzahl von Empfän gersonden Resonanzfrequenzen besitzen, die von der Mit tenfrequenz des von der Sendersonde (3) ausgesendeten Si gnals (5) verschieden sind (Schritt 53); und
des Empfangens des Signals (5) durch die be stimmte Empfängersonde und des Berechnens der Ausbreitungsstecke (Schritte 54 und 55).

14. Verfahren zur Entfernungsmessung, gekennzeichnet durch die Schritte
des Aussendens eines Schallsignals (5) von einer Sendersonde (203, Schritt 251);
des Empfangens des ausgesendeten Schallsignals (5) durch die aufeinanderfolgende Auswahl einer Mehrzahl von Empfängersonden (204), die Resonanzfrequenzen besit zen, die von der Mittenfrequenz des von der Sendersonde (203) ausgesendeten Schallsignals verschieden sind;
des Ermittelns der Intensitäten der von den jeweiligen Empfängersonden empfangenen Schallsignale (Schritt 252);
des Speicherns der entsprechenden ermittelten In tensitäten der Schallsignale (Schritt 253);
des Bestimmens einer Empfängersonde (204), bei der die gespeicherte Intensität des von ihr empfangenen Schallsignals gegenüber den weiteren gespeicherten In tensitäten der Schallsignale maximal wird (Schritt 255); und
des Empfangens des Schallsignals mittels der be stimmten Empfängersonde (Schritt 256) und des Berechnens der Ausbreitungsstrecke (Schritt 258).

15. Vorrichtung zur Entfernungsmessung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
sie eine Mehrzahl von Empfängersonden (304) , die Resonanzfrequenzen besitzen, die von der Mittenfrequenz eines von einer Sendersonde (303) ausgesendeten Signals verschieden sind, und einen Speicher (326) zum Speichern von Streckendaten, aufgrund derer eine Empfängersonde ge gen eine andere ausgetauscht wird, aufweist; und
in der Vorrichtung ein Verfahren zur Anwendung kommt, das folgende Schritte aufweist:
Aussenden eines Schallsignals (305) von einer Sendersonde (303, Schritt 352) ;
Berechnen einer Ausbreitungsstrecke anhand des von einer Empfängersonde (304) empfangenen Schallsignals (Schritt 353); und
Vergleichen der Daten der berechneten Strecke mit den Daten einer im Speicher (326) gespeicherten Strecke, gemäß der die Empfängersonde (304) ausgetauscht wird, und Auswählen einer weiteren Empfängersonde (A, B oder C) entsprechend der Strecke.