DE4040190C2 - Verfahren zur Laufzeitmessung von Ultraschall bei der Impuls-Reflexionsmethode - Google Patents

Verfahren zur Laufzeitmessung von Ultraschall bei der Impuls-Reflexionsmethode

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Laufzeitmessung von Ultraschall mit der Impuls-Reflexionsmethode nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.
Zur Bestimmung der Restwanddicke von Rohrleitungen wird in ei­ nem Korrosionsprüfmolch ein Laufzeitmeßverfahren mittels Ul­ traschall nach dem Impuls-Reflexions-Prinzip eingesetzt.
Der durch den Sendeimpuls am Prüfkopf ausgelöste Ultraschal­ limpuls durchläuft die Ölvorlaufstrecke, wird zu einem Teil an der Rohrvorder- bzw. Rohrinnenwand reflektiert und gelangt zum Prüfkopf zurück. Die restliche Schallenergie dringt in die Rohrwandung ein, wird zu einem großen Teil an der Rohrrück- bzw. Rohraußenwand reflektiert und gelangt ebenfalls zum Prüf­ kopf zurück. Je nach Schallschwächung kommt es zu Mehrfachre­ flexionen innerhalb der Rohrwandung.
Die Ermittlung der Laufzeiten erfolgt mit Hilfe getakteter Zähler, die durch die Echoimpulsfolge bei Überschreiten vorge­ gebener Schwellwerte gestartet bzw. gestoppt werden. Die Vor­ laufstrecke ergibt sich aus der Laufzeit zwischen dem Sendeim­ puls und dem Vorderwandecho, die Wanddicke aus der Laufzeit zwischen Vorderwandecho und erstem Rückwandecho. Die folgenden Rückwandechos bleiben unberücksichtigt.
Bei rauhen Oberflächen ist das Echobild ein Abbild der vom Sensor erfaßten Oberflächenstruktur. Statt eines einzelnen Echoimpulses (wie bei glatter Oberfläche) wird eine Impuls­ folge vom Sensor empfangen. Das Echobild wird aufgeweitet. Die zeitliche Aufweitung ist von der Schallgeschwindigkeit des Me­ diums abhängig; sie ist somit an der Rückwand unterschiedlich zu der an der Rohrvorderwand. Durch diese Gesetzmäßigkeiten kann bei rauhen Wandungen, in Abhängigkeit von der Wandstärke, eine Verschmelzung der Echobilder von Vorder- und Rückwand her­ vorgerufen werden.
Aus der DE 36 38 936 A1 ist ein Verfahren der e. g. Art be­ kannt, bei dem bei rauher Oberfläche entweder falsche oder überhaupt keine Laufzeiten zur Wandstärkebestiminung gemessen werden können.
Des weiteren ist aus der DE 38 22 699 ein Verfahren bekannt, bei welchem mit Hilfe einer Meßsperrzeit und einer sich zeit­ lich ändernden Triggerschwelle für das Rückwandecho eine ein­ deutige Laufzeitmessung möglich ist. Dieses Verfahren versagt jedoch bei rauhen Oberflächen, wenn der erste Vorderwandreflex niedriger als der zweite ist oder wenn die Aufweitung der Im­ pulsfolge zeitlich länger als die Zeitdauer der sich ändernden Triggerschwelle ist (z. B. bei Wandstärkezunahme in einem Rohrsegment).
In W. Hillger, "Ein neues Verfahren zur Spitzenwertmessung von Ultraschall-Prüfimpulsen", aus: messen prüfen automatisieren, Dezember 1987, Heft 12, Sn. 718 bis 722 werden Verfahren zur Spitzenwertmessung beschrieben. Pro Ultraschallschuß werden jeweils zwei Schwellen festgelegt, aus deren Überschreiten Be­ dingungen für die erforderliche Änderung dieser Schwellen für den nächsten Schuß abgeleitet werden. Zur Digitalisierung der Impulse sind viele Ultraschall-Schüsse nötig. Zeitfenster sind nicht erwähnt.
In der DE 31 08 545 C2 wird ebenfalls ein Verfahren zur Digi­ talisierung und zum Abspeichern des Maximalwertes von Ultra­ schall-Fehlerimpulsen beschrieben. Dabei können durch eine einstellbare Blende bestimmte Fehlerimpulse unterdrückt wer­ den.
Es ist nicht beschrieben, mehr als nur den Maximalwert von je­ dem Fehlerimpuls aufzunehmen.
In der DE 29 33 070 C2 wird ein Verfahren zur Digitalisierung von Ultraschall-Echoimpulsen beschrieben. Dabei ist die Zeit­ achse in 256 Schritten gerastert. Für jeden Ordinatenwert des Ultraschall-Signals ist ein Ultraschall-Schuß erforderlich.
In der DE 34 35 989 C2 wird ein Verfahren zur Wanddickenmes­ sung mittels Ultraschall beschrieben. Dabei wird nach dem Ul­ traschall-Erregerimpuls eine Schwelle gesetzt, welche bei Überschreiten durch ein Echosignal auf dessen Amplitude erhöht wird.
Es kann also immer nur ein Rückwandecho erfaßt werden. Durch entsprechendes Setzen des Zeittores kann auch das zweite oder das dritte Rückwandecho erfaßt werden, jedoch immer nur eines.
Des weiteren ist aus J. G. Ottes et al., "Korrosion frühzeitig erkennen", In: Elektronik 26/23.12.88, Sn. 66 bis 70 ein Ver­ fahren der gattungsgemäßen Art bekannt. Es findet sich zwar ein Hinweis, mehrere Rückwandechos durch passend gelegte Zeit­ fenster sauber von einander zu trennen, die Auswertung mehre­ rer Rückwandechos ist jedoch nicht erwähnt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der e. g. Art so zu verbessern, daß auch bei rauhen Oberflächen und bei Ausfall und Verfälschung von Impulsreflexionen Laufzeitmessungen für Dickenbestimmungen und Abnormalitäten zuverlässig durchgeführt werden können.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst.
Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens.
Die Erfindung wird im folgenden mit Hilfe eines Ausführungs­ beispiels und anhand der Figuren näher erläutert. Es folgt eine Kurzbeschreibung der Figuren.
Die Fig. 1 zeigt ein Ultraschallechobild.
Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen Fehlersituationen der herkömm­ lichen Laufzeitmessungen.
Die Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Fig. 6a, 6b, 7a und 7b zeigen Signalverarbeitungen von zwei unterschiedlichen Ultraschallimpulsen.
Die Fig. 8a, 8b und 8c zeigen beispielhafte Datenreduktio­ nen.
Fig. 9 zeigt das Auswählen der relevanten Daten.
Die Ermittlung der Laufzeiten erfolgt bei der DE 36 38 936 A1 mit Hilfe getakteter Zähler, die durch die Echoimpulsfolge bei Überschreiten vorgegebener Schwellwerte gestartet bzw. ge­ stoppt werden. Die Vorlaufstrecke ergibt sich aus der Laufzeit zwischen dem Sendeimpuls 1 und dem Vorderwandecho 2, die Wand­ dicke aus der Laufzeit zwischen Vorderwandecho 2 und erstem Rückwandecho 3. Die folgenden Rückwandechos 4, 5, 6 bleiben unberücksichtigt (Fig. 1).
Wie die bisherigen Messungen gezeigt haben, führt dieses Ver­ fahren häufig zu Fehlinterpretationen bei der Wandstärkenbe­ stimmung, obwohl der tatsächliche Signalverlauf Informationen enthält, die auf die korrekte Wanddicke schließen lassen.
Eine Verbesserung der Echobildauswertung läßt sich folglich dadurch erzielen, daß der gesamte Signalverlauf mit den durch Mehrfachreflexionen erzeugten Folgeimpulsen zur Bestimmung der Wanddicke herangezogen wird.
Dies läßt sich nur realisieren, indem die relevanten Größen der Impulsfolge einem Mikroprozessor-System zugeführt werden und daraus der Wert für die Wandstärke ermittelt und auf seine Richtigkeit überprüft wird.
Die mangelhafte Auswertung des Echosignales mit Hilfe des her­ kömmlichen Verfahrens zur Laufzeitmessung führt zu fehlenden oder falschen Wanddickenwerten. Im folgenden sind verschiedene Fehlerklassen aufgeführt. Dabei werden Lösungsvorschläge in Verbindung mit der Digitalisierung des Echosignales aufge­ zeigt. Die jeweiligen Abbildungen zeigen das Echobild 7, das Meßtor der Wandstärkenmessung 8, sowie die Meßsperrblende 9.
Die in Fig. 2 dargestellten Rückwandechos haben zu geringe Am­ plituden. Das Rückwandechosignal 3, 4 wird durch Interferenzen oder Streuungen so stark gedämpft, daß die Amplitude unterhalb der Triggerschwelle bleibt. Das Meßtor Wandstärke 8 wird folg­ lich nicht geschlossen, und es liegt somit kein Meßwert für die Wandstärke vor. Die Triggerschwelle liegt bei ca. 0,8 V. Ein Herabsetzen dieser Schwelle kann zu Fehlmessungen infolge von Störeinflüssen (Übersprechen) führen. Eine Erhöhung der Empfindlichkeit (bei gleichem Störabstand) kann durch Gleichrichtung und Integration erreicht werden.
Die Fig. 3 zeigt eine Triggerung auf dem zweiten statt auf dem ersten Rückwandecho. Bedingt durch Interferenzen oder Streuun­ gen kann die Amplitude des zweiten Rückwandechos 4 größer als die Amplitude des ersten Rückwandechos 3 sein. Dies kann dazu führen, daß die Triggerung des Zählers auf dem zweiten Rück­ wandecho 4 erfolgt und somit das Meßergebnis 8 die doppelte Laufzeit anzeigt. Eine Eliminierung dieses Fehlers ist durch eine Plausibilitätsüberwachung bzw. durch eine Echobild­ auswertung, die auch den zweiten Außenwandimpuls berücksich­ tigt, erreichbar.
Die Fig. 4 zeigt den Meßwertausfall im Bereich kleiner Wand­ stärken oder tiefer Korrosion. Eine rauhe Oberfläche der Vor­ derwand führt zur Aufweitung des Vorderwandechoimpulses 2. Statt nur eines Impulses wird eine Echofolge empfangen. Bei geringen Wandstärken (6 mm und weniger) kann dadurch eine Ver­ schmelzung der Echobilder von Vor- und Rückwand hervorgerufen werden. Um eine Fehlmessung zu vermeiden, wird über eine Meß­ sperrzeit 9 die Schließung des Meßtores für die Wanddickenmes­ sung verhindert. Diese Blende wird auf ca. 1,7 µs eingestellt, was einer Wanddicke von 6 mm entspricht. Geringere Wandstärken lassen sich also nicht erfassen. Vielmehr kann es dazu führen, daß unmittelbar nach Ablauf der Meßsperrzeit 9 das infolge ei­ ner rauhen Oberfläche aufgeweitete Echosignal noch oberhalb der Triggerschwelle liegt und somit den Zähler stoppt. Dies führt dann zum Erfassen der Meßsperrzeit als Maß für die Wand­ dicke 8.
Um Korrosionen tiefer als 6 mm zu messen, bzw. Rohre mit ge­ ringer Wandstärke prüfen zu können, bedarf es der Bewertung der Einhüllenden des Echobildes bzw. der Einbeziehung des zweiten und weiterer Rückwandechos.
Während des Prüflaufes kann das vom Detektor empfangene Ultra­ schallecho durch verschiedene Einwirkungen gedämpft werden, so z. B.
  • - Eine Deformation des Sensorträgers oder eine Deformation der Leitungswandung kann bewirken, daß einzelne Prüfköpfe unter einen von der Wandungs-Senkrechten abweichenden Win­ kel einschallen. Die Folge ist die von der Abweichung ab­ hängige Schwächung des empfangenen Echosignals.
  • - In längeren Ölleitungen kann es vorkommen, daß die Oberflä­ che von US-Sensoren durch verfestigtes Öl bedeckt wird. Diese Verschmutzung verursacht eine Dämpfung der Ultra­ schall-Impulse. Daraus resultierend können ab einem gewis­ sen Verschmutzungsgrad die voreingestellten Triggerschwel­ len der Laufzeitmessung nicht mehr überschritten werden; es kann dann keine Messung erfolgen.
Eine hohe Impulsverstärkung kann nicht verwendet werden, da bei zu hoher Grundverstärkung die Impulse zu sehr verbreitert werden, dies führt zu fehlerhafter Laufzeitbestimmung.
Nur eine individuelle, vom Dämpfungsgrad abhängige Verstär­ kungsnachführung kann in solchen Fällen eine Laufzeitmessung noch ermöglichen.
Eine Verbesserung der Auswertung läßt sich somit durch eine Digitalisierung des Echosignales mit anschließender on-line- Auswertung mit Hilfe eines geeigneten Mikroprozessor-Systems erzielen.
Dazu muß zunächst das Echosignal abgetastet, digitalisiert und in einem Zwischenspeicher abgelegt werden. Anschließend werden die Impulse mit Hilfe einer schnellen Hardware aussortiert und deren Amplitude und Zeitzuordnung an den Auswerterechner über­ geben.
Anhand des Blockdiagrammes von Fig. 5 wird nun die Verarbei­ tung eines Echosignals erläutert.
Das Echosignal 7 wird zunächst gleichgerichtet und geglättet 11 und anschließend einem A/D-Wandler 12 zugeführt, der das Signal mit einer Auflösung von 8 Bit digitalisiert. Die Korrosionsmessung wird üblicherweise mit Sensoren ausgeführt, die eine Resonanzfrequenz von 5 MHz haben. Um Spitzenamplitu­ den eindeutig zu erfassen, wird die A/D-Wandlung mit einer Sampling Rate von 28 MHz durchgeführt. Die digitalen Amplitudenwerte 13 werden dann in einem FIFO-Zwischenspeicher 14 abgelegt. Die Speichertiefe beträgt je nach zu prüfender Wandstärke 256 bzw. 512 Watt, was einem Datenerfassungszeit­ raum von 9 bzw. 18 µs entspricht. Die Digitalisierung be­ schränkt sich deshalb lediglich auf die Impulsfolge Vorderwandecho und darauffolgende Rückwandechos.
Die Bestimmung der Vorlaufzeit erfolgt in gewohnter Weise mit Hilfe eines getakteten Zählers, der durch den Sendeauslöseim­ puls (SAP) 10 gestartet und durch den Innenwandechoimpuls 2 bei Überschreiten der vorgegebenen Triggerschwelle wieder ge­ stoppt wird 15. Die. Vorlaufstrecke entspricht somit der Zeit­ differenz 30 zwischen Sendeimpuls 1 und Vorderwandechoimpuls 2e (Fig. 6b).
Die A/D-Wandlung wird nach Ablauf eines variablen Zeitfensters ("Start ADC") 20 ausgelöst. Dieses variable Zeitfenster kann über eine gesonderte Hardware-Schaltung 19 oder vom Laufzeit­ rechner 17, 21 generiert werden. Bei der Generierung der Zeit­ blende vom Laufzeitrechner können Änderungen des Sensorabstan­ des von der Rohrinnenwand, die z. B. durch Sensorträgerdefor­ mation entstehen können ausgeglichen werden. Dadurch ist es immer möglich ein optimales Wandlungsfenster zu erzeugen. Die Generierung der Zeitblende ist als selbstlernendes System aus­ gelegt. Um die gesamte Echo-Impulsfolge zu erfassen, muß die Blendenbreite so eingestellt werden, daß sie die kleinste zu erwartende Vorlaufzeit nicht übersteigt.
Sobald das Vorderwandecho 2 die Vorlauf-Triggerschwelle 28 überschreitet und somit den Zähler stoppt, werden die bis zu diesem Zeitpunkt abgespeicherten Daten gelöscht 25 und erneut 256 bzw. 512 im Zeitfenster 29 liegende Werte eingelesen. So­ mit wird bei ausreichend starken Echosignalen eine optimale Nutzung der vorhandenen Speicherkapazität gewährleistet. Die Datenerfassung 29 beginnt dann sofort bei Eintreffen des Vor­ derwandechos 2 und schließt neben dem ersten Rückwandecho noch weitere durch Mehrfachreflexionen erzeugte Folgeechos 4 mit ein (Fig. 6a).
Bleibt das Echosignal 7 unterhalb der Triggerschwelle 28 so wird der FIFO-Speicher nicht gelöscht, und die Digitalisierung endet nach 9 bzw. 18 µs 29 (Fig. 7a). Die anschließende digi­ tale Signalauswertung beschränkt sich in diesem Fall im we­ sentlichen auf die Bestimmung der Vorlaufstrecke: die Vorlauf­ zeit 30 errechnet sich bei nicht erfolgter Vorlauftriggerung dann als Summe aus der Breite der Blende "Start ADC" 20 und der Zeitzuordnung des ersten abgespeicherten Echoimpulses 31 (Fig. 7b).
Aufgrund der Datenmenge, die je nach Abtastdauer um den Faktor 128 bzw. 256 über der Datenmenge des bisherigen Datenaufzeich­ nungssystems (pro Schuß ein Byte für die Vorlaufstrecke und ein Byte für die Wanddicke) liegt, muß eine digitale on-line- Berechnung der Laufzeit durchgeführt werden.
Bei einer Schußfolge von 400 HZ beträgt bei 64 sequentiell an­ gesteuerten Sensoren der zeitliche Abstand zwischen zwei Sendeimpulsen 39 µs. Einen Algorithmus zur Laufzeitbestimmung, der bis zu 512 Datenwerte abarbeiten muß, in 39 µs ablaufen zu lassen, ist mit Hilfe eines Mikroprozessors jedoch nicht mög­ lich. Deshalb muß vor der Übergabe der digitalisierten Werte 22 an den Prozessor eine Datenreduktion durchgeführt werden. Diese Datenreduktion 16 kann nur durch eine schnelle Hardware erreicht werden. Dabei muß der reduzierte Datensatz 23 sämtli­ che zur Laufzeitbestimmung relevanten Informationen der ur­ sprünglichen Impulsfolge beibehalten. Von Interesse sind die Lage der Impulse, deren maximale Amplituden, sowie die Impuls­ form.
Ferner werden nur die Impulse berücksichtigt, die eine vorge­ wählte digitale Schwelle überschreiten.
Hierzu werden die digitalisierten Amplitudenwerte aus dem FIFO-Zwischenspeicher ausgelesen und mit der digitalen Schwelle 28 verglichen. Liegt die Signalamplitude unterhalb des Schwellwertes, so wird der digitalisierte Wert ausselek­ tiert. Überschreitet das Signal den Schwellwert, so wird dieser Wert 34 mit dessen zeitlicher Zuordnung 35 dem Auswerterechner übergeben; die darauf folgende Werte bis zum Amplitudenmaximum werden wiederum ausgefiltert. Das Amplitudenmaximum 32 mit der zeitlichen Zuordnung 33 wird abgespeichert; ebenso der darauf­ folgende Zeitwert 37 der Unterschreitung der Schwelle (Fig. 8a).
Der digitale Schwellwert 28 kann per Hardware voreingestellt oder vom Laufzeitrechner generiert werden. Bei der Generierung vom Laufzeitrechner kann der Schwellwert sich selbst lernend an Wandungsrauhigkeiten und Sensoreigenschaften angepaßt wer­ den. Als Kriterium zur Veränderung des Schwellwertes dient die Anzahl der Impulse die den Schwellwert übersteigen.
Speichert man zusätzlich zu den Impulsspitzen auch noch die Amplituden- und Zeitwerte bei Überschreiten 34, 35 bzw. Unter­ schreiten 36, 37 des digitalen Schwellwertes ab, so kann eine Aussage über die Form, d. h. die Breite der Echoimpulse ge­ troffen werden. Das ursprüngliche Echobild läßt sich so mit geringem Bedarf an Speicherplatz aufzeichnen und kann anhand dieser reduzierten Datensätze nahezu vollständig rekonstruiert werden (Fig. 8b).
Je nach Leistungsfähigkeit des verfügbaren Mikroprozessors kann eine weitere Reduktion der Daten erforderlich sein. In diesem Fall werden nur die Höhe 32 der Impulse und deren zeit­ liche Zuordnung 33 an den Auswerterechner übergeben, der ur­ sprüngliche Datensatz reduziert sich also auf die Impulsma­ xima (Fig. 8c).
Das Ultraschallechosignal einzelner Sensoren kann durch äußere Einflüsse so gedämpft werden, daß die Reflexions-Impulse un­ terhalb der minimalen Triggerschwellwerte liegen. Nur eine in­ dividuelle, von der Dämpfung abhängige Verstärkungsanpassung 26 kann dann noch eine Laufzeitmessung ermöglichen.
Als Maß für die Verstärkungsanpassung dienen die über eine vorgebene Anzahl von Erregerimpulsen ermittelten Maximalampli­ tuden der Reflexions-Impulse. Einzelne Ausreißer bleiben unbe­ rücksichtigt.
Nach Übernahme der reduzierten Datensätze liegen die Aufgaben des Mikroprozessorsystems darin
  • - die zur Bestimmung der Laufzeit relevanten Echoimpulse her­ auszufiltern,
  • - die Laufzeit des Echosignals in der Rohrwandung anhand der zeitlichen Abstände der Impulsspitzen zu ermitteln,
  • - die Gültigkeit der erhaltenen Ergebnisse zu überprüfen,
  • - die Vorlaufstrecke mit Hilfe des internen Zählers zu erfas­ sen, bzw. bei nicht erfolgter Vorlauftriggerung zu berech­ nen.
Bei rauher Oberfläche können mehrere Vorderwandimpulse empfan­ gen werden. Der Mikroprozessor wählt aus mehreren Vorderwand­ impulsen, die in einem definierten Zeitrahmen liegen müssen, den mit der höchsten Amplitude aus. Somit kann eine Korrektur der Vorderwandlaufzeit erfolgen.
Bei starker Korrosion kann es vorkommen, daß der auf physika­ lischen Gesetzmäßigkeiten und Erfahrenswerten beruhende Algo­ rithmus keine eindeutige Laufzeitmessung durchführen kann. In diesem Fall wird das gesamte reduzierte Echobild in einem Speicher abgelegt. Nach Beendigung des Prüflaufes kann dann eine manuelle Laufzeitbestimmung vorgenommen werden.
Da die Bestimmung der Laufzeit on-line erfolgen muß, ist auf­ grund der nur begrenzt zu Verfügung stehenden Rechenzeit eine Optimierung des Auswertealgorithmus hinsichtlich der am häu­ figsten auftretenden Fehlersituationen vorzunehmen.
Nach dem Einlesen der reduzierten Daten 23 (Amplituden und zeitliche Zuordnung der Impulsspitzen), Fig. 9a, müssen zunächst die zur Bestimmung der Laufzeit relevanten Impulse aussortiert werden. Dabei wird davon ausgegangen, daß die Im­ pulsfolge (Vorderwandecho), 1. Rückwandecho, 2. Rückwandecho (. . .), monoton abfallende Amplituden 38, 39, 40 aufweist. Dazwi­ schenliegende Echoimpulse kleinerer Amplitude werden als Stör­ signale 41, 42, 43 betrachtet. Hierzu werden die Impulse zeitlich gesehen von hinten nach vorne überprüft: ein Echoimpuls gilt dann als relevant und wird abgespeichert, wenn seine Amplitude größer oder nahezu gleich groß als diejenige des zuletzt abgespei­ cherten Impulses ist (Fig. 9b).
Anschließend wird die so gefilterte Impulsfolge anhand der am häufigsten auftretenden Echobildvarianten untersucht und die Laufzeit des Ultraschallsignals in der Rohrwandung ermittelt. Das Ergebnis wird dann mit dem aktuellen Referenzwert bzw. mit einem Erwartungswert verglichen.
Ein Meßwert gilt als besonders sicher, wenn der zeitliche Ab­ stand zwischen Eintrittsecho und erstem Rückwandecho mit dem Abstand zwischen erstem und zweitem Rückwandecho überein­ stimmt. Dieser Wert gilt dann als neuer Referenzwert. Der Erwartungsbereich für den nächsten zu ermittelnden Wanddicken­ wert ergibt sich aus dem letzten Wanddickenwert bzw. dem Refe­ renzwert +/- einem von der Wandstärke abhängigen Toleranzband.
An sich ändernde Wandstärken paßt sich das Toleranzband selbstlernend an.
Das herkömmliche Verfahren zur Laufzeitmessung nach der Im­ puls-Reflexionsmethode beschränkt sich bei der Wandstärkenmes­ sung lediglich auf das Vorderwandecho und das erste Rückwand­ echo. Aufgrund der erschwerten Bedingungen unter denen eine Korrosionsprüfung in Pipelines durchgeführt wird, führt dieses Verfahren häufig zu Fehlmessungen bzw. Meßwertausfällen. Eine wesentliche Verbesserung der Signalauswertung wird beim erfin­ dungsgemäßen Verfahren dadurch erzielt, daß der gesamte Echo­ signalverlauf, d. h. Vorderwandecho, erstes Rückwandecho und die durch Mehrfachreflexionen erzeugten folgenden Rückwand­ echos in die Betrachtung miteinbezogen und mit Hilfe eines Mikroprozessor-Systems ausgewertet wird.
Dies erfordert zunächst die Digitalisierung des Echosignals und, da die Auswertung on-line erfolgen muß, eine Reduzierung der Daten mit Hilfe einer schnellen Hardware.
Neben der Bestimmung der Laufzeiten ermöglicht der Einsatz des Mikroprozessor-Systems eine Überwachung der Signalamplitude und damit eine Regelung der Signalverstärkung. Außerdem kann die Lage des Zeitfensters zur Aufnahme der Echoimpulsfolge op­ timal an den Signalverlauf angepaßt werden.
Sollte infolge starker Korrosion eine eindeutige Laufzeitbe­ stimmung on-line nicht möglich sein, so wird das gesamte redu­ zierte Echobild abgespeichert. Eine weiterführende Auswertung des Echobildes kann somit nach Beendigung des Prüflaufes durchgeführt werden.
Bezugszeichenliste
 1 Ultraschall-Sendeimpuls
 2 Vorderwandechoimpuls
 3 1. Rückwandechoimpuls
 4 2. Rückwandechoimpuls
 5 3. Rückwandechoimpuls
 6 4. Rückwandechoimpuls
 7 Ultraschall-Echosignal
 8 Meßtor Wandstärke
 9 Meßsperrblende
10 Sende-Auslöse-Impuls SAP
11 Verstärker/Filter-Modul
12 Analog/Digital-Wandler
13 Digitalisierte Amplitudenwerte
14 FIFO-Zwischenspeicher
15 Analoge Schwellwert-Triggerung zur Bestimmung der Vorlaufzeit
16 Datenreduktion
17 µP-System Laufzeitrechner
18 µP-System Datenerfassung
19 Zeitfenster-Logik
20 Steuersignal "Start-ADC"
21 Steuerleitung "Zeitfenster-Einstellung"
22 Wertepaare (Amplitude, Zeitzuordnung)
23 Reduzierte Daten (Amplitude, Zeitzuordnung)
24 Digitaler Schwellwert (Datenreduktion)
25 Reset-Leitung (Löschen des FIFO)
26 Steuerleitung "Verstärkungsregelung"
27 Steuerleitung "FIFO voll"
28 Analoge Triggerschwelle (Vorlauf-Bestiminung)
29 Zeitraum der Datenerfassung
30 Vorlaufzeit
31 Zeitzuordnung des ersten abgespeicherten Echo­ impulses
32 Amplitude des Impulsmaximums
33 Zeitzuordnung des Impulsmaximums
34 Amplitude bei Überschreiten der digitalen Schwelle
35 Zeitzuordnung bei Überschreiten des Schwellwertes
36 Amplitude bei Unterschreiten der digitalen Schwelle
37 Zeitzuordnung bei Unterschreiten des Schwellwertes
38, 39, 40 Relevante Echoimpulse
41, 42, 43 Störimpulse

Claims (3)

1. Verfahren zur Laufzeitmessung von Ultraschall mit der Im­ puls-Reflexionsmethode, bei dem von einem Prüfkopf minde­ stens ein möglichst stoßwellenförmiger Erregerpuls ausge­ sandt wird, der eine Vorlaufsstrecke bis zu einem zu unter­ suchenden Objekt mit Vorder- und Rückwand zurücklegt, an dessen Vorder- und Rückwand jeweils mindestens ein Reflexi­ ons-Impuls erzeugt wird, und bei welchem die reflektierten Impulse durch mindestens einen Ultraschalldetektor erfaßt und mit einer analogen Signalanpassung verstärkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) ein Zeitfenster für die Aufnahme der dem Erregerimpuls folgenden Reflexions-Impulse festgelegt wird, innerhalb dessen das Vorderwandecho und mindestens zwei Rückwand­ echos liegen, dann
  • b) die im Zeitfenster liegenden Reflexions-Impulse digital gefiltert und parametrisiert werden, indem für jeden Reflexionsimpuls Zeitpunkt und Amplitude für das Maximum und beim Überschreiten und beim Unterschreiten eines digitalen Schwellwertes erfaßt werden, darauf
  • c) die Zeitpunkte und Amplituden der gefilterten und para­ metrisierten Reflexions-Impulse einer Rechnereinheit zu­ geführt werden, wobei die Impulse zeitlich gesehen von hinten nach vorne überprüft werden und ein Echoimpuls dann als relevant gilt und abgespeichert wird, wenn seine Amplitude größer oder nahezu gleich groß ist wie diejenige des zuletzt abgespeicherten Impulses, und schließlich
  • d) die Vorlaufzeit und die Wandstärkelaufzeit des Objekts ermittelt und abgespeichert wird, wenn der zeitliche Ab­ stand zwischen Eintritts- und erstem Rückwandecho mit dem Abstand zwischen erstem und zweitem Rückwandecho in­ nerhalb eines Toleranzbandes übereinstimmt, andernfalls die Zeitpunkte und Amplituden aller gefilterten und pa­ rametrisierten Reflexions-Impulse, die zu einem Erreger­ puls gehören, abgespeichert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitfenster selbstlernend an den Signalverlauf angepaßt werden kann.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei hohen Abtastraten der Digitalisierung die Daten, be­ vor sie der Filterung unterzogen werden, in einem schnellen Speicher zwischengespeichert werden.
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