DE4330148A1 - Verfahren zur dreidimensionalen Ultraschall-Druchleuchtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchleuchtung inhomogener Massen (wie Böden, Bauten, Straßen etc.) mit Schall zur Gewinnung dreidimensionaler Bildinformationen über das Innere dieser Massen.

Vorrichtungen dieser Art sind an sich bekannt, zum Beispiel aus der Ultraschalldiagnostik im medizinischen Bereich oder zur Werkstoff­ prüfung. Sie sind jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß dreidimen­ sionale Darstellungen der gewonnenen Bildinformationen nicht mög­ lich sind und daß größere Inhomogenitäten (wie zum Beispiel Zu­ schlagstoffe in Beton oder Lehmschotterschichten im Straßenbau) in der durchleuchteten Masse zu unbrauchbaren Bildern führen, weil durch Reflexion, Beugung und Brechung der Schallwellen eine große Vielzahl virtueller Bilder der in der durchleuchteten Masse einge­ lagerten und per Durchleuchtung gesuchten Dinge (wie zum Beispiel Rohre, Bewehrungen, Kabel Gesteinsschichten, Steine, verschüttete oder vergrabene Gegenstände, unterirdische Gänge, Kanalisationen etc.) erzeugt wird und weil diese Inhomogenitäten gleichzeitig unter­ schiedliche Schallgeschwindigkeiten bewirken, die ebenfalls weitere virtuelle Bildeindrücke bedingen. Deshalb ist eine scharfe Abbildung der gesuchten Objekte bisher nicht möglich. Die bisher erzeugbaren Bilder sind um Größenordnungen schlechter als zum Beispiel ein Blick durch eine Wellglasscheibe im Vergleich dazu. Die bisher ver­ wendeten Verfahren zur Schalldurchleuchtung konnten sich deshalb bei der Durchleuchtung inhomogener Massen nicht durchsetzen, ob­ wohl hierfür ein sehr großer Bedarf besteht, zum Beispiel zur Suche von Rohren und Kabeln im Boden, zur Beurteilung von Boden­ klassen, zur Suche von Lecks an Rohren und Kanälen in Straßen, zum Steuern von Ausweichmanövern beim Einschwemmen von Rohren in Straßen, zum Suchen archäologischer Funde, zur Untersuchung an Bäumen und Wurzeln, zur Untersuchung von Ausschwemmungen und Fundamenten an Brücken, zur Untersuchung von Bewehrungen und Verankerungen in Beton und Spannbeton, zur Beurteilung von Beton­ güte und -Zusammensetzung, zur Suche von Poren und Rissen in Beton, etc., etc.

Diese Aufgabenstellungen zu lösen und die Nachteile der bisher bekannten Schall-Durchleuchtungsverfahren zu vermeiden, hat sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe gemacht.

Inhomogene Massen (zum Beispiel Beton mit Steinen als Zuschlag­ stoff oder Boden mit Gesteineinlagerungen) bestehen aus Stoffen mit unterschiedlicher Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit. Hierdurch ergeben sich an deren Grenzflächen Brechung und Reflexion der Schallwellen und an deren Kanten Beugung der Schallwellen. Dies ist in abstrahierter Form und vereinfacht in Fig. 1 dargestellt. Hier­ durch ergeben sich virtuelle Bilder des Objekts. Die bei einer Bre­ chung gleichzeitig erfolgenden Teilreflexionen und die dadurch ent­ stehenden weiteren virtuellen Objektbilder wurden der Übersichtlich­ keit wegen hier fortgelassen. Für den Beobachter ist damit die Lage des Objekts nicht feststellbar. Durch die Vielzahl dicht beieinander­ liegender virtueller Bilder wird gleichzeitig das Objekt extrem un­ scharf und aufgebläht.

Der Erfindungsgedanke besteht insbesondere darin, den Verlauf der Schallwellen zu errechnen und dadurch die virtuellen Bilder zu korri­ gieren und rechnerisch zu vereinen, so daß ein scharfes Vektorbild des betrachteten Objektes im Rechner entsteht. Hierbei macht sich die Erfindung zu Nutze, daß mit jeder Brechung eine Teilreflexion einhergeht, die mit einer Beugung der reflektierten Schallwellen am Reflexionspunkt gepaart ist. Dies ist in Fig. 2 dargestellt. Hierdurch ist es möglich, die das Objektbild verzerrenden Grenzflächen (zum Beispiel Oberflächen von Steinen und Schichten) zu ermitteln und dreidimensional zu erfassen. Nun kann die Brechungszahl berechnet werden, bei dem das Objekt scharf abgebildet wird. Wird zu Beginn der ersten Messung die Schallgeschwindigkeit an der Oberfläche der durchleuchteten Masse gemessen, kann aus der berechneten Brechungs­ zahl die Schallgeschwindigkeit an der ausgemessenen Grenzfläche ermittelt werden. Damit wird die Stoffart an der Grenzfläche be­ stimmbar. In der Praxis nun befinden sich eine Vielzahl von das Ob­ jektbild verzerrenden Grenzflächen zwischen Objekt und Betrachter. Hier muß als nächstes "Objekt" zunächst die nächste Grenzfläche scharf gerechnet werden, dann die nächste, dann die nächste und so fort bis zum eigentlichen Objekt.

Oder an einem praxisnahen Beispiel erläutert:

Will man Boden durchleuchten, um den Zustand und die Lage eines Rohres zu ermitteln, muß zunächst jeder Stein, der das Bild des Rohre s verzerrt oder beeinflußt, ermittelt werden und in seiner Form und Auswirkung festgestellt werden, und zwar beim Beobachter be­ ginnend bis hin zum Rohr. Es muß dabei jeder Stein scharf gerechnet werden und seine räumliche Form und Lage und seine Brechungszahl ermittelt werden, ehe der nächste Stein berechnet werden kann.

Wenn alle Daten der Steine ermittelt wurden, kann auch das Rohr scharf gerechnet werden. Wird zu Beginn der Messung die Schall­ geschwindigkeit an der Oberfläche des Bodens gemessen, kann die Schallgeschwindigkeit in den Steinen ermittelt und damit die Gesteinsart bestimmt werden. Gleichzeitig läßt sich die Entfernung der Steine und des Rohres zum Betrachter absolut bestimmen. Wird die Schallgeschwindigkeit anfangs nicht gemessen, sind diese Daten relativ zueinander darstellbar.

Zum Scharfrechnen der das Objektbild verzerrenden Grenzflächen (der Steine) und des Objektes, ist die dreidimensionale Erfassung der Oberflächen und deren dreidimensionale Lage in der durchleuchteten Masse notwendig. Es ist deshalb erfindungsgemäß vorgesehen, mit mehreren Schallempfängern zu arbeiten. Die Anordnung von Schall­ sender und den Empfängern ist dabei so gestaltet, daß auch die ober­ sten, bildverzerrenden Grenzflächen ermittelbar sind und gleichzeitig eine räumliche Bilderfassung erfolgen kann. Hierbei ist es notwendig, eine möglichst große Schall-Leistung in die zu durchleuchtende Masse auszusenden und eine möglichst hohe Empfangsleistung für die Schallreflexionen zu ermöglichen. Um eine hohe Auflösung zu ermöglichen, muß die Schallwelle eine steile Anstiegsflanke und wenig Oberschwingungen besitzen. Zwei optimale Schallwellen­ formen sind in Fig. 3 dargestellt.

Ein Ausführungsbeispiel einer Schallsende- und Empfangsanordnung ist in Fig. 4 in Seitenansicht dargestellt. Seine Draufsicht zeigt Fig. 5. Der Schallsender 1 ist ein Ultraschallschwinger mit Anpreß­ vorrichtung 7. Er besitzt eine großflächige Piezokeramiktablette und ist für hohe Ansteuerspannungen und Leistungen ausgelegt. Über die Kurvenform der Ansteuerspannung wird die Kurvenform der Schall­ welle geprägt. Der massive Übertrager 2 ist unten gummiert und bringt die Schallwelle in die zu durchleuchtende Masse 5 und ermöglicht gleichzeitig die Messung der Impulsreflexionen durch die Schallempfänger 4. Die Schallempfänger 4 sind derart angeordnet, daß ihre Wirkachsen dreidimensional senkrecht aufeinander stehen. Die Schallempfänger sind longitudinal focussiert und empfangen nur die Schallwirkanteile in Richtung ihrer Wirkachse. Der eigentliche Empfänger ist ein Piezokeramik-Stab mit kleinem Querschnitt. Die Schallempfänger 4 sind je auf einem massiven Übertrager 3 aufge­ setzt. Im Ausführungsbeispiel besitzen diese die Form eines spitzen Kegels, wodurch der empfangene Schall nach dem Prinzip eines Hör­ rohres gesammelt und verstärkt wird. Soll die Selektivität des Schall­ empfangs gesteigert werden, um die Bildschärfe zu verbessern, ist die Schallsende- und Empfangsanordnung nach Fig. 6 und 7 verwend­ bar. Fig. 6 ist die Seitenansicht und Fig. 7 die Draufsicht. Der Unterschied besteht darin, daß die Empfangsübertrager 3 stabförmig ausgebildet sind und bis an den Mittelpunkt 6 herangeführt sind. Im Bereich des Sendeübertragers 2 sind die Empfangsübertrager 3 in Bohrungen 8 geführt, um den Schall genau zum Empfänger 4 hinzu­ leiten. Die Bohrungen 8 sind auch als von unten oder von oben zu­ gängliche Schlitze ausführbar, um die Montage zu erleichtern. Wichtig ist dabei lediglich, daß die Übertrager 3 nicht mit dem Über­ trager 2 in Berührung kommen. Als alternative Schallsender sind möglich ein mechanischer oder elektromechanischer Hammer oder ein Schlagbolzen oder ein Rammbock oder der Aufprall eines Projektils oder eine Explosionskammer, wenn mit einem Ultraschall-Piezo­ sender nicht genügend Schall-Leistung erzeugt werden kann, weil größere Durchleuchtungstiefen benötigt werden. Der Nachteil dabei sind auftretende Nach­ schwingungen und erhebliche Oberschwingungen, die das Meßer­ gebnis beeinträchtigen.

Die dreidimensional rechtwinklige Anordnung der Schallempfänger 4 ermöglicht es, neben den Zeitpunkten des Eintreffens der Schall­ empfangsimpulse auch deren Richtung festzustellen. Dies ist zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabenstellung erforderlich. Da durch Beugung der Schallwellen am Eintrittspunkt 6 in die Empfangsübertrager 3 ein Übersprechen der Signale erfolgt, muß dieses mittels eines Rechners korrigiert werden. Die Möglichkeiten einer guten Trennung von zueinander senkrecht stehenden Schall- oder Bewegungsauswertungen mittels Piezokeramikstäben zeigt die Stereoauswertung einer Schallplatte mittels Tonkopf im Schall­ plattenabspieler.

Da die Auswertung der Schall-Empfangssignale über einen Rechner erfolgen muß, um die Richtungen und Zeitpunkte der Schallimpulse zu bestimmen und um die beschriebenen Rechenschritte zum Scharf­ rechnen der ermittelten Reflexionsbilder zu unternehmen, soll ein Ausführungsbeispiel für die Schallauswertung aufgezeigt werden. Fig. 8 zeigt ein solches Beispiel.

Da während des Aussendens des Schallimpulses auch ein extrem starker Schallimpuls empfangen wird, würde ein zu hohes Eingangs­ signal für die Auswertungsschaltung entstehen. Dieses muß durch die schnelle Begrenzerschaltung 9 auf zulässige Werte begrenzt werden. Die Baugruppe 10 stellt eine Verstärkerstufe mit elektronisch ein­ stellbarer Verstärkung von ca. 1 bis 100 000 dar. Die Baugruppe 11 nimmt die Verstärkungsregelung vor, so daß der Verstärker 10 immer im optimalen Bereich betrieben wird.

Wenn der Rechner die Freigabe für die Messung gegeben hat, wird mit der Messung gewartet, bis die Summe aller Schall-Störsignale von Fahrzeugen, Fußgängern, Rohrleitungen, Erschütterungen etc. und aller elektrischen Störeinstreuungen von Energieversorgungs­ leitungen, Leuchtstoffröhren, Fahrzeugmotoren, Radiowellen, Fern­ sehwellen etc. einen Nulldurchgang aufweist bei maximaler Verstär­ kung in 10. Jetzt wird die Schaltstufe 14 getriggert und der Schall­ impuls im Sender 1 ausgelöst. Dies wird auch dem Rechner 15 mitge­ teilt und gleichzeitig die Verstärkung für 10 auf den kleinsten Wert zurückgestellt bis der Schallimpuls in die zu durchleuchtende Masse 5 eintritt. Mit dem sich ausbreitenden Schallimpuls wird des­ sen Energie geringer und die Reflexionen schwächer. Die Ver­ stärkungsregelung 11 hat jetzt die Aufgabe, eine optimale Verstärkung einzustellen und die Impulsabschwächung best möglich zu kompen­ sieren. Der Analog-Digital-Wandler 12 wandelt die analogen Meß­ werte in rechenbare Digitalwerte um. Er ist extrem flink, um eine hohe Auflösung der Ergebnisse zu ermöglichen. Die Bandbreite von Verstärker 10 und A/D-Wandler 12 sollte 20 MHz betragen. Auch die Empfänger 4 müssen diese Bandbreite besitzen.

Die Meßwerte werden ununterbrochen ausgewertet und digital im FIFO 13 protokolliert. Bei einer mittleren Schallgeschwindigkeit von 1000 in/sec dauert eine Messung ca. 5 m sec, wenn die Durchleuch­ tung bis ca. 2 m Tiefe erfolgen soll. Bei der oben genannten Meß- Auflösung von 20 MHz bedeutet dies, daß 2 × 100 000 Meßwerte je Empfänger im FIFO 13 zwischenzuspeichern sind. Jeder Meßwert besteht aus dem Digitalwert des Eingangsverstärkers 10 und dem Digitalwert des zugehörigen Verstärkungsfaktors 11. Das FIFO 13 nimmt ständig Meßwerte an, bis die Messung abgelaufen ist. Dann wird es von Rechnern ausgelesen und danach die Meßwertaufnahme wieder freigegeben. Auf diese Weise umfaßt das Meßwertprotokoll 100 000 Meßwerte je Empfänger und je 100 000 Meßwerte aus den 5 m sec vor Beginn der Messung. Letzte stellen ein aktuelles Stör- Meßprotokoll dar, das im Trend hochgerechnet und umgerechnet werden kann, um damit das eigentliche Meßprotokoll zu korrigieren und zu bereinigen. Hierdurch wird erfindungsgemäß das Meßergebnis wesentlich verbessert.

Im Rechner 15 werden die in digitaler Form eingelesenen Meßwerte umgerechnet und analysiert, um die gewünschten Daten zu ermitteln.

Der genaue Schallverlauf in der durchleuchteten (inhomogenen) Masse 5 wird ermittelt, alle bildverzerrenden Grenzflächen werden dreidimensional errechnet, die zugehörenden Brechungszahlen er­ mittelt, alle gewonnenen Bildinformationen in Graphikvektoren um­ gerechnet und mit einem Graphikprogramm am Bildschirm des Rechners dargestellt. Die Ausgabe am Bildschirm kann als zwei­ dimensionaler Schnitt oder dreidimensionale Sicht dargestellt werden. Zoomfaktor, Lage des Schnitts, Betrachtungspunkt und Winkel sind frei wählbar, um die mit der Durchleuchtung gewonnenen Daten optimal auswerten und darstellen zu können. Die gewonnenen Brechungszahlen erlauben die berechneten Grenzflächen mit einem Farbwert zu versehen. So können zum Beispiel bei Bodendurchleuch­ tungen der Erdboden braun, Lehm gelb, Steine weiß, Elektroleitungen rot und Rohre blau dargestellt werden. Hierdurch lassen sich auch Bodenklassen leicht identifizieren.

Der Verstärker 10 wird am besten direkt am Schallempfänger 4 an- oder eingebaut und mit guter Abschirmung versehen, um elektrische Störeinstreuungen so gering wie möglich zu halten. Eine Abspeicherung auf der Festplatte des Rechners 15 ermöglicht es, eine ganze Serie von Messungen zu protokollieren, um z. B. unge­ störter nach einem Leck oder Bruch in einer Rohrleitung suchen zu können.

Die nachfolgenden Zeichnungen stellen folgendes dar:

Fig. 1 der Verlauf der Schallreflexion vom reflektierenden Objekt zum Beobachter in einem Boden mit einem stilisierten Stein und die entstehenden virtuellen Bilder/Scheinbilder des Objekts.

Fig. 2 Darstellung der mit der Brechung des Schalls einhergehen­ den Teilreflexion und deren Ausbreitung als Kugelschall­ welle.

Fig. 3 Impulsformen für Schallwellen für eine optimale Boden­ durchleuchtung.

Fig. 4 Seitenansicht eines Beispiels einer Schallsende- und Empfangsanordnung mit Schallempfangsverstärkung nach dem Hörrohrprinzip.

Fig. 5 Seitenansicht von Fig. 4.

Fig. 6 Beispiel in Seitenansicht für eine Schallsende- und Empfangsanordnung mit besonderer Empfangsschärfe.

Fig. 7 Seitenansicht von Fig. 6.

Fig. 8 Beispiel einer elektronischen Auswertungsanordnung für die gewonnenen Schallmeßwerte.

Als Anwendungsvorschlag könnte ein einachsiger Anhänger an einem Meßfahrzeug mit einer Durchleuchtungsanlage nach dem erfindungs­ gemäßen Verfahren ausgerüstet werden. Der einachsige Anhänger müßte einem Hubwerk mit Andruckvorrichtung für die Ultraschall- Durchleuchtungsanlage nach Fig. 4 bis 7 ausgerüstet werden. Am Boden (6) der Übertrager 2 und 3 müßte eine Gummierung aufge­ bracht oder eine Gummimatte aufgeklebt werden, damit ein guter Schallübergang zur zu durchleuchtenden (inhomogenen) Masse 5 her­ gestellt wird. Das Hubwerk wird vom Rechner aus oder per Knopf­ druck am Hubwerk gestartet. Heben und Senken erfolgt per Elektro­ motor oder anderweitig oder auch von Hand. Ein Inkrementalgeber an der Achse des Anhängers erlaubt eine Mitprotokollierung der zurückgelegten Fahrwege und damit des Orts jeder Messung. Die Auswertelektronik nach Fig. 8 wird zweckmäßigerweise im Meß­ fahrzeug untergebracht und von dort aus mit Strom versorgt. Die benötigte Andruckkraft der Andruckvorrichtung 7 beträgt ca. 50 kp.

Claims (42)

1. Verfahren und Vorrichtung zur dreidimensionalen Durchleuch­ tung inhomogener Massen (5) mit Schall, dadurch gekennzeichnet, daß (unter Anwendung des Huygensschen Prinzips der Schallwellen­ ausbreitung als Elementarwellen) der Schallverlauf in der durch­ leuchteten Masse unter Berücksichtigung von Beugung, Brechung, Teilreflexion und Totalreflexion berechnet wird, indem die Brech­ ungszahl einer jeden Grenzfläche durch Scharfrechnen des nächstge­ legenen Objekts oder der nächstgelegenen Grenzfläche ermittelt wird, bei der sich alle virtuellen Bilder zu einem gemeinsamen Vektorbild vereinen lassen.

2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die berechneten dreidimensionalen Vektorbilder der Grenzflächen schrittweise berechnet werden und zwar beginnend an der Schallsende- und Empfangsanordnung und um Grenzfläche zu Grenzfläche fortschreitend, die Bildinformationen aus den ge­ messenen Reflexionssignalen gewinnend.

3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schallgeschwindigkeit an der Oberfläche der durch­ leuchteten Masse (5) gemessen wird, damit aus den errechneten Brechungszahlen die Schallgeschwindigkeit aller in der Masse (5) eingelagerten Stoffe und Dinge berechnet werden kann, um diese Stoffe und Dinge nicht nur relativ sondern auch absolut bestimmen zu können.

4. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallgeschwindigkeit an der Oberfläche der durchleuchteten Masse (5) berechnet wird nach dem in An­ spruch 1 und 2 bezeichneten Verfahren, indem die Schallge­ schwindigkeit im Sendeübertrager (2) und in der Gummischicht darunter als bekannte Größe zugrundegelegt wird.

5. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Orte der Aussendung des Schalls und des Em­ pfangs seiner Reflexionen aus der durchleuchteten Masse (5) mög­ lichst dicht beieinander liegen, um jede Grenzfläche zwischen Sender, Objekt und Empfänger erfassen zu können.

6. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Schallsender und Empfänger zu einer Anord­ nung zusammengefaßt sind.

7. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schallreflexionen aus der durchleuchteten Masse (5) nicht nur nach Stärke und Zeitpunkt gemessen werden sondern auch deren dreidimensional rechtwinklig zueinander stehende Wirkanteile, so daß Zeitpunkt, Stärke und Richtung des Reflexions­ signals bestimmbar sind.

8. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkachsen der Schallempfänger (4) in der Draufsicht Winkel von 120° zueinander bilden und in der Seitenan­ sicht Winkel von ca. 35° mit der Bodenfläche (6) der Schallsende- und Empfangsanordnung bilden.

9. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Empfangsübertrager (3) die Form eines spitzen Kegels aufweisen, um den empfangenen Reflexionsschall zu ver­ stärken (Hörrohrprinzip).

10. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Empfangsübertrager (3) stabförmig ausgebildet sind und den Reflexionsschall aus der Mitte der Bodenfläche (6) des Sendeübertragers (2) zu den Empfängern (4) hinleiten, wobei im Sendeübertrager (2) geeignete Montageaussparungen (8) vorgesehen sind.

11. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Montageaussparungen (8) im Sendeübertrager (2) als Bohrungen oder als Schlitze ausgeführt sind.

12. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Schallsender (1) eine Piezokeramiktablette als Schallerzeuger verwendet wird.

13. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Schallsender (1) der Schallimpuls mechanisch, elektromechanisch oder durch Explosion erzeugt wird.

14. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Schallsignal ein Ultraschallimpuls verwendet wird.

15. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schallimpuls eine möglichst steile Anstiegsflanke besitzt, um eine hohe Bildauflösung zu ermöglichen.

16. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schallempfänger (4) als Richtempfänger arbeiten, die nur die Schallkomponente entlang ihrer Wirkachse auswerten.

17. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schallempfängern (4) das den Schall empfangende Element ein Stab aus Piezokeramik ist.

18. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Übersprechen zwischen den Empfängern (4) beim Empfang der Schallreflexionssignale (bedingt zum Beispiel durch Beugung an den Schall-Eintrittspunkten der Empfangsübertra­ ger (3) mittels Rechner korrigiert wird.

19. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auswertung der mit den Empfängern (4) erfaßten Schall-Reflexionssignale elektronisch erfolgt.

20. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal aus den Schallempfängern (4) je eine Begrenzerschaltung (10) durchläuft.

21. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß den Begrenzerschaltungen je ein regelbarer Ver­ stärker (10) nachgeschaltet ist.

22. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärker (10) durch (je) eine Verstärkungs­ regelung (11) gesteuert werden.

23. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Verstärkern (10) gewonnenen Meß­ signale zusammen mit dem Verstärkungsfaktor aus der Verstärkungs­ regelung (11) durch (einen) Analog-Digital-Wandler (12) digitalisiert werden.

24. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalisierten Signale in (einem) FIFO(s) (13) zwischengespeichert werden, um eine Anpassung an die Ge­ schwindigkeit des Rechners (15) zu ermöglichen.

25. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung des Schalls durch Empfänger (4), Begrenzer (9), Verstärker (10), Verstärkungsregelung (11), Analog-Digital-Wandler (12) und FIFO (13) mit hoher Bandbreite und hoher Grenzfrequenz erfolgt.

26. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bandbreite und Grenzfrequenz im Megahertzbereich liegt.

27. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bandbreite und Grenzfrequenz 10 Megahertz und darüber beträgt.

28. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung eines Schallimpulses durch die Schaltstufe (14) erst dann erfolgt, wenn die Störgrößen einen Null­ durchgang der Meßwerte bei maximaler Verstärkung (11) des Ver­ stärkers (10) erzeugen, um ein optimales Nutzsignal zu ermöglichen.

29. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die gewonnenen Meßwerte in einem Rechner (15) ausgewertet werden.

30. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 19 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die im Rechner (15) gewonnenen Bild­ vektoren am Bildschirm des Rechners dargestellt werden.

31. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bildschirmdarstellung als Schnitt oder Sicht oder dreidimensionale Sicht erfolgt.

32. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lage und Richtung des Schnittbildes, der Sicht oder der dreidimensionalen Sicht frei wählbar sind.

33. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Schnitt, Sicht oder dreidimensionale Sicht des Vektor­ bildes in frei wählbarer Vergrößerung (Zoomfaktor) dargestellt wer­ den können.

34. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 19 oder 29 oder 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Vektordarstellung der Grenzflächen mit einem farblichen Darstellung der Brechungs­ zahlen kombiniert wird, so daß die Schalleigenschaften aller Stoffan­ teile der durchleuchteten Masse (5) durch Farben dargestellt werden, um beispielweise Bodenklassen und Stoffarten bestimmen zu können.

35. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 19 oder 29 oder 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Vektordarstell­ ung der Grenzflächen mit einer farblichen Darstellung der Schall­ geschwindigkeiten kombiniert wird, so daß die Schalleigenschaften aller Stoffanteile der durchleuchteten Masse (5) durch Farben dar­ gestellt werden, um beispielweise Bodenklassen und Stoffarten bestimmen zu können.

36. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß Speicherumfang und Ansteuerung des Ein­ lesens der Meßwerte derart gewählt sind, daß in dem/den FIFO(s) (13) alle Meßwerte der Meßdauer und ebenso viele Meßwerte un­ mittelbar vor Beginn der Messung abgespeichert werden.

37. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 19 oder 36, dadurch gekennzeichnet, die Meßwerte im FIFO (13) aus der Zeit unmittelbar vor Beginn der Messung als Protokoll von Störgrößen dient, um die eigentlichen Meßwerte mittels Rechner korrigieren und bereinigen zu können, um so die Meßgenauigkeit und Meßempfindlichkeit zu steigern.

38. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Serie von Messungen auf der Festplatte des Rechners (15) protokolliert wird für eine spätere oder über­ greifende Auswertung.

39. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 19 oder 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallsende- und Empfangs­ anordnung auf einem Anhänger für einen Meßwagen montiert ist.

40. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 39, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwagen ein Hubwerk be­ sitzt, um die Schallsende- und Empfangsanordnung heben, senken und andrücken (7) zu können.

41. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 38, da­ durch gekennzeichnet, daß die/eine Achse des Anhängers einen Inkrementalgeber/Impulsgeber besitzt, um zurückgelegte Wege und Meßorte protokollieren zu können.

42. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 19, da­ durch gekennzeichnet, daß an den Empfängern (4) der zu­ gehörige Begrenzer (9) und Verstärker (10) direkt angebaut oder eingebaut ist, um eine bessere Störfestigkeit zu erzielen.