DE69736360T2 - Vorrichtung zum ultraschall-lecknachweis - Google Patents

Vorrichtung zum ultraschall-lecknachweis Download PDF

Info

Publication number
DE69736360T2
DE69736360T2 DE69736360T DE69736360T DE69736360T2 DE 69736360 T2 DE69736360 T2 DE 69736360T2 DE 69736360 T DE69736360 T DE 69736360T DE 69736360 T DE69736360 T DE 69736360T DE 69736360 T2 DE69736360 T2 DE 69736360T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
signal
output
audio
ultrasonic
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69736360T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69736360D1 (de
Inventor
Mark Courtland Manor GOODMAN
R. John New York ZENO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
UE Systems Inc
Original Assignee
UE Systems Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by UE Systems Inc filed Critical UE Systems Inc
Publication of DE69736360D1 publication Critical patent/DE69736360D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69736360T2 publication Critical patent/DE69736360T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/66Special parts or details in view of lubrication
    • F16C33/6603Special parts or details in view of lubrication with grease as lubricant
    • F16C33/6622Details of supply and/or removal of the grease, e.g. purging grease
    • F16C33/6625Controlling or conditioning the grease supply
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16NLUBRICATING
    • F16N29/00Special means in lubricating arrangements or systems providing for the indication or detection of undesired conditions; Use of devices responsive to conditions in lubricating arrangements or systems
    • F16N29/02Special means in lubricating arrangements or systems providing for the indication or detection of undesired conditions; Use of devices responsive to conditions in lubricating arrangements or systems for influencing the supply of lubricant
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G01H1/04Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of vibrations which are transverse to direction of propagation
    • G01H1/08Amplitude
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02Analysing fluids
    • G01N29/032Analysing fluids by measuring attenuation of acoustic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/14Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/36Detecting the response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/01Indexing codes associated with the measuring variable
    • G01N2291/015Attenuation, scattering
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/022Liquids
    • G01N2291/0226Oils, e.g. engine oils
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/06Receivers
    • H04B1/16Circuits
    • H04B1/26Circuits for superheterodyne receivers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Examining Or Testing Airtightness (AREA)

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen Ultraschalldetektor und insbesondere ein leichtgewichtiges, batteriebetriebenes Präzisionsgerät zur Erkennung von Ultraschalltönen oder -schwingungen, das für die Erkennung von Lecks und Funktionsstörungen nützlich ist.
  • 2. Stand der Technik
  • Es ist wohl bekannt, dass Ultraschallgeneratoren und -detektoren verwendet werden können, um Lecks oder Defekte ausfindig zu machen, z. B. in Rohrleitungen. Ein solches System wird in dem US-amerikanischen Patent Nr. 3,978,915 von Harris dargestellt. In jener Anordnung werden Ultraschallgeneratoren in einer Kammer positioniert, durch welche die Rohrleitungen hindurchführen. An den Enden dieser Rohrleitungen, außerhalb der Kammer, werden Ultraschalldetektoren angeordnet. An der Stelle, an der ein Leck in der Rohrleitung auftritt, oder an der die Wand der Rohrleitung dünn ist, tritt die Ultraschallenergie von der Kammer in die Rohrleitung ein und gelangt an das Ende der Rohrleitung, wo sich der Detektor befindet. Der Detektor empfängt ein Ultraschallsignal an dem Ende der Rohrleitung, das die Existenz des Lecks oder der Schwachstelle in der Rohrleitung anzeigt.
  • Ferner wurden Ultraschallsensoren verwendet, um Ultraschallenergie nachzuweisen, die durch Reibung im Inneren von mechanischen Vorrichtungen erzeugt wird, wie es in dem US-amerikanischen Patent Nr. Re. 33,977 von Goodman, et al. offenbart wird. Je größer die Reibung, desto größer ist die Intensität der erzeugten Ultraschallenergie. Das Auftragen eines Schmiermittels auf die Vorrichtung reduziert die Reibung, und folglich nimmt die Intensität des erzeugten Ultraschalls ab. Das Messen von Ultraschallenergie bietet demnach eine Möglichkeit zu bestimmen, wann die Schmierung die reibungserzeugenden Flächen erreicht hat. Außerdem erzeugen defekte Vorrichtungen wie zum Beispiel Lager einen höheren Pegel an Ultraschallenergie als fehlerfreie Lager, und daher kann auch dieser Zustand festgestellt werden. Bei herkömmlichen Mitteln sind jedoch zwei Personen erforderlich, um dieses Verfahren durchzuführen: eine Person, um das Schmiermittel auf die Vorrichtung aufzutragen, und eine Person, um den Ultraschalldetektor zu bedienen.
  • Da die für diese Zwecke verwendete Ultraschallenergie im Allgemeinen im Bereich von 40 kHz liegt, ist ihre Frequenz zu hoch, um vom Menschen gehört zu werden. Daher werden typischerweise Mittel zur Überlagerung oder Frequenzverschiebung des ermittelten Signals in den Audiobereich bereitgestellt, und es stehen verschiedene Systeme zur Verfügung, um dies zu tun.
  • Durch das Anordnen eines Ultraschallgenerators in einer geschlossenen Kammer wird ein Stehwellenmuster mit Spitzen und Knoten hergestellt. Wenn ein Knoten an der Stelle auftritt, an der sich ein Leck oder eine Schwachstelle befindet, entweicht keine Ultraschallenergie, und der Defekt wird nicht erkannt. Eine Methode, um dieses Problem anzugehen, wird in dem US-amerikanischen Patent Nr. Re. 33,977 von Goodman, et al. offenbart. Goodman lehrt, die Frequenz der angewendeten Ultraschallenergie zu ändern, damit sich die Position der Knoten über der Zeit verschiebt, so dass Lecks an einer Nullstelle oder an einem Knoten erkannt werden. Wenn man auf dieses Verfahren zurückgreift, erhöhen sich jedoch der Aufwand und die Kosten der Prüfhardware.
  • Ultraschallumwandler erzeugen im Allgemeinen bei Empfang von Ultraschallenergie einen Niederspannungsausgang. Daher muss das ermittelte Signal unter Verwendung eines High-Gain-Vorverstärkers verstärkt werden, bevor es richtig verarbeitet werden kann. Wenn jedoch preiswerte Überlagerungs- und Anzeigeschaltungen verwendet werden sollen, müssen Mittel zur Dämpfung des verstärkten Signals zur Verfügung gestellt werden, um die Sättigung dieser Schaltungen bei hohen Eingangssignalen zu verhindern. Diese Dämpfung regelt auch die Empfindlichkeit der Vorrichtung. Bei einem Handgerät sollte der Dämpfungsgrad vom Benutzer einstellbar sein.
  • Das US-amerikanische Patent 4,785,695 von Rose et al. offenbart zum Beispiel einen Ultraschall-Leckdetektor mit einem Dämpfungsglied mit veränderlichem Widerstand, das verwendet wird, um den Ausgangspegel einer LED-Balkenanzeige zu regeln. Dieses Dämpfungsverfahren bietet jedoch keine Möglichkeit, feste Referenzpunkte einzurichten, um wiederholbare Messungen zu ermöglichen.
  • Das US-amerikanische Patent Nr. 5,089,997 von Pecukonis offenbart einen Ultraschallenergiedetektor mit einem Dämpfungsnetzwerk, das nach einem Eingangs-Vorverstärker und vor der Signalverarbeitungsschaltung angeordnet ist, der einen hörbaren Ausgang und eine LED-Balkenanzeige erzeugt. Die Widerstände im Dämpfungsnetzwerk von Pecukonis sind so ausgeführt, dass sie die unterschiedlichen Dämpfungsstufen in exponentielle Beziehung zueinander setzen. Pecukonis überlagert jedoch die ermittelten Signale nicht, um einen hörbaren Ausgang zu erzeugen, sondern er lehrt die Vorteile einer komplexeren Zusammenstellung von Schaltungen, die einen breiten Bereich von Ultraschallfrequenzen in einen engeren hörbaren Bereich komprimieren. Bei vielen Anwendungen sind die Kosten und der Aufwand dieser Art von Schaltung nicht erforderlich.
  • Zusätzlich zum Nachweis von Ultraschalltönen, die aus einer undichten oder defekten Stelle entweichen, muss ein Detektor, der einen akustischen Umwandler verwendet, in der Lage sein, die Quelle dieses Tons genau zu lokalisieren. Zu diesem Zweck werden kegelförmige Schallkollektoren zusammen mit dem Umwandler verwendet, um seine Bündelung zu erhöhen, wie es in dem US-amerikanischen Patent Nr. 4,287,581 von Neale, Sr. dargestellt wird. Herkömmliche Detektoren verwenden jedoch keine Sammelkegel, die ferner speziell ausgeführt sind, um eine zusätzliche Verstärkung des Eingangssignals in einer Höhe zu liefern, die den vom Detektor gelieferten Maßeinheiten entspricht.
  • Wenn zur Leckerkennung Ultraschallenergie verwendet wird, ist es hilfreich, einen tragbaren Ultraschallsensor zu haben, der das Vorhandensein und die Intensität von Ultraschallenergie sowohl optisch als auch akustisch anzeigt. Goodman offenbart einen Ultraschallsensor, der die Intensität des ermittelten Signals auf einem Ausgangsmessgerät anzeigt, das entweder in linearem oder in logarithmischem Modus betrieben werden kann und außerdem Audio-Ausgang durch Kopfhörer ermöglicht. Das US-amerikanische Patent 4,987,769 von Peacock et al. offenbart einen Ultraschalldetektor, der die Amplitude des ermittelten Ultraschallsignals auf einer zehnstufigen logarithmischen LED-Anzeige darstellt. Der von Peacock offenbarte Detektor verarbeitet jedoch das ermittelte Signal nicht, um eine hörbare Rückmeldung zu erzeugen, und er sieht auch keine Signaldämpfung nach der Eingangs-Vorverstärkungsstufe vor.
  • Das US-amerikanische Patent Nr. 4416145 offenbart ein Ultraschallgerät und ein Verfahren zur Leckerkennung, zum Beispiel in Behältern, unter Verwendung eines Ultraschallgenerators, dessen Ausgang frequenzmoduliert ist, und der in dem Behälter angeordnet ist, um darin ein Stehwellenmuster zu erzeugen. Ultraschallenergie, die aus einem kleinen Loch in dem Behälter entweicht, wird von einem Ultraschallumwandler entdeckt, dessen Ausgang an eine Reihe von Verstärkern und schließlich an einen Funktionsgeber angelegt wird, um eine Frequenzverschiebung des verstärkten Ultraschallsignals in den hörbaren Frequenzbereich für die Eingabe in einen Transistorverstärker mit Kopfhörer zu bewirken.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Bereitstellung eines vielseitigen, leichtgewichtigen, batteriebetriebenen Präzisionsgeräts zur Erkennung von Ultraschall oder Schwingungen. Die Erfindung bietet einen weiten dynamischen Bereich sowie feste Referenzpunkte durch den gesamten Bereich, um wiederholbare Messungen durchführen zu können. Die Detektorschaltung kann in einem Handgerät untergebracht werden, das zur Leckerkennung verwendet wird, oder es kann alternativ mit einer Fettspritze verwendet werden, um festzustellen, ob eine abgedichtete mechanische Vorrichtung wie zum Beispiel ein Lager, ein Getriebekasten oder ein Getriebe richtig geschmiert wurde und ob die Vorrichtung defekt ist.
  • In einer veranschaulichenden Ausführungsform der Erfindung hat der Ultraschalldetektor einen akustischen Ultraschallumwandler oder Kontakt-Ultraschallumwandler, um Ultraschalltöne nachzuweisen und in ein elektrisches Signal umzuwandeln, dessen Amplitude und Frequenz jene des nachgewiesenen Ultraschalltons wiedergeben. Eine entfernbare Fokussiersonde führt Ultraschall in dem Umwandler zusammen, so dass die Ultraschallenergie gesammelt und auf einem einzigen Umwandlerkristall fokussiert wird. Vorrichtungen des Stands der Technik können eine Vielzahl von Umwandlern verwenden, die auf einer Fokussierfläche angeordnet sind. Bei einer solchen Anordnung gibt es jedoch beim Empfang Nullstellen. Die Sonde schließt daher die Möglichkeit aus, dass ein Leck unentdeckt bleibt, was durch den Empfang und/oder die Positionierung von Nullstellen, die bei einem Multi-Umwandler auftreten, der Umwandlermodule empfängt, bedingt ist. Ferner bietet diese Sonde eine zusätzliche Signalverstärkung von 10 dB.
  • Das Ausgangssignal wird durch einen High-Gain-Vorverstärker geleitet, der eine wesentliche Aussteuerungsreserve hat, so dass bei der Erkennung von großen Ultraschallenergie-Feldern eine Sättigung verhindert wird. Ferner ist der Vorverstärker als Ladungsverstärker angeordnet und reagiert daher relativ unempfindlich auf Änderungen in der Ausgangsimpedanz oder -kapazitanz des Umwandlers. Der Ausgang des Vorverstärkers ist kapazitiv mit einem logarithmischen Dämpfungsnetzwerk gekoppelt, um für eine Anpassung an den Basis- oder Grundgeräuschpegel zu sorgen und die Sättigung des Ausgangs-Audioverstärkers und der Anzeigeschaltung zu verhindern. Das Netzwerk bietet feste Signaldämpfungspegel von 0 dB bis –70 dB in –10 dB-Schritten. Ferner ist ein zusätzlicher veränderlicher Widerstand vorgesehen, um bei Ultraschall mit extrem hohen Intensitätspegeln eine weitere Dämpfung zu ermöglichen.
  • Danach wird das gedämpfte Signal in eine Überlagerungsschaltung geleitet, wo die Ultraschallfrequenz in den hörbaren Bereich verschoben, gefiltert und verstärkt wird. Die Überlagerung erfolgt durch Kommutierung und Multiplexing der Eingänge eines abgestimmten Audiofrequenzfilters mit einem Hochfrequenzsignal, dann differenzielle Filterung und Verstärkung des überlagerten Audio-Ausgangs, der daraufhin den Lautsprecherausgang und die Balkenanzeige ansteuert. Diese Technik nutzt die differenziellen Eingänge des LM386-Audioverstärkers, um für zusätzliche Trägersperrung sowie für einen doppelten Spannungshub zu sorgen.
  • Der Audioverstärker bietet einen niederohmigen Ausgang, so dass das überlagerte und verstärkte Signal verwendet werden kann, um 8 Ohm- oder 16 Ohm-Lautsprecher oder -Kopfhörer bei einem festen Ausgangspegel anzusteuern. Dieser Ausgang kann auch als Eingang für Signalprozessoren oder -analysatoren verwendet werden.
  • Ferner steuert der Audioverstärker eine logarithmische LED-Balkenanzeige an. Diese Anzeige hat zehn Balkensegmente, die in 3 dB pro Balken graduiert sind, so dass eine Ausgangsanzeige entsteht, die ein 30 dB-Fenster abdeckt. Die Verwendung des logarithmischen Dämpfungsglieds zusammen mit der logarithmischen Ausgangsanzeige konvertiert das Eingangssignal in ein Dezibelformat. Diese Kombination verleiht dem Detektor außerdem einen weiten dynamischen Bereich von ungefähr 100 dB in 33 1/3 festen diskreten Schritten. Diese Schritte bieten eine Zusammenstellung von festen, wiederholbaren Referenzpunkten an beliebigen Stellen innerhalb des Anzeigebereichs des Geräts. Einen zusätzlichen dynamischen Bereich von 10 dB erhält man, indem man die Fokussiersonde entfernt, wenn dies erforderlich ist.
  • Zur Verwendung bei der Erkennung, wann ein mechanisches Gerät richtig geschmiert worden ist, kann der Detektor an einem Schmierungswerkzeug wie zum Beispiel einer Fettspritze befestigt werden. Bei abgedichteten Lagern gibt es normalerweise keine Möglichkeit herauszufinden, wann die geeignete Menge an Schmiermittel die Reibungsflächen, wie zum Beispiel den Laufring und die Kugellager, erreicht hat. Zu viel Schmiermittel kann den Innendruck in dem Lager aufbauen und Schäden verursachen, oder es kann die Dichtung „heraustreiben", so dass Fremdkörper in das Lager eindringen können. Zu wenig Schmiermittel kann zur Überhitzung und zur Blockierung der Lager durch übermäßige Reibung führen. Das gleiche gilt für andere abgedichtete mechanische Geräte wie zum Beispiel Getriebekästen oder Getriebe.
  • Vorrichtungen wie zum Beispiel abgedichtete Lager, Getriebekästen oder Getriebe erzeugen im Einsatz infolge von interner Reibung Ultraschallenergie. Wenn eine Schmierung erfolgt, verringert sich die interne Reibung. Somit ist die Intensität des erzeugten Ultraschalls niedriger. Das Messen des Pegels des Ultraschalls, der von der Vorrichtung erzeugt wird, wenn sie geschmiert wird, bietet daher eine Möglichkeit zu ermitteln, wann genügend Schmiermittel aufgetragen worden ist.
  • Außerdem erzeugen Vorrichtungen wie zum Beispiel abgedichtete Lager höhere Ultraschallpegel als sonst, wenn ihre Funktionsfähigkeit nachlässt. Aufgrund der festen wiederholbaren Referenzpunkte und des weiten dynamischen Bereichs des Detektors kann die Menge an Ultraschall, die ein bestimmtes geschmiertes Lager erzeugt, genau gemessen und mit einem Basispegel verglichen werden. Das Maß, in dem der gemessene Pegel den normalen Pegel übersteigt, gibt an, wie schwer das Lager geschädigt ist.
  • Das Befestigen des Detektors an einem Schmierungswerkzeug wie zum Beispiel einer Fettspritze hat den weiteren Vorteil, dass die Schmierungs- und Ultraschallmessverfahren von einer einzigen Person ausgeführt werden können, anstatt von zwei Personen, wie es erforderlich ist, wenn herkömmliche Mittel verwendet werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorstehend genannten und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung sind leichter zu erkennen anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und der Zeichnungen der veranschaulichenden Ausführungsformen der Erfindung, in denen:
  • 1 ein Blockschaltbild der vorliegenden Erfindung ist, das die Anordnung der Schaltungsbauteile veranschaulicht;
  • die 2A und 2B einen Schaltplan einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bilden;
  • 3A eine axiale Ansicht einer entfernbaren Ultraschall-Fokussiersonde ist;
  • 3B eine seitliche Querschnittsansicht der Fokussiersonde von 3A entlang der Linie A-A' ist;
  • 4A eine veranschaulichende Anwendung des Detektors ist, der mit einer Fettspritze gekoppelt ist;
  • 4B eine perspektivische Ansicht des Clip-on-Umwandlergehäuses ist; und
  • 4C eine Ansicht des Bedienfelds von einer Ausführungsform des Detektors ist, welche die LED-Anzeige und den Dämpfungswähler darstellt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • 1 zeigt ein Blockschaltbild von einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 dargestellt, wird die Ultraschallenergie in der entfernbaren Fokussiersonde 5 konzentriert und an den Ultraschallumwandler 6 angelegt, um ein elektronisches Signal zu erzeugen, dessen Amplitude und Frequenz jene der nachgewiesenen Ultraschallenergie repräsentieren. Es sei angemerkt, dass der Umwandler je nach den Anforderungen des Benutzers entweder ein akustischer Umwandler oder ein Kontakt-Umwandler sein kann.
  • Der Ausgang des Umwandlers 6 wird in einen High-Gain-Vorverstärker 7 geleitet. Dann wird das verstärkte Eingangssignal kapazitiv an das Dämpfungsnetzwerk 8 gekoppelt, welches das verstärkte Eingangssignal mit einem der verschiedenen festen logarithmischen Werten dämpft, der vom Benutzer wählbar ist.
  • Danach wird das gedämpfte Signal in den Überlagerungsfrequenzverschieber 9 geleitet, der ein Ausgangssignal mit einer hörbaren Frequenz und einer Amplitude, die proportional zu den Ultraschallfrequenzkomponenten des angelegten Signals ist, erzeugt. Dieses Ausgangsignal wird von dem Audioverstärker 10 verstärkt und dem niederohmigen Ausgang 11 zugeführt, wo es verwendet werden kann, um Lautsprecher oder Kopfhörer bei einem festen Ausgangspegel anzusteuern und außerdem als Eingang für Signalprozessoren oder -analysatoren verwendet werden kann. Das verstärkte Audiosignal wird auch durch einen Halbwellengleichrichter 12 geleitet und dann verwendet, um die logarithmische Anzeige 13 anzusteuern, die eine LED-Balkenanzeige sein kann.
  • Im Folgenden werden die einzelnen Schaltungsbauteile gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung detaillierter beschrieben. Alle verwendeten Komponenten können handelsübliche Temperaturbereiche haben und serienmäßig produzierte Elemente sein. Die Schaltungen werden vorzugsweise von einer Batterie mit einer Spannungsversorgung Vb im Bereich von 7,2 bis 9 Volt Gleichstrom betrieben. Die bevorzugte Ausführungsform kann als Mischung aus oberflächenmontierten Komponenten und herkömmlichen Komponenten mit Durchgangsbohrungen ausgeführt sein.
  • Wie in 2A zu sehen ist, umfasst der Vorverstärker 7 (preamp) einen Operationsverstärker 16 (op-amp) mit einer parallelen negativen RC-Rückkopplungsschleife, die den Widerstand 18 und den Kondensator 20 umfasst. An den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 16 wird die Vorspannung Vc angelegt, die ungefähr halb so groß ist wie die Versorgungsspannung Vb von der Batterie. Diese Verstärkerkonfiguration wird als Ladungsverstärker klassifiziert, da kein Reihenwiderstand zwischen den Umwandlern und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärker 16 geschaltet ist. Daher sendet das Signal von den Umwandlern eine Ladung in den Kondensator 20. Die Verwendung dieser Art von Verstärker macht den Ultraschalldetektor relativ unempfindlich gegenüber Änderungen der Ausgangsimpedanz oder -kapazitanz des Umwandlers. Ferner ist als Teil des Ausgangs des Vorverstärkers 7 eine zusätzliche Dämpfungsschaltung enthalten, die den Widerstand 22 und den veränderlichen Widerstand 24 umfasst. Der veränderliche Widerstand 24 wird normalerweise so eingestellt, dass keine Dämpfung erfolgt. Bei extrem hohen Ultraschallintensitätspegeln kann er jedoch so angepasst werden, dass das Übersteuern des Audio-Ausgangs an die Lautsprecher und der Anzeige verhindert wird, wenn das Dämpfungsnetzwerk 8 auf maximale Dämpfung eingestellt ist.
  • In der bevorzugten Ausführungsform ist der Operationsverstärker 16 ein High-Gain-IC-Verstärker, zum Beispiel ein NE5532 Chip. Der Widerstand 18 ist 1 M Ohm, und der Kondensator 20 hat die Kapazität 4 pF. Dadurch entsteht ein Vorverstärker mit einer Verstärkung von etwa 600 V/V oder 55 dB mit einer Bandbreite von 20 KHz bis 100 KHz und einer Amplitude von ungefähr 6 Volt Spitzenspannung. Dies bietet eine ausreichende Aussteuerungsreserve, um die meisten Sättigungsprobleme zu verhindern. Bei einem typischen Umwandler- Ausgangs-Spannungspegel von 100 bis 200 Mikrovolt wäre ein Eingang von 10 Millivolt vom Umwandler nötig, um den 6 Volt Ausgangspegel zu erzeugen. Außerdem erlaubt es diese Aussteuerungsreserve, das Dämpfungsglied nach dem Vorverstärker 7 anzuordnen.
  • Der Ausgang des Vorverstärkers 7 ist durch den Kondensator 26 an das logarithmische Dämpfungsnetzwerk 8 gekoppelt, das in 2B dargestellt ist. Das logarithmische Dämpfungsnetzwerk 8 umfasst einen Multipositionsschalter 28, der mit den Reihenwiderständen 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42 und 44 verbunden ist. Die Werte der Widerstände sind so gewählt, dass sie die gewünschten Dämpfungspegel ergeben, zum Beispiel –10dB pro Schritt. Die Höhe der Dämpfung ist eine Funktion der Verhältnisse der Widerstandswerte und der Wechselwirkung zwischen den Widerständen des Dämpfungsglieds und der Eingangsimpedanz des Überlagerungsfrequenzverschiebers 9.
  • Ein Verfahren zum Bestimmen der richtigen Widerstandswerte besteht darin, als Ultraschalleingangssignal eine Quelle für weißes Rauschen zu verwenden. Weißes Rauschen wird verwendet, weil es Ultraschelllecks und Reibungssignale unter Turbulenzströmungsbedingungen charakterisiert. Die Widerstandswerte können dann angepasst werden, während das Ausgangssignal bei unterschiedlichen Schalterstellungen kontrolliert wird, bis die gewünschte Dämpfung erreicht ist.
  • In der bevorzugten Ausführungsform haben die Widerstände 30, 32, 34, 36, 38, 40 und 42 alle 1 % Toleranz, und sie haben die Werte 1,30 K, 3,83 K, 8,98 K, 845, 140, 30,1 beziehungsweise 10 Ohm. Der Widerstand 44 hat 2,2 Ohm mit einer Toleranz von 5 %. In dieser Konfiguration kann der Benutzer zwischen Dämpfungspegeln von 0 dB bis –70 dB in –10 dB-Intervallen wählen.
  • Das Dämpfungsnetzwerk 8 ist wie das Dämpfungsglied 24 nach dem High-Gain-Vorverstärker 7 positioniert, um die Sättigung des Audio-Ausgangs-Verstärkers 10 und die Übersteuerung der Ausgangsanzeige 13 zu verhindern. Dann wird der Ausgang des Dämpfungsnetzwerks zu dem Überlagerungsfrequenzverschieber 9 und dem Audioverstärker 10 geleitet, wie es in 2A dargestellt ist.
  • Der Überlagerungsfrequenzverschieber 9 besteht aus einem Phasenkettenoszillator 48, der ein Kommutierungs- oder Schaltsignal erzeugt, Vergleichsschaltungen 50 und 52 und einem abgestimmten Audiofilter 54. Die Überlagerungsschaltung kann wie folgt zusammengefasst werden. Der Phasenkettenoszillator 48 enthält den Operationsverstärker 68 und ein RC-Rückkopplungsnetzwerk bestehend aus den Kondensatoren 70, 72, 74, den Widerständen 76, 78 und dem veränderlichen Widerstand 80. An den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 68 wird die Vorspannung Vc angelegt, in der gleichen Weise wie beim Operationsverstärker 16. Die Schaltungskomponenten werden so gewählt, dass der Oszillator bei einer Frequenz von ungefähr 37,2 kHz funktioniert, mit einem Ausgang, der um die Spannung Vc schwankt.
  • In der bevorzugten Ausführungsform ist der Operationsverstärker 68 ein integrierter High-Gain-Schaltkreis, zum Beispiel ein NE5532 Chip. Die Kondensatoren 70, 72 und 74 haben jeweils eine Kapazität von 560 pF. Die Widerstände 76 und 78 sind jeweils 1 K Ohm, und der veränderliche Widerstand 80 ist 1 M Ohm.
  • Das Kommutierungssignal von dem Ausgang des Operationsverstärkers 68 wird an den invertierenden Eingang der Vergleichsschaltung 50 und den nichtinvertierenden Eingang der Vergleichsschaltung 52 angelegt. An den nichtinvertierenden Eingang der Vergleichsschaltung 50 und den invertierenden Eingang der Vergleichsschaltung 52 wird die Vorspannung Vc angelegt. Die Vergleichsschaltungen müssen offene Kollektorenausgänge haben, wie sie in einem LM339 IC Chip zu finden sind.
  • Der Audioverstärker 10 umfasst den Operationsverstärker 82, der ein LM386 IC sein kann, und den zugehörigen Widerstand 84 sowie die zugehörigen Kondensatoren 86 und 88.
  • Das abgestimmte Audiofilter 54 enthält die Kondensatoren 60 und 62 und die Widerstände 64 und 66. In der bevorzugten Ausführungsform hat der Kondensator 60 die Kapazität 0,01 μF, der Kondensator 62 die Kapazität 0,047 μF, und die Widerstände 64 und 66 sind beide 1 K Ohm.
  • Die Überlagerung zum Verschieben der Frequenz des ermittelten Ultraschallsignals in den hörbaren Bereich erfolgt durch Kommutierung der Eingänge des abgestimmten Audiofrequenzfilters 54 bei der Hochfrequenz von 37,2 kHz und anschließendes differenzielles Filtern und Anlegen des Ausgangs an den Audioverstärker 10. Das Ultraschalleingangssignal wird durch die Kondensatoren 56 und 58 an die Eingänge des abgestimmten Audiofilters 54 angelegt. An alternierenden Halbwellen kommutieren die Ausgänge der Vergleichsschaltungen 50 und 52 das Ultraschallsignal, das an die Differenzeingänge des Operationsverstärkers 82 geht. Die Gleichtaktunterdrückung des Operationsverstärkers 82, kombiniert mit der Filtertätigkeit des Filters 54, extrahiert das überlagerte Audio, das an dem Ausgang des Operationsverstärkers 82 erscheint. Das extrahierte Audio wird durch den Kondensator 94 an die Ausgangsschaltung gekoppelt. In der beschriebenen Ausführungsform ist die Bandbreite der Überlagerungsschaltung 9, 10 ungefähr 0 bis 20 kHz im Vergleich zur Bandbreite von 20 kHz bis 100 kHz der Vorverstärkerschaltung 7.
  • Die Ausgangsschaltung ist in 2B abgebildet und umfasst den niederohmigen Audioausgang 11 und eine logarithmische LED-Anzeige 13. Der Audioausgang 11 beinhaltet den Cinch-Stecker 96 und die Widerstände 98 und 100. Er eignet sich zum Ansteuern von 8- oder 16 Ohm-Lautsprechern oder -kopfhörern bei einem festen Ausgangspegel, und er eignet sich außerdem als Eingang für Signalprozessoren oder -analysatoren.
  • In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die logarithmische Anzeige einen LED-Ansteuerungschip mit logarithmischer Antwort 102, zum Beispiel der logarithmische Chip NSC 3915, der verwendet wird, um eine aus 10 Segmenten bestehende LED-Balkenanzeige 104 anzusteuern. Der NSC 3915 ist eine bewährte, kostengünstige Vorrichtung, und er ist für diese Zwecke präzise und effizient.
  • Die logarithmische Anzeigeschaltung 13 wird von einem Halbwellengleichrichter 12 angesteuert, der aus den Widerständen 106, 108, 110 und 112, dem Kondensator 114, der Diode 116 und dem Transistor 118 besteht. Der Gleichrichter 12 korrigiert das überlagerte logarithmisch gedämpfte Audiosignal und führt es dem logarithmischen Anzeigechip 102 als Mittelwertsignal zu.
  • Wie zu erkennen ist, konvertiert die Verwendung des logarithmischen (log) Dämpfungsglieds zusammen mit der logarithmischen Ausgangsanzeige das Eingangssignal in ein Dezibelanzeigeformat. Die 8 Positionen des Dämpfungsglieds bieten sowohl einen weiten dynamischen Bereich als auch feste Referenzpunkte, d. h. jede Schalterposition liefert eine Dämpfung in einer bekannten Höhe. Messpotentiometer können diese Art von Genauigkeit nicht bieten. Wenn zum Beispiel zwei Signale mit stark unterschiedlicher Amplitude verglichen werden sollen, kann das Dämpfungsglied verwendet werden, um den Amplitudenbereich des größeren Signals zu verkleinern oder den des kleineren zu vergrößern, und dann können sie genau gemessen oder verglichen werden. Die Differenz zwischen dem Bereich der Amplitudenbereiche des größeren und des kleineren Signals erfährt man aus dem erforderlichen Grad an Dämpfung, der aus der Schalterposition ersichtlich ist. Die Verwendung von festen Referenzpunkten (die verwendet werden, um den Basispegel oder den Grundgeräuschpegel zu bestimmen) verleiht diesem Sensor die Anpassungsfähigkeit, als Präzisionsgerät verwendet zu werden und wiederholbare Messungen zu ermöglichen.
  • Zusätzliche Genauigkeit und Anpassungsfähigkeit kann erreicht werden, indem man eine kegelförmige, entfernbare Fokussiersonde 5 verwendet, die in den 3A und 3B gezeigt wird. Die Verwendung der Sonde 5 als Front-End des Ultraschallumwandlers 6 erhöht die Richtwirkung und vergrößert die Signalverstärkung um weitere 10 dB bis 12 dB. Ferner führt die Fokussiersonde 5 Ultraschall in dem Einzelumwandler 6 zusammen. Dieses Zusammenführen verringert die Möglichkeit, dass dem Benutzer ein Leck entgeht, das durch den Empfang und/oder die Positionierung von Nullstellen bedingt ist, die auftreten, wenn Multiumwandler verwendet werden, die Umwandlermodule empfangen.
  • In einer alternativen Anwendung, die in 4A gezeigt wird, kann der Ultraschalldetektor 206 mit einem Schmierungswerkzeug, zum Beispiel einer Fettspritze 200, verbunden werden, das einen Stutzen 202 und einen Schmiernippeladapter 204 aufweist. Die Ultraschallsschaltung ist in dem Gehäuse 208 angeordnet, das mit den VelcroTM-Streifen 212 an dem Körper der Fettspritze 200 befestigt ist. Alternativ kann das Gehäuse 208 mit Clips, Kabelbindern oder beliebigen anderen geeigneten Mitteln, zum Beispiel durch Schweißen oder mit Klebstoffen, an der Fettspritze 200 befestigt werden.
  • Der Ultraschallumwandler 6 (nicht abgebildet) ist in dem Gehäuse 210 angeordnet und mit dem Kabel 209 an die Ultraschallschaltung angeschlossen. Das Umwandlergehäuse 210 ist an der Fettspritze 200 entlang des Stutzens 202 in der Nähe des Schmiernippeladapters 204 oder an dem Adapter 204 selbst befestigt. Eine Version des Umwandlergehäuses 210, ein Clip-on-Typ, ist in 4B dargestellt. Es sei jedoch angemerkt, dass der Umwandler 6 durch eine beliebige andere Einrichtung, die ihn in akustischen Kontakt mit dem Schmiernippeladapter 204 oder dem Stutzen 202 bringt, befestigt werden kann. Weitere Möglichkeiten der Befestigung des Umwandlers an der Fettspritze beinhalten Riemen oder magnetische Befestigungsmittel. Alternativ kann der Stutzen 202 oder der Schmiernippeladapter 204 speziell mit Mitteln ausgeführt sein, um ein in geeigneter Weise geformtes Gehäuse 210 sicher aufzunehmen.
  • Wenn eine mechanische Vorrichtung verwendet wird, bewirkt die interne Reibung die Erzeugung von Ultraschall. Wenn ein Schmiermittel aufgetragen wird und die Reibungsflächen oder Ultraschall erzeugenden Flächen erreicht, nimmt die Intensität des erzeugten Ultraschalls ab. Das Koppeln eines Ultraschalldetektors mit einem Schmierungswerkzeug, zum Beispiel eine Fettspritze, erlaubt es einem Einzelbenutzer, Schmiermittel auf eine mechanische Vorrichtung aufzutragen und gleichzeitig die Intensität der Ultraschallenergie, die von dieser Vorrichtung erzeugt wird, zu kontrollieren. Dies erlaubt es dem Benutzer zu erkennen, wann die nachgewiesene Ultraschallenergie auf ihren niedrigsten Pegel sinkt und somit wann genügend Schmierung aufgetragen wurde.
  • Bei einer Einsatzmöglichkeit für diese Anwendung kann die Fettspritze 200 verwendet werden, um das abgedichtete Lager 220 zu schmieren. Da das Lager 220 abgedichtet ist, gibt es normalerweise keine Möglichkeit festzustellen, wann die geeignete Menge an Schmiermittel die Reibungsbereiche, zum Beispiel den Laufring und die Kugellager, erreicht hat. Zu viel Schmiermittel kann den Innendruck des Lagers aufbauen und Schäden verursachen, oder es kann die Dichtung „heraustreiben", so dass Fremdkörper in das Lager eindringen können. Zu wenig Schmiermittel kann zur Überhitzung und zur Blockierung der Lager durch übermäßige Reibung führen. Ein ähnliches Problem tritt auf, wenn andere abgedichtete mechanische Vorrichtungen wie zum Beispiel Getriebekästen oder Getriebe geschmiert werden.
  • Im Einsatz ist der Schmiernippeladapter 204 an dem Schmiernippel 214 auf dem Lager 220 befestigt. Der Schmiernippeladapter 204 fungiert dann als Wellenleiter, der den Ultraschall, der von dem abgedichteten Lager 220 erzeugt wird, an den Umwandler 6 überträgt. Wenn das Schmiermittel aufgetragen wird, wird der Pegel an Ultraschall, der von dem Lager 220 erzeugt wird, optisch auf der LED-Balkenanzeige 104 und akustisch durch Kopfhörer (nicht abgebildet), die mit dem Cinch-Stecker 96 verbunden sind, angezeigt. Siehe 4C. Wie in 4C gezeigt, kann das Abfallen des Pegels an nachgewiesener Ultraschallenergie genau gemessen werden, wenn man die festen Dämpfungssollwerte verwendet, die mittels des Dämpfungsschalters 28 und durch die Kontrolle der LED-Balkenanzeige 104 auf dem Bedienfeld des Bauteils wählbar sind.
  • Das Schmiermittel wird in das Lager 220 gefüllt, bis der ermittelte Ultraschallpegel seinen niedrigsten Stand erreicht, was ein Zeichen dafür ist, dass genügend Schmiermittel aufgetragen wurde. Da der Detektor die Differenzen in der Amplitude des Ultraschallsignals genau messen kann, hat der Benutzer die Möglichkeit zu verhindern, dass das Lager „überfüllt" wird und infolgedessen die Dichtung herausgetrieben wird.
  • Diese Ausführungsform kann auch verwendet werden, um defekte Lager zu erkennen. Im Einsatz erzeugen fehlerfreie Lager einen normalen Basispegel an Ultraschallenergie. Wenn dieser Energiepegel gemessen wird, entspricht er einer spezifischen Position des logarithmischen Dämpfungsschalters 28 und einer bestimmten Anzahl an Leuchtbalken auf der LED-Anzeige 104. Dieser Pegel kann ermittelt werden, indem man zum Beispiel die Fettspritze 200 an einem richtig geschmierten Lager befestigt, von dem bekannt ist, dass es sich in gutem Zustand befindet, und dann den ermittelten Ultraschall misst. Die festen Referenzpunkte stellen sicher, dass diese Messung wiederholbar ist, und erlauben es dem Wert, als Referenz oder Basis verwendet zu werden, wenn spätere Messungen durchgeführt werden.
  • In der Praxis befestigt ein Bediener den Schmiernippeladapter 204 der Fettspritze 200 an dem Schmiernippel 214 auf dem Lager 220 und misst dann die Intensität des emittierten Ultraschalls. Wenn der nachgewiesene Pegel höher ist als der vorherbestimmte Basispegel, kann das Schmiermittel aufgetragen werden, bis der nachgewiesene Ultraschallpegel seinen niedrigsten Stand erreicht. Selbst nach dem Schmieren eines defekten Lagers erzeugt es jedoch immer noch einen höheren Ultraschallpegel als normalerweise. Die Anzahl an Dezibels über dem Basismesswert zeigt an, in welchem Stadium eines Defekts sich das Lager befindet.
  • Ein Messwert von 8 dB über dem Basismesswert zeigt an, dass sich das Lager in einer Vorstufe eines Defekts, dem frühesten Stadium des Defekts, befindet. In diesem Stadium kann das Lager entstandene Defekte aufweisen, die für das menschliche Auge nicht sichtbar sind, zum Beispiel Haarrisse oder mikroskopische Splitter. Aufgrund der festen Referenzpunkte und der 3 dB/Balken-Skala der LED-Balkenanzeige kann selbst dieser kleine Anstieg an erzeugter Ultraschallenergie genau gemessen werden.
  • Ein Messwert von 16 dB über dem Basismesswert zeigt an, dass sich das Lager in einem defekten Stadium befindet. Bei diesem Pegel sollte das Lager ausgetauscht oder häufig kontrolliert werden. Wenn der nachgewiesene Ultraschallpegel 35-50 dB über dem normalen Pegel liegt, befindet sich das Lager in einem Katastrophenstadium, und ein kurzfristiger Ausfall steht unmittelbar bevor. Dies ist ein höchst gefährlicher Zustand, da sich die Lagerabstände vergrößern und im Innern eines Geräts zusätzliche Reibung und Scheuern erzeugen, und somit eventuelle Schäden an anderen Bauteilen verursachen.
  • Es sei angemerkt, dass diese Anwendung, auch wenn die zuvor behandelte Diskussion eine einzige Anwendung verwendete, um ein abgedichtetes Lager zu schmieren und zu prüfen, auch zusammen mit anderen abgedichteten mechanischen Vorrichtungen, zum Beispiel Getriebekästen und Getriebe, für die selben Zwecke verwendet werden kann.
  • Die Erfindung wurde zwar insbesondere unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen von ihr dargestellt und beschrieben, doch der Fachmann wird erkennen, dass verschiedene Änderungen in Form und Details an ihr vorgenommen werden können, ohne vom Schutzgebiet der Erfindung, wie es durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, abzuweichen.

Claims (17)

  1. Ultraschall-Leckerkennungsvorrichtung umfassend: einen Ultraschallumwandler, der ein elektrisches Ausgangssignal im Ultraschall-Frequenzbereich erzeugt, das mit der Intensität und Frequenz der erhaltenen Ultraschallenergie in Beziehung steht; einen mit dem Umwandler verbundenen High-Gain-Ladungsvorverstärker, wobei der Vorverstärker eine verstärkte Version des elektrischen Ausgangssignals des Umwandlers erzeugt; ein variables Dämpfungsglied, wobei ein Eingang mit dem Ausgang des Vorverstärkers und ein Ausgang mit einem mehrstufigen logarithmischen Dämpfungsglied verbunden ist, wobei das variable Dämpfungsglied einen mit dem Eingang des variablen Dämpfungsglieds verbundenen festen Widerstand und ein zwischen dem Widerstand und einer Referenzstufe angeschlossenes Potentiometer enthält, wobei der Wischkontakt des Potentiometers mit dem Ausgang des variablen Dämpfungsglieds verbunden ist; ein mehrstufiges logarithmisches Dämpfungsglied, das den Ausgang des Vorverstärkers empfängt, wobei das logarithmische Dämpfungsglied eine gedämpfte Version des Ausgangssignals des Vorverstärkers mit mindestens einem festen Referenzpunkt erzeugt; eine Frequenzverschiebungsschaltung zum Empfang des Ausgangs des logarithmischen Dämpfungsglieds, wobei die Verschiebungsschaltung ein Signal im Audio-Frequenzbereich erzeugt, dessen Wert und Frequenz mit dem gedämpften Signal in Verbindung stehen, das aber aus dem Ultraschall-Frequenzbereich in einen Audio-Frequenzbereich umgewandelt ist; einen Audioverstärker, der das Audiosignal von der Frequenzverschiebungsschaltung empfängt und verstärkt, um ein verstärktes Audio-Ausgangssignal zu erzeugen; und einen Signalpegel-Indikator, der zum Empfang des verstärkten Audio-Ausgangssignals angeschlossen ist, wobei der Indikator eine Angabe des Werts des verstärkten Audio-Ausgangssignals des Audioverstärkers bereitstellt.
  2. Ultraschall-Leckerkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Ladungsverstärker Folgendes umfasst: einen Operationsverstärker mit einem Ausgang, einem invertierenden Eingang und einem nichtinvertierenden Eingang, einen zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers parallel angeschlossenen Widerstand und Kondensator, wobei der Umwandler direkt zwischen dem invertierenden und dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers angeschlossen ist.
  3. Ultraschall-Leckerkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das logarithmische Dämpfungsglied sieben Schritte mit 10 dB pro Schritt hat.
  4. Ultraschall-Leckerkennungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das logarithmische Dämpfungsglied Folgendes umfasst: acht zwischen dem Eingang und einer Referenzstufe in Reihe geschaltete Widerstände, und einen Mehrpositionsschalter mit Eingängen, die mit dem Eingang des logarithmischen Dämpfungsglieds bzw. der Anschlussstelle der Widerstände verbunden sind, wobei der Wischkontakt des Schalters mit dem Ausgang des logarithmischen Dämpfungsglieds verbunden ist und die Werte der Widerstände so gewählt sind, dass der Ausgang des logarithmischen Dämpfungsglieds mit dem Ausgang des Vorverstärkers und dessen logarithmischen Abdämpfungen in sieben festen 10-dB-Schritten in Beziehung steht.
  5. Ultraschall-Leckerkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Frequenzverschiebungsschaltung Folgendes umfasst: einen Oszillator, der ein Schaltsignal erzeugt; erste und zweite Vergleichsschaltungen mit invertierenden und nichtinvertierenden Eingängen, wobei der invertierende Eingang der ersten Vergleichsschaltung und der nichtinvertierende Eingang der zweiten Vergleichsschaltung mit dem Schaltsignal beaufschlagt werden; und einen symmetrischen Audiofrequenzfilter mit zwei Signaleingängen, zwei Vergleichsschaltungseingängen und zwei Ausgängen, wobei beide Signaleingänge mit dem Ausgang des logarithmischen Dämpfungsglieds beaufschlagt werden und die Eingänge der Vergleichsschaltungen mit den entsprechenden Ausgängen der Vergleichsschaltungen beaufschlagt werden und der Audioverstärker mit den beiden Ausgängen beaufschlagt wird.
  6. Ultraschall-Leckerkennungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der symmetrische Audiofrequenzfilter Folgendes umfasst: erste und zweite Eingangskapazitanzen, die zwischen den Signaleingängen bzw. Vergleichsschaltungseingängen geschaltet sind; und eine dritte, zwischen den Vergleichsschaltungseingängen geschaltete Kapazitanz; erste und zweite, zwischen den Vergleichsschaltungseingängen bzw. den Ausgängen angeschlossene Widerstände; und eine vierte, zwischen den Ausgängen geschaltete Kapazitanz.
  7. Ultraschall-Leckerkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Frequenzverschiebungsschaltung einen symmetrischen Ausgang aufweist und der Audioverstärker einen Operationsverstärker mit invertierenden und nichtinvertierenden Eingängen umfasst, die mit dem symmetrischen Ausgang verbunden sind, wobei der Operationsverstärker eine hohe Gleichtaktunterdrückung für Signale hat, mit denen seine beiden Eingänge beaufschlagt werden.
  8. Ultraschall-Leckerkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Signalpegelindikator einen Lautsprecher umfasst, der den Ausgang des Audioverstärkers empfängt.
  9. Ultraschall-Leckerkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Signalpegelindikator Folgendes umfasst: eine Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten des Ausgangs des Audioverstärkers zur Bereitstellung eines gleichgerichteten Signals; eine durch das gleichgerichtete Signal betriebene logarithmische Displayschaltung zur Bereitstellung eines LED-Balkenanzeigesignals; und eine vom Balkenanzeigesignal betriebene LED-Balkenanzeige, wobei die Anzahl der in der Anzeige leuchtenden Balken in Beziehung zu der in Dezibel ausgedrückten Stärke der erkannten Ultraschallenergie steht.
  10. Ultraschall-Leckerkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei weiter eine entfernbare Fokussiersonde zum Empfang der Ultraschallenergie und zu ihrer Schleusung zum Umwandler enthalten ist.
  11. Ultraschall-Leckerkennungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Sonde kegelförmig ist und beim Einsatz ungefähr 10 dB Signalverstärkung bereitstellt.
  12. Verfahren zur Erkennung von Ultraschallenergie, folgende Schritte umfassend: Umsetzung der Ultraschallenergie in ein elektrisches Signal, das mit der Intensität und Frequenz der Ultraschallenergie in Beziehung steht; Verstärkung des elektrischen Signals mit einem High-Gain-Ladungsvorverstärker mit einem mit dem Ausgang des Vorverstärkers verbundenen variablen Dämpfungsglied, wobei der Vorverstärker ausreichend bemessen ist, um beim Erkennen großer Ultraschallenergie-Felder eine Sättigung zu vermeiden; logarithmische Dämpfung des verstärkten Signals mit einem mehrstufigen logarithmischen Dämpfungsglied, das mit dem Ausgang des variablen Dämpfungsglieds verbunden ist, wobei das logarithmische Dämpfungsglied mindestens einen festen Referenzpunkt hat, um eine gedämpfte Version des vorverstärkten Signals zu erzeugen; Umsetzung des gedämpften Signals in ein Audiofrequenzsignal, das in Wert und Frequenz mit dem gedämpften Signal in Beziehung steht; und Angabe des Werts des verstärkten Audiofrequenzsignals.
  13. Verfahren zur Erkennung von Ultraschallenergie nach Anspruch 12, wobei der Schritt der Umsetzung des gedämpften Signals in das Audiofrequenzsignal folgende Schritte umfasst: Kommutierung eines hochfrequenten Schaltsignals mit dem gedämpften Signal; differenzielle Filterung der kommutierten Signale mit einem symmetrischen Audiofrequenzfilter zur Bereitstellung eines Paars symmetrischer Filtersignale; und Verstärkung der symmetrischen gefilterten Signale in einem Audioverstärker mit hoher Gleichtaktunterdrückung zur Erzeugung des Audiofrequenzsignals.
  14. Verfahren zur Erkennung von Ultraschallenergie nach Anspruch 13, wobei der Schritt der Umsetzung des gedämpften Signals in ein Audiofrequenzsignal den Schritt der Erzeugung des hochfrequenten Schaltsignals mit einem Phasenkettenoszillator umfasst.
  15. Verfahren zur Erkennung von Ultraschallenergie nach Anspruch 13, wobei der symmetrische Audiofilter erste und zweite Eingänge sowie erste und zweite Ausgänge umfasst und wobei das hochfrequente Schaltsignal in den folgenden Schritten mit dem gedämpften Signal kommutiert wird: Beaufschlagung des invertierenden Eingangs einer ersten Vergleichsschaltung und des nichtinvertierenden Eingangs einer zweiten Vergleichsschaltung mit dem hochfrequenten Schaltsignal; Beaufschlagung des ersten Audiofiltereingangs mit dem Ausgang der ersten Vergleichsschaltung und des zweiten Audiofiltereingangs mit dem Ausgang der zweiten Vergleichsschaltung; kapazitive Kopplung des gedämpften Signals mit dem ersten Filtereingang und kapazitive Kopplung des gedämpften Signals mit dem zweiten Filtereingang; und Beaufschlagung des Audioverstärkers mit den ersten und zweiten audiogefilterten Ausgängen.
  16. Verfahren zur Erkennung von Ultraschallenergie nach Anspruch 12 mit dem zusätzlichen Schritt der Beaufschlagung eines Lautsprechers mit dem verstärkten Audiosignal.
  17. Verfahren zur Erkennung von Ultraschallenergie nach Anspruch 12 mit dem zusätzlichen Schritt der Angabe des Werts des verstärkten Audiosignals durch die Beaufschlagung einer logarithmisch skalierten grafischen LED-Balkenanzeige mit diesem Signal.
DE69736360T 1996-11-15 1997-11-14 Vorrichtung zum ultraschall-lecknachweis Expired - Lifetime DE69736360T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US749910 1996-11-15
US08/749,910 US5955670A (en) 1996-11-15 1996-11-15 Ultrasonic leak detecting apparatus
PCT/US1997/022079 WO1998021573A1 (en) 1996-11-15 1997-11-14 Ultrasonic leak detecting apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69736360D1 DE69736360D1 (de) 2006-08-31
DE69736360T2 true DE69736360T2 (de) 2007-07-19

Family

ID=25015728

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69736360T Expired - Lifetime DE69736360T2 (de) 1996-11-15 1997-11-14 Vorrichtung zum ultraschall-lecknachweis

Country Status (6)

Country Link
US (2) US5955670A (de)
EP (1) EP0998671B1 (de)
JP (1) JP2001511886A (de)
AT (1) ATE333642T1 (de)
DE (1) DE69736360T2 (de)
WO (1) WO1998021573A1 (de)

Families Citing this family (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6339961B1 (en) 1996-11-15 2002-01-22 Ue Systems, Inc. Ultrasonic detecting lubrication apparatus with acoustically isolated transducer
US6202491B1 (en) * 1997-07-22 2001-03-20 Skf Condition Monitoring, Inc. Digital vibration coupling stud
GB2337117B (en) * 1998-05-04 2001-04-04 Csi Technology Inc Digital ultrasonic monitoring system and method
GB2337118A (en) * 1998-05-06 1999-11-10 Csi Technology Inc Interchangeable sensor monitoring device
US6234021B1 (en) * 1999-02-02 2001-05-22 Csi Technology, Inc. Enhanced detection of vibration
EP1147830B1 (de) * 2000-04-19 2008-03-12 Skf Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen einer Lageranordnung
DE10019324C1 (de) * 2000-04-19 2001-07-26 Skf Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen einer Lageranordnung
GB0021114D0 (en) * 2000-08-29 2000-10-11 Univ Sheffield Method and apparatus for determining thickness of lubricant film
US6851319B2 (en) 2000-09-27 2005-02-08 Digital Wave Corporation Device and method designed for ultrasonically inspecting cylinders for longitudinal and circumferential defects and to measure wall thickness
US6792807B2 (en) * 2001-04-23 2004-09-21 Cmd Corporation Method and apparatus for sensing a seal on a film
US6655214B2 (en) 2001-11-12 2003-12-02 U-E Systems, Inc. Ultrasonic sensor having enhanced dynamic range
US20030164044A1 (en) * 2001-12-17 2003-09-04 Gayle James Edward Ultraphonics array system
US6983642B2 (en) 2002-05-02 2006-01-10 Qst Holdings, L.L.C. System and method for automatically judging the sealing effectiveness of a sealed compartment
EP1568144B1 (de) * 2002-11-12 2013-06-12 U-E Systems, Inc. System und verfahren zum heterodynen eines ultraschallsignals
US20040197040A1 (en) * 2003-04-03 2004-10-07 Steven Walker Method and device for sensing health and condition of a bearing through the lubrication port of a machine
GB2430034A (en) * 2005-05-04 2007-03-14 Aes Eng Ltd A condition monitoring device using acoustic emission sensors and data storage devices.
US20090025454A1 (en) * 2005-10-25 2009-01-29 Scott Farrell System and method for detecting leaks in sealed compartments
US7828119B1 (en) * 2006-01-13 2010-11-09 Schirado Richard M Grease gun applicator system
CA2718103A1 (en) * 2008-03-17 2009-09-24 Plastic Technologies Inc. Method and apparatus for improved detection of holes in plastic containers
WO2010019950A1 (en) * 2008-08-15 2010-02-18 Dst Holdings, Llc System and method for leak detection
US9341603B1 (en) 2009-07-30 2016-05-17 John Jenkins Handheld ultrasound detection apparatus having a flexible tube
GB2476302A (en) * 2009-12-19 2011-06-22 John Karl Atkinson Ultrasonic vibration monitor for determination of the effect of the addition of lubricant on the condition of a machine or bearing
US8707785B2 (en) 2010-04-16 2014-04-29 U.E. Systems, Inc. On-board ultrasonic frequency spectrum and image generation
US9200979B2 (en) 2011-04-15 2015-12-01 U.E. Systems, Inc. System for bearing fault detection
BE1020552A5 (fr) * 2012-03-13 2013-12-03 Cockerill Maintenance & Ingenierie Sa Dispositif et methode de controle et de validation du graissage manuel.
US20130312527A1 (en) * 2012-05-22 2013-11-28 Richard A. Lomenzo, JR. Integrated excitation and measurement system
US9062826B2 (en) * 2012-06-12 2015-06-23 Michael C. Ryan Refillable and rechargeable grease gun reservoir
US9223299B2 (en) 2012-11-30 2015-12-29 Discovery Sound Technology, Llc Equipment sound monitoring system and method
US10145761B1 (en) 2012-11-30 2018-12-04 Discovery Sound Technology, Llc Internal arrangement and mount of sound collecting sensors in equipment sound monitoring system
US10156844B1 (en) 2012-11-30 2018-12-18 Discovery Sound Technology, Llc System and method for new equipment configuration and sound monitoring
US9971667B1 (en) 2012-11-30 2018-05-15 Discovery Sound Technology, Llc Equipment sound monitoring system and method
US9568390B2 (en) 2013-06-27 2017-02-14 Dresser, Inc. System and method for filtering noise from acoustic energy from a valve
CN103399088B (zh) * 2013-07-26 2015-09-30 北京波易达成像技术有限公司 一种旋转式多通道超声波发射接收装置及方法
US9823158B2 (en) 2014-01-16 2017-11-21 Radiaulics, Inc. Multi-function ultrasonic sound generator with an audio transducer for human hearing
US10077810B2 (en) 2014-04-14 2018-09-18 Dynapar Corporation Sensor hub comprising a rotation encoder
JP2016020861A (ja) * 2014-07-15 2016-02-04 ヤマハ株式会社 音響動き検出装置
JP2017032395A (ja) * 2015-07-31 2017-02-09 Ntn株式会社 振動解析装置および異常診断システム
US9933327B2 (en) 2015-08-20 2018-04-03 General Electric Company Method for detecting leaks in a fuel circuit of a gas turbine fuel supply system
US9948121B2 (en) * 2015-10-02 2018-04-17 Ahwon Corporation Hybrid power type of automatic grease gun
US10082488B2 (en) 2015-12-02 2018-09-25 Butterfly Network, Inc. Time gain compensation circuit and related apparatus and methods
CN105757464A (zh) * 2016-03-31 2016-07-13 陈思宇 一种防爆型智能故障检测系统及其检测方法
US10231713B2 (en) 2016-09-13 2019-03-19 Butterfly Network, Inc. Analog-to-digital drive circuitry having built-in time gain compensation functionality for ultrasound applications
CN107990974B (zh) * 2017-05-16 2021-11-09 萨姆株式会社 辐射超声波可视化方法及执行辐射超声波可视化方法的电子装置
CN108956043B (zh) 2018-07-03 2020-05-22 清华大学 一种机械密封多尺度实时监测分析方法
US11035749B2 (en) * 2019-02-07 2021-06-15 Georg Fischer, LLC Leak test system and method for thermoplastic piping
US11188292B1 (en) 2019-04-03 2021-11-30 Discovery Sound Technology, Llc System and method for customized heterodyning of collected sounds from electromechanical equipment
US11231198B2 (en) 2019-09-05 2022-01-25 Trane International Inc. Systems and methods for refrigerant leak detection in a climate control system
US11733125B2 (en) 2020-12-22 2023-08-22 U.E. Systems, Inc. Auto-adjusting analog ultrasonic sensor

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3674112A (en) * 1970-06-30 1972-07-04 Houdaille Industries Inc Centralized lubrication system
US3952566A (en) * 1975-03-03 1976-04-27 Sperry Rand Corporation Bearing and lubricant film test method and apparatus
US4287581A (en) * 1980-02-19 1981-09-01 Neale Sr Dory J Ultrasonic fluid leak detector
US4416145A (en) * 1982-02-10 1983-11-22 Ue Systems, Inc. Ultrasonic leak detecting method and apparatus
US4635042A (en) * 1984-03-21 1987-01-06 Michael Ede Vacuum leak detector
DE3523289A1 (de) * 1985-06-28 1987-01-08 Busch Dieter & Co Prueftech Verfahren und vorrichtung zur ermittlung und auswertung von maschinenzustandsdaten
US5140858A (en) * 1986-05-30 1992-08-25 Koyo Seiko Co. Ltd. Method for predicting destruction of a bearing utilizing a rolling-fatigue-related frequency range of AE signals
GB2204403B (en) * 1987-05-05 1991-07-17 David John Howard Peacock "method of detecting leaks"
US4823600A (en) * 1987-11-05 1989-04-25 Ue Systems, Inc. Ultrasonic transducer and current loop transmitter
US4785659A (en) * 1987-11-19 1988-11-22 Rose H Barry Fluid leak detector
JP2765897B2 (ja) * 1988-12-23 1998-06-18 株式会社日立製作所 潤滑剤供給方法およびその方法を用いた軸受装置
US5089997A (en) * 1990-11-02 1992-02-18 Pasar, Inc. Ultrasonic energy detector with frequency and amplitude indications and background noise reduction
US5350040A (en) * 1992-02-12 1994-09-27 Gribble Douglas L Vibration monitoring lubrication device
US5432755A (en) * 1994-03-08 1995-07-11 Komninos; Nikolaos I. Ultrasonic signal detector
US5691707A (en) * 1995-12-15 1997-11-25 Security Operating Systems, Inc. Sensory fitting for monitoring bearing performance

Also Published As

Publication number Publication date
EP0998671A1 (de) 2000-05-10
US5955670A (en) 1999-09-21
JP2001511886A (ja) 2001-08-14
US6122966A (en) 2000-09-26
EP0998671B1 (de) 2006-07-19
WO1998021573A1 (en) 1998-05-22
ATE333642T1 (de) 2006-08-15
DE69736360D1 (de) 2006-08-31
EP0998671A4 (de) 2000-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69736360T2 (de) Vorrichtung zum ultraschall-lecknachweis
DE69912285T2 (de) Messung der Schallgeschwindigkeit in einem Gas mit einem kleinen sphärischen Resonator und einer nicht radialen Mode für die Analyse von Gasgemischen
DE3112829C2 (de) Verfahren und Geräte zur Ortung von Rohschäden mit wenigstens einem Mikrophon
EP0140174B1 (de) Verfahren zum Ermitteln einer Leckstelle an druckführenden Behältern und Einrichtung dazu
DE1290773B (de) Leckanzeigeeinrichtung fuer Rohrleitungen mit einer auf Leckgeraeusche ansprechenden Messsonde
DE2512494C2 (de)
EP1004011B1 (de) Verfahren zum betrieb eines heliumlecksuchers und für die durchführung dieses verfahrens geeigneter heliumlecksucher
WO1998021573A9 (en) Ultrasonic leak detecting apparatus
DE2352532A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur akustischen ermittlung von leckstellen
DE3011052A1 (de) Einbruchssicherungseinrichtung mit einer detektorleitung
DE2400641A1 (de) Verfahren und einrichtung zum feststellen und orten eines spontanen lecks oder leitungsbruches zwischen zwei ueberwachungsstationen in einer fluessigkeit unter druck fuehrenden rohrleitung
US6339961B1 (en) Ultrasonic detecting lubrication apparatus with acoustically isolated transducer
CH694543A5 (de) Verfahren zur Rückkopplungserkennung in einem Hörgerät und Hörgerät zum Ausführen dieses Verfahrens.
DE3726585C2 (de)
DE2134825C2 (de) Kavitationsmeßvorrichtung
DE69910794T2 (de) Synthetisierung einer sinuswelle
DE2828391C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Aussortieren leckstellenbehafteter Dosendeckel
DE3025937C2 (de) Vorrichtung zum Anzeigen von Frequenzspektren von Eingangssignalen
DE2327190C3 (de) Klirrfaktormesser
DE4116345A1 (de) Verfahren zur schadensfrueherkennung
DE1806692A1 (de) Selbsttaetig arbeitendes Blutdruckmessgeraet
DE69938346T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimmung einer resonanzfrequenz eines ein gasgemisch enthaltenden resonators
DE1773196A1 (de) Kavitationsanzeiger
DE69929300T2 (de) Verfahren und Anordnung zur kombinierten Schwingungsmessung
DE2524467C3 (de) Einrichtung zum Messen der Lautpegeldifferenz zwischen zwei Raumpunkten

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition