NL1007793C2

NL1007793C2 - Werkwijze en inrichting voor akoestische golfmeting.

Info

Publication number: NL1007793C2
Application number: NL1007793A
Authority: NL
Inventors: Noritaka Egami
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-03-06
Filing date: 1997-12-15
Publication date: 2002-03-25
Also published as: NL1007793A1; US5955669A; JPH10253339A

Description

Reg. no. 154441 AS/PB

Werkwijze en inrichting voor akoestische qolf- meting

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een 5 akoestische golf-meetinrichting gebruikt voor het meten van de afmetingen van betonmaterialen en het detecteren van de akoestische snelheid.

Werkwi j zen voor het meten van de dikte van een materiaal voor het bepalen van de locatie van gebreken 10 binnen een materiaal onder gebruikmaking van geluidsgolven zijn bekend. Figuur 1 is een schematisch aanzicht van een akoestische golf-meetinrichting voor het meten van de dikte van een betonmateriaal (of het meten van de snelheid van geluidsgolven die zich voortplanten in een betonmateriaal 15 waarvan de afmetingen bekend zijn) analoog aan één beschreven in de openbaar gemaakte Japanse octrooiaanvrage 63-247608 (1988). Figuur 2 is een gedetailleerd aanzicht tonende meer details van de inrichting van figuur 1.

Zoals getoond in figuren 1 en 2, is er een beton-20 wand la waarvan de dikte gemeten dient te worden, een ultrasone generator 2 direct gemonteerd op het oppervlak van de betonmuur la, een versnellingssensor (of een golf-ontvanger) 3 voor het detecteren van vibratie van de muur, en een hoofdeenheid 4 voor het ontvangen van een detectie-25 signaal van de golf ontvanger 3 en voor het produceren en het verzenden van blokgolfpulsen naar de ultrasone generator 2. Tevens getoond zijn een blokgolfpulsoscillator 5 met variabele frequentie (hierna oscillator genoemd) waarvan de oscillatiefrequentie veranderd kan worden door een bestu-3 0 ringssignaal, een operationele versterker 6, een NPN transistor 7, weerstanden 8 en 9, een buf f erversterker 10 voor het versterken van een uitvoer van de golf ontvanger 3, een A/D omzetter 11 voor het omzetten van een analoog 1007793* 2 signaal in een digitaal signaal, een microcomputer 12, en een geheugen 13. De A/D omzetter 11, de microcomputer 12 en het geheugen 13 zijn gegroepeerd om een spectrumanalysator 32 te vormen.

5 De microcomputer 12 instrueert de oscillator 5 om blokgolfpulsspanning op te wekken met een voorafbepaalde frequentie. De oscillator 5 zendt de blokgolfpulsspanning naar de ultrasone generator 2 die op zijn beurt oscillatie bij de frequentie produceert om het doel la dat te meten is 10 te doen trillen. De ultrasone generator 2, daar deze aangestuurd wordt door de blokgolfpuls, zendt een ultrasone golf uit omvattende een groot aantal harmonischen als zijn fundamentele golf. Een vibratie in het doel la in een gegeven tijdsperiode wordt vervolgens in tijdsvolgorde 15 gemeten door de golfontvanger 3, versterkt door de buffer-versterker 10, in volgorde A/D omgezet door de A/D omzetter 11, opgeslagen in het geheugen 13, en onderworpen aan een Fouriertransformatie voor het berekenen van de amplitude (een topwaarde van oscillatieversnelling) van elke frequen-20 tiecomponent in een bereik van de oscillatiefrequentie tot verscheidene keren de frequentie. Opgemerkt wordt dat de bufferversterker 10 van een breed frequentiebereiktype is welke bereik kan corresponderen met een breed frequentiebe-reik van de harmonischen.

25 Tot slot, is de oscillatieversnelling van de frequenties weergegeven in een grafiek zoals getoond in figuur 3, waarin de horizontale as de frequentie representeert en de vertikale as de oscillatieversnelling of de topwaarde of amplitude representeert. Op een groot aantal 30 bepaalde frequenties, interfereren transmissiegolven met gereflecteerde golven om een staande golf op te wekken. De resonantiefrequentie van het doel la wordt dan uitgedrukt door de frequentie met de topwaarde, en de volgende vergelijking wordt vastgesteld: 35 2L = n · w/f ...(1) 1007793¾ 3 waarin L de dikte van het doel of de muur la is, υ de akoestische snelheid door de muur la is, f de resonantie-frequentie is, en n een positief geheel getal is.

Wanneer u bekend is, is L gegeven. Wanneer L 5 bekend is, wordt u berekend. Een voorbeeldproces voor het meten van dikte wordt nu uitgelegd aannemende dat i> bekend is.

Het zal duidelijk zijn dat de frequentie van ultrasone golven te hoog is om lagen beton te meten die een 10 dikte hebben zo klein als enkele meters (dat is n is te groot in vergelijking (1)) daar de akoestische snelheid door gebruikelijke betonmaterialen 4 tot 5 km/s is. Dientengevolge, wordt de ultrasone generator 2 getoond in figuur 2 vervangen door een magnetostrictieve vibrator die 15 lagere frequenties kan produceren.

Figuur 4 toont een rangschikking van de magnetostrictieve vibrator 22, waarin getoond zijn een magneto-strictief materiaal 22a en een paar gewichten 22b en 22c voor het vergroten van een vibratiekracht op de muur la. 20 Het magnetostrictieve materiaal 22a is uitgerust met spoelen en wordt gemagnetiseerd en onder spanning gezet wanneer de spoelen geactiveerd worden, aldus vibratie opwekkend wanneer een wisselstroom ontvangen wordt. Het magnetostrictieve materiaal 22a wordt geclassificeerd in 25 twee types, één dat uit zet bij magnetisering en de andere dat samentrekt bij magnetisering. Beide types magnetostric-tief materiaal expanderen of trekken samen in evenredigheid niet met de richting maar met de amplitude van de aangelegde stroom. Dientengevolge is het essentieel voor het 30 produceren van magnetostrictieve vibratie met dezelfde frequentie als die van een aangelegde wisselstroom om vooraf een gelijkstroom toe te voegen aan de wisselstroom.

Voor dat doel wordt de magnetostrictieve vibrator 22 belast met een pulsspanning zoals getoond in figuur 5A, 35 die verschoven is naar de positieve zijde en geproduceerd wordt door de oscillator 5 zoals getoond in figuur 2. De frequentie van de pulsspanning kan ingesteld worden door de 1 d 0 ƒ / 9 3 ή 4 microcomputer 12. De operationele versterker 6, de transistor 7, en de twee weerstanden 8 en 9 vormen een typisch spannings/stroomomzettercircuit dat toestaat dat het magnetostrictieve materiaal 22 een pulsstroom· die verscho-5 ven is naar de positieve zijde ontvangt.

Daar de relatie tussen stroominvoer en magnetostrictieve werking van het magnetostrictieve materiaal 22 niet lineair met hysterese is, fluctueert de vibratieuit-voer. De vibratieuitvoer omvat dientengevolge verschillende 10 harmonischen aanvullend op de fundamentele golf als gevolg van het feit dat de generator 22 door pulsen aangestuurd wordt. Een voorbeeld van de golfvorm van de uitvoer van de magnetostrictieve vibrator 22 die aangestuurd wordt door een reeks spanningspulsen (met een aan-tijd van stroom van 15 150 με en een uit-tijd van 350 με bij een frequentie van 2 kHz zoals getoond in figuur 5A) is getoond in figuur 5B. Voor het demonstreren van de aanwezigheid van harmonischen in de uitvoer van de magnetostrictieve vibrator 22,. wordt êën seconde van de golfvorm voor 10 0 kHz Fourier getrans-20 formeerd en wordt het resultaat spectrum geanalyseerd zoals getoond in figuur 6.

De vibratieuitvoer van de magnetostrictieve vibrator 22 die aangestuurd wordt door de continue puls-reeks van spanning vertoont aanzienlijke variaties in de 25 amplitude afhankelijk van de frequenties. De frequentie waarop de amplitudevibratie piekt zal dus verplaatst lijken.

Een ideale vorm van de vibratieuitvoer van de generator voor meting omvat alle frequenties die vereist 3 0 zijn voor meting en de amplitude daarvan is uniform over alle frequenties. Indien sommige frequenties weinig voorkomen, kunnen ze nauwelijks gedetecteerd worden. Variaties in de amplitude veroorzaken dat de resonantiefrequentie onjuist gelezen wordt en dientengevolge neemt de nauwkeu-35 righeid van de meting af.

Aanvullend, in het geval van het meten van een vloerbasis van beton, wordt aangenomen dat het beton op

1 ' ·’% ' 7 ‘ "* /7 -'J

5 grond of aarde gelegd is, waarvan de akoestische impedantie gelijk is aan die van het beton in vergelijking met lucht of water resulterende in lagere reflectie van de geluidsgolf. Tevens hoe dikker het beton hoe minder de gereflec-5 teerde golven ontvangen worden. Het is niet eenvoudig om de piek van de amplitude van frequentieversnelling op een grafiek te lezen waarbij de frequentie langs de horizontale as en de vibratieversnelling langs de verticale as gerepresenteerd wordt.

10 De amplitude van de vibratie die over te dragen is aan een vloerbasis is evenredig met de amplitude van een meting omvattende gereflecteerde golven. Dientengevolge, benadeelt fluctuatie van de vibratieuitvoer van de generator 22 rechtstreeks de nauwkeurigheid van de meting van de 15 vibratieamplitude en kan nauwkeurige identificatie van de piek verstoren.

Signalen van de vibratieversnelling ontvangen door de golfontvanger 3 zijn voortgeplant via verschillende routes A, B, . . . , zoals getoond in figuur 1 en worden 20 nauwelijks onderzocht om de piekfrequenties in de grafiek getoond in figuur 3 te identificeren. Indien de resonantie-frequentie niet nauwkeurig gedetecteerd wordt, zal meting van de dikte niet betrouwbaar zijn en dientengevolge niet succesvol ·zijn. Hoewel de golfvorm getoond in figuur 3 25 duidelijk getekend is voor gemak van beschrijving, bevat een werkelijke meetgolfvorm een groot aantal soorten ruis daar de bufferversterker 10 van een breed frequentiebereik-type is en eenvoudig ruis ontvangt. De topwaarde van elke frequentiecomponent kan berekend worden bij een accepteer-30 baar niveau aan nauwkeurigheid door Fouriertransformatie van een reeks van signalen met de spectrumanalysator 32 . Echter, neemt de Fouriertransformatie van de signalen bemonsterd bij kleine intervallen van bijvoorbeeld 1 Hz, het bemonsteren van gegevens in theorie één seconde in 35 beslag. Indien meting gedaan wordt bij verschillende frequenties, zal de bemonsteringstijd voor 100 frequenties verhoogd worden tot 100 seconden.

1007731u 6

Figuur 7 toont een voorbeeld tijdsduur vereist voor het detecteren van 100 verschillende frequenties door het bemonsteren op intervallen van 1 Hz met Fouriertrans-formatie. Zoals getoond, neemt de meting voor 100 verschil-5 lende frequenties 102 seconden in beslag. De meting voor één frequentie wordt 100 keer herhaald van NI tot N100. Dit zal de algehele tijd vergroten en de efficiëntie verlagen.

Aanvullend op het probleem van efficiëntie, is het gebruikelijk dat de magnetostrictieve vibrator 2 recht-10 streeks door een operateur op de betonmuur la gehouden wordt. Wanneer de meting in hoofdzaak 100 seconden in beslag neemt, kan het manueel vasthouden van de generator 2 variëren afhankelijk van de druk of de locatie gedurende het proces, aldus voorhinderende dat de meting uitgevoerd 15 wordt onder uniforme condities.

De conventionele akoestische golf-meetinrichting en -werkwijze gebruiken dus een breed frequentiebereiktype van versterker voor het verwerken van een gereflecteerde golf en vermijdt dus nauwelijks het nadelige effect van 20 ruis. Het is tevens uiterst moeilijk om de resonantiefre-quentie nauwkeurig te detecteren, hetgeen de meting moeilijk maakt.

De tijd vereist voor het meten is tevens te lang om condities van uniforme meting te handhaven.

25 De onderhavige uitvinding is gericht op het verhelpen van de bovengenoemde problemen en ze heeft als doel een meetinrichting en -werkwijze te verschaffen die een versterker met een smal frequentiebereik gebruikt voor het minimaliseren van het effect van ruis. Een ander doel 3 0 van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een meetinrichting en -werkwijze waarvan de meettijd zodanig verkort wordt dat deze geen variatie van de meting zal produceren en de resonantiefrequentie met nauwkeurigheid kan identificeren.

i 35 Volgens de uitvinding wordt er voorzien in een werkwijze voor akoestische golf-meting bevattende: ; j· - . i, J 3 «a· 7 een eerste stap van het plaatsen van een magnetos-trictieve vibrator en een golfontvanger op een oppervlak van' een te meten voorwerp; een tweede stap van het oscilleren van de magne-5 tostrictieve vibrator met een voorafbepaalde frequentie om een akoestische golf naar het inwendige van het voorwerp te zenden; een derde stap van het door de golf ontvanger ontvangen van de akoestische golf gereflecteerd naar een 10 inwendige locatie van het voorwerp en het berekenen van de amplitude van de ontvangen golf corresponderende met de voorafbepaalde frequentie; een vierde stap van het een groot aantal keren herhalen van het proces van de tweede en de derde stappen, 15 waar de magnetostrictieve vibrator een frequentie produceert die verschilt van de voorafbepaalde frequentie alsmede elke tijd wanneer deze geproduceerd wordt verschilt, de vijfde stap van het identificeren van het 20 niveau van frequentie corresponderende met het maximum van de ontvangen amplitudes herhaaldelijk berekend bij de vierde stap; en een zesde stap van het berekenen van de afstand van het oppervlak van de inwendige locatie van het voorwerp 25 of de akoestische snelheid door het inwendige van het voorwerp op basis van de frequentie geïdentificeerd bij de vijfde stap.

Dit maakt de meting van een topwaarde van de gereflecteerde golf mogelijk om uitgevoerd te worden per 3 0 frequentie per omvang van de golf en kan dus verwerkt worden met een ontvanger van een smal bandtype de ontwikkeling van ruis te minimaliseren.

Tevens kan de derde stap een stap omvatten voor het berekenen van een eerste en een tweede topwaarde van 35 elk signaal ontvangen door de golfontvanger bij 'een inter-, val gelijk aan 1/4 van één cyclus van de vooraf bepaalde frequentie, en een stap van het bepalen van de amplitude ·' - ; -J 4¾ 8 van de ontvangergolf corresponderende met de voorafbepaalde frequentie op basis van de eerste en de tweede topwaarden.

Volgens een ander aspect . van de onderhavige uitvinding wordt er voorzien in een akoestische gplf-5 meetinrichting bevattende: een magnetostrictieve vibrator plaatsbaar op één oppervlak van een te meten voorwerp voor het zenden van een akoestische golf met oscillatie met een voorafbepaalde frequentie; 10 een sinusgolfoscillator met variabele frequentie voor het oscilleren van de magnetostrictieve vibrator op de voorafbepaalde frequentie; een golfontvanger plaatsbaar op het oppervlak van het voorwerp voor het ontvangen van een gereflecteerde 15 akoestische golf; een banddoorlaatfilter met variabele frequentie voor het verkrijgen van een signaal van een gerichte voorafbepaalde frequentie uit het door de golfontvanger ontvangen signaal; 2 0 een regelaar voor het produceren van een reeks verschillende frequenties in een voorafbepaalde volgorde, en het in volgorde richten van elk van dezelfde frequenties van de reeks naar de sinusgolfoscillator met variabele frequentie en de banddoorlaatfilter met variabele frequen-25 tie op voorafbepaalde tijdsintervallen; een eerste amplitudedetecteermiddel voor het detecteren van een eerste topwaarde op basis van het uitvoersignaal van het banddoorlaatfilter met variabele frequentie, gedurende de periode waarin het banddoorlaat-30 filter met variabele frequentie voorzien wordt met één van de frequenties; een tweede amplitudedetecteermiddel voor het detecteren van een tweede topwaarde op basis van het uitvoersignaal van het banddoorlaatfilter met variabele 35 frequentie op een interval van 1/4 van één cyclus van de frequentie na het uitvoersignaal van het banddoorlaatfilter 1007793^ 9 met variabele frequentie door het eerste amplitudedetec-teermiddel ontvangen is; en een rekenmiddel voor het berekenen van de amplitude van de ontvangen golf corresponderende met de frequentie 5 op basis van de eerste tweede topwaarden.

Dit maakt smalle bandsignaaldetectie mogelijk aldus minimale ruis ontwikkelend en de duur reducerend vereist voor de totale meting ondanks de herhaalde detectie voor een groot aantal frequenties.

10 Volgens een verder aspect van de onderhavige uitvinding wordt er voorzien in een akoestische golfmeet-inrichting bevattende: een magnetostrictieve vibrator plaatsbaar op één oppervlak van een te meten voorwerp voor het zenden van een 15 akoestische golf met oscillatie met een voorafbepaalde frequentie; een sinusgolfoscillator met variabele frequentie voor het oscilleren van de magnetostrictieve vibrator op de gerichte voorafbepaalde frequentie; 20 een golfontvanger geplaatst op het oppervlak van het voorwerp voor het ontvangen van een gereflecteerde akoestische golf; een banddoorlaatfilter met variabele frequentie voor het verkrijgen van een signaal van een gerichte 25 voorafbepaalde frequentie uit het door de golfontvanger ontvangen signaal; een regelaar voor het produceren van een reeks verschillende frequenties met een voorafbepaalde volgorde, en het in volgorde richten van elk van dezelfde frequenties 30 van de reeks naar de sinusgolfoscillator met variabele frequentie en de banddoorlaatfilter met variabele frequentie op regelmatige tijdsintervallen; een timingsignaal-opwekmiddel voor het opwekken van de eerste en de tweede timingsignalen op een interval 3 5 van 1/4 van één cyclus van een frequentie gedurende de periode waarin de frequentie geleverd wordt aan zowel de 1007793¾ 10 sinusgolfoscillator met variabele frequentie als het banddoorlaatfilter met variabele frequentie; een amplitudedetecteermiddel voor het detecteren van een eerste topwaarde op basis van het uitvoersignaal 5 van het banddoorlaatfilter met variabele frequentie bij het ontvangen van het eerste timingsignaal alsmede voor het detecteren van een tweede topwaarde op basis van het uitvoersignaal van het banddoorlaatfilter met variabele frequentie bij het ontvangen van het tweede timingsignaal; 10 en een rekenmiddel voor het berekenen van de amplitude van de ontvangen golf corresponderende met de frequentie op basis van de eerste en de tweede topwaarden.

Dit minimaliseert aldus de tijd die vereist is 15 voor de meting ondanks dat de meting voor een groot aantal frequenties herhaald wordt.

De akoestische golf-meetinrichting volgens de onderhavige uitvinding bevat verder een eerste oscillatie-correctieversterker voor het regelen van de versterking van 20 een uitvoersignaal van de sinusgolfoscillator met variabele frequentie in overeenstemming met de frequentiekarakteris-tiek van de magnetostrictieve vibrator. De eerste oscillatiecorrectieversterker kan het uitvoersignaal van de sinusgolfoscillator met variabele frequentie zodanig 25 corrigeren dat de amplitude van de uitvoer van de magnetostrictieve vibrator een constant niveau over al de frequenties opwekt.

Dit maakt het mogelijk dat de vibratieuitvoer eenvoudig gecorrigeerd wordt en aldus uniform gehouden 30 wordt over de gevarieerde frequenties waardoor de resonan-tiefrequentie nauwkeurig gedetecteerd zal worden.

De akoestische golfmeet-inrichting volgens de uitvinding kan verder voorzien zijn van een tweede oscillatiecorrectieversterker voor het regelen van de versterking 35 van een uitvoersignaal van de golfontvanger in overeenstemming met de frequentiekarakteristiek van de magnetostrictieve vibrator.

100779 3 sa 11

De tweede oscillatiecorrectieversterker kan het uitvoersignaal van de golfontvanger zodanig corrigeren dat variaties van de amplitude van de nitvoer van de magneto-strict ieve vibrator afhankelijk van de 'frequenties afnemen.

5 Dit maakt een verschil van de vibrat.ieuitvoeren onder de gevarieerde frequenties mogelijk om eenvoudig gecorrigeerd te worden aldus nauwkeurige detectie van de resonantiefrequentie garanderen.

Volgens de onderhavige uitvinding kan een akoesti-10 sche golf-meetinrichting verder voorzien zijn van een eerste oscillatiecorrectieversterker voor het regelen van de versterking van een uitvoersignaal van de sinusgolfoscillator met variabele frequentie in overeenstemming met de frequentiekarakteristiek van de magneto-15 strictieve vibrator; en een tweede oscillatiecorrectieversterker voor het regelen van de versterking van een uitvoersignaal van de golfontvanger in overeenstemming met de frequentiekarakte-ristiek van de magnetostrictieve vibrator.

20 Dit maakt aldus mogelijk dat de vibratieuitvoer eenvoudig gecorrigeerd wordt en uniform gehouden wordt over de gevarieerde frequenties aan de zenderzijde en dat een verschil van de vibratieuitvoeren onder de gevarieerde frequenties bij de ontvanger gecorrigeerd wordt, waardoor 25 de resonantiefrequentie met meer nauwkeurigheid gedetec- . teerd zal worden.

De bovengenoemde en verdere doelen en eigenschappen van de onderhavige uitvinding zullen beter blijken na de volgende beschrijving onder verwijzing naar de bijgaande 30 tekeningen. Hierin toont: figuur 1 een schematisch aanzicht van een conventionele akoestische golf-meetinrichting; figuur 2 schematisch een gedetailleerd aanzicht van de inrichting getoond in figuur 1; 35 figuur 3 een verduidelijkend aanzicht tonende gegevens gemeten met de inrichting van figuur 1;

i ,! i a Li, U

!» 'S' W tl u O- Λ V:V , 12 figuur 4 een verduidelijkend aanzicht tonende een constructie van een magnetostrictieve vibrator; figuren 5A en 5B verduidelijkende diagrammen tonende een exciterende spanning voor de magnetostrictieve 5 vibrator; figuur 6 een diagram tonende een uitvoerfrequen-tiereactie van de magnetostrictieve vibrator; figuur 7 een verduidelijkend diagram tonende een bedrijfstijd van de inrichting van figuur 1; 10 figuur 8 een schematisch aanzicht van een akoesti sche golf-meetinrichting tonende uitvoeringsvorm 1 van de onderhavige uitvinding; figuur 9 een verduidelijkend diagram tonende signaaluitvoeren van een timingssignaalgenerator getoond in 15 figuur 8; figuur 10 een stroomschema tonende werkingen van de inrichting van figuur 8; figuur 11 e.en verduidelijkend diagram tonende gegevens gemeten met de inrichting van figuur 8; 20 figuur 12 een verduidelijkend diagram tonende bedrijfstijd volgens het stroomschema van figuur 10; figuur 13 een schematisch aanzicht van een akoestische golf-meetinrichting tonende uitvoeringsvorm 2 van de onderhavige uitvinding; 25 figuur 14 een verduidelijkend diagram tonende signaaluitvoeren van een timer; figuur 15 een stroomschema tonende werkingen van de inrichting van figuur 13; figuur 16 een verduidelijkend diagram tonende 30 bedrijfstijd volgens het stroomschema van figuur 14; figuur 17 een schematisch aanzicht van een akoestische golf-meetinrichting tonende uitvoeringsvorm 3 van de onderhavige uitvinding; figuur 18 een diagram tonende een vibratieuitvoer-35 frequentiereactie van de magnetostrictieve vibrator met zijn aandrijfstroom uniform gehouden; 0 '0 V "f · 0 r- ' .z·'*. J i. J i Vj 13 figuur 19 een diagram tonende een frequentiereac-tie van een automatische versterkingsversterker getoond in figuur 17; figuur 20 een schematisch aanzicht van een akoes-5 tische golf-meetinrichting tonende uitvoeringsvorm 4 van de onderhavige uitvinding; en figuur 21 een schematisch, aanzicht van een akoestische golf-meetinrichting tonende een verdere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

10 Voorkeursuitvoeringen van de onderhavige uitvin ding zullen beschreven worden onder verwijzing naar de bijgaande tekeningen.

Uitvoeringsvorm 1.

Een meetinrichting en -werkwijze met gebruik van 15 geluidsgolven volgens de onderhavige uitvinding worden uitgelegd in de vorm van uitvoeringsvorm 1. Verwijzende naar figuur 8 is er een betonmuur la waarvan de dikte te meten is, een magnetostrictieve vibrator 22 rechtstreeks gemonteerd op een oppervlak van de betonmuur la, een 20 versnellingssensor (golfontvanger) 3 voor het detecteren van de amplitude van muurvibratie, en een hoofdeenheid 4 van de meetinrichting voor het ontvangen van een detectie-signaal van de golf ontvanger 3 en voor het produceren en verzenden van een magnetostrictief stuursignaal naar de 25 magnetostrictieve vibrator 22. Tevens is een sinusgolfos-cillator 25 met variabele frequentie (hierna sinusgolfos-cillator genoemd) getoond waarvan de oscillatiefrequentie veranderd kan worden door een frequentie opdrachtsignaal van een microcomputer 12, een operationele versterker 6, 3 0 een NPN transistor 7, weerstanden 8 en 9, een A/D omzetter 11 voor het omzetten van een analoog signaal naar een digitaal signaal, de microcomputer 12, en een geheugen 13.

Tevens getoond zijn een timingssignaalgenerator 15 reagerehd op een opdracht van de microcomputer 12 voor de 35 opwekking van timingsignalen 15a en 15b gebruikt voor het meten, een banddoorlaatfilter 16 met smalle band en variabele frequentie (hierna BPF genoemd) waarvan de banddoor- 1007793«! 14 laatfrequentie veranderd kan worden door een opdracht van de microcomputer 12, een paar monster en vastnoudcircuits 17 en 18, en een analoge multiplexer 19.

De werking van de inrichting wordt nu uitgelegd 5 waarin de magnetostrictieve vibrator 22 getoond in figuur 8 zo aangestuurd wordt dat zijn uitvoer een minimum aan harmonischen bevat. Voor dit doel wordt de aandrijving uitgevoerd met een sinusgolf verschoven naar de positieve of negatieve zijde. Het gebruik van een dergelijk verscho-10 ven sinusgolfstroom maakt het mogelijk de fundamentele frequentiecomponenten te vergroten onder het verzwakken van de harmonischen zoals eerder beschreven. In het bijzonder wanneer de karakteristieke frequentie van de magnetostric-tieve vibrator 22 fc is, wordt een fc component van de 15 uitvoer vergroot door het oscilleren van het magnetostric-tieve materiaal bij fc/N (waarbij N een positief geheel getal is) om het effect van intrinsieke resonantie te bevorderen. Echter zijn er nog enkele harmonischen en een signaal van vibratieversnelling (een amplitudesignaal) 20 ontvangen door de golfontvanger 3 omvat dergelijke harmonischen aanvullend op de fundamentele frequentiecomponenten. Dientengevolge wordt de BPF 16 gerangschikt voor het .afwijzen van harmonischen en het doorlaten van de fundamentele frequentiecomponenten. Met commercieel beschikbare 25 actieve filters is het haalbaar om 99% van de harmonischen te verwijderen of de harmonischen schijnbaar tot nul te reduceren.

De topwaarde van de sinusgolf doorgelaten door de BPF 16 wordt op de volgende manier gedetecteerd. In reactie 30 op een bemonsteringsignaal van de microcomputer 12, worden twee signaaluitvoeren 15a en 16b vrijgelaten in de volgorde zoals getoond in figuur 9. Voorafbepaald wordt dat het t.imingverschil tussen de twee signaaluitvoeren gelijk is aan 1/4 van één cyclus van de fundamentele frequentie 35 (corresponderende met een faseverschil van 90 graden of 1/ (4f) tijdsverschil) .

1007793* 15

Aannemende dat de spanning van de fundamentele golf VOsin (wt) is, wordt de spanning VI . (topwaarde) bemonsterd door het monster en vasthoudcircuit 17 uitgedrukt door: 5 VI = VOsin (wt + a).

De spanning V2 (topwaarde) bemonsterd door het monster en vasthoudcircuit 18 wordt uitgedrukt door V2 = VOsin (wt + a + 90°) = VOcos (wt + a) Dientengevolge wordt de amplitude van het ontvan-10 gen signaal V0 berekend uit: VO = { (VI)2 + (V2)2}1/2 ... (2) VI en V2 worden vervolgens in volgorde gecombineerd door de analoge multiplexer 19 en A/D omgezet. De topwaarde wordt verkregen binnen één cyclus van de funda-15 mentele golf hoewel de bedrijfstijd van de BPF 16 meegenomen wordt. Meer in het bijzonder, wanneer de dikte van de betonmuur la 1 m is, is de fundamentele resonantiefrequen-tie ongeveer 2 kHz en zal de berekening van de topwaarde binnen een periode die zo kort is als 1/2000 seconden 20 uitgevoerd worden. De duur van in hoofdzaak één seconde vereist voor meting van één gegeven (equivalent aan NI in figuur 7), met een conventionele Fourier transformatietechniek wordt gereduceerd tot een dergelijke korte periode zoals boven uitgelegd.

2 5 De voorgaande procedure voor het meten wordt herhaald met de frequentie van de sinusgolfoscillator 25 en de BPF 16 veranderd met een gegeven interval, bijvoorbeeld 1 Hz, over een voorafbepaald frequentiebereik. Een resulterende golfvorm van gegevens is in figuur 11 getoond. 30 Begrepen dient te worden dat de vibratieuitvoer van de magnetostrictieve vibrator 22 instabiel wordt vlak na het veranderen van de frequentie en de meting zou ongeveer 10 keer de cyclus vertraagd dienen te worden, hetgeen analoog is aan de conventionele werkwijze.

35 Figuur 10 is een stroomschema tonende de meetpro cedure .

1007793s 16

Alvorens de procedure van figuur 10 te starten, worden de magnetostrictieve vibrator 22 en de golfontvanger 3 geplaatst op de te meten betonmuur la zoals getoond in figuur 8.

5 De procedure begint bij het bepalen van de fre quentie fl die staat bij (bovenste of onderste) één einde van een meetbereik van frequenties (fn tot fm) (stap SI) .

De frequentie fl wordt aangelegd op de sinusgolf-oscillator 25 en de BPF 16 voor het instellen (stap S2) .

10 Een standby tijd van ongeveer, 10 keer de cyclus wordt vastgesteld zodat de uitvoer van de sinusgolfoscilla-tor 25 stabiel wordt (stap S3).

De monster en vasthoudcircuits 17 en 18 worden ingesteld met een tijdsverschil van 1 / (4f 1) (stap S4)·.

15 De monster en vasthoudcircuits 17 en 18 worden geactiveerd voor bemonstering VI en V2 (stap S5).

VI en V2 worden vervolgens toegevoerd aan de multiplexer 19 (stap S6) en de amplitude V0, corresponderende met fl wordt berekend (stap S7).

2 0 Deze stap kan gevolgd worden door het corrigeren van V0 afhankelijk van de frequentiereactie van de magnetostrictieve vibrator 22 (deling met een uitvoer van de corresponderende frequentie getoond in figuur 6).

Hoewel de amplitude V0 bij fl verkregen wordt, 25 worden de andere frequenties (n=2-7) niet berekend (stap S8) .

Alvorens dezelfde stappen te herhalen, wordt de frequentie verhoogd van n tot (n + 1) met bijvoorbeeld 1 Hz (stap S9).

3 0 De stappen SI tot S8 worden herhaald voor de frequentie tot aan f(n + 1) .

Wanneer het volledige bereik van fn tot fm gemeten is, wordt een resulterende golfvorm zoals getoond in figuur 11 bepaald en wordt de resonantiefrequentie berekend uit 35 piekpunten van de golfvorm (stap S10). , .

Tot slot wordt de dikte van de betonmuur la berekend uit de resonantiefrequentie (stap Sil) onder ‘ 3 77 93® 17 gebruikmaking van de vergelijking (1) van de bekende techniek en deze stap zal niet in meer detail uitgelegd worden.

De meetprocedure maakt het. mogelijk dat de ampli-5 tude van een ontvangen signaal berekend wordt bij elke fundamentele frequentie van de uitvoer van de vibrator 22. Aldus wordt het frequent iedoorlaatbereik van de BPF 16 geminimaliseerd en wordt tevens de amplitude van de invoer bij elke frequentie gecorrigeerd volgens de vibratieuit-10 voer, aldus het ruiseffect verminderend en de meetnauwkeu-righeid garanderend.

De tijdsiengte vereist voor de meting wordt nu uitgelegd. De stappen SI tot S3 zijn identiek aan die van de conventionele werkwijze en nemen ongeveer 1/100 seconde 15 in beslag.

Zoals beschreven, nemen de stappen S4 tot S8 een periode zo kort als 1/2000 seconden per meting in beslag. Dientengevolge is de duur van SI tot S8 ongeveer 21/2000 seconde. Wanneer de meting voor 100 verschillende frequen-20 ties uitgevoerd wordt en toegevoegd wordt met een extra stap S10 (ongeveer één seconde), dan wordt het totaal: (21/2000) x 100 +1=2 seconden

Deze duur is veel korter dan die getoond in figuur 7 .

25 Figuur 12 toont de meetduur volgens uitvoerings vorm 1, waarin nl tot nlOO de 100 keer herhaling van de procedure van stroomstappen SI tot S9 aanduiden getoond in figuur 10.

De timingsignaalgenerator 15, het monster en 30 vasthoudcircuit 17, en de multiplexer 19 vormen een eerste amplitudemeetorgaan. Analoog vormen de timingsigr.aalgenera-tor 15, het monster en vasthoudcircuit 18, en de multiplexer 19 een tweede amplitudemeetorgaan.

De microcomputer 12 en het geheugen 13 worden 35 gecombineerd tot een bedieningsofgaan voor het berekenen van de amplitude van een ontvangen golf bij de vibratiefre-quentie uit vergelijking (2) . Het bedieningsorgaan dient ** ^ 7 Q 3 • ' : O <3 *>...· 18 tevens als een regelaar voor het produceren van een reeks verschillende frequenties en het in volgorde richten van elk van de frequenties van de reeks naar de sinusgolfoscil-lator 25 en de BPF 16 met variabele frequentie op voorafbe-5 paalde tijdsintervallen. Verder werkt het bedieningsorgaan als een tweede bedieningsorgaan voor het detecteren van de resonantiefrequentie en het berekenen van de dikte van de betonmuur la.

De BPF 16 getoond in figuur 8 kan een laag door-10 laatfilter zijn met een afwijsfrequentiebereik van bijvoor beeld ongeveer 1,5 keer de fundamentele frequentie. Het aanstuurcircuit van de versterker 6 naar de transistor 7 is illustratief en niet beperkend- Hoewel het te meten doel in deze uitvoeringsvorm een betonmuur is, kan dit ook uit 15 ander materiaal zijn omvattende metaal, plastic en vloeistof .

Uitvoeringsvorm 2.

Figuur 13 is een schematisch aanzicht van een akoestische golf-meetinrichting tonende uitvoeringsvorm 2 2 0 van de onderhavige uitvinding. Zoals getoond is een timer aangeduid met 20. Zowel een sinusgolfsignaaloscillator 25 als een BPF 16 reageren op een opdracht' (indicatief van bijvoorbeeld f) van een microcomputer 12 voor het bepalen van een instelling van de frequentie. De BPF 16 heeft een 25 smal f requentieafwij sbereik en laat frequenties door van het instelbereik in reactie op een signaaluitvoer van een timingssignaalgenerator 15. Figuur 14 is een verduidelijkend aanzicht tonende één signaal van de timer 20 . Een stroomschema voor het meten in de inrichting getoond in 30 figuur 13 is weergegeven in figuur 15.

De timer 20 levert het timingssignaal twee keer af met een interval van l/(4f) zoals getoond in figuur 14. Eerste en tweede van het timingsignaal worden aangeduid door tl en t2.

3 5 Aangenomen wordt dat de invoer die één keer A/D

omgezet is in reactie op het vrijgeven van het eerste timingsignaal tl VI is en de invoer die twee keer A/D

: -.'T7 n 3,- 19 omgezet is in reactie op het vrijgeven van het tweede timingsignaal t2 na het interval 1/ (4f) (een vertraging van 90 graden) nauwkeurig geregeld wordt door de timer 20 V2 is. De topwaarde V0 van de fundamentele frequentie wordt 5 vervolgens berekend uit de vergelijking (2) gebruikt in uitvoeringsvorm 1.

Het is waar dat wanneer de frequentie hoog is en 1/ (4f) dus korter is, de bemonsteringstijd en. aldus de meetberekening in het apparaat getoond in figuur 13 in 10 nauwkeurigheid vermindert afhankelijk van de verwerkingssnelheid van de microcomputer 12. Het apparaat getoond in figuur 13 is geschikt wanneer de gebruikte frequentie relatief laag is.

Hoewel de twee signalen tl en t2 op 1/(4f) van het 15 interval van elkaar geplaatst zijn vrijgegeven worden door de timer 20 in deze uitvoeringsvorm, kunnen zij geleverd worden door de timingsignaalgenerator 15. Het zal tevens duidelijk zijn dat de timer 20 vervangen kan worden door een softwareprogramma bestuurbaar door de microcomputer 12. 20 Verwijzende naar het stroomschema van figuur 15, begint de procedure van uitvoeringsvorm 2 met het bepalen van de fundamentele frequentie fn (stap Sll) . Dit wordt gevolgd door het instellen van de sinusgolfoscillator 25 en de BPF 16 met fl (stap S12) , gevende een standby tijd 25 alvorens de uitvoer van de sinusgolfoscillator 25 stabiel wordt (stap S13), vrijgevende het timingsignaal tl van de timer 20 om een eerste A/D omzetting (stap S14) uit te voeren, vertragende met het interval 1/ (4f) (stap S15) , en het vrijgeven van het timingsignaal t2 uit de timer 2 0 om 30 een tweede A/D omzetting (stap S16) uit te voeren. Vervolgens wordt de amplitude voor fl berekend uit de resultaten van de A/D omzetting (stap S17) en wordt onderzocht of de rest van de frequenties (n=2-n) gemeten is (stap S18) . Indien niet, wordt n verhoogd tot n + 1 en worden de 35 stappen Sll tot S18 herhaald (stap S19) . Wanneer het volledige bereik van fn tot fm gemeten is, worden de metingen afgebeeld in een grafiek van de frequentie en de ‘ ' ,· ·: / 1 υ Z.' ^ i ,- j; , >·.

20 topwaarde en wordt de resonantiefrequentie berekend uit de toppen in de grafiek (stap S20).

Tot slot wordt de dikte van een doel berekend uit de resonantiefrequentie onder gebruikmaking van vergelij-5 king (1) van de stand der techniek en deze stap (S21) zal niet in meer detail beschreven worden.

De tijdslengte vereist ' voor 'het meten wordt uitgelegd. De stappen Sll tot S13 zijn gelijk aan die van figuur 10 en nemen ongeveer 1/100 seconde in beslag.

10 De stappen S14 tot S19 duren zo kort als 2/2000 seconde daar de omzetting beschreven in uitvoeringsvorm 1 twee keer herhaald wordt. Dientengevolge is de duur van Sll tot S19 in wezen 22/2000 seconde. Wanneer de meting voor 100 verschillende frequenties uitgevoerd wordt en toege-15 voerd met een extra stap S20 (ongeveer 1 seconde) , is het totaal -.

(22/2000) x 100 + 1 =2,1 seconden

Deze duur is veel korter dan die getoond in figuur 7 .

2 0 Figuur 16 toont de duur van de meting volgens uitvoeringsvorm 2, waarin nl tot nlOO de 100 keer herhaling aangeven van de procedure van stappen Sll tot SI9 getoond in figuur 15.

De eerdere uitvoeringsvormen worden uitgelegd voor 25 het meten van de dikte van een betonmateriaal wanneer de akoestische snelheid door het betonmateriaal bekend is. Het zal dus duidelijk zijn dat de meting van de akoestische snelheid eveneens mogelijk is wanneer de dikte bekend is. Tevens is het te meten onderwerp niet beperkt tot de dikte 30 maar kunnen de aanwezigheid van gebreken of onzuiverheden in het beton of andere materiaal met gelijk succes gedetecteerd worden.

Zoals getoond in figuur 13 worden een microcomputer 12 en een geheugen 13 gecombineerd tot een bedienings-35 orgaan voor het berekenen van de amplitude van een ontvangen golf bij de vibratiefrequentie uit de vergelijking (2). Het bed.ieningsorgaan dient tevens als een tweede bedie- 1007793"! 21 ningsorgaan voor her detecteren van de resonantiefrequentie en het berekenen van de dikte van de betonmuur la. -

Een BPF 16 van figuur 13 kan een laag doorlaatfil-ter zijn met een afwijsfrequentiebereik van bijvoorbeeld 5 ongeveer 1,5 keer de fundamentele frequentie. Het aanstuurcircuit van een versterker 6 naar een transistor 7 is illustratief en niet beperkend.

Uitvoeringsvorm 3.

Figuur 17 toont een akoestische golf-meetinrich-10 ting volgens de uitvoeringsvorm 3 van de onderhavige uitvinding.

Zoals getoond is een versterkingsregelbare versterker (een automatische versterkingsversterker) weergegeven door 14 waarvan de versterkingsinstelling willekeurig 15 veranderd kan worden door een microcomputer 12. De andere rangschikking is identiek in zowel constructie als functie aan die van figuur 8. De versterking van de automatische versterkingsversterker 14 wordt veranderd corresponderende met de frequentiereactie van een magnetostrictieve vibrator 20 22. Wanneer de instel frequentie laag is, wordt de verster king verhoogd om een hoge snelheid van aanstuurstroom te verkrijgen. Wanneer hoog, wordt de versterking verlaagd zodat de vibratieuitvoer van de magnetostrictieve vibrator 22 uniform gehouden wordt ongeacht de ingestelde frequen-25 tie. Indien alle frequenties bevat in de vibratieuitvoer die opgewekt wordt door de conventionele pulsaansturing gelijktijdig gebruikt worden, zal de uitvoer voor bepaalde frequenties nauwelijks geregeld zijn. Deze uitvoeringsvorm past een fundamentele golf toe en staat dus toe dat de 30 uitvoer ingesteld wordt.

De magnetostrictieve vibrator 22 is bijvoorbeeld in combinatie met een golfontvanger 3 rechtstreeks gemonteerd op een betonstructuur die een zodanige dikte heeft dat gereflecteerde golven verwaarloosbaar zijn. De ampiitu-35 de van de fundamentele golf die gedetecteerd wordt door de . golfontvanger 3 wordt vervolgens gemeten.

10077931 22

Figuur 18 toont de relatie tussen de vibratiever-snelling (van de fundamentele golf) en de instelfrequentie van de magnetostrictieve vibrator 22 die geactiveerd wordt door een constante DC-voorspanning en een constante sinus-5 golfstroom. De kromme representeert metingen wanneer de instelfrequentie gevarieerd wordt. Zoals blijkt is de vibratieuitvoer in hoofdzaak evenredig aan het kwadraat van de frequentie maar is niet volledig continu. Dergelijke discontinue punten kunnen de effecten van niet lineaire 10 eigenschappen van een magnetostrictief materiaal en een zelfresonantie afgeleid van dimensionele karakteristieken representeren.

De versterking (frequentiereactie) van de automatische versterkingsversterker 14 wordt zodanig bepaald dat 15 de fundamentele golven uniform in amplitude zijn over het gehele toepasbare bereik aan vibratiefrequenties. De frequentiereactie (zoals getoond in figuur 19) wordt opgeslagen in een geheugen 13 en gebruikt voor het instellen van de versterking steeds wanneer de vibratiefrequentie 20 veranderd wordt.

Dit maakt het mogelijk dat de vibratieuitvoer uniform is over het geheel van de frequenties, aldus nauwkeurige meting van de frequentietoppen garanderend. Het. heeft de voorkeur dat de versterking van de automatische 25 versterkingsversterker 14 ingesteld wordt op een niveau dat zo laag als mogelijk is voor frequenties boven de bovenste limiet en onder de onderste limiet.

Een andere techniek voor het meten van de karakteristiek getoond in figuur 18 kan verschaft worden waarin de 30 magnetostrictieve vibrator 22 willekeurig ingesteld wordt (bijvoorbeeld niet rechtstreeks geplaatst wordt op een betonmateriaal maar op een vloer) en gekoppeld wordt met de golfontvanger 3 rechtstreeks geplaatst op een gewicht 22c zijde (figuur 4) van de vibrator 22. De versterker van de 35 automatische versterkingsversterker 14 wordt vervolgens bepaald zodat de fundamentele golven ontvangen door de golfontvanger 3 uniform in amplitude of in de topwaarde j Ü Ü i! ii 9 23 zijn waarin variaties van de frequentie gebruikt worden. De automatische versterkingsversterker 14 staat tevens bekend als een vibratiecorrectieversterker.

Hoewel het apparaat beschreven in uitvoeringsvorm 5 3 gelijk is aan die van uitvoeringsvorm 1 getoond in figuur 8, kan deze een modificatie zijn van de inrichting van uitvoeringsvorm 2 (figuur 13).

Uitvoeringsvorm 4

Figuur 20 toont een inrichting volgens uitvoe-10 ringsvorm 4 van de onderhavige uitvinding.

Aangeduid met 10a is een versterkingsregelbare versterker (automatische versterkingsversterker) waarvan de versterking veranderd kan worden door een microcomputer 12. De andere componenten zijn identiek aan die van uitvoe-15 ringsvorm 1 getoond in figuur 8. Terwijl een magnetostric-tieve vibrator 22 voorzien wordt van een constante snelheid aanstuurstroom, wordt de versterking van de automatische versterkingsversterker 10a vergroot in reactie op een laag niveau van de frequentie hetgeen veroorzaakt dat een 20 golf ontvanger 3 een lage uitvoer afgeeft. Deze wordt verlaagd wanneer de frequentie hoog is. De automatische versterkingsversterker 10a is identiek in de frequentiere-actie aan die van uitvoeringsvorm 3 getoond in figuur 19.

Voor het starten van de meting, worden de magne-25 tostrictieve vibrator 22 en de golfontvanger 3 gemonteerd op een betonmateriaal waarvan de dikte voldoende is om gereflecteerde golven te verwaarlozen en wordt de amplitu-dekarakteristiek (zie figuur 18) van een fundamentele golf ontvangen door de golfontvanger 3 onderzocht. De factor 30 (zie figuur 19) voor het compenseren van de amplitudekarak-teristiek wordt opgeslagen in een geheugen 13 en gebruikt voor het delen van de topwaarde van de ontvangen amplitude om een quotiënt te hebben. Uit het quotiënt, wordt de frequentie waarvan de topwaarde piekt correct bepaald 35 zonder nadelig beïnvloed te worden door variaties van de uitvoerfrequentie van de magnetostrictieve vibrator 22 .

' ii f·· 7 ' Q i 24

De versterking . van de automatische versterkings-versterker 10a van een gebruikelijk commercieel beschikbaar type bestaat uit acht niveaus. Dientengevolge is de functie van de automatische versterkingsversterker 14 van uitvoe-5 ringsvorm 3 getoond in figuur 17 nauwelijks geschikt voor het uniform maken van de uitvoer over de toegepaste frequenties. Tevens wordt de automatische versterkingsversterker 10 aangetoond in figuur 20 nauwelijks gebruikt voor het hanteren van signaalinvoeren van verscheidene millivolts 10 naar verscheidene volts als gevolg van de aanwezigheid van ruis. Het proces van versterking wordt dus gedeeld door beide functies getoond in figuren 17 en 20. Figuur 21 is een aanzicht tonende een akoestische golf-meetinrichting uitgerust met twee automatische versterkingsversterkers 14 15 en 10a. De functie van het bepalen van de versterking van de automatische versterkingsversterker 14 corresponderende met de uitvoerfrequentie is identiek aan die van de uitvoeringsvorm 3 en de andere functies zijn identiek aan die van de uitvoeringsvorm 4.

20 De automatische versterkingsversterker 10a dient als een ontvangen golfcorrectieversterker. De ontvangen golfcorrectieversterker 10a is niet noodzakelijk een versterker maar kan een deler zijn voor dezelfde functie.

Zoals boven beschreven, bevat de werkwijze voor 25 akoestische golfmeting volgens de onderhavige uitvinding de stappen van het aansturen van de magnetostrictieve vibrator met één van de frequenties, het onderzoeken van een reflectie van de frequentie om de amplitude daarvan te detecteren, het herhalen van die stappen wanneer de frequentie 30 vervangen wordt door een andere frequentie. Dit maakt het mogelijk dat een smalle banddoorlaatfilter gebruikt wordt voor het verwerken van de reflectie van de frequentie aldus een nauwkeurige meting garanderend zonder nadelig beïnvloed te worden door aanwezige 'ruis. Tevens voert de akoestische 35 golf-meetinrichting van de onderhavige uitvinding een berekening uit van de amplitude van een signaal van twee verschillende amplitudeniveaus van elkaar gescheiden met ! y U i , i 25 1/4 van één cyclus van het signaal in vergelijking met de Fourier transformatie in een conventionele inrichting, aldus de meettijd aanzienlijk reducerend. Dit rhaakt het mogelijk dat de akoestische golfvibrator en -sensorbrug op 5 een te meten doel gehouden worden onder een geschikte druk gedurende de gehele meettijd en zal dus zowel de efficiëntie als de nauwkeurigheid van de meting doen toenemen. Aanvullend, blijft de magnetostrictieve vibrator volgens de onderhavige uitvinding onveranderd in de vibratieversnel-10 ling ongeacht de variaties van de vibratiefrequentie, waardoor de piekwaarde van een resonantiefrequentie in het doel correct gedetecteerd zal worden zoals nauwelijks beïnvloed door de eigenschappen van de magnetostrictieve vibrator.

15 Bovendien wordt de amplitude van een vibratiever- snellingssignaal ontvangen van de magnetostrictieve vibrator volgens de onderhavige uitvinding gecorrigeerd in relatie tot een variatie van de frequentieuitvoer van de magnetostrictieve vibrator, waardoor de piek van een 20 resonantiefrequentie in het doel correct gedetecteerd zal worden. Daar de onderhavige uitvinding uitgevoerd kan worden in verscheidene vormen zonder af te wijken van de geest van de essentiële karakteristieken daarvan, zijn de voorgaande uitvoeringsvormen illustratief en niet beper-25 kend, daar de omvang van de uitvinding gedefinieerd wordt door de bijgaande conclusies in plaats van door de beschrijving, en vallen alle veranderingen binnen de grenzen van de conclusies.

^ k L' ’ ' ;! } . .

' Ί K_-

Claims

1. Werkwijze voor akoestische golf-meting bevattende : een eerste stap van het plaatsen van een magneto-5 strictieve vibrator en een golfontvanger op een oppervlak van een te meten voorwerp; een tweede stap van het oscilleren van de magne-tostrictieve vibrator met een voorafbepaalde frequentie om een akoestische golf naar het inwendige van het voorwerp te 10 zenden; , f een derde stap van het door de golfontvanger wan de akoestische golf gereflecteerd naar een inwendige locatie van het voorwerp en het bèrekenen van de amplitude van de ontvangen golf corresponderende met de voorafbepaal-15 de frequentie; een vierde stap van het een groot aantal keren herhalen van het proces van de tweede en de derde stappen, waar de magnetostrictieve vibrator een frequentie produceert die verschilt van de voorafbepaalde frequentie 2 0 alsmede elke tijd wanneer deze^ geproduceerd wordt verschilt, de vijfde stap van het identificeren van het niveau van frequentie corresponderende met het maximum van de ontvangen amplitudes'1 herhaaldelijk berekend bij de 25 vierde stap; en een zesde stap van het berekenen van de afstand van het oppervlak van de'inwendige locatie van het voorwerp of de akoestische snelheid door het inwendige van het voorwerp op basis van de frequentie geïdentificeerd bij de 30 vijfde stap.

2. Werkwijze voor akoestische golf-meting volgens conclusie 1, waarin de derde stap een stap omvat van het berekenen van een eerste topwaarde en een tweede topwaarde van elk signaal ontvangen door de golf ontvanger bij een 35 interval gelijk aan 1/4 van één cyclus van de voorafbepaal- 100779 3-¾ de frequentie., en een stap van het bepalen van de amplitude van de ontvangen golf corresponderende met de voorafbepaalde frequentie op basis van de eerste en de tweede topwaar-den. 1

3. Akoestische golf-meetinrichting bevattende: een magnetostrictieve vibrator plaatsbaar op één oppervlak van. een te meten voorwerp voor het zenden van een akoestische golf met oscillatie met een voorafbepaalde frequentie; 10 een sinusgolfoscillator met variabele frequentie voor het oscilleren van de magnetostrictieve vibrator op de voorafbepaalde frequentie; een golfontvanger plaatsbaar op het oppervlak van het voorwerp voor het ontvangen van een gereflecteerde 15 akoestische golf; een banddoorlaatfilter met variabele frequentie voor het verkrijgen van een signaal van een gerichte voorafbepaalde frequentie uit het door de golfontvanger ontvangen signaal; 2. een regelaar voor het produceren van een reeks verschillende frequenties in een voorafbepaalde volgorde, en het in volgorde richten van elk van dezelfde frequenties van de reeks naar de sinusgolfoscillator met variabele frequentie en de banddoorlaatfilter met variabele frequen-25 tie op voorafbepaalde tijdsintervallen; een eerste amplitudedetecteermiddel voor het detecteren van een eerste topwaarde op basis van het uitvoersignaal van het banddoorlaatfilter met variabele frequentie, gedurende de periode waarin het banddoorlaat-30 filter met variabele frequentie voorzien wordt van één van de frequenties; een tweede amplitudedetecteermiddel voor het detecteren van een tweede topwaarde op basis van het uitvoersignaal van het banddoorlaatfilter met variabele 35 frequentie op een interval van 1/4 van één cyclus van de frequentie na het uitvoersignaal van het banddoorlaatfilter 1 o 0 77 S 3-T met variabele frequentie door het eerste amplitudedetec-teermiddel ontvangen is; en een rekenmiddel voor het berekenen van de amplitude van de ontvangen golf corresponderende met de frequentie 5 op basis van de eerste tweede topwaarden.

4. Akoestische golf-meetinrichting volgens conclusie 3, verder bevattende een tweede rekenmiddel voor het berekenen van een resonantiefrequentie uit een groot aantal frequenties en de corresponderende amplitudes van de 10 ontvangen golf om de afstand van het oppervlak naar een inwendige locatie van het voorwerp te bepalen waar de reflectie ontstaat of de akoestische snelheid door het inwendige van het voorwerp.

5. Akoestische golf-meetinrichting bevattende: 15 een magnetostrictieve vibrator plaatsbaar op één oppervlak van een te meten voorwerp voor het zenden van een akoestische golf met oscillatie met een voorafbepaalde frequentie; een sinusgolfoscillator met variabele frequentie 20 voor het oscilleren van de magnetostrictieve vibrator op de gerichte voorafbepaalde frequentie; een golfontvanger geplaatst op het oppervlak van het voorwerp voor het ontvangen van een gereflecteerde akoestische golf; 25 een banddoorlaatfilter met variabele frequentie voor het verkrijgen van een signaal van een gerichte voorafbepaalde frequentie uit het door de golfontvanger ontvangen signaal; een regelaar voor het produceren van een reeks 30 verschillende frequenties met een voorafbepaalde volgorde, en het in volgorde richten van elk van dezelfde frequenties van de reeks naar de sinusgolfoscillator met variabele frequentie en de banddoorlaatfilter met variabele frequentie op regelmatige tijdsintervallen; 35 een timingsignaal-opwekmiddel voor het opwekken van de eerste en de tweede timingsignalen op een interval van 1/4 van één cyclus van een frequentie gedurende de Ή'Κ'ΓΓ-n ^ '· V ' j V- _-/ 1 periode waarin de frequentie geleverd wordt aan zowel de sinusgolfoscillator met variabele frequentie als het banddoorlaatfilter met variabele frequentie; een amplitudedetecteermiddel voor het detecteren 5 van een eerste topwaarde op basis van het uitvoersignaal van het banddoorlaatfilter met variabele frequentie bij het ontvangen van het eerste timingsignaal alsmede voor het detecteren van een tweede topwaarde op basis van het uitvoersignaal van het banddoorlaatfilter met variabele 10 frequentie bij het ontvangen van het tweede timingsignaal; en een rekenmiddel voor het berekenen van de amplitude van de ontvangen golf corresponderende met de frequentie op basis van de eerste en de tweede topwaarden.

6. Akoestische golf-meetinrichting volgens con clusie 5, verder bevattende een tweede rekenmiddel voor het berekenen van een resonantiefrequentie uit een groot aantal frequenties en de corresponderende amplitudes van de ontvangen golf om de afstand van het oppervlak tot een 20 inwendige locatie van het voorwerp te bepalen waar de reflectie ontstaat of de akoestische snelheid door het inwendige van het voorwerp.

7. Akoestische golf-meetinrichting volgens conclusie 5, verder bevattende een eerste oscillatiecorrectiever- 2. sterker voor het regelen van de versterking van een uitvoersignaal van de sinusgolfoscillatór met variabele frequentie in overeenstemming met de frequentiekarakteris-tiek van de magnetostrictieve vibrator.

8. Akoestische golf-meetinrichting volgens conclu-30 sie 5, verder bevattende een tweede oscillatiecorrectiever- sterker voor het regelen van de versterking van een uitvoersignaal van de golfontvanger in overeenstemming met de frequentiekarakteristiek van de magnetostrictieve vibrator.

‘ 9. Akoestische golf-meetinrichting volgens conclu- 35 sie 5, verder bevattende: een eerste oscillatiecorrectieversterker voor het regelen van de versterking van een uitvoersignaal van de 5 v' Ui j .. · ! sinusgolfoscillator met variabele frequentie in overeenstemming met de frequentiekarakteristiek van de magneto-strictieve vibrator; en een tweede oscillatiecorrectieversterker voor het 5 regelen van de versterking van een uitvoersignaal van de golfontvanger in overeenstemming met de frequentiekarakteristiek van de magnetostrictïeve vibrator.

10. Akoestische golf-meetinrichting volgens conclusie 7, waarin de eerste oscillatiecorrectieversterker 10 het uitvoersignaal van de sinusgolfoscillator met variabele frequentie zo corrigeert dat de amplitude van de uitvoer van de magnetostrictieve vibrator een constant niveau over al de frequenties opwekt.

11. Akoestische golf-meetinrichting volgens 15 conclusie 8, waarin de tweede oscillatiecorrectieversterker het uitvoersignaal van de golfontvanger zo corrigeert dat de variaties van de amplitude van de uitvoer van de magne-tostrictieve vibrator afhankelijk van de frequenties afnemen.

12. Akoestische golf-meetinrichting volgens conclusie 9, waarin de eerste oscillatiecorrectieversterker het uit\roersignaal van de sinusgolfoscillator met variabele frequenties zo corrigeert dat de amplitude van de uitvoer van de magnetostrictieve vibrator een constant niveau over 25 alle frequenties opwekt, en de tweede oscxliatiecorrectie-versterker het uitvoersignaal van de golfontvanger zo corrigeert dat variaties van de amplitude van de uitvoer van de magnetostrictieve vibrator afhankelijk van de frequenties afneemt. 'ii C| Π "7" 7 n i