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DE2207164A1 - Verfahren und vorrichtung zur optischen darstellung von impulsen, insbesondere ultraschall-impulsen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur optischen darstellung von impulsen, insbesondere ultraschall-impulsen

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DE2207164A1
DE2207164A1 DE19722207164 DE2207164A DE2207164A1 DE 2207164 A1 DE2207164 A1 DE 2207164A1 DE 19722207164 DE19722207164 DE 19722207164 DE 2207164 A DE2207164 A DE 2207164A DE 2207164 A1 DE2207164 A1 DE 2207164A1
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DE
Germany
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pulse
intensity
elements
display
dependent
Prior art date
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Pending
Application number
DE19722207164
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English (en)
Inventor
Volker Dr Ing Deutsch
Ulrich Foerstermann
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.)
DEUTSCH PRUEF MESSGERAETE
Original Assignee
DEUTSCH PRUEF MESSGERAETE
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Publication date
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Priority to GB761173A priority patent/GB1422556A/en
Priority to FR7305469A priority patent/FR2172325B1/fr
Priority to DE19732342795 priority patent/DE2342795A1/de
Priority to DE19732342797 priority patent/DE2342797A1/de
Priority to DE19732342796 priority patent/DE2342796A1/de
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Pending legal-status Critical Current

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    • G01N29/00—Investigating 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
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
    • G01N29/0609—Display arrangements, e.g. colour displays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R13/40—Arrangements for displaying electric variables or waveforms using modulation of a light beam otherwise than by mechanical displacement, e.g. by Kerr effect
    • G01R13/404—Arrangements for displaying electric variables or waveforms using modulation of a light beam otherwise than by mechanical displacement, e.g. by Kerr effect for discontinuous display, i.e. display of discrete values
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
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Description

Prüf- und Meßgerätebau
Iniu; Dr.-Inge Volker Deutsch. 5600 Wuppertal 1
Otto-Hausmann-Rin^ TOI (PostfacL 1" 1S 91't
Verfahren und Vorrichtung su.r optischen I>ar^tslliir. Impulsen, insbesondere
K,.
Die Erfindung "betrifft ein Verfahren und. eine Ycrricr.t-ung zum Darstellen von Impulsen, insbesondere Ultraschall-Impulsen, die, von eineiL Sender ausgehend, ein zu. unter-» suchendes Objekt durchlaufen haben ~bzv* an äiesea reflektiert worden sind* Bevorzugtes Anwendungsgebiet äer Erfindung sind Ultraschall-Prüfgeräte, die zur serstörungsfreien Werks toff-Prüfung, in der medizinischen Diagnostik oder für andere Zwecke eingesetzt werden. Solche Sei ate lies teilen im wesentlichen aus einem Impuls sender, einem HoelifreQuenc;— verstärker sowie einem Anaeigeteil einschließlieh Zsitablenkung zur Darstellung der Impulse nach deren Durchlauf
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durch das zu prüfende Objekt bzw, deren Reflexion an dem zu prüfenden Objektο Hinzu kommt noch der notwendige Stromversorgungsteil·
Bei den bekannten Geräten besteht der Anzeigeteil aus einem Oszillographen. Die Abbildung der Impulse auf dem Kathodenstrahlrohr des Bildteils erfolgt üblicherweise so, daß am linken Rand der Sendeimpuls als Auslenkung der Grundlinie abgebildet wird und die später empfangenen Impulse als weitere Auslenkungen rechts vom Sendeimpuls erscheinen, wobei die Entfernung zwischen Sendeimpuls und Empfangsimpuls der Laufzeit des Ultraschall-Impulses im Werkstück entsprich:%» Die Höhe der Auslenkung entspricht der Intensität des empfangenen Impulses. Das gilt sorjohl für Durchsehallungsals auch für Impuls-Echobetriet». Bei Reflexions betrieb ist eine Aussage über Ort und Größe des vorliegenden Reflektors möglich.
Bei Verwendung von Oszillographen als Anzeigeteil ist es nur mit beträchtlichem Aufwand möglich, dae Verhältnis des Ausmasses der Auslenkung zur Impulsintensität in zur Grundlinie senkrechter Richtung nach jeder beliebigen gewünschten Beziehung, z.B. logarithmisch, zu variieren. Eine solche Variation wäre aber notwendig, wenn man bestimmte Werkstücke mit unterschiedlicher Empfindlichkeit über den Querschnitt prüfen wollte oder eine Art "liefenausgleich" erreichen wollte, sodaß z.B. Reflexionen vom gleichen Reflektor auch bei unterschiedlicher Meßlänge in gleicher Weise angezeigt werden.
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Der Erfindung hat die Aufgabe zugrunde gelegen, ein Verfahren und eine -Vorrichtung zur jptischen Darstellung you Impulsen zu schaffen, mit welchem bzw, welcher es möglich ist, 3 ede beliebige gewünschte Beziehung zwischen der Impulsintensitätaanzeige und der Impulsintensität einzustellen sodaS Werkstücke mit unterschiedlicher Empfindlichkeit über ihren Querschnitt geprüft werden können und der vorstehend erwähnte Tiefenausgleich möglich ist.
Das Verfahren gemäß der ERfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Serie bzw. Reihe von optischen Anzeigeelementen mittels eines von der Impulslaufzeit zwischen Sendung und Empfang abhängigen Signals in der Weise angesteuert wird, daß während der Laufzeit eines Impulses alle Elemente der Serie(n) bzw. Reihe(n) nacheinander und einzeln an die Energiequelle angeschaltet werden und daß ein von der Impulsintensität bei Sendung und Empfang abhängiges Signal · zur Ansteuerung der die Impulsintensität kennzeichnenden Qualität oder Quantität der optischen Anzeige des jeweils angeschalteten optischen Anzeigeelements benutzt wird.
Dabei kann die Impulsintensitätsanzeige in der Weise durch die quantitative Größe der optischen Anzeige gekennzeichnet werden, daß für jede mit einer Element-Anschaltung verbundene Laufzeitphase mehrere optische Anzeigeelemente gleichzeitig mittels des von der Impulslaufzeit abhängigen Signals ange-
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sohaltet werden Ujid daß das intensitatsabhängige Signal nur-r". eine von der Intensität abhängige Anzahl von Elementen dieser gleichzeitig angeschalteten Elemente ebenfalls anschaltet, und zwar in der Weise, daß die Anzeigeelemente nur dann eine optische Anzeige geben können, wenn sie gleichzeitig sowohl mittels des impulslaufzeitabhängigen als auch mittels des intensitateabhängigen Signals angeschaltet werden·
Eine qualitative Anzeige der Impul8intensität kann durch digitale Zahlenangeben auf den Anzeigeelementen erfolgen·
Nach einem weiteren Erfindungsgedanken erfolgt die intensitätsabhängige Ansteuerung mittels mindestens eines !Comparators, welcher das vom Impulssender über einen in der Verstärkung veränderlichen Verstärker ankommende Signal mit einer fest vorgegebenen, die Ansprechschwelle der Komparatoren bestimmenden, evtl. veränderlichen Referenzspannung vergleicht. Bei Verwendung mehrerer Komparatoren, von denen jeder einem bestimmten Intensitats-Anzeigebereich zugeordnet ist, können linear, logarithmisch oder beliebig anders unterteilte AnspÄhgrenzen zwischen den einzelnen Komparatoren vorgesehen werden.
Die von den Komparatoren gelieferten Impulse können für Automatisierungszwecke ausgenutzt werden·
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens ist gekennzeichnet durch mindestens eine Hei lie ftsvu Serie von optischen Anzeigelementen, von der alle Elemente wahrer, i .r.-;-r Laufzeit eines Impulses einzeln und nacheinander an iir?-« Energiequelle angeschaltet werden mittels einer Ton clic Weglänge des Impulses und von dessen Geschwindigkeit gesteuerten Vorrichtung, die mit einer durch die Impulsintensität gesteuerten Vorrichtung zusammenwirkt* weIoLg lie Aussige der optischen Anzeigeelemente so ansteuert, aa.£ Eis entweder in quantitativer oder in qualitativer Hinsiont komiseislmena ist für die Impulsintensität*
Vorzugsweise sind die Anzeigeelemente Lcucix^eleme-it·1;-. ils ir;. einem durch eine beliebige Anzahl von Seilen und ir? ' cL.. gebildeten Feld angeordnet sind, wobei eiitweaer die Sra;V:^i: oder die Zeilen nacheinander durch die von eier Supulglsufzeit abhängige Vorrichtung angeschaltet werden uuä. die von dei' Impuls intensität gesteuerte Vorrichtung die Anzahl, der in jeweils einer angeschalteten Spalte bzw, Esiiie ai"fl£u.cht;enden Elemente bestimmt.
Bei einer abgewandelten Aus führungshorn: Ksz^n. nur eine Seihe von Leuchtelementen vorgesehen sein, welche die Irepulsinten sität durch digitale Zahlenangaben anzeigen«
Die Ansteuerung der Intensitätsanzeige icaor. mittels peeler
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Elementenzeile bzw. -spalte zugeordneter Kornparatoren erfolgen, die das vom Schallkopf über einen in der Verstärkung veränderlichen Hochfrequenzverstärker ankommende Signal mit einer fest vorgegebenen Referenzspannung vergleichen und deren Aus gangssignal die Leuchtelemente oder die Zwischenspeicher der Leuchtelemente ansteuert.
Die Vörrrichtung zur Ansteuerung entsprechend der Impulsiaufzeit kann aus einem Generator mit nachgeschaltetem Schieberegister bzw. Zähler bestehen.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen im Einzelnen erläutert·
Pig. 1 zeigt schematisoh das Anzeigefeld einer beispielsweisen Aus führ■■■«.ngsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Fig. 2 gibt schematisch das Anzeige-Zackenbild auf einem als Anzeigegerät verwendeten Oszillographen wieder.
Fig. 3 veranschaulicht das dem Zackenbild; gemäß Fig· 2 entsprechende Anzeigebild auf einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 1, wobei Fig. 3a ein Leuchtbild mit linearer Intensitätsanzeige darstellt und Fig. 3b eine Leuchtbild mit logarithmischer Intensitatsanzeige.
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_ 7 —
Pig. 4 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Erzeugung einer von der Impuls lauf ze it abhängigen zeitlichen !Folge von Ansteuersignalen im Rahmen einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung sur Steuerung der Anzeige elemente in Abhängigkeit von der Impulsintensität.
Fig. 6 zeigt schematisch zu Vergleichszwecken mit der nachstehenden Pig. 7 das ZackenMld auf einem als Anzeigegerät für die Impulsdarstellung verwendeten Kathodenstrahlrohr
und Fig. 7 veranschaulicht ein Leuchfbild mit digitaler Zahlen-
Xi.
anzeige bei einer Vorrichtung gemäß der E findung.
Die in Pig. 1 gezeigte beispielsweise Ausführungsform der Anzeigeeinheit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht aus einer Vielzahl von in mehreren Zeilen R-, R2. .«..R und Spalten S-, S2*....S angeordneten Leuchtelementen L. Diese Leuchtelemente L können aus punkt- oder flächenförmigen Lichtquellen bestehent wie z.B. Lichtemiss ions dioden, Glühlampen, o#a. oder aus Flüssigkeitskristallene Die Anzahl der Zeilen und Spalten kann beliebig gewählt werden. Das in Fig· 2 gezeigte Zackenbild einer Ultraschallprüfung auf einem für diese Zwecke bisher üblichen Kathodenstrahlrohr würde bei Verwendung einer
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Anzeigeeinheit gemäß Fig. 1 das in den Pig. 3a und 5b dargestellte Bild ergeben, wobei die dunkel umrandeten Elemente L aufleuchtende Elemente wiedergeben sollen, die einen Impuls anzeigen. Der Spaltenabstand entspricht dabei der Impulslaufzeit und die eingeschaltete Zeilenanzahl kennzeichnet die Impulsintensität.
Die Ansteuerung der Spalten einer Einheit nach Fig. 1 erfolgt zeitlich hintereinander, wobei innerhalb der Laufzeit eines Impulses nachefander alle Spalten angesteuert werden, sodaß die Anschaltdauer einer Spalte sich als Quotient der Impulslaufzeit und der Zahl der Spalten ergibt. Die Laufzeit wiederum errechnet sich als Quotient aus der Werkstücklänge (Meeslänge) und der dem Werkstoff zugehörigen Schallgeschwindigkeit.
Eine beispielsweise Ausführungsform einer Vorrichtung zur Erzeugung der zeitlichen Folge von Ansteuersignalen für die Spaltenansteuerung ist in Fig. 4 gezeigt. Die von einem Generator G1 kommende Impulsfolgefrequenz wird einem Sender S sowie gleichzeitig über eine Verschiebungseinstelleinheit V einer Torschaltung T zugeführt, welcher auch die Signale eines entsprechend der Schallgeschwindigkeit und der Heßlänge eingestellten Generators G2 zugeleitet werden. Der Torschaltung T ist entweder eine Schieberegister SR oder
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ein Zähler Z mit Decoder D zur Ansteuerung der einzelnen Spalten der Anzeigeeinheit bzw. der Zwischenspeicher der Leuchtelemente nachgeschaltet·
Die Ansteuerung jeder einzelnen Zeile der Einheit nach Pig. 1 erfolgt über Komparatoren K, wie in Pig. 5 veranschaulicht iste Diese vergleichen das vom Schallkopf SK über einen in der Verstärkung veränderlichen Hochfrequenzverstärker H ankommende Signal mit einer fest vorgegebenen Referenzspannung UR f. Mit den AusgangsSignalen der Komparatoren werden die einzelnen Zeilen bzw. Zwischenspeicher der Leuchtelemente L in den einzelnen Zeilen angesteuert. Bei zeitlicher Koinzidenz eines Komparator-Ausgangssignales mit dem Steuersignal einer Spalte leuchtet das entsprechende Leuchtelement L auf bzw« wird der Zwischenspeicher des Leuchtelementes L gesetzt.
Die Größe der Referenzspannung und damit die Ansprechschwelle jedes Komparators kann beliebig verändert werden. So können beispielsweise linear oder logarithmisch unterteilte Ansprechgrenzen zwischen den einzelnen Komparatoren vorgesehen werden, wodurch sich die -^nzeigebilder gemäß Pig· 3a und 3b ergeben.
Es sind mannigfache andere DarsteIlungseinheiten als die in Pig. 1 veranschaulichte im Rahmen des Grundgedankens der Erfindung möglich. So können z.B. die Zeilen durch digitale Zahlenangaben ersetzt werden, wie das in Pig. ·7 veranschaulicht ist. 309835/1029
Sie Ansteuerung der Zeilen mittels der Komparatoren K kann in für alle Zeilen gleicher Weise erfolgen oder zwischen den einzelnen Zeilen variieren· Beispielsweise können die Komparatoren der einzelnen Zeilen so eingestellt sein, daß Reflexionen vom gleichen Reflektor auch bei unterschiedlicher Meßlänge in gleicher Weise angezeigt werden 0?iefen_ausgleich). Dazu ist es notwendig, den Zusammenhang zwischen Empfangsamplitude und Reflektorabstand bei konstanter Sendeleistung und konstantem Reflektor zu kennen·
Es kann notwendig sein, bestimmte Werkstücke mit unterschiedlicher Empfindlichkeit über den Querschnitt zu prüfen» So ist es denkbar, daö hoch beanspruchte Zonen eines Werkstückes mit höherer %pfindlichkeit untersucht werden müssen als weniger beanspruchte Werkstückzonen. Auch dies kann auf dem Wege unterschiedlicher Programmierung der Komparatoren der einzelnen Zeilen ermöglicht werden.
Pur die Automatisierung der Auswertung ist bei Verwendung herkömmlicher Geräte für die Ultraschall-Prüfung der Einsatz von Zusatzgeräten, sog. Monitore, erforderlich. Diese formen aus den als Zacken angezeigten Impulsen elektrische Signale, die zur Ansteuerung von Markier-, Registrier- und Sortiervorrichtungen benutzt werden können. Bei Benutzung einer erfindungsgemäßen Anzeigeeinheit sind für die Automatisierung keine Zusatzgeräte erforderlich, welche die
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/von den
Impulse umformen, da die'Komparatoren gelieferten Impulse für Automätisierungszwecke benutzt werden können. So ist beispilesweise zur Registrierung ohne zusätzlichen Aufwand die Ansteuerung eine Punkt- oder Zahlendruckers möglich.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Vor allem sind andere Darstellungseinheiten als die in Fig. 1 gezeigte im Rahmen des Grundgedankens der Erfindung möglich.. Fig. 7 zeigt eine solche Darstellungseinheitι die aus nur einer Zeile von Leuchtelementen besteht, bei denen digitale Zahlenangaben die Punktion der Kennzeichnung der Impulsintensität ausüben.
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Claims (1)

  1. geändert gemäß Eingabe tingegangen am m.'M.<[.?,.. 7 2
    Ansprüche; ■ , / £
    1.)Verfahren zum Darstellen von Impulsen, insbesondere Ultraschall-Impulsen, die, von einem Sender ausgehend, ein zu untersuchendes Objekt durchlaufen haben bzw. an diesem reflektiert worden sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Serie bzw. Reihe von optischen Anzeigeelementen (L) mittels eines von der Impulslaufzeit zwischen Sendung und Empfang abhängigen Signals in der Weise angesteuert wird, daß während der Laufzeit eines Impulses alle Elemente der Serie(n) (S1* S2»«»Sn) bzw. Reihe(n) (R1, R2^0Rn) nachefander und einzeln an die Energiequelle angeschaltet werden und daß ein von der Impulsintensität bei Sendung und Empfang abhängiges Signal zur Ansteuerung der die Impulsintensität kennzeichnenden Qualität oder Quantität der optischen Anzeige des jeweils angeschalteten optischen Anzeigeelementes benutzt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsintensität in der Weise durch die quantitative Größe der optischen Anzeige gekennzeichnet ist, daß für jede mit einer Element-Anschaltung verbundene Laufzeitphase mehrere optische Anzeigeelemente gleichzeitig mittels des von
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    der Impulslaufzeit abhängigen Signals angeschaltet werden und daß das intensitätsabhängige Signal nmr eine too. der Intensität abhängige Anzahl von Elementen dieser gleichseitig angeschalteten Elemente ebenfalls anschaltet, und zwar in der Weise, daß die optischen Anzeigelemente (l) nur dann eine optische Anzeige geben können, wenn sie gleichseitig sowohl mittels des impulslaufzeitabhängigen als auch mittels des intensitätsabhängigen Signals angeschaltet werdsiio
    3« Verfahren nach Anspruch lf dadurch gekennzeichnet! daß die qualitative Anzeige der Impiij,sixii<s:isi"Sät äuroli digitale Zahlenangaben auf den Anzeige elementen erfolgt (S1Ig-,- 7}«
    4. Verfahren nach Anspruch \f dadurch geteiiiiaeiol^ie'·., =ΰ? die intensitätsabhängige Ansteuerung mittels min-uesten? eines Komparators (K) erfolgt, welcher da.-? vjia Impulssonaer (SK) über einen in der Verstärkung verä?iderlic}ien. Yerstärker ankommende Signal mit einer fest; vorgegebenen* die &&- sprechschwelle der Komparatoren b^stiiimeuden, evlv,* yständerliehen Referenzspannu?:6 vert-,I:.eicht,
    5 ο Verfahren nach Anspruch 4. dadurch ge^eriiiseielaie·^ daß bei Verwendung mehrerer Koaparateren (K) jeder einaü "33£-ti ten Intensitätsanzeigebereich za£e-cTö:net "'u*is wobei LL-$ Ansprechgrenzen zwischen, den einseinen K^-mparator-en Iiiiaarf logarithmisch oder beliebig andere, uutex'tellt r:h-nä6
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    6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Komparatoren (K) gelieferten Impulse für Automatisierungszwecke ausgenutzt werden.
    7. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Impulssender, einem Hochfrequenzverstärker sowie einem Anzeigeteil zur Darstellung der Impulse nach deren Durchlauf durch das zu untersuchende Objekt bzw. deren Reflexion an diesen Objekt, dadurch gekennzeichnet, daß der Anzeigeteil mindestens eine Reihe (R* ι Rp··^ ) bzw. Serie (S.., Sp000S,) von optischen Anzeigelementen (L) aufweist, von der alle Elemente während der Laufzeit eines Impulses einzeln und nacheinander anihrc Energiequelle angeschaltet werden mittels einer von der S'eglänge des Impulses und von dessen. Geschwindigkeit gesteuerten Vorrichtung, die mit einer durch die Impulsintensität gffiteuerten Vorrichtung zusammen wirkt, welche die Anzeige der optischen Anzeigeelemente so ansteuert, daO sie entweder in quantitativer oder in qualitativer Hinsicht kennzeichnend ist für die Impuls Intensität.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeelemente Leuchtelemente sind, die in einem durch eine beliebige Anzahl von Zeilen und Spalten gebildeten Feld
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    angeordnet sind, wobei entweder die Spalten oder die Zeilen nacheinander durch die von der Inpulslaufzeit abhängige Vorrichtung angeschaltet werden und die -ron der impuls intensität gesteuerte Vorrichtung die Anzahl der in jeweils einer angeschalteten Spalte bzw. Reihe aufleuchtenden 31eaente "bestimmt.
    9ο Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Reihe von Leuchteiernentoivorgesehen ist, welche die Impulsintensität durch digitale Zahlenangaben anzeigenβ (Fig. 7)
    ΙΟ» Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ans· Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur -Visteuerimg der Intensitätsanzeige jeder Elementenzeile bzw„ -spalte Komparatoren (K) zugeordnet sind, die das vom Schallkopf (SK) über einen in der Verstärkung veränderlichen Hochfrequenzverstärker ankommende Signal mit einer fest vorgegebenen Referenzspannung vergleichen und deren Ausgangssignal die Leuchtelemente (L) oder die Zwischanspeicher der Leuchtelemente ansteuert.
    11. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Ansteuerung entsprechend der Impulslaufzeit aus einem Generator (Cq) mit nachgeschaltetem Schieberegister (SR) bzw. Zähler (Z) besteht.
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