DE2362312C3

DE2362312C3 - Gepulstes Wirbelstrom-Prüfgerät

Info

Publication number: DE2362312C3
Application number: DE2362312A
Authority: DE
Inventors: Sven Ebert Hollviksnas Mansson (Schweden)
Original assignee: Magnetic Analysis Corp
Current assignee: Magnetic Analysis Corp
Priority date: 1972-12-21
Filing date: 1973-12-14
Publication date: 1979-04-05
Also published as: DE2362312A1; US3786347A; DE2362312B2; GB1405686A

Description

Die Erfindung betrifft ein gepulstes Wirbelstroin-Prüfgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Wirbelstrom-Prüfgeräte sind insbesondere für die

zerstörungsfreie Prüfung von elektrisch leitenden Gegenständen nützlich, um Fehler, Risse oder Gußblasen festzustellen.

Bei einer Art von Wirbelstrom-Prüfgeräten werden Gegenstände mit gleichförmigem Querschnitt, wie ζ B. s Stangen, Rohre, Drähte usw. kontinuierlich durch eine Primärspule in der Prüfspulenanordnung geführt, und ein Paar von Sekundärspulen, die in Reihe gegeneinandergeschaltet sind, erzeugt ein Null-Ausgangssignal, wenn das Wirbelstromfeld gleichförmig ist. Irgendwelehe UngleichmäQigkeiten in dem zu prüfenden Gegenstand, die die Größe oder die Verteilung der Wirb\ilströme ändern, erzeugen ein Fehler-Ausgangssignal, das festgestellt und angezeigt wird. Anstatt den Prüfling durch die Spulenanordnung zu führen, kann die Spulenanordnung auch als Prüfkopf ausgebildet sein, der relativ zu der Oberfläche des Prüflings bewegt wird.

Eine andere Art von Wirbelstrom-Prüfgeräten arbeitet als Vergleicher, d. h, der Prüfling wird in einer Prüfspulenanordnung angeordnet, und das resultierende ?u Signal wird mit dem einer weiteren Prüfspulenanordnung verglichen, in der ein Bezugsgegenstand angeordnet ist Auch hier sind üblicherweise die Seki .-.därspulen ineinandergeschaltet, um ein Null-Signal zu erzeugen, wenn die Gegenstände gleich sind, und ein Ausgangssignal zu erzeugen, wenn die Gegenstände ungleich sind.

Die Prüfspulenanordnung wird häufig mit Wechselstrom erregt und das Ausgangssignal, das bezüglich seiner Amplitude oder seiner Phase oder beider genannter Größen durch Fehler oder Risse moduliert jo ist wird einem Paar phasenempfindlicher Detektoren zugeführt die von Torschaltungen so gesteuert sind, daß sie um 90° phasenverschobene Signalkomponenten erzeugen, die verarbeitet und einem Kathodenstrahl-Oszilloskop zugeführt werden, um eine Polarkoordin?- j-, ten-Anzeige der Signalamplitude und Phase zu erzeugen. Die eine oder die andere der um 90° phasenverschobenen Komponenten kann einer Anzeigevorrichtung zugeführt werden, beispielsweise einem Blattschreiber oder einem Alarmsystem.

Weiter it eine gepulste Erregung der Prüfspulenanordnung bekannt indem dieser Gleichspannungsimpulse zugeführt werden. Mit dieser Gattung von Wirbelstrom-Prüfgeräten beschäftigt sich die Erfindung. Das Ausgangssignal wird dabei tor gesteuert um Signale zu erzeugen, die sich mit Änderungen in dem zu prüfenden Gegenstand ändern. Dabei ist es wichtig, die Dauer der Impulse, die Impulsamplitude und die Impulsfolgefrequenz genau zu steuern, um Fremdsignale und Rauschen zu vermeiden, die die Fehler- oder Rißsignale überdecken können. Fu/ die Genauigkeit gattungsgemäßer Geräte ist somit von ausschlaggebender Bedeutung, daß die Prüispule mit genau definierten Impulsen beaufschlagt wird, d. h. insbesondere mit Impulsen genau vorgegebener Länge und gleichbleibender Steilheit der Vorder- und Rückfiairike. Eine genaue Konstanz dieser Impulse ist Voraussetzung für eine reproduzierbare und damit aussagekräftige Prüfung eines Gegenstandes.

Bei einem bekannten gattungsgemäßen Wirbelstrom Prüfgerät (US-PS 33 14 006) wird der Ausgang eines Sinuswellen-Oszillators einem Flip-Flop-Frequenzteiler zugeführt, der eine Rechteckwelle liefert, deren Frequenz durch Wahl der Stelle des Ausgangs in der Flip-Flop-Kette veränderbar ist. Rechteckwellen, wie sie dem Frequenzteiler entnehmbar sind, haben in jedem Fall ein Tastverhältnis von 50%. Die Genauigkeit und Reproduzierbarke'i der am Ausgang des Frequenzteilers erzeugten Rechteckwellen hängt entscheidend von den Schaltungen im Frequenzteiler und von der nachfolgenden Formung der Wellen ir. einer nachgeschalteten Treiberschaltung ab. Für gut reproduzierbare Rechteckwellen muß somit ein verhältnismäßig hoher elektronischer Aufwand getrieben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gepulst arbeitendes Wirbelstrom-Prüfgerät zu schaffen, bei dem die Impulse, mit denen die Prüfspule beaufschlagt wird, besonders genau definiert sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Wirbelstrom-Prüfgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Märkmalen des Anspruchs 1 gelöst

Bei dem erfindungsgemäßen Wirbelstrom-Prüfgerät wird die Prüfspule somit mit einer Impulswelle beaufschlagt die aus Rechteckimpulsen mit einem Tastverhältnis von 25% oder weniger besteht Damit die Form und Dauer dieser Impulse genau definiert ist, werden Halbzyklen der im Rechteckwellengenerator erzeugten Rechteckwelle verwend*·'. wie im folgenden anhand der Figurenbeschreibung im sinzelnen erläutert werden wird. Insgesamt wird mit der Erfindung erreicht daß die Dauer und die Form der Impulse, mit denen die Prüfspule beaufschlagt wird, nur von der Genauigkeit abhängt mit der die anfängliche Rechteckwelle aus der Sinuswelle hergeleitet werden kann. Eine Sinuswelle in eine Rechteckwelle mit gleicher Frequenz umzuwandeln, ist — wie allgemein bekannt — mit relativ einfach aufgebauten Schaltungen auf genau·· Weise möglich. Wenn dann nur ausgewählte Halbzyklen der anfänglichen Rechteckwelle ausgewählt werden, treten keine Änderungen bezüglich der Dauer oder bezüglich der Rankensteilheiten der Impulse auf.

Die Ansprüche 2 bis 6 kennzeichnen die Schaltung genauer, mit der die Auswahl einzelner Rechteckimpulse der Rechteckwelle für die Priifspule geschieht

Die Ansprüche 7 bis 9 sind auf die Abstimmung des Verstärkers gerichtet mit dem die Ausgangssignale der Prüfspulenanordnung verstärkt und dann einer Anzeige zugeführt werden. Die Frequenz, auf die dieser V.-'stärker abgestimmt ist steht in direkter Beziehung zur Frequenz der Impulse, die der Prüfspulenanordnung zugeführt werden. Die Abstimmfrequenz des Verstärkers steht vorteilhafterweise in Beziehung zur Hafte der Frequenz des Sinuswellen-Oszillators, weil Halbzyklen der aus der Sinuswelle erzeugten Rechteckwelle zur Erzeugung der Ausgangsimpulse verwendet werdea

Der Anspruch 10 kennzeichnet die Schaltung zur Erzeugung der Gatterimpulse zum Austasten der im Verstärker verstärkten Impulse, die die Information über Fehler und Risse im Prüfgegenstand enthalten.

Zuscmmengefaßt schafft die Erfindung ein gepul&ies Wirbelstrom-Prüfgerät das bei geringem elektronischen Aufwand genau und reproduzierbar arbeitet Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Prüfgerätes liegt darin, daß die Impulsfolgefrequenz der Treiberimpulse für die Prüfspulenanordnung in einfacher Weise geändert werden kann, indem lediglich die Frequenz der Sinuswellen-Oszi'lators verändert wird. Die Genauigkeit der Impulserzeugung bleibt dabei erhalten. Eine Änderung der Impulsfolgefrequenz bei gegebenem Tastverhältnis ändert die Impulsbreite biw. -dauer und daher die Eindringtiefe des Wirbelstroms in den zu prüfenden Gegenstand.

Wenn abwechselnd die Auslenkungen einer Polarität bzw. Halbzyklen der Rechteckwelle ausgeschaltet werden, werden Ausgangs- bzw. Treiberimpulse mit

einem Tastverhältnis von 25% und einer Impulsfolgefrequenz gleich der halben Frequenz der anfänglichen Sinuswelle erhalten. Durch Ausschaltung mehrerer Halbzyklen der Rechteckwelle können geringere Tastverhältnisse erhalten werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es stellt dar

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines gepulsten Wirbelstrom-Prüfgerätes,

F i g. 2 ein Schaltbild eines Impulsgenerators,

F i g 3 Wellen- und Impulsformen an verschiedenen Stellen der Schaltung gemäß F i g. 2 und

Fig.4 ein Schaltbild eines abgewandelten Impulsgenerators.

In Fig. 1 ist ein Sinuswellenoszillator 10 dargestellt, der eine Oszillatorschaltung 11 enthält und eine Sinuswelle zu einem Rechteckwellengenerator 12 liefert. Verschiedene Oszillatorschwingkreise können über einen Schalter 13 mit dem Oszillator 10 verbunden werden, so daß die Frequenz der Sinuswelle nach Wunsch eingestellt werden kann. Der Ausgang des Rechteckwellengenerators 12 wird einem Impulsgenerator 14 und einer Impulssperrschaltung 15 zugeführt.

Die Impulssperrschaltung 15 hat die Wirkung, wechselweise die Erzeugung von Ausgangsirnpuslen durch den Impulsgenerator 14 zu ermöglichen oder zu verhindern, so daß die Ausgangsimpulse ragelmäßig wiederkehrenden nicht aufeinanderfolgenden Auslenkungen einer Polarität der Rechteckwelle entsprechen, die dem Impulsgenerator 14 zugeführt wird. Dementsprechend werden einem Impulstreiber 16 Ausgangsimpulse von dem gewünschten Tastverhältnis zugeführt, wobei die Impulse in ihrem zeitlichen Auftreten und in ihrer Dauer in genauer Beziehung zu dem Halbzyklus der Eingangrechteckwelle stehen, die nicht durch die Impulssperrschaltung ausgeschlossen ist. Wenn daher die Auslenkungen einer Polarität der Eingangsrechteckwelle abwechselnd ausgeschlossen werden, können Ausgangsimpulse mit einem Tastverhältnis von 25% und einer Impulsfolgefrequenz von der halben Frequenz der Eingangsrechteckwelle und daher der halben Frequenz der anfänglichen Sinuswelle erzeugt werden.

Der Impulsgenerator erzeugt außerdem um 90° phasenverschobene Gatterimpusle, die phasenempfindlichen Detektoren 17,18 zugeführt werden.

Die Ausgangsimpulse von dem Impulstreiber 16 werden dem Spulentreiber 19 und dann der Primärspule 21 einer Wirbelstrom-Prüfspulenanordnung zugeführt. Ein Impulsstromregulator 22 ist vorgesehen, um sicherzustellen, daß der Primärspule Impulse mit konstanter Stromstärke zugeführt werden.

Zwei Sekundärspulen 25, 25' sind in Reihe gegeneinandergeschaltet, so daß sie eine Null-Spulenanordnung bilden, die ein geringes oder gar kein Ausgangssignal bei Abwesenheit eines Risses oder einer anderen Unregelmäßigkeit in einem durch sie durchgeführten Gegenstand 26 ergeben, die andererseits ein in der Amplitude und/oder Phase sich änderndes Ausgangssignal liefern, falls ein Riß oder eine andere Unregelmäßigkeit vorhanden ist. Das Ausgangssignal der Null-Spule wird über einen umschaltbaren Transformator 27 einem abgestimmten Verstärker 28 zugeführt, der einen umschaltbaren Abstimmkreis 29 erhält. Verschiedene Transformatoren und Abstimir.kreise können zusammen mit dem Umschalten des Oszillatorschwingkreises 11 in den Betriebszustand eingeschaltet werden.

Wenn Treiberimpulse mit einem Tastverhältnis von 25% der Primärspule 21 zugeführt werden, tritt eine starke Frequenzkomponente bei der Folgefrequenz dieser Impulse in den Sekundärspulen bei vorhandenen Rissen und Fehlern auf. Es ist zu bevorzugen, den

<; Verstärker 28 auf die Folgefrequenz der Treibimpulse abzustimmen, um so ein maximales Ansprechsignal bei Fehlern usw. zu erhalten. Das Abstimmen dient auch dazu. Rauschen und unerwünschte Frequenzkomponenten zu verringern, die in dem Ausgang der Null-Spulen

id 25, 25' auftreten können. Die Bandbreite des abgestimmten Verstärkers sollte ausreichend sein, um die Seitenbänder, die von solchen Fehlern herrühren, zu umschließen.

Bei einem Tastverhältnis von 25% ist die Dauer eines Impulses eine viertel Wellenlänge, wenn der Verstärker auf die Impulsfolgefrequenz abgestimmt ist; dies hat sich für eine hohe Wirksamkeit als vorteilhaft erwiesen. Dies entspricht einem Abstimmen auf Jic Hafte der Frequenz der anfänglichen Sinuswelle. In einigen Fällen kann

in jedoch das Abstimmen auf die zweite oder vielleicht eine höhere Harmonische der Impulsfolgefrequenz erwünscht sein, so daß es aligemein gesprochen erwünscht ist, den Verstärker auf ein Vielfaches der Impulsfolgefrequenz oder ein Vielfaches der halben > Sinuswellenfrequenz abzustimmen, wobei der Ausdruck Vielfaches auch den Faktor 1 umschließt.

Für Tastverhäitnisse von weniger als ?Λ% ist ein Abstimmen auf eine solche Frequenz wünschenswert, daß die Impulsbreite ein Viertel der Wellenlänge

jo beträgt, um ein gutes Ansprechsignal zu erhalten, Insoweit als die Impulsbreite noch eine halbe Periode der anfänglichen Sinuswelle ist, entspricht dies dem Abstimmen auf die halbe Frequenz der Sinuswelle.

Der Ausgang des abgestimmten Verstärkers 28 wird

S3 dem phasenempfindlichen Detektoren 17,18 zusammen mit den um 90° phasenverschobenen Tastimpulsen vom Generator 14 zugeführt, um 90° phasenverschobene Signalkomponenten zu erzeugen.

Diese werden jeweiligen Verstärkern und Filtern 31,

4(i 32 und dann einer Anzeige 33, wie z. B. einer Kathodenstrahlröhre zugeführt, die der bekannten Technik entsprechen.

In den F i g. 2 und 3 sind ein Schaltplan und die Wellenformen für den Generator 14 und die lmpuls-Sperrschaltung 15 der F i g. 1 gezeigt. Der Impulstreiber 16 ist ebenfalls dargestellt, wobei diejenigen seiner Bestandteile weggelassen sind, die zu der Stromregelung gehören. Die Buchstaben b bis k in F i g. 2 beziehen sich auf die entsprechenden Wellenformen in Fig.3

so Die gestrichelt umrandeten Blöcke 14', 14" upH 14'" sind Teile des Blockes 14 in Fig. 1, die zweckmäüigerw.ise getrennt sind. Der Block 14' betrifft primär die Erzeugung der Treiberimpulse, während die Blöcke 14" und 14'" primär die Erzeugung der frühreren und späteren um 90° phasenverschobenen Gatterimpulse betreffen. In F i g. 3 ist mit dem Bezugspotential »0« eine Spannung auf dem oder in der Nähe des Erdpoter.tials oder eines anderen Bezugspotentials bezeichnet, und das Potential» + « bezeichnet eine Spannung, die positiv gegenüber den Erdpotential ist, um so die Richtung der Auslenkungen anzuzeigen. F i g. 3 ist in erster Linie ein Zeitdiagramm und Unterschiede in der Amplitude sind nicht dargestellt Zur einfacheren Bezugnahme sind die Zeitpunkte Ti bis 7*13 am oberen Rand der Figur

&5 gezeigt

Die Transistoren in F i g. 2 sind (mit Ausnahme vor Q 5) von npn-Typ, wobei der im Emitterpfeil von dei Basis wegweist, aber es können selbstverständlich be

entsprechender Änderung der Spannungen usw. auch pnp-Transistoren verwendet werden.

Die Rechteckwelle b vom Generator 12 wird über einer Koppelschaltung zu der Basis des Transistors Q1 geführt. Die Emittervorspannung wird über eine Diode D1 zugeführt, die durch einen Kondensator überbrückt ist. Ei"e Sperrspannung wird über die Leitung 41 von der Sparschaltung 15 zugeführt, um alternierende positive Auslenkungen der Rechteckwelle auszuschalten und die Wellenform g am Kollektorausgang Q1 zu erhalten, wobei die durch Q1 verstärkten Impulse in der Polarität umgekehrt sind, wie in F i g. 3 (g)gezeigt ist.

Die Sperrspannung wird in Block 15 erzeugt Eine invertierte Rechteckwelle c wird im Generator 12 erzeugt, z.B. durch Zuführen der Rechteckwelle b zu η einem invertierenden Verstärker. Die invertierte Welle wird einer differenzierenden Schaltung zugeführt, die einen Kondensator 42 und einen Widerstand 43 enthält, um kurze Spitzen oder Triggerimpulse von entgegengesetzter Polarität an den Vorder- und Rückflanken zu erzeugen, wie in Fig.3 (d) gezeigt ist. Die positiven Triggerimpulse laufen über D 2 zu der Basis von Q 6, während die negativen Triggerimpulse wirkungslos bleiben, wie später beschrieben wird. Die Transistoren Q6, Q7 sind als Flip-Flop mit einer Rückkoppelung über die Diode D 3 und einen Reihenwiderstand geschaltet. Q9 ist normalerweise gesperrt, d.h. nicht leitend.

Die Basis von Q 6 ist über die Widerstände 40,43 und die Diode D 2 etwas positiv vorgespannt, und die Werte der schaltungselemente des Flip-Flops sind so gewählt, daß bei gesperrtem Transistor Q 6 seine Basisvorspannung nur etwas unterhalb seiner Triggerschwelle liegt, um so das Triggern für eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit zu beschleunigen. η

Es sei nun angenommen, daß C 6 anfänglich gesperrt ist, dann wird der Transistor Q 7 offen (das heißt leitend) sein, und der Ausgang von Q 7 wird auf einer niedrigen Spannung (in der Nähe des Erdpotentials) liegen, wie z. B. in F i g. 3 (e) zwischen den Zeitpunkten T2 und T4 gezeigt ist Die Rückkopplung von Q 7 hält die Basis von Q6 niedrig und negative Triggerimpulse der Wellenform t/sind wirkungslos.

Die Diode D 2 stellt weiter sicher, daß negative Triggerimpulse keine Wirkung haben. Zum Zeitpunkt T4 schaltet ein positiver Triggerimpuls der Wellenform dden Transistor Q 6 ein und daher Q 7 aus, so daß der Ausgang von Q 7 auf ein hohes Potential (in der Nähe V+) geht, wie in F i g. 3 (e) zwischen T 4 und Γ6 gezeigt ist

Während Q 7 zwischen den Zeitpunkten T2 und TA eingeschaltet, d.h. leitend ist, hält seine niedrige Ausgangsspannung zu der Diode D 4 die Leitung 41 niedrig und die Basis von Qi in der Nähe des Erdpotentials. Dies sollließt zusammen mit der Vorspannung an Q 1 den Eingang von ζ) 1 im wesentlichen kurz. Daher sind positive Auslenkungen 43 der Rechteckweile b zwischen T3 und T4 wirkungslos, wie bei /gezeigt ist Wenn jedoch Q 7 gesperrt wird und sein Ausgang e zum Zeitpunkt T4 auf das hohe Potential geht wird die Diode D 4 in Gegenrichtung vorgespannt und ihre Kurzschlußwirkung wird aufgehoben. Die nächste positive Auslenkung 44 der Rechteckwelle b hat dann die Wirkung, daß Q1 eingeschaltet d. h. leitend wird und sein Ausgang g auf das niedrige Potential geht um μ den Impuls 45 zu erzeugen. Es soll darauf hingewiesen werden, daß der Impuls 45 ein umgekehrtes Gegenstück des Impulses 44 ist wodurch eine präzise Steuerung des Zeitpunkts und der Dauer des Impulses sichergestellt wird.

Die Ausgangsschaltung von Qi enthält eine Differenzierschaltung, die aus dem Kondensator 46 und dem Widerstand 47 besteht und negative und positive Triggerimpulse auf der Leitung 48 an den Vorder- und Rückflanken der Impulse 45 erzeugt. Die Leitung 48 ist mit der Basis des Transistors Q 9 verbunden und negative Triggerimpulse sind wirkungslos. Der positive Triggerimpuls an der Rückflanke des Impulses 46 zum Zeitpunkt T6 bewirkt jedoch, daß Q9 leitet, wodurch die Basis von C6 im wesentlichen auf Erdpotential gebracht wird und dieser Transistor gesperrt wird. Dies schaltet Q 7 ein und bewirkt, daß sein Ausgang e zum Zeitpunkt 76 auf das niedrige Potential geht. C 6 und Q 7 sind nun in ihrem anfänglich angenommenen Zustand und die Folge der Vorgänge wiederholt sich. Es sei noch bemerkt, daß der positive Triggerimpuls in der impulsfolge d zum Zeitpunkt To infolge der Kurzschlußwirkung von Q 9 zu dem Zeitpunkt, wo er auftritt, wirkungslos ist.

Insgesamt wird als Ergebnis eine Impulswellenform bei £ erhalten, bei der die Impulsfolgefrequenz die halbe Frequenz der Rechteckwelle bei b und der Sinuswelle bei a in F i g. 3 ist. Die Impulsfolge g hat ein Tastverhältnis von 25% und die Impulse fallen genau mit den entsprechenden abwechselnd aufeinanderfolgenden positiven Auslenkungen von b und den Halbwellen von a zusammen.

Die Impulse von Qi werden zu dem Transistor Q 2 geführt, der als Emitter-Folger arbeitet, und darauf zu dem Transistor Q 3, der als Verstärker oder Umkehrstufe arbeitet. Der Ausgang von Q 3 ist in F i g. 3 (h) gezeigt und wird den Eingängen der Transistoren Q 4 und Q 5 zugeführt, die als komplementäre Verstärker geschaltet sind, wodurch ein verstärkter Impulsausgang auf der Leitung 49 erhalten wird, der zum Antreiben der Primärspule 21 (F i g. 1) verwendet wird.

Wie oben erwähnt wurde, werden um 90° phasenverschobene Gatterimpulse erzeugt die in genauer Beziehung zu den Impulsen stehen, die der Spule 21 zugeführt werden. Diese können als frühere und spätere Gatterimpulse bezeichnet werden und sind um 90° voneinander getrennt in bezug auf die Grundfrequenz der Spulenimpulse, die gleich der Impuisfolgefrequenz ist

Die früheren Gatterimpulse werden in Block 14" erzeugt Die Schaltung, die die Transistoren Q10, Q11 und Q12 umfaßt ist die gleiche wie die in Block 15, mit der Ausnahme, daß kein Sperrausgangssignal dem Block 14' zugeführt wird. Die nicht invertierte Rechteckwelle b wird dem Block 14" zugeführt, so daß differenzierte Triggerimpulse / dem Transistor Q10 zugeführt werden, die mit den Triggerimpulsen d zusammenfallen, die den Transistor Q% zugeführt werden, aber von entgegengesetzter Polarität sind. Q10 wird gleichzeitig mit QB zum Zeitpunkt Γ6 durch einen Triggerimpuis über die Leitung 48 zu Q 13 am Ende eines Treiberimpulses 45 gesperrt Dies macht QH leitend und bewirkt daß sein Ausgangssignal j zum Zeitpunkt T6 auf das niedrige Potential geht Der nächste positive Triggerimpuls in / zum Zeitpunkt T7 schaltet Q10 ein und QH aus, wodurch y'zum Zeitpunkt T7 auf das hohe Potential geht Auf diese Weise wird ein Impuls 51 erzeugt Die negativen Triggerimpusle in / können den Transistor QtO nicht sperren, wie im Zusammenhang mit Block 15 erklärt wurde, und der positive Triggerimpuis in / zum Zeitpunkt Γ9 hat keine

Wirkung, da Q10 schon eingeschaltet ist. Demzufolge bleibt Q10 eingeschaltet, d. h. leitend, bis es durch einen positiven Triggerimpuls auf der Leitung 48 zum Zeitpunkt T10 ausgeschaltet wird. Dann wiederholt sich der Vorgang.

Das Ausgangssignal j des Transistors QIl wird einer Differenzierschaltung aus dem Kondensator 52 und dem Widerstand 53 zugeführt, und die resultierenden Triggerimpulse werden der Basis des Transistors Q12 zugeführt. Normalerweise ist Q12 gesperrt, so daß negative Triggerimpulse unwirksam sind, und sein Ausgang liegt auf dem hohen Potential, wie in F i g. 3 (k) gezeigt ist. Am Ende jedes Impulses 51 in j geht der Ausgang von QIl auf das hohe Potential, um einen positiven Triggerimpuls zu erzeugen, der Q12 betätigt, um einen ins negative gehenden früheren Gatterimpuls zu erzeugen, wie in F i g. 3 (Angezeigt ist.

Die späteren Gatterimpulse werden von dem Ausgang e des Transistors Ql erzeugt, der eine viertel Periode später als die GäUcrirnpulsE 54 in den positiven Zustand geht. Der Ausgang e wird einer Differenzierschaltung und dem Transistor Q 8 zugeführt, der wie Q12 wirkt, und die späteren Gatterimpulse 55 in F i g. 3 ^erzeugt.

Es ist zu beachten, daß beide Gatterimpulse von Wellenformen abgeleitet werden, die in einer genauen Beziehung zu den ursprünglichen Rechteck- und Sinuswellen stehen. Dasselbe gilt für die Treiberimpulse g und h. Auf diese Weise ist eine genaue zeitliche Steuerung sowohl der Impulse, die der Primärspule 21 zugeführt werden, als auch der um 90° in der Phase verschobenen Gatterimpulse sichergestellt, die den Detektoren 17 und 18 zugeführt werden.

Es ist zu vermerken, daß man bei geeigneter Auslegung des Impulsgenerator 14 über einen beträchtlichen Bereich von Frequenzen arbeiten kann, was durch die umschaltbaren Komponenten der F i g. 1 bestimmt ist. Bei jeder Frequenz bestimmt die Stabilität des Sinuswellenoszillators die Stabilität der Impuls- und Gatterimpulserzeugung, und ein stabiler Sinuswellenoszillator kann ohne besondere Kosten gebaut werden. Ober einen weiten Bereich von auswählbaren Frequenzen, z. B. von 2,5 kHz bis 600 kHz, kann es erwünscht sein, bestimmte Konstanten der Schaltung zu ändern. Es kann z. B. erwünscht sein, den Wert des differenzierenden Widerstands 53 am Eingang des Transistors Q12 und in gleicher Weise am Eingang von QS zu verringern, um die Zeitkonstante bei höheren Impulsfrequenzen zu verringern. In diesem Falle können kurzschließende Transistoren über entsprechende Teile der Widerstände geschaltet werden und zusammen mit den umschaltbaren Komponenten betätigt werden.

In der obigen Beschreibung haben die Flip-Flops zwei stabile Zustände, die durch die Ausdrücke »eingeschalteter« und »ausgeschalteter« Zustand ihrer Transistoren beschrieben wurden. Zweckmäßigerweise werden diese zwei Zustände als »gesetzter« und »rückgesetzier« Zustand beschrieben. Bei dieser Bezeichnungsweise werden die Flip-Flops an den Rückflanken der Ausgangsimpulse über die Leitung 48 rückgesetzt Das Sperr-Flip-Flop wird durch die Triggerimpulse an den Flanken der Rechteckwelle gesetzt, die als nächste den Ausgangsimpulsen vorangehen, und der frühere Gatterimpuls wird an den Ranken der Rechteckwelle gesetzt, die als nächste den Ausgangsimpulsen folgen.

Die Gatterimpulsschaltungen der F i g. 2 erzeugen um 90° phasenverschobener Tastimpulse, die in e^er festen zeitlichen Beziehung zu den der Primärspule 21 zugeführten Ausgangsimpulsen stehen und auftreten, nachdem die Ausgangsimpulse beendet sind. Auf diese Weise wird der Primärspule 21 keine Leistung zugeführt, wenn die Gattersteuerung durch die Gatterimpulse stattfindet.

Bei Anwendungsfällen, wo es erwünscht ist, die Detektoren zu Zeitpunkten aufzusteuern, die von den in F i g. 3 (k) dargestellten verschieden sind, während die genaue Erzeugung der Treiberimpulse beibehalten ίο werden soll, können die gatterimpulserzeugenden Abschnitte der F i g. 2 weggelassen werden. Auch ein etwas weniger genaues Setzen der Sperrschaltung ist möglich, ohne die Erzeugung der Treiberimpulse nachteilig zu beeinflussen, da die Sperrschaltung nicht für die Erzeugung der Gatterimpulse verwendet wird. Fig.4 zeigt einen etwas einfacheren Treiberimpulsgenerator.

In F i g. 4 zeigt Block 12 einen Rechteckweller.generator, Block 14 einen abgewandelten Impulsgenerator und

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Der Schwingkreis U des Oszillators 10 ist gestrichelt gezeichnet, und seine Sinuswelle wird über eine Koppelschaltung 61 dem Transistor Q14 zugeführt. Q14 arbeitet als Emitterfolger und seine Basis ist durch die Koppelschaltung und einen einstellbaren Widerstand 62 auf einen Wert zwischen dem Erdpotential und V + vorgespannt, um die negativen Auslenkungen der Sinuswelle auszuschalten und ein Ausgangssignal 63 mit einem Tastverhältnis von 50% zu liefern. Dieses wird

jo einem Rechteckwellengenerator zugeführt, der die Transistoren Q15 und Q16 enthält.

Q15 leitet bei positiven Auslenkungen der Eingangswelle 63 und schneidet die Welle ab, um eine umgekehrte Rechteckwelle auf der Leitung 64 ähnlich der in F i g. 3 (c) gezeigten zu erzeugen, die aber nicht notwendigerweise vollkommen ist. Das heißt die Ranken der Wellenimpulse können weniger steil sein und die Ecken können etwas abgerundet sein. Diese Welle wird dem Transistor <?16 zugeführt, der sie

•»o weiter verstärkt, abschneidet und umkehrt, um eine gute Rechteckwelle in der Ausgangsleitung zu erzeugen, die der in F i g. 3 φ>gezeigten gleicht.

Die Rechteckwelle wird dem Transistor Q17 in dem Impulsgenerator-Block 14 zugeführt Q17 arbeitet in gleicher Weise wie Q1 in F i g. 2, aber die Schaltung ist vereinfacht, indem die Diode und der Nebenschlußkondensator in seinem Emitterkreis weggelassen sind, und das Sperrsignal wird in anderer Weise zugeführt

Die Sperrschaltung in Block 15 ist ein Flip-Flop, das

so die Transistoren Q18 und Q19 enthält, die in gleicher Weise wie QS und Q 7 in F i g. 2 arbeiten, er ist jedoch vereinfacht, indem die Dioden D 2 und D 3 und die Eingangsvorspannungswiderstände weggelassen sind. Der Kondensator 66 und der Transistor Q 20 bilden hier eine Differenzierschaltung für die invertierte Rechteckwelle, die über die Leitung 64 zugeführt wird. Q 20 ist gesperrt und besitzt daher einen hohen Widerstand, außer an den Rückfianken der Ausgangsimpulse, wie bei 45 in Fig.3 (g). Die Differentiation der invertierten Rechteckwelle, auf Leitung 64 erzeugt positive und negative Triggerimpulse wie die in F i g. 3 (d) gezeigten, sie können jedoch weniger scharf sein. Dies kann in dieser Ausführungsform zugelassen werden, wie später erläutert wird.

Wie zuvor dargelegt wurde, schaltet am Ende eines Treiberimpulses vom Transistor Q17, wie in Fig.3 (g) gezeigt ist, etwas zum Zeitpunkt TI, ein positiver Triggerimpuls auf Leitung 48 den Transistor Q 20 ein,

wodurch der Transistor Q18 ausgeschaltet wird. Das gleichzeitige Auftreten eines positiven Triggerimpulses in d zum Zeitpunkt 7*2 ist infolge der Kurzschlußwirkung von Q 20 wirkungslos und ebenso weil der niedrige Widerstand von Q 20 die Differentiation praktisch ausschließt Der Transistor Q19 wird eingeschaltet und die Rückkopplung Ober den Widerstand 67 hält Q18 gesperrt. Der negative Triggerimpuls zum Zeitpunkt T3 m d ist wirkungslos, aber der nächste positive Triggerimpuls zum Zeitpunkt TA schaltet Q18 ein und kippt das Flip-Flop um. Der Ausgang von Q18 ist von 7*2 bis TA auf dem hohen Potential und die mit e bezeichnete Umkehrung von e. Dieser Ausgang wird über den Widerstand 68 und die Leitung 69 zu der Basis des Transistors Q2i geführt, so daß Q2i eingeschaltet wird, und den Eingang des Transistors ζ) 17 kurzschließt. Auf diese Weise wird die positive Auslenkung 43 von b beseitigt Von 7*4 bis T% liegt der Ausgang von Q t8 auf dem niedrigen Potential, so daß Q2\ punkt T5 eintritt. Das Ende des Impulses 45 im Ausgang von Q17 sperrt Q18 wie in Fig.2. Daher entsprechen die Ausgangsimpulse g des Transistors Q17 genau den wechselweise aufeinanderfolgenden positiven Auslenkungen der Rechteckwelle b.

Das Ausgangssignal von Q17 wird dem Transistor Ql zugeführt, und die folgenden Teile der Schaltung können die gleichen sein wie in Block 14' der F i g. 2.

Die Bezeichnungsweise »gesetzt« und »rückgesetzt« ίο kann in Fig.4 angewendet werden, wie es in Fig.2 beschrieben wurde.

In den vorhergehenden Ausführungsformen wurden direkte und invertierte Rechteckwellen dem Impulsgenerator und den Sperrschaltungen zugeführt, um die ii gewünschte Zeitsteuerung sicherzustellen. Diese Wahl hängt natürlich von den Einzelheiten des Schaltungsaufbaus, z. B. von der Richtung der Triggerung usw. ab. Verschiedene Spannungen V + können im Hinblick auf diesen speziellen Aufbau ausgewählt werden

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Auslenkung 44 von /»durchläßt. Dementsprechend sind der Eingang fund der Ausgang g von Q17 die gleichen wie in Fig.2. Die Verwendung der invertierten Wellenform ein Fig.4 beruht darauf, daß Q21 anstatt der Diode D4 der Fig.2 dazu verwendet wird, den Eingang von Q17 zu sperren.

Die Verwendung einer weniger vollkommenen umgekehrten Rechteckwelle auf Leitung 64 ist, wie oben erwähnt wurde, möglich in F i g. 4, ohne die Genauigkeit der Impulserzeugung zu beeinflussen. Eine geringe Verzögerung im Einschalten des Transistors Q18 nach dem Zeitpunkt 7*4 kann toleriert werden, da die nächste positive Auslenkung der Rechteckwelle b zum Zeit-

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erwünscht ist, kann die Impulssperrschaltung abgewandelt werde», um die Wirkung von einem oder mehreren Triggerimpulsen, die dem Rückstellen durch ein Ausgangsimpuls folgen, auszuschließen, bevor d^:e Schaltung des Impulsgenerators wieder in den Zustand versetzt wird, indem die nächste Auslenkung der Rechteckwelle durchgelassen wird.

Auch wenn das Blockschaltbild der F i g. 1 speziell ein Rißprüfgerät beschreibt, können die Impulsgeneratoren

κι und die Tastimpulsgeneratoren für die Tor-Steuerung auch bei anderen Typen von Wirbelstrom-Prüfgeräten verwendet werden, wie z. B. bei Vergleichern und ähnlichen, die eingangs erwähnt wurden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gepulstes Wirbelstrom-Prüfgerät mit einer Prüfspulenanordnung zum Induzieren von Wirbelströmen in einem zu prüfenden Gegenstand und zum Erzeugen von Ausgangssignalen, die sich entsprechend Fehlern oder Rissen im Gegenstand ändern, mit einem Sinuswellen-Oszillator zum Erzeugen von Treibimpulsen für die Prüfspulenanordnung und einem Rechteckwellengenerator, dem die Sinuswelle aus dem Sinuswellen-Oszillator zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechteckweilengenerator (12) aus der Sinuswelle eine Rechteckwelle mit der Sinuswelle gleicher Frequenz ι s erzeugt und ein Impulsgenerator (14) vorgesehen ist, dem die Rechteckwelle zugeführt wird und der von einer Impulssperrschaltung (15) angesteuerte Ausgangsimpulse zum Treiben der Prüfspulenanordnung (21,25,23') erzeugt, die regelmäßig wiederkeh- renden, nicht sequentiellen Auslenkungen einer Polarität der Rechteckwelle entsprechen, und daß die Impulssperrschaltung (15) ein Rip-Flop (Q6, Q 7) mit einem gesetzten und einem rückgesetzten Zustand, eine auf die Zustände ansprechende Steuerschaltung (D4, 41, Qi) zum Zulassen bzw. Verhindern der Erzeugung von Ausgangsimpulsen im Impulsgenerator, eine Rücksetzschaltung (46,47, 48, Q 9), die auf die Rückflanke eines Ausgangsimpulses des Impulsgenerators anspricht, um das jo Flip-Flop rückzusetaen, und eine Setzschaltung (42, 43, D 2) -uiweist, die auf die Rechteckwelle anspricht, und das Flip-Floo bei oder nach den Rückflanken der den nicht sequentiellen Auslenkungen nächst vorhergeneaden Auslenkungen der besagten einen Polarität, ajer vor den nicht sequentiellen Auslenkungen, setzt

2. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (D 4, 41, Q1) eine auf den Rücksetzzustand des Flip-Flops (Q 6, Ql) ansprechende Kurzschlußschaltung aufweist, um den Eingang des Impulsgenerators (14) kurzzuschließen.

3. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Setzschaltung eine Differenzierschaltung (42, 43) zum Differenzieren einer Rechteckwelle aus dem Rechteckwellengenerator (12) aufweist, um an den Flanken der den Ausgangsimpulsen nächst vorhergehende Rechteckwelle Setztriggerimpulse zu erzeugen, und eine so Schaltung (D2) aufweist, die das Flip-Flop (Q6, <?7) mit den Setztriggerimpulsen setzt.

4. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die der Setzschaltung (42, 43, D 2) zugeführte Rechteckwelle bezüglich der dem Impulsgenerator (14) zugeführten Rechteckwelle invertiert ist.

5. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücksetzschaltung (46, 47, 48, <?9) eine Differenzierschaltung (46, 48) aufweist, die die Ausgangsimpulse des Impulsgenerators (14) differenziert, um an deren Rückflanken Rücksetztriggerimpulse zu erzeugen, und eine Kurzschlußschaltung (Q9) aufweist, die auf die Rücksetztriggerimpusle anspricht, um das Flip-Flop (Q6, Q7) rückzusetzen, und im nicht kurzschließenden Zustand einen hohen Widerstand aufweist und einen Teil der Differenzierschaltung (42, 43) zum Differenzieren der Rechteckwelle zum Erzeugen der Setztriggerimpulse bildet.

6. Wirbelstromprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Setzschaltung (42,43, D2) das Flip-Flop «?6, Q 7) an oder nach den Rückflanken verschiedener Auslenkungen der besagten einen Polarität der Rechteckwelle, die dem Impulsgenerator (14) zugeführt wird, aber vor deren jeweiligen nächsten Auslenkungen setzt, sg daß Ausgangsimpulse mit einem Tastverhältnis von 25% und einer Impulsfolgefrequenz gleich der Hälfte der Frequenz des Sinuswellenoszillators (10) erzeugt werden.

7. Wirbelstromprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Ausgangssignale der Prüfspulenanordnung einem Verstärker zugeführt werden und der Ausgang des Verstärkers gegatterten phasenempfindlichen Detektoren zum Erzeugen von Fehlern oder Rissen im Gegenstand entsprechenden Signalen zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (28) auf eine Frequenz abgestimmt wird, die im wesentlichen gleich der halben Frequenz des Sinuswellenoszillators (10) ist, so daß die Breite der Treibimpulse etwa ein Viertel der Wellenlänge der Abstimmfrequenz des Verstärkers beträgt

8. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 6, bei dem die Ausgawgssignale der Prüfspulenanordnung einem Verstärker zugeführt werden und der Ausgang des Verstärkers gegatterten, phasenempfindlichen Detektoren zugeführt wird, um Fehlern oder Rissen im Gegenstand entsprechende Signale zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet daß der Verstärker im wesentlichen auf ein Vielfaches (einschließlich t) der Impulsfolgefrequenz der Ausgangsimpulse abgestimmt wird.

9. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß der Verstärker (28) etwa auf die Impulsfolgefrequenz der Ausgangsimpulse abgestimmt wird.

10. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 9 mit einem Paar gegatterter, phasenempfindlicher Detektoren, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines frühen und eines späten Gatterimpulses für den jeweils zugehörigen Detektor (17, 18) eine auf das Setzen des Flip-Flops (Q6, Q7) ansprechende Differenzierschaltung (14'") zum Erzeugen später Gatterimpulse, ein zweites Flip-Flop (Q 10, Q11) mit einem Setz- und einem Rücksetzzustand, eine Schaltung zum Rücksetzen des zweiten Rip-Flops gleichzeitig mit dem ersterwähnten Flip-Flop (Q6, Q 7), eine Schaltung zum Differenzieren der Rechteckwelle am Ausgang des Rechteckwellengenerators (12) zum Erzeugen von Setztriggerimpulsen an Flanken der Rechteckwellen, die den Ausgangsimpulsen unmittelbar folgen, eine Schaltung zum Setzen des zweiten Flip-Flops mit den letzterwähnten Setztriggerimpulsen und eine Differenzierschaltung aufweist, die auf das Setzen des zweiten Flip-Rops anspricht, um die frühen Gatterimpulse zu erzeugen.