DE2643300A1

DE2643300A1 - Elektrische schaltanordnung fuer ein ultraschall-impulsechoverfahren zur messung von wanddicken der pruefstuecke

Info

Publication number: DE2643300A1
Application number: DE19762643300
Authority: DE
Inventors: Patrick M O'brien; Richard J Dipl Ing Pittaro; Philip A Dipl Ing Walter
Original assignee: Krautkraemer GmbH
Current assignee: Krautkraemer GmbH
Priority date: 1975-09-30
Filing date: 1976-09-25
Publication date: 1977-04-14
Also published as: US4003244A; JPS5242754A; DE2643300C2; JPS5824730B2

Description

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KRAUTKRÄMER GMBH ' 14-. September 1976

Luxemburger Str. 44-9 ^{IG/bö B} ^

5000 Köln-4-1

Elektrische Schaltanordnung für ein Ultraschall-Impulsechoverfahren zur Messung von Wanddicken der Prüfstücke

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Ultraschall -Impulsechoverfahren zur Messung der Wanddicke von Prüfstücken, wobei ein Ultraschallsuchsignal in das Prüfstück eingeschallt und ein erstes sowie ein zweites Echosignal aus dem Prüfstück empfangen wird, wobei das zweite empfangene Signal eine niedrigere Amplitude als das erste Signal aufweist sowie eine Phasenumkehr zum ersten Signal aufweist, mit einem Empfänger sowie einem an diesen gekoppelten Verstärker, dessen Ausgangssignale einem elektrischen Meßgerät zugeführt werden, welcher Zeitintervalle mißt.

Es ist bereits bekannt, aus dem Laufzeitintervall zwischen Eintrittsecho und Rückwandecho die Wandstärke des Prüfstückes oder die Schallgeschwindigkeit in ihm zu ermitteln. Hierbei ist die Dicke des Werkstückes gleich dem Produkt aus bekannter Schallgeschwindigkeit der Ultraschallwelle, welche durch das Werkstück wandert,und dem halben Meßaeitintervall. Bei der Wanddickenmessung treten allerdings zxirei Probleme auf. Das erste Problem hängt mit der Abschwächung des Ultraprüfsignar

les längs des Schallweges zusammen, welchen das Schallsignal einnehmen muß, d.h. längs der Dicke des Prüfstückes. Das andere Problem betrifft die Phasendifferenz zwischen Echosignalen, die vom Eintrittssignal an der Prüfstückoberfläche und dem Rückwandechosignal des Prüfstückes abhängt. Im wesentlichen hängt die Signalahschwächung von der Gefügestruktur sowie der Porösität im Prüfstück ab. Zwar ist bereits .bekannt, einen Schaltkreis . mit einem den Verstärkerausgang steuernden Schaltkreis zu kombinieren, um die Verstärkung des Empfängerschaltkreises zu vergrößern, und zwar gleich oder verhältnisgleich mit der Dicke des Prüfstückes. Die Verwendung von den die Verstärkung

steuernden Schaltkreisen verbessert zwar die Arbeitsweise hinverbleibt sichtlich dieser Abschwächung, jedoch^ier das Problem, das Zeitintervallfehler nicht beseitigt werden können, die auf die Phasendifferenz zwischen diesen beiden zwei Signalen zurückgehen.

Hier ist folgendes zu berücksichtigen: Trifft ein Ultraschallsignal auf eine akustische Ungänze auf, die senkrecht zum Signalweg liegt und Anlaß zu einer höheren akustischen Impedanz gibt als übrige Bereiche des Signalweges, wird in bekannter Weise ein Teil der Ultraschallenergie zum Senderprüfkopf zurückreflektiert. In diesem ^aIIe hat das reflektierte Signal eine Phasenlage, die umgekehrt zu derjenigen des eingeschallten Signales ist. Wenn nun ein Ultraschallsignal eine akustische Ungänze trifft, dessen akustische Impedanz niedriger liegt,

tritt keiiB>Phasenumkehr auf. Anderseits jedoch, das Signal, welches von der Eintrittsoberfläche und das Signal, welches von der Bückwand des Prüfstückes jeweils reflektiert werden, weisen' zueinander eine Phasendifferenz von 180° auf. Hinsichtlich des an sich bekannten Zusammenhanges der Phasenumkehr wird z. B. auf das Buch "Ultrasonics¹¹ von D. Ensminger, Marcel Dekker, Inc., Uew Tork, 1973» verwiesen. Es ist auch bereits ein Ultraschallgerät bekannt, welches zwei komplementäre Kreise aufweist, wobei ein Kreis ein Detektorkreis für das negative Signal, der andere ein Detektorkreis für ein positives Signal ist und eingesetzt werden müssen, um die Phasendifferenz zwischen Eintrittsechosignal und Rückwandechosignal zu verarbeiten. Hierbei wird ein erster, das negative Signal abführender Detektorkreis zur Herstellung eines Ausgangsimpulses verwendet, wenn das negative Signal einen ersten vorbestimmten negativen Schwellenwert übersteigt, während ein komplementärer, das positive Signal abführender Detektorkreis verwendet wird,um einen Aus gangs impuls abzugeben, wenn das positive Signal einen zweiten vorbestimmten, aber positiven Schwellenwert übersteigt. Das Zeitintervall zwischen diesen beiden Ausgangsimpulsen vorbezeichneter Detektorkreise wird in einer..ι an sich bekannter Weise gemessen und weiter verarbeitet, um eine Meßgröße anzuzeigen, welche gleich bzw. verhältnisgleich der Dicke des Prüfstückes ist.

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Nun müssen jedoch die bekannten Detektorkreise sowohl ein hinsichtlich der Phase negatives als auch hinsichtlich der Phase positives Videosignal . verarbeiten, wodurch zwei Verstärkersteuerkreise unerläßlich werden. Jeweils ein Verstärkersteuerkreis wird jedem positiven Signal zugeordnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Schaltanordnung anzugeben, welche vereinfachte Ausbildung hat, insbesondere zwei solche Detektorkreise und zwei Verstärkersteuerkreise vermeidet, trotzdem eine automatische Überwachung der Verstärkung gestattet und eine richtige bzw. optimal_e Phasendrehung . nämlich eine Drehung/ um 180° der auf akustische Ungänzen zurückgehenden Videosignale ermöglichen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Phase eines der elektrischen Signale, welche auf ein Echosignal im Prüfstück zurückgeht, um 180° gedreht , wird, sodaß zwei auf Echos zurückgehende Signale mit gleicher Polarität zu Meßzwecken zur Verfügung stehen. Nur ein elektrischer Schaltkreis dient als Detektorkreis und empfängt zunächst die jeweiligen Signale in positiver und negativer Phasenlage. Durch einen Videodetektorkreis wird ein Signal gebildet, welches anzeigt, daß ein erstes Videosignal, daß auf ein Echosignal zurückgeht, empfangen worden ist, wobei dieses Signal eine größere Amplitude als die eines vorbestimmten Schwellenwertes hat. Durch dieses Signal wird ein Schalter getriggert, durch den der Empfänger veranlaßt wird,

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die Phase des nachfolgend empfangenen Videosignales um 180° zu drehen." . , Dann ist das nachfolgend empfangene, (aweite.·) Videosignal phasengleich mit dem ersten Videosignal, und der Videodetektorkreis fühlt das nachfolgend empfangene Videosignal ab, wenn die Amplitude den gleichen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Ferner enthält der elektrische Schaltkreis eine automatische Steuereinrichtung für die Verstärkerkontrolle, durch welche veranlaßt wird, daß die Amplitude der nachfolgenden Signale gleich der vorbestimmten Amplitude wird. Auf diese Weise wird die Linearität jedes Signales gleich, sodaß das Zeitintervall, gemessen zwischen den aufeinanderfolgenden Signalen, welche den vorbestimmten Schwellenwert erreichen, sogar dann festgelegt ist, wenn der absolute Wert des vorgegebenen Schwel-rlenwertes variiert.

Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen; Fig. Λ eine elektrische Schaltungsanordnung, in vereinfachter

Blockdarstellung, als bevorzugte Ausführungsform. Fig. 2 eine graphische Darstellung der Signalwellenformen

für Signale- des Schaltkreises gemäß Fig. 1. Fig. 3 eine elektrische, vereinfachte Schaltungsanordnung in Blockdarstellung einer anderen Ausgestaltung der

Erfindung und
Fig. 4 schematisch und in Blockdarstellung eine elektrische Schaltungsanordnung eines Schaltungsteiles nach Fig.

1 und 3.

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Gemäß Fig T werden vom Taktgeber 12 periodisch Ausgangssignale dem Eingang des Impulsgeberkreises 10 zugeführt, dessen Ausgang mit dem Eingang des piezoelektrischen Wandlers bzw.- Prüf— kopfes 16 in Verbindung steht. Bei jedem Ausgangssignal des Impulsgebers TO schallt Prüfkopf 16, der an das Prüfstück ¥ über Wasser, Öl oder ein anderes Mittel akustisch angekoppelt ist, Jeweils ein Ultraschallsuchsignal in das Prüfstück W ein.

Triff tr das Ultraschallsignal auf eine akustische Ungänze auf, z.B. auch auf die Oberfläche 18 des Prüfstückes, wird ein Teil der Ultraschallenergie durch das Ankoppelmittel zum Prüfkopf reflektiert. Hierbei ist die Phase des reflektierten Signals um 180°, verglichen mit der Phase des eingeschallten Signals, phasenverschoben. Trifft das Ultraschallsignal auf eine zweite akustische Ungänze, z.B. die Eückwand19 des Prüfstückes auf, wird ein Teil der Schallenergie durch das Prüfstück W und über das Ankoppe!mittel zum Prüfkopf 16 reflektiert. Hierbei ist die Phase dieses Echosignals im wesentlichen gleich der Phase des eingeschallten Signalsχ

In Eig. 2 strellt die Spur a eine graphische Darstellung der vom Prüfkopf 16 empfangenen Echosignale dar, Die Wellenform 60 entspricht dem hinsichtlich dernach' Phasenlage umgekehrten Echosignal, das an der Eintrittsfläche entsteht, während die Wellenform 62: der Form des Rückwandechos entspricht. Die Wellenform 62 hat eine Phasendrehung von 180° bezüglich der

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Wellenform 60 und eine kleinere Amplitude, die auf die Abschwächung zurückgeht, welche das Ultraschallsignal erleidet, wenn es die Dicke des Prüfstückes ¥ zweimal durchwandert.

In einer der vorbezeichneten bekannten Heßschaltungen waren die beiden Videodetektorkreise auf Schwellenwerte von Y~ "bzw. V⁺ ausgelegt, um das Zeitintervall zwischen den Punkten 64 und dieser auf die Echos zurückgehenden Signale zu messen. Hierbei wurde durch den ersten Tideodetektor ein erster elektrischer Impuls gebildet, wenn das auf die Wellenform 60 zurückgehende Signal gleich oder mehr negativ als der Schwellenwert V" am Punkt 64 wurde; durch den zweiten Videodetektor wurde ein zweiter elektrischer Impuls gebildet, wenn das zur Wellenform 62 gehörende Signal einen positiven Wert gleich oder größer als Schwellenwert V⁺ am Punkt 66 hatte. Dann wurde das Zeitintervall zwischen diesem ersten und zxveiten Impuls durch einzeln an sich bekannte Kreise gemessen, und ein der Dicke des Prüfstückes entsprechender Wert gewonnen.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform nach S¹Ig. 1 wird durch den einzigen Videodetektorkreis 22 jeweils ein Signal empfangen, welches gleich der Zeit ist, die benötigt wird, damit der Ultraschalls tr ahl die Dicke des Prüfstückes durchsetzt. Taktgeber 12 gibt nicht nur ZeitSteuersignale an den Impulsgeberkreis 10 ab,sondern auch ein Bückstellsignal an den Flip-llop-Ereis 20, damit der Flip-Plop-Kreis seine An-

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Ai

fangslage einnehmen kann. Wenn nun der Flip-Flop !reis 20, indem er durch ein vom "Videodetektorkreis 22 kommendes Signal getriggert wird, seinen anfänglichen Arbeitszustand ändert, gibt er Signal an den Mischkreis 24 ab, so daß dadurch die Phase der nachfolgend vorhandenen Signale um 180° gedreht und die Multiplexkreise 26 und 28 veranlaßt werden, ihren Arbeitszustand, wie nachfolgend angegeben, zu ändern. Ferner ist ein automatischer Verstärkersteuerkreis 30 (AGC) vorhanden, um die Verstärkung (Amplitudenverstärkung) des Empfängerkreises 14 automatisch zu regeln, so daß die Amplitude eines jeden im Ausgang befindlichen Videosignals, das vom Empfängerkreis 14 dem Mischkreis 24 zugeführt wird, gleich einer vorbestimmten Amplitude wird, welche ausgewählt wird, um eine Sättigung der Elemente in der Schaltung Fig. 1 zu verhindern.

Dieser Steuerkreis 30 enthält einen programmierbaren Steuergenerator 27 und ein Komparatorglied 29· Das Spannungspotential am Schleiferarm des Potentiometers 31» dessen eines Ende an eine Spannungsquelle und dessen anderes Ende geerdet ist, dient als Referenzeingangswert des Komparators 29- Das vom Mischkreis 24 kommende Videosignal wird dem anderen Eingang des Komparators zugeführt. Wenn immer ein Signal im Leiter 44 eine kleinere als die vorbeäfcimmte Spannung am Schleifarm des Potentiometers hat, wird der Stromgenerator 27 programmiert, um Spannung über Leiter 32 dem Multiplexerkreis 26 zuzuführen. Befindet sich das Ausgangssignal des Flip-Flop Kreises 20 in seinem Anfangs-

zustand, so koppelt Multiplex-Kreis 26 das vom Steuerkreis 30 kommende Stromsignal an die Kapazität 34- und einen Pufferverstärker 36. Der Ausgang des Pufferverstärkeis 36 wird dann über den Multiplex- Kreis 28 an den Empfänger 14 gekoppelt.

Der Empfängerkreis ist so ausgelegt, daß er die Amplitude des über Leiter 42 der Mischstufe 24 zugeführten Signale korrigieren kann, und zwar in Abhängigkeit von einem vom Multiplexkreis 28 zugeführten Spannungssignal. Die Spannung des Steuerkreises 30 wird so ausgewählt, daß das Videosignal, das auf die Eintrittsoberfläche zurückgeht und vom Empfänger 14 weitergeleitet wird, eine vorbestimmte Amplitude hat, um eine Sättigung des Mischkreises 24 und des Steuerkreises 30 zu verhindern.

Wenn durch das Signal vom Videodetektor 22 der Flip-Flop Kreis 20 gezwungen wird, seinen Anfangszustand zu verlassen (Flip-Flop 20 wird erregt), wird durch das über Leiter 56 zum Multiplex-, !reis 26 zugeführte Signal das vergrößerte Amplitudenausgangssignal vom AGC-Steuerkreis 30 an die Kapazität 38 und den Pufferverstärker 40 anstelle der Kapazität y\- und des Verstärkers 36, angekoppelt, wie vorstehend angegeben. In gleicher Weise wird durch das über Leiter 58 zugeleitete Signal über den Multiplex. .r-Ereis 28 das erhöhte Amplitudensignal vom Dämpferverstärker 40 an den Empfängerkreis 14 angekoppelt. Die Verstärkung des Empfangerlreises 14, welches von der Amplitude des vom MultiplexSireis 28 kommende Signals abhängt wird vergrößert, so daß

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eine größere Verstärkung für das Signal zur Verfugung steht, welches auf dasjenige Echosignal zurückgeht, deren Reflexion . von einer weiter entfernt von der Oberfläche 18 liegenden Ungänze erfolgt.

Die Videosignale, die im Leiter 42 erscheinen und auf die Eintrittsoberfläche sowie das Eückwandecho zurückgehen, haben gleiche Amplitude, ihre Phasenlage ist aber zueinander um 180° gedreht. Die Phase des einen der Videosignale ist durch den Mischkreis 24, wie vorstehend angegeben, um 180° gedreht.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Mischerkreis 24 als der Bauteil SG- 3402 veränderlicher Verstärkung ausgeführt und ein Breitbandverstärker/Multiplier handelsüblicher Herstellung. Durch dieses Stufe der Schaltung wird aufgrund eines vom Flip-Flop Kreis 20 über Leiter 60 zugehenden Signales das über Leiter 42 dem Mischkreis 24 zugeführte Eingangssignal in der Phase um 180° gedreht und erscheint als solches im Leiter 44. Da nun die vom Empfänger 14 über Leiter 42 zugeführten Videosignale gleiche Amplitude haben, was durch den AGC-Steuerkreis 30 bewirkt wird, erscheinen Signale im Leiter 44 in der in Fig. 2, Spur b, dargestellten Form. Hierbei entspricht die Wellenform 68 dem Videosignal, das auf die Eintrittsfläche zurückgeht und durch den Empfänger 14 verstärkt ist und geht auf das Spannungssignal als Ausgangsspannungssignal des Dämpferverstärkers 36 zurück, welcher die

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Sättigung des Mischkreises 24 des AGC-Steuerkreises 30 unterbindet. Dagegen entspricht die Wellenform JO dem um 180° in Phase gedrehten Videosignal, das auf das Rückwändecho zurückgeht, wobei die Drehung . durch den Mischkreis 24, nach Verstärkung im Empfängerkreis 14, erfolgt, und auf das Ausgangsspanmingssignal des Dämpferverstärkers 40 zurückgeht.

Arbeitsablauf des Schaltkreises nach Fig. 1. In Betrieb wird vom Taktgeber 12 gleichzeitig ein Signal zum Impulsgeber 10 als auch ein Rückstellsignal zum Flip-Flop Kreis 20 geschickt. Der in die Nullstellung versetzte Flip-Flop Kreis 20 zwingt die Multiplex- Kreise 26 und 28 sowie den Mischkreis 24, ihre Anfangs zustände einzunehmen. Gleichzeitig hiermit, weil Impulsgeber 10 an den Prüfkopf 16 angekoppelt ist, schallt dieser ein Ultraschall-Suchsignal in das Prüfstück W ein. Wie vorbezeichnet angegeben, empfängt der Prüfkopf 16 aber auch aus dem Prüfstück reflektierte Signale, hier das Eingangssignalecho und das Rückwandecho, die zueinander eine Phasendrehung von 180 aber unterschiedliche Amplituden haben, vgl. Fig. 2, Spur a. Das erste Echosignal wird vom Prüfkopf 16 zum Empfängerkreis 14 geleitet und hier in Abhängigkeit von einem Spannungssignal verstärkt, der vom Dämpferverstärker J6 kommt. Das Videοausgangssignal vom Empfängerkreis 14 wird über den Leiter 42 dem Mischkreis 24 zugeführt, dieser Mischkreis 24 überträgt das Videosignal, das eine Wellenform 60 hat, über die Leitung 44 , ohne daß es zu einer Phasendrehung . kommt, zu dem AGC-Steuer-

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kreis 30 weiter, bewirkt eine Signalamplitude, die durch Wellenform 68 dargestellt ist und veranlaßt die Weiterleitung entlang des Leiters 44, nun aber mit vorbestimmter Amplitude. Videodetektor 22 empfängt einen Videoimpuls und tastet ihn ab, wobei die Impulshöhe kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert V ist. Durch Verstellung des Schleifarmes am Potentiometer 52 kann die Schwellenspannung V nachgestellt bzw. eingestellt werden. Das Potentiometer 52 ist mit einem Ende an eine negative Spannungsquelle, an seinem anderen Ende an die Erde gelegt. Wie vorstehend angegeben, liefert der AGC Steuerkreis 30 eis-Gleichspannungssignal zum MuItiplex-greis 26. Wenn nun das durch Wellenform 68 dargestellte erste, auf ein Echosignal zurückgehendes Signal am Spannungspunkt 72 die Spannungsschwelle V erreicht, gibt der Videodetektor einen ersten Impuls ab, erregt den Flip-Flop Kreis 20 als auch einen (nicht dargestellten) Laufzeit-Meßkreis. Der Ausgangszustand des Flip-Flop-Kreises ändert sich, und er gibt über die Leiter 56, 58 und 60 ein Signal ab, der von dem vom Videodetektor 22 abgegebenen Impuls abhängt, so daß Mischkreis 24- gezwungen wird, die Phase der nachfolgend erhaltenen Videosignale um "180 zu dre «. . , lien. . Außerdem wird der Zustand der Multiplex«:-- Eceise 26 und 28 verändert, wobei nun das Ausgangssignal vom AGC-Steuerkreis 30 an den Eingang des Dämpferverstärkers 40 gelegt wird (anstelle von bisher Verstärker 36), und ferner wird der Ausgang des Dämpferverstärkers 40 über Multiplex-Kjreis 28 an den Empfängerkreis 14 gelegt.

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Somit wird das spätere Euckwandechosignal im Mischkreis 24 um 180 gedreht, und dieses phasenverschobene Signal wird dem AGC-Steuerkreis 30 zugeführt. Durch das Gleichspannungssignal vom Steuerkreis 30 wird die Arbeitsspannung des Dämpferverstärkers 40 geändert, wobei diese Spannung ebenfalls über die Multiplexerstufe 28 dem Empfängerkreis 14 zugeführt wird. Die IComponentaides Steuerkreises 30 sind so ausgewählt, daß sie die Amplitude des Signales, dargestellt durch die Wellenform 70 als gleich der Amplitude des Signales festlegen, dargestellt durch die Wellenform 68, unabhängig von dem Abstand, den das Ultraschall-Echosignal im Prüfstück durchwandert.

Wenn nun das Rückwandechosignal ( Wellenform 70) die Spannungsschwelle V am Punkt 74- erreicht, veranlaßt er, den Videodetektorkreis 22 einen zweiten Impuls zu bilden, welcher zum Laufzeit-Meßkreis fließt, so daß die Meßbereitschaft dieses Kreises beendet wird. Das Zeitintervall, gemessen zwischen den beiden vom Videodetektor 22 ankommenden Impulsen, ist gleich der Dicke des Prüfstückes.

Hierbei wird auch folgender Vorteil erreicht: Die bekannte Meßschaltung hat zvrei Videodetektoren, einer mit einer negativen Spannungsschwelle V~ und anderer mit einer positiven Spannungsschwelle V⁺ und zwei AGC-Steuerkreise,einer für die negativen Signale, der andere für die positiven Signale. !Tun ist ersichtlich, daß wenn entweder der positive oder negative Schwellen-

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wert "V⁺ oder V~, oder beide, eine Abweichung aufweisen, welche z.B. auf die Alterung seiner Bauteile, auf Temperaturänderungen oder dgl. zurückgeht, so ist die Differenzmeßung nicht mehr genau. In der erfindungsgemäßen Schaltung jedoch wird zunächst nur ein AGG-Steuerkreis JO verwendet, da die beiden Signale im Ausgang des Mischkreises 24- gleiche Polarität haben. Ferner fallen im wesentlichen die durch die Wellenformen 68 und 70 dargestellten Signale zusammen, da sie gleiche Amplitude und gleiche Phase haben, und deshalb können Abweichungen bzw. eine Schwunderscheinung (drift) an der Spannungsschwelle V nicht in die Zeitinter— vall-Heßung eingehen, da eine Verschiebung entlang der Wellenform 68 zum Spannungspunkt 76 von einer gleichen Verschiebung entlang der Wellenform 70 zum Spannungspunkt 78 begleitet ist. Hier ist besonders gut erkennbar, daß die vorliegende Erfindung somit durch sogar wenigere elektrische Bauteile eine genauere Dickenablesung gestattet.

Bei der die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 abwandelnden Anord-r nung gemäß Fig.3 wird davon ausgegangen, daß der Empfänger 14-der Fig./l in der Lage sein muß, die Verstärkung von einem ersten veränderlichen Wert, der zur Verstärkung des Eingangsechosigna— Ies·, vgl. Wellenform 60 ;e !forderlich, ist, auf einen, zweiten veränder- · leim.. SferJ;- ax ändern, welcher zur Verstärkung des Rückwandechosignals, vgl. Wellenform 62, benötigt wird. An sich kann ein Empfängerkreis, wie vorstehend angegeben, hinsichtlich seines dynamischen Bereiches noch vereinfacht und verbilligt werden. Diese

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gemäß Aufgabe wird anhand der Schaltung'Fig. 3 gelöst. Hier wird an Stelle des Empfängers 14· ein Empfängerkreis 48 und ein Verstärkerkreis 46 verwendet, wobei beide einen begrenzten dynamischen Bereich haben. Nun -sendet der Taktgeber 12 Bückstellsignale zum Flip-Flop-Kreis 20 und Zeitimpulse zum Impulsgeberkreis 10, so daß durch den Prüfkopf 16 wiederum periodisch Ultraschallsignale in das Prüfstück ¥ eingeschallt werden. Es wird wiederum ein Potentiometer 50 verwendet, dessen eines Ende an die Spannungszufuhr, dessen anderes Ende an die Erde gelegt ist, wobei sein Schleifarm 54- mit einem Eingang des Multiplexkreises 28 in Verbindung steht. Der Schleifarm 54- ist so eingestellt, daß die Leistung des Verstärkerkreises 46 auf einen vorbestimmten Wert festgelegt ist. Hierdurch wird veranlaßt, daß die Verstärkung des Empfängerkreises 48, in Abhängigkeit des Ausgangssignales vom Dämpferverstärker 40, derso bemessen ist, daß die Amplitude des Videosignals von der Eintrittsfläche mit vorbestimmter Amplitude dem Leiter 4-2 zugeführt wird.Wenn das Eintrittsechosignal am Leiter 4-2 und somit am Leiter 44- kleiner oder gleich dem Schwellenwert V ist, wie durch die Stellung am Potentiometer 52 festgelegt, wird ein Impuls vom Videodetektorkreis 22 dem Flip-Flop-Kreis 20 zugeführt. Hierbei liegt das Potentiometer 52 an einem Ende an negativer Spannung an (das andere Ende ist geerdet). Der Ausgangszustand des Flip-Flop-Kreises wird, wie anhand Fig. 1 erläutert, geändert. Nun wird Dämpferverstärker 36 mit dem Verstärkerkreis 46 verbunden. Gleichzeitig drelit der Mischkreis 24- die Phase des nachfolgend an-

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kommenden Videosignals, welches auf das Rückwandecho zurückgeht, um 480°. Die Leistung des Verstärkerkreiees 4-6 wird in der Weise, wie in Fig. 1 anhand des Empfängerkreises 14- angegeben, verändert .

Die Verbesserung der Schaltung gemäß Pig. 3 besteht im wesentlichen darin, daß die Verstärkung das Empfängerkreises 4-8 und die Verstärkung des Verstärkerkreises 4-6 unabhängig voneinander ein- bzw. nachstellbar sind. IEe Vers tanking des Verstärkerkreises 4-8 wird in Abhängigkeit vom Eintrittssignal und die Verstärkung des Verstärkers 4-6 in Abhängigkeit vom Rückwändechosignal verändert. Auf diese Weise wird der dynamische Bereich des Verstärkerkreises 4-6 verändert, und zwar von einem vorbestimmten festen Wert, der sich durch die Stellung des Schleifarmes 54- des Potentiometers 50 ergibt, auf eine-Ji Wert, der durch die AGC-Sehleife, welche den Verstärker 36 enthält, bestimmt wird. Die Verstärkung des Empfängerkreises 4-8 ist vom Wert abhängig, welcher durch die AGG-Schleife bestimmt wird, welcher den Dämpferverstärker 4-0 enthält und lediglich kleinere Änderungen aufweist, so daß nur ein kleinerer dynamischer Bereich für den Empfängerkreis 4-8 erforderlich ist: Hierdurch wird die Anordnung verbilligt und vereinfacht.

Die vorstehenden Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein TJltraschall-Dickenmeßgerät, wobei der Abstand zwischen Eintrittsfläche und Rückwand des Prüfstückes gemessen wird, jedoch

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ist die vorstehende Lehre, wie ein Durchschnittsfachmann erkennt, auch geeignet, den Abstand zwischen zwei akustischen TJngänzen zu messen, wenn zugehörige Torkreise dem Videodetektorkreis hinzugefügt werden.

Je nach Einzelfall sind Abänderungen an den Schaltkreisen an Hand der erfindungsgemäßen Lehre möglich.

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Leerseite

Claims

KRAUTKRÄMER GMBH 14. September I976

IG/13 ö B 091

PATENTANSPRÜCHE

J Schaltungsanordnung für ein Ultraschall-Impulsechoverfahren, zur Meßung der Wanddicke oder der Schallgeschwindigkeit in Prüfstücken, wobei ein Ultraschallsignal in das Prüfstück eingeschallt und ein erstes sowie ein zweites reflektiertes Echosignal empfangen wird,und das zweite Signal eine niedrigere Amplitude als das erste Signal aufweist sowie zum ersten Signal phasenverschoben ist, mit einem Empfängerkreis und mindestens einem Yerstärierkreis , der an den Empfängerkreis angekoppelt ist, wobei die empfangenen und verstärkten Signale einem Laufzeitmeßkreis zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Phasenumkehrkreis zwischen Empfänger (14·,4-8) und Meßkreis eingeschaltet ist, das durch ihn das verstärkte erste Echosignal auf vorbestimmten Wert eingestellt wird und ferner dem Empfängerkreis (14,4-8) ein seine Ausgangssignalamplitude vergrößernder Verstärker (30,36,40) separat angekoppelt ist und den Empfänger während des Empfangs des zweiten Echosignals erregt, so daß dieser",ebenfalls auf diese vorbestimmte Amplitude verstärkt wird und daß .durch Empfänger (14,48) und Phasenumkehrschaltung nur. das zweite Echosigna], relativ zum ersten Echosignal, in Phase umgekehrt wird,so daß beide mit gleicher Phase dem Meßkreis zugeführt werden.

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ORIGINAL INSPECTED
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Detektorkreis C 22) auf weist, wobei das von diesem Kreis gebildete Signal von einem der Echosignale abhängt, die auf diese vorbestimmte Amplitude gebracht werden.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenumkehrkreis einen Mischkreis(24)aufweist, dessen Eingang (bei 60) mit dem Ausgang des Detektors (22 ^), vorzugsweise über eine Flip-I?lop-Schaltung(20),in Verbindung steht, so daß die Signalphase umkehrbar ist.
4. Schaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß ihr Steuerteil einen Verstärkersteuerkreis(30)aufweist, dessen Eingang mit dem Ausgang des Phasenumkehrkreises (24_r 22,60) in Verbindung steht, so daß dem Kreis(30)das erste Echosignal und das zweite ,in der Biaoetingäcdrtes Echosignal eingespeist werden, daß der Eingang einer ersten Multiplexstufe (26) an den Ausgang dieses Verstärkersteuerkreises (30) angekoppelt ist, während der Ausgang des ersten Multiplexkreises (26) mit dem Eingang eines ersten Verstärkers (36) in Verbindung steht,und daß der Eingang eines zweiten Multiplexkreises (28) an den Ausgang des ersten Verstärkers (36) angekoppelt ist, so daß das Aus gangs signal des ersten Verstärkers (36) dem Verstärker (14,48) eingespeist wird, um das Folgesignal des ersten Echosignals auf eine vorbestimmte Amplitude einzustellen.

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5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1-4, insbesondere nach Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang eines zweiten Verstärkers (40) an den Eingang einer ersten Multiplexstufe (26) angekoppelt ist, so daß dieser Verstärker (40), in Abhängigkeit von dem vom Detektorkreis (22) erzeugten Signal, ein Ausgangssignal (bei 32) des Verstärkersteuerkreises (JO) empfängt, und daß der Ausgang des zweiten Verstärkers (40) mit einem Eingang des zweiten Multiplexkreises (28) in Verbindung steht, so daß ein, von dem von Detektor (22) gebildeten Signal abhängigen Signal dem Empfänger (48) zugeführt wird, und daß dieses Signal dem zweiten Echosignal hinzugefügt wird, so daß letzteresauf vorbestimmte Amplitude gebracht ist.
6. Verfahren zur Anwendung einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerteil der Schaltung so ausgelegt ist, daß das zweite Echosignal erst dann in der Phase umgekehrt wird, nachdem es 8.u£die vorbestimmte Amplitude gebracht worden ist.

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