DE2219364A1 - Circuit for signaling and resolving the level of received ultrasonic pulses - Google Patents
Circuit for signaling and resolving the level of received ultrasonic pulsesInfo
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Description
Schaltung für die Signalisierung und Auflösung des Pegels von empfangenen Ultraschallimpulsen Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Schaltung für die Signalisierung und Auflösung des Pegels von empfangenen Ultraschallimpulsen, die in einem bestimmten Zeitabschnitt ausgeblendet werden. Circuit for signaling and resolution of the level of received Ultrasonic pulses The subject of the invention is a circuit for signaling and resolution of the level of received ultrasonic pulses occurring in a particular Can be hidden.
In der Ultraschall-Materialprüfung werden für die Signalisierung der Anwesenheit eines Fehlers, der in einem bestimmten Abschnitt des geprüften Werkstoffes vorkommt, Signalisierungskreise, das heißt, Monitore verwendet. In the ultrasonic material testing are used for signaling the presence of a defect in a specific section of the tested material occurs, signaling circuits, that is, monitors are used.
Diese schaltung beruht auf einer Zeitkoinzidenz des Echos oder eines vom Fehler reflektierten Impulses und eines Torimpulses, der manchmal auch als eine "Blende" bezeichnet wird. Die Lage und die Breite des Torimpulses entspricht der Durchgangs zeit des Ultraschallimpulses durch einen gewUnschten Abschnitt des kontrollierten Werkstoffes, dessen Fehler signalisiert werden sollen. Diese Schaltungen arbeiten zufriedenstellen, solange sie in JA-NEIN-Weise lediglich die Anwesenheit eines Fehlers signalisieren sollen, dessen Echo einen Ansprechwert überschreitet. Sobald Jedoch eine Unterscheidung der Fehlergröße nach verschiedenen Ansprechwerten der Echos gefordert wird, entstehen Schwierigkeiten, die durch die Möglichkeit der Signalisierung eines Fehlers entstehen, die ein Echo mit einem größeren Spannungspegel, sowie auch in einen niedrigeren Schaltpegel gibt. Es ist nämlich in Erwägung zu ziehen, daß die Echoflanken verschiedene, Jedoch stets endliche Auflaufzeiten ausweisen, was zur Folge hat, daß ein Echo mit einem höheren Spannungspegel durch einen niedrigeren Spannungspegel früher hindurchläuft.This circuit is based on a time coincidence of the echo or one from the error reflected pulse and a gate pulse, sometimes called a "Aperture" is called. The position and the width of the gate impulse corresponds to Time of passage of the ultrasonic pulse through a desired section of the controlled Material whose faults are to be signaled. These circuits work Satisfy as long as they are only in a YES-NO manner the presence to signal an error whose echo exceeds a response value. However, as soon as a differentiation of the error size according to different response values the echoes is demanded, difficulties arise due to the possibility of Signaling of an error that results in an echo with a higher voltage level, as well as in a lower switching level there. Namely, it is to be considered draw that the echo edges show different, but always finite run-up times, with the result that an echo with a higher voltage level is replaced by a lower one Voltage level passes through earlier.
Abhängig von der Frequenz des Ultraschalls, der Ausführung des Prüfkopfes und der akustischen Kopplung kann die Zeitdauer der Anstiegsflanke 10 7 bis lO s. betragen.Depending on the frequency of the ultrasound, the design of the test head and the acoustic coupling, the duration of the rising edge can be 10 7 to 10 s. be.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltung anzugeben, die in einfacher Weise die oben angegebenen Schwierigkeiten löst. The object of the present invention is to specify a circuit, which solves the difficulties indicated above in a simple manner.
Die oben angeführten Nachteile werden durch eine Schaltung nach der Erfindung beseitigt, die aus einem oder mehreren Monitoren besteht, an dessen Eingang bzw. deren Eingänge ein Wähler für den Ansprechwert angeschlossen ist, mit einem Ausgang, der an einen der Eingänge einer Torschaltung mit zwei Eingängen angeschlossen ist, an deren zweiten Eingang der Ausgang eines Torimpuls-Generators angeschlossen ist, wobei der Ausgang der Torschaltung mit zwei Eingängen mit Hilfe eines Rechteokimpuls-Generators und durch einen folgenden Differenzierkreis an den ersten Eingang einer weiteren Torschaltung mit zwei Eingangen angeschlossen ist, deren zweiter Ausgang mit einem Spannungsgenerator verbunden i:t, während der Ausgang der Torschaltung mit zwei Eingängen mit Hilfe eines Schaltkreises mit einem Schaltelement, z.B. einem Relais, verbunden ist0 Die Vorrichtung nach der Erfindung löst das Problem mit verschiedenen Ansprechpegeln, deren Anzahl beliebig groß sein kann. Die Schaltung nach der Erfindung ist für eine beliebige Anzahl von Monitoren verwendbar, die gegenseitig parallel geschaltet sind. Jeder Monitor ist auf einen Ansprechwert eingestellt und betätigt den Monitor mit dem niedrigeren benachbarten Anspreohwert, wobei er selbst durch einen Monitor mit einem folgenden höheren Schaltpegel oder Ansprechwert betätigt wird. Diese einfache Arbeitsweise wird dadurch ermöglicht, daß jeder Monitor einen Rechte¢kimpuls Generator besitzt, der dann in Tätigkeit gesetzt wird, wenn das Signal am Eingang des Monitors den vorgewählten Ansprechwert erreicht. Jedem Ansprechwert ist ein Rechteckimpuls mit einer bestimmten Zeitdauer zugeordnet. Das Wesen der Erfindung liegt in der Umwandlung (Anpassung) der Impulshöhe auf die Impulslänge. The above-mentioned disadvantages are achieved by a circuit according to the Invention eliminated, which consists of one or more monitors, at its entrance or whose inputs a selector for the response value is connected, with a Output connected to one of the inputs of a gate circuit with two inputs is connected to the second input of the output of a gate pulse generator is, the output of the gate circuit with two inputs with the help of a right-hand pulse generator and through a subsequent differentiating circuit to the first input of another Gate circuit with two inputs is connected, the second output with one Voltage generator connected i: t while the output the gate circuit with two inputs using a circuit with a switching element, e.g. a Relay, connected0 The device according to the invention solves the problem with several Response levels, the number of which can be as large as desired. The circuit according to the invention can be used for any number of monitors that are mutually parallel are switched. Each monitor is set to a response value and activated the monitor with the lower neighboring response value, whereby he himself through operates a monitor with a following higher switching level or response value will. This simple way of working is made possible by the fact that each monitor has one Right ¢ kimpuls generator, which is activated when the signal the preselected response value is reached at the input of the monitor. Every response value a square pulse with a certain duration is assigned. The essence of Invention lies in the conversion (adaptation) of the pulse height to the pulse length.
In den Zeichnungen ist ein Beispiel der Schaltung eines erfindungsgemäßen Monitors dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 Echos für die Schaltung von Monitoren und ,Impulse, die in den Monitoren die Auflösung von drei verschiedenen Ansprechwerten darstellen; Fig. 2 ein Blockschaltbild und eine gegenseitige Durchschaltung der einzelnen Monitore für die Sortierung der Echos nach der Höhe in drei Ansprechgruppen, und Fig. 3 eine Folge von Impulsen in deii Schaltkreisen. In the drawings is an example of the circuit of an inventive Monitor shown. They show: FIG. 1 echoes for the switching of monitors and , Impulses in the monitors the resolution of three different response values represent; Fig. 2 is a block diagram and a mutual connection of the individual monitors for sorting the echoes according to height in three response groups, and Fig. 3 shows a sequence of pulses in the circuits.
Fig. 1 stellt eine Signalform oder Funktion dar, die in der Schaltung von Monitoren auftritt, die für die Sortierung der Echos nach der Höhe in drei Ansprechpegeln u1, u2 und bestimmt sind, für den Fall, daß das Echo eine Höhe besitzt, die bis in den dritten Ansprech-Spannungspegel eingreift. was im vorliegenden Fall der höchste Spannungspegel ist. In diesem Fall werden die Monitoren 1~5 und 16 mit den niedrigeren Ansprechwerten, das heißt, mit dem ersten und zweiten Spannungspegel, in Tätigkeit gesetzt. Das Ultraschallecho (Fig. la) hat eine Anstiegsflanke, die eine gewisse Zeit dauert, die insbesondere der Frequenz des Ultraschalls entspricht. In Jedem Monitor entsteht in einem Rechteckimpuls-Generator 3 (Fig. 2) ein Rechteckimpuls, dessen Anfang mit dem Augenblick tl übereinstimmt, in dem die Höhe des Echos den zuständigen Schaltpegel oder Ansprechwert überschreitet. Fig. 1 illustrates a waveform or function used in the circuit of monitors occurs, which is responsible for sorting the echoes according to their height into three response levels u1, u2 and are determined in the event that the echo has a height that is up to intervenes in the third response voltage level. which in the present case is the highest Voltage level is. In this case, monitors 1 ~ 5 and 16 will be the lower ones Pickup values, that is, with the first and second voltage level, in action set. The ultrasonic echo (Fig. La) has a rising edge that has a certain Takes time that corresponds in particular to the frequency of the ultrasound. In each Monitor is produced in a square pulse generator 3 (Fig. 2) a square pulse, the beginning of which coincides with the instant tl at which the height of the echo denotes relevant switching level or response value is exceeded.
Der im Generator 3 entstehende Rechteckimpuls hat eine bestimmte Dauer (Länge), die desto länger ist, Je höher der Ansprechwert ist. Im Monitor mit dem niedrigsten Ansprechwert ul entsteht ein Rechteckimpuls von der Dauer .Z (Fig. ib).The square pulse generated in generator 3 has a certain duration (Length), the longer, the higher the response value. In the monitor with the At the lowest response value ul, a square-wave pulse with a duration of .Z is generated (Fig. ib).
Im Monitor mit dem zweiten Ansprechwert u2, den die Flanke des Echos in der Zeit t2 erreicht, entsteht ein Rechteckimpuls, der die Zeit # + ##2 dauert. Analog bildet sich im Monitor mit einem dritten Ansprechwert u3 in der Zeit t3 ein Rechteckimpuls mit der Dauer von # + #3.In the monitor with the second response value u2, which is the edge of the echo reached in time t2, a square pulse is generated that lasts for the time # + ## 2. Similarly, a third response value u3 appears in the monitor in time t3 Square pulse with the duration of # + # 3.
In der Schaltung des Monitors nach der Erfindung (Fig. 2) sind wegen der Übersichtlichkeit der gegenseitigen Durohschaltung drei Monitore 15, 16 und 17 dargestellt, die für die Sortierung der Echos nach der Höhe in drei Spannungs-Ansprechpegel u1, uS und u3 bestimmt sind. Die Schaltung sämtlicher drei Monitore ist identisch. Eine praktische Schaltung ist jedoch nicht auf diese Anzahl von Monitoren beschränkt und dadurch auch nicht auf die Anzahl der Ansprech-Spannungspegel. Die Anzahl der Ansprech-Spannungspegel kann daher beliebig groß sein. In the circuit of the monitor according to the invention (Fig. 2) are due the clarity of the mutual Durohschalt three monitors 15, 16 and 17, which is used to sort the echoes according to their height into three voltage response levels u1, uS and u3 are determined. The circuit of all three monitors is equal. A practical circuit, however, is not available on this number of monitors limited and therefore not limited to the number of response voltage levels. the The number of response voltage levels can therefore be as large as desired.
Aus dem Ausgang eines Verstärkers des Materialprüfgeräts kommen gleichgerichtete und gesiebte Impulse (Fig. 3a) an den Eingang 8 der einzelnen Wähler des Ansprechwertes an. Rectified signals come from the output of an amplifier of the materials testing device and filtered pulses (Fig. 3a) to the input 8 of the individual selector of the response value at.
Durch diesen Wähler gehen Signale (Figo 3b) hindurch, die einen bestimmten gewählten Ansprech-Spannungspegel Uberschreiten. Der Eingang des Wählers 1 der elektrischen Schaltspannung ist an einen der Eingänge einer Torschaltung 2 mit zwei Eingängen angeschlossen, deren zweiter Eingang an einen Torimpuls-Generator 14 angeschlossen ist. Die Zeitlage und die Dauer der Torimpulse entsprechen dem Materialabschnitt, von dem mit Hilfe des Monitors Fehler signalisiert werden sollen.Signals (FIG. 3b) which determine a specific pass through this selector Exceeding the selected response voltage level. The input of selector 1 of the electrical Switching voltage is at one of the inputs of a gate circuit 2 with two inputs connected, the second input connected to a gate pulse generator 14 is. The time slot and the duration of the gate impulses correspond to the material section, from which errors are to be signaled with the help of the monitor.
Falls es zu einer Koinzidenz des Torimpulses (Fig. 3c) und des Echos (Fig. 3b) kommt, erscheint auf dem Ausgang der Torschaltung 2 ein Impuls (Fig. 3d). Mit Vorteil wird eine Zweieingangs-UND-Schaltung des Typs NAND benützt. In diesem Falle entsteht auf dem Ausgang ein Impuls mit einer negativen Polarität, der weiter zum Rechteckimpuls-Generator 3 geführt wird, der einen Generator von Rechteckimpulsen mit der Dauer von r oder # + A t (Fig. 3e) bildet, Je nachdem, ob es sich um einen Monitor mit einem ersten oder einem weiteren Ansprechpegel handelt. Am Ausgang des Rechteckimpuls-Generators 3 werden Rechteakimpulse einer negativen Polarität (Fig. 2e) abgenommen, die durch einen Differenzierkreis 4 hindurchgehen, an dessen Ausgang dann ein Nadelimpuls mit einer negativen Polarit&t und ein Impuls mit einer positiven Polarität auftritt, der in bezug auf den augenblicklichen Schaltvorgang t1 um die Zeit # verzögert ist. Dieser Impuls wird auf den Eingang 9 einer weiteren Torschaltung 5 mit zwei Eingängen geleitet, den zum Beispiel wieder eine positive UND-Schaltung des Typs NAND bilden kann. An einen zweiten Eingang 10 der Torschaltung 5 mit zwei Eingängen ist entweder eine Öffnungsspannung oder eine Sperrspannung angelegt. Im Falle einer positiven Torschaltung 5 mit zwei Eingängen (NAND-Gatter) handelt es sich um eine Spannung einer logischen t?1fl oder eine Spannung einer logischen "O". Soweit es sich um einen Monitor mit dem höchsten geforderten Ansprechpegel handelt, wird der zweite Eingang der Torschaltung 5 mit zwei Eingängen an einen Generator 13 einer positiven Spannung einer logischen "1" angeschlossen. Dies ist im Ausführungsbeispiel der Fall beim Eingang 10 der Torschaltung 5 im Monitor 17 für den dritten Schalt-Spannungspegel u3. Im Monitor 15 mit dem ersten Schalt-Spannungspegel ul ist der zweite Eingang 10 der Tor- oder Sperrschaltung 5 mit zwei Eingängen an den Ausgang 11 des Rechteckimpuls-Generators 3 im Monitor 16 angeschlossen, und zwar mit einem höheren, das heißt, dem zweiten Ansprechpegel u2, was ein Rechteckimpuls von der Dauer von #1 + A1r2 (Fig. lc) ist. Analog ist der zweite Eingang 10 der Torschaltung 5 mit zwei Eingängen im Monitor 16 mit dem zweiten Ansprechpegel u2 an den Eingang 12 des Rechteekimpuls-Generators 3 im Monitor 17 mit dem dritten Ansprechpegel u angeschlossen, wo sich ein Rechteckimpuls von der Dauer #+ t'3 (Fig. 1d) befindet. Falls das Echo am Ausgang des Verstärkers (Fig. la) so groß ist, daß es zu sEmtlichen drei Pegeln kommt, erscheint am Ausgang 11 des Rechteckimpuls-Generators 3 im Monitor 16 mit dem zweiten Schaltpegel u2 ein Impuls von einer negativen Polarität einer logischen "O", dessen Dauer #+ ##2 länger ist als die Dauer 1 des Rechtecksignals, das im Rechteckimpuls-aenerator 3 entsteht. Deswegen ist im Augenblick t1 + # der Ankunft des Impulses aus dem Differenzierkreis 4 am ersten Eingang der Torschaltung 5 mit zwei Eingängen diese Schaltung gesperrt, und an ihrem Ausgang befindet sich kein Impuls, der auf eine Ausgangs-Kippschaltuiig 6 mit einem Schaltglied 7 übergehen könnte. Analog ist dies der Fall im Monitor 6 auf dem zweiten Ansprechpegel u2, dessen Tornschaltung 5 mit zwei Eingängen im Intervall von t2 bis t2 2 durch die Spannung vom Ausgang 12 des Rechteck;impuls-Generators 3 im Monitor 17 gesperrt ist.If there is a coincidence of the gate pulse (Fig. 3c) and the echo (Fig. 3b), a pulse appears at the output of the gate circuit 2 (Fig. 3d). A two-input AND circuit of the NAND type is advantageously used. In this Trap arises on the output a pulse with a negative polarity, which continues to the square pulse generator 3, which is a generator of square pulses with the duration of r or # + A t (Fig. 3e), depending on whether it is a Monitor with a first or a further response level acts. At the exit of the Square-wave pulse generator 3 generates right-hand peak pulses with a negative polarity (Fig. 2e) removed, which go through a differentiating circuit 4, at its output then a needle pulse with a negative polarity and a pulse with a positive polarity occurs in relation to the instantaneous Switching process t1 is delayed by the time #. This pulse is applied to input 9 of another Gate circuit 5 with two inputs, for example again a positive one AND circuit of the NAND type. To a second input 10 of the gate circuit 5 with two inputs is either an opening voltage or a reverse voltage created. In the case of a positive gate circuit 5 with two inputs (NAND gate) is it a voltage of a logical t? 1fl or a voltage of a logical "O". As far as it is a monitor with the highest required response level acts, the second input of the gate circuit 5 with two inputs to one Generator 13 connected to a positive voltage of a logic "1". This is in the exemplary embodiment the case at input 10 of gate circuit 5 in monitor 17 for the third switching voltage level u3. In the monitor 15 with the first switching voltage level ul is the second input 10 of the gate or blocking circuit 5 with two inputs on connected to the output 11 of the square-wave generator 3 in the monitor 16, and with a higher, that is, the second response level u2, which is a square pulse is of the duration of # 1 + A1r2 (Fig. lc). Similarly, the second input 10 is the Gate circuit 5 with two inputs in the monitor 16 with the second response level u2 to the input 12 of the right pulse generator 3 in the monitor 17 with the third Response level u connected, where a square pulse of duration # + t'3 (Fig. 1d) is located. If the echo at the output of the amplifier (Fig. La) is so large that all three levels appear at output 11 of the square-wave generator 3 in the monitor 16 with the second switching level u2 a pulse of a negative polarity a logical "O" whose duration # + ## 2 is longer than the duration 1 of the square wave signal, that in the square pulse generator 3 is created. That's why in the moment t1 + # the arrival of the pulse from the differentiating circuit 4 at the first input of the Gate circuit 5 with two inputs this circuit is blocked, and at its output there is no impulse which is sent to an output Kippschaltuiig 6 with a switching element 7 could pass over. This is analogously the case in monitor 6 at the second response level u2, whose gate circuit 5 with two inputs in the interval from t2 to t2 2 through the voltage from the output 12 of the square wave; pulse generator 3 in the monitor 17 is blocked is.
Anders liegt der Fall im Monitor 17 mit dem dritten Ansprechpegel U3. Der zweite Eingang 10 der zuständigen Torschaltung 5 mit zwei Eingängen ist dauernd an den Generator 13 der Öoofnungsspannungs angeschlossen. In unserem Fall handelt es sich um eine logische"1". Die Torschaltung 5 wurde dabei in Tätigkeit gesetzt. Der Impuls aus deren Ausgang hat den Kippkreis 6 mit dem Schaltelement 7 in Tätigkeit gebracht. The case is different in the monitor 17 with the third response level U3. The second input 10 of the responsible gate circuit 5 with two inputs permanently connected to the generator 13 of the opening voltage. In our case it is a logical "1". The gate circuit 5 was in action set. The pulse from the output has the trigger circuit 6 with the switching element 7 put into operation.
Die Arbeitsweise der oben angeführten Schaltung karn noch näher anhand der Fig. 3 beschrieben werden. In den Eingang 8 des Zählers 1 des Ansprechwertes werden Signale vom Ausgang (Fig. 3a) des Verstärkers eingespeist. Falls die Höhe der im Zeitintervall des Torimpulses angekommenen Ultraschallimpulse (Fig. 3e) den Ansprechpegel u1 überschreitet, erscheint auf dem Ausgang des Rechteckimpuls-Generators 3 ein Impuls nach Fig. 3d. Dieser Impuls triggert in der Zeitspanne t1 den Rechteckimpuls-Generator 3, den gewöhnlich ein monostabiler Multivibrator bildet, auf dessen Ausgang ein Rechteckimpuls von der Dauer # (Fig. 3e) erhalten wird. Durch dessen Differenzierung wird der in Fig. 3£ dargestellte Verlauf erhalten. Bei einer offenen Torschaltung-5 mit zwei Eingängen wird, was stets dann vorkommt, wenn durch den Wähler 1 des Ansprechwertes im Monitor 16 für den zweiten Ansprechpegel kein dem zweiten Ansprechpegel u2 entsprechender Impuls durchgekommen ist, der Impuls durch die Torschaltung 5 auf den Eingang des bistabilen Multivibrators 6 gleitet, der im Zeitintervall t + HL umkippt und im Zeitintervall to zurückkehrt. The operation of the above circuit can be explained in more detail of Fig. 3 will be described. In input 8 of counter 1 of the response value signals from the output (Fig. 3a) of the amplifier are fed in. If the height of the ultrasonic pulses (Fig. 3e) arriving in the time interval of the gate pulse If the response level exceeds u1, it appears on the output of the square-wave generator 3 a pulse according to FIG. 3d. This pulse triggers the square-wave pulse generator in the time period t1 3, which is usually formed by a monostable multivibrator, on its output Square pulse of duration # (Fig. 3e) is obtained. By differentiating it the course shown in Fig. 3 £ is obtained. With an open Gate-5 with two inputs is what always happens when through the Selector 1 of the response value in the monitor 16 for the second response level no dem second response level u2 corresponding impulse has come through, the impulse through the gate circuit 5 slides to the input of the bistable multivibrator 6, the overturns in the time interval t + HL and returns in the time interval to.
Die reversible Umkippung des bistabilen Kippkreises oder Multivibrators 6 wird zum Beispiel durch den Anschluß seines zweiten Eingangs an den Torimpuls-Generator 14 der Torimpulse bewirkt. Der Spannungsverlauf an einem der Ausgänge des Kippkreises 6 ist aus Fig. 3h ersichtlich.The reversible overturning of the bistable tilting circuit or multivibrator 6, for example, by connecting its second input to the gate pulse generator 14 causes the gate impulses. The voltage curve at one of the outputs of the breakover circuit 6 can be seen from Fig. 3h.
Die beschriebene Schaltung kann entweder mit integrierten logischen Schaltungen, mit Halbleitern oder mit Elektronenröhren realisiert werden. Die Schaltung kann nicht nur in der Materialprüfung benützt werden, sondern sie kann aueh auf verschiedenen Gebieten der Ultraschallmeßtechnik, in der medizinischen Diagnostik und dergleichen Anwendung finden. The circuit described can either be integrated with logic Circuits can be realized with semiconductors or with electron tubes. The circuit can not only be used in material testing, it can also be used on various areas of ultrasound measurement technology, in medical diagnostics and the like find application.
Claims (4)
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