DE1012467B - Device for distance and thickness measurement according to the echo sounder principle - Google Patents

Description

Vorrichtung zur Entfernungs- und Dickenmessung nach dem Echolotprinzip Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entfernungs- oder Dickenabmessung nach dem Echolotprinzip für die Ermittlung der Dicke oder der Gefügemängel fester Körper und für die Sondierung in Flüssigkeiten. Device for distance and thickness measurement according to the echo sounder principle The invention relates to a device for distance or thickness measurement the echo sounder principle for determining the thickness or structural defects of solid bodies and for probing in liquids.

Das Echolotprinzip besteht bekanntlich darin, daß man an den zu prüfenden Körper oder die zu untersuchende Flüssigkeit eine Folge von periodischen, elastischen Impulsen abgibt und die z. B. am Boden des betreffenden Prüfkörpers oder an irgendeinem Hindernis für die Ausbreitung der Ultraschallwellen im Innern des Körpers oder der Flüssigkeit durch Reflexion der Impulse entstehenden Echos auffängt. As is well known, the echo sounder principle consists in the fact that one touches the Body or the liquid to be examined a sequence of periodic, elastic Emits pulses and the z. B. at the bottom of the test specimen in question or at any Obstacle to the propagation of ultrasonic waves inside the body or the Liquid catches the echoes generated by the reflection of the impulses.

Die Dicke d des Körpers oder die Entfernung d vom Hindernis wird z. B. bei der Unterwassersondierung nach der Methode Langevin dadurch gemessen, daß man die Zeit dt zwischen einem verabfolgten Impuls und dem aufgefangenen Echo oder zwischen zwei aufeinanderfolgenden Echos nach der Gleichung 2d; (1) v bestimmt, in welcher v die Ausbaeitungsges ehwindigkeit der Ultraschallwellen im Innern der geprüften Masse bezeichnet.The thickness d of the body or the distance d from the obstacle is z. B. measured in the underwater sounding by the Langevin method that one is the time dt between a given pulse and the captured echo or between two successive echoes according to equation 2d; (1) v determines in which v the speed of expansion of the ultrasonic waves inside the tested mass.

Die Hindernisse und die Beschaffenheitsfehler in der zu prüfenden Masse werden dadurch erkennbar ge macht, daß man die aufgefangenen Echos oder Impulse auf einem Oszilloskop sichtbar werden läßt. wodurch gleichzeitig die von den ausgestrahlten Impulsen die Echos trennenden Zeitintervalle gemessen und ihre von der Art des Fehlers abhängige Form sowie ihr Auftreten oder Verschwinden untersucht werden können. Es wird auf diese Weise eine Reihe von Echos geprüft, die durch gegenüber den Perioden der Wiederholung der abgegebenen Impulse eindeutig kürzere Zeitintervalle voneinander getrennt sind, und dabei erscheinen zwischen zwei nacheinander ahgegebenen Impulsen im allgemeinen mehrere aufeinanderfolgende Echos auf dem Schirm des Oszilloskops. Andererseits ist die durch den Sender festgelegte Frequenz der Wiederholung der abgegebenen Impulse unabhängig von der durch den Abstand <1 bestimmten Frequenz der aufeinanderfolgenden Echos. The obstacles and the physical defects in the test Mass are made recognizable by the fact that the captured echoes or impulses can be seen on an oscilloscope. whereby at the same time the broadcasted by the Pulses measured time intervals separating the echoes and theirs on the nature of the error dependent form and its occurrence or disappearance can be investigated. It In this way a number of echoes are checked, which are due to the periods the repetition of the emitted pulses clearly shorter time intervals from one another are separated, and appear between two consecutive pulses generally several successive echoes on the oscilloscope screen. On the other hand, the repetition frequency determined by the transmitter is the emitted pulses regardless of the frequency determined by the distance <1 of successive echoes.

Nach der Erfindung wird nun bei einer nach dem Echolotprinzip arbeitenden Entfernungs- und Dickenmessungsvorrichtung als elektrischer Impulssender ein Sperrschwinger vorgesehen, der in seiner Schwingungsfrecluenz bei Fehlen von Echos der durch den Abstand des reflektierenden Hindernisses bestimmten Wi ederholungsfrequenz der Echos nahekommt und dadurch die Ansprechempfindlichkeit des Gerätes steigert. Wie sich gezeigt hat, kann dieser Sperrschwinger, da er sich in dem Augenblick, wo er auf dem Punkt ist, zu schwingen, wie ein sehr empfindlicher Empfänger verhält, selbst durch ein sehr schwaches Zeichen ausgelöst werden, und infolgedessen ist die mit ihm ausgerüstete Entfernungs- und Dickenmeßvorrichtung auch in den Fällen wirksam, wo, wie bei sehr kleinen Körpern, nur eine ganz geringe Energiereflexion auftritt. According to the invention is now in a working according to the echo sounder principle Distance and thickness measuring device as an electrical pulse transmitter, a blocking oscillator provided that in its Schwingungsfrecluenz in the absence of echoes by the Distance of the reflecting obstacle determined the repetition frequency of the echoes comes close and thereby the responsiveness of the device increases. How yourself has shown, this blocking oscillator can, since it is at the moment when it is on the point is to vibrate like a very sensitive receiver behaves, itself be triggered by a very faint sign, and as a result, the with The distance and thickness measuring device equipped for him is also effective in cases where, as with very small bodies, there is very little energy reflection.

Der Sperrschwinger, dessen Schwingungsfrequenz T bei Fehlen eines Echos etwas größer als die Echowiederholungsfrequenz t ist, kann zur Vereinfachung der Schaltung nicht nur als Sender der Impulse, sondern auch als Empfänger wirksam sein und sich bei Auftreffen von Echos in unmittelbarer Nähe der Wiederholungsfrequenz Xtt von selbst synchronisieren, und dabei können die abgegebenen Impulse nach Gleichrichtung einer Grundschwingung der betreffenden Schwingungsfrequenz überlagert werden, so daß bei einem einwandfreien Prüfling praktisch keine Überlagerung und nur bei fehlerhaften und daher die Wiederholungsfrequenz der abgegebenen Impulse verändernden Prüflingen eine Überlagerung hörbar wird. The blocking oscillator whose oscillation frequency T in the absence of one Echoes slightly larger than the echo repetition frequency t can be used for simplification the circuit not only acts as a transmitter of the impulses, but also as a receiver and be in the immediate vicinity of the repetition frequency when echoes are encountered Xtt synchronize by itself, and in doing so, the emitted pulses can be rectified a fundamental oscillation of the relevant oscillation frequency are superimposed, so that in the case of a faultless test object there is practically no overlay and only in the case of faulty ones and therefore the repetition frequency of the emitted pulses changing test objects an overlay becomes audible.

Insbesondere für Dickenmessungen ist es vorteilhaft, die Grundschwingung durch einen Sperrschwinger der gleichen Art wie der Sender-Empfänger-Oszillator zu erzeugen und dabei die Kippfrequenz dieser beiden Oszillatoren bei Fehlen der Echos gemeinsam zu steuern, so daß diese gemeinsame Kippfrequenz auf einen der Grundresonanz der zu messenden Prüflingsmasse sehr nahe kommenden Wert einregelhar und dadurch die Überlagerung der WiederhSlungsfrequenzen der beiden Oszillatoren nach schwacher Änderung der Wiederholungsfrequenz des Sender-Empfänger-Oszillators durch die Echos praktisch beseitigbar und dann die dem Fehlen der Überlagerung entsprechende Frequenz an der gemeinsamen Steuerung der Kippfrequenz der beiden Oszillatoren ablesbar ist. For thickness measurements in particular, it is advantageous to use the fundamental by a blocking oscillator of the same type as the transmitter-receiver oscillator to generate and thereby the Break frequency of these two oscillators in the absence of the echoes to be controlled jointly, so that this common tilting frequency on one of the basic resonance of the test object mass to be measured coming very close Adjust the value and thereby the superposition of the repetition frequencies of the two Oscillators after a weak change in the repetition frequency of the transmitter-receiver oscillator practically eliminable by the echoes and then the one corresponding to the lack of superposition Frequency can be read from the common control of the sweep frequency of the two oscillators is.

Der Sperrschwinger kann, wenn er sowohl als Sender wie als Empfänger wirksam ist, sich auf eine dt etwas überschreitende Frequenz und nur fiir Echos mit über einen bestimmten, durch die Einwirkung auf T0 regelbaren Schwellenwert hinausgehende Amplitude von selbst synchronisieren. Ferner kann zwischen dem Steuergitter dieses Sperrschwingers und der Ausgangsseite eines Bezugsoszillators eine Kopplung als zusätzliches Mittel zur Regelung des Amplitudenschwellenwertes vorgesehen sein. The blocking oscillator can, if it acts both as a transmitter and as a receiver is effective to focus on a frequency slightly exceeding dt and only for echoes with a certain threshold value that can be regulated by acting on T0 synchronize outgoing amplitude by itself. Furthermore, between the control grid this blocking oscillator and the output side of a reference oscillator have a coupling be provided as an additional means for regulating the amplitude threshold value.

Die Zeichnung veranschaulicht beispielsweise die Prüf- und Sondiervorrichtung nach der Erfindung in mehreren Ausführungsformen und läßt auch das damit ausübbare Untersuchungsverfahren näher erkennen Fig. 1 gibt das allgemeine und grundlegende Schema einer erfindungsgemäß ausgebildeten Prüf-und Sondiervorrichtung wieder; Fig. 2 zeigt die Schaltanordnung einer insbesondere zur Dickenmessung geeigneten Vorrichtung, und Fig. 3 verdeutlicht deren Arbeitsweise durch ein Kurvenbild; aus Fig. 4 ist die Schaltanordnung einer vor allem zum Auffinden der Materialfehler in Metallstücken bestimmten Prüfvorrichtung ersichtlich, deren Arbeitsweise die Kurvenbilder in Fig. 5, 6 und 7 veranschaulichen; Fig. 8 läßt die Schaltanordnung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zur Dickenmessung gemäß der Erfindung erkennen. For example, the drawing illustrates the testing and probing device according to the invention in several embodiments and can also be exercised with it Recognize the investigation method in more detail Fig. 1 gives the general and basic Scheme of a testing and probing device designed according to the invention again; Fig. 2 shows the circuit arrangement of a device particularly suitable for thickness measurement, and FIG. 3 illustrates the method of operation by means of a graph; from Fig. 4 is the switching arrangement of a mainly used to find material defects in pieces of metal certain test device can be seen, the mode of operation of which is shown in the graphs in Fig. Figures 5, 6 and 7 illustrate; Fig. 8 leaves the circuit arrangement of a further embodiment recognize a device for thickness measurement according to the invention.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit den nämlichen Bezugszeichen versehen. The same parts are given the same reference symbols in all figures Mistake.

Gemäß Fig. 1 werden die von einem Schwingungserzeuger 1 abgegebenen periodischen elektrischen Impulse einem piezoelektrischen Schwingkörper 2 zugeleitet, der sie in elastische, auf das Prüfstück 3 von der Dicke d übertragene Wellen verwandelt, die darin den durch die zwei eingezeichneten gegensinnigen Pfeile angedeuteten Weg zurücklegen, während die erzeugten elektrischen Echos einem Empfänger 4 zugeführt werden, der mit einem Meßgerät 5 für die Bestimmung der Periodenfrequenz der Echos oder mit einem dem die betreffende Frequenz einer Grundfrequenz überlagernden Gerät in Verbindung steht sowie gegebenenfalls auch an eine gleichzeitig mit dem Schwingungserzeuger 1 verbundene äußere Stromquelle 6 zur Synchronisation angeschlossen ist. According to FIG. 1, the output from a vibration generator 1 are output periodic electrical pulses fed to a piezoelectric oscillating body 2, which transforms them into elastic waves transmitted to the test piece 3 of thickness d, the path indicated by the two arrows drawn in opposite directions travel while the electrical echoes generated are fed to a receiver 4 with a measuring device 5 for determining the period frequency of the echoes or with a device that superimposes the relevant frequency on a basic frequency is in connection and possibly also to one at the same time as the vibration generator 1 connected external power source 6 is connected for synchronization.

Nach der Erfindung wird der elektrische Impulserzeuger 1 normalerweise durch die vom Empfänger 4 herkommenden Echos synchronisiert. Dies setzt jedoch voraus, daß die Wiederholungsperiode At der Echos kleiner ist als die Wiederholungsperiode T0 der Schwingungen des Impulserzeugers beim Fehlen von Echos, welche beispielsweise im Falle eines Sperrschwingers oder eines anderen Kippschwingungserzeugers durch die Zeitkonstante seines RC-Kreises bestimmt ist. Unter Anwendung der For- mel (1) erhält man folglich für die gemessene Höchstdicke Wenn man einen Impulserzeuger mit Synchronisation durch eine äußere Stromquelle 6 verwendet, wird der Startimpuls für die Schwingungen durch diese Stromquelle 6 geliefert, deren Wiederholungsperiode im allgemeinen viel größer als dt gewählt wird und gleich groß wie die Periode T,, d. h. wie die Wiederholungsperiode der Schwingungen-des Impulsgenerators beim Fehlen von Echos ist. Man kann hingegen die Periode T0 auch ein klein wenig größer als Xt wählen, so daß der Kippschwingungserzeuger mit It synchronisiert werden kann. Der Impulserzeuger 1 und der Empfänger 4 können im übrigen auch zu einer einzigen Röhre vereinigt werden.According to the invention, the electrical pulse generator 1 is normally synchronized by the echoes coming from the receiver 4. However, this presupposes that the repetition period At of the echoes is smaller than the repetition period T0 of the oscillations of the pulse generator in the absence of echoes, which is determined, for example, in the case of a blocking oscillator or another ripple oscillation generator, by the time constant of its RC circuit. Using the formula (1) one thus obtains for the measured maximum thickness If a pulse generator with synchronization by an external power source 6 is used, the start pulse for the oscillations is supplied by this power source 6, the repetition period of which is generally chosen to be much greater than dt and equal to the period T, ie as the repetition period of the oscillations -the pulse generator is in the absence of echoes. On the other hand, the period T0 can also be chosen to be slightly larger than Xt, so that the relaxation oscillator can be synchronized with It. The pulse generator 1 and the receiver 4 can also be combined into a single tube.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäß ausgebildete Schaltanordnung, bei welcher der Impulserzeuger aus einem Sperroszillator besteht, der eine Röhre 1, z. B. eine Pentode, enthält, bei der die Kathode 7 und das Bremsgitter 14 geerdet sind und das Steuergitter 8 durch eine über einen Regelwiderstand 9 angeschlossene und mittels eines Potentiometers regelbare Gleichstromquelle B polarisiert wird, während die Anode über eine Schockinduktanz 15 mit einer Hochspannungs-Gleichstromquelle HT verbunden und eine Kapazität 17 und eine an einem Zwischenpunkt 11 geerdete Induktanz 10 sowie einen Kondensator 12 mit dem Regelwiderstand 9 und hierdurch mit der Batterien gekoppelt und das Schirnigitter 13 an die Ausgangsseite einer Röhre 28 angeschlossen ist. Die Röhre28, die ebenfalls eine Pentode ist und deren Anode über einen Ladewiderstand 16 an die Hochspannungsquelle HT Anschluß hat, dient gleichzeitig zur Verstärkung der von der Stromquelle 6 gelieferten Startimpulse und der von den Echos her am Austritt des Empfängers 4 erhältlichen Synchronisierimpulse. Die genauere praktische Ausführung dieser Röhren sowie des Frequenzmessers 5 und des Empfängers 4 ist bekannt, weshalb von einer näheren Beschreibung abgesehen wird. Fig. 2 shows a switching arrangement designed according to the invention, at which of the pulse generator consists of a blocking oscillator, which has a tube 1, z. B. contains a pentode in which the cathode 7 and the retarder grid 14 are grounded are and the control grid 8 by a connected via a variable resistor 9 and polarized by means of a potentiometer controllable direct current source B, while the anode has a shock inductance 15 with a high voltage direct current source HT connected and a capacitance 17 and an inductance grounded at an intermediate point 11 10 and a capacitor 12 with the variable resistor 9 and thereby with the batteries coupled and the screen grid 13 is connected to the output side of a tube 28 is. The tube28, which is also a pentode and its anode via a charging resistor 16 has connection to the high voltage source HT, serves at the same time for amplification of the start pulses supplied by the power source 6 and that of the echoes on Exit of the receiver 4 available synchronization pulses. The more accurate practical Execution of these tubes as well as the frequency meter 5 and the receiver 4 is known, which is why a more detailed description is not given.

Ein Zwischenpunkt 18 der Induktanz 10 ist mit dem aus Quarz bestehenden piezoelektrischen Schwingkörper verbunden, der seinerseits an den Empfänger 4 angeschlossen ist, welcher beispielsweise vier in Reihe geschaltete Pentoden enthält. Der Anodenkreis der letzten Röhre des Empfängers 4 ver läuft über die Primärwicklung 19 eines Transformators, dessen Sekundärwicklung 20 an einen Kristallgleichrichter 21 angeschlossen ist, der hinwiederum an eine Gleichrichterkapazität 22 und einen zu dieser parallel geschalteten Gleichrichterwiderstand 23 angeschlossen wird und auf den eine z. B. aus dem Widerstand 24 und der Kapazität 25 bestehende Filterzelle folgt. Diese steht ihrerseits über eine Kapazität 26, von der an ihrer einen Klemme ein geerdeter Widerstand 27 abzweigt, mit dem Steuergitter der Röhre 28 in Verbindung, deren Stromkreise Vorrichtungen zur Regulierung der Amplituden und Vorrichtungen zur Formung der Impulse aufweisen. Diese Vorrichtungen sind von bekannter Bauart und daher nicht zeichnerisch dargestellt und nicht näher erläutert. An intermediate point 18 of the inductance 10 is with that made of quartz piezoelectric oscillating body connected, which in turn is connected to the receiver 4 which contains, for example, four pentodes connected in series. The anode circle the last tube of the receiver 4 ver runs through the primary winding 19 of a transformer, whose secondary winding 20 is connected to a crystal rectifier 21, which in turn is connected to a rectifier capacitor 22 and one connected in parallel to this Rectifier resistor 23 is connected and a z. B. from the resistance 24 and the capacity 25 existing filter cell follows. This in turn stands over a capacitance 26 from which a grounded resistor 27 branches off at one of its terminals, connected to the control grid of the tube 28, their circuits devices for regulating the amplitudes and devices for shaping the pulses. These devices are of known design and are therefore not shown in the drawing and not explained in detail.

Fig. 3 läßt die Arbeitsweise der Schaltanordnung nach Fig. 2 in einem Kurvenbild erkennen, das die Gitterspannung Vg der Röhre 1 als Funktion der Zeit darstellt. Dabei ist angenommen, daß die beiden ersten wiedergegebenen Schwingungen, beim Fehlen der Echos entstehen und daß dann die Kipperiode T0 des Sperroszillators durch die von der Stromquelle 6 gelieferte Folge von periodischen Impulsen bestimmt wird. Fig. 3 zeigt hierbei die Form der Impulse des Gitterstroms und nicht die Hochfrequenzschwingungen von z. B. 5 MHz, weLche diese Impulse ausmachen. Man wählt z. B. T0 %, d. h. viel größer als die Werte von dt, welche durch die Formel (1) bestimmt werden, in welcher d in dem beschriebenen Beispiel einen veränderlichen Wert zwischen 6 mm und 10 m hat. Die entsprechenden St-Werte für ein Metall, bei dem die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen z. B. v 4500 m/sec ist, liegen zwischen 2,6 Its und 4,4 ms. Fig. 3 lets the operation of the switching arrangement of FIG. 2 in one Recognize the graph showing the grid voltage Vg of the tube 1 as a function of time represents. It is assumed that the first two vibrations reproduced, in the absence the echoes arise and that then the tipping period T0 des Blocking oscillator by the sequence of periodic ones supplied by the current source 6 Impulses is determined. 3 shows the shape of the pulses of the grid current and not the high frequency vibrations of e.g. B. 5 MHz, which make up these pulses. One chooses z. B. T0%, i.e. H. much larger than the values of dt given by the formula (1) it can be determined in which d in the example described is a variable Has a value between 6 mm and 10 m. The corresponding St values for a metal, at which the speed of propagation of the ultrasonic waves z. B. v is 4500 m / sec, are between 2.6 Its and 4.4 ms.

Wenn die durch ein um die Strecke d vom Schwingkörper entferntes Hindernis bestimmten Echos zum Schirmgitter des Sperroszillators nach negativer Gleichrichtung durch den Kristall 21 und durch die damit verbundenen Stromkreise und nach Verstärkung durch die Röhre 28 gelangen, syndironisieren sie die von diesem erzeugten Impulse mit ihrer Wiederholungsperiode dt, was in Fig. 3 beim dritten und vierten Impuls dargestellt ist. Damit die beschriebene Arbeitsweise möglich wird, muß natürlich, wenn Bo die Spannung ist, welche die Gittersperrung der Röhre 1 aufhebt, die Amplitude der durch die Stromquelle 6 erzeugten Startimpulse und diejenige des Echos größer als dB = B - B0 sein. Der Verstärker 28 gestattet die beliebige Regelung dieser Amplituden, und die Formungskreise der erwähnten Impulse ermöglichen die Erzielung sehr kurzer Anschläge, welche dem Anfang der jeweiligen Echos entsprechen und deren Amplitude von derwenigen der Echos praktisch unabhängig ist. So wird der durch den Sperroszillator abgegebene Impuls zu einem Zeitpunkt ausgelöst, der von der Amplitude der aufgefangenen Echos praktisch unabhängig und einzig durch ihre Wiederholungsperiode bestimmt ist, die man auf diese Weise genau messen kann. If by a distance d removed from the vibrating body Obstacle certain echoes to the screen grid of the blocking oscillator after negative Rectification through the crystal 21 and through the circuits connected to it and after getting through the tube 28 after reinforcement, they syndironize those from it generated pulses with their repetition period dt, what in Fig. 3 at the third and fourth pulse is shown. This makes the working method described possible must, of course, if Bo is the voltage causing the grid interlock of the tube 1 cancels the amplitude of the start pulses generated by the power source 6 and that of the echo must be greater than dB = B - B0. The amplifier 28 allows the arbitrary regulation of these amplitudes, and the shaping circles of the mentioned pulses make it possible to achieve very short stops, which correspond to the beginning of the respective Echoes correspond and their amplitude is practically independent of the few echoes is. So the pulse emitted by the blocking oscillator is at a point of time triggered, which is practically independent of the amplitude of the captured echoes and is only determined by their repetition period, which one can precisely do in this way can measure.

Andererseits kann man, indem man die PolarisationsspannungR den Umständen entsprechend regelt, die Minimalamplitude der von der Vorrichtung aufgezeichneten Echos verändern und so gewisse unerwünschte Störechos ausmerzen. DieZeitkonstante5t der Kippung des Sperrschwingers kann dadurch geregelt werden, daß man die Stärke des Widerstandes 9 verändert. Man wird bt kleiner als Xt wählen, damit die Echos nach dem Aufhören der Kippschwingung, wenn Vg = B ist, entstehen. On the other hand, one can by considering the polarization voltageR the circumstances accordingly regulates the minimum amplitude of the recorded by the device Change echoes and thus eliminate certain unwanted false echoes. The time constant 5t the tilting of the blocking oscillator can be regulated by adjusting the strength of the resistor 9 changed. One will choose bt smaller than Xt so that the echoes after the breakdown oscillation has ceased, when Vg = B, arise.

Bei der Bestimmung der Strecked mit Hilfe der in Fig. 2 dargestellten Schaltanordnung geht man so vor, daß man die Wiederholungsperiode T der abgegebenen Impulse, welche, wie Fig.3 zeigt, gleich der Wiederholungsperiode der aufgefangenen Echos ist, mittels des Frequenzmessers 6 mißt und daraus unter Anwendung der Gleichung (1) den Wert d ableitet. Man kann natürlich für gewisse Fälle an diese Schaltanordnung einen Oszillographen anschließen, mit dem die Echos sichtbar gemacht werden können, so daß die so ergänzte Schaltanordnung auch die Vorteile des Arbeitens mit einem Aufzeichnungs- und Anzeigegerät bietet. When determining the Strecked with the aid of the one shown in FIG Switching arrangement is done in such a way that the repetition period T of the output Pulses which, as shown in FIG. 3, are equal to the repetition period of the intercepted Echoes is measured by means of the frequency meter 6 and from it using the equation (1) derives the value d. You can of course use this switching arrangement for certain cases connect an oscilloscope with which the echoes can be made visible, so that the thus supplemented switching arrangement also has the advantages of working with a Recording and display device offers.

Die Schaltanordnung nach Fig. 4 enthält eine sowohl wie der Sender 1 als auch wie der Empfänger 4 der Fig. 1 und 2 wirkende Röhre 1-4, -die eine Pentode sein kann. Gewisse Teile der Stromkreise dieser Röhre haben dieselben Bezeichnungen wie die entsprechenden Teile in Fig. 2, doch ist der Anschluß 18, der die Schwingungen vom Schwingkörper 2 übernimmt, in Fig. 4 durch eine Spule mit induktiver Kopplung 18' ersetzt. Ein Kondensator 29 und ein Widerstand 30 sind so in die Schaltanordnung eingefügt, daß sie eine Anodengleichrichtung der durch die Röhre 1-4 abgegebenen Impulse ermöglichen, die nach Gleichrichtung über eine Verbindungskapazität 31 auf das Steuergitter 32 einer Röhre 33 übertragen werden. Die Röhre 33 ist z. B. eine Pentode, bei der die Kathode 34 und das Bremsgitter 35 geerdet sind und die sowohl als Oszillator als auch als Mischer dient. Als Oszillator wirkt die Röhre 33 durch ihr Schirmgitter 36, das mittels eines Schutzwiderstandes 37 an eine Klemme des schwingenden Anodenkreises angeschlossen ist, der aus einer veränderlichen Kapazität 38 und einer Induktanz 39 besteht, deren Mittelpunkt 40 an die Erregerwicklung 41 eines Lautsprechers 42 und über diese und den Widerstand eines Potentiometers 44 an die Hochspannungs-Anodenstromquelle HT angeschlossen ist. Das Steuergitter 32 der Röhre 33 wird über einen Widerstand 43 durch die Batterien polarisiert, und die Impulse des Anodenstroms der Röhre 33 werden über das Potentiometer 44 und eine Verbindungskapazität 45 teilweise auf das Steuergitter 8 der Röhre 1-4 übertragen. The switching arrangement of Fig. 4 includes one as well as the transmitter 1 as well as the receiver 4 of FIGS. 1 and 2 acting tubes 1-4, -the one pentode can be. Certain parts of the circuits in this tube have the same names like the corresponding parts in Fig. 2, but the connection 18, of the vibrations takes over from the oscillating body 2, in Fig. 4 by a coil with inductive coupling 18 'replaced. A capacitor 29 and a resistor 30 are so in the switching arrangement inserted that they anode rectification of the output through the tube 1-4 Allow pulses that after rectification via a connection capacitance 31 the control grid 32 of a tube 33 can be transmitted. The tube 33 is e.g. Legs Pentode in which the cathode 34 and the retarder grid 35 are grounded and the both serves as an oscillator as well as a mixer. The tube 33 acts as an oscillator their screen grid 36, which is connected to a terminal of the by means of a protective resistor 37 oscillating anode circuit is connected, which consists of a variable capacitance 38 and an inductance 39, the center point 40 of which is connected to the excitation winding 41 a loudspeaker 42 and via this and the resistance of a potentiometer 44 is connected to the high-voltage anode power source HT. The control grid 32 the tube 33 is polarized through a resistor 43 by the batteries, and the pulses of the anode current of the tube 33 are via the potentiometer 44 and a Connection capacitance 45 partially transferred to the control grid 8 of the tubes 1-4.

Die Kurvenbilder der Fig. 5, 6 und 7, in denen die gleichen Bezeichnungen wie in Fig. 3 für die gleichen Größen verwendet sind, zeigen die Arbeitsweise des Sperrschwingers 1-4. Da bei der Schaltanordnung nach Fig. 4 die Synchronisationsstromquelle 6 der Fig. 2 fehlt, bestimmt die Zeitkonstante dt des Sperrschwingers dessen Kipperiode bei Fehlen von Echos. The graphs of FIGS. 5, 6 and 7, in which the same designations as used in Fig. 3 for the same sizes, show the operation of the Blocking oscillator 1-4. Since in the switching arrangement according to FIG. 4, the synchronization current source 6 of FIG. 2 is missing, the time constant dt of the blocking oscillator determines its tilting period in the absence of echoes.

Bei der Schaltanordnung gemäß Fig. 4 stellt man die Periode T0 mittels des Potentiometers 9 etwas größer 1 als dt ein. Man wählt z. B. 1 = 18 kHz für T0 Zeit = 20kHz bei einer Schwingungshochfrequenz von 1 bis 5 MHz.In the switching arrangement according to FIG. 4, the period T0 is set by means of of the potentiometer 9 is slightly greater than 1 than dt a. One chooses z. B. 1 = 18 kHz for T0 Time = 20 kHz with a high vibration frequency of 1 to 5 MHz.

Treffen unter diesen Bedingungen die Echos auf den Sperrschwinger 1-4, so synchronisiert sich dieser von selbst in der Umgebung der Grundwiederholungsperiode dt der Echos, wie Fig. 5 erkennen läßt. Under these conditions, the echoes hit the blocking transducer 1-4, this synchronizes itself in the vicinity of the basic repetition period dt of the echoes, as shown in FIG.

Nachdem die Impulse mit der Frequenz dt bei der Schaltanordnung nach Fig. 4 durch den Kondensator 29 und den Widerstand 30 gleichgerichtet worden sind, werden sie in der Röhre 33 mit einer Niederfrequenzschwingung gemischt, deren Frequenz gleich der Grundresonanzfrequenz eines einwandfreien Prüflings, beispielsweise gleich 20kHz, ist. Die erzielte Überlagerung wird im Lautsprecher 42 hörbar, und bei einem einwandfreien Prüfling gibt es folglich überhaupt keine Überlagerung. After the pulses with the frequency dt in the switching arrangement after Fig. 4 have been rectified by the capacitor 29 and the resistor 30, they are mixed in the tube 33 with a low frequency oscillation, the frequency of which equal to the fundamental resonance frequency of a faultless test object, for example equal 20kHz, is. The superposition achieved is audible in the loudspeaker 42, and with one There is consequently no superposition at all for a perfect test item.

Dieser physikalische Vorgang ist näher im einzelnen durch das in Fig. 6 wiedergegebene Kurvenbild veranschaulicht, das sich auf die Untersuchung von vier Grundechos bezieht, die einem einwandfreien bzw. einem ganz leicht fehlerhaften und somit einen Teil der Energie des leicht gedämpften Grundechos verschluckenden Prüfling sowie zwei Prüflingen mit abnehmender Durchleuchtbarkeit entsprechen. This physical process is described in more detail by the in Figure 6 illustrates the graph that relates to the investigation of four basic echoes, one that is flawless or one that is very slightly faulty and thus swallowing up part of the energy of the slightly attenuated basic echo Test item and two test items with decreasing transparency.

Das Echo a, welches das einzige in Fig. 5 dargestellte Echo ist, schneidet die Zeitachse im Punkts41, und man kann, indem man seine Länge vernachlässigt, feststellen, daß der Sperrschwinger in diesem Zeitpunkt Al ausgelöst wird. Im Fall des Echos b wird er zu einem etwas späteren Zeitpunkt Alb ausgelöst, und die Überlagerung wird dann im Lautsprecher 42 stark hörbar, so daß der Prüfling als leicht fehlerhaft betrachtet werden muß. Im Falle der Echos c und d ist keine Synchronisation möglich, und dies gilt auch bei Prüflingen, welche grobe Fehler aufweisen, die das Grundecho völlig verschlucken können, da die durch Reflexion an den Hindernissen im Innern des Körpers zurückgeworfenen Echos im beschriebenen Beispiel nicht imstande sind, den Sperrschwinger zu synchronisieren.The echo a, which is the only echo shown in FIG. 5, intersects the time axis at point 41, and by neglecting its length one can determine that the blocking oscillator is triggered at this point in time Al. In the case of the echo b it is triggered at a somewhat later point in time, and the overlay is then strongly audible in the loudspeaker 42, so that the test item is considered to be slightly defective considered must become. In the case of echoes c and d, synchronization is not possible, and this is so also applies to test items that have gross errors that completely echo the basic echo can swallow because of reflection from the obstacles inside the body echoes thrown back in the example described are not able to use the blocking oscillator to synchronize.

Gemäß dem Kurvenbild der Fig. 6 werden somit nur jene Fehler aufgezeigt, die ein zwischen gewissen Grenzen liegendes Grundecho verschlucken, und diese Grenzen, die z. B. durch Veränderung von To geregelt werden können, sind durch die Vorrichtung nach Fig. 4 dann bestimmt, wenn man auf die Kopplung 44-45 zwischen der Anode der Röhre 33 und dem Steuergitter der Röhre 1-4 verzichtet. Ist diese Kopplung hergestellt, so geht das Kurvenbild der Fig. 6 in das Kurvenbild nach Fig. 7 über. Die Kopplung 44-45 liefert nämlich den Impuls, welcher den Echos a, b, c und d als »Sprungbrett« dient, so daß einerseits der AhstandA,A,b in Fig. 7 gegenüber dem entsprechenden Abstand in Fig. 6 eindeutig verkürzt und folglich die dem Echo b entsprechende Überlagerung nicht zu hören ist und andererseits diesmal das Echo c den Sperrschwinger auslöst. According to the graph in FIG. 6, only those errors are shown which swallow a basic echo lying between certain limits, and these limits, the z. B. can be controlled by changing To are by the device 4 then determined when you click the coupling 44-45 between the anode of the Tube 33 and the control grid of tubes 1-4 are omitted. Once this coupling is established, so the graph of FIG. 6 merges into the graph of FIG. The coupling 44-45 supplies the impulse which echoes a, b, c and d as a "stepping stone" serves, so that on the one hand the A, A, b in Fig. 7 compared to the corresponding Distance clearly shortened in FIG. 6 and consequently the superimposition corresponding to the echo b cannot be heard and on the other hand this time the echo c triggers the blocking oscillator.

Die günstige Wirkung dieses »Sprungbrettimpulses« liegt darin, daß dadurch eine »Schwelle« für das Auffinden der Fehler geschaffen wird, indem die Echos, wie z. B. das Echo b, auch ganz leicht fehlerhaften Stücken entsprechen, die zu gar keiner Überlagerung führen. Außerdem verschiebt dieses »Sprungbrett« den Meßbereich des Apparates, d. h. das Echo c kann aufgefangen werden, und indem man seine Amplitude und Stellung regelt, kann man diesen Meßbereich zum Vorteil der durchzuführenden Fehler prüfung einstellen. The beneficial effect of this "springboard impulse" is that thereby creating a "threshold" for locating the error by using the Echoes such as B. the echo b, also easily correspond to faulty pieces, which lead to no superposition at all. In addition, this "stepping stone" moves the measuring range of the apparatus, d. H. the echo c can be intercepted and by if you regulate its amplitude and position, this measuring range can be used to advantage set the error check to be carried out.

Bei der Ausführung der Erfindung nach Fig. 8, in der die gleichen Bezeichnungen wie in Fig. 4 für dieselben Teile verwendet sind, ist die Kopplung des schwingenden Anodenkreises des Sperroszillators 14 an den Schwingkörper 2 in der nämlichen Weise wie in Fig. 4 erreicht. Der schwingende Anodenkreis ist außerdem über einen verstellbaren Kondensator 46 und einen geerdeten Widerstand 47 an das Gitter 51 einer doppelten, als Mischer verwendeten Periode 48 herangeführt. Ferner ist ein zweiter Oszillator 49, der die gleiche Bauart wie Sperrschwinger 1-4 aufweist und bei dem die diesem entsprechenden Teile in Fig. 8 mit denselben Ziffern und mit einem angefügten Strich bezeichnet sind, einerseits mit einer fiktiven Ladung 2' mit gleicher Impedanz wie der diesmal in der Luft hängende Schwingkörper 2 und andererseits mit dem anderen Gitter 52 der Röhre 48 gekoppelt. Die beiden Potentiometer 9 und 9' sind auf Grund einer mechanischen Kupplung, die durch eine strichpunktierte Gerade angedeutet ist, ständig auf denselben Widerstandswert eingestellt, so daß die beide Oszillatoren die gleiche Kippfolge T0 haben. In the embodiment of the invention according to FIG. 8, in which the same Designations as used in Fig. 4 for the same parts is the coupling of the oscillating anode circuit of the blocking oscillator 14 to the oscillating body 2 in the same way as in Fig. 4 is achieved. The oscillating anode circle is as well Via an adjustable capacitor 46 and a grounded resistor 47 to the Grid 51 brought up a double period 48 used as a mixer. Further is a second oscillator 49, which has the same design as blocking oscillators 1-4 and in which the parts corresponding to this in FIG. 8 have the same numerals and are indicated with an appended line, on the one hand with a fictitious charge 2 'with the same impedance as the oscillating body 2 and, which this time is suspended in the air on the other hand coupled to the other grid 52 of the tube 48. The two potentiometers 9 and 9 'are due to a mechanical coupling, which is indicated by a dash-dotted line Is just indicated, constantly set to the same resistance value, so that both oscillators have the same toggle sequence T0.

Die zwei Kathoden 53 und 54 der Röhre 48 sind geerdet, während die beiden Anoden an die für die Hochfrequenz durch einen Kondensator 56 ausgekoppelte Primärwicklung 55 eines Niederfrequenztransformators angeschlossen sind, dessen Sekundärwicklung 57 z. B. zu einem Hörer 58 führt.The two cathodes 53 and 54 of the tube 48 are grounded, while the two anodes to the one coupled out for the high frequency by a capacitor 56 Primary winding 55 of a low frequency transformer are connected, its Secondary winding 57 z. B. leads to a listener 58.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 8 arbeitet ähnlich wie die Schaltanordnung nach Fig. 4. Man stellt jedoch bei ihr infolge der gemeinsamen Steuerung der Wiederholungsperioden der beiden Sperrschwinger 1-4 und 49 am Hörer 58 keine Überlagerung fest, wenn der Schwingkörper 2 in der Luft hängt. Wenn der Schwingkörper 2 auf den Prüfling 3 aufgesetzt wird, hört man eine dem Unterschied TozI t entsprechende Überlagerung, vorausgesetzt, daß diese Parameter genügend nahe nebeneinanderliegen, daß die Echos der Wiederholungsperiode dt den Oszillator 1-4 synchronisieren können. The device according to FIG. 8 operates similarly to the switching arrangement according to FIG. 4. However, it is set as a result of the common control of the repetition periods of the two blocking oscillators 1-4 and 49 on the handset 58 no superposition when the Oscillating body 2 hangs in the air. if the vibrating body 2 is placed on the test object 3 one hears an overlay corresponding to the difference TozI t, provided that that these parameters are sufficiently close to one another that the echoes of the repetition period dt can synchronize the oscillator 1-4.

Man kann also mit der Vorrichtung nach Fig. 8 Dickenmessungen vornehmen, indem man den Oszillator 1-4 durch die Grundechos des Prüflings synchronisiert und die entsprechende Überlagerung durch eine Regelung der Kipperiode der beiden Oszillatoren aufhebt, was mittels des Potentiometers 9 geschieht, dessen Skala unmittelbar in Einheiten der Dickenmessung geschrieben sein kann. Die Vorrichtung gestattet, Dicken, deren Größenordnung man schon kennt, auszumessen. So kann man den Fehler vermeiden, der auf eine Synchronisation nicht mit dem ersten, sondern mit einem anderen der periodisch aufgefangenen Echos zurückzuführen wäre und zur Ablesung z.B. eines Vielfachen oder eines Bruchteils der wirklichen Dicke Veranlassung geben werde. Die gleiche Prüfvorrichtung erlaubt das Aufzeigen von Fehlern im Innern des Prüflings, indem man die Periode T0 auf entsprechende Weise einstellt. One can therefore carry out thickness measurements with the device according to FIG. by synchronizing the oscillator 1-4 with the basic echoes of the test object and the corresponding superimposition by regulating the tilting period of the two oscillators cancels what happens by means of the potentiometer 9, the scale of which is directly in Units of thickness measurement can be written. The device allows thicknesses, whose order of magnitude is already known. This is how you can avoid the mistake who on a synchronization not with the first, but with another of the periodically intercepted echoes and for reading e.g. a multiple or a fraction of the real thickness. The same Test device allows the detection of defects inside the test object by the period T0 is set in the same way.

Die Erfindung kann im einzelnen auch in einer von den Beispielen der Zeichnung abweichenden Form verwirklicht werden, indem man z. B. andere Impulsgeneratoren und Frequenzmesser oder andere Stromkreise zum Vergleich verschiedener Frequenzen oder auch zwei Schwingkörper vorsehen und statt der Echo- auch die Durchleuchtungsmethode anwenden kann. The invention can also be detailed in one of the examples the drawing deviating form can be realized by z. B. other pulse generators and frequency meters or other circuits for comparing different frequencies Or provide two oscillating bodies and instead of the echo method, also the fluoroscopic method can apply.

Claims (5)

PATENTANSPRUCHE 1. Vorrichtung zur Entfernungs- und Dickenmessung nach dem Echolotprinzip, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrischer Impulssender ein Sperrschwinger (1-4) vorgesehen ist, der in seiner Schwingungsfrequenz 1 bei Fehlen von Echos der durch den Abstand des reflektierenden Hindernisses bestimmten Wiederholungsfrequenz 1 der Echos nahekommt und dadurch die An-#t sprechempfindlichkeit des Gerätes steigert. PATENT CLAIMS 1. Device for measuring distance and thickness according to the echo sounder principle, characterized in that as an electrical pulse transmitter a blocking oscillator (1-4) is provided, which in its oscillation frequency 1 at Absence of echoes determined by the distance of the reflecting obstacle Repetition frequency 1 comes close to the echoes and thereby the response sensitivity of the device increases. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrschwinger (1-4), dessen Schwingungsfrequenz 1 brei Fehlen von Echos etwas größer als die Echowiederholungsfrequenz rist, nicht nur als Sender der Impulse, sondern auch als Empfänger wirksam ist und sich bei AuftreKen von Echos in unmittelbarer Nähe der Wiederholungsfrequenz It von selbst synchronisiert und die abgegebenen Impulse nach Gleichrichtung (29, 30) einer Grundschwingung der betreffenden Schwingungsfrequenz überlagert werden, so daß bei einem einwandfreien Prüfling praktisch keine Überlagerung und nur bei fehlerhaften und daher die Wiederholungsfrequenz der abgegebenen Impulse verändernden Prüflingen eine Überlagerung hörbar wird. 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the blocking oscillator (1-4), the oscillation frequency of which is 1 in the absence of echoes somewhat greater than the echo repetition frequency rist, is effective not only as a sender of the impulses, but also as a receiver if echoes occur in the immediate vicinity of the repetition frequency It synchronized by itself and the emitted pulses after rectification (29, 30) a fundamental oscillation of the relevant oscillation frequency are superimposed, so that in the case of a faultless test object there is practically no overlay and only in the case of faulty ones and therefore the repetition frequency of the emitted pulses changing test objects an overlay becomes audible. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, insbesondere zur Dickenmessung, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundschwingung durch einen Sperrschwinger (49) der gleichen Art wie der Sender-Empfänger-Oszillator (1-4) erzeugt und dabei die Kippfrequenz dieser beiden Oszillatoren (1-4, 49) bei Fehlen der Echos gemeinsam (48) gesteuert wird, so daß diese gemeinsame Kippfrequenz auf einen der Grundresonanz der zu messenden Prüflingsmasse (3) sehr nahe kommenden Wert einregelbar und dadurch die Überlagerung der Wiederholungsfrequenzen der beiden Oszillatoren nach schwacher Änderung der Wiederholungsfrequenz des Sender-Empfänger-Oszillators (1-4) durch die Echos praktisch beseitigbar und dann die dem Fehlen der Überlagerung entsprechende Frequenz an der gemeinsamen Steuerung (48) der Kipp frequenz der beiden Oszillatoren ablesbar ist. 3. Apparatus according to claim 1, in particular for thickness measurement, characterized characterized in that the fundamental oscillation by a blocking oscillator (49) of the same Kind of how the transmitter-receiver oscillator (1-4) generates and thereby the sweep frequency this both oscillators (1-4, 49) are controlled together (48) in the absence of echoes, so that this common sweep frequency on one of the basic resonance of the to be measured Test object mass (3) can be adjusted to a very close value, and thus the superimposition of the repetition frequencies of the two oscillators after a slight change in the Repetition frequency of the transmitter-receiver oscillator (1-4) due to the echoes practically can be eliminated and then the frequency corresponding to the lack of superposition at the common control (48) of the tilt frequency of the two oscillators can be read. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrschwinger (1-4) sich auf eine dt etwas überschreitende Frequenz und nur für Echos mit über einen bestimmten, durch Einwirkung auf To regelbaren Schellenwert hinausgehenden Amplitude synchronisiert. 4. Apparatus according to claim 2, characterized in that the blocking oscillator (1-4) themselves to a frequency slightly exceeding dt and only for echoes with over a certain threshold value that can be regulated by acting on To Synchronized amplitude. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Steuergitter (8) des Sperrschwingers (1-4) und der Ausgangsseite eines Bezugsoszillators (33) eine Kopplung (44-45) als zusätzliches Mittel zur Regelung des Amplitudenschwellenwertes vorgesehen ist. 5. Apparatus according to claim 4, characterized in that between the control grid (8) of the blocking oscillator (1-4) and the output side of a reference oscillator (33) a coupling (44-45) as an additional means for regulating the amplitude threshold value is provided. In Betracht gezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 160 542; Wochenschrift der Fa. Dawe Instruments Ltd. Publications considered: Austrian patent specification No. 160 542; Weekly from Dawe Instruments Ltd. »Supersonic Huckness Gauge«, 1949."Supersonic Huckness Gauge," 1949.