DE2362312C3 - Gepulstes Wirbelstrom-Prüfgerät - Google Patents
Gepulstes Wirbelstrom-PrüfgerätInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein gepulstes Wirbelstroin-Prüfgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Wirbelstrom-Prüfgeräte sind insbesondere für die
zerstörungsfreie Prüfung von elektrisch leitenden Gegenständen nützlich, um Fehler, Risse oder Gußblasen festzustellen.
Bei einer Art von Wirbelstrom-Prüfgeräten werden Gegenstände mit gleichförmigem Querschnitt, wie ζ B. s
Stangen, Rohre, Drähte usw. kontinuierlich durch eine Primärspule in der Prüfspulenanordnung geführt, und
ein Paar von Sekundärspulen, die in Reihe gegeneinandergeschaltet sind, erzeugt ein Null-Ausgangssignal,
wenn das Wirbelstromfeld gleichförmig ist. Irgendwelehe UngleichmäQigkeiten in dem zu prüfenden Gegenstand, die die Größe oder die Verteilung der
Wirb\ilströme ändern, erzeugen ein Fehler-Ausgangssignal, das festgestellt und angezeigt wird. Anstatt den
Prüfling durch die Spulenanordnung zu führen, kann die Spulenanordnung auch als Prüfkopf ausgebildet sein,
der relativ zu der Oberfläche des Prüflings bewegt wird.
Eine andere Art von Wirbelstrom-Prüfgeräten arbeitet als Vergleicher, d. h, der Prüfling wird in einer
Prüfspulenanordnung angeordnet, und das resultierende ?u
Signal wird mit dem einer weiteren Prüfspulenanordnung verglichen, in der ein Bezugsgegenstand angeordnet ist Auch hier sind üblicherweise die Seki .-.därspulen
ineinandergeschaltet, um ein Null-Signal zu erzeugen,
wenn die Gegenstände gleich sind, und ein Ausgangssignal zu erzeugen, wenn die Gegenstände ungleich sind.
Die Prüfspulenanordnung wird häufig mit Wechselstrom erregt und das Ausgangssignal, das bezüglich
seiner Amplitude oder seiner Phase oder beider genannter Größen durch Fehler oder Risse moduliert jo
ist wird einem Paar phasenempfindlicher Detektoren zugeführt die von Torschaltungen so gesteuert sind, daß
sie um 90° phasenverschobene Signalkomponenten erzeugen, die verarbeitet und einem Kathodenstrahl-Oszilloskop zugeführt werden, um eine Polarkoordin?- j-,
ten-Anzeige der Signalamplitude und Phase zu erzeugen. Die eine oder die andere der um 90° phasenverschobenen Komponenten kann einer Anzeigevorrichtung zugeführt werden, beispielsweise einem Blattschreiber oder einem Alarmsystem.
Weiter it eine gepulste Erregung der Prüfspulenanordnung bekannt indem dieser Gleichspannungsimpulse zugeführt werden. Mit dieser Gattung von Wirbelstrom-Prüfgeräten beschäftigt sich die Erfindung. Das
Ausgangssignal wird dabei tor gesteuert um Signale zu erzeugen, die sich mit Änderungen in dem zu prüfenden
Gegenstand ändern. Dabei ist es wichtig, die Dauer der Impulse, die Impulsamplitude und die Impulsfolgefrequenz genau zu steuern, um Fremdsignale und Rauschen
zu vermeiden, die die Fehler- oder Rißsignale überdecken können. Fu/ die Genauigkeit gattungsgemäßer Geräte ist somit von ausschlaggebender
Bedeutung, daß die Prüispule mit genau definierten Impulsen beaufschlagt wird, d. h. insbesondere mit
Impulsen genau vorgegebener Länge und gleichbleibender Steilheit der Vorder- und Rückfiairike. Eine genaue
Konstanz dieser Impulse ist Voraussetzung für eine reproduzierbare und damit aussagekräftige Prüfung
eines Gegenstandes.
Bei einem bekannten gattungsgemäßen Wirbelstrom Prüfgerät (US-PS 33 14 006) wird der Ausgang eines
Sinuswellen-Oszillators einem Flip-Flop-Frequenzteiler
zugeführt, der eine Rechteckwelle liefert, deren Frequenz durch Wahl der Stelle des Ausgangs in der
Flip-Flop-Kette veränderbar ist. Rechteckwellen, wie sie dem Frequenzteiler entnehmbar sind, haben in
jedem Fall ein Tastverhältnis von 50%. Die Genauigkeit und Reproduzierbarke'i der am Ausgang des Frequenzteilers erzeugten Rechteckwellen hängt entscheidend
von den Schaltungen im Frequenzteiler und von der nachfolgenden Formung der Wellen ir. einer nachgeschalteten Treiberschaltung ab. Für gut reproduzierbare
Rechteckwellen muß somit ein verhältnismäßig hoher elektronischer Aufwand getrieben werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gepulst arbeitendes Wirbelstrom-Prüfgerät zu schaffen, bei dem
die Impulse, mit denen die Prüfspule beaufschlagt wird, besonders genau definiert sind.
Diese Aufgabe wird bei einem Wirbelstrom-Prüfgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1
erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Märkmalen des Anspruchs 1 gelöst
Bei dem erfindungsgemäßen Wirbelstrom-Prüfgerät wird die Prüfspule somit mit einer Impulswelle
beaufschlagt die aus Rechteckimpulsen mit einem Tastverhältnis von 25% oder weniger besteht Damit
die Form und Dauer dieser Impulse genau definiert ist, werden Halbzyklen der im Rechteckwellengenerator
erzeugten Rechteckwelle verwend*·'. wie im folgenden
anhand der Figurenbeschreibung im sinzelnen erläutert werden wird. Insgesamt wird mit der Erfindung erreicht
daß die Dauer und die Form der Impulse, mit denen die Prüfspule beaufschlagt wird, nur von der Genauigkeit
abhängt mit der die anfängliche Rechteckwelle aus der Sinuswelle hergeleitet werden kann. Eine Sinuswelle in
eine Rechteckwelle mit gleicher Frequenz umzuwandeln, ist — wie allgemein bekannt — mit relativ einfach
aufgebauten Schaltungen auf genau·· Weise möglich.
Wenn dann nur ausgewählte Halbzyklen der anfänglichen Rechteckwelle ausgewählt werden, treten keine
Änderungen bezüglich der Dauer oder bezüglich der Rankensteilheiten der Impulse auf.
Die Ansprüche 2 bis 6 kennzeichnen die Schaltung genauer, mit der die Auswahl einzelner Rechteckimpulse der Rechteckwelle für die Priifspule geschieht
Die Ansprüche 7 bis 9 sind auf die Abstimmung des Verstärkers gerichtet mit dem die Ausgangssignale der
Prüfspulenanordnung verstärkt und dann einer Anzeige zugeführt werden. Die Frequenz, auf die dieser
V.-'stärker abgestimmt ist steht in direkter Beziehung
zur Frequenz der Impulse, die der Prüfspulenanordnung zugeführt werden. Die Abstimmfrequenz des Verstärkers steht vorteilhafterweise in Beziehung zur Hafte der
Frequenz des Sinuswellen-Oszillators, weil Halbzyklen der aus der Sinuswelle erzeugten Rechteckwelle zur
Erzeugung der Ausgangsimpulse verwendet werdea
Der Anspruch 10 kennzeichnet die Schaltung zur Erzeugung der Gatterimpulse zum Austasten der im
Verstärker verstärkten Impulse, die die Information über Fehler und Risse im Prüfgegenstand enthalten.
Zuscmmengefaßt schafft die Erfindung ein gepul&ies
Wirbelstrom-Prüfgerät das bei geringem elektronischen Aufwand genau und reproduzierbar arbeitet Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Prüfgerätes liegt darin, daß die Impulsfolgefrequenz der Treiberimpulse für die Prüfspulenanordnung in einfacher Weise
geändert werden kann, indem lediglich die Frequenz der
Sinuswellen-Oszi'lators verändert wird. Die Genauigkeit der Impulserzeugung bleibt dabei erhalten. Eine
Änderung der Impulsfolgefrequenz bei gegebenem Tastverhältnis ändert die Impulsbreite biw. -dauer und
daher die Eindringtiefe des Wirbelstroms in den zu prüfenden Gegenstand.
Wenn abwechselnd die Auslenkungen einer Polarität
bzw. Halbzyklen der Rechteckwelle ausgeschaltet werden, werden Ausgangs- bzw. Treiberimpulse mit
einem Tastverhältnis von 25% und einer Impulsfolgefrequenz
gleich der halben Frequenz der anfänglichen Sinuswelle erhalten. Durch Ausschaltung mehrerer
Halbzyklen der Rechteckwelle können geringere Tastverhältnisse erhalten werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren
Einzelheiten erläutert. Es stellt dar
F i g. 1 ein Blockschaltbild eines gepulsten Wirbelstrom-Prüfgerätes,
F i g. 2 ein Schaltbild eines Impulsgenerators,
F i g 3 Wellen- und Impulsformen an verschiedenen Stellen der Schaltung gemäß F i g. 2 und
Fig.4 ein Schaltbild eines abgewandelten Impulsgenerators.
In Fig. 1 ist ein Sinuswellenoszillator 10 dargestellt,
der eine Oszillatorschaltung 11 enthält und eine Sinuswelle zu einem Rechteckwellengenerator 12
liefert. Verschiedene Oszillatorschwingkreise können über einen Schalter 13 mit dem Oszillator 10 verbunden
werden, so daß die Frequenz der Sinuswelle nach Wunsch eingestellt werden kann. Der Ausgang des
Rechteckwellengenerators 12 wird einem Impulsgenerator 14 und einer Impulssperrschaltung 15 zugeführt.
Die Impulssperrschaltung 15 hat die Wirkung, wechselweise die Erzeugung von Ausgangsirnpuslen
durch den Impulsgenerator 14 zu ermöglichen oder zu verhindern, so daß die Ausgangsimpulse ragelmäßig
wiederkehrenden nicht aufeinanderfolgenden Auslenkungen einer Polarität der Rechteckwelle entsprechen,
die dem Impulsgenerator 14 zugeführt wird. Dementsprechend werden einem Impulstreiber 16 Ausgangsimpulse
von dem gewünschten Tastverhältnis zugeführt, wobei die Impulse in ihrem zeitlichen Auftreten und in
ihrer Dauer in genauer Beziehung zu dem Halbzyklus der Eingangrechteckwelle stehen, die nicht durch die
Impulssperrschaltung ausgeschlossen ist. Wenn daher die Auslenkungen einer Polarität der Eingangsrechteckwelle
abwechselnd ausgeschlossen werden, können Ausgangsimpulse mit einem Tastverhältnis von 25%
und einer Impulsfolgefrequenz von der halben Frequenz der Eingangsrechteckwelle und daher der halben
Frequenz der anfänglichen Sinuswelle erzeugt werden.
Der Impulsgenerator erzeugt außerdem um 90° phasenverschobene Gatterimpusle, die phasenempfindlichen
Detektoren 17,18 zugeführt werden.
Die Ausgangsimpulse von dem Impulstreiber 16 werden dem Spulentreiber 19 und dann der Primärspule
21 einer Wirbelstrom-Prüfspulenanordnung zugeführt. Ein Impulsstromregulator 22 ist vorgesehen, um
sicherzustellen, daß der Primärspule Impulse mit konstanter Stromstärke zugeführt werden.
Zwei Sekundärspulen 25, 25' sind in Reihe gegeneinandergeschaltet,
so daß sie eine Null-Spulenanordnung bilden, die ein geringes oder gar kein Ausgangssignal bei
Abwesenheit eines Risses oder einer anderen Unregelmäßigkeit in einem durch sie durchgeführten Gegenstand
26 ergeben, die andererseits ein in der Amplitude und/oder Phase sich änderndes Ausgangssignal liefern,
falls ein Riß oder eine andere Unregelmäßigkeit vorhanden ist. Das Ausgangssignal der Null-Spule wird
über einen umschaltbaren Transformator 27 einem abgestimmten Verstärker 28 zugeführt, der einen
umschaltbaren Abstimmkreis 29 erhält. Verschiedene Transformatoren und Abstimir.kreise können zusammen
mit dem Umschalten des Oszillatorschwingkreises 11 in den Betriebszustand eingeschaltet werden.
Wenn Treiberimpulse mit einem Tastverhältnis von 25% der Primärspule 21 zugeführt werden, tritt eine
starke Frequenzkomponente bei der Folgefrequenz dieser Impulse in den Sekundärspulen bei vorhandenen
Rissen und Fehlern auf. Es ist zu bevorzugen, den
<; Verstärker 28 auf die Folgefrequenz der Treibimpulse
abzustimmen, um so ein maximales Ansprechsignal bei Fehlern usw. zu erhalten. Das Abstimmen dient auch
dazu. Rauschen und unerwünschte Frequenzkomponenten zu verringern, die in dem Ausgang der Null-Spulen
id 25, 25' auftreten können. Die Bandbreite des abgestimmten
Verstärkers sollte ausreichend sein, um die Seitenbänder, die von solchen Fehlern herrühren, zu
umschließen.
Bei einem Tastverhältnis von 25% ist die Dauer eines Impulses eine viertel Wellenlänge, wenn der Verstärker
auf die Impulsfolgefrequenz abgestimmt ist; dies hat sich für eine hohe Wirksamkeit als vorteilhaft erwiesen. Dies
entspricht einem Abstimmen auf Jic Hafte der Frequenz der anfänglichen Sinuswelle. In einigen Fällen kann
in jedoch das Abstimmen auf die zweite oder vielleicht
eine höhere Harmonische der Impulsfolgefrequenz erwünscht sein, so daß es aligemein gesprochen
erwünscht ist, den Verstärker auf ein Vielfaches der Impulsfolgefrequenz oder ein Vielfaches der halben
> Sinuswellenfrequenz abzustimmen, wobei der Ausdruck Vielfaches auch den Faktor 1 umschließt.
Für Tastverhäitnisse von weniger als ?Λ% ist ein
Abstimmen auf eine solche Frequenz wünschenswert, daß die Impulsbreite ein Viertel der Wellenlänge
jo beträgt, um ein gutes Ansprechsignal zu erhalten,
Insoweit als die Impulsbreite noch eine halbe Periode der anfänglichen Sinuswelle ist, entspricht dies dem
Abstimmen auf die halbe Frequenz der Sinuswelle.
Der Ausgang des abgestimmten Verstärkers 28 wird
S3 dem phasenempfindlichen Detektoren 17,18 zusammen
mit den um 90° phasenverschobenen Tastimpulsen vom Generator 14 zugeführt, um 90° phasenverschobene
Signalkomponenten zu erzeugen.
Diese werden jeweiligen Verstärkern und Filtern 31,
4(i 32 und dann einer Anzeige 33, wie z. B. einer
Kathodenstrahlröhre zugeführt, die der bekannten Technik entsprechen.
In den F i g. 2 und 3 sind ein Schaltplan und die Wellenformen für den Generator 14 und die lmpuls-Sperrschaltung
15 der F i g. 1 gezeigt. Der Impulstreiber 16 ist ebenfalls dargestellt, wobei diejenigen seiner
Bestandteile weggelassen sind, die zu der Stromregelung gehören. Die Buchstaben b bis k in F i g. 2 beziehen
sich auf die entsprechenden Wellenformen in Fig.3
so Die gestrichelt umrandeten Blöcke 14', 14" upH 14'"
sind Teile des Blockes 14 in Fig. 1, die zweckmäüigerw.ise
getrennt sind. Der Block 14' betrifft primär die Erzeugung der Treiberimpulse, während die Blöcke 14"
und 14'" primär die Erzeugung der frühreren und späteren um 90° phasenverschobenen Gatterimpulse
betreffen. In F i g. 3 ist mit dem Bezugspotential »0« eine Spannung auf dem oder in der Nähe des Erdpoter.tials
oder eines anderen Bezugspotentials bezeichnet, und das Potential» + « bezeichnet eine Spannung, die positiv
gegenüber den Erdpotential ist, um so die Richtung der
Auslenkungen anzuzeigen. F i g. 3 ist in erster Linie ein Zeitdiagramm und Unterschiede in der Amplitude sind
nicht dargestellt Zur einfacheren Bezugnahme sind die Zeitpunkte Ti bis 7*13 am oberen Rand der Figur
&5 gezeigt
Die Transistoren in F i g. 2 sind (mit Ausnahme vor Q 5) von npn-Typ, wobei der im Emitterpfeil von dei
Basis wegweist, aber es können selbstverständlich be
entsprechender Änderung der Spannungen usw. auch pnp-Transistoren verwendet werden.
Die Rechteckwelle b vom Generator 12 wird über einer Koppelschaltung zu der Basis des Transistors Q1
geführt. Die Emittervorspannung wird über eine Diode D1 zugeführt, die durch einen Kondensator überbrückt
ist. Ei"e Sperrspannung wird über die Leitung 41 von der Sparschaltung 15 zugeführt, um alternierende
positive Auslenkungen der Rechteckwelle auszuschalten und die Wellenform g am Kollektorausgang Q1 zu
erhalten, wobei die durch Q1 verstärkten Impulse in der
Polarität umgekehrt sind, wie in F i g. 3 (g)gezeigt ist.
Die Sperrspannung wird in Block 15 erzeugt Eine invertierte Rechteckwelle c wird im Generator 12
erzeugt, z.B. durch Zuführen der Rechteckwelle b zu η einem invertierenden Verstärker. Die invertierte Welle
wird einer differenzierenden Schaltung zugeführt, die einen Kondensator 42 und einen Widerstand 43 enthält,
um kurze Spitzen oder Triggerimpulse von entgegengesetzter Polarität an den Vorder- und Rückflanken zu
erzeugen, wie in Fig.3 (d) gezeigt ist. Die positiven
Triggerimpulse laufen über D 2 zu der Basis von Q 6, während die negativen Triggerimpulse wirkungslos
bleiben, wie später beschrieben wird. Die Transistoren Q6, Q7 sind als Flip-Flop mit einer Rückkoppelung
über die Diode D 3 und einen Reihenwiderstand geschaltet. Q9 ist normalerweise gesperrt, d.h. nicht
leitend.
Die Basis von Q 6 ist über die Widerstände 40,43 und
die Diode D 2 etwas positiv vorgespannt, und die Werte der schaltungselemente des Flip-Flops sind so gewählt,
daß bei gesperrtem Transistor Q 6 seine Basisvorspannung nur etwas unterhalb seiner Triggerschwelle liegt,
um so das Triggern für eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit zu beschleunigen. η
Es sei nun angenommen, daß C 6 anfänglich gesperrt ist, dann wird der Transistor Q 7 offen (das heißt leitend)
sein, und der Ausgang von Q 7 wird auf einer niedrigen Spannung (in der Nähe des Erdpotentials) liegen, wie
z. B. in F i g. 3 (e) zwischen den Zeitpunkten T2 und T4
gezeigt ist Die Rückkopplung von Q 7 hält die Basis von Q6 niedrig und negative Triggerimpulse der Wellenform
t/sind wirkungslos.
Die Diode D 2 stellt weiter sicher, daß negative Triggerimpulse keine Wirkung haben. Zum Zeitpunkt
T4 schaltet ein positiver Triggerimpuls der Wellenform dden Transistor Q 6 ein und daher Q 7 aus, so daß der
Ausgang von Q 7 auf ein hohes Potential (in der Nähe V+) geht, wie in F i g. 3 (e) zwischen T 4 und Γ6 gezeigt
ist
Während Q 7 zwischen den Zeitpunkten T2 und TA
eingeschaltet, d.h. leitend ist, hält seine niedrige Ausgangsspannung zu der Diode D 4 die Leitung 41
niedrig und die Basis von Qi in der Nähe des Erdpotentials. Dies sollließt zusammen mit der Vorspannung
an Q 1 den Eingang von ζ) 1 im wesentlichen kurz. Daher sind positive Auslenkungen 43 der Rechteckweile
b zwischen T3 und T4 wirkungslos, wie bei /gezeigt ist Wenn jedoch Q 7 gesperrt wird und sein Ausgang e
zum Zeitpunkt T4 auf das hohe Potential geht wird die Diode D 4 in Gegenrichtung vorgespannt und ihre
Kurzschlußwirkung wird aufgehoben. Die nächste positive Auslenkung 44 der Rechteckwelle b hat dann
die Wirkung, daß Q1 eingeschaltet d. h. leitend wird
und sein Ausgang g auf das niedrige Potential geht um μ
den Impuls 45 zu erzeugen. Es soll darauf hingewiesen werden, daß der Impuls 45 ein umgekehrtes Gegenstück
des Impulses 44 ist wodurch eine präzise Steuerung des Zeitpunkts und der Dauer des Impulses sichergestellt
wird.
Die Ausgangsschaltung von Qi enthält eine Differenzierschaltung,
die aus dem Kondensator 46 und dem Widerstand 47 besteht und negative und positive
Triggerimpulse auf der Leitung 48 an den Vorder- und Rückflanken der Impulse 45 erzeugt. Die Leitung 48 ist
mit der Basis des Transistors Q 9 verbunden und negative Triggerimpulse sind wirkungslos. Der positive
Triggerimpuls an der Rückflanke des Impulses 46 zum Zeitpunkt T6 bewirkt jedoch, daß Q9 leitet, wodurch
die Basis von C6 im wesentlichen auf Erdpotential gebracht wird und dieser Transistor gesperrt wird. Dies
schaltet Q 7 ein und bewirkt, daß sein Ausgang e zum Zeitpunkt 76 auf das niedrige Potential geht. C 6 und
Q 7 sind nun in ihrem anfänglich angenommenen Zustand und die Folge der Vorgänge wiederholt sich. Es
sei noch bemerkt, daß der positive Triggerimpuls in der impulsfolge d zum Zeitpunkt To infolge der Kurzschlußwirkung
von Q 9 zu dem Zeitpunkt, wo er auftritt, wirkungslos ist.
Insgesamt wird als Ergebnis eine Impulswellenform
bei £ erhalten, bei der die Impulsfolgefrequenz die halbe Frequenz der Rechteckwelle bei b und der Sinuswelle
bei a in F i g. 3 ist. Die Impulsfolge g hat ein Tastverhältnis von 25% und die Impulse fallen genau
mit den entsprechenden abwechselnd aufeinanderfolgenden positiven Auslenkungen von b und den
Halbwellen von a zusammen.
Die Impulse von Qi werden zu dem Transistor Q 2 geführt, der als Emitter-Folger arbeitet, und darauf zu
dem Transistor Q 3, der als Verstärker oder Umkehrstufe arbeitet. Der Ausgang von Q 3 ist in F i g. 3 (h) gezeigt
und wird den Eingängen der Transistoren Q 4 und Q 5 zugeführt, die als komplementäre Verstärker geschaltet
sind, wodurch ein verstärkter Impulsausgang auf der Leitung 49 erhalten wird, der zum Antreiben der
Primärspule 21 (F i g. 1) verwendet wird.
Wie oben erwähnt wurde, werden um 90° phasenverschobene Gatterimpulse erzeugt die in genauer
Beziehung zu den Impulsen stehen, die der Spule 21 zugeführt werden. Diese können als frühere und spätere
Gatterimpulse bezeichnet werden und sind um 90° voneinander getrennt in bezug auf die Grundfrequenz
der Spulenimpulse, die gleich der Impuisfolgefrequenz ist
Die früheren Gatterimpulse werden in Block 14" erzeugt Die Schaltung, die die Transistoren Q10, Q11
und Q12 umfaßt ist die gleiche wie die in Block 15, mit
der Ausnahme, daß kein Sperrausgangssignal dem Block 14' zugeführt wird. Die nicht invertierte
Rechteckwelle b wird dem Block 14" zugeführt, so daß differenzierte Triggerimpulse / dem Transistor Q10
zugeführt werden, die mit den Triggerimpulsen d zusammenfallen, die den Transistor Q% zugeführt
werden, aber von entgegengesetzter Polarität sind. Q10
wird gleichzeitig mit QB zum Zeitpunkt Γ6 durch einen
Triggerimpuis über die Leitung 48 zu Q 13 am Ende eines Treiberimpulses 45 gesperrt Dies macht QH
leitend und bewirkt daß sein Ausgangssignal j zum Zeitpunkt T6 auf das niedrige Potential geht Der
nächste positive Triggerimpuls in / zum Zeitpunkt T7 schaltet Q10 ein und QH aus, wodurch y'zum Zeitpunkt
T7 auf das hohe Potential geht Auf diese Weise wird ein Impuls 51 erzeugt Die negativen Triggerimpusle in /
können den Transistor QtO nicht sperren, wie im Zusammenhang mit Block 15 erklärt wurde, und der
positive Triggerimpuis in / zum Zeitpunkt Γ9 hat keine
Wirkung, da Q10 schon eingeschaltet ist. Demzufolge
bleibt Q10 eingeschaltet, d. h. leitend, bis es durch einen
positiven Triggerimpuls auf der Leitung 48 zum Zeitpunkt T10 ausgeschaltet wird. Dann wiederholt sich
der Vorgang.
Das Ausgangssignal j des Transistors QIl wird einer
Differenzierschaltung aus dem Kondensator 52 und dem Widerstand 53 zugeführt, und die resultierenden
Triggerimpulse werden der Basis des Transistors Q12
zugeführt. Normalerweise ist Q12 gesperrt, so daß
negative Triggerimpulse unwirksam sind, und sein Ausgang liegt auf dem hohen Potential, wie in F i g. 3 (k)
gezeigt ist. Am Ende jedes Impulses 51 in j geht der Ausgang von QIl auf das hohe Potential, um einen
positiven Triggerimpuls zu erzeugen, der Q12 betätigt,
um einen ins negative gehenden früheren Gatterimpuls zu erzeugen, wie in F i g. 3 (Angezeigt ist.
Die späteren Gatterimpulse werden von dem Ausgang e des Transistors Ql erzeugt, der eine viertel
Periode später als die GäUcrirnpulsE 54 in den positiven
Zustand geht. Der Ausgang e wird einer Differenzierschaltung und dem Transistor Q 8 zugeführt, der wie
Q12 wirkt, und die späteren Gatterimpulse 55 in F i g. 3
^erzeugt.
Es ist zu beachten, daß beide Gatterimpulse von Wellenformen abgeleitet werden, die in einer genauen
Beziehung zu den ursprünglichen Rechteck- und Sinuswellen stehen. Dasselbe gilt für die Treiberimpulse
g und h. Auf diese Weise ist eine genaue zeitliche Steuerung sowohl der Impulse, die der Primärspule 21
zugeführt werden, als auch der um 90° in der Phase verschobenen Gatterimpulse sichergestellt, die den
Detektoren 17 und 18 zugeführt werden.
Es ist zu vermerken, daß man bei geeigneter Auslegung des Impulsgenerator 14 über einen beträchtlichen
Bereich von Frequenzen arbeiten kann, was durch die umschaltbaren Komponenten der F i g. 1
bestimmt ist. Bei jeder Frequenz bestimmt die Stabilität des Sinuswellenoszillators die Stabilität der Impuls- und
Gatterimpulserzeugung, und ein stabiler Sinuswellenoszillator kann ohne besondere Kosten gebaut werden.
Ober einen weiten Bereich von auswählbaren Frequenzen, z. B. von 2,5 kHz bis 600 kHz, kann es erwünscht
sein, bestimmte Konstanten der Schaltung zu ändern. Es kann z. B. erwünscht sein, den Wert des differenzierenden
Widerstands 53 am Eingang des Transistors Q12
und in gleicher Weise am Eingang von QS zu verringern, um die Zeitkonstante bei höheren Impulsfrequenzen
zu verringern. In diesem Falle können kurzschließende Transistoren über entsprechende Teile
der Widerstände geschaltet werden und zusammen mit den umschaltbaren Komponenten betätigt werden.
In der obigen Beschreibung haben die Flip-Flops zwei
stabile Zustände, die durch die Ausdrücke »eingeschalteter« und »ausgeschalteter« Zustand ihrer Transistoren
beschrieben wurden. Zweckmäßigerweise werden diese zwei Zustände als »gesetzter« und »rückgesetzier«
Zustand beschrieben. Bei dieser Bezeichnungsweise werden die Flip-Flops an den Rückflanken der
Ausgangsimpulse über die Leitung 48 rückgesetzt Das Sperr-Flip-Flop wird durch die Triggerimpulse an den
Flanken der Rechteckwelle gesetzt, die als nächste den Ausgangsimpulsen vorangehen, und der frühere Gatterimpuls
wird an den Ranken der Rechteckwelle gesetzt, die als nächste den Ausgangsimpulsen folgen.
Die Gatterimpulsschaltungen der F i g. 2 erzeugen um 90° phasenverschobener Tastimpulse, die in e^er festen
zeitlichen Beziehung zu den der Primärspule 21 zugeführten Ausgangsimpulsen stehen und auftreten,
nachdem die Ausgangsimpulse beendet sind. Auf diese Weise wird der Primärspule 21 keine Leistung
zugeführt, wenn die Gattersteuerung durch die Gatterimpulse stattfindet.
Bei Anwendungsfällen, wo es erwünscht ist, die Detektoren zu Zeitpunkten aufzusteuern, die von den in
F i g. 3 (k) dargestellten verschieden sind, während die genaue Erzeugung der Treiberimpulse beibehalten
ίο werden soll, können die gatterimpulserzeugenden
Abschnitte der F i g. 2 weggelassen werden. Auch ein etwas weniger genaues Setzen der Sperrschaltung ist
möglich, ohne die Erzeugung der Treiberimpulse nachteilig zu beeinflussen, da die Sperrschaltung nicht
für die Erzeugung der Gatterimpulse verwendet wird. Fig.4 zeigt einen etwas einfacheren Treiberimpulsgenerator.
In F i g. 4 zeigt Block 12 einen Rechteckweller.generator,
Block 14 einen abgewandelten Impulsgenerator und
-.« tii~»i. te ~: »ι ...nnjnun c_~. „»u~u......
Der Schwingkreis U des Oszillators 10 ist gestrichelt gezeichnet, und seine Sinuswelle wird über eine
Koppelschaltung 61 dem Transistor Q14 zugeführt.
Q14 arbeitet als Emitterfolger und seine Basis ist durch
die Koppelschaltung und einen einstellbaren Widerstand 62 auf einen Wert zwischen dem Erdpotential und
V + vorgespannt, um die negativen Auslenkungen der Sinuswelle auszuschalten und ein Ausgangssignal 63 mit
einem Tastverhältnis von 50% zu liefern. Dieses wird
jo einem Rechteckwellengenerator zugeführt, der die Transistoren Q15 und Q16 enthält.
Q15 leitet bei positiven Auslenkungen der Eingangswelle
63 und schneidet die Welle ab, um eine umgekehrte Rechteckwelle auf der Leitung 64 ähnlich
der in F i g. 3 (c) gezeigten zu erzeugen, die aber nicht notwendigerweise vollkommen ist. Das heißt die
Ranken der Wellenimpulse können weniger steil sein und die Ecken können etwas abgerundet sein. Diese
Welle wird dem Transistor <?16 zugeführt, der sie
•»o weiter verstärkt, abschneidet und umkehrt, um eine gute
Rechteckwelle in der Ausgangsleitung zu erzeugen, die der in F i g. 3 φ>gezeigten gleicht.
Die Rechteckwelle wird dem Transistor Q17 in dem
Impulsgenerator-Block 14 zugeführt Q17 arbeitet in
gleicher Weise wie Q1 in F i g. 2, aber die Schaltung ist
vereinfacht, indem die Diode und der Nebenschlußkondensator in seinem Emitterkreis weggelassen sind, und
das Sperrsignal wird in anderer Weise zugeführt
Die Sperrschaltung in Block 15 ist ein Flip-Flop, das
so die Transistoren Q18 und Q19 enthält, die in gleicher
Weise wie QS und Q 7 in F i g. 2 arbeiten, er ist jedoch
vereinfacht, indem die Dioden D 2 und D 3 und die
Eingangsvorspannungswiderstände weggelassen sind. Der Kondensator 66 und der Transistor Q 20 bilden hier
eine Differenzierschaltung für die invertierte Rechteckwelle, die über die Leitung 64 zugeführt wird. Q 20 ist
gesperrt und besitzt daher einen hohen Widerstand, außer an den Rückfianken der Ausgangsimpulse, wie bei
45 in Fig.3 (g). Die Differentiation der invertierten
Rechteckwelle, auf Leitung 64 erzeugt positive und negative Triggerimpulse wie die in F i g. 3 (d) gezeigten,
sie können jedoch weniger scharf sein. Dies kann in dieser Ausführungsform zugelassen werden, wie später
erläutert wird.
Wie zuvor dargelegt wurde, schaltet am Ende eines Treiberimpulses vom Transistor Q17, wie in Fig.3 (g)
gezeigt ist, etwas zum Zeitpunkt TI, ein positiver
Triggerimpuls auf Leitung 48 den Transistor Q 20 ein,
wodurch der Transistor Q18 ausgeschaltet wird. Das
gleichzeitige Auftreten eines positiven Triggerimpulses in d zum Zeitpunkt 7*2 ist infolge der Kurzschlußwirkung von Q 20 wirkungslos und ebenso weil der niedrige
Widerstand von Q 20 die Differentiation praktisch ausschließt Der Transistor Q19 wird eingeschaltet und
die Rückkopplung Ober den Widerstand 67 hält Q18
gesperrt. Der negative Triggerimpuls zum Zeitpunkt T3 m d ist wirkungslos, aber der nächste positive
Triggerimpuls zum Zeitpunkt TA schaltet Q18 ein und
kippt das Flip-Flop um. Der Ausgang von Q18 ist von
7*2 bis TA auf dem hohen Potential und die mit e
bezeichnete Umkehrung von e. Dieser Ausgang wird über den Widerstand 68 und die Leitung 69 zu der Basis
des Transistors Q2i geführt, so daß Q2i eingeschaltet
wird, und den Eingang des Transistors ζ) 17 kurzschließt. Auf diese Weise wird die positive Auslenkung
43 von b beseitigt Von 7*4 bis T% liegt der Ausgang von
Q t8 auf dem niedrigen Potential, so daß Q2\
punkt T5 eintritt. Das Ende des Impulses 45 im Ausgang
von Q17 sperrt Q18 wie in Fig.2. Daher entsprechen
die Ausgangsimpulse g des Transistors Q17 genau den
wechselweise aufeinanderfolgenden positiven Auslenkungen der Rechteckwelle b.
Das Ausgangssignal von Q17 wird dem Transistor
Ql zugeführt, und die folgenden Teile der Schaltung können die gleichen sein wie in Block 14' der F i g. 2.
Die Bezeichnungsweise »gesetzt« und »rückgesetzt« ίο kann in Fig.4 angewendet werden, wie es in Fig.2
beschrieben wurde.
In den vorhergehenden Ausführungsformen wurden direkte und invertierte Rechteckwellen dem Impulsgenerator und den Sperrschaltungen zugeführt, um die
ii gewünschte Zeitsteuerung sicherzustellen. Diese Wahl
hängt natürlich von den Einzelheiten des Schaltungsaufbaus, z. B. von der Richtung der Triggerung usw. ab.
Verschiedene Spannungen V + können im Hinblick auf diesen speziellen Aufbau ausgewählt werden
gCiiaiici iSt Ufiu V" u'^ fiaCliSic pöSiiiVc
Auslenkung 44 von /»durchläßt. Dementsprechend sind
der Eingang fund der Ausgang g von Q17 die gleichen
wie in Fig.2. Die Verwendung der invertierten Wellenform ein Fig.4 beruht darauf, daß Q21 anstatt
der Diode D4 der Fig.2 dazu verwendet wird, den
Eingang von Q17 zu sperren.
Die Verwendung einer weniger vollkommenen umgekehrten Rechteckwelle auf Leitung 64 ist, wie oben
erwähnt wurde, möglich in F i g. 4, ohne die Genauigkeit der Impulserzeugung zu beeinflussen. Eine geringe
Verzögerung im Einschalten des Transistors Q18 nach
dem Zeitpunkt 7*4 kann toleriert werden, da die nächste positive Auslenkung der Rechteckwelle b zum Zeit-
^w ι atia cm ι aaivci iieitiua run wciiigci dia *.j~ni
erwünscht ist, kann die Impulssperrschaltung abgewandelt werde», um die Wirkung von einem oder mehreren
Triggerimpulsen, die dem Rückstellen durch ein Ausgangsimpuls folgen, auszuschließen, bevor d:e
Schaltung des Impulsgenerators wieder in den Zustand versetzt wird, indem die nächste Auslenkung der
Rechteckwelle durchgelassen wird.
Auch wenn das Blockschaltbild der F i g. 1 speziell ein Rißprüfgerät beschreibt, können die Impulsgeneratoren
κι und die Tastimpulsgeneratoren für die Tor-Steuerung
auch bei anderen Typen von Wirbelstrom-Prüfgeräten verwendet werden, wie z. B. bei Vergleichern und
ähnlichen, die eingangs erwähnt wurden.
Claims (10)
1. Gepulstes Wirbelstrom-Prüfgerät mit einer Prüfspulenanordnung zum Induzieren von Wirbelströmen in einem zu prüfenden Gegenstand und zum
Erzeugen von Ausgangssignalen, die sich entsprechend Fehlern oder Rissen im Gegenstand ändern,
mit einem Sinuswellen-Oszillator zum Erzeugen von Treibimpulsen für die Prüfspulenanordnung und
einem Rechteckwellengenerator, dem die Sinuswelle aus dem Sinuswellen-Oszillator zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rechteckweilengenerator (12) aus der Sinuswelle eine
Rechteckwelle mit der Sinuswelle gleicher Frequenz ι s erzeugt und ein Impulsgenerator (14) vorgesehen ist,
dem die Rechteckwelle zugeführt wird und der von einer Impulssperrschaltung (15) angesteuerte Ausgangsimpulse zum Treiben der Prüfspulenanordnung (21,25,23') erzeugt, die regelmäßig wiederkeh-
renden, nicht sequentiellen Auslenkungen einer
Polarität der Rechteckwelle entsprechen, und daß die Impulssperrschaltung (15) ein Rip-Flop (Q6,
Q 7) mit einem gesetzten und einem rückgesetzten Zustand, eine auf die Zustände ansprechende
Steuerschaltung (D4, 41, Qi) zum Zulassen bzw.
Verhindern der Erzeugung von Ausgangsimpulsen im Impulsgenerator, eine Rücksetzschaltung (46,47,
48, Q 9), die auf die Rückflanke eines Ausgangsimpulses des Impulsgenerators anspricht, um das jo
Flip-Flop rückzusetaen, und eine Setzschaltung (42, 43, D 2) -uiweist, die auf die Rechteckwelle
anspricht, und das Flip-Floo bei oder nach den
Rückflanken der den nicht sequentiellen Auslenkungen nächst vorhergeneaden Auslenkungen der
besagten einen Polarität, ajer vor den nicht sequentiellen Auslenkungen, setzt
2. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (D 4,
41, Q1) eine auf den Rücksetzzustand des Flip-Flops
(Q 6, Ql) ansprechende Kurzschlußschaltung aufweist, um den Eingang des Impulsgenerators (14)
kurzzuschließen.
3. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Setzschaltung eine
Differenzierschaltung (42, 43) zum Differenzieren einer Rechteckwelle aus dem Rechteckwellengenerator (12) aufweist, um an den Flanken der den
Ausgangsimpulsen nächst vorhergehende Rechteckwelle Setztriggerimpulse zu erzeugen, und eine so
Schaltung (D2) aufweist, die das Flip-Flop (Q6,
<?7) mit den Setztriggerimpulsen setzt.
4. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die der Setzschaltung (42,
43, D 2) zugeführte Rechteckwelle bezüglich der dem Impulsgenerator (14) zugeführten Rechteckwelle invertiert ist.
5. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücksetzschaltung
(46, 47, 48, <?9) eine Differenzierschaltung (46, 48)
aufweist, die die Ausgangsimpulse des Impulsgenerators (14) differenziert, um an deren Rückflanken
Rücksetztriggerimpulse zu erzeugen, und eine Kurzschlußschaltung (Q9) aufweist, die auf die
Rücksetztriggerimpusle anspricht, um das Flip-Flop (Q6, Q7) rückzusetzen, und im nicht kurzschließenden Zustand einen hohen Widerstand aufweist und
einen Teil der Differenzierschaltung (42, 43) zum
Differenzieren der Rechteckwelle zum Erzeugen der
Setztriggerimpulse bildet.
6. Wirbelstromprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Setzschaltung (42,43, D2) das Flip-Flop «?6, Q 7)
an oder nach den Rückflanken verschiedener Auslenkungen der besagten einen Polarität der
Rechteckwelle, die dem Impulsgenerator (14) zugeführt wird, aber vor deren jeweiligen nächsten
Auslenkungen setzt, sg daß Ausgangsimpulse mit einem Tastverhältnis von 25% und einer Impulsfolgefrequenz gleich der Hälfte der Frequenz des
Sinuswellenoszillators (10) erzeugt werden.
7. Wirbelstromprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Ausgangssignale der
Prüfspulenanordnung einem Verstärker zugeführt werden und der Ausgang des Verstärkers gegatterten phasenempfindlichen Detektoren zum Erzeugen
von Fehlern oder Rissen im Gegenstand entsprechenden Signalen zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (28) auf eine Frequenz
abgestimmt wird, die im wesentlichen gleich der halben Frequenz des Sinuswellenoszillators (10) ist,
so daß die Breite der Treibimpulse etwa ein Viertel der Wellenlänge der Abstimmfrequenz des Verstärkers beträgt
8. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 6, bei dem die Ausgawgssignale der Prüfspulenanordnung
einem Verstärker zugeführt werden und der Ausgang des Verstärkers gegatterten, phasenempfindlichen Detektoren zugeführt wird, um Fehlern
oder Rissen im Gegenstand entsprechende Signale zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet daß der
Verstärker im wesentlichen auf ein Vielfaches (einschließlich t) der Impulsfolgefrequenz der
Ausgangsimpulse abgestimmt wird.
9. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß der Verstärker (28) etwa
auf die Impulsfolgefrequenz der Ausgangsimpulse abgestimmt wird.
10. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 9 mit einem Paar gegatterter, phasenempfindlicher Detektoren, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines frühen und eines späten Gatterimpulses
für den jeweils zugehörigen Detektor (17, 18) eine auf das Setzen des Flip-Flops (Q6, Q7) ansprechende Differenzierschaltung (14'") zum Erzeugen später
Gatterimpulse, ein zweites Flip-Flop (Q 10, Q11) mit
einem Setz- und einem Rücksetzzustand, eine Schaltung zum Rücksetzen des zweiten Rip-Flops
gleichzeitig mit dem ersterwähnten Flip-Flop (Q6,
Q 7), eine Schaltung zum Differenzieren der Rechteckwelle am Ausgang des Rechteckwellengenerators (12) zum Erzeugen von Setztriggerimpulsen an Flanken der Rechteckwellen, die den
Ausgangsimpulsen unmittelbar folgen, eine Schaltung zum Setzen des zweiten Flip-Flops mit den
letzterwähnten Setztriggerimpulsen und eine Differenzierschaltung aufweist, die auf das Setzen des
zweiten Flip-Rops anspricht, um die frühen Gatterimpulse zu erzeugen.
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