DE2945200A1

DE2945200A1 - Verfahren und schaltungsvorrichtung zur erzeugung von saegezahnimpulsen sowie verwendung derartiger schaltungsvorrichtungen in ultraschall-messgeraeten

Info

Publication number: DE2945200A1
Application number: DE19792945200
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 5160 Düren Renzel; Werner 5013 Elsdorf Vermöhlen
Original assignee: Krautkraemer GmbH and Co; Krautkraemer GmbH
Current assignee: Krautkraemer GmbH
Priority date: 1979-11-09
Filing date: 1979-11-09
Publication date: 1981-06-11
Also published as: DE2945200C2; JPS56138326A; US4373394A

Description

Krautkrämer GmbH 31.Ιο.1979

Luxemburger Str. 449 P/bdl

5ooo Köln 41 K-134

VERFAHREN UND SCHALTUNGSVORRICHTUNG ZUR ERZEUGUNG VOM SÄGEZAHM-IMPULSEN SOWIE VERWENDUNG DERARTIGER SCHALTUNGSVORRICHTUNGEN IN

ULTRASCHALL-MESSGERSTEN

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Sägezahn-Impulsen, die vorzugsweise als Zeitablenkspannung für Oszillographen verwendet werden und wobei der zeitliche Verlauf der Sägezahn-Impulse durch entsprechende, in dem Sägezahngenerator enthaltene Kondensatoren eingestellt wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Schaltungsvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens und auf eine Verwendung derartiger Schaltungsvorrichtungen in Ultraschall-Meßgeräten, wie sie vorzugsweise für die zerstörungsfreie Materialprüfung benutzt werden.

In bekannten Oszillographen erfolgt die Einstellung der Zeitablenkspannung, insbesondere die in erster Linie interessierende Hinlaufzeit , t„,(das ist die Zeit vom Anfang bis zum Ende des linearen Anstiegs des Sägezahnimpulses) mit Hilfe analoger, intern trimmbarer Bauelemente (Widerstände , Kondensatoren). Die Übereinstimmung von dem jeweils eingestellten Zeitablenkwert (Sollwert) und dem tatsächlichen Wert der erzeugten Impulse ist stark abhängig von der jeweiligen Kurz- und Langzeitstabilität der beteiligten Bauelemente und kann im Laufe der Zeit beträchtlich schwanken.

Dieses gilt insbesondere auch für tragbare Universal-Ultraschall-Prüfgeräte, wie sie bei der zerstörungsfreien

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Materialprüfung verwendet werden. Eine direkte Ginstellung eines Abbildungsbereiches auf dem Bildschirm (z.B. ο bis 25o mm Stahl), was der Vorgabe einer bestimmten Hinlaufzeit der Ablenkspannung entspricht, ist bei diesen Geräten derzeit nicht möglich, weil die entsprechenden Bauelemente des Sägezahn-Impulsgenerators keine ausreichende Langzeitstabilität besitzen. Bisher war deshalb eine Justierung des Bildschirms mit Hilfe mechanischer Größen (Probekörper mit definierten Abmessungen) notwendig.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art anzugeben, mit dem das vorgegebene Zeitverhalten der Zeitablenkspannung sehr genau eingestellt und über einen praktisch beliebig langen Zeitraum konstant gehalten werden kann. Ferner soll eine Schaltungsvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens offenbart werden.

Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der kennzeichnenden Teile der Ansprüche 1 und 5 gelöst.

Die weiteren Unteransprüche geben besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.

Die Erfindung beruht also wesentlich auf dem Umstand, daß von den Sägezahn-Impulsen beispielsweise mit Hilfe eines Schmitt-Triggers Torsignale abgeleitet werden, deren Länge proportional zur Hinlaufzeit, t_u, dieser Impulse ist; daß dieses Torsignal

entweder direkt oder nach Auszählung mit Hilfe eines Taktgenerators mit dem entsprechend digitalisierten Sollwert verglichen wird und eine Abweichung von Soll- und Istwert dann eine Nachregelung des Sägezahngenerators bewirkt.

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Vorzugsweise erfolgt sowohl der Soll-Istwert-Vergleich und eine vor dem Soll-Istwert-Vergleich stattfindende Grobwertermittlung der zur Erzeugung der Sägezahn-Impulse erforderlichen Kapazitäten als auch die Einstellung der Haltezeit (Kippverzögerung) mit Hilfe eines Mikroprozessors.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den folgenden, anhand von Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.

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Es zeigt:

Fig.1 ein Blockschaltbild zur Erklärung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig.2 und 3 zwei erfindungsgemäße Schaltungsanordnungen;

Fig.4a und 4b zwei Darstellungen zur Erklärung der Wirkungsweise von Fig.3;

Fig. 5 ein Blockschaltbild, das eine Verwendung der Schaltungsanordnung gem. Fig.2 in einem programmierbaren Ultraschall-Prüfgerät wiedergibt;

Fig. 6a und 6b zwei Darstellungen , die die Abhängigkeit der Kippverzögerung von der Steilheit der Vorderflanken des jeweiligen Kippimpulses zeigen und

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Festlegung der Haltezeit (Kippverzögerung).

In Fig.1 ist mit 1 ein regelbarer Sägezahngenerator, mit 2 ein Schmitt-Trigger, mit 21 ein Flip-Flop, mit 3 ein elektronischer Zähler, mit 4 ein Taktgenerator, mit 5 ein Vergleichsglied und mit 6 ein Digital-Analog-Wandler bezeichnet.

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Über ein Bedienungsfeld 7 möge nun ein bestimmter Zeitablenkwert, d.h. eine bestimmte Hinlaufzeit t„ vorgegeben werden. Dieser Wert gelangt dann zunächst in einen Zwischenspeicher 8 und liegt als digitaler Sollwert an den Ausgängen dieses Speichers. Durch einen (externen)Triggerimpuls am Eingang KS des Tor-Flip-Flops 21 wird das Torsignal gestartet und es beginnt der Sägezahngenerator 1 einen Sägezahn-Impuls 9 zu erzeugen, dessen Hinlaufzeit t_u vorzugsweise bereits größenordnungs-

mäßig mit der vorgegebenen Hinlaufzeit übereinstimmen sollte. Dieser Sägezahn-Impuls gelangt einerseits über einen Kipp- oder X-Verstärker 1o an die Zeitablenkplatten (X-Platten) 11 der Kathodenstrahlröhre 12. Andererseits wird aus dem Sägezahn-Impuls mit dem Schmitt-Trigger 2 das Zeittorsignal 13 beendet, dessen Länge identisch ist mit der Hinlaufzeit t„ des Sägezahnimpulses. Das Torsignal 13 wird mit Hilfe des Taktgenerators 4 mit dem ZÄHLER 3 ausgezählt, so daß an dem Ausgang des Zählers 3 ein digitaler Signalwert liegt, der der Anzahl der Taktimpulse des Generators 4, die in das Zeittorintervall t„ fallen, proportional ist (Istwert der Hinlaufzeit).

Dieser Istwert wird mit dem am Ausgang des Speichers 8 liegenden Sollwert in dem Vergleichsglied 5 verglichen. Sofern Ist- und Sollwert nicht übereinstimmen, wird ein der Differenz dieser Werte entsprechender digitaler Wert in dem D/A-Wandler 6 in einen analogen Wert umgewandelt. Dieser analoge Spannungs- oder Stromwert bewirkt beispielsweise durch eine Kapazitäts- bzw. Ladestromänderung in dem Sägezahngenerator 1 eine Änderung der Hinlaufzeit der neu erzeugten Sägezahn-Impulse; und zwar so lange bis Soll- und Istwert der Hinlaufzeit übereinstimmen.

In Fig.2 ist eine bevorzugte Schaltungsvorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens wiedergegeben. Dabei wurden für die auch in Fig. 1 dargestellten Funktionseinheiten die gleichen Bezugszeichen verwendet. Als Vergleichsglied wird ein mit 14 bezeichneter Mikroprozessor verwendet, der auch den Zwischenspeicher 8 (Fig.1) enthält und außerdem

eine Reihe weiterer nachstehend noch im einzelnen beschriebener Kontroll- und Steueraufgaben vornimmt (bei dem Mikroprozessor handelt es sich beispielsweise um einen Z-8o Mikroprozessor, wobei die Anpassung an den dargestellten bidirektionalen Datenbus und an den Steuerbus über einen nicht dargestellten PIO-Baustein erfolgt).

Der Sägezahngenerator 1 besteht im wesentlichen aus einem Operationsverstärker 15, einem Widerstand R_osowie beispielsweise 8 Kondensatoren C₁ bis C_Q, die über entsprechende

I ο

Schalter S₁ bis So mit einer Spannungsquelle U_o(vcn z.E.+7o V) verbunden werden können. Der Operationsverstärker 15 wird als nicht invertierender Verstärker ausgeführt und dient in Kombination mit R_oals Konstantstromquelle. Je nach der Spannung Up am Eingang des Operationsverstärkers, ergibt sich an seinem Ausgang ein bestimmter Up zugeordneter Strom I, dessen Wert durch den Widerstand R_ofestgelegt ist. Bei den Schaltern S. bis So scwie bei dem Schalter S-handelt es sich vorzugsweise um elektronische Schalter. Jedem der Schalter S₁ bis S_Q ist dabei jeweils eine der 8 Steuerleitungen zugeordnet, die vom Zwischenspeicher 17 kommen.

Ist der Schalter S_Q etwa durch ein externes Triggersignal an KS geöffnet worden, so werden die jeweils eingeschalteten Kondensatoren durch den Konstantstrom I geladen. An dem Punkt K entsteht eine linear abfallende Sägezahnspannung, deren Steilheit abhängig ist von dem Kapazitätswert der eingeschalteten Kondensatoren und von Up. Nach Unterschreiten der, unteren Schwellwertes des Schmitt-Triggers 2 wird der Schalter Sq automatisch durch die Rückflanke des Torimpulses geschlossen, so daß sich die Kondensatoren wieder entladen (Rücklaufzeit der Sägezahnimpulse). Gleichzeitig wird das Torsignal mit Hilfe der von dem Taktgenerator 4 gelieferten Taktimpulse ' mittels des Zählers 3 ausgezählt und der Zählwert über einen Datenbus 18 dem Mikroprozessor 14 zur Weiterverarbeitung übergeben. Ein der Soll-Istwert-Abweichung entsprechender digitaler Wert wird in derc D/A-'/iandler 6' in einen ent-

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sprechenden analogen Spannungswert U„ umgewandelt, der seinerseits durch Änderung des Stromes I eine Änderung der Hinlaufzeit der daraufhin erzeugten Sägezahnimpulse bewirkt. Sofern Soll- und Istwert der Hinlaufzeit übereinstimmen, wird der entsprechende digitale Wert in einem Zwischenspeicher 16 festgehalten. Der gesamte Vorgang kann taktweise in mehreren Stufen erfolgen (z.B. durch sukzessive Approximation in 8 Schritten) und kann von Zeit zu Zeit automatisch wiederholt werden, um eine Langzeitkonstanz der' eingestellten Hinlaufzeit zu sichern. Die Freigabe und Ladung der Zwischenspeicher 16, 17 und des Zählers 3 erfolgt mit Hilfe von Signalen, die dem Decoder-Baustein 2o entnommen werden, der seinerseits mit dem Steuerbus 19 in Verbindung steht.

Die vorstehend beschriebene Hinlauf-Einstellung setzte voraus, daß zu Beginn des Soll-Istwert-Verg^eichs der Istwert der Hinlaufzeit bereits grob mit dem Sollwert übereinstimmt, so daß über die Änderung von Up nur eine Feineinstellung der Hinlaufzeit erfolgt. Die Grobeinstellung erfolgt nun dadurch, daß der Mikroprozessor 14 nach Eingabe der Soll-Hinlaufzeit anhand einer im Mikroprozessor gespeicherten Tabelle: Hinlaufzeit als Funktion der Kapazitäfswerte der Kondensatoren C₁ bis Cq) diejenige Kondensatorkombination ermittelt, mit der der Sägezahngenerator bei einem mittleren U₁-,- Wert eine Hinlaufzeit erzeugt, die der Soll-Hinlaufzeit möglichst nahe kommt. Ein entsprechendes Steuersignal bewirkt dann das Schließen der den ermittelten Kondensatoren zugeordneten Schaltern S bis S₀. Der ebenfalls über den Steuerbus Iy und den Decoder 2o mit Hilfe des Mikroprozessors 14 steuerbare Zwischenspeicher 17 hält den entsprechenden abgeglichenen digitalen Grobwert, der über den Datenbus 18 zugeführt wird, fest.

Die erwähnte Tabelle wird vorzugsweise von dem Mikroprozessor 14 per Programm selbst erstellt und von Zeit zu Zeit automatisch überprüft. Hierzu schaltet der Mikroprozessor, z.B.

nach dem Einschalten des Oszillographen, nach und nach alle Kondensatoren C₁ bis Cg ein, zählt (bei einem mittleren U„-Wert) die jeweils erzeugten Torsignale aus und legt irr Prozessor eine entsprechende Grobwert-Tabelle der Hinlaufzeiten für den Sägezahngenerator an.

An die Grobwerteinstellung schließt sich dann der oben bereits erwähnte Soll-Istwert-Vergleich (Feinwertabstimmung) an. Hinsichtlich der schrittweisen Approximation in Richtung des gewünschten Wertes der Hinlaufzeit t„ hat sich folgende Vorgehensweise als besonders vorteilhaft erwiesen:

Der Mikroprozessor legt nach Festlegung der Grobwerteinstellung (und damit Festlegung ⁿer Kon^ensat^rk^mb"¹'nation) an den Eingang des D/A-Wandlers 6¹ einen digitalen Signalwei't mit dem hexadezimalen Wert : 0 und speichert die sich am Ausgang des Zählers 3 ergebende Zeit t„. ab. Anschließend wird der gleiche Vorgang für den hexadezimalen Wert = FF = dezimaldurchgeführt. Der entsprechende Zeitwert t„₂ wird ebenfalls gespeichert. Aus den Werten t„.. und t„p sowie aus dem vorgegebenen Wert t_u ermittelt dann der Mikroprozessor

aufgrund der Beziehung:

_DW . _{255 [(/1}_k _Mk.^y] _Gim

diejenige Dezimalzahl, die als digitaler Signalwert (DW) der gewünschten Hinlaufzeit t„ am nächsten kommt. Die Beziehung (1) kann mathematisch hergeleitet werden, wenn man von dem Ansatz ausgeht

V ^k · τ '

wobei k eine Konstante, C die Kapazität, die aufgeladen werden soll und I der durch Ro eingestellte Konstantstrom ist.

Up

Mit I = -5^ und Tj = a · DW + b (a und b = Konstanten) Ho Si

ergibt sich bei Verwendung dor Abkürzungen:

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und für

DW = FF->t_H? = _F 1 oder a = 1 ( 1 - 1 )

ηά a,rr+t ι ft* t„_o U₁T₁

H^ π Ι

für t_u folgt dann nach Einsetzen der Werte für b₁ und a₁ Gl (1).

In Fig. 3 ist eine detailliertere Schaltungsanordnung des Sägezahngenerators 1 nach Fig. 2 wiedergegeben. Die Schalter S₁ bis S_Q werden durch die dargestellten - und an sich bekannten - Transistorschaltungen gebildet. Der Transistor T dient lediglich dem Zweck, den Einfluß des Konstantstromes I auf den Operationsverstärker 15zu minimieren. Jeder der Schalter S₁ bis So ist über jeweils einen Widerstand Rp , Rp₉ ... mit dem Zwischenspeicher 17 (Fig. 2) verbunden. Der Schalter Sq , der im wesentlichen aus den Transistoren T„ und T_^f sowie den Widerständen R_q und R_q' besteht, ist über eine Kondensator-Widerstandskombination und ein mit 21 bezeichnetes Flip Flop mit dem Ausgang des Schmitt-Triggers (Fig. 2) verbunden. Während der Schmitt-Trigger 2 mit dem Reset-Eingang des Flip "Flops 21 in Verbindung steht, ist der Set-Eingang mit der Kipp-Verzögerungs-Einheit 25 (s.Fig.5) verbunden, die das Öffnen des Schalters S_q und die pos. Flanke des TOR-Impulses (HST) bewirkt.

Die Schaltung nach Fig. 3 enthält gegenüber Fig. 2 zusätzliche Schaltungsteile, die gestrichelt dargestellt sind (für die Funktion dieser Schaltungsteile unwesentliche Bauelemente wie Widerstände und Kondensatoren wurden im Hinblick einer größeren Anschaulichkeit bewußt weggelassen).

Die Zehnerdiode Z bildet in Verbindung mit dem Widerstand R₁ , dem Transistor T₁ und dem Schalter S₁, einen Regelkreis, der das Fußpunktpotential der Sägezahnimpulse definiert festlegt. Denn aufgrund des ^rJmstandes, daß die jeweiligen Durchlaßwiderstände der Transistoren T₁ bis T₀ einen Wert > 0 auf-

I Q

weisen und außerdem unterschiedlich voru-einander sind, besitzen

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die entsprechenden Sägezahnimpulse etwas unterschiedliche Fußpunktpotentiale. Hinzu kommt, daß es nicht möglich ist, die eingeschaltete Kondensatorkombination vollständig (auf +7o V) zu entladen. In Fig.4a und 4b wurde dieses schematisch dargestellt.

Dabei zeigt Fig.4a die Verhältnisse bei einer Schaltung gem. Fig.2, und Fig. 4b den Sägezahnspannungsverlauf bei Verwendung der erwähnten Regelschaltung. Die Zehnerdiode muß dabei so ausgelegt sein, daß sie bereits bei einem Wert U₇<U in den leitenden Zustand übergeht. (Im vorliegenden Beispiel ist U_z = 65 V).

Die weiteren in Fig.3 gestrichelt dargestellten Schaltungsteile sollen bewirken, daß die Rücklaufzeit der Sägezahnimpulse möglichst kurz gewählt werden kann. Eine kurze Rücklaufzeit erhält man, wenn man den Widerstand R~ klein wählt (z.B. 5o.o), weil der Entladungsstrom des jeweiligen Kondensators (oder Kondensatorkombination) dann schnell abfließen kann. Da dem Entladungsstrom aber noch der Konstantstrom I überlagert ist, würden dann Ströme durch den Transistor T„ fließen, die zu einer Zerstörung führen können. Aus diesem Grund wird der Konstantstrom I zu Beginn der Rücklaufzeit abgeschaltet, indem der Impuls ST mit Hilfe eines Flip-Flops 22 und eines Transistors T 12 die Spannung VE am Eingang des Operationsverstärkers zu Null macht, so daß ein Konstantstrom I «=-0 erzeugt wird. Nach dem Überschreiten der Zenerspannung V₇ wird dann am . Widerstand R₁ eine Spannung erzeugt, die durch den Transistor T₁₁ verstärkt eine monostabile Kippstufe 23 zur Erzeugung eines entsprechend kurzen Rücksetzimpulses veranlaßt, der dann das Flip-Flop 22 in die Ausgangslage zurücksetzt, so daß der Transistor T₁-, sperrt und der ursprüngliche Konstantstrom I + durch den Operat.verstärker 15 wieder fließen kann.

Die vorstehend erwähnte Schaltung kann besonders dann und ohne zu großen Aufwand in Oszillographen verwendet werden, wenn diese Oszillographen ohnehin einen Mikroprozessor benutzen, z.B. um die gemessenen Signale zu verarbeiten.

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Soll nun beispielsweise ein Fehler in einem Stahlstück zwischen 2o und 5o ram Tiefe gefunden werden, so gibt man über das Bedienungsfeld 7 diese Werte sowie die entsprechenden Material- und Prüfkopfdaten ein. Der Mikroprozessor berechnet dann sowohl die erforderliche Ilinlaufzoit des Sägezahnimpulses als auch die Haltezeit (Kippverzögerungszeit), d.h. die Zeit, bis zu der der Schalter S„ in Fig. 2 geschlossen bleibt (dieses entspricht der Tiefe O - 2o mm). Die entsprechenden Zeitwerte werden dazu in Form von Taktimpulszahlen N ausgedrückt und weiterverarbeitet, wobei die gewählte Taktfrequenz f abhängig ist von der geforderten Auflösung. Ist beispielsweise eine Auflösung von o,3 mm Stahl erforderlich, so beträgt für Longitudinalwellen die Taktfrequenz

^fo = ^oTT-mm ~ ^{1o MHZ}

Wenn t„„ die Kippverzögerungszeit ist, die sich aus der Prüfkopfvorlaufzeit t_s„ und der Vorlaufzeit im Prüfstück zusammensetzt, ergibt sich für die Taktzahl der Kippverzögerung:

und für die Bildbreite:
^NBB = ² * ^fo C

(S„ = Länge der Vorlaufstrecke; C„ = Schallgeschwindigkeit des Vorlaufstreckenmaterials; S_M - Weg der Verzögerung im Prüfmaterial: S_nD = Tiefenbereich im Prüfmaterial,der

DD

ausgemessen werden soll; C^. = Schall^eschwi niigkeit im Prüf mater la 1 ) .

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Besonders vorteilhaft kann die beschriebene Schaltung auch in Mehrkanal-OszillograDhen verwendet werden, in denen jedem Kanal unter Umständen verschiedene Hinlaufzeiten der entsprechenden Sägezahnimpulse zugeordnet werden müssen. Der Mikroprozessor 14 ermittelt dann automatisch für jeden Kanal die entsprechenden Grob- und Feinwerte und speichert diese Werte ab. Beim Umschalten der X-Platten auf einen anderen Kanal schreibt der Mikroprozessor dann automatisch die entsprechenden Grob- und Feinwerte in die Zwischenspeicher 16 und 17 ein. Eine jeweilige Neujustierung der Hinlaufzeiten ist nicht erforderlich.

Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung in Ultraschallprüfgeräten wird über das Bedienungsfeld sowohl der gewünschte Bildbreitenbereich (z.B. O- 2oo mm Stahl) als auch die Materialart (Stahl) und die prüfkopfspezifischen Daten (4 mm Vorlaufstrecke) eingegeben. Der Mikroprozessor 14 bestimmt dann unter Berücksichtigung der Frequenz des Taktgebers 4 einen entsprechenden Laufzeitwertebereich, d.h. er bestimmt die Zahl der Taktimpulse, die dem vorgegebenen Bildbereich entsprechen und vergleicht zur Grobeinstellung des Kippgenerators diese dam mit den vorher ermittelten und gespeicherten Grobwerten der Hinlaufzeiten.

In Fig. 5 ist ein Blockschaltbild eines tragbaren Ultraschall-Prüfgerätes wiedergegeben, in de-i sich die erfindungsgemäße Schaltungsvorrichtung besonders bewährt hat. Der Sägezahngenerator 1 (Fig. 2) mit samt den Speichern 16, 17, dem Decoder 2o, dem D/A-Wandler 6' sowie dem Schmitt-Trigger 2 und dem Zähler 3 sind zu der Baugruppe Kippgenerator 24 zusammengefaßt. Außer dem Kippgenerator 24 ist auch die Kippverzögerungsstufe 25, die bei gewöhnlichen Oszillographen der Triggerstufe entspricht und die Hardware-Steuereinheit 26 sowie gegebenenfalls weitere Baugruppen 27 (wie Monitor, US-Auswerteeinheit etc.) die in diesem Zusammenhang ohne Interesse sind, mit dem Daten- und dem Steuerbus verbunden.

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Da der Bildstartpunkt (entspricht dem linken Eintrittspunkt des Oszillographenstrahls auf dein Oszillographenbildschirm) üblicherweise bei einem Spannungswert U^^^ liegt, der kleiner als die Fuß^punktspannung (65 V) ist, ergibt sich wie Fig. 6a und 6b zeigen, eine Bildanfangsverschiebung in Abhängigkeit von der Steilheit der Sägezahnimpulse. Es gilt für die Verzögerung des Kippstartpunktes Δ t„_orT, «-a . t_DD, wobei a eine empirisch zu

Hol Bb

bestimmende Konstante bedeutet, die abhängig ist vom gewählten Bildstartpunkt: t_._n entspricht der Zeit, in der man den Leuchtstrahl auf den Bildschirm (von links nach rechts laufend) sehen kann. Der berechnete Wert von H„_v wird daher vorteilhafterweise korrigiert, so daß eilt: M' _r,,_r =

_r„_r

Diese Werte werden der Kippverzögerungsstufe 25 über den Datenbus 18 zugeführt. Anschließend erzeugt der Mikroprozessor 14 den Sendeauslöseimpuls, SAP, der sowohl die Kippverzögerung auslöst als auch den Sender 28 und damit den Prüfkopf 29 erregt. Das aus dem Prüfstück 3o gelangende Echo wird beispielsweise wiederum von dem Prüfkopf 29 empfangen, von dem Empfänger 31 verstärkt und gelangt über einen Y-Verstärker 32 an die Y-Pla'ten der Kathodenstrahlröhre 12 und gegebenenfalls an die weiteren Baugruppen 27 zur weiteren Auswertung. Gleichzeitig gelangt von der Kippverzögerungsstufe 25 ein Triggersignal KS in den Kippgenerator 24 und löst die Erzeugung eines Sägezahnimpulses durch Öffnen des Schalters S_q (Fig.2) mit der berechneten Hinlaufzeit t„ aus.

Die mit 26 bezeichnete zentrale Steuereinheit liefert die verschiedenen Steuersignale für die hardwaremäßige Steuerung der Baueinheiten, wie etwa die Hellsteuersignale für die Kathodenstrahlröhre (Z).

Fig.7 zeigt ein Blockschaltbild einer Kippverzögerungsschaltung, die sich besonders bewährt hat. Der berechnete M¹ „,.-Wert wird in das Register 3 3 geladen und dann in den Bimirzähier 34 übernommen. Gelangt nun ein Sendeauslöseimpuls vom Mikroprozessor 1 an las Flip-Flop 35, so werden die Taktimpuloe des Taktgenerators 4 über das UND-Gatter 23 und den

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Schalter S, den Zähler 34 zugeleitet und der Inhalt dieses Speichers mit der entsprechenden Taktfrequenz f = f (oder f ,. Schalterstellung B) ausgezählt. Nach dem Abzählen des Kippverzögerungswertes H^ entsteht am Zählerausgang Q ein Impuls, der als Triggerimpuls KS dem Sägezahngenerator zugeführt wird.

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Claims

Krautkrämer GmbH 31.ίο.1979

Luxemburger Str. 449 P/bdl

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Patentansprüche

Verfahren zur Erzeugung von Sägezahn-Impulsen, die vorzugsweise als Zeitablenkspannung für Oszillographen verwendet werden und wobei der zeitliche Verlauf der Sägezahn-Impulse durch entsprechende, in dem Sägezahngenerator enthaltene Kondensatoren eingestellt wird, gekennzeichnet durch die Merkmale:

- von den erzeugten Sägezahn-Impulsen (91 wird ein der Hinlaufzeit, t„, dieser Impulse entsprechender digitaler Signalwert (Istwert) erzeugt;

- dieser Istwert wird mit dem ebenfalls digitalisierten vorgegebenen Sollwert der Hinlaufzeit des Sägezahn-Impulses verglichen;

- sofern Soll- und Istwert der Hinlaufzeit voneinander abweichen, wird eim der Differenz dieser Werte proportionale' Spannung erzeugt, die den Sägezahngenerator (1) so lange nachregelt, bis Ist- und Sollwert übereinstimmen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß nach Vorgabe des Sollwertes, vorzugsweise mit Hilfe eines Mikroprozessors (14), der Sägezahngenerator (1) so eingestellt wird, da3 die Hinlaufzeit, t„, der erzeugten Impulse bereits grob mit dem vorgegebenen Sollwert übereinstimmt » und JaS dann die Feineinstellung der Kippzeit mit Hilfe des 8ull-Istwert-Vers;leichs vorgenommen wird.

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ORiQiNAL INSPECTED
3. Vorfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Grobeinstellung des Sägezahngenerators in dem Mikroprozessor (14) eine Tabelle gespeichert wird, die jedem der Kondensatoren (C₁ bis C_Q), die das Zeitverhältnis der erzeugten Impulse bestimmen, einen entsprechenden, für die Hinlaufzeit, t_H, der Sägezahn-Impulse charakteristischen digitalen Zahlenwert zuordnet, und daß dann nach Vorgabe des Sollwertes der Mikroprozessor (14) nach Vergleich mit dem Tabellenwert ein Einschalten derjenigen Kondensatoren (C₁ bis Cq) bewirkt, die zu einer Hinlaufzeit, t„, der erzeugten Sägezahn-Impulse führen, die der vorgegebenen Hinlaufzeit am nächsten kommt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in Mikroprozessor (14) gespeicherte Tabelle von Zeit zu Zeit, vorzugsweise jeweils nach dem Anschalten des Oszillographen, durch den Mikroprozessor (14) selbst überprüft und korrigiert wird, daß hierzu nacheinander die einzelnen Kondensatoren des Sägezahngenerators (1) eingeschaltet werden und die jeweils erzeugten Hinlaufzeiten der Sägezahn-Impulse in entsprechende digitale Signalwerte umgewandelt und im Mikroprozessor (14) gespeichert werden.
5. Schaltungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Merkmale:

- der Sägezahngenerator (1) besteht im wesentlichen aus einer spannungsgesteuerten Konstantstromquelle (15) und Kondensatoren (C₁ bis Cq), die von dieser Stromquelle aufgeladen werden und über elektronische Schalter (S₁ bis Sn) zueinander parallel geschaltet werden können;

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- die Grobwerteinstellung der Hinlaufzeit, t„, erfolgt durch Einstellung einer entsprechenden Kondensatorkombination mit Hilfe der Schalter (S. bis Sg) und die Feineinstellung der Hinlaufzeit, t„, erfolgt durch eine entsprechende Spannungsänderung am Eingang der Konstantstromquelle (15);

- die Digitalisierung der für die Hinlaufzeit, t„, des erzeugten Sägezahn-Impulses charakteristischen Istwertes erfolgt mit Hilfe eines Schmitt-Triggers (2), der entsprechende Torsignale (13) erzeugt und einer nachgeschalteten Zählschaltung (3), in der die Zahl der Impulse eines Taktgenerators (A), die in das Torsignal (13) fallen, gezählt werden;

- das Torsignal (13) bewirkt dt:s Rückkippen des Sägezahn-Impulses, indem die Rückflanke des Torsignals das Schließen eines elektronischen Schalters (Sq) bewirkt, der seinerseits die eingeschaltete Kondensatorkombination aus C₁ bis Cq kurzschließt.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß als Konstantstromquelle (15) ein nicht-invertierender Operationsverstärker verwendet wird;
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gek.ennzeichnet , daß das Öffnen des Schalters S_q durch eine Kippverzögerungsstufe (25) bewirkt wird, und daß diese Stufe im wesentlichen aus einem mit dem Mikroprozessor (14) verbundenen Register (33) und einem diesem Register nachgeschalteten Binärzähler (34) besteht (Fig.7).

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S. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Konstantstromquelle (15) während der Rücklaufzeit abgeschaltet wird;
9. Verwendung der Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis S in tragbaren Universal-Ultraschall-Prüfgeräten zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, wobei der Sollwert der Hinlaufzeit, t„, und der Kippverzögerung

t,,„ durch Laufzeitwerte der fjltraschall-Impulse bestimmt κ. ν

ist, die der Mikroprozessor MM aus den über das Bedienungsfeld (7) eingegebenen Material- und Prüfkopfdaten errechnet, und wobei vorzugsweise bei Bestimmung der Kippverzögerungszeit, t„„ die Abhängigkeit der Verzögerung des Kippstartpunktes δ W^ von der jeweiligen Steilheit der Sägezahnimpulse (Fig.6) berücksichtigt wird.

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