DE7030851U - DEVICE FOR MEASURING DISPLACEMENT OF OBJECTS IN A FLOW MEDIUM. - Google Patents

Description

Patentanwälte Dlpl.-lng. R. BEETZ sen. Patent Attorneys Dlpl.-lng. R. BEETZ sen.

Dlpl-Ing. K. LAMPRECHT 41O-16.O1OG 17.8.1970Dlpl-Ing. K. LAMPRECHT 41O-16.O1OG August 17, 1970

Dr.-Ing. R. B E E T Z Jr.
München 22, Steinsdorfstr. 10 Dr.-Ing. R. BEETZ Jr.
Munich 22, Steinsdorfstr. 10

Commissariat ä l^fEnergie Atomique, Paris (Frankreich)Commissariat ä l ^f Energie Atomique, Paris (France)

Vorrichtung zur Messung von Verschiebungen von Objekten in einem Strömungsmedium.Device for measuring displacements of objects in a flow medium.

Gegenstand der Neuerung ist eine Vorrichtung zur Messung von Verschiebungen von Objekten in einem Strömungsmedium mit Hilfe von Ultraschall. Mit dieser Vorrichtung kann insbesondere die Amplitude von Vibrationen gemessen werden, die von irgendwelchen Objekten ausgeführt werden, worunter sowohl mechanische Teile, als auch Oberflächen von Strömungsmedien zu verstehen sind.The object of the innovation is a device for measuring displacements of objects in a flow medium with the help of ultrasound. With this device, in particular, the amplitude be measured by vibrations caused by any object, including mechanical parts, as well as surfaces of flow media are to be understood.

Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung basiert auf dem allgemein bekannten Prinzip der Ultraschallsondierung: dabei wird an einem bestimmten Punkt eine Erschütterung bzw. ein Signal erzeugt, das sich in dem Milieu ausbreitet, in dem sich die zu untersuchende Oberfläche befindet. An dieser wird das Signal reflektiext und es gelangt nach einer bestimmten Zeit zum Ausgangspunkt zurück. Das Zeitintervall zwischen Aussendung und Empfang des Signals, d.h. die Zeit, die vom Signal für den Hin- und Rückweg zwischen einem auf dem Weg der Welle als Bezugspunkt gewählten Punkt und der reflektierenden Oberfläche gebraucht wird, liefert den Ab-The operation of this device is based on what is well known Principle of ultrasonic sounding: a vibration or a signal is generated at a certain point, which spreads in the milieu in which the surface to be examined is located. The signal is reflected on this and it comes back to the starting point after a certain time. The time interval between sending and receiving the signal, i.e. the time taken by the signal to travel there and back between a point chosen as a reference point on the path of the wave and the reflective surface is needed, delivers the

410-(B33O2.S)NoOt(6)410- (B33O2.S) NoOt (6)

stand zwischen Bezugspunkt und fraglicher Oberfläche, wenn die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Signals in besagten Milieu bekannt ist.stood between the reference point and the surface in question when the speed of propagation of the signal in said milieu is known is.

Die Erschütterung bzw. das Signal ist im vorliegenden Fall ein Ultraschallwellenzug und die Fortpflanzungsgeschwindigkeit ist die Schallgeschwindigkeit. Da letztere von den experimentellen Bedingungen abhängt, werden gemäß der Neuerung gleichzeitig zwei ftessungen durchgeführt, und zwar die eine zur Bestimmung der Laufzeit und die andere für die Bestimmung der Schallgeschwindigkeit. Das Produkt aus diesen beiden Größen ergibt dann den von der Schallwelle durchlaufenen Abstand zwischen dem gewählten Bezugspunkt und der reflektierenden Oberfläche. Wenn der Ultraschallsender Ultraschallwellen mit einer Frequenz aussendet, die deutlich höher ist als diejenige der Vibrationen der reflektierenden Fläche, ist es so möglich, die Verschiebungen dieser Fläche zu verfolgen.In the present case, the vibration or the signal is an ultrasonic wave train and the speed of propagation is the speed of sound. Since the latter depends on the experimental conditions, according to the innovation, simultaneously Two measurements are carried out, one to determine the transit time and the other to determine the speed of sound. The product of these two quantities then gives the distance between the selected one through which the sound wave passes Reference point and the reflective surface. When the ultrasonic transmitter emits ultrasonic waves at a frequency which is significantly higher than that of the vibrations of the reflecting surface, it is thus possible to reduce the displacements to trace this area.

Da die experimentellen Bedingungen weiter das Eintauschen der Ultraschallquelle in das Milieu, in dem sich das zu prüfende Objekt befindet, häufig verbieten, wird gemäß der Neuerung ein Wellenleiter verwendet, der die von einer Schallquelle außerhalb des Milieus erzeugten Wellen in das Milieu hinein in Richtung des Objektes weiterleitet.As the experimental conditions continue to swap the ultrasound source in the environment in which it is to be tested Object is, often forbid, a waveguide is used according to the innovation, which is from a sound source outside of the milieu transmits waves into the milieu in the direction of the object.

Messungen in Kernreaktoren sind oft schwierig durchzuführen, da zum einen innerhalb des Reaktorbehälters eine sehr hohe Radioaktivität herrscht, und zum anderen die Temperatur im Behälter über mehrere 100⁰C hinausgehen kann. Darüber hinaus wirkt das Kühlmittel oft stark korrosiv, wie beispielsweise im Falle von flüssigem Natrium, das in schnellen Reaktoren verwendet wird. Die herkömmlichen Vorrichtungen, bei denen eine in das Strömungsmedium, in dem sich das zu untersuchende Objekt befindet, eintauchende Ultraschallquelle verwendet wird, sind unter derartigenMeasurements in nuclear reactors are often difficult to carry out because, on the one hand, there is a very high level of radioactivity inside the reactor vessel and, on the other hand, the temperature in the vessel can exceed several 100 ^° C. In addition, the coolant is often highly corrosive, as in the case of liquid sodium used in high-speed reactors. The conventional devices using an ultrasonic source immersed in the flow medium in which the object to be examined is located are among such

Bedingungen nicht anwendbar, d.h., wenn nan beispielsweise di« Ortsänderungen von Teilen untersuchen will, die in flüssiges Natrium tauchen und intensiven Neutronenflussen ausgesetzt sind.Conditions not applicable, i.e. if nan for example di « Wants to investigate changes in the location of parts that are immersed in liquid sodium and exposed to intense neutron fluxes.

Bei der neuerungsgemäßen Vorrichtung werden nebeneinander zwei. Sohallsonden verwendet, von denen die eine - als "Eichsonde" bezeichnete - zur Messung der Portpflanzungsgeschwindigkeit des Schalls innerhalb des Untersuchungsmilieus dient und die andere - "Meßsonde" genannte - zur Bestimmung und Verfolgung der Verschiebung der reflektierenden Oberfläche verwendet wird. Beide Sonden zeichnen sich durch einen an den Sende-Enpfangskopf anschließenden Wellenleiter aus.In the device according to the innovation, two next to each other. Sohall probes used, one of which - called "calibration probe" - is used to measure the port propagation speed of the sound within the investigation environment and the other - called "measuring probe" - for determining and tracking the displacement the reflective surface is used. Both probes are characterized by a head that is connected to the send / receive head Waveguide off.

Mehr im einzelnen/Ist die neuerungsgemäße Vorrichtung gekennzeichnet durch zwei nebeneinander angeordnete Schallsonden, die jeweils durch einen piezoelektrischen Sende-Empfangskopf, einen diesem zugeordneten Wellenleiter mit einem Schallwellenwiderstand, der von demjenigen des Ströraungsmediums sehr verschieden ist und eine Meßstrecke gebildet werden, die sich bei Einsatz der Vorrichtung innerhalb des Strömungsmediums befindet und auf der einen Seite durch das dem Sende-Empfangskopf entgegengesetzte Ende des Wellenleiters und auf der anderen bei der einen Sonde durch die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts und bei der anderen Sonde durch einen Reflektor begrenzt wird, wobei zwischen diesen beiden Grenzen zumindest ein Spiegel die vom Wellenleiter herkommenden Sehallwellen genau auf die zu untersuchende Oberfläche bzw. den Reflektor fokussiert; sowie durch eine mechanische Konstruktion für eine starre Festlegung der die Meßstrecken pi' xiden Teile der Sonden, denen ein Sendekreis für elektrische Signale zur Anregung des piezoelektrischen Sende-Kmpfangskopf ·'■ 1 ein Smpfangskreis für die vom piezoelektrischen Sende- ^inpfangsköpf herkommenden elektrischen Signale, die auf rücklaufende Schallwellen zurückzuführen sind, sowie ein ümschaltsystem für den Übergang von Sende- auf Empfangsbedingungen zugeordnet sind.More in detail / The device according to the innovation is marked by two sound probes arranged next to one another, each with a piezoelectric transmitter / receiver head, one this associated waveguide with a sound wave resistance which is very different from that of the flow medium and a measuring section can be formed, which is located within the flow medium when the device is used and on the one side through the end of the waveguide opposite the transmitter / receiver head and on the other at the one probe is limited by the surface of the object to be examined and in the case of the other probe by a reflector, with between At least one mirror of these two boundaries directs the Sehallwaves coming from the waveguide precisely onto the surface to be examined or the reflector focused; as well as a mechanical one Construction for a rigid definition of the measuring sections pi 'xiden parts of the probes, which have a transmission circuit for electrical Signals for the excitation of the piezoelectric transmitter / receiver head · '■ 1 a receiving circuit for the piezoelectric transmitter ^ inpfangsköpf coming from electrical signals that are on returning Sound waves are attributed, as well as a switching system for the transition from transmission to reception conditions are.

Die ne'Lierur-ssgemaSe Vorrichtur^ kann ebenfalls zum Nachweis der .ViveauSnderungen eines ir. eines Behälter enthaltenem Stromungs-■aediucs verwendet werden.The ne'Lierur-ssgemaSe Vorrichtur ^ can also prove the .Level changes in a flow ■ adiucs contained in a container be used.

Die Neuerung wird an Hand der nachfolgenden Beschreibung einer speziellen AusfUhrungsform besser verständlich werden, welche die Messung von Verschiebungen oder die Untersuchung von Vibrationen von in einem Kernreaktorbehälter angeordneten Metallbauteilen ermöglicht. Diese Ausführur.gsf'orm wird selbstverständlich nur als nicht einschränkendes 3e!spiel angegeben. Die Beschreibung bezieht sich auf die angefügten Zeichnungen; es zeigen:The innovation is based on the following description of a special embodiment, which the Measurement of displacements or the investigation of vibrations of metal components arranged in a nuclear reactor vessel allows. This execution form is of course only available as Non-limiting 3e! game specified. The description relates refer to the attached drawings; show it:

Fig. la und Ib scheraatische Darstellungen zur Erläuterung des Meßprlnzips der neuerungsgemäBen DltraschaM-sonde; Fig. La and Ib scheraatic representations for explanation of the measuring principle of the DltraschaM probe according to the innovation;

Fig. 2 die gesamte Meßanordnung; und2 shows the entire measuring arrangement; and

Fig. 3 ein Blockschaltbild für die einer Doppelsonde zugeordnete Elektronik.3 shows a block diagram for that associated with a double probe Electronics.

Fig. la zeigt einen piezoelektrisch«? η Sende-Empfangsisipf 1 mit zugeordnetem Wellenleiter 2, der die vom piezoelektrischen Sende-Empfangskopf nächst der Meßstelle ausgesandten Schallwellenzüge weiterleitet. Der elektrische Kontakt des Sende-Enipfangskopfs 1 wird entweder mit einem Sendekreis 3 oder einem Empfangskreis 4 verbündten. Der Wellenleiter 2 durchquert den Reaktorstopfen 6 und taucht in das Kühlmittel (flüssiges Natrium) 5 ein. Ein Hohlspiegel 7 fokussiert die vom Sende-Empfangskopf 1 ausgesandten und vom Wellenleiter 2 über dessen Ende 8 herkommenden Schallwellen auf die Wand 9, deren Verschiebung oder Vibration gemessen werden soll. Der Wellenleiter 2 hat als Besonderheit einen Schallwellenwiderstand, der von demjeniger des Strömungsmediums 5, in welches das zu untersuchende Objekt 9 taucht, sehr verschieden ist. Beim Übergang einer Schallwelle vom Wellenleiter zum flüssigen Natrium entsteht daher ein Scho. Dieses Echo ermöglicht eine genaueFig. La shows a piezoelectric «? η send / receive isipf 1 with Associated waveguide 2, the from the piezoelectric transmitter / receiver head next to the measuring point transmitted sound wave trains. The electrical contact of the send / receive head 1 is either with a transmit circuit 3 or a receive circuit 4 allies. The waveguide 2 traverses the reactor plug 6 and immersed in the coolant (liquid sodium) 5. A concave mirror 7 focuses the transmitted from the transmitter / receiver head 1 and Sound waves coming from the waveguide 2 via its end 8 onto the wall 9, the displacement or vibration of which are measured target. The waveguide 2 has a special feature of a sound wave resistance, that of that of the flow medium 5, in which the object 9 to be examined is immersed, is very different. When a sound wave passes from the waveguide to liquid sodium therefore a lap is created. This echo enables an accurate

Markierung des Augenblicks, zu dem der Wellenzug aus dem Wellenleiter über das Ende 8 austritt. Darüber hinaus wird eine von der Wand 9 reflektierte und zum Ende 8 nach entsprechender Ablenkung durch den Spiegel 7 zurückkehrende Welle an dem in das JIa tr ium tauchende Ende des Wellenleiters partiell reflektiert. Aufgrund der unterschiedlichen Schallwellenwiderstände von Wellenleiter und Strömungsmedium verhält sich das Ende 8 des Wellenleiters für Schallwellen wie ein halb-reflektierender Spiegel für Lichtstrahlen. Ein Wellenzug erleidet daher eine gewisse Anzahl von Reflektionen, wobei die durch das Ende 8, den Spiegel 7 und die Wand 9 gebildete bzw. begrenzte Meßstrecke 10 in einander entgegengesetzten Richtungen mehrfach durchlaufen wird.Marking of the moment at which the wave train emerges from the waveguide exits via the end 8. In addition, a reflected from the wall 9 and to the end 8 after appropriate deflection through the mirror 7 returning wave at the in the JIa tr ium diving end of the waveguide partially reflected. Due to the different acoustic wave resistance of waveguides and flow medium, the end 8 of the waveguide behaves for sound waves like a semi-reflecting mirror for light rays. A wave train therefore suffers a certain number of reflections, with those caused by the end 8, the mirror 7 and the wall 9 formed or limited measuring section 10 is traversed several times in opposite directions.

Auf diese Weise kann nicht nur das erste Echo, sondern auch das n-te Echo gemessen werden, was die Meßempfiridlichkeit um einen Faktor η verbessert. Der Steigerungsfaktor der Empfindlichkeit beträgt n, wenn die Messung mit dem η-ten Echo durchgeführt wird, das nach n-fachern Hin- und Herweg längs der Meßstrecke 10 gebildet wird. Dem Hohlspiegel 7 kommt eine wichtige Rolle zu: er konzentriert das Schallstrahlenbündel und verbessert die Ausbeute der Mehrfachreflektion beträchtlich.In this way, not only the first echo, but also the n-th echo can be measured, which reduces the measurement sensitivity by one Improved factor η. The increase factor of the sensitivity is n if the measurement is carried out with the η-th echo, which is formed after n-fold to and fro along the measurement section 10 will. The concave mirror 7 plays an important role: it concentrates the sound beam and improves the yield the multiple reflection is considerable.

Fig. Ib zeigt die Schallintensität der zum piezoelektrischeri Sende-Empfangskopf zurückkehrenden Echos in Abhängigkeit von der Zeit. Wenn man als Anfangszeit bzw. Zeitnullpunkt den Augenblick der Aussendung eines Schallwellenzuges betrachtet, so kommt das erste intensivste Echo nach einer Zeit 2 L/V an, wobei L die Länge des Wellenleiters und V die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Schalls im Wellenleiter ist. Damit kann unter Verwendung einer Schaltung mit hoher Miveauschwelle der Beginn der Messung festgelegt werden. Die folgenden Echos, deren In;„r.sität exponentiell abnimmt, v/erden von Wellen verursacht, die die Meßstrecke 10 mehrfach durchlaufen haben. Wenn die Länge dieser y.'33s";recke 1 ist und ν die Schallgeschwindigkeit ir. de- Ströiur. 3, so beträgt das Zeitintervall zwischen dem EmpfangFig. Ib shows the sound intensity of the piezoelectric Transmit / receive head returning echoes depending on the Time. If you consider the moment of the emission of a sound wave train as the start time or zero point in time, then that happens first most intense echo after a time 2 L / V, where L is the length of the waveguide and V is the speed of propagation of the sound is in the waveguide. This enables the start of the measurement using a circuit with a high level threshold be determined. The following echoes, whose in; “r.sity exponentially decreases, v / grounding caused by waves that travel the measuring section Have gone through 10 multiple times. If the length of this y.'33s "; stretch is 1 and ν is the speed of sound ir. De-Ströiur. 3, the time interval between reception is

zweier benachbarter Echos 2 l/v und das n-te Echo tritt dann nach einer Zeit von t = 2 1 η /v auf. Wenn ν begannt ist und t gemessen wird, kann daraus der Wert von 1 abgeleitet werden. Mit Hilfe einer Schaltung mit niedriger Niveauschwelle kann man die Zahl der Echo innerhalb einer bestimmten Zeit zählen.of two neighboring echoes 2 l / v and the n-th echo then occurs after a time of t = 2 1 η / v. When ν is started and t is measured the value of 1 can be derived from this. With the help of a circuit with a low level threshold one can get the number count the echo within a certain time.

Fig. 2 zeigt die gesamte Meßanordnung, die im wesentlichen durch zwei Sonden 11 und 12 gebildet wird, von denen die eine als Eichsonde und die andere als Meßsonde bezeichnet wird. Diese Sonden sind benachbart und parallel zueinander angeordnet. Die Eichsonde 11 dient zur Bestimmung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Schalls in dem Strömungsmedium 5* das bei dem hier beschriebenen Beispiel durch flüssiges JTatrium gebildet wird. Die beiden Sonden 11 und 12 besitzen jeweils einen piezoelektrischen S inde-LiHpfangskopf 1, einen damit fest verbundenen zylindrischen Vollstab 2, der als "wellenleiter dient und einen Hohlspiegel ~(, der in der Achse des Stabes 2 angeordnet und gegenüber dieser Achse um hj geneigt ist und die Schallwellen auf eine Oberfläche fokussiert, welche für die Meßsonde 12 durch das Objekt gebildet wird, dessen Verschiebung untersucht werden soll und für die FIchsonde 11 durch eine reflektierende Oberfläche Yy _% die durch eine Armatur 14 derart fixiert ist, daß der Abstand zwischen dem Ende 8 des Stabes 2 und der Fläche IJ genau bekannt und festgelegt ist.2 shows the entire measuring arrangement, which is essentially formed by two probes 11 and 12, one of which is referred to as a calibration probe and the other as a measuring probe. These probes are arranged adjacent and parallel to one another. The calibration probe 11 is used to determine the speed of propagation of the sound in the flow medium 5 * which, in the example described here, is formed by liquid sodium. The two probes 11 and 12 each have a piezoelectric S inde-LiHpfangskopf 1, a solidly connected cylindrical solid rod 2, which serves as a "waveguide, and a concave mirror ~ ( which is arranged in the axis of the rod 2 and inclined relative to this axis by hj and the sound waves are focused on a surface which is formed for the measuring probe 12 by the object whose displacement is to be investigated and for the FIchsonde 11 by a reflective surface Yy _% which is fixed by a fitting 14 such that the distance between the End 8 of the rod 2 and the area IJ is precisely known and determined.

Beide Sonden werden jeweils vor. einer dichten Hülse 15 umschlossen und so vom Strömungsmediunöisoliert. Eine zylindrische Versteifungshülse l6 umgibt teilweise die Gesamtheit der beiden Sonden und dient diesen unter Mitwirkung zweier durchbohrter Scheiben 17 und 18 als starre Halterung. Die Hülse ΐβ kann selbst wiederum an einem festen Punkt (beispielsweise am Reaktorbehälter) mit einem Ring 19 befestigt und an einem Ende ir. Stopfen 5 des Reaktorfcehälters eingespannt werden. Das Teil 20 ist ein für Ausdehnungen vorgesehener Faltenbalg. Mit eines Thermoelement 21Both probes are in front of each. enclosed in a tight sleeve 15 and thus isolated from the flow medium. A cylindrical stiffening sleeve 16 partially surrounds the entirety of the two probes and serves them as a rigid holder with the assistance of two perforated disks 17 and 18. The sleeve ΐβ itself can in turn be attached to a fixed point (for example on the reactor vessel) with a ring 19 and clamped at one end ir. Stopper 5 of the reactor container. Part 20 is an expansion bellows. With a thermocouple 21

kann die Temperatur des Stromungsmediunis 5 geraessen werden. Wenn sich dieses in Umlauf befindet, muß die Meßstrecke 10 unbedingt gegen Turbulenz geschützt werden, und zwar durch Rohre, die über den Träger 14 von der Versteifungshülse 16 getragen werdc.i.the temperature of the flow medium 5 can be measured. If this is in circulation, the measuring section 10 must absolutely are protected against turbulence by tubes which are carried by the stiffening sleeve 16 via the support 14.

Der Stab 2 besteht aus rostfreiem Stahl und hat eine Länge von 4 m id einen Durchmesser von 10 mm.. Die ^Brennweite™ des Spiegels beträgt 7,5 cm. Der Reflektor 13 ist 7,5 cm vom Spiegel 7 und 6,5 cm vom Ende 3 des Stabes 2 angeordnet. Die Länge der Meßs^r- e 10 der Eichsonde 11 ist auf 0,01 mc: bestimmt. Ar. Stab 2 könne. Schweißverbindungen vorgesehen werden. Besondere Sorgfalt rr.u3 bei der Montage auf die Dichtigkeit der Hülse 15, die Ausrichtung der Achsen des Wellenleiters 2 mit dem Zentrum des Spiegels 7 ure die geometrische Lage des Spiegels 7 verwandt werden. Γη Laufe der Zeit dürfen keinerlei Deformationen erw. Minderungen auftreten. Die Gesamtheit der mechanischen Anordnung der Doppelsonde muß für eine Absolutmessung sehr steif sein und sie wird aus diesem Grunde an einem Teil mit großem Trägheitsmoment befestigt.The rod 2 is made of stainless steel and has a length of 4 m id a diameter of 10 mm. The ^ focal length ™ of the mirror is 7.5 cm. The reflector 13 is 7.5 cm from the mirror 7 and 6.5 cm from the end 3 of the rod 2. The length of the The measurement value 10 of the calibration probe 11 is determined to be 0.01 mc :. Ar. Rod 2 could. Welded connections are provided. Special care rr.u3 during assembly on the tightness of the sleeve 15, the Alignment of the axes of the waveguide 2 with the center of the mirror 7 ure the geometric position of the mirror 7 related will. Γη in the course of time no deformations are allowed. Reductions occur. The entirety of the mechanical arrangement the double probe must be very stiff for an absolute measurement and for this reason, it becomes on a part with a large moment of inertia attached.

Fig. 3 ^eigt ein Blockschaltbild für die einer Scnae zugeordnete Elektronik. Die Eingänge (oder Ausgänge} 22 und 2j? der Eich- bzw. ?^;!eß sonde sind über ein Urnschal tsvster. 2-^- mit einem Sendekreis 25 oder einem Empfangskreis 25 verbunden. Tas Vr.schaitsjstem 2-scrgt für den Übergang vor. Sendecedin.~.inge- auf Errpfangsbedingun- ~er. ^T.md verhindert eine Sättigung des für ias Vr. te rgrur.drausc herden Senders empfinu.iciaen Err:pf är.^ers. Es ermöglicht ebenfalls lie "Jmschaluung von einer auf die andere Sor.de. Der Sendekreis 25 umfaßt einen Sinuswelleng-c-r.er^ior 27, ein Ar.aiog-Tor 2S, /reiches das kontinuierliche Signal in Vellenzüge unterteilt und einen Leistungsverstärker 29, der den piezoelektrischen Kopf 1 ier beiden Sonden mit gewünschter Stärke anregen kann.FIG. 3 shows a block diagram for the electronics assigned to a Scnae. The inputs (or outputs} 22 and 2j? ^{Of the calibration or?;} ! Eß probe are connected to a transmission circuit 25 or a receiving circuit 25 via a switching switch. 2 - ^ -. Tas Vr.schaitsjstem 2-scrgt for the transition before. Sendecedin. ~ .inge- on reception conditions. ^T .md prevents saturation of the transmitter received for ias Vr. te rgrur.drausc. Err: pf är. ^ ers on the other Sor.de. The transmission circuit 25 comprises a Sinuswelleng-cr.er ^ ior 27, an Ar.aiog-Tor 2S, / rich the continuous signal divided into Vellenzzüge and a power amplifier 29, the piezoelectric head 1 ier two probes can stimulate with the desired strength.

Der Ecpfangskreis -umfaßt einen auf die Sc-niefrequer.z aogestimten Emofänsrer jC mit einem Bsn.d-Durchhang, der dc-mjenigen der Schall-The receiving circle includes a group that is tuned to the frequency of the scan Emofänsrer jC with a Bsn.d sag, the dc-m that of the acoustic

sor.de gleicht,der für eine erste YerstärJcrmg der empfangenen Echos sorgt, einen Verstärker Jl, dessen Yer.~täriCTingsfafcfcer zur Kamp-msatIon der InteEsltätsabnahme der nadieirLaHGersor.de is the same as that for an initial strengthening of the received Echos provides, an amplifier Jl, whose Yer. ~ TäriCTingsfafcfcer zur Camp-msatIon of the decrease in integrity of the nadieirLaHGer

während der JTeS-zeit exponentiell zunimmt ϊ*ε*ϊϊ eine mit stanter Schwelle ar'aelter.de Impulsformung 32- Der Ausgang eier Impulsformung 32 Ist .;-It einer numerisch arbeitenden ZeitmefhrarricL ^ιης 33 verbunden. Die Öffnung- eines Tores 3Λ wird dureb öem τοπ Er.de 3 des Stabes 2 aer-komr-enden BnptLLs aais^elöst lind äas Schließen durch einen. Zähler 35* dessen AufnafcmeYeriBOgen äurek eine Zählvor-gace 36 vorher festgelegt xir«ä. Der FT-Engareg des Ttores 3-i ist mit einem nit 10 JIHz arbeitenden, üiirverk 3T verteiEiiderii uT-c sein Ausgang ait einem Zähler 3&, der entweder mit einer Anzeige 39 oder einem Speicher ¹KJ verbunden wird. Diese numerische Zeitjse3vcrrichtung· 33 arbeitet durch Zählung der Impuilse (Zahler 3S), die vom Uhrwerk ~J zwischen dem Empfang des tqdi Eiaäe S des Stabes 2 herkommenden ersten Echos (öffnen des Tores 3^) ^ES-d des vent Reflektor 9 oder l3 aerkonanenden η-ten Echos (Schließen des Tcres 54) geliefert werden. Die tobi Zähler 35 aufgenommene Tüafol Γ. an Impulsen wird durch die Zählvorgabe 36 festgelegt. Dieses Vefeiiren 1st genau und bietet den Torteil einer unmittelbareiE Aufgabe auf ein >!e3anzeigesjrstern (Schaltung 39) oder eine direk- ~e Übertragung der Information auf den Speicher 4o. ^-1 ist eine Schaltung zur Weiterleitung der vom Zähler 39 ausgehenden Information, und -4-2 dient zxr Löschung des Zählers 3®. Die Eingänge ~3 und ^j- ermögliche η eine Synchronisation des Betriebs der Zeit- -ejvcrrichtung 53 mlz dec Ser.der 25 und dem Umschalter 24.during JTeS-time increases exponentially ϊ * ε * ϊϊ a ar'aelter.de with stant threshold pulse shaping 32- The output eggs pulse shaping 32, -. It a numerically working ZeitmefhrarricL ^ ιης 33 is connected. The opening of a gate 3Λ is done by means of a. Counter 35 * the recording of which is a counting sequence 36 previously defined. The FT-Eng are g of gate 3-i is with a 10 JIHz working, üiirverk 3T distribute UT-c its output ait a counter 3 &, which is connected either to a display 39 or a memory ¹ KJ. This numerical Zeitjse3vcrrichtung · 33 operates by counting the Impuilse (payer 3S) supported by the movement ~ J between the reception of tqdi Eiaäe S of the rod 2 herkommenden first echo (open the door 3 ^) ^ ES-d of the vent reflector 9 or l3 aerkonanenden η-th echoes (closing of the gate 54) are delivered. The tobi counter 35 recorded Tüafol Γ. of pulses is determined by the counting specification 36. This registration is precise and offers the goal of an immediate task to a display window (circuit 39) or a direct transfer of the information to the memory 40. ^ -1 is a circuit for forwarding the information going out from the counter 39, and -4-2 is used to clear the counter 3®. The inputs ~ 3 and ^ j- enable a synchronization of the operation of the time control device 53, the ser. Of the 25 and the switch 24.

Die Wahl der Sende frequenz bildet einen KoaipromiB zwischen, der 3u erreichenden Berelchöwelte, d^s sögiieast klein S Lnkel des Vltraschallstrahlenoundels und der gewünschtenThe choice of the transmission frequency forms a KoaipromiB between, the 3u reaching Berelchöwelte, d ^ s sögiieast small S Angle of the ultrasound beam soundle and the desired ones

.-. Für die Torrichtung gemäß FIs- 2, deren Charakteristiken wei-er oben angegeben wurden, ist die Wahl einer Sende frequenz rwiscnen 2 und 3 MKz vorteilhaft. Die Breite des Wellenzuges wird fur die Erzielung einer maximalen Amplitude der ~ch~s fest^elect: sie wurde ejcperlmentell (iEmer n<ich für die Verrichtung geasäi Fiς. 2^X auf 20 bis 3C fis festgelegt. Die.-. For the gate direction according to FIs- 2, the characteristics of which were also given above, the choice of a transmission frequency rwiscnen 2 and 3 MKz is advantageous. The width of the wave train is for the achievement of a maximum amplitude of the ~ ch ~ s ^ elect fixed: it was ejcperlmentell (iemer n <I set for the performance geasäi Fiς 2 ^X at 20 to 3C fis the..

70308S12H 7170308S12H 71

Sendeleistung wird durch die Wahl der Frequenz und des Durchmessers des Stabes 2 bestimmt.Transmission power is determined by the choice of frequency and diameter of the rod 2 is determined.

Es wurden Messunger, mit dem zehnten Echo mit Wellenzugbreiten von 27 /US durchgerührt. Das Strömungsmedium 5 war flüssiges Natrium von etwa 56o°r,. Eine Verschiebung des zu prüfenden Objekts 9 um 1 mm führte zu einer Zeitverschiebung um 9 ,us beim zehnten Echo. Der maximale Fehler bei der Zeitmessung ist nicht höher als i 1 /us, d.h., daß die Meßgenauigkeit hinsichtlich der Entfernung in der Gegend von - 0,1 mm liegt. Die maximale Amplitude der Verschiebungen, die unter guten Bedingungen nachgewiesen werden kann, beträgt - 20 mm. Die obere Grenze für den Banddurchgang der zu überwachenden Viorationen liegt bei 20 Hz (da man bezüglich der Frequenzhöhen durch die Rücklauffrequenz der ausgesandten Wellenzüge beschränkt ist).Measurements were carried out with the tenth echo with wave widths of 27 / US. The flow medium 5 was liquid sodium of about 56o ° r. A shift of the object to be tested 9 by 1 mm led to a time shift of 9. µs for the tenth echo. The maximum error in the time measurement is not higher than 1 i / us, which means that the measuring accuracy in terms of distance in the region of - 0.1 mm lies. The maximum amplitude of the displacements that can be detected under good conditions is - 20 mm. The upper limit for the band passage of the viorations to be monitored is 20 Hz (since the frequency levels are limited by the return frequency of the transmitted wave trains).

Es ist klar, dafl sich die Neuerung nicht auf die allein beschriebene Ausführungsform beschränkt, die als Beispiel angegeben wurde, sondern daß sich der Rahmen der Neuerung auch auf alle Varianten in der Gesamtheit oder von Teilen der beschriebenen Anordnungen erstreckt, die im Rahmen der Equivalenz bleiben, sowie auf alle Anwendungen dieser Anordnungen.It is clear that the novelty is not limited to the one described alone Embodiment limited, which was given as an example, but that the scope of the innovation extends to all Variants in all or in part of the arrangements described, which remain within the scope of equivalence, as well as to all applications of these arrangements.

Insbesondere ist die an Hand von Fig. 2 beschriebene Anordnung speziell für die Untersuchung von Verschiebungen von Teilen, die in einem Kernreaktor tauchen, entwickelt worden. Es ist jedoch klar, daß sich ihre Anwendungsmöglichkeiten nicht auf diesen einzigen Bereich beschränken, da die Natur des Stromungsmeuiums 5* in welches das zu untersuchende Objekt taucht, für das Arbeitsprinzip der Vorrichtung keine Rolle spielt. Weiter war der als Wellenleiter dienende Stab 2 bei der beschriebenen Vorrichtung gradlinig, ei/könnte jedoch auch gekrümmt sein. Aus praktischen Gründen kann es vorteilhaft sein, mehrere Spiegel in Aufeinanderfolge zu verwenden.In particular, the arrangement described with reference to FIG. 2 is especially for the investigation of displacements of parts that diving in a nuclear reactor. It is clear, however, that their uses do not apply to these limit to a single area, as the nature of the stream muium 5 * in which the object to be examined is immersed does not play a role in the working principle of the device. Next was the than The waveguide serving rod 2 in the device described is straight, but could also be curved. For practical For reasons, it can be advantageous to use several mirrors in succession.

Der Generator 27 liefert sinusförmige Wellen, eine Aussendung von Impulsen ist jedoch ebenfalls mit der Neuerung vereinbar.The generator 27 supplies sinusoidal waves, but the emission of pulses is also compatible with the innovation.

Claims (2)

Pnnwälte ., ,, ,, ,,Pnnwälte., ,, ,, ,, CHpL-lng. R. BEETZ sen. ]:'.'.: ' ', CHpL-lng. R. BEETZ sen. ]: '.' .: '', DipMng. K- LAMPRECHT !:;·,' _;'DipMng. K- LAMPRECHT!:; ·, '_;' Drying. R-BEETZJr. it MOechen 22, Steimdorfrtr. 10 Drying. R-BEETZ Jr. it MOechen 22, Steimdorfrtr. 10 410-16.01OG-NoCV (4) 9-2.1971410-16.01OG-NoCV (4) 9-2.1971 Neue SchutzansprücheNew protection claims 1 Vorrichtung zur Messung von Verschiebungen von Objekten in extern Strömungsmedium rnit Hilfe von Ultraschall, gekennzeichnet dorch zwei nebeneinander angeordnete Schail-SGn-(11 und 12), die jeweils durch einen piezoelektrischen Sende-Erapfangskopf (l), einen daran anschließenden Wellenleiter (2) mit einen Schaliwellenwiderstand, der von denjenigen des Ströciungsmediuiris sehr verschieden ist und eine !ießstreeke (iO) gebildet werden, die sich bei Einsatz der Vorrichtung innerhalb des StröntungSEiediuras befindet und auf der einen Seite durch das den: Sende-Empfangskopf entgegengesetzte Ende (S) des Wellenleiters und auf der anderen bei der einen Sende (12) durch die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts (9) ur.d bei der anderen Sonde (ll) durch einen Reflektor (IJ) begrenzt v.ird.. wobei ζ·-:isehen diesen beiden Grenzer, zumindest ein Spiegel (7) die 'QT ^τλ~°*> ^ e^le^ te^* ^e^r*"^"O'^r^rTer"de^r* Schal'v.*el^T e^~ -^e*~au au*"* d^ ^ "^u untersuchende Oberfläche bzv. der. Reflektor fokussiert; sowie durch eine mechanische Konstruktion. für eine starre Festlegung der die y.e^screcken bildenden Teile der ar. einer. Sendekreis1 Device for measuring displacements of objects in an external flow medium with the help of ultrasound, characterized by two Schail-SGn- (11 and 12) arranged next to each other, each of which is provided with a piezoelectric transmitter / capture head (1), an adjoining waveguide (2) with a sound wave resistance which is very different from that of the flow medium and a flow line (iO) is formed which, when the device is used, is located within the flow direction and on one side through the end (S) of the Waveguide and on the other at the one end (12) through the surface of the object to be examined (9) and at the other probe (ll) through a reflector (IJ) these two border guards, at least one mirror (7) the 'QT ^τ λ ~ ° *> ^ e ^ le ^ te ^ * ^ e ^r * "^"O' ^ r ^rT er "de ^r * Schal'v. * el ^T e ^ ~ - ^ e * ~ au au * "* d ^ ^" ^ u surface to be examined or the. Refl ector focused; as well as a mechanical construction. for a rigid fixation of the parts of the ar. one. Broadcasting area * für elektrische Signale zur -.nregur. ; des ciezcelektrisc'r.en* for electrical signals to -.nregur. ; des ciezcelektrisc'r.en Sende-ir.pfarigskcpfs ",na einer. Empfar.zskreis für die on dieser. herko~i_~encen auf rücklauf ende Schallpeiler, zurückzu; ührer.der.Sende-ir.pfarigskcpfs ", after a. Circle of recipients for the on this. ■ l elektrischen Signale mit zugeordneter. Urrschaltsyste- für der. ■ l electrical signals with associated. Urrschaltsyste- for the. Übergang von 3enae- auf Sncfargsbeding^angen anzuschließenden Sonden.Transition from 3enae to Sncfargsbeding ^ an probes to be connected. 2. Vorrichtung nach -.r.spruch 1, gekennzeichnet durch ein Hehr, -.reiches das die !-!eis trecke durchlaufende Sc r.ailvrelier.b und ei2. Device according to -.r.spruch 1, characterized by a Hehr, -.Rich enough that the! -! ice track passing through Sc r.ailvrelier.b and ei 3- Vorrichtung nach .Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der in das StrÖEPirgssnedi-is tauchende Teil des ¥ellejileiters (2) ir^:er;.alb eir.er gegenüber den StrisrüngSEec-um dichten Hülse (15) ar.3ecrdi:et ist.3- Device according to .Anspruch I, characterized in that the part of the ¥ ellejileiters (2) which plunges into the StrÖEPirgssnedi-is ir ^: er; .alb eir.er opposite the StrisrüngSEec-um sealed sleeve (15) ar.3ecrdi: et is. ^. Verrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß usv wellenleiter (2) durch einen Vollstab gebildet wird. ^. Device according to Claim I, characterized in that the usv waveguide (2) is formed by a solid rod. 5- Vorricr.tuiig nach- -jnspruch ^, dadurch gekennzeichnet, daß der Vollstab aus restfreien Stahl besteht. 5- Vorricr.tuiig nach- -jnspruch ^, characterized in that the solid rod consists of residual steel .