ES2339563T3 - Receptor ultrasonico con digitalizacion precoz de señales y su uso. - Google Patents

Abstract

Receptor ultrasónico con un convertidor ultrasónico (1, 2) para la generación de una señal analógica, con un convertidor análogo/digital (9, 10) para la generación de una señal digital y con un demodulador (12) para la generación de una señal digital demodulada, caracterizado porque la señal digital demodulada está constituida por una serie de valores, en la que el valor siguiente respectivo en la serie reproduce el valor de la exploración siguiente y la serie presenta m palabras, en la que m es el número de las exploraciones en la ventana observada para la generación de la señal digital demodulada, así como está previsto un filtro de valores medios (14), que recibe la serie de los valores explorados en una matriz y para la serie de los valores de exploración de la señal siguiente se describe otra matriz, en la que por medio del instante inicial comparable de las ventanas observadas para la generación de la señal y la misma exploración en los mismos lugares de la matriz respectiva, se registran los valores explorados en el mismo instante de exploración, respectivamente, en comparación con el instante inicial, de manera que se describen n matrices, en las que n es número de las señales, que evalúa el filtro de valores medios, para generar una matriz de resultados, en la que el filtro de valores medios (14) lee para la filtración de un punto de exploración los n valores asociados a este punto de exploración en las matrices, clasifica los valores leídos según su tamaño y emite el valor en la medio (valor medio), siendo escrito el valor medio en una matriz de resultados.

Description

Receptor ultrasónico con digitalización precoz de señales y su uso.

La invención se refiere a un receptor ultrasónico y a la utilización de un receptor ultrasónico, a receptores ultrasónicos y a su utilización.

Los receptores ultrasónicos se pueden emplear, por ejemplo, en el ensayo no destructivo de materiales, especialmente de tubos, cables y bandas. A tal fin, se genera una onda ultrasónica en el cuerpo de ensayo, por ejemplo por medio de un cabezal piezoeléctrico de ensayo o -sin contacto- por medio de un EMAT. La señal ultrasónica emitida es recibida por el receptor ultrasónico y es convertida en una señal. A partir de la curva de la señal se obtiene una información sobre defectos del material en el cuerpo de ensayo. No obstante, en el caso de empleo de EMAT se plantea el problema de que las amplitudes ultrasónicas generables son muy pequeñas, puesto que un EMAT presenta aproximadamente un 10% de la efectividad de un convertidor piezoeléctrico. Como ayuda se emplean con frecuencia emisores potentes caros.

Especialmente en el campo técnico del ensayo no destructivo de materiales se emplean receptores ultrasónicos en entornos muy afectados por señales de interferencia. En el ensayo del material de bandas en un tren de laminación se generan señales de interferencia fuertes a través de los accionamientos de los bastidores de laminación. Estas señales de interferencia perturban también la preparación de la señal ultrasónica convertida en una señal. Tales interferencias reducen la fuerza expresiva de la señal de medición. En parte, no es posible un análisis adecuado de la señal.

En el pasado se ha intentado blindar la instalación eléctrica analógica, que sigue al convertidor ultrasónico, frente a las interferencias. Tales blindajes son, sin embargo, costosos. Además, en una pluralidad de campos de aplicación, el espacio de construcción es limitado en la proximidad inmediata del convertidor ultrasónico del receptor ultrasónico. Por lo tanto, el convertidor ultrasónico está realizado separado, en general, de la instalación eléctrica analógica de análisis conectada a continuación. Debido a estas particularidades espaciales invariables, en el pasado era necesario conectar el convertidor ultrasónico a través de cable de hasta 30 metros de largo con la electrónica de evaluación. Estas líneas de conexión, pero también la propia electrónica de evaluación, están expuestas a las señales de interferencia fuertes del entorno de trabajo, de manera que en el pasado no se podían generar señales con relación de señal/ruido grande y distancia de señal/interferencia grande con un receptor de ultrasonido.

Además, se conoce en el campo técnico de la trituración de carbón a partir del documento US 5.987.966 un dispositivo para la determinación continua de la cantidad de carbón en el molino. Una onda ultrasónica es emitida a través del molino desde un emisor de ondas ultrasónicas hacia un receptor de ondas ultrasónicas. El receptor de ondas ultrasónicas presenta un circuito, que puede calcular la cantidad de carbón a través de una comparación de la señal recibida con valores de calibración. La señal recibida por el receptor es amplificada por medio de un amplificador correspondiente y luego es convertida en una señal digital a través de un convertidor analógico/digital. A través de una comparación de las amplitudes de la señal ahora digitalizada con una señal de referencia se puede determinar la cantidad de carbón en un molino.

Se conoce a partir del documento EP 1 416 443 un dispositivo de procesamiento de imágenes y un dispositivo de diagnosis ultrasónica, en el que se realiza un filtrado a través de un filtro de valores medios. Se conoce a partir del documento US 2002/0060751 un dispositivo para la recepción y/o procesamiento posterior de señales digitales y/o analógicas de radiofrecuencia para filtrar ruidos a través de un filtro de valores medios a partir de una señal.

Ante estos antecedentes, la invención tiene el problema de proponer un receptor ultrasónico con relación de señal/ruido grande y distancia de señal/interferencia grande.

Este problema se soluciona a través del objeto de la reivindicación 1. Las configuraciones ventajosas se indican en las reivindicaciones dependientes.

La invención parte de la idea básica de digitalizar precozmente la señal analógica generada por el convertidor ultrasónico. Esto se lleva a cabo de acuerdo con la invención ya entre el convertidor ultrasónico y el demodulador.

A través de la digitalización precoz de la señal analógica generada por el convertidor ultrasónico se procesa, en el procesamiento siguiente de la señal del receptor ultrasónico, una señal digital que es insensible frente a señales de interferencia. La digitalización precoz permite, además, elevar la dinámica de la señal útil. Mientras que con los sistemas convencionales era habitual una dinámica de la señal de aproximadamente 65 dB, el sistema de acuerdo con la invención posibilita una dinámica de la señal de 120 dB (dinámica de la señal 1.000.000/1). Esta dinámica de la señal se puede elevar incluso todavía en el futuro con el progreso de la frecuencia de sincronización y la resolución de las componentes digitales de la electrónica de evaluación. Ya esta zona dinámica hecha posible a través de la invención permite simplificar el sistema hasta el punto de que no se puede emplear un pre-amplificador controlable, sino solamente un pre-amplificador constante, puesto que las señales analógicas generadas por el convertidor ultrasónico solamente deben adaptarse de manera aproximada a la zona dinámica de los convertidores analógicos/digitales. A través de una pre-amplificación se puede adaptar la tensión de la señal analógica a la zona de la tensión de entrada de convertidor analógico/digital. Todo el procesamiento posterior de la señal se realiza digitalmente. A través del empleo de un pre-amplificador constante se simplifican o bien se ahorran de nuevo componentes propensas a interferencias, especialmente analógicas, de manera que también delante del convertidor analógico/digital se consiguen reducciones de las interferencias de las señales.

La estructura predominantemente digital del procesamiento de la señal permite alimentar la unidad de procesamiento de las señales con una única fuente de alimentación. Puesto que solamente debe utilizarse una fuente de alimentación, ésta se puede blindar con mayor gasto, sin provocar costes demasiado altos. En las unidades convencionales de procesamiento de señales analógicas, los diferentes componentes eran alimentados con diferentes fuentes de alimentación. Esto elevaba, por una parte, los lugares en los que se introducían interferencias en el sistema. Por otra parte, a través del blindaje de la pluralidad de fuentes de alimentación se ocasionaban costes altos, que conducían con frecuencia a que las fuentes de alimentación solamente se blindasen en una medida insuficiente.

De acuerdo con la invención, como convertidor ultrasónico se emplea especialmente un EMAT. Pero también se pueden emplear convertidores piezoeléctricos o similares.

En particular, se emplea con preferencia un convertidor analógico/digital, que presenta una resolución de al menos 14 bits y una frecuencia de sincronización de al menos 50 MHz, con preferencia al menos 80 MHz. En la selección de la resolución y de la frecuencia de sincronización del convertidor analógico/digital es válido seleccionar el mejor compromiso entre el precio del aparato (presumiblemente aumenta con la resolución) y la resolución. Mientras que a través de la elevación de la resolución en un bit, se duplica la resolución, a través de una duplicación de la frecuencia de sincronización solamente se consigue una mejora de \sqrt2. A través de la elevación de la resolución es posible generar señales más precisas también a frecuencia de sincronización más baja que, por ejemplo, con un convertidor analógico/digital, que presenta una resolución de 8 bits y una frecuencia de sincronización de 500 MHz, aunque tales convertidores analógicos/digitales se pueden emplear, en general, en el receptor ultrasónico de acuerdo con la invención.

De manera especialmente preferida, el demodulador digital realiza una transformación de Hilbert. Una demodulación de este tipo se describe, entre otros, en A. V. Oppenheim y R. W. Schaler, Discret time signal processing, Prantics Hall, New Jersey, 2ª edición, 1999. Las transformaciones de Hilbert se designan, en parte, también como demoduladores de cuadratura.

Una transformación de Hilbert o una transformación muy similar a la transformación de Hilbert se consigue cuando el demodulador presenta un llamado "oscilador de cuadratura controlado numéricamente" (NCO), una mezcladora I/Q, un llamado filtro de "peine integrador en cascada" (filtro CIC), un filtro FIR (filtro de respuesta de impulso finito) y un convertidor "cartesiano a polar". El diseño de filtros FIR se describe, por ejemplo, en Tietze, Schenk, Halbleiter Schaltungstechnik, Springer, Heidelberg, 2002, 12ª edición, página 1031 y siguientes. Las mezcladoras I/Q, como se emplean con preferencia como parte del demodulador, se describen en Tietze, Schenk, por ejemplo en la página 1308 y siguientes.

El receptor ultrasónico presenta un filtro de valores medios. El filtro de valores medios está diseñado de tal forma que genera una señal de salida, que ha sido calculada a través de la filtración de valores medios de una secuencia de señales digitales.

En el ensayo no destructivo de materiales, desde el emisor ultrasónico se emite una secuencia escalonada en el tiempo de señales. Por ejemplo, se emiten de 100 a 150 señales por segundo. El convertidor ultrasónico recibe en una ventana de tiempo las ondas ultrasónicas que le pasan y las convierte en una señal eléctrica. En este caso, se selecciona como ventana con frecuencia la zona de paso de la onda ultrasónica, que se propaga directamente desde el emisor hacia el receptor a través del cuerpo de ensayo, hasta un instante de atenuación establecido. La señal eléctrica generada por el convertidor ultrasónico reproduce de esta manera el paso de la onda ultrasónica que se propaga directamente desde el emisor hacia el receptor a través del cuerpo de ensayo y el paso -posterior- de posibles reflexiones de partes, que se propagan en otras direcciones, de la onda ultrasónica emitida. Con relación a la filtración de valores medios se considera como señal siguiente de la secuencia a filtrar de señales la parte de la señal eléctrica generada por el convertidor ultrasónico, cuya ventana comienza, por ejemplo, con el paso de la onda ultrasónica siguiente que se propaga directamente desde el emisor hacia el receptor a través del cuerpo de ensayo. Las ventanas se establecen de tal manera que presentan un instante inicial comparable, por ejemplo la emisión de la señal ultrasónica
respectiva.

En el ensayo de bandas metálicas, en las que se ensaya una zona de 2 metros de anchura, una ventana puede tener 400 \mus y la señal siguiente se puede emitir después de 6 ms aproximadamente. La señal generada durante la observación de los 400 \mus se convierte durante el procesamiento de las señales, por ejemplo, en una serie de 32.000 puntos de exploración.

Después de la demodulación, cada señal está constituida por una serie de valores, en la que el valor respectivo siguiente en la serie reproduce el valor de la exploración siguiente. La serie presenta m valores, donde m es el número de las exploraciones en la ventana observada para la generación de la señal.

El filtro de valores medios recibe en el receptor ultrasónico de acuerdo con la invención la serie de los valores explorados de una señal digitalizada en una matriz. Para la serie de los valores explorados de la señal siguiente se describe otra matriz. A través del instante inicial comparable de las ventanas observadas para la generación de señales y la misma exploración, en los mismos lugares de la matriz respectiva están depositados los valores explorados en el mismo instante de exploración, respectivamente, en comparación con el instante inicial.

En el filtro se describen n matrices, donde n es el número de las señales, que el filtro de valores medios evalúa, para generar la matriz de resultados (con preferencia, n es un número impar, especialmente 3, 5 7). Para la filtración de un instante de exploración, el filtro de valores medios lee los n valores asociados a este instante de exploración en las n matrices, clasifica los valores leídos según su magnitud y emite el valor medio (valor mediano). En caso de n = 3, es el valor en segunda posición, en caso de n = 5 es el valor en la tercera posición, etc.

El valor medio se escribe en una matriz de resultados, que se puede convertir en una señal de emisión o se puede utilizar como señal de salida.

El filtro de valores medios permite eliminar por filtración interferencias estocásticas, que aparecen de forma asíncrona con la frecuencia de repetición de la señal.

El receptor ultrasónico puede presentar una derivación conmutable para el filtro de valores medios, de manera que las señales se pueden pasar por delante del filtro de valores medios. Esto permite, por ejemplo, un análisis del modo de actuación y de la efectividad del filtro de valores medios.

De manera especialmente preferida, el receptor ultrasónico presenta una conexión con una red de ordenador, especialmente Internet. De manera especialmente preferida, la conexión es una conexión de Ethernet, con preferencia con protocolo TCP/IP. La transmisión de datos dentro de la red de ordenadores se puede realizar óptimamente, con lo que el sistema ultrasónico está separado galvánicamente del sistema de ordenador y se reduce adicionalmente la interferencia de las señales.

De manera especialmente preferida, el receptor ultrasónico está configurado de tal forma que solamente emite señales para señales ultrasónicas, que pasan el convertidor ultrasónico en la misma dirección. A través de esta unidireccionalidad se puede impedir que un receptor ultrasónico, por ejemplo de ecos de pared trasera, que son recibidos desde la dirección trasera o similares, reciba señales erróneas. En particular, el receptor ultrasónico puede estar configurado a tal fin con un primer convertidor ultrasónico para la generación de una primera señal analógica, con un primer convertidor analógico/digital para la generación de una primera señal digital, con un segundo convertidor ultrasónico para la generación de una segunda señal analógica, con un segundo convertidor analógico/digital para la generación de una segunda señal digital, y con un demodulador para la generación de una señal digital remodulada. Los convertidores ultrasónicos pueden estar dispuestos desplazados en el espacio entre sí, especialmente en \lambda/4 de la señal ultrasónica a recibir. Con las formas de realización mencionadas anteriormente se puede ajustar en una primera señal y en una segunda señal una llamada relación delante - detrás de al menos 25 dB y, en parte, mayor que 40 dB.

En las formas de realización mencionadas anteriormente, se consigue la unidireccionalidad especialmente a través de un multiplicador para la primera señal digital, un elemento de retardo para la segunda señal digital y un sumador para la adición de la señal de salida digital del multiplicador y de la señal de salida digital del elemento de retardo. El elemento de retardo puede acortar la segunda señal digital en el tiempo de propagación que corresponde, a la frecuencia de la señal ultrasónica recibida, a la distancia del segundo convertidor ultrasónico desde el primer convertidor ultrasónico. De acuerdo con la dirección de propagación de la señal, se suman de esta manera de forma constructiva las señales recibidas desplazadas o - en el caso de dirección de propagación opuesta- se suman de forma destructiva, de manera que al menos casi se anulan las señales en una dirección de propagación.

De manera especialmente preferida, están previstos un multiplicador con factor de multiplicación ajustable y/o un elemento de retardo con retardo ajustable. Un elemento de análisis para la observación de la primera y de la segunda señal digital puede calcular el factor de multiplicación y/o el retardo a calcular. A través de la regulación del factor de multiplicación o del elemento de retardo se pueden compensar irregularidades condicionadas por la fabricación en la estructura del convertidor ultrasónico, por ejemplo en la distancia de los dos convertidores ultrasónicos con respecto a la superficie del material a ensayar o en la sensibilidad de recepción del convertidor ultrasónico respectivo. En particular, el elemento de análisis puede calcular el retardo a ajustar con la ayuda de la posición relativa del punto de anulación de la primera y de la segunda señal digital. En general, el retardo en el caso de un desplazamiento de los emisores ultrasónicos de \lambda/4 es ¼.

En particular, el receptor ultrasónico de acuerdo con la invención se emplea con preferencia en el ensayo no destructivo de materiales y de manera especialmente preferida en el ensayo no destructivo de materiales (bandas, tubos, cables) durante su fabricación o bien durante el procesamiento posterior de formación. Especialmente en este campo técnico se pueden emplear máquinas de mecanización, que difunden señales de interferencia fuertes, de manera que en los receptores ultrasónicos convencionales no se podía establecer ninguna relación de señal - ruido grande y ninguna distancia de señal - ruido óptima.

A continuación se explica en detalle la invención con la ayuda de un dibujo que solamente representa un ejemplo de realización. En este caso:

La figura 1 muestra un diagrama de bloques de un receptor ultrasónico de acuerdo con la invención, y

La figura 2 muestra un diagrama de flujo del modo de trabajo del filtro de valores medios del receptor ultrasónico de acuerdo con la invención.

El receptor ultrasónico representado en la figura 1 presenta dos convertidores ultrasónicos 1, 2, una unidad de procesamiento de señales 3 conectada en los receptores ultrasónicos 1, 2 y como salidas de la unidad de procesamiento de señales 3 una conexión de Ethernet 4 y una pantalla 5 en forma de un osciloscopio.

Los convertidores ultrasónicos están configurados con preferencia como EMAT. La bobina del EMAT del receptor ultrasónico 1 está desplazada con relación a la bobina del EMAT del receptor ultrasónico 2 en la distancia de una longitud de cuarto de onda (\lambda/4). La señal primera analógica HF0º generada por el receptor ultrasónico 1 adelante a la segunda señal analógica HF90º generada por el segundo convertidor ultrasónico 2 con un desfase de \lambda/4.

La unidad de procesamiento de señales 3 presenta una parte analógica 6 y una parte digital 7. Aunque los elementos individuales de la unidad de procesamiento de señales 3 se muestran en la representación de la figura 1 adyacentes entre sí, estos elementos individuales (también dentro de una parte) pueden estar dispuestos, en efecto, claramente separados unos de los otros, cuando esto lo requieren las condiciones de espacio.

La parte analógica 6 de la unidad de procesamiento de señales 3 presenta un pre-amplificador 8. El pre-amplificador está configurado, por decirlo así, como pre-amplificador de "canal dual" y presenta una amplificación de 5 a 70 dB. Como primer pre-amplificador, el pre-amplificador 8 pre-amplifica la primera señal analógica HF0º en una primera señal analógica amplificada. Al mismo tiempo, el pre-amplificador amplifica como segundo pre-amplificador la segunda señal analógica HF90º en una segunda señal analógica amplificada. La primera y la segunda señal analógica amplificadas son alimentadas, respectivamente, a un convertidor analógico/digital 9, 10 y allí son convertidas en una primera señal digital y en una segunda señal digital, respectivamente. Los convertidores analógicos/digitales 9 y 10 presentan una frecuencia de sincronización de 80 MHz y una resolución de 14 bits. La primera y la segunda señal digital son, por lo tanto, señales de 14 bits.

La primera y la segunda señal digital son alimentadas a un componente para la evaluación de la dirección 11. Este componente para la evaluación de la dirección 11 genera una señal digital que solamente adopta valores diferentes de cero cuando la onda ultrasónica pasa por losa convertidores ultrasónicos 1, 2 en una dirección predeterminada. Para una onda ultrasónica, que pasa los convertidores ultrasónicos 1, 2 en la dirección opuesta, esta señal digital adopta después del componente para la evaluación de la dirección 11 un valor de cero. La señal digital generada es una señal de 16 bits.

La señal digital generada de esta manera es alimentada a un convertidor descendente 12 y allí es demodulada desde una señal con 16 bits y 80 MHz en una señal de 24 bits y 1 MHz. En este caso, a partir de la señal de 16 bits se elimina por filtración la frecuencia portadora y solamente se filtra la señal útil que contiene informaciones. En el convertidor descendente 12 está conectado un convertidor 13, para convertir datos lineales en datos logarítmicos, por ejemplo por medio de Tablas. La señal de 8 bits que resulta de esta manera es alimentada a un filtro de valores medios 14 y a un conmutador 15. La señal de salida del filtro de valores medios 14 es alimentada igualmente al conmutador 15. La señal de salida del conmutador 16 es alimentada a un convertidor 18, que convierte datos logarítmicos en datos lineales. Las señales de salida del conmutador 15 y del convertidor 16 son alimentadas a otro conmutador 17. La señal de salida del conmutador 17 es alimentada a un convertidos digital/analógico 18, cuya señal de salida analógica puede ser emitida en la pantalla 5. La señal de salida del conmutador 17 es alimentada, además, a un módulo de procesamiento de datos 19. El módulo de procesamiento de datos 19 puede realizar un primer análisis de los datos. Además, el módulo de procesamiento de datos 19 puede realizar una compresión de los datos. La señal de salida del módulo de procesamiento de datos 19 es alimentada a la conexión de Ethernet TCP/IP 4.

El componente para la evaluación de la dirección 11 presenta un multiplicador 20, que multiplica la primera señal digital por un factor ajustable. Además, el componente para la evaluación de la dirección 11 presenta un elemento de retardo 21, que retarda la segunda señal digital en un retardo ajustable. Un sumador 22 previsto igualmente en el componente para la evaluación de la dirección 11 suma la señal de salida del multiplicador 20 y la señal de salida del elemento de retardo 21.

El "convertidor descendente" 12 lleva a cabo (al menos aproximadamente) una transformación de Hilbert. A tal fin, el "convertidor descendente" 12 presenta un componente 23 con una mezcladora I/Q y un componente 24 conectado a continuación con un convertidor "cartesiano a polar". Como parte del componente 23 con una mezcladora I/Q está previsto, además, un NCO y un filtro CIC. En el componente 24 con un convertidor "cartesiano a polar" está previsto, además, un filtro FIR.

Para controlar los componentes individuales de la unidad de procesamiento de señales 3, la unidad de procesamiento de señales 3 presenta, además, una unidad de regulación 25 y una unidad de control 26. Además, está prevista una unidad de control de emisores 27. La unidad de regulación 25 analiza la primera y la segunda señal digital, recibe un disparo de la unidad de control de emisores 27 y evalúa instrucciones de la unidad de control 26 con relación al factor de multiplicación para el multiplicador 20, el retardo para el elemento de retardo 21 y una instrucción de conmutación entre control manual y automático. Además, la unidad de regulación analiza la señal de salida del componente para la evaluación de la dirección 11. La unidad de regulación 25 regula el factor de multiplicación del multiplicador 20 y el retardo del elemento de retardo 21.

La unidad de control 26 transmite a la unidad de regulación de emisores 27 informaciones sobre la frecuencia de emisión a emitir por el emisor, sobre la tasa de repetición para la señal a emitir, para generar de esta manera una secuencia de señales a emitir. Además, la unidad de control 26 transmite una señal de "recuento de ráfagas" a la unidad de regulación de emisores 27. La señal de "recuento de ráfagas" indica con cuántas ráfagas el EMAT genera la señal ultrasónica.

La unidad de regulación de emisores 27 controla el emisor ultrasónico (no representado), En particular, la unidad de regulación de emisores 27 regula el instante de la emisor de la señal ultrasónica, la frecuencia de la señal ultrasónica emitida y la frecuencia de repetición de la señal ultrasónica emitida.

La unidad de control 26 controla el conmutador 15 y el conmutador 17. Estos conmutadores son elementos opcionales, con los que se puede variar el tipo de las señales de salida. El conmutador 15 permite emitir datos brutos o datos filtrados a través del filtro de valores medios. A través del análisis de los datos brutos en comparación con los datos filtrados a través del filtro de valores medios se puede verificar, por ejemplo, la actividad del filtro de valores medios. El conmutador 17 permite seleccionar entre datos representados de forma logarítmica y datos representados linealmente.

La unidad de control 26 controla, además, el filtro del componente 23 y el filtro FIR del componente 24.

Para el ensayo no destructivo de materiales, se emite desde un emisor ultrasónico (no representado) una secuencia de señales ultrasónicas a través de un cuerpo de ensayo. El cuerpo de ensayo puede ser, por ejemplo, una banda móvil, conducida por debajo del emisor ultrasónico. Con preferencia, la señal ultrasónica es emita transversalmente a la dirección de avance de la banda. El receptor ultrasónico, dispuesto con preferencia en la zona del emisor ultrasónico, recibe la señal emitida desde el emisor ultrasónico y reflexiones de esta señal como una señal. La recepción de la señal siguiente comienza con la emisión de la señal ultrasónica siguiente a través del emisor ultrasónico. La distancia entre las señales individuales emitidas desde el emisor ultrasónico se selecciona para que la excitación del cuerpo de ensayo a través de una primera señal ultrasónica se haya atenuado totalmente antes de que se emita la segunda señal ultrasónica. De esta manera, se impide que el receptor ultrasónico reciba valores superpuestos de la primera y de la segunda señal ultrasónica. En el caso del ensayo de una banda, se emiten entre 100 y 150 señales ultrasónicas por segundo. De acuerdo con la forma del cuerpo de ensayo, sin embargo, en general, es concebible emitir claramente más señales por segundo, especialmente en aquellos cuerpos de ensayo, en los que la señal se propaga rápidamente, o bien en los que la señal es atenuada más fuertemente.

En función de la disposición espacial del primer convertidor ultrasónico 1 y del segundo convertidor ultrasónico 2, la señal ultrasónica a recibir se propaga, por ejemplo, en primer lugar por delante del convertidor ultrasónico 2 y luego del convertidor ultrasónico 1. En este caso, la frecuencia de la señal ultrasónica y la disposición espacial de los convertidores ultrasónicos 1, 2 entre sí son sincronizadas mutuamente, para que la distancia entre el convertidor ultrasónico 1 y el convertidor ultrasónico 2 represente una longitud de cuarto de onda \lambda/4 de la señal ultrasónica.

Los convertidores ultrasónicos 1, 2 configurados como EMAT convierten la señal ultrasónica en una primera señal analógica HF0º y en una segunda señal analógica HF90º y alimentan estas señales al pre-amplificador 8. Este pre-amplificador 8 está configurado como pre-amplificador constante, no controlable. Amplifica la primeras y las segunda señal analógica con un factor de amplificación constante. Las señales amplificadas son alimentadas a los convertidores analógicos/digitales 9, 10. éstos descargan las señales analógicas con una frecuencia de sincronización de 80 MHz y forman dos señales de 14 bits.

En el componente para la evaluación de la dirección se retarda la segunda señal digital en un retardo de t/4. Durante la adición siguiente de las señales procesadas, se suman las señales de forma constructiva, cuando la señal ultrasónica se propaga en la dirección predeterminada por delante de los convertidores ultrasónicos. Las señales se extinguen mutuamente cuando la señal ultrasónica se propaga en la dirección opuesta por delante del convertidor ultrasónico. A través de la multiplicación se puede adaptar la amplitud de la primera señal digital, de tal forma que tiene lugar una anulación completa cuando la señal ultrasónica pasa en dirección opuesta los convertidores ultrasónicos 1, 2.

El convertidor descendente digital 12 lleva a cabo una transformación de Hilbert. En el convertidor descendente 12 se realiza una demodulación de la señal. La señal a analizar, filtrada a través de la demodulación. Es alimentada como señal de 24 bits a un convertidor 13, para ser convertida en una señal logarítmica. De esta manera, la señal de 24 bits puede ser comprimida en una señal de 8 bits. La señal de 8 bits es alimentada al conmutador 15 y al filtro de valores medios 14. El filtro de valores medios 14 transmite de la manera descrita en detalle más adelante, a partir de n señales ultrasónicas recibidas, una señal de emisión, en la que están eliminadas por filtración las interferencias estocásticas, que aparecen de forma asíncrona con la frecuencia de repetición de la señal.

A través de los conmutadores 15, 17 siguientes, el usuario puede seleccionar si deja emitir los datos brutos en forma logarítmica o en forma lineal o si deja emitir los datos pasados por filtro de valores medios en forma logarítmica o en forma lineal. Como emisión existe la posibilidad de la representación de la pantalla 5 o de la transmisión de los datos a través de la conexión de Ethernet 4 a otro ordenador.

A través de la conexión de Ethernet 4, por una parte, se pueden transmitir las señales de salida. Por otra parte, a través de esta conexión se pueden alimentar datos de control a la unidad de evaluación de la señal 3. De esta manera, es posible, por ejemplo, un análisis externo de errores, por ejemplo a través de Internet. También existe la posibilidad de emitir los datos de medición sobre distancias grandes.

A continuación se explica en detalle el modo de trabajo del filtro de valores medios 14. En este caso, se explica un filtro de valores medios, que calcula a partir de cinco valores un valor medio. En el marco de la invención, el filtro de valores medios puede calcular un valor medio también a partir de otro número de valores, por ejemplo tres o siete valores.

El filtro de valores medios 14 presenta cinco matrices. Cada matriz tiene m líneas, de manera que el valor m corresponde al número de los puntos de exploración de una señal. Al comienzo de la medición, todas las matrices presentan con preferencia el valor 0. Durante la evaluación de la primera señal ultrasónica recibida, se rellena la primera matriz con valores. Al término del análisis de la primera señal ultrasónica, la primera matriz está completamente llena con valores. Estos valores son transmitidos totalmente a la segunda matriz. Con el comienzo del análisis de la segunda señal ultrasónica recibida, se rellena la primera matriz con nuevos valores que proceden del análisis de la segunda señal ultrasónica. Al término del análisis de la segunda señal ultrasónica, los valores de la segunda matriz son transmitidos totalmente a la tercera matriz, mientras que los valores de la primera matriz son transmitidos totalmente a la segunda matriz. Los resultados de los análisis de la tercera señal ultrasónica son escritos en la primera matriz. Esta transmisión de los valores desde la primera matriz sobre la matriz siguiente y la sobrescritura de los valores de la primera matriz por valores del análisis de la señal ultrasónica actualmente analizada se realiza de forma continua. Por lo tanto, en cada instante en las matrices 2, 3, 4, 5 se encuentran los resultados de los análisis de la segunda, tercera, cuarta y quinta últimas señales ultrasónicas. En la primera matriz se registran siempre los valores actuales de la exploración (figura 2a).

Una matriz de resultados reproduce el resultado de la filtración de valores medios. La matriz de resultados presenta el mismo número de líneas que las cinco matrices. En la línea respectiva de la matriz de resultados se registra el valor que resulta a partir de la filtración de valores medios de los valores que se encuentran en la línea correspondiente en las cinco matrices (figura 2d).

A tal fin, el filtro de valores medios lee las líneas correspondientes (figura 2b), clasifica los valores según el tamaño (figura 2c) y toma el valor que está en la media.

La filtración de valores medios se puede realizar para el punto de exploración respectivo, tan pronto como el nuevo punto de exploración respectivo de la señal ultrasónica precisamente analizada es escrito en el lugar correspondiente de la línea en la primera matriz. Después de una fase de arranque corta (llenado de las tres primeras matrices) se puede realizar en tiempo real la emisión de los resultados pasados por el filtro de valores medios.

Claims (11)

1. Receptor ultrasónico con un convertidor ultrasónico (1, 2) para la generación de una señal analógica, con un convertidor análogo/digital (9, 10) para la generación de una señal digital y con un demodulador (12) para la generación de una señal digital demodulada, caracterizado porque la señal digital demodulada está constituida por una serie de valores, en la que el valor siguiente respectivo en la serie reproduce el valor de la exploración siguiente y la serie presenta m palabras, en la que m es el número de las exploraciones en la ventana observada para la generación de la señal digital demodulada, así como está previsto un filtro de valores medios (14), que recibe la serie de los valores explorados en una matriz y para la serie de los valores de exploración de la señal siguiente se describe otra matriz, en la que por medio del instante inicial comparable de las ventanas observadas para la generación de la señal y la misma exploración en los mismos lugares de la matriz respectiva, se registran los valores explorados en el mismo instante de exploración, respectivamente, en comparación con el instante inicial, de manera que se describen n matrices, en las que n es número de las señales, que evalúa el filtro de valores medios, para generar una matriz de resultados, en la que el filtro de valores medios (14) lee para la filtración de un punto de exploración los n valores asociados a este punto de exploración en las matrices, clasifica los valores leídos según su tamaño y emite el valor en la medio (valor medio), siendo escrito el valor medio en una matriz de resultados.

2. Receptor ultrasónico de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el convertidor analógico/digital (9, 10) presenta una resolución de al menos 14 bits y una frecuencia de sincronización de al menos 50 MHz.

3. Receptor ultrasónico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el demodulador (12) realiza una transformación de Hilbert de una señal digital.

4. Receptor ultrasónico de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque el demodulador (12) presenta un NCO (oscilador controlado numéricamente), una mezcladora I/Q (mezcladora en fase y en cuadratura), un filtro FIR (filtro de respuesta de impulso finito) y un convertidor "cartesiano a polar".

5. Receptor ultrasónico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por una derivación conmutable (15) para el filtro de valores medios.

6. Receptor ultrasónico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por una conexión de Ethernet (4).

7. Receptor ultrasónico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, con un primer convertidor ultrasónico (1) para la generación de una primera señal analógica, un primer convertidor analógico/digital (9) para la generación de una primera señal digital, un segundo convertidor ultrasónico (2) para la generación de una segunda señal analógica, un segundo convertidor analógico/digital (10) para la generación de una segunda señal digital, y un demodulador (12) para la generación de una señal digital demodulada.

8. Receptor ultrasónico de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por un multiplicador (20) para la primera señal digital, un elemento de retardo (21) para la segunda señal digital y un sumador (22) para la adición de la señal de salida digital del multiplicador (20) y de la señal de salida digital del elemento de retardo (21).

9. Receptor ultrasónico de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por un multiplicador (20) con factor de multiplicación ajustable.

10. Receptor ultrasónico de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado por un elemento de retardo (21) con retardo ajustable.

11. Receptor ultrasónico de acuerdo con una de las reivindicaciones 9 ó 10, caracterizado por un elemento de análisis (25) para la observación de la primera y de la segunda señal digital y para el cálculo, regulación o control del factor de multiplicación y/o del retardo a ajustar.