JPS5927617A - のこぎり波状パルスを発生するための回路装置及びこの種の回路装置の超音波測定装置への適用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電圧依存性の定電流源、積分回路及び比較
器回路を含む掃引発生器がその都度トリガ回路のパルス
によってトリガされるようになっている、調整可能な掃
引時間を持ったのこぎり波状パルスを発生ずるための回
路装置に関する、。この発明は史に、望ましくは非破壊
拐料試験に使用させるような超音波試験装置へのその種
の回路装置の適用に関する。

この種の回路装置は例えば、内燃機関の試験に関する米
国特許第８５７７００７号から知られている。この米国
特許においては、掃引コンデンサにおける電圧が積分さ
れて、比較器において所与のトリガ時間中に設定値と比
較される。所与の設定値から外れている場合には差電圧
により定電流源の制御が行われて、掃引時間、ずなわち
のこぎり波状パルスの水平偏向に使用される部分の持続
時間がほぼ一定にとどまるようにされる。この回路装置
の場合には、ただ一つのコンデンサが使用されているだ
けであるので、掃引時１間の可能な調整範囲が非常に狭
くなっているという欠点がある。

更に、帰線時間中に設定値と実際値との比較が行）つれ
るので、のこぎり波状パルスの帰線時間を任意に小さく
選ぶことができない。且つ父、この米国特許からは、ど
のような方法で複数の相互に独立したパラメータにより
掃引時間を規定することができるのかがわからな・い。

更に西ドイツ国公開明細書第２９４５２００号からは超
音波試験装置用ののこぎり波状パルスな発生するための
回路装置が知られているが、この回路装置では掃引時間
をディジタル回路素子により一定値に調整することがで
きるようになっている。この場合設定値と実際値との比
較はマイクロプロセッサにより都合よく行われる。

この回路装置の場合には特に、使用された構成素子が通
常十分に速く動作せず、又は相応に速く動作する構成素
子、例えばＡ−Ｄ変換器が非常に高価であるので、掃引
時間の設定とこれに対応して生じるのこぎり波状パルス
との間には比較的長い時間が経過するという欠点がある
。

正確且つ迅速に動作する開学な、最初に述べた種類の回
路装置を与えるという問題がこの発明の基礎になってい
る。

この問題は、のこぎり波状パルスの掃引時間を決定する
方形パルスの発生のために時間基準段（３）が設けられ
ていて、これの出力が掃引発生；（汁の入力に接続され
ていること；時間基準段（３）の第１人力（３１）がト
リガ回路（９）に接続されており、これのパルスが方形
パルスのその都度の開始点を決定すること；及び方形パ
ルスのその都度の終了点を決定するために時間基準段（
３）の第２人力（３２）が周波数変換部（７，１０）を
通して周波数安定化パルス発生器（８）に接続されてい
ることを特徴とする、調整可能な掃引時間を持ったのこ
ぎり波状パルスを発生ずるための回路装置によって達成
される。

この発明の特別な利点は、校正装置を使用することな（
諸パラメータを互いに別別に入力することができること
である。更に、掃引時間を決定する方形パルスの安定化
が周波数安定化パルス発生器によって得られること（掃
引時間の水晶式安定化）、及び費用上有利な構造がマイ
クロプロセッサ又はＡ−Ｄ変換器を使用しないで得られ
ることである。

この発明のその・他の利点及び詳細は、第１図から第４
図までを用いて説明される実施例から明らかになる。

第１図によりこの発明の有利な実施例を説明する。この
図において、１は陰極線管１１の陰極線の時間偏向のだ
めののこぎり波状パルスを発生するための掃引発生器を
示している。掃引発生器１の前には方形パルスを発生す
る時間基準段３が接続されており、このパルスの持続時
間は掃引時間の設定値に等しくなっている。この時間基
準段３の第１人力８１にはトリガ回路９が接続されてい
る。時間基準段８の第２人力３２には導線１０３により
、第２周波数変換部と呼ばれる周波数逓倍器１０が接続
されている。

この周波数逓倍器１０はこの、実施形態では位相比較器
４からなっており、これの後には電圧制御発振器５が接
続されている。電圧制御発振器５によって発生された周
波数は第１可変周波数分割器６に供給され、そして分割
された周波数は位相比較器（入力４２）に帰還させられ
る。周波数逓倍器のこの回路はそれ自体位相制御ループ
（１）Ｌ　Ｌ　）として知られている。

時間基準段３の第２人力３２には又第２可変周波数分割
器２が接続されており、これは分割された周波数を接続
点３３において基準段８に供給する０ 周波数逓倍器１０の入力には導線１０２により、第１周
波変換部と呼ばれる第３可変周波数分割器７が接続され
ている。この第３可変周波数分割器は有利な実施形態で
は、数値の選択のための符号化スイッチ７ｂと、符号化
スイッチ７ｂにより選択された数値を数学的関係（例え
ば、選択された角度に対する三角関数値）に応じて実際
の周波数分割回路ユニット７Ｃに対する分割比に変換す
る定数記憶装置７αとからなっている。第１可変周波数
分割器７の入力には導線１０１により周波数安定化パル
ス発生器８が接続されている。

第３可変周波数分割器７には、第２図に示したように、
固定周波数分割器１２を並列に接続して、苅号化スイッ
チ７ｂにより設定された特定の数値の場合には可変周波
数分割器７を固定周波数分割器１２によって置き換える
ようにしてもよい。この切換は、例えば電子的切換スイ
ッチ１３によって行われる。

第１図によるこの発明の回路装置の超音波試験装置にお
ける特に好都合な適用例は第８図に示されている。ブロ
ック２．８．７．８及び１０を備えた第１図による回路
装置は第８図においてはブロック１４で掃引時間に対す
る設定値付与装置として統合されている。この発明によ
るこの回路装置１４の外に、試験片１５が音響的に結合
されたプローブ（探触子）１６と共に示されている。こ
のプローブ１６は超音波送信器１７によって励振されて
超音波パルスを送出する。このプローブは又試験片から
反射した超音波音響信号を受信してこれを電気的超音波
信号に変換する。この電気的超音波信号は増幅器１８で
増幅されて陰停線管１１の測定用偏向板に供給される。

トリが回路９は超音波送信器１７と、掃引発生器１にお
けるのこぎり波状パルスの発生のための掃引時間を決定
するこの発明による回路装置１４とをトリガする。

通常の超音波試験装置のその他の回路部分は図示されて
いない。

次に第１図及び第２図に示したこの発明による回路装置
の機能を第３図による有利な適用例において詳細に説明
する。動作方法を簡単にするために、トリが回路９は同
時に送信器１７の送信パルスと掃引時間の開始とをトリ
ガするものと仮定する。

この機能説明においては、時間偏向のためののこぎり波
状パルスの掃引時間を試験片１５における超音波パルス
の走行時間に一致させなければならない。しかしながら
、この掃引時間は試験片の材料中での音響伝搬速度Ｃ１
試験片の厚さｄ及び音響入射角αに依存する。第４図は
これらの大きさを図示したものであるが、この場合、パ
ルスエコー技術においては音響は試験片中で往復、すな
わち２陪の距離を進むことを考慮しなげればならない。

掃引時間はそれゆえこの例では三つのパラメータ、すな
わち角度α、音響伝搬速度Ｃ及び試、験片厚さｄに基づ
いて次の関係式により設定される０ ２ｓ　　　　　２ｄ ｔ　　＝　−一一一＝ ｃ　　　　　　　ｃ’ｃｏｓα 機能説明のさいには周波数安定化パルス発生器８から始
めるのが有効であると思われる。このパルス発生器８は
、望ましくは水晶安定化パルス発生器であって、例えば
、約５．４８５　ＫＨｚの周波数に対応して１８４μｓ
の周期を持った方形パルスを発生する。このパルスは導
線１０１により第３可変周波数分割器７と呼ばれる周波
数分割器に供給される。この周波数分割器においてこの
パルスは入射角αの余弦に従ってその持続時間が変えら
れる。入射角の調整は３げたの符号化スイッチ７ｂで行
えばよく、この場合角度は０．５°きざみで調整できれ
ば実用上十分である。角度関数の値は定数記憶装Ｗ７α
から呼び出されて回路コーニット７Ｃに供給される。例
えば、入射角を３０．０°から８０．０°に変えると、
パルス持続時間をＣｏ５８０．０’／　ｃｏｓ　８０．
０°ｚ５：１の比だけ、すなわち周波数を１：５の比だ
け変えなければならない。入射角Ｏ０、すなわち垂直入
射に対しては、ＣＯ８α＝１の値を可変周波数分割器７
において考慮しなければならない。

この実施例においては、導線１０１上に存在する５、４
８５　ＫＨｚ　の周波数が入射角０°に対してまず基本
因数４５で分割される。これによってこの入射角に対し
ては導線１０２上に、従って可変周波数分割器７の出力
に、８．２８μｓの周期に対応する１２１Ｈｚの周波数
が存在する。３０°の入射角の場合には導線１０２上に
、９．５６μｓの周期に対応する１　２１　Ｈｚｘｃｏ
ｓ８０°＝　１０４．６１１ｚの周波数が存在し、又８
０°の入射角の場合には４８ｐｓ　の周期に対応する１
　２１Ｈｚｘｃｏｓ８０°−２１Ｈｚの周波数が存在す
る。それゆえ導線１０２における、周波数逓倍器１０の
入力におけるノ＜’ｙレス周波数、及びこのパルスの周
期において入射角は第１可変パラメータとして考慮され
ている。

周波数逓倍器１０においては導線１０２上に存在するパ
ルス列から導線１０３上により高（・周波数のパルス列
が発生される。この高い周波数は位相制御ループを備え
た周波数逓倍器の動作力法に従って可変周波数分割器６
０周波数分割比だけ周波数逓倍器の入力における導線１
０２上の周波数よりも高くなっている。この高い周波数
の値を１次の考察から明らかになる。

０°の入射角、８０００ｍ／ｓの音響伝搬速度、及び５
關の測定距離（これは１０陥のパルス走行距離に対応す
る）に対しては、掃引時間として１０　Ｘ　１　ｏ−”
ｍ／ｓ　０００　ｍ／ｓ＝１．２５　ｐｓの導線１０３
上におけるパルスの周期が必要である。

２０００ｍ／ｓの音響伝搬速度の場合には同じパルス走
行距離について５μｓのパルス周期が心安である。その
他の入射角についてはＣＯＳαに応じてより長いパルス
周期が現れる。これは既述のように周波数分割器７にお
いて形成される。周波数逓倍器１０に含まれた可変周波
数分割器６により音響伝搬速度を調整することができる
。この例においては２０００ｍ／ｓと８０００ｍ／ｓの
間で１ｒｎ、／ｓの正確さ、すなわち４けたの正確さで
調整できる。導線１０３にはそれゆえ、既に二つのパラ
メータ、すなわち入射角及び音響伝搬速度が考慮されて
いるパルスの周期が存在する。このようにして決定され
た周波数及び周期を持ったパルス列は時間基準段３に供
給される。この時間基準段はトリガ回路９により発生さ
れる各トリガ動作で直流パルスを開始させ且つ導線１０
３上の周波数逓倍器１０の出力におけるパルスの周期の
経過後にそれを終了させる。トリがパルスによる直流パ
ルスの前線の周期は陰極線オシロスコープについて知ら
れている方法で行われる。この直流パルスは掃引発生器
１に供給される。第３のパラメータ、すなわち事前付与
可能な試験片厚さ範囲の設定のために、導線１０３上の
パルス列は別の第２可変周波数分割器２と呼ばれる周波
数分割器に供給される。５調の測定範囲に対してはその
分割比はこの例では１：１であり、又５ｍの測定範囲に
対してはその分割比は１：１０００であり、従ってこの
比において導線１０３上のパルスの周期を変更すればよ
い。導線１０４上のパルス、従って掃引発生器１に供給
されるパルスはそれゆえやはりこの第３パラメータを考
慮している。周波数分割器２はこの例においては、５咽
の測定範囲に対しては各トリガ動作により導線１０３上
に存在するパルス列が分割されずに掃引発生器１に供給
され且つ又５ｍの測定範囲の場合には掃引時間が周波数
分割によって１０００の因数だけ長（なるように設計さ
れている。

次の表は三つのパラメータの調整のさいの選択に関する
限界値を示している。

掃引時間 可変周波数分割器２に対する可変分割比が１＝１０００
であり且つこれに関係して掃引時間が同じ比により変化
する場合には、掃引発生器１に存在する電圧制御定電流
源も又掃引コンデンサに対する電流を同じ比で制御しな
ければならないだろう。これに関連した難点を避けるた
めに、周波数分割器２０分割比の切換と共に掃引コンデ
ンサも又切り換えるのが有利であり、これは導線１０５
により既知の方法で行われる。

一般に超音波技術においては垂直（入射角０°）に試験
片に入射させるか又は８０°と８０°の間の入射角を使
用するので、第２図に示したように、可変周波数分割器
７を８０°と８０°の間のこの角度の角度関数について
だけ設計し且つ又これに応じて定数記憶装置７αにもこ
の値だけを記憶させるようにするのが有利である。０°
（垂直入射）の入射角に対しては、切換スイッチ１３、
望ましくは電子的切換スイッチ、例えばオアゲートを用
いて、０°の入射角の選択時には固定周波数分割器１２
に切り換える。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の構成図である。 第２図は付加的な固定周波数分割器の使用を示す接続図
である。 第３図はこの発明による回路装置の超音波試１験装置へ
の適用例を示す構成図である。 第４図はプローブを備えた試験片と試験のために設定さ
れるべきパラメータとを示す図である。 これらの図面において、１は掃引発生器、２は可変周波
数分割器、３は時間基糸段、４は位相比較器、５は電圧
制御発振器、６は可変周波数分割器、７は可変周波数分
割器、８は周波数安定化パルス発生器、９はトリが回路
、１０は周波数逓倍器、１１は陰極線管、１２は周波数
分割Ｈｉ％、１８は切換スイッチ、１４はこの発明の回
路装置、１５は試験片を示す。 特許出願人　　クラウドクラマー・ ゲゼルシャフト・ミツト・ ベノユレノクアル・ハフランク （外４名）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）電圧依存性の定電流源、積分回路及び比較器回路
   を含む掃引発生器がその都度トリが回路のパルスによっ
   てトリガされるようになっている、調整可能な掃引時間
   を持ったのこぎり波状パルスを発生するための回路装置
   において、 のこぎり波状パルスの掃引時間を決定する方形パルスの
   発生のために時間基準段（３）が設けられていて、これ
   の出力が掃引発生器の入力に接続されていること、 時間基準段（３）の第１人力（３１）がトリガ回路（９
   ）に接続されており、これのパルスが方形パルスのその
   都度の開始点を決定すること、及び方形パルスのその都
   度の終了点を決定するために時間基準段（３）の第２人
   力（８２）が周波数変換部（７，１０）　を通して周波
   数安定化パルス発生器（８）に接続されていること を特徴とする前記の回路装置。
2. （２）第８パラメータに対する掃引時間の調整のために
   周波数安定化パルス発生器（８）と時間基ω段（３）と
   の間に第３可変周波数分割器（７）が第１周波数変換部
   として存在していることを特徴とする特許［請求の範囲
   第１項に記載の回路装置。
3. （３）第１パラメータに対する掃引時間の調整のために
   周波数安定化パルス発生器（８）と時ｍ１基／！４段（
   ３）との間に周波数逓倍器（１０）が第２周波数変換部
   として存在していることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の回路装置。
4. （４）第２パラメータに対する掃引時間のＦＡ整のため
   に時間基準段（３）に第２可変周波数分割器（２）を接
   続して、時間基準段（３）によって形成される方形パル
   スがその周波数分割器（２）の設定分割比だけ時間基準
   段（３）の第２人力（８２）に存在するパルスよりも長
   くなるようにしである、特許請求の範囲第１項に記載の
   回路装置。
5. （５）第３可変周波数分割器（７）が符号化スイッチ（
   ７ｂ）、三角関数用の定数記憶装置（７ａ）、及び周波
   数分割回路ユニット（７ｃ）がらなっていて、その周波
   数分割回路ユニット（７ｃ）が第３可変周波数分割器（
   ７）に供給された周波数を符号化スイッチに７ｂ）によ
   り定数記憶装置（７ａ）から呼び出されたｌ；ｕ１数（
   ＋ｔｉによって分割するようになっていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の回路装７
   １゜
6. （６）第３可変周波数分割器（７）の外に固定周波数分
   割Ｈｉ（１２）が存在していて、これらの周波数分割器
   （７，１２）　　の一つが選択的に挿入されるようにな
   っていることを特徴とする請求の範囲第１項、第２項又
   は第５項に記載の回路装＋Ｌ
7. （７）周波数逓倍器（１０）が、電圧制御発振器（５）
   の前に接続された位相比較器（４）と電圧制御発振器（
   ５）の出力に接続された第１可変周波数分割器（６）と
   を含む位相制御ループＣＰＬＬ）からなっていて、位相
   比較器（４）の第１人力（４１）に周波数安定化パルス
   発生器（８）から得られたパルスが存在しており且つ第
   ２人力（４２）に第１可変周波数分割器（６）の出力が
   接続されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   又は第２項に記載の回路装置。
8. （８）第１パラメータにより試験片における音響伝搬速
   度が設定され、 第２パラメータにより試験片の厚さが設定され、第３パ
   ラメータにより試験片における超音波ビームの入射角が
   設定される ようになっている、特許請求の範囲第１項から第７項ま
   でのいずれか一つに記載の回路装置の超音波測定装置へ
   の適用。