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    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur akustischen Untersuchung eines Messobjektes (4), die mit einer Sende-/Empfangseinheit (S/E) für Ultraschallstrahlung versehen ist. Dabei sind jeweils aufeinander folgend erste und zweite Ultraschallpulse (p¶1¶, p¶2¶) mit unterschiedlichen, jeweils einem eigenen Frequenzband zugeordneten Grundfrequenzen in das Messobjekt (4) aussendbar. Darüber hinaus sind objektbedingte Reflexionen des ersten Ultraschallpulses (p¶1¶) zusammen mit objektbedingten Reflexionen des zweiten Ultraschallpulses (p¶2¶) mit der Sende-/Empfangseinheit (S/E) nachweisbar und den entsprechenden Ultraschallpulsen (p¶1¶, p¶2¶) zuordenbar.The invention relates to a device for the acoustic examination of a test object (4), which is provided with a transmitting / receiving unit (S / E) for ultrasonic radiation. In each case successively first and second ultrasonic pulses (p¶1¶, p¶2¶) with different, each having its own frequency band associated basic frequencies in the measuring object (4) can be emitted. In addition, object-related reflections of the first ultrasonic pulse (p¶1¶) together with object-related reflections of the second ultrasonic pulse (p¶2¶) with the transmitting / receiving unit (S / E) detectable and the corresponding ultrasonic pulses (p¶1¶, p ¶2¶) can be assigned.
    公开号:DE102004026995A1
    申请号:DE200410026995
    申请日:2004-06-03
    公开日:2006-07-06
    发明作者:Hubert Dr. Mooshofer
    申请人:Siemens AG；
    IPC主号:G01N29-07
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine Vorrichtung zur akustischen Untersuchungeines Messobjektes, die mit einer Sende-/Empfangseinheit für Ultraschallstrahlungversehen ist, wobei Ultraschallpulse in das Messobjekt aussendbarund objektbedingte Reflektionen der Ultraschallpulse nachweisbarsind. Eine entsprechende Vorrichtung zur akustischen Untersuchungvon Eisenbahnschienen geht aus der US 4,174,636 hervor.The invention relates to a device for the acoustic examination of a measurement object, which is provided with a transmitting / receiving unit for ultrasonic radiation, wherein ultrasonic pulses in the measurement object can be detected and object-related reflections of the ultrasonic pulses are detectable. A corresponding device for the acoustic examination of railroad tracks goes out of the US 4,174,636 out.
    [0002] Für die Untersuchungvon Materialeigenschaften großflächiger Objekte,wie beispielsweise Eisenbahnschienen, insbesondere für das Feststellenvon Fehlstellen haben sich Ultraschallmessmethoden als vorteilhaftund zuverlässigerwiesen. Dazu wird Ultraschall von einem Schallwandler in das zu untersuchendeObjekt gesendet, dort reflektiert und von demselben oder einem weiterenSchallwandler zur weiteren Auswertung erfasst.For the investigationof material properties of large-scale objects,such as railroad tracks, in particular for detectionFrom defects, ultrasonic measurement methods have proven to be beneficialand reliableproved. For this purpose, ultrasound from a transducer into the to be examinedObject sent, reflected there and from the same or anotherSound transducer recorded for further evaluation.
    [0003] Mitder US 4 174 636 isteine Vorrichtungen zur Fehlerdetektion an Eisenbahnschienen offenbart. Beidieser Offenbarungen handelt es sich um eine Ultraschallmessvorrichtung,die füreine Untersuchung entlang einer Schiene über diese geführt werden muss.Dabei sind in Richtung des Messobjektes ausgerichtete Ultraschallwandlerangeordnet, mit denen Ultraschallpulse ausgesandt und nach Reflektion empfangenwerden können.Anhand der Laufzeit und der Amplitude der Ultraschallpulse können soLage und Größe von Fehlstellenim Messobjekt bestimmt werden.With the US 4,174,636 a device for fault detection on railroad tracks is disclosed. These disclosures are an ultrasonic measuring device that must be guided over a rail for inspection. In this case, aligned in the direction of the measurement object ultrasonic transducers are arranged, with which ultrasonic pulses can be emitted and received after reflection. On the basis of the transit time and the amplitude of the ultrasonic pulses so position and size of defects can be determined in the measured object.
    [0004] ZurUntersuchung eines Messobjektbereiches, der durch den Öffnungswinkelder abgestrahlten Ultraschallstrahlung gegeben ist, ist lediglichein einziger Ultraschallpuls nötig,dessen im Messobjekt reflektierter Anteil Informationen über denMaterialzustand liefert. Die Dauer einer solchen Einzelmessung setztsich insbesondere zusammen aus der Laufzeit des Ultraschallpulsesvom Sender bis zur Rückwanddes zu untersuchenden Objektes und zurück zum Empfänger, zuzüglich der Abklingzeit von Echos,hervorgerufen durch Mehrfachreflektionen an Grenzflächen undFehlstellen. Bei der Untersuchung großflächiger Objekte müssen entsprechendmehrere Einzelmessungen flächendeckenddurchgeführt werden.Die Geschwindigkeit, mit der ein solches großflächiges Objekt untersucht werdenkann, ist durch die voranstehend genannte Einzelmessdauer beschränkt. Dennerst nach Abklingen der Echos des unmittelbar zuvor ausgesandtenUltraschallpulses kann ein nächsterUltraschallpuls ausgesandt werden, um die empfangenen Signale eindeutiginterpretieren zu können.Wird der nächsteUltraschallpuls noch in der Abklingphase des vorangehenden Ultraschallpulsesausgesandt, so geht dies auf Kosten der Nachweiswahrscheinlichkeit.Die maximale Geschwindigkeit, mit der das gesamte Messobjekt untersuchtwerden kann, ergibt sich dabei im Allgemeinen aus dem Quotientenaus der Abmessung des Messbereiches und der Messdauer einer Einzelmessung.toExamination of a measuring object area by the opening anglethe radiated ultrasound radiation is given is onlya single ultrasonic pulse needed,its proportion reflected in the test object informs about theMaterial condition supplies. The duration of such a single measurement setsin particular together from the duration of the ultrasonic pulsefrom the transmitter to the back wallof the object to be examined and back to the receiver, plus the cooldown of echoes,caused by multiple reflections at interfaces andDefects. When examining large-scale objects must be appropriateseveral individual measurements nationwidebe performed.The speed at which such a large-area object is examinedcan, is limited by the above-mentioned single measurement period. Becauseonly after the echoes of the immediately before sent offUltrasound pulse can be a nextUltrasonic pulse are emitted to the received signals clearlyto interpret.Will be the nextUltrasonic pulse still in the decay phase of the preceding ultrasonic pulsesent out, this is at the expense of the detection probability.The maximum speed with which the entire measurement object is examinedcan generally be calculated from the quotientfrom the dimension of the measuring range and the measuring duration of a single measurement.
    [0005] Aufgabeder vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangsgenannten Art anzugeben, die gegenüber dem Stand der Technik eine höhere Untersuchungsgeschwindigkeitbei gleicher örtlicherAuflösungund eine damit einhergehende Zeit- und Kostenersparnis ermöglichenkann.taskThe present invention is a device of the initiallySpecify the type mentioned, compared to the prior art, a higher examination speedat the same localresolutionand allow associated time and cost savingscan.
    [0006] DieseAufgabe wird gemäß der Erfindungmit den in Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.TheseTask is according to the inventionsolved with the measures specified in claim 1.
    [0007] DieErfindung mit den eingangs genannten Merkmalen ist gekennzeichnetdadurch, dass jeweils aufeinander folgend erste und zweite Ultraschallpulsemit unterschiedlichen, jeweils einem eigenen Frequenzband zugeordnetenGrundfrequenzen in das Messobjekt aussendbar sind, und dass objektbedingteReflektionen des ersten Ultraschallpulses zusammen mit objektbedingtenReflektionen des zweiten Ultraschallpulses mit der Sende-/Empfangseinheit nachweisbarund den entsprechenden Ultraschallpulsen zuordenbar sind.TheInvention with the features mentioned is characterizedin that in each case successively first and second ultrasonic pulseswith different, each assigned to its own frequency bandBasic frequencies are emitted to the measuring object, and that object-relatedReflections of the first ultrasonic pulse together with object-relatedReflections of the second ultrasonic pulse with the transmitting / receiving unit detectableand the corresponding ultrasonic pulses are assignable.
    [0008] DieErfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass Schallwandler, diederart ausgestaltet sind, dass sie Ultraschallpulse mit Frequenzeneines bestimmten Frequenzbandes aussenden können, in erster Linie nur Ultraschallpulseempfangen können derenFrequenzen in diesem bestimmten Frequenzband liegen. Dies ermöglicht beieinem Aussenden beispielsweise zweier Ultraschallpulse unterschiedlicherGrundfrequenz in ein Messobjekt eine Zuordnung der aus dem Messobjektempfangenen Reflektionen, selbst wenn diese nahezu zeitgleich vonder Sende-/Empfangseinheit registriert werden. So kann insbesondereein reflektierter Ultraschallpuls ausgewertet werden, während gleichzeitignoch Echos des unmittelbar vorher mit unterschiedlicher Grundfrequenzausgesandten Ultraschallpulses von der Sende-/Empfangseinheit nachgewiesenwerden. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Messvorrichtungenmuss hingegen mit dem zweiten Ultraschallpuls gewartet werden, bisdie Echos des ersten Ultraschallpulses auf ein vernachlässigbaresNiveau gefallen sind. Die Untersuchung eines insbesondere ausgedehntenMessobjektes dauert damit um ein vielfaches länger als mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.Die Grundfrequenz eines von einem Schallwandler ausgesandten Ultraschallpulsesist diejenige Frequenz eines Frequenzbandes mit der maximalen Intensität. Sie istdamit gleichzeitig auch diejenige Frequenz eines Frequenzbandes,mit der größten Nachweisempfindlichkeitim jeweiligen Schallwandler.The invention is based on the recognition that transducers which are designed such that they can emit ultrasonic pulses with frequencies of a certain frequency band, in the first place can only receive ultrasonic pulses whose frequencies are in this particular frequency band. This allows when emitting, for example, two ultrasonic pulses of different fundamental frequency in a measurement object, an assignment of the reflections received from the measurement object, even if they are registered almost simultaneously by the transmitting / receiving unit. Thus, in particular, a reflected ultrasonic pulse can be evaluated, while at the same time echoes of the ultrasound pulse emitted immediately before with different fundamental frequency are detected by the transmitting / receiving unit. In the case of the measuring devices known from the prior art, on the other hand, it is necessary to wait with the second ultrasonic pulse until the echoes of the first ultrasonic pulse have fallen to a negligible level. The investigation of a particular extended measurement object thus takes many times longer than with the device according to the invention. The fundamental frequency of a sound emitted by a transducer ultrasonic pulse is that frequency of a frequency band with the maximum intensity. At the same time, it is also that frequency of a frequency band with the greatest detection sensitivity in the respective sound transducer.
    [0009] VorteilhafteAusgestaltungen der Vorrichtung gemäß der Erfindung ergeben sichaus den von Patentanspruch 1 abhängigenAnsprüchen.advantageousEmbodiments of the device according to the invention will become apparentfrom the dependent of claim 1Claims.
    [0010] Esist insbesondere vorteilhaft, dass die Sende-/Empfangseinheit mindestenseinen Schallwandler mit mindestens zwei zugeordneten Grundfrequenzenenthält.Mit einer solchen Aus führungsformlassen sich besonders kompakte Sende-/Empfangseinheiten realisieren.Itis particularly advantageous that the transmitting / receiving unit at leasta sound transducer having at least two associated fundamental frequenciescontains.With such an embodimentIt is possible to realize particularly compact transceiver units.
    [0011] Sokann bei der Vorrichtung vorgesehen sein, dass die Sende-/Empfangseinheitmehrere Schallwandler enthält.Damit kann durch eine geeignete Anordnung der einzelnen Schallwandler,abhängigvon den Abmessungen des zu untersuchenden Messobjektes, ein größerer Messbereichpro Zeiteinheit erfasst werden.Socan be provided in the device that the transmitting / receiving unitcontains several sound transducers.This can be achieved by a suitable arrangement of the individual sound transducer,dependentof the dimensions of the test object to be examined, a larger measuring rangebe recorded per unit of time.
    [0012] Weiterist es vorteilhaft, dass die Sende-/Empfangseinheit mindestens zweiSchallwandler mit jeweils einer zugeordneten Grundfrequenz enthält. Beidieser Ausführungsformkann auf herkömmlicheSchallwandler zurückgegriffenwerden, die sich durch hohe Betriebssicherheit und Einfachheit auszeichnen.Furtherit is advantageous that the transmitting / receiving unit at least twoSound transducer each having an associated fundamental frequency contains. atthis embodimentcan be on conventionalSound converter usedwhich are characterized by high operational safety and simplicity.
    [0013] Dabeiist vorteilhaft, dass mindestens ein erster Schallwandler zum Aussendenvon Ultraschallpulsen in das Messobjekt und mindestens ein zweiterSchallwandler zum Empfangen von objektbedingten Reflektionen derUltraschallpulse aus dem Messobjekt vorgesehen sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtungkann so im sogenannten „pitch-catch"-Modus betriebenwerden. Dies hat den Vorteil, dass in diesem Modus das Oberflächenecho abgeschwächt wirdund somit eine bessere Detektion von oberflächennahen Fehlern erreichtwird. Auch könnenbei dieser Ausführungder erfindungsgemäßen Vorrichtungspezielle Schallwandler benutzt werden, die nur zum Senden bzw.nur zum Empfangen ausgelegt sind. Solche Schallwandler arbeitenmeist präziserund sind kompakter ausgebildet als kombinierte Schallwandler.thereis advantageous that at least a first transducer for emittingof ultrasound pulses in the test object and at least a secondSound transducer for receiving object-related reflections ofUltrasonic pulses are provided from the measurement object. The device according to the inventioncan be operated in the so-called "pitch-catch" modebecome. This has the advantage that in this mode the surface echo is attenuatedand thus achieved a better detection of near-surface errorsbecomes. Also canin this versionthe device according to the inventionspecial transducers are used, the only for sending orare designed only for receiving. Such sound transducers workusually more preciseand are more compact than combined transducers.
    [0014] Ebensoist eine Variante möglich,bei der mindestens ein Schallwandler sowohl zum Aussenden von Ultraschallpulsenin das Messobjekt als auch zum Empfangen von objektbedingten Reflektionen derUltraschallpulse aus dem Messobjekt vorgesehen ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtungkann so im sogenannten „pulse-echo"-Modus betriebenwerden. Damit könnendie Ultraschallpulse unterschiedlicher Grundfrequenz auch senkrechtin das Messobjekt eingestrahlt werden, wo sie reflektiert werden undauf demselben Weg zurückzum Schallwandler gelangen. Weiter ist es möglich, das erfindungsgemäße Sensorradmit mehreren solchen kombinierten Schallwandlern sowohl im „pulseecho"-Modus als auch im „pitch-catch"-Modus gleichzeitigzu betreiben.As wellis a variant possiblein the at least one sound transducer both for emitting ultrasonic pulsesin the measurement object as well as for receiving object-related reflections of theUltrasonic pulses from the measurement object is provided. The device according to the inventioncan be operated in the so-called "pulse-echo" modebecome. With that you canthe ultrasonic pulses of different fundamental frequency also perpendicularbe radiated into the measuring object, where they are reflected andon the same way backget to the sound transducer. Furthermore, it is possible to use the sensor wheel according to the inventionwith several such combined transducers both in "pulseecho" mode and in "pitch-catch" mode simultaneouslyto operate.
    [0015] Dieerfindungsgemäße Vorrichtungfindet insbesondere Verwendung bei der Materialzustandsbestimmungvon Eisenbahnschienen. Hier ist es besonders von Vorteil eine Messvorrichtungzur Verfügungzu haben, deren Messgeschwindigkeit gegenüber dem Stand der Technik umein vielfaches höher liegenkann. Da sich der zu untersuchenden Eisenbahnschienenabschnitt inder Regel überviele Kilometer erstreckt, beeinflusst ein Erhöhnung der Messgeschwindigkeitdeutlich die Gesamtmesszeit. Dies ist wiederum mit einer erheblichenKostenersparnis verbunden.Theinventive devicefinds particular use in material condition determinationof railroad tracks. Here it is particularly advantageous a measuring deviceto disposalto have their measuring speed over the prior art ordermany times highercan. Since the railway track section to be examined inusually overmany miles, affects an increase in the measuring speedclearly the total measuring time. This in turn comes with a significantCost savings associated.
    [0016] Bevorzugte,jedoch keinesfalls einschränkendeAusführungsbeispieleder Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Zur Verdeutlichungist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt, undgewisse Merkmale sind nur schematisiert dargestellt. Im Einzelnenzeigt die 1 zwei Frequenzspektren mitunterschiedlichen Grundfrequenzen,Preferred, but by no means limiting embodiments of the invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. For clarity, the drawing is not drawn to scale, and certain features are shown only schematically. In detail, the shows 1 two frequency spectra with different fundamental frequencies,
    [0017] 2 a) schematisch dargestellt eineUntersuchung eines Messobjektes mit einer Fehlstelle mittels einerSende-/Empfangseinheit mit zwei Schallwandlern gleicher Grundfrequenzund b) schematisch dargestellt den zeitlichen Ablauf der ina) schematisch dargestellten Untersuchung, 2 a) schematically shows an investigation of a test object with a defect by means of a transmitting / receiving unit with two transducers same fundamental frequency and b) schematically shows the time sequence of the investigation schematically shown in a),
    [0018] 3 a)schematisch dargestellt eineUntersuchung eines Messobjektes mit einer Fehlstelle mittels einerSende-/Empfangseinheit mit zwei Schallwandlern unterschiedlicherGrundfrequenz und b) schematisch dargestellt den zeitlichenAblauf der in a) schematisch dargestellten Untersuchung, 3 a) schematically illustrated an investigation of a measurement object with a defect by means of a transmitting / receiving unit with two transducers of different fundamental frequency and b) schematically shows the time sequence of the investigation schematically shown in a),
    [0019] 4 a) eine lineare Anordnung von Schallwandlernsenkrecht zur Bewegungsrichtung ausgerichtet und b) eine lineareAnordnung von Schallwandlern parallel zur Bewegungsrichtung ausgerichtet. 4 a) aligned a linear array of transducers perpendicular to the direction of movement and b) aligned a linear array of transducers parallel to the direction of movement.
    [0020] Einanderentsprechende Teile sind in den 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are in the 1 to 4 provided with the same reference numerals.
    [0021] In 1 sindin einem Diagramm (Intensität I über Frequenzf) als Beispiel zwei Frequenzspektren I1 undI2 mit zwei unterschiedlichen Grundfrequenzenf1 und f2 abgebildet.Auch mehr als zwei Spektren mit unterschiedlichen Grundfrequenzen sinddenkbar. Die beiden den Frequenzspektren I1 undI2 entsprechenden Kurven stellen hier jeweils eineIntensitätsverteilungder Frequenzen innerhalb eines entsprechenden Frequenzbandes ΔfB1 und ΔfB2 dar. Die jeweilige Grundfrequenz f1 bzw. f2 ist dabei diejenigeFrequenz, die das Maximum der jeweiligen Kurve darstellt. Die IntensitätsverteilungenI1 und I2 können sowohlden von der Sende-/Empfangseinheit S/E ausgesandten Ultraschallpulsenzugeordnet werden als auch als Nachweisempfindlichkeiten der Sende-/EmpfangseinheitS/E fürdie Ultraschallpulse verstanden werden. Erfindungsgemäß werdendie Frequenzbänder ΔfB1 und ΔfB2 insbesondere schmalbandig gewählt, undzwar relativ zueinander derart angeordnet, dass sie sich nicht odermöglichstwenig überlappen.Insbesondere sollte dabei fürdas Verhältnisder beiden Intensitätsverteilungenbezüglich derjeweiligen Grundfrequenz
    [0022] Zweibenachbarte Grundfrequenzen f1 und f2 könnenauch näherbeieinander liegen. Je kleiner der Abstand zwischen den Fre quenzenf1 und f2 ist, desto mehr überlappensich jedoch die entsprechenden beiden Verteilungen I1 undI2 der Intensität bzw. der Nachweisempfindlichkeit,so dass Signale von Fehlstellen, je kleiner sie sind, schwierigervon der Sende-/Empfangseinheit S/E nachgewiesen und zugeordnet werdenkönnen.Two adjacent fundamental frequencies f 1 and f 2 can also be closer to each other. However, the smaller the distance between the frequencies f 1 and f 2 , the more the corresponding two distributions I 1 and I 2 overlap in intensity and detection sensitivity, respectively, so that signals of defects, the smaller they are, are more difficult to determine Transmitter / receiver unit S / E can be detected and assigned.
    [0023] In 2a)ist zur Verdeutlichung der im Stand der Technik üblichen Vorgehensweise eine Untersuchungnach der „pulseecho"-Methode eines Messobjektes 4 miteiner Fehlstelle 7 mittels einer Sende-/EmpfangseinheitS/E mit zwei Schallwandlern SW1a und SW1b gleicher Grundfrequenz f1 schematischdargestellt. Denkbar ist auch nur ein Schallwandler SW1a,der sich zur Messung entsprechend entlang der Messobjektoberfläche 5 weiterbewegt. AlsBeispiel und aus Gründender Übersichtlichkeit sindnur einige möglicheSchallwege schematisch dargestellt, die ein ausgesandter Ultraschallpulsnehmen kann, bevor er mehrfach reflektiert von der Sende-/EmpfangseinheitS/E anteilig nachgewiesen wird. Die in 2a) mitPfeilen angedeuteten Schallwege des mehrfachreflektierten Ultraschallpulsesp1 führenzu entsprechenden unterschiedlichen Laufzeiten der Ultraschallpulsanteile.In 2a) sind bezeichnet mit p1 einvom Schallwandler SW1a bzw. SW1b zum Zeitpunktt10a bzw. t10b inRichtung des Messobjektes 4 ausgesandter Ultraschallpulsder Frequenz f1, mit t11 dieLaufzeit eines von der Oberfläche 5 des Messobjektes 4 zurück zur Sende-/Empfangseinheit S/Ereflektierten Anteils des ausgesandten Ultraschallpulses p1, mit t12, t13 und t14 die Laufzeitender von der Rückwand 6 desMessobjektes 4 zurückzur Sende-/Empfangseinheit S/E reflektierten Anteile des ausgesandtenUltraschallpulses p1, mit p13, und p14, innerhalbdes Messobjektes 4 von der Oberfläche 5 in RichtungRückwand 6 reflektierte Anteiledes Ultraschallpulses p1, mit t15 die Laufzeit eines direkt von einer Fehlstelle 7 zurück zur Sende-/EmpfangseinheitS/E reflektierten Anteils des ausgesandten Ultraschallpulses p1, mit p16' innerhalb des Messobjektes 4 vonder Fehlstelle 7 in Richtung Rückwand 6 reflektierterAnteil des Ultraschallpulses p1 und mitt16 die Laufzeit eines zuvor von der Fehlstelle 7 zurRückwand 6 reflektierten,in Richtung Sende-/Empfangseinheit S/E wiederum reflektierten Anteilsdes ausgesandten Ultraschallpulses p1.In 2a ) is an investigation according to the "pulseecho" method of a measurement object to illustrate the usual in the prior art approach 4 with a defect 7 by means of a transmitting / receiving unit S / E with two transducers SW 1a and SW 1b the same fundamental frequency f 1 shown schematically. Also conceivable is only a sound transducer SW 1a , which corresponds to the measurement along the measurement object surface 5 advanced. As an example and for reasons of clarity, only a few possible sound paths are shown schematically, which can take a transmitted ultrasound pulse before it is multiply detected by the transmitting / receiving unit S / E proportionately detected. In the 2a ) indicated by arrows sound paths of the multiply reflected ultrasonic pulse p 1 lead to corresponding different maturities of the ultrasonic pulse components. In 2a ) are designated with p 1 on from the sound transducer SW 1a or SW 1b at the time t 10a or t 10b in the direction of the measurement object 4 emitted ultrasonic pulse of frequency f 1 , with t 11 the term of one of the surface 5 of the measured object 4 back to the transmitting / receiving unit S / E reflected portion of the emitted ultrasonic pulse p 1 , with t 12 , t 13 and t 14, the maturities of the back wall 6 of the measured object 4 back to the transmitting / receiving unit S / E reflected portions of the emitted ultrasonic pulse p 1 , with p 13 , and p 14 , within the test object 4 from the surface 5 towards the back wall 6 reflected portions of the ultrasonic pulse p 1 , with t 15 the term of a directly from a defect 7 back to the transmitting / receiving unit S / E reflected portion of the emitted ultrasonic pulse p 1 , with p 16 'within the test object 4 from the defect 7 towards the back wall 6 reflected portion of the ultrasonic pulse p 1 and with t 16 the term of a previously from the defect 7 to the back wall 6 reflected, in the direction of transmitting / receiving unit S / E in turn reflected proportion of the emitted ultrasonic pulse p. 1
    [0024] Mitden beiden Zeitstrahlen t in 2a) ist diezeitliche Abfolge der in den jeweiligen Schallwandlern SW1a und SW1b ankommendenmehrfachreflektierten Ultraschallpulsanteile angedeutet.With the two time beams t in 2a ) is the time sequence of the incoming in the respective transducers SW 1a and SW 1b multi-reflected ultrasonic pulse components indicated.
    [0025] In 2b)ist der in 2a) angedeutete zeitliche Ablaufschematisch dargestellt. Auf der Ordinate ist die von der Sende-/EmpfangseinheitS/E empfangene SignalintensitätIS der reflektierten Ultraschallpulsanteileangegeben, währendauf der Abszisse die Zeit t aufgetragen ist. Zunächst sendet ein SchallwandlerSW1a zum Zeitpunkt t10a einenUltraschallpuls p1 mit der Grundfrequenzf1 in einen fehlerfreien Bereich des Messobjektes 4 aus.Zeitlich aufeinander folgen die Signale der zugehörigen reflektiertenUltraschallpulsanteile entsprechend der Laufzeiten t11,t12, t13 und t14. Erst nach Abklingen der Signale der mehrfachreflektierten Ultraschallpulsanteile, also nach Ankunft der reflektiertenUltraschallpulsanteile mit den Laufzeiten t13 undt14, kann der zweite Schallwandler SW1b zum Zeitpunkt t10b einennächstenUltraschallpuls p1 mit derselben Grundfrequenzf1 in das Messobjekt 4 aussenden.Hier tauchen in der zeitlichen Abfolge zwei weitere, den reflektierenUltraschallpulsanteilen mit den Laufzeiten t15 undt16 zugeordnete Signalspitzen auf, die aufdie in diesem Bereich des Messobjektes 4 vorhandenen Fehlstelle 7 zurückgeführt werdenkönnen.Mit Δt1a und Δt1b sind die Messzeiten angegeben, die nachAuswertung die gewünschten Informationen über denMaterialzustand des Messobjektes 4 liefern. Das jeweiligeSignal, das beim Aussenden des Ultraschallpulses p1 zumZeitpunkt t10a bzw. t10b inder Sende-/Empfangseinheithervorgerufen wird und die Signale der mehrfach reflektierten Ultraschallpulsanteilemit den entsprechenden Laufzeiten t13, t14, t15 und t16 werden dabei außer Acht gelassen. Die Zeit,die zwischen zwei nacheinander von den Schallwandlern SW1a und SW1b ausgesandtenUltraschallpulsen p1 vergeht, definiertdie effektive Messzeit T11 eines Schallwandlers.In 2 B ) is the in 2a ) indicated temporal sequence shown schematically. The ordinate indicates the signal intensity I S of the reflected ultrasonic pulse components received by the transmitting / receiving unit S / E, while the time t is plotted on the abscissa. First, a sound transducer SW 1a at time t 10a sends an ultrasonic pulse p 1 having the fundamental frequency f 1 in a defect-free region of the measurement object 4 out. The signals of the associated reflected ultrasound pulse components follow one another sequentially in accordance with the transit times t 11 , t 12 , t 13 and t 14 . Only after the decay of the signals of the multiply reflected ultrasonic pulse components, ie after arrival of the reflected ultrasonic pulse components with the transit times t 13 and t 14 , the second transducer SW 1b at time t 10b a next ultrasonic pulse p 1 with the same fundamental frequency f 1 in the measurement object 4 send out. Here appear in the temporal sequence two further, the reflected ultrasonic pulse components with the maturities t 15 and t 16 associated signal peaks on the in this area of the measurement object 4 existing defect 7 can be traced back. With Δt 1a and Δt 1b the measuring times are given, which after evaluation the desired information about the material condition of the measuring object 4 deliver. The respective signal which is produced in the transmitting / receiving unit when transmitting the ultrasonic pulse p 1 at the time t 10a or t 10b and the signals of the multiply reflected ultrasonic pulse components with the corresponding transit times t 13 , t 14 , t 15 and t 16 ignored. The time that elapses between two ultrasound pulses p 1 emitted successively by the sound transducers SW 1a and SW 1b defines the effective measuring time T 11 of a sound transducer.
    [0026] 3a)zeigt analog zu 2a) als Beispiel eine Untersuchungnach der „pulse-echo"-Methode eines Messobjektes 4 miteiner Fehlstelle 7 mittels einer Sende-/EmpfangseinheitS/E, jedoch erfindungsgemäß mit zweiSchallwandlern SW1a und SW2 unterschiedlicherGrundfrequenzen f1 und f2.Der zweite Schallwandler SW1b aus 2a)wurde dabei durch den Schallwandler SW2 ersetzt.In 3a) sind weiter bezeichnet mit p2 einvom Schallwandler SW2 zum Zeitpunkt t20 in Richtung des Messobjektes 4 ausgesandterUltraschallpuls der Frequenz f2, mitt21 die Laufzeit eines von der Oberfläche 5 des Messobjektes 4 zurück zur Sende-/Empfangseinheit S/Ereflektierten Anteils des ausgesandten Ultraschallpulses p2, mit t22,t23 und t24 dieLaufzeiten der von der Rückwand 6 desMessobjektes 4 zurückzur Sende-/Empfangseinheit S/E reflektierten Anteile des ausgesandtenUltraschallpulses p2, mit p23' undp24' innerhalbdes Messobjektes 4 von der Oberfläche 5 in RichtungRückwand 6 reflektierteAnteile des Ultraschallpulses p2, mitt25 die Laufzeit eines direkt von einerFehlstelle 7 zurückzur Sende-/Empfangseinheit S/E reflektierten Anteils des ausgesandtenUltraschallpulses p2, mit p26, innerhalb des Messobjektes 4 vonder Fehlstelle 7 in Richtung Rückwand 6 reflektiertenAnteils des Ultraschallpulses p2 und mitt26 die Laufzeit eines zuvor von der Fehlstelle 7 zurRückwand 6 reflektierten,in Richtung Sende-/Empfangseinheit S/E wiederum reflektierten Anteilsdes ausgesandten Ultraschallpulses p2. 3a ) shows by analogy 2a ) as an an example an investigation according to the "pulse-echo" method of a measurement object 4 with a defect 7 by means of a transmitting / receiving unit S / E, but according to the invention with two sound transducers SW 1a and SW 2 different fundamental frequencies f 1 and f 2 . The second acoustic transducer SW 1b 2a ) was replaced by the transducer SW 2 . In 3a ) are further designated with p 2 on from the sound transducer SW 2 at time t 20 in the direction of the measurement object 4 emitted ultrasonic pulse of frequency f 2 , with t 21 the duration of one of the surface 5 of the measured object 4 back to the transmitting / receiving unit S / E reflected portion of the emitted ultrasonic pulse p 2 , with t 22 , t 23 and t 24 the running times of the back wall 6 of the measured object 4 back to the transmitting / receiving unit S / E reflected portions of the emitted ultrasonic pulse p 2 , with p 23 ' and p 24' within the test object 4 from the surface 5 towards the back wall 6 reflected portions of the ultrasonic pulse p 2 , with t 25, the duration of directly from a flaw 7 back to the transmitting / receiving unit S / E reflected portion of the emitted ultrasonic pulse p 2 , with p 26 , within the test object 4 from the defect 7 towards the back wall 6 reflected portion of the ultrasonic pulse p 2 and with t 26 the term of a previously from the defect 7 to the back wall 6 reflected, in the direction of transmitting / receiving unit S / E in turn reflected proportion of the emitted ultrasonic pulse p 2 .
    [0027] Mitden beiden Zeitstrahlen t in 3a) ist wiein 2a) die zeitliche Abfolge der in den jeweiligenSchallwandlern SW1a und SW2 ankommenden mehrfachreflektiertenUltraschallpulsanteile angedeutet.With the two time beams t in 3a ) is like in 2a ) indicates the time sequence of the multiply-reflected ultrasonic pulse components arriving in the respective sound transducers SW 1a and SW 2 .
    [0028] In 3b)ist der in 3a) angedeutete zeitliche Ablaufschematisch dargestellt. Auf der Ordinate ist die von der Sende-/EmpfangseinheitS/E empfangene SignalintensitätIS der reflektierten Ultraschallpulsanteileangegeben, währendauf der Abszisse die Zeit t aufgetragen ist. Zunächst sendet der SchallwandlerSW1a zum Zeitpunkt t10a einenUltraschallpuls p1 mit der Grundfrequenzf1 in einen fehlerfreien Bereich des Messobjektes 4 aus.Zeitlich aufeinander folgen die Signale der zugehörigen reflektiertenUltraschallpulsanteile entsprechend der Laufzeiten t11,t12, t13 und t14. Noch bevor die mehrfach reflektiertenUltraschallpulsanteile mit den Laufzeiten t13 undt14 zur Sende-/Empfangseinheit S/E gelangen, wirdvom zweiten Schallwandler SW2 ein Ultraschallpulsp2 der Frequenz f2 ausgesandt.Entsprechend folgen in zeitlicher Abfolge die Signale der dem Ultraschallpulsp2 zugeordneten, vom Messobjekt 4 reflektiertenUltraschallpulsanteile t21, t22,t23, t24, f25 und t26. Die Messzeiten Δt1a und Δt2 rückendadurch zeitlich näherzusammen, so dass die effektive Messzeit eines Schallwandlers imerfindungsgemäßen Ausführungsbeispielmit T21 gegeben ist.In 3b ) is the in 3a ) indicated temporal sequence shown schematically. The ordinate indicates the signal intensity I S of the reflected ultrasonic pulse components received by the transmitting / receiving unit S / E, while the time t is plotted on the abscissa. First, the sound transducer SW 1a at time t 10a sends an ultrasonic pulse p 1 with the fundamental frequency f 1 in a defect-free region of the measurement object 4 out. The signals of the associated reflected ultrasound pulse components follow one another sequentially in accordance with the transit times t 11 , t 12 , t 13 and t 14 . Even before the multiply reflected ultrasonic pulse components with the transit times t 13 and t 14 reach the transmitting / receiving unit S / E, an ultrasonic pulse p 2 of the frequency f 2 is emitted by the second sound transducer SW 2 . Accordingly, the signals of the ultrasonic pulse p 2 associated with the measured object follow in chronological sequence 4 reflected ultrasonic pulse components t 21 , t 22 , t 23 , t 24 , f 25 and t 26th The measurement times .DELTA.t 1a and .DELTA.t.sub.2 characterized move together temporally closer, so that the effective measurement time of a sound transducer in the embodiment of the invention with T is given 21st
    [0029] DerVergleich der 2b) mit der 3b) verdeutlicht,dass die effektive Messzeit T21 deutlich kürzer istals die effektive Messzeit T11. Es ist nahezu eineHalbierung der ef fektive Messzeit T21 gegenüber dereffektive Messzeit T11 zu erkennen.The comparison of 2 B ) with the 3b ) illustrates that the effective measuring time T 21 is significantly shorter than the effective measuring time T 11 . There is almost a halving of the ef fective measuring time T 21 compared to the effective measuring time T 11 can be seen.
    [0030] BeilängererAbklingzeit eines Ultraschallpulses p1 bzw.p2 ist darüber hinaus denkbar, weitere Schallwandlermit unterschiedlicher Grundfrequenz zu verwenden. Die Grenze derErweiterung um zusätzlicheSchallwandler unterschiedlicher Frequenzen wird hier allein durchden zur Verfügungstehenden Frequenzbereich beschränkt,der fürUltraschallmessungen in Abhängigkeitvom jeweils zu prüfendenMaterial sinnvoll ist.For a longer decay time of an ultrasonic pulse p 1 or p 2 is also conceivable to use other transducers with different fundamental frequency. The limit of the extension to additional transducers of different frequencies is limited here only by the available frequency range, which makes sense for ultrasound measurements depending on the particular material to be tested.
    [0031] Dieerfindungsgemäße Vorrichtungist insbesondere dafürausgelegt, füreine Messung relativ zum Messobjekt 4 bewegt zu werden,um dieses insgesamt vermessen zu können. Weiter ist es möglich, dieerfindungsgemäße Vorrichtungauch stationäran einem Messobjekt zu verwenden, um beispielsweise dynamische Prozesse,wie Riss- oder Blasenbildung oder auch einen Schmelzprozess in einemMessobjekt zu untersuchen.The device according to the invention is in particular designed for a measurement relative to the measurement object 4 to be moved in order to measure this total. It is also possible to use the device according to the invention also stationary on a measurement object in order, for example, to investigate dynamic processes such as cracking or blistering or else a melting process in a measurement object.
    [0032] Beiausreichender Trennung der auszusendenden unterschiedlichen Frequenzbänder ΔfB1 und ΔfB2 ist es überdies auch denkbar, Pulseunterschiedlicher Grundfrequenz f1 und f2 auch gleichzeitig in das Messobjekt auszusenden.Hierzu wärevon Vorteil, mehrere Ultraschallwandler zu verwenden, die beispielsweiselinear angeordnet sind. Zwei Beispiele einer solche Ausführungsformsind in 4a) und 4b) dargestellt.Beide 4a) und 4b) zeigenjeweils eine lineare Anordnung 8 bzw. 9 mit vier Schallwandlern,wobei jeweils zwei Schallwandlern SW1a undSW2 mit der jeweiligen Grundfrequenz f1 bzw. f2 abwechselndangeordnet sind. Die jeweilige Anordnung 8 bzw. 9 istzur Untersuchung des Messobjektes 4 in dargestellter RichtungM relativ zum Messobjekt 4 über dessen Oberfläche 5 hinwegzubewegen.Es ist auch denkbar, lineare Anordnungen zu verwenden, deren Längsachsenicht wie bei der Anordnung 8 senkrecht bzw. bei der Anordnung 9 parallelzur Bewegungsrichtung M ausgerichtet sind, sondern in beliebigemWinkel zur Bewegungsrichtung M stehen. Anordnungen mit mehre renSchallwandlerreihen bzw. mehrere flächig angeordnete Schallwandlersind ebenfalls möglich.Moreover, with sufficient separation of the different frequency bands Δf B1 and Δf B2 to be transmitted, it is also conceivable to transmit pulses of different fundamental frequency f 1 and f 2 simultaneously into the measurement object. For this purpose, it would be advantageous to use a plurality of ultrasonic transducers, which are arranged linearly, for example. Two examples of such an embodiment are in 4a ) and 4b ). Both 4a ) and 4b ) each show a linear arrangement 8th respectively. 9 with four sound transducers, wherein in each case two sound transducers SW 1a and SW 2 with the respective fundamental frequency f 1 and f 2 are arranged alternately. The respective arrangement 8th respectively. 9 is for the examination of the measurement object 4 in the direction M shown relative to the object to be measured 4 over its surface 5 away move. It is also conceivable to use linear arrangements whose longitudinal axis is not as in the arrangement 8th perpendicular or in the arrangement 9 are aligned parallel to the direction of movement M, but are at any angle to the direction of movement M. Arrangements with several ren Schallwandlerreihen or more areally arranged sound transducer are also possible.
    [0033] Diein der 2a bzw. 3a dargestellten SchallwandlerSW1a und SW1b bzw.SW1a und SW2 sindals „Senkrecht"-Prüfköpfe ausgeführt. DieFläche 10 dereinzelnen Schallwandler, durch die Ultraschallpulse ausgesendetwerden und durch die deren Reflektionen auch wieder empfangen werden,ist dabei parallel zur Oberfläche 5 deszu untersuchenden Messobjektes 4 angeordnet. Alternativist aber auch die Verwendung von „Winkel"-Prüfköpfen als Schallwandlerdenkbar, bei denen die jeweilige Fläche 10 in einem Winkelzur Oberfläche 5 deszu untersuchenden Messobjektes 4 angeordnet ist. Dazu werdenin besonders vorteilhafte Weise die beiden Flächen 10 eines Schallwandlerpaaresformschlüssigauf jeweils eine Seitenflächeeines Winkelkeils, der auf der Objektoberfläche aufliegt, derart aufgebracht,dass sich die Oberflächennormalender Flächen 10 beiderSchallwandler insbesondere im zu untersuchenden Messobjekt 4 überschneiden.The in the 2a respectively. 3a illustrated sound transducers SW 1a and SW 1b and SW 1a and SW 2 are designed as "vertical" -test heads 10 the individual sound transducer, are emitted by the ultrasonic pulses and by whose reflections are also received again, is while parallel to the surface 5 of the test object to be examined 4 arranged. Alternatively, however, the use of "angle" probes as a sound transducer is conceivable in which the respective surface 10 at an angle to the surface 5 of the test object to be examined 4 is arranged. For this purpose, the two surfaces are in a particularly advantageous manner 10 a Schallwandlerpaares positively on each side surface of an angle wedge, which rests on the object surface, applied in such a way that the surface normal of the surfaces 10 both sound transducers, in particular in the test object to be examined 4 overlap.
    权利要求:
    Claims (7)
    [1]
    Vorrichtung zur akustischen Untersuchung einesMessobjektes (4), die mit einer Sende-/Empfangseinheit(S/E) fürUltraschallstrahlung versehen ist, wobei jeweils aufeinander folgenderste und zweite Ultraschallpulse (p1, p2) mit unterschiedlichen, jeweils einem eigenenFrequenzband (ΔfB1, ΔfB2) zugeordneten Grundfrequenzen (f1, f2) in das Messobjekt (4)aussendbar sind, und dass objektbedingte Reflexionen des erstenUltraschallpulses (p1) zusammen mit objektbedingtenReflexionen des zweiten Ultraschallpulses (p2)mit der Sende-/Empfangseinheit (S/E) nachweisbar und den entsprechendenUltraschallpulsen (p1, p2)zuordenbar sind.Device for the acoustic examination of a test object ( 4 ), which is provided with a transmitting / receiving unit (S / E) for ultrasonic radiation, wherein successively first and second ultrasonic pulses (p 1 , p 2 ) with different, each having its own frequency band (.DELTA.f B1 , .DELTA.f B2 ) associated with fundamental frequencies (f 1 , f 2 ) into the measurement object ( 4 ) can be emitted, and that object-related reflections of the first ultrasonic pulse (p 1 ) together with object-related reflections of the second ultrasonic pulse (p 2 ) with the transmitting / receiving unit (S / E) detectable and the corresponding ultrasonic pulses (p 1 , p 2 ) can be assigned are.
    [2]
    Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Sende-/Empfangseinheit (S/E) mindestens einen Schallwandler(SW1a, SW1b, SW2) mit mindestens zwei zugeordneten Grundfrequenzen(f1, f2) enthält.Apparatus according to claim 1, characterized in that the transmitting / receiving unit (S / E) comprises at least one sound transducer (SW 1a , SW 1b , SW 2 ) with at least two associated fundamental frequencies (f 1 , f 2 ).
    [3]
    Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Sende-/Empfangseinheit (S/E) mehrere Schallwandler (SW1a, SW1b, SW2) enthält.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the transmitting / receiving unit (S / E) comprises a plurality of sound transducers (SW 1a , SW 1b , SW 2 ).
    [4]
    Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass die Sende-/Empfangseinheit (S/E) mindestens zwei Schallwandler(SW1a, SW1b, SW2) mit jeweils einer zugeordneten Grundfrequenz (f1, f2) enthält.Apparatus according to claim 3, characterized in that the transmitting / receiving unit (S / E) at least two sound transducers (SW 1a , SW 1b , SW 2 ) each having an associated fundamental frequency (f 1 , f 2 ) contains.
    [5]
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, gekennzeichnetdadurch, dass mindestens ein erster Schallwandler (SW1a,SW1b) zum Aussenden von Ultraschallpulsen(p1, p2) in dasMessobjekt (4) und mindestens ein zweiter Schallwandler(SW2) zum Empfangen von objektbedingtenReflexionen der Ultraschallpulse (p1, p2) aus dem Messobjekt (4) vorgesehensind.Device according to one of claims 3 or 4, characterized in that at least one first sound transducer (SW 1a , SW 1b ) for emitting ultrasonic pulses (p 1 , p 2 ) in the measurement object ( 4 ) and at least one second sound transducer (SW 2 ) for receiving object-related reflections of the ultrasound pulses (p 1 , p 2 ) from the measurement object ( 4 ) are provided.
    [6]
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnetdurch mindestens einen Schallwandler (SW1a,SW1b, SW2) sowohlzum Aussenden von Ultraschallpulsen (p1,p2) in das Messobjekt (4) als auchzum Empfangen von objektbedingten Reflexionen der Ultraschallpulse(p1, p2) aus demMessobjekt (4).Device according to one of Claims 2 to 4, characterized by at least one sound transducer (SW 1a , SW 1b , SW 2 ) both for emitting ultrasound pulses (p 1 , p 2 ) into the test object ( 4 ) as well as for receiving object-related reflections of the ultrasound pulses (p 1 , p 2 ) from the measurement object ( 4 ).
    [7]
    Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorangehendenAnsprüchezur Materialzustandsbestimmung von Eisenbahnschienen.Use of the device according to one of the precedingclaimsfor determining the material condition of railway rails.
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    法律状态:
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