DE1013898B

DE1013898B - Ultrasonic transducer arrangement for non-destructive material testing using ultrasonic pulses

Info

Publication number: DE1013898B
Application number: DES41792A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Adolf Lutsch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1954-12-02
Filing date: 1954-12-02
Publication date: 1957-08-14
Also published as: GB822898A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallschwingeranordnung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mittels Ultraschallimpulsen und weist einen von Sendung und Empfang umschaltbaren Ultraschallschwinger auf, der an einen Übertragungskörper angrenzt. Der Übertragungskörper, der im Hauptpatent mit Ballastkörper bezeichnet ist, dient zur Übertragung des Ultraschalls von der Schwingeranordnung in den zu prüfenden Körper. Nach dem Hauptpatent ist vorzugsweise geneigt zum Schwinger eine Vorrichtung angebracht, die den im Übertragungskörper zurückbleibenden und nicht in das Werkstück eindringenden Schallenergieanteil anzeigt. Als Anzeigevorrichtung dient ein oder mehrere Empfangsschwinger, die in der weiteren Beschreibung als Meßschwinger bezeichnet werden sollen. Mit einer solchen Anordnung läßt sich der von dem Schwinger in den zu prüfenden Körper hineingesandte Anteil der Ultraschallintensität bestimmen. The invention relates to an ultrasonic transducer arrangement for non-destructive testing of materials by means of ultrasonic pulses and has an ultrasonic transducer that can be switched between transmission and reception on, which is adjacent to a transmission body. The transmission body, which is included in the main patent Ballast body is designated, is used to transmit the ultrasound from the transducer assembly in the body to be tested. According to the main patent, a device is preferably inclined to the oscillator attached, the remaining in the transmission body and not penetrating into the workpiece Shows the sound energy level. One or more receiving transducers, which are in the further description should be referred to as a transducer. With such an arrangement can determine the portion of the ultrasound intensity sent by the transducer into the body to be tested.

An der Grenzfläche zwischen dem Übertragungskörper und dem zu untersuchenden Werkstück werden die Ultraschallwellen sowohl in Form von Longitudrnalwellen als auch in Form von Transversalwellen, und zwar unter verschiedenen Winkeln in den Übertragungskörper reflektiert. Die stärkste Abhängigkeit von der Ultraschallintensität, die in das Werkstück abgegeben wird, zeigt der in Form von Longitudinalwellen reflektierte Anteil der Ultraschallintensität. Be at the interface between the transmission body and the workpiece to be examined the ultrasonic waves both in the form of longitudinal waves and in the form of transverse waves, at different angles reflected in the transmission body. The strongest addiction of the ultrasound intensity that is emitted into the workpiece is shown in the form of longitudinal waves reflected portion of the ultrasound intensity.

Gemäß der Zusatzerfindung wird daher der Ultraschallschwinger zur Messung der Größe der an der abstrahlenden Grenzfläche des Übertragungskörpers in den Übertragungskörper reflektierten Ultraschallintensität innerhalb des Longitudinalwellenfeldes angeordnet. According to the additional invention is therefore the ultrasonic transducer for measuring the size of the emitting interface of the transmission body reflected in the transmission body ultrasonic intensity arranged within the longitudinal wave field.

Um den Meß schwinger konstruktiv einfach an dem Schallkopf anbringen zu können, ist es oft nicht zweckmäßig, ihn unmittelbar in dem an der Grenzfläche des Übertragungskörpers reflektierten Ultraschallwellenfeld anzuordnen. Dies ist auch vielfach unzweckmäßig zur Trennung der reflektierten Longitudinalund Transversalwellen. Der Übertragungskörper weist erfindungsgemäß in solchen Fällen eine derartige Ausbildung auf, daß die von der abstrahlenden Grenzfläche des Übertragungskörpers in den Übertragungskörper reflektierte Ultraschallintensität an mindestens einer weiteren Grenzfläche des Übertragungskörpers reflektiert wird, bevor sie auf den Meßschwinger trifft.In order to be able to attach the measuring oscillator to the transducer in a structurally simple manner, it is often not necessary expedient to place it directly in the ultrasonic wave field reflected at the interface of the transmission body to arrange. This is also often unsuitable for separating the reflected longitudinal and Transverse waves. According to the invention, the transmission body has a in such cases such training that the of the radiating interface of the transmission body in the Transmission body reflected ultrasound intensity at at least one further interface of the transmission body is reflected before it hits the transducer.

Es ist darauf zu achten, daß diejenigen Anteile der in den Übertragungskörper reflektierten Ultraschallintensität, die nicht gemessen werden sollen, auch nicht den Meßschwinger treffen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Grenzflächen des Ultras challs ch winger anordnungCare must be taken that those parts of the ultrasound intensity reflected in the transmission body, which should not be measured, do not hit the transducer either. This is according to the invention achieved in that the boundary surfaces of the ultrasound ch winger arrangement

zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfungfor non-destructive testing of materials

mittels Ultraschallimpulsen.by means of ultrasonic pulses.

Zusatz zum Patent 929 153Addendum to patent 929 153

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Applicant:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2Berlin and Munich,
Munich 2, Witteisbacherplatz 2

Dipl.-Ing. Adolf Lutsch, Erlangen,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Adolf Lutsch, Erlangen,
has been named as the inventor

Übertragungskörpers, die nicht im Strahlengang des in den festen Körper zu übertragenden Ultraschalls und der von der abstrahlenden Grenzfläche des Übertragungskörpers in den Körper reflektierten Ultraschalls, dessen Intensität zu messen ist, liegen, mit Ultraschall aufnehmenden und nicht wieder in den Übertragungskörper reflektierenden Stoffen bedeckt sind. Als ein derartiger Ultraschall aufnehmender und nicht wieder in den Übertragungskörper reflektierender Stoff wird vorteilhaft Hartgummi gewählt.Transmission body that is not in the beam path of the ultrasound to be transmitted into the solid body and the ultrasound reflected into the body by the radiating interface of the transmission body, whose intensity is to be measured, lying, recording with ultrasound and not again in the Transfer body reflecting materials are covered. As such an ultrasound recording and Material that does not reflect back into the transmission body is advantageously chosen as hard rubber.

Die erfindungsgemäße Einrichtung findet vorzüglich Anwendung in Kombination mit einer elektrischen, Hochfrequenzimpulse aussendenden und empfangenden Sende-Empfangs-Einrichtung in einem Gerät zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung nach dem Ultraschallimpulsreflexionsverfahren. Bei diesem Verfahren wird bekanntlich die Laufzeit von in Prüfkörper gesandten Ultraschallimpulsen zur Ermittlung von Inhomogenitäten in diesen Prüfkörpern gemessen. Es ist bei diesem Verfahren überdies wünschenswert, die Stärke der aus den beschallten Prüfkörpern reflektierten Impulse als Maß für Form und Größe der Inhomogenitäten in den beschallten Körper heranzuziehen. Das ist nur dann möglich, wenn die Größe der in den Prüfkörper geschallten Ultraschallimpulse, also — in anderen Worten — die von dem Schallkopf in den Prüfkörper übertragene Ultraschallintensität der Ultraschallimpulse, bekannt ist. Die hierzu erforderliche Messung läßt sich, wie' aus-The device according to the invention is ideally used in combination with an electrical, Transceiver device which emits and receives high-frequency pulses in one Device for non-destructive testing of materials using the ultrasonic pulse reflection method. With this one As is known, the method is used to determine the transit time of ultrasonic pulses sent into test bodies of inhomogeneities measured in these test specimens. It is also desirable in this process the strength of the pulses reflected from the sonicated test bodies as a measure of shape and Use the size of the inhomogeneities in the sonicated body. That is only possible if the Size of the ultrasonic impulses echoed into the test body, i.e. - in other words - that of the Ultrasonic intensity of the ultrasonic pulses transmitted into the test body is known. the the measurement required for this can be

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geführt, mit dem erfindungsgemäßen Meßschwinger ausgesandte Ultraschalleistung zu ermitteln ist. Dies durchführen. Bei Verwendung einer elektrische Hoch- kann dadurch erreicht werden, daß die an dem Meßfrequenzimpulse aussendenden und empfangenden schwinger auftretende Hochfrequenzschwingung dann, Sende-Empfangs-Einrichtung in Verbindung mit wenn der Schallkopf nicht an den Prüfkörper gelegt einem Schallkopf, der den erfindungsgemäßen Meß- 5 ist, durch eine gegenphasige Schwingung gleicher schwinger enthält, wird in Ausbildung der Erfindung Amplitude kompensiert wird. Zur Durchführung der Sendeschwinger, der dann gleichzeitig Empfangs- dieser Kompensation ist bei einer Ultraschallimpulsschwinger ist, und der Meßschwinger an den Ausgang ,Sende-Empfangs-Einrichtung erfindungsgemäß ein an dieser Sende-Empfangs-Einrichtung angeschlossen. den Ausgang der Sende-Empfangs-Einrichtung anist ein Kathodenstrahloszillograph zur Sichtbar- io geschlossenes, in verstellbarem zeitlichem Abstand machung der in den Prüfkörper eingesandten und aus von einem Hochfrequenzsendeimpuls, der von der ihm reflektierten Impulse vorgesehen, so werden die Sendeeinrichtung erzeugt wird, einen Hochfrequenzvon dem Meßschwinger abzunehmenden elektrischen impuls (weiterhin Kompensationsimpuls genannt) Hochfrequenzimpulse zweckmäßig ebenfalls auf dem erzeugendes und auf den Ausgang der Sende-Emp-Bildschirm dieses Kathodenstrahloszillographen sieht- 15 fangs-Einrichtung abgebendes Schaltelement (weibar gemacht. Die Höhe der auf dem Kathodenstrahl- terhin Kompensator genannt) vorgesehen, und weiteroszillographen sichtbaren, von dem Meßschwinger ab- hin sind Mittel vorgesehen, die die Phase des Komgenommenen Hochfrequenzimpulse ist dann ein sieht- pensationsimpulses gegenüber der Phase des von dem bares Maß für die von dem Schallkopf in den zu be- Meßschwinger abgegebenen Hochfrequenzimpulses schallenden Körper gesandte Intensität der Ultra- 20 umkehren, so daß am Ausgang der Sende-Empfangsschallimpulse. Einrichtung diese Impulse gegenphasig zueinanderout, is to be determined with the transducer according to the invention emitted ultrasonic power. this carry out. When using an electrical high can be achieved that the measuring frequency pulses emitting and receiving oscillators then occurring high-frequency oscillation, Transceiver in connection with when the transducer is not placed on the test body a sound head, which is the measuring 5 according to the invention, by an anti-phase oscillation the same contains oscillator, amplitude is compensated in an embodiment of the invention. To carry out the transmitter oscillator, which is then at the same time receiving this compensation in the case of an ultrasonic pulse oscillator is, and the transducer to the output, transmitting / receiving device according to the invention on connected to this transceiver. the output of the transceiver is present a cathode ray oscilloscope closed for visibility, at an adjustable time interval production of the sent into the test body and from a high-frequency transmission pulse that is transmitted by the If the reflected pulses are provided, the transmitting device is generated at a high frequency of the electrical pulse to be taken from the transducer (hereinafter referred to as the compensation pulse) High-frequency pulses also expediently on the generating screen and on the output of the send / receive screen this cathode ray oscilloscope sees a switching element emitting a catch device (female made. The height of the compensator called on the cathode ray tube) provided, and further oscilloscope visible, apart from the measuring transducer, means are provided which determine the phase of the com High frequency pulse is then a visual compensation pulse compared to the phase of the A measure of the high-frequency pulse emitted by the transducer into the measuring transducer Reverse echoing body sent intensity of the Ultra-20, so that at the output of the transmit-receive sound pulses. Set up these pulses in phase opposition to each other

Bei der Laufzeitbestimmung von Ultraschall- eintreffen.When determining the transit time of the arrival of ultrasound.

impulsen in Prüfkörpern bei Verwendung eines Der Kompensator besteht zweckmäßig aus einer Schallkopfes mit einem Übertragungskörper zwischen Flüssigkeitsstrecke, in der sich in veränderbarem Sendeschwinger und Prüfkörper ist die Laufzeit der 25 Abstand zwei elektroakustische Wandler gegenüber-Ultraschallimpulse in diesem Übertragungskörper stehen, wobei diese beiden elektroakustischen Wandnicht wissenswert. Vielmehr interessiert nur die Lauf- ler, gegebenenfalls über veränderbare kapazitive zeit der Ultraschallimpulse zwischen der abstrahlen- Widerstände, an den Ausgang der Sende-Empfangsden Fläche des Überträgungskörpers und der zu er- Einrichtung und an den Meßschwinger angeschlossen mittelnden Inhomogenität im Prüfkörper. Die Lauf- 30 sind. Das Flüssigkeitsgemisch in dieser Flüssigkeitszeit der Ultraschallimpulse im Übertragungskörper strecke ist zweckmäßig so gewählt, daß es eine im geht doppelt ■— einmal beim Hinweg und einmal Bereich geoklimatischer Temperaturen unabhängige beim Rückweg der Ultraschallimpulse — in das Schallgeschwindigkeit aufweist. Ein Flüssigkeits-Laufzeitmeßergebnis ein und muß daher von diesem gemisch dieser Eigenschaft ist ein Gemisch aus etwa Meßergebnis abgezogen werden. Gemäß weiterer Aus- 35 20 Gewichtsprozent Äthylalkohol und etwa 80 Gebildung der Erfindung wird diese Korrektur an dem wichtsprozent Wasser.impulses in test bodies when using a Transducer with a transmission body between the fluid path in which is changeable Transmitter transducer and test body is the transit time of the 25 distance between two electroacoustic transducers and ultrasonic pulses stand in this transmission body, these two electroacoustic walls not worth knowing. Rather, only the walkers are of interest, possibly via changeable capacitive ones time of the ultrasonic impulses between the radiating resistors, to the output of the sending / receiving Surface of the transmission body and the device to be created and connected to the transducer averaging inhomogeneity in the test specimen. The run 30 are. The liquid mixture in this liquid time of the ultrasonic pulses in the transmission body stretch is expediently chosen so that there is an im goes twice ■ - once on the way there and once in the range of geoclimatic temperatures independent on the return path of the ultrasonic impulses - in which the speed of sound has. A liquid transit time measurement result a and must therefore of this mixture this property is a mixture of approximately Measurement result can be deducted. According to further training 35 20 percent by weight ethyl alcohol and about 80 formation the invention applies this correction to the weight percent water.

Meßergebnis selbsttätig vollzogen, wenn der Über- Zur Unterdrückung von Mehrfachreflexionen im tragungskörper derartig ausgebildet ist, daß der Kompensator sind die abstrahlenden Flächen der Schallweg von der abstrahlenden Grenzfläche des beiden in ihm enthaltenen elektroakustischen Wand-Übertragungskörpers zu dem Sende-Empfangs- 40 ler in einem derartigen Winkel zueinander angeord-Schwinger und zu dem Meßschwinger gleich lang ist. net, daß die Strahlungscharakteristik des einen Es ist dann nämlich möglich, die Laufzeit — etwa auf elektroakustischen Wandlers den anderen elektrodem Bildschirm des Kathodenstrahloszillographen — akustischen Wandler nicht überdeckt, von dem sichtbaren Ort des von dem Meßschwinger Zur Veränderung der Laufzeit der Ultraschallabgegebenen Impulses aus zu zählen, da dieser von 45 impulse in dem Kompensator ist der Abstand der dem Meßschwinger abgegebene Impuls bereits um die beiden elektroakustischen Wandler im Kompensator bisher abzuziehenden zwei Laufzeiten des Ultra- durch eine Mikrometerschraube verstellbar, schallimpulses durch den Übertragungskörper hinter Die erforderliche Gegenphasigkeit der zur Komdem — gegebenenfalls ebenfalls auf dem Bildschirm pensation gelangenden Impulse wird erfindungsgemäß des Kathodenstrahloszillographen sichtbaren — Sende- 50 dadurch erreicht, daß in bezug auf die Fortpflanzungsimpulses liegt; in anderen Worten: der Nullpunkt richtung der die elektroakustischen Wandler durchder Laufzeitskala wird .mit dem Ort des von dem laufenden Impulse die Polarisationsrichtung einer der Meßschwinger abgegebenen Impulses zur Deckung elektroakustischen Wandler im Kompensator gleichgebracht, um die genannte Laufzeitkorrektur zu voll- gerichtet ist mit der Polarisationsrichtung entweder ziehen. 55 des Sendeschwingers oder des Meßschwingers und dieMeasurement result carried out automatically when the over- To the suppression of multiple reflections in the support body is designed such that the compensator are the radiating surfaces of the Sound path from the radiating interface of the two electroacoustic wall transmission bodies contained in it to the transceiver 40 ler at such an angle to each other arranged transducers and is the same length as the transducer. net that the radiation pattern of the one It is then possible to adjust the running time - for example on the electroacoustic transducer of the other electrodem Cathode ray oscilloscope screen - acoustic transducer not covered, from the visible location of the transducer emitted by the transducer to change the transit time of the ultrasound Pulse off, since this of 45 pulses in the compensator is the distance of the The pulse given to the transducer is already around the two electroacoustic transducers in the compensator Previously to be deducted two running times of the Ultra adjustable by a micrometer screw, sound impulse through the transmission body behind the required antiphase to the comdem - If necessary, impulses also arriving on the screen pensation is according to the invention of the cathode ray oscilloscope visible - transmission 50 achieved in that with respect to the propagation pulse lies; in other words: the zero point in the direction of the electroacoustic transducer The transit time scale is .with the location of the current pulse, the polarization direction of one of the Measuring transducer emitted pulse to cover the electroacoustic transducer in the compensator, in order to fully align the mentioned time-of-flight correction either with the polarization direction draw. 55 of the transmitter oscillator or the transducer and the

Die bisher aufgezeigte Ermittlung der von dem Polarisationsrichtung des anderen elektroakustischenThe previously shown determination of the direction of polarization of the other electroacoustic

Schallkopf in den Prüfkörper eingeschallten Ultra- Wandlers im Kompensator der PolarisationsrichtungTransducer into the test body of the ultrasonic transducer in the compensator of the polarization direction

Schallintensität mittels eines erfindungsgemäßen Meß- des verbleibenden Schwingers entgegengerichtet ist.Sound intensity is counter-directed by means of a measuring device according to the invention of the remaining oscillator.

schwingers ist keine sogenannte Nullmethode. Unab- Die Merkmale der Erfindung werden an Hand derschwingers is not a so-called zero method. Inde- The features of the invention are based on the

hängig davon, ob der ,Schallkopf aus dem Prüfkörper 60 Fig. 1 bis 4 erläutert.depending on whether the transducer from the test body 60 explains FIGS. 1 to 4.

aufgesetzt ist oder nicht, wird der Meßschwinger Fig. 1 stellt schematisch den Verlauf der an eineris placed or not, the measuring transducer Fig. 1 shows schematically the course of the on one

angeregt. Der den Schallkopf handhabende Prüfer Grenzfläche unterschiedlicher Materialkonstantenstimulated. The examiner handling the transducer Interface of different material constants

ist daher darauf angewiesen, unterschiedliche Größen reflektierten und die Grenzfläche durchdringendenis therefore dependent on different sizes being reflected and penetrating the interface

dieser Anregung festzustellen. Diese Arbeitsweise Ultraschallwellen dar;to determine this suggestion. This mode of operation represents ultrasonic waves;

erfordert die Aufmerksamkeit des Prüfers und ist zu- 65 Fig. 2 gibt die Schaltungsanordnung einer Ultra-requires the attention of the examiner and is to- 65 Fig. 2 shows the circuit arrangement of an ultra-

dem nicht unbedingt genau. Wünschenswert wäre es, schallimpuls-Sende-Empfangs-Einrichtung mit demnot necessarily exactly. It would be desirable to have a sound pulse transceiver with the

wenn der Meßschwinger dann, wenn der Schallkopf erfindungsgemäßen Schallkopf und der erfindungs-when the transducer, when the transducer according to the invention and the inventive

nicht auf den Prüfkörper aufgesetzt ist, nicht an- gemäßen Kompensationseinrichtung wieder;has not been placed on the test specimen, the compensation device is not appropriate again;

geregt wird, so daß —von diesem Nullwert aus- Fig. 3, 4 und 5 zeigen schematisch Bilder der aufis excited so that — from this zero value — FIGS. 3, 4 and 5 show schematically images of FIG

gehend — die von dem Schallkopf in den Prüfkörper 70 dem Bildschirm eines Kathodenstrahloszillographengoing - the from the transducer into the test body 70 the screen of a cathode ray oscilloscope

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wiedergegebenen Impulse bei der Durchführung von den elektroakustischen Wandler 32 nicht überdeckt. Messungen mit dem erfindungsgemäßen Schallkopf. Der elektroakustische Wandler 32 ist mittels einer mit Wie in Fig. 1 ersichtlich, werden die von einem einem Gewinde versehenen Führung 33 in dem zylinelektroakustischen Wandler 1 ausgesandten Longi- drischen Körper 29 verschiebbar, so daß der Abstand tudinalwellenzüge 2 an der Grenzfläche 3 nach dem 5 zwischen den beiden elektroakustischen Wandlern 31 Reflexionsgesetz reflektiert und treffen auf den erfin- und 32 kontinuierlich zu verändern ist. Der eine dungsgemäßen Meßschwinger 4. Der Einfallswinkel elektroakustische Wandler 31 ist über eine Kapazität der Longitudinalwellen 2 auf die Grenzfläche 3 ist so 34 mit der Zuführung 26 zum Sendeschwinger 11 gewählt, daß nur ein Transversalwellenzug 5 durch verbunden. Diese Zuführung 26 ist an den Ausgang die Grenzfläche 3 dringt; dieser Winkel ist dadurch io 36 der Sende-Empfangs-Einrichtung 27 gelegt. Der bestimmt, daß er größer ist als der Grenzwinkel der elektroakustische Wandler 32 ist über die veränder-Totalreflexion der Longitudinalwellen. Auf Grund des bare Kapazität 37 ebenfalls mit der Zuführung 26 durch die Grenzfläche 3 gedrungenen Transversal- zum Eingang 36 der Sende-Empfangs-Einrichtung wellenzuges 5 wird an der Grenzfläche 3 ein Trans- verbunden. Mit der Sende-Empfangs-Einrichtung 27 versalwellenzug 6 reflektiert, der sich etwa senkrecht 15 ist ein Kathodenstrahloszillograph 38 vereinigt, auf zu dem Transversalwellenzug 5 ausbreitet und bei der dem die periodisch auf den Ausgang 36 gegebenen dargestellten Anordnung von Sendeschwinger 1 und Hochfrequenzimpulse gegeben und die ebenfalls in Meßschwinger 4 nicht auf den Meßschwinger 4 trifft. gleicher Periode auf ihn treffenden Hochfrequenz-Die auf den Meßschwinger 4 treffende Ultraschall- impulse sichtbar gemacht werden, intensität ist abhängig von der Intensität des Trans- 20 Die Arbeitsweise der in der Fig. 2 dargestellten versalwellenzuges 5 jenseits der Grenzfläche 3. Einrichtung ist folgende: Die von dem Ausgang 36reproduced pulses are not covered by the electroacoustic transducer 32 during implementation. Measurements with the transducer according to the invention. The electroacoustic transducer 32 is by means of a As can be seen in Fig. 1, the threaded guide 33 in the cylinder electroacoustic Transducer 1 emitted Longiddrischen body 29 displaceable, so that the distance tudinal wave trains 2 at the interface 3 after the 5 between the two electroacoustic transducers 31 Law of reflection reflects and meets the inventiveness and 32 is to be continuously changed. The one appropriate transducer 4. The angle of incidence electroacoustic transducer 31 is a capacitance of the longitudinal waves 2 on the interface 3 is thus 34 with the feed 26 to the transmitter oscillator 11 chosen that only one transverse wave train 5 connected through. This feed 26 is at the exit the interface 3 penetrates; this angle is thereby placed at 36 of the transceiver 27. Of the determined that it is greater than the critical angle of the electroacoustic transducer 32 is via the variable total reflection of the longitudinal waves. Due to the available capacity 37 also with the feed 26 Transversal penetrated through the interface 3 to the input 36 of the transmitting / receiving device wave train 5 is connected to the interface 3 a Trans-. With the transceiver 27 versalwellenzug 6 reflected, which is approximately perpendicular 15 is a cathode ray oscilloscope 38 combined on to the transverse wave train 5 and in which the periodically given to the output 36 shown arrangement of transmitter oscillator 1 and high-frequency pulses given and also in Measuring transducer 4 does not strike measuring transducer 4. same period high-frequency die hitting it Ultrasonic pulses striking the transducer 4 are made visible, intensity is dependent on the intensity of the trans- 20 The mode of operation of the shown in FIG Versalwellenzuges 5 beyond the interface 3. Device is the following: The one from the output 36

Ein nach dem in Fig. 1 dargestellten Prinzip ge- der Sende-Empfangs-Einrichtung 27 periodisch ausbauter Schallkopf 10 ist in Fig. 2 dargestellt. Von gehenden elektrischen Hochfrequenzimpulse werden einem Sendeschwinger 11 wird die Intensität eines über die Leitung 26 dem Sendeschwinger 11 und über Longitudinalwellenbündels 12 durch einen Übertra- 25 die als Spannungsteiler wirkende Kapazität 35 und die gungskörper 13 in ein Werkstück 14 teilweise über- Leitung 25 mit kleiner Amplitude auch dem Meßtragen. Der Einfallswinkel des Longitudinalwellen- schwinger 22 zugeführt. Sie durchlaufen die Leitung bündeis 12 ist wieder derart gewählt, daß nur ein 39, weiterhin die als Spannungsteiler vorgesehene Transversalwellenzug 15 in dem Werkstück 14 auf- Kapazität 37 und den Kompensator 28, wo sie in Ultratritt. An der abstrahlenden Fläche 16 des Übertra- 30 schallimpulse verwandelt und wieder in elektrische gungskörpers 13 werden ein Longitudinalwellenzug 17 Hochfrequenzimpulse rückverwandelt werden, und und ein Transversalwellenzug 18 in den Übertra- gelangen dann über die Kapazitäten 34 und die Leigungskörper 13 reflektiert. Der Transversalwellenzug tung26 wieder auf den Ausgang 36 der Sende-18 trifft auf eine Grenzfläche 19 des Übertragungs- Empfangs-Einrichtung.According to the principle shown in FIG. 1, the transmitting / receiving device 27 is periodically expanded The transducer 10 is shown in FIG. Be from outgoing high frequency electrical pulses a transmitter oscillator 11 is the intensity of a line 26 to the transmitter oscillator 11 and over Longitudinal wave bundle 12 through a transmission 25 which acts as a voltage divider capacitance 35 and the transmission body 13 in a workpiece 14 partially over-line 25 with a small amplitude also the measuring wear. The angle of incidence of the longitudinal wave oscillator 22 is supplied. You go through the line bündeis 12 is again chosen in such a way that only one 39 continues to be the one provided as a voltage divider Shear wave train 15 in the workpiece 14 to capacity 37 and the compensator 28, where they are in ultra-tread. At the radiating surface 16 of the transmission 30 sound impulses are transformed and again into electrical ones transmission body 13 will be converted back to a longitudinal wave train 17 high-frequency pulses, and and a transverse wave train 18 in the transmission then arrive via the capacitors 34 and the line bodies 13 reflected. The transversal wave train tung26 again on the output 36 of the transmitter 18 meets a boundary surface 19 of the transmission / reception device.

körpers 13, die mit einer Ultraschall aufnehmenden, 35 Die von dem Sendeschwinger 11 ausgehenden und aber nicht wieder reflektierenden Schicht 20 aus Hart- an der Grenzfläche 16 reflektierten und von dem Meßgummi abgedeckt ist. Der in den Übertragungskörper schwinger 22 aufgenommenen Impulse werden über 13 reflektierte Longitudinalwellenzug 17 wird an die Leitung 25 und die Kapazität 35 wieder an den einer unbedeckten Grenzfläche 21 des Übertragungs- Ausgang 36 der Sende-Empfangs-Einrichtung 27 gekörpers 13 reflektiert und trifft auf den Meßschwinger 40 führt. Die Intensität der umgekehrt von dem Meß-22. Um zu erreichen, daß in dem Übertragungskörper schwinger 22 ausgehenden Ultraschallimpulse verteilt 13 mehrfach reflektierte Ultraschallwellen weitgehend sich im wesentlichen in dem Übertragungskörper 13, absorbiert werden, sind weitere Ultraschall aufneh- da die abstrahlende Fläche des Meßschwingers klein mende, aber nicht wieder reflektierende Schichten 23 ist, und wird von den Belegungen 20,23 und 24 absor- und 24 aus Hartgummi an den Grenzflächen des Über- 45 biert. Sie wirkt daher nur mit einem vernachlässigtragungskörpers 13, an denen kein Ultraschall reflek- baren Anteil auf den Sendeschwinger 11. tiert werden soll und die kein Ultraschall zu durch- Die von dem Schallkopf 10 und von dem Kompen-body 13, with an ultrasound recording, 35 the outgoing from the transmitter oscillator 11 and but not again reflective layer 20 made of hard material reflected at the interface 16 and from the measuring rubber is covered. The absorbed in the transmission body vibrator 22 pulses are over 13 reflected longitudinal wave train 17 is sent to the line 25 and the capacitance 35 again to the an uncovered interface 21 of the transmission output 36 of the transceiver 27 body 13 reflects and hits the transducer 40 leads. The intensity of the inverse of the measuring 22. In order to achieve that in the transmission body vibrator 22 distributed outgoing ultrasonic pulses 13 multiple reflected ultrasonic waves are largely largely in the transmission body 13, are absorbed, further ultrasound are absorbed because the radiating surface of the transducer is small mende, but not again reflective layers 23, and is absorbed by the coverings 20, 23 and 24 and 24 made of hard rubber at the interfaces of the over-45 beer. It therefore only works with a negligible load-bearing body 13, of which no ultrasound reflectable portion on the transmitter transducer 11. is to be controlled and that no ultrasound is to be carried out by the transducer 10 and by the compensation

dringen hat, vorgesehen. Über abgeschirmte Zulei- sator 28 auf den Ausgang 36 der Sende-Empfangstungen 25 und 26 sind Sendeschwinger 11 und Meß- Einrichtung 27 abgegebenen Hochfrequenzimpulse schwinger 22 (dieser über die Kapazität 35) an einer 50 sind dann gegenphasig, wenn die elektroakustischen Sende-Empfangs-Einrichtung 27 zur Erzeugung und Wandler 31 und 32 bzw. 11 und 22 bezüglich der zum Empfang von elektrischen Hochfrequenzimpulsen Richtung der sie durchlaufenden Impulse (Pfeilrichangeschlossen. Abschirmungen 47 und 44 um die Zu- tung) unterschiedlich polarisiert sind. Das ist durch führungen 25 und 26 vermeiden, daß hochfrequente die Zeichen plus (+) und minus (—) an den elektro-Störungen der Sende-Empfangs-Einrichtung 27 zu- 55 akustischen Wandlern 11 und 22 bzw. 31 und 32 angeführt werden können. gedeutet. Die Amplitude der von dem Kompensatorhas intended. Via shielded feeder 28 to output 36 of the transmit / receive devices 25 and 26 are transmitter oscillators 11 and measuring device 27 emitted high-frequency pulses Oscillators 22 (this one via the capacity 35) on a 50 are then out of phase when the electroacoustic Transceiver device 27 for generating and converters 31 and 32 or 11 and 22 with respect to the to receive electrical high-frequency impulses in the direction of the impulses passing through them (arrow direction connected. Shields 47 and 44 around the lead) are polarized differently. That's through Guides 25 and 26 avoid high-frequency the signs plus (+) and minus (-) on the electrical interference the transceiver device 27 to 55 acoustic transducers 11 and 22 or 31 and 32 listed can be. interpreted. The amplitude of the compensator

Zur Kompensation der an dem Meßschwinger 22 auf den Ausgang 36 der Sende-Empfangs-Einrichtung auftretenden Impulse für den Fall, daß der Schallkopf 27 gelangenden Impulse wird durch Verändern der 10 von dem Prüfkörper 14 abgehoben ist, ist der Kapazität 37 so eingestellt, daß diese Impulse die von Kompensator 28 vorgesehen. Es besteht aus einem ^6o dem Schallkopf zurückgelangenden Impulse gerade etwa zylindrischen Behälter 29, der mit einem Ge- kompensieren, wenn der Schallkopf 10 von dem Werkmisch 30 aus 80 Gewichtsprozent Wasser und 20 Ge- stück 14 abgehoben ist.To compensate for the impulses occurring at the transducer 22 at the output 36 of the transmitting / receiving device in the event that the sound head 27 is lifted from the test body 14 by changing the 10, the capacitance 37 is set so that it Pulses provided by compensator 28. It consists of a ^6o the transducer back entering pulses just approximately cylindrical container 29, which compensate with a total, when the transducer 10 of the work 30 from mixing 80 weight percent water and 20 overall piece is lifted fourteenth

wichtsprozent Äthylalkohol gefüllt ist. Innerhalb des In den Fig. 3, 4 und 5 ist das Ergebnis der Kom-weight percent ethyl alcohol is filled. Within the In Figs. 3, 4 and 5, the result of the com-

zylindrischen Behälters 29 sind einander gegenüber- pensation und der Ermittlung der in das Werkstück 14 stehend elektroakustische Wandler 31 und 32 an- ⁶5 übertragenen Ultraschallintensität auf Grund der auf gebracht. Die abstrahlenden Flächen dieser beiden dem Bildschirm des Kathodenstrahloszillographen 38 elektroakustischen Wandler 31 und 32 liegen nicht sichtbaren Sende- und Empfangsimpulse dargestellt, parallel, sondern — zur Unterdrückung von Mehr- In Fig. 3, 4 und 5 ist 40 der Sendeimpuls, dem incylindrical container 29 are opposite one another pensation and the determination of the standing electro-acoustic transducer in the workpiece 14 31 and 32 ⁶ 5 Toggle transmitted ultrasonic intensity due to the brought up. The radiating surfaces of these two electroacoustic transducers 31 and 32, which are electroacoustic transducers 31 and 32 on the screen of the cathode ray oscilloscope 38, are not shown in the form of visible transmit and receive pulses, but rather - to suppress more - In Fig. 3, 4 and 5, 40 is the transmit pulse, which in

fachreflexionen — derart, daß die Strahlungs- Fig. 3 ein Meßimpuls 41 folgt. Dieser Meßimpuls charakteristik des elektroakustischen Wandlers 31 7o rührt von dem an der Grenzfläche 16 reflektiertenspecialist reflections - such that the radiation Fig. 3 is followed by a measuring pulse 41. This measuring pulse The characteristic of the electroacoustic transducer 31 7o is due to that reflected at the interface 16

Anteil des Sendeimpulses 40 her. Da bei dem in Fig. 3 dargestellten Impulsbild der Schallkopf 10 von dem Prüfkörper 14 abgehoben ist, entstand dieser Meßimpuls 41 nach Überlagerung mit dem entsprechenden Impuls aus dem Kompensator, der ihn infolge seiner Gegenphasigkeit auf eine kaum sichtbare Höhe herabdrückt. Share of the transmission pulse 40 ago. Since in the pulse image shown in Fig. 3, the transducer 10 of the Test body 14 is lifted off, this measuring pulse 41 arose after superimposition with the corresponding one Impulse from the compensator, which, due to its phase opposition, pushes it down to a barely visible height.

In Fig. 4 ist der Schallkopf 10 auf einen Prüfkörper mit rauher Oberfläche gesetzt. Die Übertragung von Ultraschallintensität in den Prüfkörper 14 ist gering, und die an der Grenzfläche 16 in den Übertragungskörper reflektierte Ultraschallintensität nimmt nur wenig zu. Infolgedessen ist der Meßimpuls 42 nur um ein Geringes größer als der Meßimpuls 41.In FIG. 4, the transducer 10 is placed on a test body with a rough surface. The transfer of ultrasound intensity in the test body 14 is low, and that at the interface 16 in the transmission body reflected ultrasound intensity increases only slightly. As a result, the measurement pulse is 42 only slightly larger than the measuring pulse 41.

Bei dem Impulsbild nach Fig. 5 ist der Schallkopf an eine polierte Fläche eines Prüfkörpers 14 gelegt. Die in den Übertragungskörper 13 in Form von Longitudinalwellen reflektierte Ultraschallintensität ist groß, so daß der Meßimpuls 43 bedeutend höher ist als der Meßimpuls 42 nach Fig. 4 und der Meß- _ao impuls 41 nach Fig. 3. Daß bei zunehmendem Kontakt zwischen der abstrahlenden Fläche des Übertragungskörpers und dem Prüfkörper die in den Übertragungskörper in Form von Longitudinalwellen reflektierte Ultraschallintensität zunimmt, widerspricht der unmittelbaren Anschauung, ergibt sich jedoch aus der Eigenart der Fortpflanzung von Ultraschall in Form von Longitudinal- und Transversalwellen. In the pulse pattern according to FIG. 5, the transducer is placed on a polished surface of a test body 14. In the transfer body 13 in the form of longitudinal waves reflected ultrasound intensity is large, so that the measuring pulse 43 is considerably higher than the measurement pulse 42 of FIG. 4 and the measuring _ao pulse 41 in FIG. 3. That with increasing contact between the radiating surface of the transmission body and the test body the ultrasound intensity reflected in the transmission body in the form of longitudinal waves increases, contradicts the direct view, but results from the peculiarity of the propagation of ultrasound in the form of longitudinal and transverse waves.

Claims

Claims: 30

1. Ultrasonic transducer arrangement for non-destructive material testing using ultrasonic pulses with an ultrasonic transducer that is adjacent to a transmission body (ballast body) and can be switched from transmission to reception and one attached to this oscillator preferably at an angle to the transmission body further receiving transducer (measuring transducer) to display what remains in the transmission body and not in the workpiece penetrating sound energy component, according to patent 929 153, characterized in that the Measuring transducer for measuring the size of the at the radiating interface of the transmission body Ultrasonic intensity reflected in the form of longitudinal waves in the transmission body is arranged within this longitudinal wave field.

2. Ultrasonic oscillator arrangement according to claim 1, characterized by such Formation of the transmission body that the reflected from the radiating interface of the transmission body in the transmission body Ultrasonic intensity reflected on at least one further interface of the transmission body before it hits the transducer.

3. Ultrasonic oscillator arrangement according to claim 1, characterized in that the interfaces of the transmission body that is not in the beam path of the to be transmitted into the solid body Ultrasound and that of the radiating interface of the transmission body in the transmission body of reflected ultrasound, the intensity of which is to be measured, lie with ultrasound absorbent and not covered again in the transfer body reflecting substances are.

4. Device according to claim 3, characterized in that the ultrasonic receiving and hard rubber material that is not again reflective in the transmission body is selected is.

5. Device according to claim 1 in combination with a sending out electrical high-frequency pulses and receiving transceiver in a device for non-destructive Testing of materials according to the ultrasonic pulse reflection method, characterized in that the transmitting transducer, which works as a receiving transducer at the same time, and the measuring transducer are connected to the output of this transceiver and the transmitter supplied and emitted by the transducer electrical high-frequency pulses can be made visible on the screen of a cathode ray oscilloscope.

6. Device according to claim 1 and in particular according to claim 5, characterized by a such a design of the transmission body that the sound path from the radiating interface of the transmission body to the transmitter oscillator and to the measuring oscillator is the same length.

7. Device according to claim 5, characterized by one at the output of the transceiver device connected, at an adjustable time interval from a high-frequency transmission pulse, generated by the transceiver, a high-frequency pulse (still Compensation pulse called) generating and on the output of the transmitting / receiving device releasing switching element (also called compensator) and by means that the Phase of the compensation pulse compared to the phase of that emitted by the measuring transducer Reverse the high-frequency pulse, so that these pulses at the output of the transceiver arrive out of phase with each other.

8. Device according to claim 7, characterized in that the compensator consists of a There is a liquid path in which there are two electroacoustic Opposite transducers, and that these two electroacoustic transducers possibly over variable capacitive resistances at the output of the transceiver and to the Measuring transducers are connected.

9. Device according to claim 8, characterized in that the liquid path with a liquid mixture is filled, which is a temperature-independent in the range of geoclimatic temperatures Has the speed of sound.

10. Device according to claim 9, characterized in that the liquid mixture consists of about 20 weight percent ethyl alcohol and about weight percent water.

11. Device according to claim 8, characterized in that for suppressing multiple reflections the radiating surfaces of the two electroacoustic transducers in the compensator are arranged in the compensator at such an angle to each other that the radiation characteristics of the one electroacoustic transducer does not cover the other electroacoustic transducer.

12. Device according to claim 8, characterized in that the distance between the two electroacoustic The transducer in the compensator can be adjusted by a micrometer screw.

13. Device according to claims, characterized in that that in relation to the direction of propagation of the impulses passing through the electroacoustic transducer, the direction of polarization one of the electroacoustic transducers in the compensator is rectified with the polarization direction either the transmitter oscillator or the measuring oscillator and the polarization direction of the other electroacoustic transducer

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in the capacitor is opposite to the polarization direction of the remaining oscillator.

Considered publications:

U.S. Patent Nos. 2,612,772, 2,649,550, 667,780;

Krautkrämer in VDI-Zeitschrift, Vol. 93, No. 13 (1951), pp. 349 to 362.

1 sheet of drawings