DE102012109400A1

DE102012109400A1 - Method surface and deep diagnosis of material structure, and localizing material defect, involves correlating signals of dynamic mechanical analysis, ultrasound generation and ultrasonic signal detection and non-emitting sound event

Info

Publication number: DE102012109400A1
Application number: DE201210109400
Authority: DE
Inventors: Detlef Behrend; Mareike Warkentin; Olaf Specht; Sigmar Kopp
Original assignee: Universitaet Rostock
Current assignee: Universitaet Rostock
Priority date: 2012-10-02
Filing date: 2012-10-02
Publication date: 2014-04-03

Abstract

The method involves simultaneously measuring and correlating signals of a dynamic mechanical analysis (DMA) with the signals of ultrasound generation and ultrasonic signal detection, and with non-emitting sound events of sound emission. The ultrasound measurement of signals of ultrasound generation and ultrasonic signal detection is performed, so that sound emission measurement is effected passively. The hydrophone (5) is formed as a double-insulated tube. An independent claim is included for device for surface and deep diagnosis of material structures and localization of defects in materials based on ultrasonic material analysis.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Oberflächen- und Tiefendiagnostik von Materialstrukturen und zur Lokalisation von Materialfehlern auf Basis einer Ultraschall-Materialanalyse.The invention relates to a method and a device for surface and depth diagnostics of material structures and for the localization of material defects based on an ultrasonic material analysis.

Verfahren und Vorrichtungen der gattungsgemäßen Art sind allgemein bekannt. Dabei besteht das grundlegende Problem bei der Ermittlung der Eigenschaften von Werkstoffen und Werkstoffkombinationen, d. h. der Materialstrukturen und der Materialfehler, sowohl oberflächennah als auch bei der Gewinnung von Material-Volumeninformationen, darin, dass in den meisten Fällen nur singuläre Informationen, wie z. B. Härte des Materials, komplexer Elastizitätsmodul, Topographie oder Schalldichte bzw. Schalllaufzeiten zur Verfügung stehen.Methods and devices of the generic type are well known. There is a fundamental problem in determining the properties of materials and combinations of materials, ie. H. the material structures and the material defects, both near the surface and in the extraction of material volume information, in that in most cases only singular information such. B. hardness of the material, complex elastic modulus, topography or sound density or sound propagation times are available.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, um eine Oberflächen- und Tiefendiagnostik von Materialstrukturen und die genaue Lokalisation von Materialfehlern, die zum Strukturversagen führen, praxisgerecht und handhabungssicher zu ermöglichen.The invention is therefore based on the object to provide a method and an apparatus for performing the method in order to allow a surface and depth diagnostics of material structures and the precise localization of material defects that lead to structural failure, practical and safe to handle.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass die Signale einer dynamisch-mechanischen Analyse (DMA) mit den Signalen der Ultraschallerzeugung und Ultraschallsignalerfassung und mit schadenemittierenden Schallereignissen einer Schallemissions-Messung simultan erfasst und miteinander korreliert, d. h. miteinander in (Wechsel-)Beziehung gebracht werden.To solve this problem, the inventive method provides that the signals of a dynamic mechanical analysis (DMA) with the signals of ultrasound generation and ultrasound signal acquisition and with damage-emitting sound events of a sound emission measurement simultaneously detected and correlated, d. H. be brought into (interchange) relationship with each other.

Die Signale der dynamisch-mechanischen Analyse (DMA) (Frequenz, Deformation, Phasenverschiebung zwischen Kraft und Deformation sowie die Temperatur) werden simultan mit denen der Ultraschallerzeugung und Ultraschallsignalerfassung (Dichteänderungen, Phasenbildung und Phasenseparation, Übergang von elastischer zu plastischer Deformation) sowohl im Durchstrahlungs- als auch im Reflexionsmodus sowie mit schadensemittierten Schallereignissen erfasst und miteinander korreliert. In weiterer Ausbildung der Erfindung erfolgen die Ultraschall-Messung der Signale aus der Ultraschallerzeugng und Ultrasignalerfassung aktiv und die Schallemissionsmessung passiv.The signals of dynamic mechanical analysis (DMA) (frequency, deformation, phase shift between force and deformation and temperature) are measured simultaneously with those of ultrasound generation and ultrasound signal acquisition (density changes, phase formation and phase separation, transition from elastic to plastic deformation). as well as in reflection mode and with damage-emitted sound events are detected and correlated with each other. In a further embodiment of the invention, the ultrasound measurement of the signals from the Ultraschallerzeugng and ultrasound detection takes place actively and the acoustic emission measurement passive.

Das Verfahren der Schallemissionsanalyse (SEA) oder auch Schallemissionsprüfung ist ein quasi-zerstörungsfreies Prüfverfahren der Werkstoffprüfung. Dabei handelt es sich um ein akustisches Prüfverfahren zur Untersuchung von Schallemissionen mit dem Ziel der Bestimmung der Art und des Zustandes der Schallquellen sowie des erregenden Beanspruchungsvorganges. Zum einen ist das Verfahren an aktive Defekte bei äußerer Lasteinwirkung gebunden (zerstörend), andererseits tritt die Schallemission einige Zeit vor dem Werkstoffversagen auf. Schallemissionsuntersuchungen an Metallen und Kunststoffen werden in der Praxis im Frequenzbereich zwischen 50 kHz und 2 MHz durchgeführt. Die mechanischen Spannungswellen können an jeder Stelle des Bauteils mittels piezoelektrischen Wandlers in analoge, elektrische Signale umgewandelt werden.The method of acoustic emission analysis (SEA) or acoustic emission test is a quasi-nondestructive testing method of materials testing. This is an acoustic test method for the investigation of sound emissions with the aim of determining the type and condition of the sound sources and the exciting stress process. On the one hand, the method is bound to destructive effects on external loads, on the other hand, the sound emission occurs some time before the material failure. Acoustic emission tests on metals and plastics are carried out in practice in the frequency range between 50 kHz and 2 MHz. The mechanical stress waves can be converted at any point of the component by means of piezoelectric transducer into analog, electrical signals.

In noch weiterer Ausbildung der Erfindung wird das Verfahren in einem Koppelmedium durchgeführt, wobei das Koppelmedium temperierbar ist. Die gleichzeitige Verwendung von Ultraschallprüfung mit Schallemissionsanalysen in einem temperierten Koppelmedium und der DMA (uniaxiale dynamische Beanspruchung/Zug/Druck/Biegung oder Schubbeanspruchung mittels Torsionspendel) liefert zusätzliche Informationen zur Rissentstehung, Rissausbreitung und zum Strukturversagen unter dynamisch mechanischer sowie thermischer und korrosiver Beanspruchung. Bei der DMA handelt es sich um ein Standardverfahren zur Relaxationsspektrographie, insbesondere von unverstärkten und verstärkten Polymeren.In yet a further embodiment of the invention, the method is carried out in a coupling medium, wherein the coupling medium is temperature-controlled. The simultaneous use of ultrasonic testing with acoustic emission analysis in a tempered coupling medium and DMA (uniaxial dynamic stress / tensile / compressive / flexural or torsional vibration shear stress) provides additional information on crack initiation, crack propagation and structural failure under dynamic mechanical, thermal and corrosive stress. The DMA is a standard method for relaxation spectrography, in particular unreinforced and reinforced polymers.

In weiterer Ausbildung der Erfindung erfolgen die Ultraschall-Messung der Signale aus der Ultraschallerzeugung und Ultraschallsignalerfassung aktiv und die Schallemissions-Messung passiv. Dabei weisen die Ultraschallsignale einen Frequenzbereich von 5 MHz bis 100 MHz und die Schallereignisse der Schallemissionsmessung einen Frequenzbereich von 1 Hz bis 400 kHz auf.In a further embodiment of the invention, the ultrasonic measurement of the signals from the ultrasound generation and ultrasound signal detection takes place actively and the acoustic emission measurement is passive. The ultrasonic signals have a frequency range of 5 MHz to 100 MHz and the sound events of the acoustic emission measurement a frequency range of 1 Hz to 400 kHz.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst somit ein Verfahren zur simultanen Schallemissionsanalyse und HF-Ultraschall-Materialanalyse in Prüfvorrichtungen für die Dynamisch-Mechanisch-Thermische-Analyse (DMTA) zur Untersuchung von Materialstrukturen, vorzugsweise an Kunststoffen (Polymeren), aber auch zur Prüfung von anderen Werkstoffen, wie z. B. gefüllten oder faserverstärkten Kunststoffen sowie von biologischen Hartgewebestrukturen, insbesondere Knochen und Zähnen. Das erfindungsgemäße Verfahren dient weiterhin der qualitativen und quantitativen Charakterisierung von Rissentstehung und Rissfortschritt im Gefüge. Dabei werden zusätzliche Informationen zur Rissentstehung, Rissausbreitung und zum Strukturversagen unter dynamisch mechanischer sowie thermischer und korrosiver Beanspruchung simultan gewonnen.The method according to the invention thus comprises a method for simultaneous acoustic emission analysis and RF ultrasonic material analysis in testing apparatuses for dynamic-mechanical-thermal analysis (DMTA) for examining material structures, preferably on plastics (polymers), but also for testing other materials. such as B. filled or fiber-reinforced plastics and biological hard tissue structures, in particular bones and teeth. The method of the invention further serves the qualitative and quantitative characterization of cracking and crack propagation in the microstructure. Additional information on crack initiation, crack propagation and structural failure under dynamic mechanical as well as thermal and corrosive stress is obtained simultaneously.

Erfindungsgemäß besteht die Möglichkeit des simultanen Betriebs von Schallemissionsdetektoren und Ultraschallwandlern, insbesondere auch in dafür geeigneten Versuchsanordnungen. Durch die Kombination der Erfassung von Emissions- und Transmissionssignalen sowie Reflexionssignalen ergeben sich zusätzlich zu den Kraft-Deformationsinformationen weitere besondere Möglichkeiten zur Materialcharakterisierung.According to the invention, there is the possibility of simultaneous operation of acoustic emission detectors and ultrasonic transducers, in particular also in suitable experimental arrangements. The combination of the detection of emission and transmission signals as well as reflection signals results in addition to the force Deformation information further special possibilities for material characterization.

Die Anwender von thermomechanischen werkstoffkundlichen Untersuchungsmethoden gewinnen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren weitere Informationsquellen zum Werkstoffzustand während dynamischer Beanspruchungsssituationen, welche simultan zu den relaxations-spektroskopischen Parametern zur Verfügung stehen. Diese Informationen, sowohl von der Oberfläche als auch aus dem Werkstoffvolumen, tragen zur Verbesserung von Werkstoffentwicklungen und zur Schadensanalyse bei. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch wahlweise im Schallemissionsmodus oder mit Ultraschallanregung gearbeitet werden kann.With the method according to the invention, the users of thermomechanical materials-based investigation methods gain further information sources on the material condition during dynamic stress situations, which are available simultaneously with the relaxation-spectroscopic parameters. This information, both from the surface and from the material volume, helps to improve material development and damage analysis. Another significant advantage is that it is also possible to work with the method according to the invention optionally in the acoustic emission mode or with ultrasound excitation.

Ein weiterer sinnvoller Anwendungsbereich ist die qualitative Zustandsbeschreibung von Polymeren bzw. von plötzlichen Veränderungen im Polymergefüge unter dynamischer Beanspruchung und somit der Qualitätskontrolle von Halbzeugen im Halbmikro- und Mikrobereich.Another useful application is the qualitative description of the state of polymers or of sudden changes in the polymer structure under dynamic stress and thus the quality control of semi-finished products in the semi-micro and micro range.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst eine Einrichtung zur dynamisch-mechanischen Analyse (DMA) mit mindestens einem Auflager, einem Prüfkörper und einem Druckstempel, in einem Prüfbehälter mit einem Koppelmedium, wobei in der Wandung des Prüfbehälters mindestens ein Hydrophon angeordnet ist. Das Hydrophon ist in weiterer Ausbildung der Erfindung als gedämmtes Doppelrohr ausgebildet, wobei im Prüfbehälter mindestens zwei, bevorzugt vier Hydrophone angeordnet sind. In noch weiterer Ausbildung der Erfindung sind die Hydrophone wahlweise als Messwertaufnehmer für die Schallemissions-Messung oder für die Ultraschallerzeugung und Ultraschallsignalerfassung der Ultraschallprüfung verwendbar.The inventive apparatus for carrying out the method comprises a device for dynamic mechanical analysis (DMA) with at least one support, a test specimen and a plunger, in a test container with a coupling medium, wherein in the wall of the test container at least one hydrophone is arranged. The hydrophone is formed in a further embodiment of the invention as insulated double tube, wherein at least two, preferably four hydrophones are arranged in the test container. In yet a further embodiment of the invention, the hydrophones are optionally usable as transducers for the acoustic emission measurement or for the ultrasound generation and ultrasound signal acquisition of the ultrasonic test.

Der erfindungsgemäße kombinierte Messwertaufnehmer ist vorzugsweise als Ultraschallwandler bzw. Hydrophon ausgebildet, wobei in einer DMA-Probenkammer mindestens drei um 120° versetzte Ultraschallwandler angeordnet sind. Diese können wahlweise als Messwertaufnehmer für die Schallemission oder für die Ultraschallprüfung verwendet werden. Damit kann das Ultraschall-Reflexionssignal zusätzlich zur Topologie des Substrates erfasst und ausgewertet werden. Ebenso kann die Ultraschallanregung durch den Prüfkörper über die Ankopplung eines Ultraschallwandlers an der Unterseite erfolgen und das Transmissionssignal über die Seitenflächen detektiert werden. Eine Kombination beider Möglichkeiten ist ebenso sinnvoll wie möglich.The combined transducer according to the invention is preferably designed as an ultrasonic transducer or hydrophone, wherein in a DMA sample chamber at least three ultrasonic transducers offset by 120 ° are arranged. These can either be used as transducers for sound emission or for ultrasonic testing. Thus, the ultrasound reflection signal can be detected and evaluated in addition to the topology of the substrate. Likewise, the ultrasound excitation can be carried out by the test specimen via the coupling of an ultrasonic transducer at the bottom and the transmission signal can be detected on the side surfaces. A combination of both options is as meaningful as possible.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung löst die Aufgabe der Erfindung durch die speziell konfigurierten Hydrophone, die in einer DMA-Probenkammer angeordnet sind. Zusätzlich zur Schallemission sind die Ultraschallanregung der Probe und die Detektion der transmittierten und reflektierten Ultraschallwellen jeweils in Abhängigkeit von der Temperatur und der Anregungsfrequenz sinnvoll. Nach der Detektion von ersten Schallereignissen. die einer Rissentstehung zuzuordnen sind, kann die Rissfortpflanzung mit einer hochauflösenden Hochgeschwindigkeitskamera dokumentiert werden.The device according to the invention achieves the object of the invention by the specially configured hydrophones, which are arranged in a DMA sample chamber. In addition to the sound emission, the ultrasound excitation of the sample and the detection of the transmitted and reflected ultrasonic waves in each case depending on the temperature and the excitation frequency are useful. After the detection of first sound events. The crack propagation can be documented with a high-resolution high-speed camera.

Verfahren und Vorrichtungen der erfindungsgemäßen Art zur Materialoberflächen- und Tiefendiagnostik unter überlagerter mechanischer, thermischer und korrosiver Beanspruchung mit der speziell darauf ausgerichteten erfindungsgemäßen Ausbildung und der erfindungsgemäßen verfahrenstechnischen Umsetzung sind bislang nicht bekannt.Methods and devices of the type according to the invention for material surface and depth diagnostics under superimposed mechanical, thermal and corrosive stress with the specifically designed according to the invention training and procedural implementation of the invention are not yet known.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Oberflächen- und Tiefendiagnostik und zur Lokalisation von Materialfehlern auf Basis einer Ultraschall-Materialanalyse wird nachfolgend anhand einer besonderen konstruktiven Auslegung bzw. eines geometrischen Messwertaufnehmers in mehreren geeigneten Ausführungsformen näher dargestellt und beschrieben.The device according to the invention for carrying out the method according to the invention for surface and depth diagnostics and for the localization of material defects on the basis of an ultrasound material analysis will now be described and described in more detail with reference to a particular structural design or a geometrical transducer in several suitable embodiments.

Es zeigt:It shows:

1 eine Draufsicht auf die Vorrichtung in der besonders bevorzugten Ausführungsform mit vier Hydrophonen, 1 a top view of the device in the particularly preferred embodiment with four hydrophones,

2 einen Vertikalschnitt durch die Vorrichtung in der zweiten Ausführungsform, 2 a vertical section through the device in the second embodiment,

3 einen axialen Längsschnitt durch ein Hydrophon und 3 an axial longitudinal section through a hydrophone and

4 ein Flussdiagramm des Verfahrens mit detaillierter Darstellung von Signalerzeugung, Steuerung und Auswertung. 4 a flowchart of the method with detailed representation of signal generation, control and evaluation.

Die in 1 in einer Draufsicht dargestellte erste Ausführungsform der Vorrichtung umfasst einen zylindrischen Behälter 1 mit einem Boden 2 und einer umlaufenden Wand 3, die gemeinsam eine mit Koppelflüssigkeit 9 gefüllte DMA-Probenkammer 4 bilden. In der Wand 3 sind vier Hydrophone 5 unter 90° zueinander angeordnet und zwar senkrecht zur senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Achse 8, in welcher ein Auflager 6 mit darauf befindlichem Prüfkörper 7 angeordnet sind.In the 1 in a plan view shown first embodiment of the device comprises a cylindrical container 1 with a floor 2 and a circumferential wall 3 , who share one with coupling fluid 9 filled DMA sample chamber 4 form. In the wall 3 are four hydrophones 5 arranged at 90 ° to each other and that perpendicular to the plane perpendicular to the plane axis 8th in which a support 6 with test specimen thereon 7 are arranged.

Die 2 zeigt einen Vertikalschnitt durch die zweite Ausführungsform der Vorrichtung mit dem Behälter 11, dem Boden 12, der Wand 13, der mit einer Koppelflüssigkeit 9 teilweise angefüllten DMA-Probenkammer 14 innerhalb des Behälters 11, vier Hydrophonen 15, dem unteren Auflager 16 für den Prüfkörper 17, der Achse 18 und einem oberen Auflager bzw. Druckstempel 19 mit Druckstück 20 zur mechanischen Beanspruchung des Prüfkörpers 17.The 2 shows a vertical section through the second embodiment of the device with the container 11 , the floor 12 , the Wall 13 that with a coupling fluid 9 partially filled DMA sample chamber 14 inside the container 11 , four hydrophones 15 , the lower support 16 for the test piece 17 , the axis 18 and an upper support or plunger 19 with pressure piece 20 for the mechanical stress of the test specimen 17 ,

Die 3 zeigt einen axialen Längsschnitt in der Achse 28 durch ein Hydrophon 15 mit einem aus einem Außenrohr 30 und einem Innenrohr 31, zwischen denen eine PUR-Schaumschicht 32 angeordnet ist, bestehenden zylindrischen Behälter 21, einem die Außen- und Innenrohre 30, 31 des Behälters 21 aufnehmenden Boden 22 aus Silikonelastomer, einer Bodenscheibe 33 aus PUR-Schaum und einem darauf befindlichen Piezoelement 34 mit einer durch die Bodenscheibe 33 und den Boden 22 durchgeführten Zuleitung 35. Der Innenraum 36 ist mit einem Koppelmedium 9 angefüllt. Im Boden 22 ist eine Ringnut 24 gebildet, in welcher das Außenrohr 30 des zylindrischen Behälters 21 aufgenommen und zentrisch gehalten ist. Die Ringnut 24 ist nach außen durch ein umlaufendes Wandstück 26 und nach innen durch ein weiteres Wandstück 27 gebildet, die unterschiedliche axiale Längen haben, wobei das äußere Wandstück 26 länger als das innere Wandstück 27 ausgebildet ist.The 3 shows an axial longitudinal section in the axis 28 through a hydrophone 15 with one from an outer tube 30 and an inner tube 31 , between which a polyurethane foam layer 32 is arranged, existing cylindrical container 21 , one the outer and inner tubes 30 . 31 of the container 21 receiving soil 22 made of silicone elastomer, a bottom disc 33 made of PUR foam and a piezo element on top 34 with one through the bottom disk 33 and the floor 22 conducted supply line 35 , The interior 36 is with a coupling medium 9 filled. In the ground 22 is an annular groove 24 formed, in which the outer tube 30 of the cylindrical container 21 recorded and held centrally. The ring groove 24 is to the outside by a circumferential wall piece 26 and inside through another wall piece 27 formed, which have different axial lengths, wherein the outer wall piece 26 longer than the inner wall piece 27 is trained.

Die 4 zeigt ein Blockschaltbild der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Oberflächen- und Tiefendiagnostik und zur Lokalisation von Materialfehlern auf Basis einer Ultraschall-Materialanalyse. Die Steuerung der Vorrichtung und die Signalverarbeitung erfolgen über einen Computer 40. Für die aktive Messung der Ultraschall-Kennwerte werden elektrische Signale in einer Ultraschallsteuerung 41 erzeugt. Die elektrischen Signale steuern das mindestens eine Hydrophon 5, 15, 25 über einen Ultraschall-Sender-Verstärker 42 und eine Schaltstufe (elektronischer Wechselschalter) 43 an. Die Schaltstufe 43 wird über den Computer angesteuert.The 4 shows a block diagram of the apparatus for performing the method according to the invention for surface and depth diagnostics and for the localization of material defects based on an ultrasonic material analysis. The control of the device and the signal processing via a computer 40 , For the active measurement of the ultrasonic characteristic values, electrical signals are transmitted in an ultrasonic control 41 generated. The electrical signals control the at least one hydrophone 5 . 15 . 25 via an ultrasonic transmitter amplifier 42 and a switching stage (electronic changeover switch) 43 at. The switching stage 43 is controlled by the computer.

Das Hydrophon 5, 15, 25 ist im Behälter 1, 11, 21 angeordnet. Im Hydrophon 5, 15, 25 werden die elektrischen Signale des Ultraschall-Sender-Verstärkers 42 in Ultraschallsignale umgewandelt. Die vom Hydrophon 5, 15, 25 ausgesandten Ultraschallwellen werden durch das Koppelmedium 9 zum Prüfkörper 17 geleitet. Die vom Prüfkörper 17 reflektierten Schallwellen werden durch das Koppelmedium 9 vom Hydrophon 5, 15, 25 detektiert. Für den Empfang der vom Hydrophon 5, 15, 25 detektierten Ultraschallwellen wird die Schaltstufe (elektronischer Wechselschalter) 43 umgeschaltet. Die Signale des Hydrophons 5, 15, 25 werden vom Ultraschall-Empfänger-Verstärker (USE) 44 verstärkt, vom Ultraschall-Analog-Digital-Wandler (US-ADC) 45 in Digitalsignale umgewandelt und dem Computer 40 zur weiteren Datenverarbeitung zugeleitet.The hydrophone 5 . 15 . 25 is in the container 1 . 11 . 21 arranged. In the hydrophone 5 . 15 . 25 become the electrical signals of the ultrasonic transmitter amplifier 42 converted into ultrasonic signals. The hydrophone 5 . 15 . 25 emitted ultrasonic waves are through the coupling medium 9 to the test piece 17 directed. The from the test specimen 17 reflected sound waves are through the coupling medium 9 from the hydrophone 5 . 15 . 25 detected. For the reception of the hydrophone 5 . 15 . 25 detected ultrasonic waves is the switching stage (electronic changeover switch) 43 switched. The signals of the hydrophone 5 . 15 . 25 be from the ultrasonic receiver amplifier (USE) 44 amplified, by the ultrasonic analog-to-digital converter (US-ADC) 45 converted into digital signals and the computer 40 forwarded for further data processing.

Simultan zur aktiven Messung mittels Ultraschall erfolgt die passive Schallemissions-Messung. Die mit der Einrichtung zur dynamisch-mechanischen Analyse (DMA) induzierte Beanspruchung führt beim Überschreiten von Beanspruchungsgrenzen im Prüfkörper 17 zu lokalen Schädigungsereignissen, welche Schallereignisse zur Folge haben. Diese Schallereignisse werden durch das Koppelmedium 9 auf das Hydrophon 5, 15, 25 übertragen. Das Hydrophon 5, 15, 25 detektiert die Schallereignisse und wandelt diese in elektrische Signale um. Die elektrischen Signale werden über einen Tiefpass (TP) 50 und weiter über einen Verstärker (Amp) 51 einem Analog-Digital-Wandler (ADC) 52 zugeleitet. Im Analog-Digital-Wandler (ADC) 52 werden die analogen elektrischen Signale in digitale elektrische Signale umgewandelt und dem Computer 40 zur weiteren Datenverarbeitung zugeleitet.Simultaneously with the active measurement by means of ultrasound, the passive acoustic emission measurement is carried out. The stress induced by the device for dynamic mechanical analysis (DMA) leads to exceeding of stress limits in the test specimen 17 to local damage events, which result in sound events. These sound events are caused by the coupling medium 9 on the hydrophone 5 . 15 . 25 transfer. The hydrophone 5 . 15 . 25 detects the sound events and converts them into electrical signals. The electrical signals are transmitted via a low pass (TP) 50 and continue via an amplifier (amp) 51 an analog-to-digital converter (ADC) 52 fed. In the analog-to-digital converter (ADC) 52 The analog electrical signals are converted into digital electrical signals and the computer 40 forwarded for further data processing.

Im Computer 40 werden die aktiv gemessenen Ultraschallsignale und die passiv gemessenen Schallemissions-Signale korreliert und die entsprechenden Kennwerte ermittelt.In the computer 40 the actively measured ultrasonic signals and the passive measured acoustic emission signals are correlated and the corresponding characteristic values are determined.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Behältercontainer
22: Bodenground
33: Wandwall
44: DMA-ProbenkammerDMA sample chamber
55: Hydrophonhydrophone
66: AuflagerIn stock
77: Prüfkörperspecimen
88th: Achseaxis
99: Koppelflüssigkeit/KoppelmediumCoupling liquid / coupling medium
1010: Koppelflüssigkeit/KoppelmediumCoupling liquid / coupling medium
1111: Behältercontainer
1212: Bodenground
1313: Wandwall
1414: DMA-ProbenkammerDMA sample chamber
1515: Hydrophonhydrophone
1616: Unteres AuflagerLower support
1717: Prüfkörperspecimen
1818: Achseaxis
1919: Oberes Auflager, DruckstempelUpper support, pressure stamp
2020: DruckstückPressure piece
2121: Behältercontainer
2222: Bodenground
2323: PUR-SchaumschichtPUR foam layer
2424: Ringnutring groove
2525: Hydrophonhydrophone
2626: Wandstückwall piece
2727: Wandstückwall piece
2828: Achse (Hydrophon)Axis (hydrophone)
2929
3030: Außenrohrouter tube
3131: Innenrohrinner tube
3232: PUR-SchaumschichtPUR foam layer
3333: Bodenscheibebottom disk
3434: Piezoelementpiezo element
3535: Zuleitungsupply
3636: Innenraum (Hydrophon)Interior (hydrophone)
4040: Computer (PC)Computer (PC)
4141: Ultraschall-Steuerung (US-St)Ultrasonic control (US-St)
4242: Ultraschall-Sender-Verstärker (US-S)Ultrasonic Transmitter Amplifier (US-S)
4343: Schaltstufe (elektronischer Wechselschalter D/R)Switching stage (electronic changeover switch D / R)
4444: Ultraschall-Empfänger-Verstärker (USE)Ultrasonic Receiver Amplifier (USE)
4545: Ultraschall-Analog-Digital-Wandler (US-ADC)Ultrasonic analog-to-digital converter (US-ADC)
5050: Tiefpass (TP)Low pass (TP)
5151: Verstärker (Amp)Amplifier (amp)
5252: Analog-Digital-Wandler (ADC)Analog-to-digital converter (ADC)

Claims

Method for surface and depth diagnostics of material structures and for the localization of material defects on the basis of an ultrasonic material analysis, characterized in that the signals of a dynamic mechanical analysis (DMA) with the signals of ultrasound generation and ultrasound signal acquisition and with damage-emitting sound events of a Schallemissions Measurement can be detected simultaneously and correlated with each other.

A method according to claim 1, characterized in that the ultrasound measurement of the signals from the ultrasound generation and ultrasound signal detection active and the acoustic emission measurement done passively.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the ultrasonic signals have a frequency range of 5 MHz to 100 MHz and the sound events of the acoustic emission measurement have a frequency range of 1 Hz to 400 kHz.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the method is carried out in a coupling medium, wherein the coupling medium is tempered.

Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 4, characterized in that a device for dynamic mechanical analysis (DMA), comprising at least one support ( 6 . 16 ), a test specimen ( 7 . 17 ) and a plunger ( 19 . 20 ), in a test container ( 1 . 11 ) with coupling medium ( 9 . 10 ) and in the wall ( 3 . 13 ) of the test container ( 1 . 11 ) at least one hydrophone ( 5 . 15 . 25 ) are arranged.

Device according to claim 5, characterized in that the hydrophone ( 5 . 15 . 25 ) as insulated double pipe ( 30 . 31 ) is trained.

Device according to one of claims 5 or 6, characterized in that in the test container ( 1 . 11 ) at least two, preferably four hydrophones ( 5 . 15 . 25 ) are arranged.

Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that the hydrophones ( 5 . 15 . 25 ) can be used optionally as a transducer for the acoustic emission measurement or for the ultrasound generation and ultrasound signal acquisition of the ultrasonic test.