DE102013014539A1

DE102013014539A1 - Apparatus and method for measuring a cavitation strength in a liquid medium

Info

Publication number: DE102013014539A1
Application number: DE102013014539.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Koch
Original assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie
Current assignee: KOCH, CHRISTIAN, DR., DE
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2015-03-05
Anticipated expiration: 2033-09-04
Also published as: DE102013014539B4

Abstract

Eine Vorrichtung zur Messung einer Kavitation in einem flüssigen Medium zeichnet sich aus durch durch zumindest einen ersten Schalldrucksensor (3) und einen zweiten Schalldrucksensor (4), wobei der erste Schalldrucksensor (3) erste Kavitationsblasen, die in dem flüssigen Medium in einem beliebigen Abstand r1 > 1 cm von dem ersten Schalldrucksensor (3) kollabieren, genauso stark detektiert, wie der zweite Schalldrucksensor (4) zu der ersten Kavitationsblase äquivalente zweite Kavitationsblasen detektiert, die in dem gleichen Abstand r1 vom zweiten Schalldrucksensor (4) kollabieren, und wobei der zweite Schalldrucksensor (4) derart ausgestaltet ist, dass er in der unmittelbaren Umgebung des zweiten Schalldrucksensors (4) kollabierende dritte Kavitationsblasen weniger stark detektiert, als der erste Schalldrucksensor (3) in der unmittelbaren Umgebung des ersten Schalldrucksensors (3) kollabierende, zu den dritten Kavitationsblasen äquivalente vierte Kavitationsblasen detektiert.A device for measuring cavitation in a liquid medium is characterized by at least a first sound pressure sensor (3) and a second sound pressure sensor (4), wherein the first sound pressure sensor (3) first cavitation bubbles in the liquid medium at an arbitrary distance r1 > 1 cm from the first sound pressure sensor (3) collapse, detected as strong as the second sound pressure sensor (4) to the first cavitation bubble equivalent second cavitation bubbles collapse at the same distance r1 from the second sound pressure sensor (4), and wherein the second Sound pressure sensor (4) is designed such that it in the immediate vicinity of the second sound pressure sensor (4) collapsing third cavitation bubbles detected less than the first sound pressure sensor (3) in the immediate vicinity of the first sound pressure sensor (3) collapsing, to the third cavitation bubbles equivalent fourth cavitation bubbles detected.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät und ein Verfahren zur Messung einer Kavitationsstärke in einem flüssigen Medium. Als Kavitation wird ein Vorgang bezeichnet, bei dem sich in einer Flüssigkeit an Stellen, an denen ein Druck herrscht, der unterhalb des Dampfdrucks der Flüssigkeit liegt, dampfgefüllte Hohlräume bilden und sich in der Folge wieder auflösen. Kavitation kommt oft an schnell bewegten Objekten im Wasser, wie zum Beispiel Pumpen oder Schiffspropellern, vor und ist dort prinzipiell unerwünscht, da sie eine erodierende Wirkung auf die sich bewegenden Objekte hat.The invention relates to a device and a method for measuring a Kavitationsstärke in a liquid medium. Cavitation is a process in which vapor-filled cavities form in a liquid at locations where pressure prevails, which is below the vapor pressure of the liquid, and subsequently dissolve again. Cavitation often occurs on fast-moving objects in the water, such as pumps or ship propellers, and is undesirable in principle because it has an eroding effect on the moving objects.

Erwünscht ist die Kavitation hingegen in Ultraschallreinigungsgeräten, da sie dort eine der Ursachen für die Reinigungswirkung ist. In einem Reinigungsbad des Ultraschallreinigungsgeräts wird durch einen Ultraschallerzeuger ein Ultraschallwellenfeld in einem Kontaktmedium, in der Regel Wasser, erzeugt. Dabei entstehen kurzfristig Orte in dem Kontaktmedium, an denen ein Druck vorliegt, der kleiner ist als ein Dampfdruck des Kontaktmediums. Sofern an diesem Ort zudem Störstellen, wie beispielsweise eingeschlossene Gasmoleküle, gelöste Stoffe, Schwebstoffe oder Grenzflächen zu einem zu reinigendem Werkstück existieren, reißt das Kontaktmedium an diesen Störstellen auseinander. Es bildet sich eine Dampfblase, die dann, wenn der Druck an dem Ort im Kontaktmedium kurze Zeit später wieder über den Dampfdruck steigt, kollabiert. Die Kavitationsblasen besitzen eine durchschnittliche Lebensdauer im Bereich von 1 bis 500 ms und bilden häufig sogenannte Wolken, also eine Vielzahl von Kavitationsblasen in unmittelbarer Nähe zueinander. Beim Kollabieren werden starke Mikroströmungen, Druckwellen und Scherströmungen erzeugt, die auf das zu reinigende Werkstück einwirken und auf einer Oberfläche des Werkstücks vorhandenen Schmutz abtragen können. Wenn sich die Blasen in unmittelbarer Nähe zu einer festen Wand, zum Beispiels also einer Oberfläche des Werkstücks, befinden, so entsteht beim Kollaps der Blasen ein Flüssigkeitsstrahl, ein sogenannter Mikrojet, der mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche auftrifft und somit stark zur Reinigungswirkung des Ultraschallreinigungsgerätes beiträgt.On the other hand, cavitation is desirable in ultrasonic cleaners, as it is one of the causes of the cleaning effect there. In a cleaning bath of the ultrasonic cleaning apparatus, an ultrasonic wave generator generates an ultrasonic wave field in a contact medium, usually water. In the process, short-term locations in the contact medium, at which there is a pressure that is less than a vapor pressure of the contact medium, arise. In addition, if at this location impurities, such as trapped gas molecules, solutes, suspended solids or interfaces exist to a workpiece to be cleaned, the contact medium breaks apart at these impurities. It forms a vapor bubble, which then, when the pressure at the location in the contact medium a short time later rises above the vapor pressure, collapses. The cavitation bubbles have an average lifespan in the range of 1 to 500 ms and often form so-called clouds, ie a large number of cavitation bubbles in the immediate vicinity of each other. When collapsing strong microcurrents, pressure waves and shear flows are generated, which act on the workpiece to be cleaned and can remove existing dirt on a surface of the workpiece. If the bubbles are in close proximity to a solid wall, for example, a surface of the workpiece, the collapse of the bubbles creates a liquid jet, a so-called microjet, which impinges on the surface at high speed, thus greatly enhancing the cleaning performance of the ultrasonic cleaner contributes.

Durch abgetragenen Schmutz erhöht sich die Zahl der Störstellen in dem Kontaktmedium, so dass es in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden muss, um die Reinigungswirkung zu erhalten. Gerade bei Anwendungen in der Medizintechnik, beispielsweise bei der Reinigung von medizinischen Instrumenten, muss sichergestellt sein, dass das Ultraschallreinigungsgerät stets eine vorgegebene Mindest-Reinigungsleistung überschreitet. Um dies sicherzustellen, muss bislang das Kontaktmedium häufiger gewechselt werden, als dies eigentlich notwendig wäre, da einfach zu bedienende und verlässliche Kavitationsstärkenmessgeräte fehlen, mit denen die Reinigungsleistung prüfbar wäre.By dirt removed increases the number of impurities in the contact medium, so it must be replaced at regular intervals in order to obtain the cleaning effect. Especially in applications in medical technology, for example in the cleaning of medical instruments, it must be ensured that the ultrasonic cleaning device always exceeds a predetermined minimum cleaning performance. To ensure this, so far, the contact medium must be changed more frequently than would actually be necessary because easy-to-use and reliable cavitation strength measuring devices are missing, with which the cleaning performance would be testable.

Verfügbare Kavitationsstärkenmessgeräte funktionieren regelmäßig derart, dass nur der von der Kavitation hervorgerufene Effekt, also die Reinigungsleistung bzw. ein sonstiger Materialabtrag, bestimmt werden. Die eigentliche Kavitation wird somit nicht direkt, sondern lediglich indirekt detektiert. So werden beispielsweise Probekörper mit möglichst genau definierten „Verschmutzungen” verwendet, oder es wird der durch die Ultraschalreinigungsvorrichtung verursachte Massenverlust gemessen.Available cavitation intensity measuring devices function regularly in such a way that only the effect caused by the cavitation, ie the cleaning performance or other material removal, are determined. The actual cavitation is thus not detected directly, but only indirectly. Thus, for example, specimens are used with the most precisely defined "soiling", or the mass loss caused by the ultrasonic cleaning device is measured.

So ist es aus der DE 10 2007 028 612 bekannt, einen elektrisch anregbaren Oszillator mit einer Beschichtung zu versehen, die im Ultraschallfeld dann durch Kavitation abgetragen wird. Als Folge davon ändert sich die Resonanzfrequenz des Oszillators, was detektiert und als Maß für die Stärke der Kavitation herangezogen wird.So it is from the DE 10 2007 028 612 known to provide an electrically excitable oscillator with a coating which is then removed in the ultrasonic field by cavitation. As a result, the resonant frequency of the oscillator changes, which is detected and used as a measure of the magnitude of the cavitation.

Die DE 102 01 662 C1 beschreibt ein Verfahren, in dem mindestens zwei richtungsselektive Schwingungsmessungen durchgeführt werden, um aus den gemessenen Schwingungsamplituden auf das Vorhandensein bzw. auf die Stärke von Kavitation zu schließen. Dabei wird aus den Amplituden ein Kennwert ermittelt, der durch eine arithmetische Verknüpfung wie zum Beispiel Quotient, Produkt, Summe und/oder Differenz der Schwingungsamplituden erhalten wird.The DE 102 01 662 C1 describes a method in which at least two direction-selective vibration measurements are performed in order to deduce the presence or the magnitude of cavitation from the measured vibration amplitudes. In this case, a characteristic value is determined from the amplitudes, which is obtained by an arithmetic link such as quotient, product, sum and / or difference of the oscillation amplitudes.

Ebenfalls bekannt ist es, mit einem Hydrophon den Schall im Medium aufzunehmen. Man erhält dann ein Signal, das aus einer Überlagerung des Ultraschalls und der von der Kavitation verursachten Geräusche besteht. Es wird dann regelmäßig der Rauschanteil des Signals als Indikator für das Vorliegen bzw. für die Stärke der Kavitation herangezogen. So wird zum Beispiel in der DE 10 2006 026 525 A1 das Signal zunächst fouriertransformiert und dann einer Spektralanalyse unterzogen, um das Kavitationsrauschen weitgehend unabhängig von den direkt vom Ultraschall verursachten Signalen zu untersuchen.It is also known to record the sound in the medium with a hydrophone. One then obtains a signal consisting of a superposition of the ultrasound and the noise caused by the cavitation. It is then regularly used the noise component of the signal as an indicator of the presence or for the strength of cavitation. For example, in the DE 10 2006 026 525 A1 The signal is first Fourier-transformed and then subjected to spectral analysis in order to investigate the cavitation noise largely independently of the directly caused by the ultrasound signals.

Allen aus dem Stand der Technik bekannten Methoden zur Kavitationsstärkenmessung ist gemeinsam, dass sie lediglich Aussagen über das Vorhandensein von Kavitation irgendwo im gesamten Untersuchungsbereich liefern. Für die Bestimmung der Reinigungsleistung von Ultraschallreinigungsgeräten sind aber bloß Kavitationsvorgänge relevant, die in unmittelbarer Nähe zu dem zu reinigenden Werkstück passieren. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Gerät und ein Verfahren zur Messung einer Kavitationsstärke bereitzustellen, die eine quantifizierbare Messung der Kavitationsstärke unter besonderer Berücksichtigung der in unmittelbarer Nähe des zu reinigenden Gegenstands auftretenden Kavitationsvorgänge ermöglichen, einfach und kostengünstig herzustellen und robust sind.All known from the prior art methods for Kavitationsstärkenmessung is common that they only provide information about the presence of cavitation somewhere in the entire study area. For the determination of the cleaning performance of ultrasonic cleaning devices but only cavitation processes are relevant, which happen in the immediate vicinity of the workpiece to be cleaned. The object of the present invention is therefore to provide a device and a method for measuring a cavitation strength, which is a quantifiable measurement of the cavitation strength, with special consideration of the immediate vicinity of the object to be cleaned allow occurring cavitation processes, simple and inexpensive to manufacture and are robust.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Messung einer Kavitationsstärke in einem flüssigen Medium mit zumindest einem ersten und einem zweiten Schalldrucksensor, wobei der erste Schalldrucksensor erste Kavitationsblasen, die in dem flüssigen Medium in einem beliebigen Abstand r₁ > 1 cm von dem ersten Schalldrucksensor kollabieren genauso stark detektiert, wie der zweite Schalldrucksensor zu der ersten Kavitationsblase äquivalente zweite Kavitationsblasen detektiert, die in dem gleichen Abstand r₁ vom zweiten Schalldrucksensor kollabieren, und wobei der zweite Schalldrucksensor derart ausgestaltet ist, dass er in der unmittelbaren Umgebung des zweiten Schalldrucksensors kollabierende dritte Kavitationsblasen weniger stark detektiert, als der erste Schalldrucksensor in der unmittelbaren Umgebung des ersten Schalldrucksensors kollabierende, zu den dritten Kavitationsblasen äquivalente vierte Kavitationsblasen detektiert.The object is achieved by a device for measuring a cavitation strength in a liquid medium with at least a first and a second sound pressure sensor, wherein the first sound pressure sensor first cavitation bubbles that collapse in the liquid medium at any distance r ₁ > 1 cm from the first sound pressure sensor detected as strong as the second sound pressure sensor to the first cavitation bubble equivalent detects second cavitation bubbles that collapse at the same distance r ₁ from the second sound pressure sensor, and wherein the second sound pressure sensor is configured such that it collapses in the immediate vicinity of the second sound pressure sensor third cavitation bubbles detected less strongly than the first sound pressure sensor in the immediate vicinity of the first sound pressure sensor collapsing, fourth cavitation bubbles equivalent to the third cavitation bubbles detected.

Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Kavitationsstärke in einem flüssigen Medium, bei dem zumindest zwei Schalldrucksensoren Signale in dem flüssigen Medium detektieren, die Signale an eine elektronische Auswertungseinheit übermittelt und mittels zumindest einer mathematischen Operation verknüpft werden und unter Zuhilfenahme des Ergebnisses der zumindest einen mathematischen Operation ein Kennwert für die Kavitationsstärke ermittelt wird.The object is likewise achieved by a method for determining a cavitation strength in a liquid medium, in which at least two sound pressure sensors detect signals in the liquid medium, the signals are transmitted to an electronic evaluation unit and linked by means of at least one mathematical operation and with the aid of the result of at least one mathematical operation a characteristic value for the cavitation strength is determined.

Der Begriff „unmittelbare Umgebung” beschreibt dabei einen Bereich, der alle Orte umfasst, die weniger als 2 mm vom Sensor entfernt liegen. Besonders bevorzugt ist der zweite Schalldrucksensor so ausgestaltet, dass nur Kavitationsblasen, die in einem Abstand von weniger als 1 mm kollabieren, weniger stark detektiert werden. Die „unmittelbare Umgebung” ist in diesem Fall also ein Bereich, der alle Orte umfasst, die weniger als 1 mm vom Sensor entfernt liegen.The term "immediate environment" describes an area that encompasses all locations that are less than 2 mm away from the sensor. Particularly preferably, the second sound pressure sensor is designed so that only cavitation bubbles that collapse at a distance of less than 1 mm are detected less strongly. The "immediate environment" in this case is an area that covers all locations that are less than 1 mm from the sensor.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Asymmetrie zwischen den beiden Schalldrucksensoren hinsichtlich ihrer Messcharakteristik besteht. Die Sensoren können im Wesentlichen gleich aufgebaut sein und detektieren Druckänderungen, die von im Fernfeld kollabierenden Kavitationsblasen verursacht werden, gleich stark. Sie liefern also gleiche Amplituden des Messsignals. Das Fernfeld ist dabei definiert als alle Orte, die mehr als 1 cm, bevorzugt mehr als 0,5 cm, vom Sensor entfernt liegen. Von im Nahfeld kollabierenden Kavitationsblasen verursachte Druckänderungen werden von beiden Sensoren unterschiedlich stark detektiert. Dabei ist der zweite Schalldrucksensor derart ausgestaltet, dass er eine niedrigere Amplitude liefert als der erste Schalldrucksensor.According to the invention, there is an asymmetry between the two sound pressure sensors with regard to their measurement characteristics. The sensors may be of substantially the same design and detect pressure changes caused by far-field collapsing cavitation bubbles equally. They thus provide equal amplitudes of the measurement signal. The far field is defined as all locations that are more than 1 cm, preferably more than 0.5 cm away from the sensor. Pressure changes caused by cavitation bubbles collapsing in the near field are detected to different degrees by both sensors. In this case, the second sound pressure sensor is designed such that it delivers a lower amplitude than the first sound pressure sensor.

Dass die zweiten Kavitationsblasen „äquivalent” zu den ersten Kavitationsblasen sind soll bedeuten, dass beide Kavitationsblasen von identischen Sensoren bei ansonsten gleichen Rahmenbedingungen gleich stark detektiert werden würden. Dementsprechend sind Größe der Blasen, Stärke des Kollaps und alle anderen den Blasen inhärenten Eigenschaften für die ersten und die zweiten Kavitationsblasen ebenso identisch, wie z. B. der Winkel, den eine Verbindungslinie von einer Blase mit dem Sensor zur Oberfläche des Sensors bildet. Bei den ersten und zweiten Kavitationsblasen handelt es sich um eine beliebige Anzahl an Kavitationsblasen. Kurz gesagt soll eine mit beiden Sensoren im Fernfeld durchgeführte Messung gleiche Ergebnisse liefern, während sich die Ergebnisse für das Nahfeld voneinander unterscheiden. Beim zweiten Schalldrucksensor werden die Signale, die aus dem Nahfeld stammen, im Wesentlichen unterdrückt. In der Praxis werden von beiden Sensoren im Fernfeld im Wesentlichen die gleichen Blasen detektiert, da der Abstand der beiden Sensoren voneinander klein ist. Im Normalfall sind die ersten Kavitationsblasen also gleich den zweiten Kavitationsblasen, wobei die dritten Kavitationsblasen von den vierten Kavitationsblasen verschieden sind, da jede Kavitationsblase nur in der unmittelbaren Umgebung eines der Schalldrucksensoren kollabieren kann.The fact that the second cavitation bubbles are "equivalent" to the first cavitation bubbles means that both cavitation bubbles would be equally detected by identical sensors under otherwise identical conditions. Accordingly, the size of the bubbles, the strength of the collapse and all other properties inherent to the bubbles are also identical for the first and second cavitation bubbles, such as e.g. Example, the angle that forms a connecting line from a bubble with the sensor to the surface of the sensor. The first and second cavitation bubbles are any number of cavitation bubbles. In short, a measurement made with both sensors in the far field should give the same results while the results for the near field differ from each other. In the second sound pressure sensor, the signals originating from the near field are substantially suppressed. In practice, essentially the same bubbles are detected by both sensors in the far field, since the distance of the two sensors from each other is small. In the normal case, therefore, the first cavitation bubbles are equal to the second cavitation bubbles, the third cavitation bubbles being different from the fourth cavitation bubbles, since each cavitation bubble can only collapse in the immediate vicinity of one of the sound pressure sensors.

Dass die beiden Sensoren die im Fernfeld, z. B. also in einer Entfernung von über 1 cm, bevorzugt von über 0,5 cm kollabierenden Kavitationsblasen „gleich stark” detektieren soll bedeuten, dass die beiden Sensoren für im Fernfeld kollabierende Kavitationsblasen Signale liefern, deren Amplituden sich um weniger als 10% voneinander unterscheiden. Das vom Sensor gelieferte Signal kann dabei z. B. eine elektrische Spannung sein.That the two sensors in the far field, z. B. so at a distance of about 1 cm, preferably from more than 0.5 cm collapsing cavitation bubbles "equal to detect" means that the two sensors for collapsing cavitation bubbles in the far field provide signals whose amplitudes differ by less than 10% , The signal supplied by the sensor can be z. B. be an electrical voltage.

Dass der zweite Sensor im Nahfeld, also in seiner unmittelbaren Umgebung kollabierende Kavitationsblasen „weniger stark detektiert” soll bedeuten, dass hier die Amplitude des Signals, das von den im Nahfeld des zweiten Sensors kollabierenden Kavitationsblasen herrührt, maximal 50% der Amplitude des vom ersten Sensor gelieferten Signals, das von den im Nahfeld des ersten Sensors kollabierenden Kavitationsblasen herrührt, beträgt.The fact that the second sensor "less strongly detects" cavitating bubbles in the near field, ie in its immediate vicinity, means that the amplitude of the signal originating from the cavitation bubbles collapsing in the near field of the second sensor is at most 50% of the amplitude of the first sensor supplied signal, which originates from the collapse in the near field of the first sensor cavitation bubbles is.

Vorzugsweise verursachen die in der unmittelbaren Umgebung des zweiten Sensors kollabierenden Kavitationsblasen ein erheblich schwächeres Signal, als die entsprechenden in der unmittelbaren Umgebung des ersten Schalldrucksensors kollabierenden Kavitationsblasen. Beispielsweise betragen die Amplituden der betreffenden vom zweiten Schalldrucksensor gemessenen Signale maximal 25% der Amplituden der entsprechenden vom ersten Schalldrucksensor gemessenen Signale. Besonders bevorzugt betragen die Amplituden der vom zweiten Schalldrucksensor in seiner unmittelbaren Umgebung detektierten Kavitationsereignisse maximal 10% der Amplituden der entsprechenden vom ersten Schalldrucksensor detektierten Kavitationsereignisse. Die außerhalb der unmittelbaren Umgebung kollabierenden Kavitationsereignisse werden erfindungsgemäß von beiden Schalldrucksensoren im Wesentlichen gleich detektiert. Die so erzeugte Asymmetrie zwischen den Sensoren macht eine gewisse räumliche Auflösung beim Detektieren der Kavitationsereignisse möglich.The cavitation bubbles collapsing in the immediate vicinity of the second sensor preferably cause a considerably weaker signal than the corresponding cavitation bubbles collapsing in the immediate vicinity of the first sound pressure sensor. For example, the amplitudes of the respective signals measured by the second sound pressure sensor are a maximum of 25% of the amplitudes of the corresponding signals measured by the first sound pressure sensor. Particularly preferably, the amplitudes of the cavitation events detected by the second sound pressure sensor in its immediate vicinity amount to a maximum of 10% of the amplitudes of the corresponding cavitation events detected by the first sound pressure sensor. The cavitation events which collapse outside the immediate surroundings are inventively detected by both sound pressure sensors essentially the same. The thus generated asymmetry between the sensors makes possible a certain spatial resolution when detecting the cavitation events.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine besonders genaue Abschätzung der Reinigungswirkung eines Ultraschallreinigungsgerätes möglich wird, wenn nicht alle an beliebigen Orten im Medium stattfindenden Kavitationsereignisse für die Abschätzung der Kavitationsstärke verwendet werden, sondern wenn lediglich die Kavitationsereignisse, die in unmittelbarer Nähe des Werkstücks oder eines das Werkstück simulierenden Gegenstands stattfinden, für die Abschätzung der Kavitationsstärke herangezogen werden. Ein Werkstück ist dabei im Normalfall ein zu reinigender Gegenstand. Das Werkstück kann durch Körper simuliert werden, deren physikalische Eigenschaften, insbesondere die Eigenschaften der Oberfläche, hinreichend ähnlich zu denen des Werkstücks sind.The invention is based on the finding that a particularly accurate estimation of the cleaning effect of an ultrasonic cleaning device becomes possible if not all cavitation events taking place at arbitrary locations in the medium are used for the estimation of the cavitation intensity, but if only the cavitation events occurring in the immediate vicinity of the workpiece or an object simulating the workpiece take place, are used for the estimation of the cavitation. A workpiece is normally an object to be cleaned. The workpiece can be simulated by bodies whose physical properties, in particular the properties of the surface, are sufficiently similar to those of the workpiece.

Das Abschätzen der Reinigungswirkung unter Zuhilfenahme lediglich der Kavitationsereignisse, die in unmittelbarer Nähe des Werkstücks stattfinden, kann entweder direkt geschehen, indem lediglich die in unmittelbarer Nähe des Sensors kollabierenden Kavitationsblasen detektiert werden, oder indirekt, indem zwei Sensoren verwendet werden, von denen einer auf herkömmliche Art und Weise alle Kavitationsereignisse detektiert und ein zweiter Sensor lediglich die Ereignisse detektiert, die nicht zur Reinigungsleistung beitragen, also nicht in unmittelbarer Nähe des Sensors bzw. des Werkstücks kollabieren. Bei diesem zweiten Sensor muss die Detektion von in unmittelbarer Nähe zum Sensor kollabierenden Kavitationsblasen verhindert oder zumindest vermindert werden. Die Schalldrucksensoren können bspw. piezoelektrische oder magnetostriktive Sensoren sein. Der Begriff „in unmittelbarer Nähe” soll dabei alle Orte beschreiben, deren Entfernung zum Werkstück weniger als etwa fünf Blasenradien beträgt. Bei einem durchschnittlichen Radius der Kavitationsblasen von 200–300 μm liegt also jeder Ort, der weniger als 1–1,5 mm von der Oberfläche des Werkstücks entfernt liegt, in unmittelbarer Nähe des Werkstücks. Die tatsächliche Größe der Kavitationsblasen und somit auch der Abstand vom Sensor, bei dem ein Ort noch in unmittelbarer Nähe des Sensor liegt, hängt auch vom Medium sowie von der Art des eingestrahlten Ultraschalls ab. Die hier angegebenen Zahlenwerte sind daher als Beispiele zu versehen.The estimation of the cleaning effect with the aid of only the cavitation events taking place in the immediate vicinity of the workpiece can be done either directly by detecting only the cavitation bubbles collapsing in the immediate vicinity of the sensor, or indirectly by using two sensors, one of which is conventional All manner of cavitation detected events and detects a second sensor only the events that do not contribute to the cleaning performance, so do not collapse in the immediate vicinity of the sensor or the workpiece. In this second sensor, the detection of cavitation bubbles collapsing in the immediate vicinity of the sensor must be prevented or at least reduced. The sound pressure sensors can be, for example, piezoelectric or magnetostrictive sensors. The term "in the immediate vicinity" is intended to describe all places whose distance from the workpiece is less than about five blister radii. With an average radius of cavitation bubbles of 200-300 microns so every place that is less than 1-1.5 mm from the surface of the workpiece is located in the immediate vicinity of the workpiece. The actual size of the cavitation bubbles and thus the distance from the sensor, where a location is still in the immediate vicinity of the sensor, also depends on the medium and the type of ultrasound irradiated. The numerical values given here are therefore to be given as examples.

Zieht man das vom zweiten Sensor gemessene Signal vom Signal des ersten Sensors ab, bildet man also die Differenz der beiden Rohsignale, so bildet das Ergebnis lediglich die in unmittelbarer Nähe des ersten Sensors kollabierenden Kavitationsblasen ab. Auch der Quotient der beiden Rohsignale, ein berechnetes Integral oder andere Verknüpfungen der Rohsignale können einen sinnvollen Kennwert für die Kavitationsstärke liefern.If one subtracts the signal measured by the second sensor from the signal of the first sensor, ie if the difference between the two raw signals is formed, then the result only reflects the cavitation bubbles collapsing in the immediate vicinity of the first sensor. The quotient of the two raw signals, a calculated integral or other connections of the raw signals can also provide a meaningful characteristic value for the cavitation intensity.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung einer Kavitationsstärke in einem flüssigen Medium – mit anderen Worten also ein erfindungsgemäßes Kavitationsstärkenmessgerät – ist relativ einfach aufgebaut und es können viele Komponenten verwendet werden, die bereits seit langer Zeit erprobt sind und nicht neu entwickelt werden müssen, da die benötigte Sensortechnik im Prinzip bereits vorhanden ist. Das Gerät kann problemlos derart robust gestaltet werden, dass es für den Einsatz in industriell genutzten Ultraschallschallbädern geeignet ist. Auch die Auswerteelektronik ist relativ einfach herzustellen, so dass sich insgesamt ein sehr robustes und preisgünstiges Gerät ergibt.An inventive device for measuring a Kavitationsstärke in a liquid medium - in other words, an inventive Kavitationsstärkenmessgerät - is relatively simple and it can be used many components that have been tested for a long time and do not need to be redeveloped because the required sensor technology in principle already exists. The device can easily be made so robust that it is suitable for use in industrial ultrasonic baths. The transmitter is relatively easy to produce, so that overall results in a very robust and inexpensive device.

Weiterhin zeichnet sich das erfindungsgemäße Kavitationsstärkenmessgerät im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Geräten durch eine einfache Handhabbarkeit aus, da keine Prüfkörper in das Bad eingebracht oder herausgenommen werden müssen, keine aufwändigen Beschichtungen, Bestimmungen der Masse oder optische Kontrollen durchgeführt werden müssen. Dennoch liefert das erfindungsgemäße Kavitationsstärkenmessgerät Messdaten, die es erlauben, die Kavitationsstärke zu quantifizieren.Furthermore, the cavitation intensity measuring device according to the invention is characterized in comparison to known from the prior art devices by a simple handling, since no specimens must be introduced or removed in the bath, no elaborate coatings, provisions of the mass or optical controls must be performed. Nevertheless, the cavitation intensity meter according to the invention provides measurement data that allow the cavitation strength to be quantified.

Eine Möglichkeit, ein erfindungsgemäßes Kavitationsstärkenmessgerät auszugestalten ist es, den zweiten Schalldrucksensor zumindest teilweise mit einem weichen Material zu umhüllen. Bis auf den weichen Überzug des zweiten Schalldrucksensors können die beiden Sensoren baugleich sein. Es wird so eine Asymmetrie zwischen dem ersten und dem zweiten Schalldrucksensor erzeugt, die es möglich macht, zwischen in unmittelbarer Nähe kollabierenden Kavitationsblasen und den übrigen Kavitationsereignissen zu differenzieren. Das weiche Material ruft dabei zwei unterschiedliche Effekte hervor. Zum einen kollabieren Kavitationsblasen, die mit dem weichen Überzug in Berührung kommen, seltener als solche, die auf eine harte Oberfläche treffen, und zum anderen dämpft der weiche Überzug aufgrund seiner Elastizität auftreffende Mikrojets derart ab, dass sie von dem Schalldrucksensor im Vergleich zum ungeschützten, also nicht mit einem weichen Überzug versehenen Schalldrucksensor nur vermindert detektiert werden. Da die Schalldrucksensoren prinzipiell nur Mikrojets detektieren, die in unmittelbarer Nähe der Sensoren entstehen, vermindert auch dieser zweite Effekt die Detektion von in unmittelbarer Nähe des zweiten Sensors kollabierenden Kavitationsblasen. Die Mikrojets besitzen im Regelfall eine Reichweite von 1–1,5 Blasenradien. Außerhalb dieses Bereichs ist der Mikrojet entweder nicht mehr als scharfer Strahl detektierbar, oder außerhalb dieses Bereichs kollabierende Blasen erzeugen erst gar keinen Mikrojet, da keine Grenzfläche zu einem festen Gegenstand vorhanden ist.One possibility for designing a cavitation intensity measuring device according to the invention is to at least partially encase the second sound pressure sensor with a soft material. Except for the soft coating of the second sound pressure sensor, the two sensors can be identical. It creates an asymmetry between the first and the second sound pressure sensor, which makes it possible to differentiate between cavitation bubbles collapsing in the immediate vicinity and the remaining cavitation events. The soft material causes two different effects. On the one hand, cavitation bubbles which come into contact with the soft coating collapse less frequently than those which hit a hard surface, and on the other hand the soft coating, due to its elasticity, dampens microjets which impinge on the sound pressure sensor in comparison to the unprotected, So not provided with a soft cover sound pressure sensor only reduced be detected. Since the sound pressure sensors in principle only detect microjets that arise in the immediate vicinity of the sensors, this second effect also reduces the detection of cavitation bubbles collapsing in the immediate vicinity of the second sensor. The microjets usually have a range of 1-1.5 bubble radii. Outside of this range, the microjet is either no longer detectable as a sharp beam, or bubbles that collapse outside of this range will not produce a microjet, as there is no interface to a solid object.

Ein „weiches Material” ist erfindungsgemäß ein Material, das den oben beschriebenen Einfluss auf die Detektion der beim Kollaps der Kavitationsblasen entstehenden Mikrojets ausübt. Eine mögliche Definition kann über die Härte des Materials erfolgen. So kann ein „weiches Material” beispielsweise ein Material sein, dessen Härte nach IRHD (International Rubber Hardness Degree) bei 20–55, bevorzugt bei 30–40 liegt. Die Werte nach IRHD entsprechen dabei etwa den Werten nach Shore A, so dass auch eine Definition über die gleichen Werte für die Shore A Härte möglich ist. Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Impedanz (Schallkennimpedanz) des weichen Materials möglichst gut an die Impedanz des Wassers angepasst ist. Beispielsweise liegt die Schallkennimpedanz des weichen Materials im Bereich von 1,0–3 × 10⁶ kg/m²s, bevorzugt im Bereich von 1,3–2,3 × 10⁶ kg/m²s.According to the invention, a "soft material" is a material that exerts the above-described influence on the detection of the microjets produced during the collapse of the cavitation bubbles. A possible definition can be made about the hardness of the material. For example, a "soft material" may be a material whose hardness is 20-55, preferably 30-40, according to IRHD (International Rubber Hardness Degree). The values according to IRHD correspond approximately to the values according to Shore A, so that a definition of the same values for the Shore A hardness is also possible. It is furthermore advantageous if the impedance (sound characteristic impedance) of the soft material is adapted as well as possible to the impedance of the water. For example, the acoustic characteristic impedance of the soft material is in the range of 1.0-3 × 10 ⁶ kg / m ² s, preferably in the range of 1.3-2.3 × 10 ⁶ kg / m ² s.

Bevorzugt ist das weiche Material ein Polyurethan, ein Kunstharz, ein Silikon, ein Elastomer oder ein quasielastisches Metall. Prinzipiell ist jedes Material geeignet, das weich ist, ausreichend resistent gegen das flüssige Medium ist und sich als Überzeug auf dem Schalldrucksensor aufbringen lässt.Preferably, the soft material is a polyurethane, a synthetic resin, a silicone, an elastomer or a quasi-elastic metal. In principle, any material is suitable that is soft, sufficiently resistant to the liquid medium and can be applied as a convincing on the sound pressure sensor.

Der weiche Überzug weist bevorzugt eine Dicke von 0,3–1,0 mm, besonders bevorzugt von 0,4–0,6 mm auf. Ein Überzug mit einer Dicke von 0,5 mm hat sich für die gewünschte Beeinflussung der Messcharakteristik des zweiten Sensors als optimal herausgestellt.The soft coating preferably has a thickness of 0.3-1.0 mm, particularly preferably 0.4-0.6 mm. A coating with a thickness of 0.5 mm has been found to be optimal for the desired influencing the measurement characteristics of the second sensor.

Der weiche Überzug kann in irgendeiner geeigneten Weise auf dem Sensor angebracht werden. So kann der Sensor in das noch flüssige Material eingetaucht werden, das Material kann aufgesprüht werden oder der Sensor kann umgossen werden. Auch das Aufbringen eines Tropfens flüssigen Materials, der dann den Sensor umschließt und in der Folge vernetzt, ist möglich.The soft cover may be attached to the sensor in any suitable manner. Thus, the sensor can be immersed in the still liquid material, the material can be sprayed or the sensor can be encapsulated. It is also possible to apply a drop of liquid material, which then encloses the sensor and subsequently crosslinks it.

Es hat sich herausgestellt, dass es vorteilhaft ist, wenn die aktive Fläche der Schalldrucksensoren möglichst klein ist. Dadurch, dass dann pro Zeiteinheit eine im Vergleich zu einem Sensor mit größerer aktiver Fläche kleinere Anzahl von Kavitationsblasen in der Nähe des Sensors kollabieren, wird es möglich, einzelne Kavitationsereignisse, also den Kollaps von einzelnen Kavitationsblasen oder aber auch von einer Wolke von Kavitationsblasen, zu detektieren. Es zeigen sich dann ausgeprägte Peaks im Signal. Wenn man die Peaks zählt, erhält man somit die Anzahl der direkt am Sensor gemessenen Kavitationsereignisse. Bevorzugt haben daher die Schalldrucksensoren eine aktive Fläche, die kleiner als 1 Quadratmillimeter, besonders bevorzugt kleiner als 0,3 Quadratmillimeter, ist. Die aktive Fläche ist dabei diejenige Fläche des Schalldrucksensors, die auf sie einwirkende Druckveränderungen in ein Messsignal umsetzt. Ein Sensor mit kleiner aktiver Fläche kann so ausgestaltet werden, dass einzelne Mikrojets detektierbar sind.It has been found that it is advantageous if the active area of the sound pressure sensors is as small as possible. The fact that then per unit of time a smaller number of cavitation bubbles in the vicinity of the sensor collapse compared to a sensor with a larger active area, it is possible, individual cavitation events, ie the collapse of individual cavitation bubbles or even from a cloud of cavitation bubbles detect. It then shows pronounced peaks in the signal. Counting the peaks gives you the number of cavitation events measured directly on the sensor. Therefore, the sound pressure sensors preferably have an active area which is smaller than 1 square millimeter, particularly preferably smaller than 0.3 square millimeters. The active area is that area of the sound pressure sensor which converts pressure changes acting on it into a measurement signal. A sensor with a small active area can be designed so that individual microjets can be detected.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Sensoren einen möglichst geringen Abstand zueinander aufweisen, das heißt, wenn der Abstand zwischen den aktiven Flächen kleiner als 5 mm, bevorzugt kleiner als 2 mm, ist. Durch eine solche Anordnung wird erreicht, dass die Differenz zwischen den beiden gemessenen Signalen nahezu ausschließlich durch die unterschiedliche Ausgestaltung der beiden Schalldrucksensoren und nicht durch andere räumliche Inhomogenitäten hervorgerufen wird.Furthermore, it is advantageous if the sensors have the smallest possible distance from one another, that is, if the distance between the active surfaces is less than 5 mm, preferably less than 2 mm. Such an arrangement ensures that the difference between the two measured signals is caused almost exclusively by the different design of the two sound pressure sensors and not by other spatial inhomogeneities.

Das erfindungsgemäße Kavitationsstärkenmessgerät ist in der Handhabung sehr einfach. Soll die Kavitationsstärke im Flüssigkeitsbad eines Ultraschallreinigungsgeräts bestimmt werden, so werden die zumindest zwei Schalldrucksensoren in das flüssige Medium eingeführt, wo sie die von den Kavitationsereignissen verursachten Signale aufnehmen. Die Signale werden dann an eine elektronische Auswertungseinheit zur Weiterverarbeitung übermittelt. Die Auswertungseinheit verarbeitet die Signale weiter, indem die beiden Signale mittels zumindest einer mathematischen Operation in Beziehung zueinander gebracht werden. Die elektronische Auswertungseinheit ist also in der Lage, mathematische Operationen mit den zumindest zwei gemessenen Signalen durchzuführen. Durch das Verknüpfen der beiden Signale mittels der zumindest einen mathematischen Operation ergibt sich ein Kennwert, der zur Abschätzung der Kavitationsstärke herangezogen werden kann. So kann zum Beispiel die Differenz oder ein Quotient der beiden Signale gebildet werden, es kann die Anzahl der Peaks, die einen bestimmten Schwellenwert überschreiten, gezählt werden, oder es kann eine Spektralanalyse erfolgen. Hierzu kann zunächst eine Fouriertransformation der gemessenen Daten durchgeführt werden. Auch der Einsatz von Filtern oder eine Integration der Signale bzw. der weiter verarbeiteten Daten kann sinnvoll sein.The cavitation intensity measuring device according to the invention is very easy to handle. If the cavitation strength in the liquid bath of an ultrasonic cleaning device is to be determined, the at least two sound pressure sensors are introduced into the liquid medium, where they absorb the signals caused by the cavitation events. The signals are then transmitted to an electronic evaluation unit for further processing. The evaluation unit further processes the signals by correlating the two signals by means of at least one mathematical operation. The electronic evaluation unit is thus able to perform mathematical operations with the at least two measured signals. By linking the two signals by means of the at least one mathematical operation, a characteristic value results, which can be used to estimate the cavitation strength. Thus, for example, the difference or a quotient of the two signals can be formed, the number of peaks exceeding a certain threshold value can be counted, or spectral analysis can be performed. For this purpose, a Fourier transformation of the measured data can first be carried out. The use of filters or an integration of the signals or the further processed data may be useful.

Mit Hilfe einer Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachfolgend näher beschrieben werden. Es zeigtWith the aid of a drawing, an embodiment of the invention will be described in more detail below. It shows

1 den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Kavitationsstärkenmessgeräts sowie ein Flussdiagramm zur Messwertverarbeitung und Beispiele für mögliche Messergebnisse. 1 the schematic structure of a Kavitationsstärkenmessgeräts invention and a flow chart for measured value processing and examples of possible measurement results.

1 zeigt einen Tank 1, der mit Wasser als flüssigem Medium 14 gefüllt ist und in dem sich der erste Schalldrucksensor 3 und der zweite Schalldrucksensor 4 befinden. Die beiden Schalldrucksensoren 3, 4 umfassen jeweils ein rohrförmiges Gehäuse aus Edelstahl 2 mit einem Außendurchmesser von 1,0 mm und einem Innendurchmessmesser von 0,8 mm sowie einer Länge von 100 mm. Die beiden rohrförmigen Gehäuse 2 werden von einer Halterung 13 miteinander verbunden. Die Halterung 13 besteht aus einem Material, das Schwingungen zwischen den beiden Schalldrucksensoren 3, 4 nur in geringem Maße überträgt. Der zweite Schalldrucksensor 4 besitzt einen Überzug 5, der aus Polyurethan besteht und daher eine ähnliche Impedanz wie das flüssige Medium 14 aufweist. 1 shows a tank 1 with water as a liquid medium 14 is filled and in which the first sound pressure sensor 3 and the second sound pressure sensor 4 are located. The two sound pressure sensors 3 . 4 each comprise a tubular housing made of stainless steel 2 with an outer diameter of 1.0 mm and an inner diameter of 0.8 mm and a length of 100 mm. The two tubular housings 2 be from a holder 13 connected with each other. The holder 13 consists of a material that oscillates between the two sound pressure sensors 3 . 4 transmits only to a small extent. The second sound pressure sensor 4 has a coating 5 , which consists of polyurethane and therefore a similar impedance as the liquid medium 14 having.

Eine nicht dargestellte Ultraschallquelle koppelt Ultraschall in das flüssige Medium 14 ein. Die daraus resultierenden Kavitationsereignisse werden von den beiden Schalldrucksensoren 3, 4 detektiert. Die Ausgangssignale der beiden Schalldrucksensoren 3, 4 werden mit Hilfe von elektrischen Verstärkern 6 verstärkt und mit einem oder mehreren Ozsilloskopen 7 registriert. Es kann so der Schalldruck p(t) in Abhängigkeit von der Zeit t ermittelt werden. Das Diagramm 8 zeigt schematisch einen typischen Verlauf eines von dem ersten Schalldrucksensor 3 detektierten Signals, das charakteristische hohe Peaks aufweist. Das Diagramm 9 zeigt ebenso schematisch einen typischen Druckverlauf, der von dem zweiten Schalldrucksensor 4 gemessen wird. Die hohen Peaks sind hier typischerweise nicht vorhanden oder es zeigen sich anstelle der hohen Peaks nur sehr kleine Peaks.An ultrasonic source, not shown, couples ultrasound into the liquid medium 14 one. The resulting cavitation events are from the two sound pressure sensors 3 . 4 detected. The output signals of the two sound pressure sensors 3 . 4 be with the help of electrical amplifiers 6 reinforced and with one or more ozsilloscopes 7 registered. It is thus possible to determine the sound pressure p (t) as a function of the time t. The diagram 8th schematically shows a typical course of one of the first sound pressure sensor 3 detected signal having characteristic high peaks. The diagram 9 also shows schematically a typical pressure profile, that of the second sound pressure sensor 4 is measured. The high peaks are typically absent here, or only very small peaks appear instead of the high peaks.

Zur Auswertung der gemessenen Signale kann die Anzahl der Peaks gezählt werden, da sie eine direkte Aussage über die Häufigkeit der Kavitationsereignisse nahe der Oberfläche machen. Ein „Peak” kann dabei durch einen Schwellwert der Steilheit des Signals, also seiner zeitlichen Ableitung, definiert werden. Um zufällig auftretende Bereiche im Signal mit einem großen Wert der zeitlichen Ableitung, die aber keinen wirklichen Peak darstellen, nicht einzubeziehen, kann ein Kriterium aufgestellt werden, nachdem die Amplitude des Messsignals einen Schwellwert übersteigt, der z. B. 300% oder 500% des sogenannten Sockelwerts, also dem letzten Wert vor dem Beginn des steilen Abschnitts im Signal, betragen kann. Anstatt des soeben definierten Sockelwerts kann auch der mittlere Wert des Signals über einen im Vergleich zur zeitlichen Ausdehnung eines Peaks langen Zeitbereich herangezogen werden.For the evaluation of the measured signals, the number of peaks can be counted, as they make a direct statement about the frequency of cavitation events near the surface. A "peak" can be defined by a threshold value of the steepness of the signal, ie its time derivative. In order not to include randomly occurring regions in the signal with a large value of the time derivative, but which do not represent a real peak, a criterion can be established after the amplitude of the measurement signal exceeds a threshold value, which, for. B. 300% or 500% of the so-called base value, ie the last value before the beginning of the steep section in the signal may amount. Instead of the base value just defined, the average value of the signal over a long time range compared to the time extent of a peak can also be used.

Weiterhin kann es zur Abschätzung der Kavitationsstärke sinnvoll sein, eine Wichtung durchzuführen, indem zum Beispiel höhere Peaks als wirksamer eingestuft werden als kleinere. Ebenso können Histogramme bezüglich der Peakhöhe erstellt werden und eine Auswertung mit Hilfe von Wichtungsfunktionen durchgeführt werden. Der Einsatz eines Filters, beispielsweise eines Digitalfilters, der die Grundfrequenz des eingekoppelten Ultraschalls sowie z. B. Frequenzen bis zu dessen dritter Harmonischer herausfiltert, kann ebenfalls vorteilhaft sein, um ein Signal zu erhalten, das möglichst frei von Einflüssen, die nicht auf den Kollaps von Kavitationsblasen zurückzuführen sind, ist.Furthermore, to estimate the cavitation strength, it may be useful to perform a weighting, for example, by classifying higher peaks as more effective than smaller ones. Likewise, histograms can be created with regard to the peak height and an evaluation can be carried out with the aid of weighting functions. The use of a filter, such as a digital filter, the fundamental frequency of the injected ultrasound and z. B. frequencies up to its third harmonic filter, may also be advantageous to obtain a signal that is as free of influences that are not due to the collapse of Kavitationsblasen is.

Eine weitere Möglichkeit zur Auswertung der Signale verknüpft die von dem ersten Schalldrucksensor gelieferten Messwerte mit den von dem zweiten Schalldrucksensor gelieferten Messwerten. So kann beispielsweise die Differenz der Höhen der Peaks, die vom ersten bzw. vom zweiten Schalldrucksensor gemessen werden, als Kennwert für die lokale Kavitationsaktivität herangezogen werden.Another possibility for evaluating the signals links the measured values supplied by the first sound pressure sensor with the measured values supplied by the second sound pressure sensor. For example, the difference in the heights of the peaks measured by the first and second sound pressure sensors can be used as a characteristic for the local cavitation activity.

In einem weiteren Auswertungsschritt kann mit Hilfe einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) das Spektrum der zeitabhängigen Signale p(t) berechnet werden. Das Diagramm 10 zeigt schematisch eine typische spektrale Leistungsdichte S für den ersten, nicht beschichten Schalldrucksensor 3, das Diagramm 11 zeigt eine entsprechende spektrale Leistungsdichte S für den zweiten, beschichten Schalldrucksensor 4. Dieser zeigt im Vergleich zum ersten Schalldrucksensor 3 eine deutlich verringerte spektrale Dichte vor allem bei höheren Frequenzen.In a further evaluation step, the spectrum of the time-dependent signals p (t) can be calculated with the aid of a fast Fourier transformation (FFT). The diagram 10 schematically shows a typical spectral power density S for the first non-coated sound pressure sensor 3 , the diagram 11 shows a corresponding spectral power density S for the second, coated sound pressure sensor 4 , This shows in comparison to the first sound pressure sensor 3 a significantly reduced spectral density, especially at higher frequencies.

Eine weitere sinnvolle Maßnahme ist es, die Spektren 10 und 11 direkt miteinander zu vergleichen, beispielsweise indem die logarithmischen Werte der spektralen Dichte voneinander subtrahiert werden. Es ergibt sich dann ein Differenzspektrum 12, das ebenfalls schematisch in 1 dargestellt ist. Es enthält hohe Werte im mittleren Frequenzbereich, die für einen Blasenkollaps nahe einer Oberfläche typisch sind. Um ein Maß für die Kavitationsstärke zu erhalten, kann beispielsweise die elektrische Rauschleistung durch Summation über einen oder mehrere spezifische Frequenzbereiche ermittelt und als Einzahlwert für die Kavitationsaktivität genutzt werden.Another useful measure is the spectra 10 and 11 compare directly with each other, for example by subtracting the logarithmic values of the spectral density from each other. It then results in a difference spectrum 12 , which is also schematically in 1 is shown. It contains high mid-range values typical of bubble collapse near a surface. In order to obtain a measure of the cavitation strength, for example, the electrical noise power can be determined by summation over one or more specific frequency ranges and used as a single value for the cavitation activity.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007028612 [0005]
DE 10201662 C1 [0006]
DE 102006026525 A1 [0007]

Claims

Device for measuring a cavitation strength in a liquid medium ( 14 ), characterized by at least one first sound pressure sensor ( 3 ) and a second sound pressure sensor ( 4 ), wherein the first sound pressure sensor ( 3 ) first cavitation bubbles in the liquid medium at any distance r ₁ > 1 cm from the first sound pressure sensor ( 3 ), as strongly detected as the second sound pressure sensor ( 4 ) detects second cavitation bubbles which are equivalent to the first cavitation bubble and which are at the same distance r ₁ from the second sound pressure sensor (FIG. 4 ) and wherein the second sound pressure sensor ( 4 ) is configured such that it is in the immediate vicinity of the second sound pressure sensor ( 4 ) collapsing third cavitation bubbles detected less than the first sound pressure sensor ( 3 ) in the immediate vicinity of the first sound pressure sensor ( 3 ) collapsing fourth cavitation bubbles equivalent to the third cavitation bubbles are detected.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the second sound pressure sensor ( 4 ) at least partially from a soft material ( 5 ) is wrapped.

Device according to claim 2, characterized in that the soft material ( 5 ) is a polyurethane, a synthetic resin, a silicone, an elastomer or a quasi-elastic metal.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the sound pressure sensors ( 3 . 4 ) incorporated into a workpiece and another sound pressure sensor ( 3 . 4 ) is arranged outside the workpiece.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that an active surface of the sound pressure sensors ( 3 . 4 ) is smaller than 1 mm ² , preferably smaller than 0.3 mm ² .

Device according to one of the preceding claims, characterized by an electronic evaluation unit ( 7 ) which is capable of performing mathematical operations on the measured signals.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a distance between the active surfaces of the sound pressure sensors ( 3 . 4 ) is smaller than 5 mm, preferably smaller than 2 mm.

Method for determining a cavitation strength in a liquid medium ( 14 ), comprising the steps of: - detecting signals in the liquid medium ( 14 ) by at least two sound pressure sensors ( 3 . 4 ), - transmitting the signals to an electronic evaluation unit ( 7 ), - linking the measured signals by means of at least one mathematical operation, - determining a characteristic value for the cavitation strength with the aid of the result of the at least one mathematical operation.

A method according to claim 8, characterized in that the mathematical operation is a subtraction, division or integration.

Method according to one of claims 8 or 9, characterized in that prior to performing the at least one mathematical operation, a Fourier transformation of the measured signals is performed.