DE102020104154A1 - Verfahren zum überwachen der strukturellen integrität eines bauteils und flexible sensorstruktur zum überwachen der strukturellen integrität eines bauteils - Google Patents

Verfahren zum überwachen der strukturellen integrität eines bauteils und flexible sensorstruktur zum überwachen der strukturellen integrität eines bauteils Download PDF

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Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren (100) zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils (1) bereitgestellt, wobei zunächst eine vordefinierte strukturelle Integrität des zu überwachenden Bauteils (1) ermittelt wird, und wobei die aktuelle strukturelle Integrität des zu überwachende Bauteils (1) mittels einer flexiblen Sensorstruktur (200) überwacht wird. Ein Warnsignal wird beispielsweise ausgegeben, wenn die aktuelle strukturelle Integrität des zu überwachende Bauteils (1) von der vordefinierten strukturellen Integrität des zu überwachenden Bauteils (1) abweicht.

Description

  • Verschiedene Ausführungsformen betreffen ein Verfahren zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils und eine flexible Sensorstruktur zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils.
  • Im Allgemeinen können akustische Signale zur Materialprüfung verwendet werden. Dabei steht beispielsweise die zerstörungsfreie Materialanalyse im Vordergrund, wobei die strukturelle Integrität und/oder andere Eigenschaften (z.B. geometrische Eigenschaften wie die Materialstärke) eines Bauteils untersucht werden. Die akustischen Signale, deren Frequenzen in einem Frequenzbereich von ungefähr 20 kHz bis ungefähr 50 MHz (z.B. im Ultraschallbereich) liegen, werden dazu in das Bauteil eingekoppelt.
  • Die zerstörungsfreie Ultraschall-Prüftechnik wird in zwei wesentliche klassische Prüfverfahren eingeteilt, die als Reflexionsverfahren und Durchschallungsverfahren bezeichnet werden. Für das Reflexionsverfahren (auch Impuls-Echo Verfahren genannt) wird eine Ultraschallwelle aus einem Sendekopf in das zu prüfende Bauteil eingeleitet, beispielsweise mittels einer Kopplungsflüssigkeit/-gel, auf der gegenüberliegenden Seite reflektiert und wieder von dem Schall/Sendekopf empfangen. Für das Durchschallungsverfahren werden herkömmlicherweise zwei bauartgleiche Prüfköpfe (Sender und Empfänger) mit identischen Eigenschaften verwendet, wobei die zwei Prüfköpfe auf sich gegenüberliegenden Seiten des zu prüfenden Bauteils bewegt werden.
  • Bei beiden Verfahren kann die Materialstärke aus der Signallaufzeit berechnet werden, wobei der Prüfkopf oder die Prüfköpfe über die Oberfläche des zu prüfenden Bauteils bewegt wird, um Fehlstellen zu finden. Der Schall breitet sich in unterschiedlichen Materialien unterschiedlich aus. An Grenzflächen (Außenwand, interner Übergang oder Schadstelle) werden Signale teilweise reflektiert oder gebrochen. Aus Laufzeiten, Phasenverschiebung und/oder Signalverzerrung können Informationen über die räumliche Ausdehnung, die Position und/oder die Art einer Fehlstelle ermittelt werden.
  • Die herkömmlichen in der Ultraschall-Prüftechnik verwendeten Prüfköpfe wirken anschaulich lokal und werden daher über die Oberfläche des zu prüfenden Bauteils bewegt, um das Bauteil in einem gewünschten Bereich abzutasten. Herkömmlich weisen die Prüfköpfe plane Sensorflächen auf, was für zu prüfende Bauteile mit Rundungen nicht optimal ist. Die herkömmliche Prüftechnik basiert auf einer einmaligen Prüfung, um ein möglicherweise defektes Bauteil zu identifizieren, wobei dann das defekte Bauteil nicht weiterverwendet wird.
  • Verschiedenen Ausführungsformen betreffen ein Verfahren zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils, wobei anschaulich eine effiziente und dauerhafte Überwachung eines Bauteils durchgeführt wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine flexible Sensorstruktur zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils an diesem Montiert und verbleibt an dem Bauteil, so dass das Bauteil permanent überwacht werden kann.
  • Verschiedenen Ausführungsformen betreffen eine flexible Sensorstruktur zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils, wobei die flexible Sensorstruktur kostengünstig bereitgestellt werden kann und nach der Montage an dem zu überwachenden Bauteil auch an diesem verbleiben kann, so dass das Bauteil permanent überwacht werden kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils derart eingerichtet sein, dass eine kontinuierliche Messung der Integrität des zu überwachenden Bauteils nach einer Initialmessung, die als Referenz dient, ermöglicht wird, um Veränderungen in der Integrität des zu überwachenden Bauteils zu identifizieren und berichten.
  • Weiterhin, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, kann die flexible Sensorstruktur derart eingerichtet sein, dass das Überwachen der Integrität eines gekrümmten Bauteils auf eine effiziente, kostengünstige Weise ermöglicht wird.
  • In verschiedenen Aspekten wird ein Verfahren zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils bereitgestellt, aufweisend: ein Ermitteln, ob ein zu überwachendes Bauteil eine vordefinierte strukturelle Integrität aufweist; ein Anbringen einer flexiblen Sensorstruktur auf mindestens einem gegebenenfalls gekrümmten Oberflächenabschnitt einer Oberfläche des zu überwachenden Bauteils, wenn ermittelt wurde, dass das zu überwachende Bauteil die vordefinierte strukturelle Integrität aufweist, wobei die flexible Sensorstruktur ein oder mehrere Ultraschall-Sensoren aufweist; ein Ermitteln mindestens eines Referenzparameters mittels der flexiblen Sensorstruktur nach dem Anbringen der flexiblen Sensorstruktur an der Oberfläche des zu überwachenden Bauteils, wobei der mindestens eine ermittelte Referenzparameter die vordefinierte strukturelle Integrität des zu überwachenden Bauteils repräsentiert; anschließend ein Überwachen einer aktuellen strukturellen Integrität des zu überwachenden Bauteils basierend auf mindestens einem Ermitteln mindestens eines Parameters mittels der an dem zu überwachenden Bauteil angebrachten flexiblen Sensorstruktur aufweisen, wobei der mindestens eine ermittelte Parameter eine aktuelle strukturelle Integrität des zu überwachenden Bauteils repräsentiert; und ein Ausgeben eines Warnsignals aufweisen, wenn der mindestens eine ermittelte Parameter eine Abweichung von dem mindestens einen ermittelten Referenzparameter aufweist, welche größer ist als eine vordefinierte Abweichung. Somit kann anschaulich in verschiedenen Ausführungsformen ein Verfahren zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils bereitgestellt sein, bei dem eine flexible Sensorstruktur mit wenigstens einem Ultraschall-Sensor die strukturelle Integrität des Bauteils permanent prüfen kann, beispielsweise auch in für die Prüfung der strukturellen Integrität schwierigen Situationen, beispielsweise wenn das Bauteil im Einsatz ist, beispielsweise wenn das Bauteil während der Prüfung der strukturellen Integrität schwer zugänglich ist. Beispielsweise kann eine sofortige (bei Auftreten) Erkennung einer Fehlstelle in dem Bauteil realisiert werden. Eine Fehlstelle kann beispielsweise sein oder aufweisen: einen Riss, ein entstandener Hohlraum, einen Bruch, eine Materialveränderung (z.B. eine Korrosion, eine Oxidation, etc.), oder eine andere ungewünschte Veränderung der Integrität des Bauteils. Beispielsweise kann die Sicherheit einer Anlage im Betrieb verbessert werden, indem zumindest ein Bauteil der Anlage mittels der hierin beschriebenen flexiblen Sensorstruktur überwacht wird, so dass Fehlstellen in dem überwachten Bauteil innerhalb einer kurzen Zeit nach dem Auftreten der Fehlstellen erkannt werden kann.
  • Dies kann beispielsweise von großer Relevanz bei Anlagen sein, die während des Betriebs wegen einer Verkleidung zum Schutz vor Strahlung (z.B. Radioaktivität), Wärme oder beweglichen Teilen, nur schwierig oder gar nicht zugänglich sind (z.B. ein Kraftwerk, eine Pipeline, ein Motor). Auch können Vorrichtungen (z.B. Bauteile eines Flugzeugs, Raumfahrzeugs, etc.) überwacht werden, die aufgrund deren Position oder Funktion nicht auf einfache Weise zugänglich sind.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die flexible Sensorstruktur während des Ermittelns des mindestens einen Referenzparameters und/oder des Ermittelns des Parameters relativ zu der Oberfläche des zu überwachenden Bauteils ortsfest gehalten werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die flexible Sensorstruktur nach dem Ermitteln des mindestens einen Referenzparameters und während des Überwachens der aktuellen strukturellen Integrität des zu überwachenden Bauteils im Wesentlichen ortsfest auf der Oberfläche des zu überwachenden Bauteils verbleiben. Dies ermöglicht beispielsweise eine genauere Ermittlung der strukturellen Integrität des zu überwachenden Bauteils. Für einen bestimmten Abschnitt von mehreren voneinander unterschiedlichen Abschnitten des zu überwachenden Bauteils kann ein bestimmter Referenzparameter Pref ermittelt wird, mit dem der ermittelte Parameter Pe immer wieder verglichen werden kann. Somit kann beispielsweise ein genaueres, wiederholbar gleiches Verfahren zum Überwachen der strukturellen Integrität des Bauteils realisiert werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Ermitteln des mindestens einen Referenzparameters ein Ermitteln jeweils eines Referenzparameters für jeden Abschnitt von mehreren Abschnitten des zu überwachenden Bauteils aufweisen. Dabei repräsentiert die Gesamtheit der Referenzparameter im Wesentlichen die vordefinierte strukturelle Integrität des zu überwachenden Bauteils. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Ermitteln des mindestens einen Parameters ein Ermitteln jeweils eines Parameters für jeden Abschnitt von mehreren Abschnitten des zu überwachenden Bauteils aufweisen. Dabei repräsentiert die Gesamtheit der Parameter im Wesentlichen die aktuelle strukturelle Integrität des zu überwachenden Bauteils. Dadurch kann beispielsweise eine exaktere Messung bzw. Ermittlung der strukturellen Integrität des zu überwachenden Bauteils erfolgen, auch wenn das zu überwachende Bauteil beispielsweise mehrere nebeneinander angeordnete Bereiche aufweist, die eine voneinander verschiedene Form aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jedem Ultraschall-Sensor der mehreren Ultraschall-Sensoren ein Messbereich einer Vielzahl von voneinander verschiedenen Messbereichen in dem zu überwachenden Bauteil zugeordnet sein. Alternativ können wenigstens einem Ultraschall-Sensor der mehreren Ultraschall-Sensoren gemäß verschiedenen Ausführungsformen ein Messbereich einer Vielzahl von voneinander verschiedenen Messbereichen in dem zu überwachenden Bauteil zugeordnet sein. Somit kann beispielsweise ermöglicht werden, dass die strukturelle Integrität eines ganzen zu überwachenden Bauteil zeiteffektiv geprüft und/oder überwacht werden kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die mehreren Ultraschall-Sensoren zum Ermitteln des mindestens einen Referenzparameters und/oder zum Ermitteln des mindestens einen Parameters im Wesentlichen gleichzeitig aktiv sein. Somit kann das Verfahren zum Überwachen der strukturellen Integrität des Bauteils beispielsweise simultan durchgeführt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die flexible Sensorstruktur mit einem Auswertschaltkreis verbunden sein und/oder einen Auswertschaltkreis aufweisen, wobei das Warnsignal von dem Auswertschaltkreis ausgegeben wird. Alternativ oder zusätzlich kann die flexible Sensorstruktur mit einem Auswertschaltkreis verbunden sein und/oder einen Auswertschaltkreis aufweisen, wobei gemäß verschiedenen Ausführungsformen das Ausgeben des Warnsignals von dem Auswertschaltkreis getriggert wird.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Ausgeben eines Signals aufweisen, welches den Messbereich des zu überwachenden Bauteils repräsentiert, für welchen der mindestens eine ermittelte Parameter eine Abweichung von dem mindestens einen ermittelten Referenzparameter aufweist. Somit kann eine Übermittlung der Position der Fehlstelle in dem zu überwachenden Bauteils ermöglicht sein oder werden. Dies kann beispielsweise bei der Ermittlung von Bedeutung sein, ob die Position der Fehlstelle in dem zu überwachenden Bauteil die Standsicherheit, die Verkehrssicherheit, die Dauerhaftigkeit und/oder die Betriebsfunktion des zu überwachenden Bauteils beeinträchtigt und für die Entscheidung, ob das zu überwachende Bauteil 1 getauscht werden muss.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die flexible Sensorstruktur in Form eines aufrollbaren Bands ausgestaltet sein, vorzugsweise ist die flexible Sensorstruktur derart ausgestaltet, dass diese mit einem Biegeradius von bis zu 1 mm gebogen werden kann, z.B. mit einem Biegeradius in einem Bereich von 1 mm bis 100 cm, z.B. mit einem Biegeradius in einem Bereich von 1 mm bis 50 cm, ohne dass deren Funktion durch das Biegen beeinträchtigt wird. Somit ermöglicht die Bauform sowie die kostengünstige Fertigung der flexiblen Sensorstruktur ein dauerhaftes Anbringen an dem zu überwachenden Bauteil. Die flexible Sensorstruktur kann modular ausgelegt sein und passend zu dem zu überwachenden Bauteil an definierten Stellen zugeschnitten werden, und, je nach erforderlicher Messgenauigkeit, auf dem zu überwachenden Bauteil entsprechend aufgeklebt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann zumindest einer der ein oder mehreren Ultraschall-Sensoren eine erste Elektrode; eine zweite Elektrode; und eine zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnete kompressible Schicht aufweisen, wobei sich eine Ausdehnung der kompressiblen Schicht in Abhängigkeit von der empfangenen Ultraschallwelle ändern kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die kompressible Schicht ein Dielektrikum aufweisen oder daraus bestehen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Ultraschall-Sensor ferner eine Halbleiterschicht aufweisen, die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Oberfläche des zu überwachenden Bauteils, auf der der Ultraschall-Sensor angebracht wird, elektrisch leitend sein. In diesem Fall kann der Aufbau des zumindest eines Ultraschall-Sensors vereinfacht werden und die Einkopplung der Ultraschallsignale (Ultraschallwellen) verbessert werden, indem ein Teil der Oberfläche des zu überwachenden Bauteils gleichzeitig als Elektrode für den Ultraschall-Sensor dient.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Ultraschall-Sensor ferner eine Steuerelektrode (z.B. eine Gate-Elektrode) aufweisen, wobei die Halbleiterschicht und/oder die kompressible Schicht zwischen der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode und der Steuerelektrode angeordnet ist. Dieser Aufbau ermöglicht beispielsweise den Einsatz des zumindest einen Ultraschall-Sensor unabhängig von dem Material des zu überwachenden Bauteils (elektrisch leitend oder nicht elektrisch leitend).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die kompressible Schicht zwischen der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode und der Steuerelektrode angeordnet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die kompressible Schicht ein piezoelektrisches Polymer aufweisen oder daraus bestehen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die kompressible Schicht zwischen dem zu überwachenden Bauteil und der Steuerelektrode angeordnet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Ultraschall-Sensor ferner einen optischen Resonator, vorzugsweise gebildet aus mindestens zwei dielektrischen Spiegeln; eine Emissionsschicht zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung, wobei der optische Resonator und die Emissionsschicht derart eingerichtet sind, dass die erzeugte elektromagnetische Strahlung in den optischen Resonator eingebracht wird; und eine in dem optischen Resonator angeordnete Umwandlungsschicht zum Umwandeln zumindest eines Teils der in dem optischen Resonator vorhandenen elektromagnetischen Strahlung in ein elektrisches Signal aufweisen. Dabei kann die kompressible Schicht in dem optischen Resonator derart angeordnet sein, dass zumindest eine Eigenschaft des optischen Resonators variiert wird, wenn die kompressible Schicht komprimiert oder ausgedehnt wird. Somit kann beispielsweise ein empfindlicher Ultraschall-Sensor bereitgestellt sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Umwandlungsschicht derart eingerichtet sein, dass ein erstes elektrisches Signal erzeugt wird, wenn der optische Resonator eine erste Eigenschaft hat und ein zweites elektrisches Signal erzeugt wird, wenn der optische Resonator eine zweite Eigenschaft hat, wobei das erste Signal verschieden von dem zweiten Signal ist.
  • In verschiedenen anderen Aspekten wird eine flexible Sensorstruktur zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils aufweisend mindestens einen Ultraschall-Sensor zum Empfangen von Ultraschallwellen bereitgestellt. Dabei kann die flexible Sensorstruktur auf einer elektrisch leitfähigen, gekrümmten Oberfläche des zu überwachenden Bauteils anbringbar sein. Der Ultraschall-Sensor kann eine Source-Elektrode; eine Drain-Elektrode; und eine zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode angeordnete kompressible Schicht aufweisen, wobei sich eine Ausdehnung der kompressiblen Schicht in Abhängigkeit von der empfangenen Ultraschallwelle ändern kann. Dabei kann der Ultraschall-Sensor derart eingerichtet sein, dass eine zu dem Ultraschall-Sensor externe Gate-Elektrode verwendet wird, wobei die elektrisch leitende Oberfläche des zu überwachenden Bauteils die Gate-Elektrode ist. Alternativ kann dabei der Ultraschall-Sensor ferner eine getrennte Gate-Elektrode aufweisen, wobei die kompressible Schicht zwischen der Source-Elektrode, der Drain-Elektrode und der Gate-Elektrode angeordnet ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Ultraschall-Sensor ferner eine Halbleiterschicht aufweisen, die zwischen der Source-Elektrode, der Drain-Elektrode und der Gate-Elektrode angeordnet ist.
  • In verschiedenen anderen Aspekten wird eine flexible Sensorstruktur aufweisend mindestens einen Ultraschall-Sensor zum Empfangen von Ultraschallwellen bereitgestellt. Dabei kann die flexible Sensorstruktur auf einer gekrümmten Oberfläche eines zu überwachenden Bauteils anbringbar sein; und der Ultraschall-Sensor kann einen optischen Resonator aufweisen, der vorzugsweise aus mindestens zwei dielektrischen Spiegeln gebildet ist. Der Ultraschall-Sensor kann ferner mindestens eine in dem optischen Resonator angeordnete kompressible Schicht aufweisen, wobei sich eine Ausdehnung der kompressiblen Schicht in Abhängigkeit von der empfangenen Ultraschallwelle ändern kann. Der Ultraschall-Sensor kann weiterhin eine Emissionsschicht zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung aufweisen, wobei der optische Resonator und die Emissionsschicht derart eingerichtet sind, dass die erzeugte elektromagnetische Strahlung in den optischen Resonator eingebracht wird, und eine in dem optischen Resonator angeordnete Umwandlungsschicht zum Umwandeln zumindest eines Teils der in dem optischen Resonator vorhandenen elektromagnetischen Strahlung in ein elektrisches Signal. Dabei kann die kompressible Schicht in dem optischen Resonator derart angeordnet sein, dass zumindest eine Eigenschaft des optischen Resonators variiert wird, wenn die kompressible Schicht komprimiert oder ausgedehnt wird.
  • Ausführungsformen sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
  • Es zeigen
    • 1 ein schematisches Ablaufdiagram eines Verfahrens zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
    • 2A-2E schematische Darstellungen eines Verfahrens zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
    • 3A eine schematische Ansicht und eine schematische Perspektivansicht einer herkömmlichen Sensorstruktur auf einem Bauteil;
    • 3B eine schematische Ansicht und eine schematische Perspektivansicht einer Sensorstruktur auf einem Bauteil gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
    • 4 eine schematische Ansicht einer Sensorstruktur, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
    • 5A-5B schematische Ansichten einer Sensorstruktur, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
    • 6 eine schematische Ansicht einer Sensorstruktur, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
    • 7 eine schematische Ansicht einer Sensorstruktur, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
  • Der Begriff „flexibel“ wie er hierin beispielsweise bezüglich der Sensorstruktur verwendet wird, kann beispielsweise derart verstanden werden, dass die Sensorstruktur (oder Komponenten der Sensorstruktur) biegbar, biegsam, elastisch, beweglich und/oder gelenkig ist. Die Biegung der Sensorstruktur kann ohne Beschädigung in der Sensorstruktur bis zu einem Biegeschwellenwert erfolgen, der spezifisch für die Sensorstruktur sein kann. Die Sensorstruktur kann beim Biegen über den Biegeschwellenwert hinaus zwar weiterhin flexibel sein, aber das Biegen über den Biegeschwellenwert hinaus kann zu einer Beschädigung der Sensorstruktur führen. Der Biegeschwellenwert kann beispielsweise ein Biegeradius sein.
  • 1 veranschaulicht ein schematisches Ablaufdiagram eines Verfahrens 100 zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 100 zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils aufweisen: ein Ermitteln 102, ob ein zu überwachendes Bauteil eine vordefinierte strukturelle Integrität aufweist; und ein Anbringen 104 einer flexiblen Sensorstruktur auf mindestens einem gekrümmten Oberflächenabschnitt einer Oberfläche des zu überwachenden Bauteils, wenn ermittelt wurde, dass das zu überwachende Bauteil die vordefinierte strukturelle Integrität aufweist. Dabei weist die flexible Sensorstruktur ein oder mehrere Ultraschall-Sensoren auf.
  • Das Verfahren 100 kann ferner aufweisen: ein Ermitteln 106 mindestens eines Referenzparameters Pref mittels der flexiblen Sensorstruktur nach dem Anbringen der flexiblen Sensorstruktur an der Oberfläche des zu überwachenden Bauteils. Dabei kann der mindestens eine ermittelte Referenzparameter Pref die vordefinierte strukturelle Integrität des zu überwachenden Bauteils repräsentieren.
  • Nach dem Ermitteln 106 des mindestens einen Referenzparameters kann das Verfahren 100 aufweisen: ein Überwachen 108 einer aktuellen strukturellen Integrität des zu überwachenden Bauteils basierend auf mindestens einem Ermitteln mindestens eines Parameters Pe mittels der an dem zu überwachenden Bauteil angebrachten flexiblen Sensorstruktur. Dabei kann der mindestens eine ermittelte Parameter Pe eine aktuelle strukturelle Integrität des zu überwachenden Bauteils repräsentieren.
  • Das Verfahren kann weiterhin aufweisen: ein Ausgeben 110 eines Warnsignals, wenn der mindestens eine ermittelte Parameter Pe eine Abweichung von dem mindestens einen ermittelten Referenzparameter Pref aufweist, welche größer ist als eine vordefinierte Abweichung.
  • Somit wird anschaulich in verschiedenen Ausführungsformen ein Verfahren zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils bereitgestellt, bei dem eine flexible Sensorstruktur mit wenigstens einem Ultraschall-Sensor die strukturelle Integrität des Bauteils permanent prüfen kann, beispielsweise auch in für die Prüfung der strukturellen Integrität schwierigen Situationen, beispielsweise wenn das Bauteil im Einsatz ist, beispielsweise wenn das Bauteil während der Prüfung der strukturellen Integrität im Betrieb nicht auf einfache Weise zugänglich ist.
  • Weiterhin ermöglicht die Flexibilität der Sensorstruktur das Anbringen der Sensorstruktur auf einer Oberfläche eines Bauteils, das Rundungen, Ecken und/oder Kanten aufweist. Somit ist die Sensorstruktur im Wesentlichen unabhängig von der Form des Bauteils einsetzbar.
  • Das Ermitteln 102, ob ein zu überwachendes Bauteil eine vordefinierte strukturelle Integrität aufweist, kann mittels herkömmlichen Verfahren durchgeführt werden, beispielsweise mittels einer Ultraschall-Durchschallungs-Technik oder mittels eines Impuls-Echo-Verfahrens bzw. mit herkömmlichen Prüfköpfen. Das Ermitteln 102, ob ein zu überwachendes Bauteil eine vordefinierte strukturelle Integrität aufweist, kann auch basierend auf der Herstellung des zu überwachenden Bauteils erfolgen, z.B. kann ein neu hergestelltes Bauteil als strukturell intakt angesehen werden und somit kann davon ausgegangen werden, dass das neu hergestellte Bauteil, sofern es noch nicht im Einsatz war, eine vordefinierte strukturelle Integrität aufweist.
  • Der hierin verwendete Begriff „vordefinierte strukturelle Integrität“ kann beispielsweise als ein struktureller Zustand des Bauteils verstanden werden, in dem das Bauteil in seiner inneren und/oder äußeren Struktur im Wesentlichen keine Fehlstellen, wie beispielsweise Risse, Poren, und/oder Lunker, aufweist, die bei normalen Betriebsbedingungen des Bauteils die Betriebsfunktion, die Standsicherheit, die Verkehrssicherheit, und/oder die Dauerhaftigkeit des Bauteils beeinträchtigen. Die vordefinierte strukturelle Integrität kann beispielsweise innerhalb einer relativ kurzen Zeit nach der Anfertigung des Bauteils ermittelt werden, zum Bestimmen, ob beispielsweise das Bauteil fehlerfrei ist und/oder beispielsweise für seine vorgesehene Betriebsfunktion eingesetzt werden kann.
  • Der hierin verwendete Begriff „aktuelle strukturelle Integrität“ kann beispielsweise als ein struktureller Zustand des Bauteils verstanden werden, der zu einem bestimmten Zeitpunkt geprüft bzw. gemessen wird. Die aktuelle strukturelle Integrität kann beispielsweise der vordefinierten strukturellen Integrität entsprechen. Alternativ kann die aktuelle strukturelle Integrität beispielsweise Fehlstellen aufweisen. Dabei können die Fehlstellen entweder das Bauteil so beeinträchtigen, dass das Bauteil gegen ein neues bzw. fehlerfreies Bauteil ersetzt werden muss, oder dass das Bauteil nicht gegen ein neues bzw. fehlerfreies Bauteil ersetzt werden muss und weiterhin in der Vorrichtung, in der es eingesetzt ist, verwendet werden kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Überwachen 108 der aktuellen strukturellen Integrität des zu überwachenden Bauteils für einen Zeitraum von mindestens einem Tag, vorzugsweise mindestens einer Woche, mehr bevorzugst mindestens einen Monat, durchgeführt werden. Das Überwachen 108 erfolgt somit über einen bestimmten Zeitraum, während dessen, das Ermitteln des mindestens einen Parameters mehrmals durchgeführt werden kann. Das Überwachen 108 des Bauteils kann beispielsweise permanent erfolgen (z.B. in vordefinierten Zeitabständen. Das Überwachen 108 des Bauteils kann beispielsweise flächig durchgeführt werden unter Verwendung mehrerer Sensoren.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Ermitteln 106 des mindestens einen Referenzparameters Pref innerhalb eines vordefinierten Zeitraums, vorzugsweise von weniger als einer Woche, nach dem Anbringen 104 der flexiblen Sensorstruktur an dem zu überwachenden Bauteil durchgeführt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Ermitteln 106 des mindestens einen Referenzparameters Pref innerhalb eines vordefinierten Zeitraums, vorzugsweise von weniger als einer Woche, nach dem Ermitteln 102, ob ein zu überwachendes Bauteil eine vordefinierte strukturelle Integrität aufweist, durchgeführt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der von dem einen oder den mehreren Ultraschall-Sensoren ermittelte erste Parameter, der nach dem Anbringen 104 der flexiblen Sensorstruktur an der Oberfläche des zu überwachenden Bauteils, welches die vordefinierte strukturelle Integrität aufweist, ermittelt wird, der Referenzparameter Pref sein.
  • Der mindestens eine Referenzparameters Pref kann anschaulich der Referenzwert sein, mit dem der mindestens eine ermittelte Parameter Pe während des Überwachens 108 verglichen wird. Daher soll es bei dem Ermitteln 106 des mindestens einen Referenzparameters Pref sichergestellt werden, dass der mindestens eine Referenzparameters Pref die vordefinierte strukturelle Integrität des zu überwachenden Bauteils repräsentiert. Der mindestens eine Referenzparameters Pref ist idealerweise nach einer kurzen Zeit nach dem Ermitteln 102, ob ein zu überwachende Bauteil eine vordefinierte strukturelle Integrität aufweist, ermittelt, bzw. wenn es sicher ist, dass das zu überwachende Bauteil die vordefinierte strukturelle Integrität aufweist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die flexible Sensorstruktur während des Ermittelns 106 des mindestens einen Referenzparameters Pref und/oder des Ermittelns des Parameters Pe relativ zu der Oberfläche des zu überwachenden Bauteils ortsfest gehalten werden. Beispielsweise kann das Ermitteln 106 des mindestens einen Referenzparameters Pref und/oder das Ermittelns des Parameters Pe ohne Bewegen der flexiblen Sensorstruktur relativ zu der Oberfläche des zu überwachenden Bauteils durchgeführt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die flexible Sensorstruktur nach dem Ermitteln 106 des mindestens einen Referenzparameters Pref und während des Überwachens 108 der aktuellen strukturellen Integrität des zu überwachenden Bauteils im Wesentlichen ortsfest auf der Oberfläche des zu überwachenden Bauteils verbleiben.
  • Dadurch, dass die flexible Sensorstruktur nach dem Anbringen 104, zwischen dem Ermitteln 106 des Referenzparameters Pref und dem Ermitteln 108a des Parameters Pe, und während des Ermittelns 106 des Referenzparameters Pref und des Ermitteln 108a des Parameters Pe ortsfest, beispielsweise an der gleichen Stelle der Oberfläche des zu überwachenden Bauteils, verbleibt, kann beispielsweise eine genauere Ermittlung der strukturellen Integrität des zu überwachenden Bauteils ermöglicht sein, da für einen bestimmten Abschnitt von mehreren voneinander unterschiedlichen Abschnitten des zu überwachenden Bauteils ein bestimmter Referenzparameter Pref ermittelt werden kann, mit dem der ermittelte Parameter Pe verglichen werden kann. Somit wird anschaulich ein genaueres, wiederholbar gleiches Verfahren 100 zum Überwachen der strukturellen Integrität des Bauteils realisiert.
  • Außerdem kann das Verfahren 100 den Vorteil haben, dass die mehreren voneinander unterschiedlichen Abschnitte des gesamten zu überwachenden Bauteils nicht nacheinander mittels Abtasten der Oberfläche des zu überwachenden Bauteils geprüft werden müssen, sondern im Wesentlichen gleichzeitig geprüft werden können, was zu einer erhöhten Effizienz des Überwachens führen kann, beispielsweise insbesondere bei Anlagen von großem Maßstab.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die flexible Sensorstruktur mit einem Auswertschaltkreis verbunden sein und/oder einen Auswertschaltkreis aufweisen. Dabei kann das Warnsignal von dem Auswertschaltkreis ausgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Ausgeben des Warnsignals von dem Auswertschaltkreis getriggert bzw. ausgelöst werden.
  • Der Auswertschaltkreis kann beispielsweise einen Computer sein, zu dem Daten über den von der flexiblen Sensorstruktur ermittelten mindestens einen Referenzparameter Pref und den von der flexiblen Sensorstruktur ermittelten mindestens einen Parameter Pe übermittelt werden, beispielsweise mittels verbindungsloser Übertragung (z.B. Bluetooth, Wifi, etc.).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Abweichung zwischen dem mindestens einen ermittelten Parameter Pe und dem mindestens einen ermittelten Referenzparameter Pref einen Hinweis auf die Anwesenheit mindestens einer Fehlstelle in dem zu überwachenden Bauteil sein. Die Abweichung kann beispielsweise das Ausgeben 110 des Warnsignals auslösen, wenn der mindestens eine ermittelte Parameter Pe von weniger als 10 %, vorzugsweise weniger als 5 %, mehr bevorzugst weniger als 2 % von dem mindestens einen Referenzparameters Pref abweicht.
  • Die 2A bis 2E veranschaulichen schematische Darstellungen eines Verfahrens zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Das Verfahren kann einer oben beschriebenen Ausführungsform eines Verfahrens 100 zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils entsprechen.
  • 2A zeigt eine schematische Darstellung eines zu überwachenden Bauteils 1, wobei das zu überwachende Bauteil 1 eine vordefinierte strukturelle Integrität aufweist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das zu überwachende Bauteil 1 frei von Fehlstellen sein. Das zu überwachende Bauteil 1 kann ein oder mehrere Materialfehler oder Ähnliches aufweisen, solang diese nicht die anstrebte Funktion des Bauteils 1 beeinträchtigen. Der Ausgangszustand des zu überwachenden Bauteil 1 kann ermittelt werden, wie hierin beschrieben ist.
  • Die Oberfläche 2 des zu überwachenden Bauteils 1 kann einen planen Oberflächenabschnitt aufweisen, wie in den 2A bis 2E schematisch dargestellt ist. In gleicher Weise kann die Oberfläche 2 des zu überwachenden Bauteils 1 einen gekrümmten Oberflächenabschnitt aufweisen (siehe beispielsweise 3A und 3B).
  • 2B zeigt eine schematische Darstellung des zu überwachenden Bauteils 1 nach dem Anbringen 104 einer flexiblen Sensorstruktur 200 auf dem mindestens einen Oberflächenabschnitt der Oberfläche 2, wobei das zu überwachende Bauteil die vordefinierte strukturelle Integrität aufweist.
  • Da die verwendete Sensorstruktur 200 flexibel ist, kann das zu überwachende Bauteil 1 jede beliebige Form und jedes beliebige Ausmaß aufweisen, beispielsweise kann das zu überwachende Bauteil 1 ein oder mehrere Kanten, ein oder mehrere Ecken, Rundungen, ein oder mehrere plane oder gekrümmte Oberflächenabschnitte, etc., aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die verwendete Sensorstruktur 200 mehrere Ultraschall-Sensoren (z.B. Ultraschall-Sensoren 300, 400, 500a, 500b, 600, 700 wie nachfolgend beschrieben sind) aufweisen: jedem der mehreren Ultraschall-Sensoren kann beispielsweise ein Messbereich einer Vielzahl von voneinander verschiedenen Messbereichen in dem zu überwachenden Bauteil 1 zugeordnet sein. In jedem Messbereich der Vielzahl von voneinander verschiedenen Messbereichen können Ultraschallwellen, die in 2B durch Pfeile veranschaulicht sind, in das zu überwachenden Bauteil 1 gesendet werden.
  • Für jeden Messbereich der Vielzahl von voneinander verschiedenen Messbereichen wird ein Signalprofil erstellt, das als Referenz für das Überwachen 108 dienen kann. Somit wird ermöglicht, dass die strukturelle Integrität eines ganzen zu überwachenden Bauteils 1 zeiteffektiv geprüft werden kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die mehreren Ultraschall-Sensoren zum Ermitteln 106 des mindestens einen Referenzparameters Pref und/oder zum Ermitteln des mindestens einen Parameters Pe im Wesentlichen gleichzeitig aktiv sein. Somit kann das gesamte Bauteils 1 simultan überprüft werden. Dies ist besonders von Vorteil, beispielsweise, bei zu überwachenden Bauteilen 1, die einen großen Maßstab aufweisen. Somit können die zu überwachenden Bauteilen 1 mit einem großen Maßstab relativ schnell untersucht werden.
  • Die 2C, 2D, 2E zeigen jeweils eine schematische Darstellung des zu überwachenden Bauteils 1, das eine Fehlstelle 3c, 3d, 3e aufweist.
  • In 2C erstreckt sich eine Fehlstelle 3c durch das zu überwachenden Bauteils 1 hindurch. In jedem Messbereich der Vielzahl von voneinander verschiedenen Messbereichen wird daher eine Abweichung des mindestens einen ermittelten Parameters Pe in der Laufzeit der Ultraschalwellen von dem mindestens einen ermittelten Referenzparameter Pref festgestellt. Anhand einer Laufzeitdifferenz kann die Tiefe der Fehlstelle in dem zu überwachenden Bauteil 1 ermittelt werden.
  • In 2D ist eine lokale Fehlstelle 3d in dem zu überwachenden Bauteil 1 veranschaulicht, die sich in einigen Messbereichen der Vielzahl von voneinander verschiedenen Messbereichen des zu überwachenden Bauteils 1 befindet. In den einigen Messbereichen, in welchen sich die lokale Fehlstelle 3d befindet, wird eine Abweichung des mindestens einen ermittelten Parameters Pe (z.B. in der Laufzeit der Ultraschalwellen) von dem mindestens einen ermittelten Referenzparameter Pref festgestellt. In den anderen Messbereichen, in welchen das zu überwachende Bauteil 1 die vordefinierte strukturelle Integrität aufweist, wird keine Abweichung des mindestens einen ermittelten Parameters Pe (z.B. in der Laufzeit der Ultraschalwellen) von dem mindestens einen ermittelten Referenzparameter Pref festgestellt.
  • In 2E ist eine Fehlstelle 3e dargestellt, welche eine Änderung des Materials des zu überwachenden Bauteils 1 im gesamten Messbereich veranschaulicht (z.B. eine entstandene Porosität, eine Oxidation des Materials, etc.). In jedem Messbereich der Vielzahl von voneinander verschiedenen Messbereichen wird daher eine Abweichung des mindestens einen ermittelten Parameters Pe (z.B. in der Intensität der Ultraschalwellen) von dem mindestens einen ermittelten Referenzparameter Pref festgestellt.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 100 ferner ein Ausgeben 112 eines Signals aufweisen, welches den Messbereich des zu überwachenden Bauteils 1 repräsentiert, für welchen der mindestens eine ermittelte Parameter Pe eine Abweichung von dem mindestens einen ermittelten Referenzparameter Pref aufweist.
  • Somit wird eine Übermittlung der Position der Fehlstelle in dem zu überwachenden Bauteils ermöglicht. Dies ist beispielsweise von Bedeutung bei der Bestimmung, ob der Standort der Fehlstelle in dem zu überwachenden Bauteil 1 die Standsicherheit, die Verkehrssicherheit, die Dauerhaftigkeit und/oder die Betriebsfunktion des zu überwachenden Bauteils 1 beeinträchtigt und für die Entscheidung, ob das zu überwachende Bauteil 1 getauscht werden muss.
  • 3A und 3B veranschaulichen einen Unterschied in der Prüfung eines Bauteils mittels einer beweglichen Sensorstruktur (siehe 3A) und einer ortsfest gehaltenen Sensorstruktur (siehe 3B).
  • Wie in 3A veranschaulicht ist, kann beispielsweise eine ringförmige Sensorstruktur 10 entlang der Oberfläche 2 des zu prüfenden Bauteils 1 bewegt werden (durch den Doppelpfeil veranschaulicht). Die Sensorstruktur 10 wird entlang mindestens einer Richtung z.B. manuell verschoben. Das Prüfen der strukturellen Integrität des Bauteils 1 erfolgt jeweils nur in einem vergleichsweise kleinen Abschnitt des Bauteils gleichzeitig, und basiert auf einmaligen oder diskreten wiederholten Messungen.
  • Wie in 3B veranschaulicht ist, kann eine (z.B. flexible) Sensorstruktur auf einem zu überwachenden Bauteil 1 angebracht werden, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Sensorstruktur kann einer hierin beschriebenen Ausführungsform einer flexiblen Sensorstruktur 200 entsprechend und gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform eines Verfahrens zum Überwachen einer strukturellen Integrität eines Bauteils betrieben werden.
  • Die flexible Sensorstruktur 200 kann beispielsweise einen flexiblen, flächigen Träger 320 aufweisen, wobei mehrere Sensoren 300 nebeneinander auf dem flexiblen, flächigen Träger 320 angeordnet sein können. Dabei kann die flexible Sensorstruktur 200 in Form eines Bands, beispielsweise eines Klebebands, oder in Form von flächigen Pads auf dem Oberfläche 2 des zu überwachenden Bauteils 1 angebracht werden. Die flexible Sensorstruktur 200 kann beispielsweise mittels eines Klebemittels, wie z.B. einer Klebefolie, eines Klebstoffes, eines Gels, auf der Oberfläche 2 des zu überwachenden Bauteils 1 fixiert werden. Das Klebemittel kann beispielsweise derart ausgebildet sein, dass die Einkopplung der Ultraschallwellen für den Ultraschall-Sensor und die Auswertung des Signals verbessert wird.
  • Wie in der schematischen Perspektivansicht der 3B veranschaulicht ist, kann die flexible Sensorstruktur 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in Form eines aufrollbaren Bands ausgestaltet sein, vorzugsweise mit einem Biegeradius von kleiner als 1 m. Somit kann eine dünne und leichte Bauform bereitgestellt sein sowie eine kostengünstige Fertigung der flexiblen Sensorstruktur 200 realisiert werden, so dass ein dauerhaftes Anbringen an dem zu überwachenden Bauteil 1 sinnvoll ist. Daher kann die flexible Sensorstruktur 200 modular ausgelegt sein und passend zu dem zu überwachenden Bauteil 1 an definierten Stellen zugeschnitten werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die ein oder mehreren Ultraschall-Sensoren 300 der Sensorstruktur 200 eingerichtet sein, Ultraschallwellen zu empfangen, beispielsweise für eine Ultraschall-Durchschallungstechnik, oder Ultraschallwellen zu senden und zu empfangen, wie in der Querschnittansicht der 3B veranschaulicht ist, beispielsweise für eine Impuls-Echo-Technik. Dabei können dementsprechend die ein oder mehreren Ultraschall-Sensoren 300 Sensoren des Empfänger-Typs und/oder Sensoren des Sender-/Empfänger-Typs sein.
  • Wenn die ein oder mehreren Ultraschall-Sensoren 300 Sensoren von dem Empfänger-Typ sind, kann die flexible Sensorstruktur 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen einen oder mehrere separate Ultraschall-Sender zum Senden von Ultraschallwellen in das zu überwachenden Bauteil 1 aufweisen. Ferner kann auch mindestens ein sensorstruktur-externer Ultraschall-Sender zum Senden von Ultraschallwellen in das zu überwachenden Bauteil 1 verwendet werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jeder Ultraschall-Sensor 300 der mehreren Ultraschall-Sensoren 300 einem Ultraschall-Sender der mehreren Ultraschall-Sender zugeordnet sein. Anschaulich kann jeder Ultraschall-Sender mit einem Ultraschall-Sensor 300 gepaart sein. Dabei können der Ultraschall-Sender und der Ultraschall-Sensor 300 über den Träger 320 der flexiblen Sensorstruktur 200 jeweils als Paar verteilt sein.
  • Alternativ können zwei oder mehr als zwei Ultraschall-Sensoren der mehreren Ultraschall-Sensoren 300 einem Ultraschall-Sender der mehreren Ultraschall-Sender zugeordnet sein. Dabei können die mehreren Ultraschall-Sensoren 300 über den Träger 320 der flexiblen Sensorstruktur 200 verteilt sein und die ein oder mehrere Ultraschall-Sender können an definierten Stellen auf dem zu überwachenden Bauteil 1 angeordnet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die ein oder mehreren Ultraschall-Sender nacheinander paarweise aktiviert werden oder in ein oder mehreren Gruppen von Ultraschall-Sendern gemeinsam und/oder nacheinander aktiviert werden. Alternativ oder zusätzlich können die mehreren Ultraschall- Sensoren 300 gemäß verschiedenen Ausführungsformen nacheinander paarweise aktiviert werden oder in ein oder mehreren Gruppen von Ultraschall-Sendern gemeinsam und/oder nacheinander aktiviert werden.
  • Wenn der die ein oder mehreren Ultraschall-Sensoren 300 Sensoren von dem Sender-/Empfänger-Typ sind, können die ein oder mehreren Ultraschall-Sensoren 300 alternativ als Sender von Ultraschallwellen oder Empfänger von Ultraschallwellen betrieben werden.
  • 4 veranschaulicht einen Ultraschall-Sensor 400 in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Ein oder mehrere der Ultraschall-Sensoren 400 können als Ultraschallsensor(en) einer hierin beschriebenen flexiblen Sensorstruktur verwendet werden. Es versteht sich, dass die flexible Sensorstruktur und die ein oder mehreren Ultraschall-Sensoren ein oder mehrere Funktionen aufweisen können, die hierin mit Bezug auf das Verfahren zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils beschrieben sind und vice versa.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Ultraschall-Sensor 400 eine Kondensatorstruktur mit einer kompressiblen Schicht 406 aufweisen. Dabei ist Kondensatorstruktur so ausgestaltet, dass sich die Kapazität der Kondensatorstruktur verändert, wenn sich die Dicke der kompressiblen Schicht 406 verändert. Anschaulich ändert kann somit mittels der kompressiblen Schicht 406 eine Druckänderung, die durch das Auftreffen einer Schallwelle verursacht wird, in eine Kapazitätsänderung der Kondensatorstruktur transferiert werden. Die Kapazitätsänderung der Kondensatorstruktur kann ermittelt werden, z.B. mittels eines elektrischen Ausleseschaltkreises. Somit können ein oder mehrere Eigenschaften einer auftreffenden Schallwelle elektronisch erfasst werden.
  • Wie in 4 veranschaulicht ist, kann der Ultraschall-Sensor 400 eine erste Elektrode 402; eine zweite Elektrode 404; und eine zwischen der ersten Elektrode 402 und der zweiten Elektrode 404 angeordnete kompressible Schicht 406 aufweisen, wobei sich eine Ausdehnung Δd der kompressiblen Schicht 406 in Abhängigkeit von der empfangenen Ultraschallwelle ändern kann.
  • Durch die Änderung der Ausdehnung Δd der kompressiblen Schicht 406 wird sich eine elektrische Charakteristik des zumindest einen Ultraschall-Sensors 400, wie beispielsweise das elektrische Feld zwischen den Elektroden 402, 404 bzw. die Kapazität der aus den zwei Elektroden 402, 404 gebildete Kondensatorstruktur, verändern. Eine zu dem zumindest einen Ultraschallsensor 400 externe Sensorstruktur kann zum Ermitteln der elektrischen Charakteristik des zumindest einen Ultraschall-Sensors 400 verwendet werden.
  • Die externe Sensorstruktur kann beispielsweise zum Messen der Resonanzfrequenz eines mit der Kapazität gebildeten LC-Schwingkreises, zum Laden mit konstanten Strom und Beobachten der Spannungsanstiegsgeschwindigkeit und/oder zum Anlegen einer Wechselspannung und Messen des Stromverlaufes verwendet werden, wobei daraus entsprechend eine Kapazität bzw. eine Kapazitätsänderung der Kondensatorstruktur ermittelt werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine elektrische Messgröße S ermittelt werden, welche die Kapazität bzw. die Kapazitätsänderung der Kondensatorstruktur repräsentiert. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine elektrische Messgröße S ermittelt werden, welche den Abstand der beiden Elektroden 402, 404 voneinander bzw. deren Abstandsänderung Δd repräsentiert.
  • Wie in 4 veranschaulicht ist, kann der zumindest eine Ultraschall-Sensor 400 die Oberfläche 2 des zu überwachenden Bauteils 1 körperlich kontaktieren, beispielsweise mittels eines Klebemittels (nicht dargestellt), wobei die kompressible Schicht 406 zwischen den beiden Elektroden 402, 404 angeordnet ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die kompressible Schicht 406 ein Dielektrikum aufweisen oder daraus bestehen.
  • Dadurch wird sich die Kapazität zwischen der ersten Elektrode 402 und der zweiten Elektrode 404 ändern und somit kann der Referenzparameter Pref und/oder der Parameter Pe mittels Messen der Kapazität bzw. Kapazitätsänderung ermittelt werden. Die kompressible Schicht kann ein Dielektrikum aufweisen oder sein. Es können beispielsweise verschiedene Dielektrika verwendet werden, z.B. ein kompressibles und ein weniger kompressibles Dielektrikum. Somit kann beispielsweise eine Konzeptionierung der Messung und/oder der Auswerteelektronik angepasst werden, wenn gewünscht.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schichtdicke der kompressiblen Schicht 406 derart gewählt sein, dass die Schichtdicke auf die eingekoppelte Frequenz der Ultraschallwellen abgestimmt ist und beispielsweise eine Resonanz erzeugt, um eine maximale relative Dickenänderung zu erzielen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Ultraschall-Sensor 400 eine Verkapselungsschicht aufweisen, die eingerichtet ist, den Ultraschall-Sensor 400 gegen Außeneinflüsse abzuschirmen (nicht dargestellt).
  • 5A und 5B veranschaulichen jeweils einen Ultraschall-Sensor 500 in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Ein oder mehrere der Ultraschall-Sensoren 500 können als Ultraschallsensor(en) einer hierin beschriebenen flexiblen Sensorstruktur verwendet werden. Es versteht sich, dass die flexible Sensorstruktur und die ein oder mehreren Ultraschall-Sensoren ein oder mehrere Funktionen aufweisen können, die hierin mit Bezug auf das Verfahren zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils beschrieben sind und vice versa.
  • Wie in den 5A und 5B veranschaulicht ist, kann ein Ultraschall-Sensor 500a, 500b eine Transistorstruktur aufweisen, z.B. gebildet aus einer Halbleiterschicht 508, einer ersten Elektrode 402 (beispielsweise einer Source-Elektrode) und einer zweiten Elektrode 404 (z.B. einer Drain-Elektrode), welche auf der Halbleiterschicht 508 angeordnet sind. Zwischen einer weiteren Elektrode (z.B. einer Gate-Elektrode 512) und der Halbleiterschicht 508 kann eine kompressiblen Schicht 406 angeordnet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann elektrische Widerstand bzw. die elektrische Leitfähigkeit des Kanals (zwischen den Elektroden 402 und 404) der Transistorstruktur bzw. deren Änderungen gemessen werden. Dabei kann beispielsweise ausgenutzt werden, dass mittels der Gate-Elektrode 512 ein elektrisches Feld in der Halbleiterschicht 508 erzeugt wird, was von dem Abstand der Gate-Elektrode 512 von der Halbleiterschicht 508 abhängig ist. Die elektrische Leitfähigkeit der Halbleiterschicht 508 ist wiederum von dem elektrischen Feld in der Halbleiterschicht 508 anhängig. Durch die Änderung der Ausdehnung Δd der kompressiblen Schicht 406 wird somit die Kapazität zwischen der Halbleiterschicht 508 und der Gate-Elektrode 512 verändert sowie das elektrische Feld in der Halbleiterschicht. Somit ändert sich ebenfalls eine elektrische Charakteristik der Transistorstruktur, beispielsweise der elektrische Widerstand bzw. die elektrische Leitfähigkeit der Halbleiterschicht 508. Eine zu dem zumindest einen Ultraschallsensor 500 externe Sensorstruktur kann zum Ermitteln der elektrischen Charakteristik Transistorstruktur verwendet werden.
  • Zum Ansteuern der Transistorstruktur kann beispielsweise eine Gate-Spannung, VGS, zwischen der Source-Elektrode 402 und der Gate-Elektrode 512 bzw. zwischen der Source-Elektrode 402 und dem elektrisch leitfähigen zu überwachenden Bauteil 1 bereitgestellt werden. Eine elektrische Eigenschaft der Transistorstruktur kann zwischen der Source-Elektrode 402 und der Drain-Elektrode 404 gemessen werden, z.B. in dem ein Stromfluss gemessen wird, der von einer Lesespannung, VDS, verursacht wird.
  • Anschaulich erzeugt somit eine Änderung der Dicke Δd der kompressiblen Schicht 406 eine Änderung der elektrischen Leitfähigkeit der Halbleiterschicht, welche dann ermittelt werden kann, z.B. mittels Ermitteln eines Stromflusses zwischen der ersten Elektrode 402 und der zweiten Elektrode 404. Basierend auf der ermittelten Leitfähigkeit bzw. Änderung der Leitfähigkeit kann eine Eigenschaft der eintreffenden Ultraschallwelle (welche die Änderung der Dicke Δd der kompressiblen Schicht 406 verursacht) ermittelt werden.
  • Optional kann eine weitere Schicht 510 aufweisend ein Dielektrikum zwischen der Halbleiterschicht 508 und der kompressiblen Schicht 406 angeordnet sein, wobei die weitere Schicht 510 weniger kompressibel als die kompressiblen Schicht 406 sein kann. Die weitere Schicht 510 kann beispielsweise starr bzw. nicht kompressibel sein. Dies kann beispielsweise elektrische Eigenschaften des zumindest einen Ultraschall-Sensors 500a verbessern. Anschaulich stellt die weitere Schicht 510 eine Reihenschaltung zweier Kapazitäten dar. D.h. ist eine Kapazität viel größer als die andere, dominiert die kleinere Kapazität, beispielsweise die Kapazität der kompressiblen Schicht 406. Alternativ könne die zwei Kapazitäten aktiv durch eine zusätzlich integrierte Metallschicht voneinander getrennt sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Oberfläche 2 des zu überwachenden Bauteils 1, auf der der Ultraschall-Sensor 500a angebracht wird, elektrisch leitend sein. Dabei kann das zu überwachende Bauteil 1 selbst die Gate-Elektrode des Ultraschall-Sensors 500a fungieren, wie in 5A veranschaulicht ist. Die Gate-Elektrode 512 des zumindest einen Ultraschall-Sensors 500a bzw. das zu überwachenden Bauteil kann auf Masse-Potenzial (z.B. 0 V) gesetzt werden.
  • Somit wird der Aufbau des zumindest einen Ultraschall-Sensors 500a vereinfacht und die Einkopplung der Ultraschallsignale (Ultraschallwellen) in den Ultraschall-Sensor 500a verbessert.
  • Wie in 5B veranschaulicht ist, kann die Gate-Elektrode 512 zischen dem zu überwachenden Bauteil 1 und der kompressiblen Schicht 406 angeordnet sein. Die Halbleiterschicht 508 und/oder die kompressible Schicht 406 können zwischen der ersten Elektrode 402, der zweiten Elektrode 404 und der Gate-Elektrode 512 angeordnet sein. Die Gate-Elektrode 512 sowie der gesamte Ultraschallsensor 500b können mittels einer Isolierschicht 514 elektrisch von dem zu überwachenden Bauteil 1 getrennt sein, wenn dies erforderlich ist.
  • Der in 5B dargestellte Ausgestaltung des Ultraschall-Sensors ermöglicht den Einsatz unabhängig von dem Material des zu überwachenden Bauteils 1 (elektrisch leitend oder nicht elektrisch leitend).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die kompressible Schicht 406 und die weiteren Schichten 512, 514 des zumindest einen Ultraschall-Sensors 500b derart ausgebildet sein, dass eine ausreichende Kopplung der Ultraschallsignale (Ultraschalwellen) ermöglicht wird, beispielsweise durch entsprechende Wahl der Dicke und/oder der Materialien der Schichten.
  • Wie vorangehend beschrieben ist, kann der Messmodus der strukturellen Integrität des zu überwachenden Bauteils basiert auf einem Feldeffekt-Transistor-Prinzip erfolgen. Der jeweilige Feldeffekt-Transistor zeigt beispielsweise eine Abhängigkeit des Ausgangstromes, I. von der Dicke, d, des Gate-Isolators (I ist proportional zu 1/d). Eine Varianz der Schichtdicke des Gate-Isolator verändert demnach den Ausgangsstrom. Für ein maximales Signal sollte demnach die relative Dickenänderung Δd/d möglichst groß sein.
  • Ein eingehendes Schallsignal (anschaulich eine zeitabhängige Dichteschwankung) kann die Schichtdicke des Gate-Isolators temporär verändern, wenn der Gate-Isolator als eine kompressible Schicht bereitgestellt ist (z.B. in Form eines kompressiblen Dielektrikums). Dies wiederum verändert die Kapazität des Gates und damit den Strom durch den Kanal des Feldeffekt-Transistors. Dabei können beispielsweise die zwei beschriebenen Ausgestaltungen verwendet werden.
  • Der Transistor, aufweisend den Halbleiter und die Source/Drain-Elektroden, kann beispielsweise direkt auf einem Dielektrikum, welches durch Schallwellen komprimierbar ist, angeordnet sein. Die Schichtdicke des Dielektrikums kann dabei so gewählt sein, dass sie auf den eingekoppelten Frequenzen abgestimmt ist und eine optimale Resonanz erzeugt, also eine maximale relative Dickenänderung. Das komprimierbare Polymer kann hierbei aufgeklebt werden oder selbstklebend sein. Optional kann zusätzlich ein nicht kompressibles Dielektrikum zwischen dem Halbleiter und dem kompressiblen Dielektrikum angeordnet sein, falls elektrische Eigenschaften des Transistors so verbessert werden können. Dies stellt anschaulich eine Reihenschaltung der Kapazitäten dar. Ist also eine Kapazität viel größer als die andere, dominiert die kleinere, wobei die kleinere Kapazität die flexible Kapazität sein kann. Ferner können die zwei Kapazitäten aktiv mittels einer Metallschicht getrennt sein.
  • In einer anderen Ausgestaltung kann das zu überwachende Bauteil selbst als Gate des Transistors verwendet werden. Dies vereinfacht den Aufbau und verbessert die Einkopplung der Ultraschallwelle. Wobei dazu allerdings das Bauteil ein elektrisch leitfähiges Material aufweisen muss. Das Gate bzw. das Bauteil kann in diesem Fall auf Massepotential gesetzt werden.
  • Sofern die Gate-Elektrode separat als Teil des Ultraschallsensors bereitgestellt ist, kann die Messapparatur elektrisch vom zu überwachenden Bauteil getrennt sein mittels einer isolierenden Schicht. Diese Variante ist anschaulich unabhängiger vom Material des Bauteils. Dabei sind alle Schichten unterhalb des flexiblen Dielektrikums derart ausgestaltet, dass eine ausreichende Kopplung der Ultraschallsignale ermöglicht ist.
  • 6 veranschaulicht einen Ultraschall-Sensor 600 in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Ein oder mehrere der Ultraschall-Sensoren 600 können als Ultraschallsensor(en) einer hierin beschriebenen flexiblen Sensorstruktur verwendet werden. Es versteht sich, dass die flexible Sensorstruktur und die ein oder mehreren Ultraschall-Sensoren ein oder mehrere Funktionen aufweisen können, die hierin mit Bezug auf das Verfahren zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils beschrieben sind und vice versa.
  • Wie in 6 veranschaulicht ist, kann der Ultraschall-Sensor 600 eine Transistorstruktur aufweisen, z.B. gebildet aus einer Halbleiterschicht 508, einer ersten Elektrode 402 (beispielsweise einer Source-Elektrode) und einer zweiten Elektrode 404 (z.B. einer Drain-Elektrode), welche auf der Halbleiterschicht 508 angeordnet sind. Ferner kann der der Ultraschall-Sensor 600 eine piezoelektrische Schicht als kompressible Schicht 406 aufweisen und eine zwischen der piezoelektrischen Schicht und der Halbleiterschicht 508 angeordnete weiteren Elektrode (z.B. eine Gate-Elektrode 512).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der elektrische Widerstand bzw. die elektrische Leitfähigkeit des Kanals der Transistorstruktur bzw. deren Änderungen gemessen werden. Dabei kann beispielsweise ausgenutzt werden, dass mittels der Gate-Elektrode 512 ein elektrisches Feld in der Halbleiterschicht 508 erzeugt wird, was von der Kompression der piezoelektrischen Schicht abhängig ist. Die elektrische Leitfähigkeit der Halbleiterschicht 508 ist wiederum von dem elektrischen Feld in der Halbleiterschicht 508 anhängig. Durch die Änderung der Ausdehnung Δd der piezoelektrischen Schicht wird somit die elektrische Spannung an der Gate-Elektrode 512 verändert und somit auch das elektrische Feld in der Halbleiterschicht 508. Somit ändert sich ebenfalls eine elektrische Charakteristik der Transistorstruktur, beispielsweise der elektrische Widerstand bzw. die elektrische Leitfähigkeit der Halbleiterschicht 508. Eine zu dem zumindest einen Ultraschallsensor 500 externe Sensorstruktur kann zum Ermitteln der elektrischen Charakteristik Transistorstruktur verwendet werden.
  • Zum Ansteuern der Transistorstruktur kann beispielsweise eine Gate-Spannung, VGS, zwischen der Source-Elektrode 402 und der Gate-Elektrode 512 bzw. zwischen der Source-Elektrode 402 und dem elektrisch leitfähigen zu überwachenden Bauteil 1 bereitgestellt werden. Eine elektrische Eigenschaft der Transistorstruktur kann zwischen der Source-Elektrode 402 und der Drain-Elektrode 404 gemessen werden, z.B. in dem ein Stromfluss gemessen wird, der von einer Lesespannung, VDS, verursacht wird.
  • Anschaulich erzeugt somit eine Änderung der Dicke Δd der piezoelektrischen Schicht eine Änderung der elektrischen Leitfähigkeit der Halbleiterschicht, welche dann ermittelt werden kann, z.B. mittels Ermitteln eines Stromflusses zwischen der ersten Elektrode 402 und der zweiten Elektrode 404. Basierend auf der ermittelten Leitfähigkeit bzw. Änderung der Leitfähigkeit kann eine Eigenschaft der eintreffenden Ultraschallwelle (welche die Änderung der Dicke Δd der piezoelektrischen Schicht verursacht) ermittelt werden.
  • Basierend auf dem piezoelektrischen Effekt kann somit beispielsweise die Kapazität und/oder der Widerstand der Transistorstruktur bzw. die Kapazität- und/oder Widerstandsänderung der Transistorstruktur gemessen werden. Dabei kann die Messmethode auf einem piezoelektrischen Effekt gekoppelt mit Feld-Effekt-Transistor basieren.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die piezoelektrische Schicht ein piezoelektrisches Polymer aufweisen oder daraus bestehen. Die piezoelektrische Schicht kann beispielsweise im körperlichen Kontakt mit der Oberfläche 2 des zu überwachenden Bauteils 1 sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können UltraschallWellen in die piezoelektrische Schicht eingekoppelt werden und in eine elektrische Spannung umgewandelt werden. Das erzeugte Spannungssignal kann mittels der Transistorstruktur des Ultraschall-Sensors 600 verstärkt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Oberfläche 2 des zu überwachenden Bauteils 1, auf der der Ultraschall-Sensor 600 angebracht wird, elektrisch leitend sein. Dabei kann das zu überwachende Bauteil 1 selbst als Elektrode des zumindest einen Ultraschall-Sensors 600 dienen. Diese Elektrode des Ultraschall-Sensors 600 kann beispielsweise auf Masse-Potenzial (0 V) gesetzt werden. Somit wird der Aufbau des zumindest einen Ultraschall-Sensors 600 vereinfacht und die Einkopplung der Ultraschallsignale (Ultraschallwellen) verbessert.
  • Wie in 6 veranschaulicht ist, kann die piezoelektrische Schicht direkt auf dem zu überwachenden Bauelement 1 angeordnet sein, wobei das zu überwachenden Bauelement 1 elektrisch leitfähig sein kann. Alternativ dazu kann der Ultraschall-Sensor 600, eine zusätzliche Elektrode aufweisen sowie eine Isolierschicht, welche zwischen der piezoelektrischen Schicht und dem zu überwachenden Bauelement sind. Die Gate-Spannung, VGS, kann dann anstatt zwischen der Source-Elektrode 402 und dem zu überwachenden Bauelement (wie in 6 dargestellt) zwischen der Source-Elektrode 402 und der zusätzlichen Elektrode bereitgestellt sein. Somit kann der Ultraschallsensor 600 auch auf einem elektrisch nichtleitenden zu überwachenden Bauelement verwendet werden. Mittels der Isolierschicht kann die zusätzlichen Elektrode von dem zu überwachenden Bauelement elektrisch separiert werden, wenn das erforderlich ist.
  • Wie vorangehend beschrieben ist, kann eine Messmethode zum Überwachen eines Bauteils auf dem piezoelektrischen Effekt basieren, wobei eine Spannungsänderung einer piezoelektrischen Schicht mittels eines Feldeffekt-Transistors ausgelesen wird. Alternativ kann die Spannungsänderung einer piezoelektrischen Schicht auch auf eine andere Weise ausgelesen werden, z.B. direkt mittels einer Messschaltung.
  • Das flexibles piezoelektrische Material (z.B. ein Polymer) kann beispielsweise direkt auf der Objektoberfläche des zu überwachenden Bauteils angeordnet werden. Der Ultraschallsensor bzw. die flexible Sensorstruktur kann selbstklebend ausgestaltet sein oder mit einem koppelnden Kleber versehen werden. Schallwellen werden eingekoppelt und beispielsweise von einem piezoelektrischen Polymer in eine Spannung umgewandelt. Das Spannungssignal kann mittels des Transistors verstärkt werden, wobei sich der Transistor unmittelbar auf dem piezoelektrischen Polymer befinden kann.
  • Sofern das zu überwachende Bauteil leitfähig ist, kann das piezoelektrische Polymer beispielsweise direkt auf dem Bauteil platziert werden. Alternativ dazu können eine Isolationsschicht und eine Metallschicht zwischen dem piezoelektrischen Polymer und dem zu überwachenden Bauteil verwendet werden.
  • Dadurch, dass der Transistor (z.B. der Feldeffekt-Transistor) direkt an der Messposition angeordnet ist, z.B. direkt auf der piezoelektrischen Schicht, können die Piezoelektrischen Signale, die in der Regel klein wenige mV betragen, effizient ausgewertet werden. Eine Leitung des Signals über lange Leitungen wäre beispielsweise schlecht für die Signalqualität.
  • 7 veranschaulicht einen Ultraschall-Sensor 700 in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Ein oder mehrere der Ultraschall-Sensoren 700 können als Ultraschallsensor(en) einer hierin beschriebenen flexiblen Sensorstruktur verwendet werden. Es versteht sich, dass die flexible Sensorstruktur und die ein oder mehreren Ultraschall-Sensoren ein oder mehrere Funktionen aufweisen können, die hierin mit Bezug auf das Verfahren zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils beschrieben sind und vice versa.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Ultraschall-Sensor 700 einen Stehwellenresonator aufweisen. Dabei kann die Messmethode auf eine Schichtdickenmessung mittels Lichtabsorption in einer optischen Kavität gebildet durch den Stehwellenresonator basieren.
  • Wie in 7 veranschaulicht ist, kann der Ultraschall-Sensor 700 einen optischen Resonator aufweisen, vorzugsweise gebildet aus mindestens zwei dielektrischen Spiegelschichten 720, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind.
  • Angrenzend an den optischen Resonator (z.B. auf einer der mindestens zwei dielektrischen Spiegelschichten 720) kann eine Emissionsschichtstapel 716 angeordnet sein zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung 716e. Der optische Resonator und der Emissionsschichtstapel 716 können derart eingerichtet sein, dass die erzeugte elektromagnetische Strahlung (z.B. Licht) 716e in den optischen Resonator eingebracht wird. Der Emissionsschichtstapel 716 kann beispielsweise ein OLED(organische, lichtemittierende Diode)-Schichtstapel sein. In dem optischen Resonator, d.h. zwischen den mindestens zwei dielektrischen Spiegelschichten 720, kann eine Umwandlungsschicht 722 angeordnet sein zum Umwandeln zumindest eines Teils der in dem optischen Resonator vorhandenen elektromagnetischen Strahlung in ein elektrisches Signal Vout. In dem optischen Resonator, d.h. zwischen den mindestens zwei dielektrischen Spiegelschichten 720, kann mindestens eine kompressible Schicht 406 angeordnet sein derart, dass zumindest eine Eigenschaft des optischen Resonators variiert wird, wenn die kompressible Schicht 406 komprimiert und/oder ausgedehnt (Δd) wird.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die Umwandlungsschicht 722 derart eingerichtet, dass sich das erzeugte elektrische Signal (z.B. eine erzeugte elektrische Spannung) Vout verändert, wenn sich die Wellenlänge der in dem optischen Resonator vorhandenen elektromagnetischen Strahlung verändert. Anschaulich kann die Umwandlungsschicht 722 wellenlängensensitiv sein. Wenn eine Ultraschallwelle in den optischen Resonator eingekoppelt wird (z.B. kann der Ultraschallsensor 700 direkt auf dem zu überwachenden Bauteil 1 montiert sein, z.B. mittels einer Klebeschicht 718), verändert sich der Abstand der mindestens zwei dielektrischen Spiegelschichten 720 voneinander aufgrund der Kompression (Δd) der mindestens einen kompressiblen Schicht 406. Somit verändert sich auch die vorzugswellenlänge der elektromagnetischen Strahlung, die sich in dem optischen Resonator ausbildet. Anschaulich kann somit mittels der wellenlängensensitiven Umwandlungsschicht (z.B. mittels einer organischen Solarzellenschicht) das eintreffende Ultraschallsignal in ein entsprechendes elektrisches Signal Vout umgewandelt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Umwandlungsschicht 722 derart eingerichtet sein, dass ein erstes elektrisches Signal erzeugt wird, wenn der optische Resonator eine erste Eigenschaft hat und ein zweites elektrisches Signal erzeugt wird, wenn der optische Resonator eine zweite Eigenschaft hat, wobei das erste Signal verschieden von dem zweiten Signal ist.
  • Die Eigenschaft des optischen Resonators 720, die variiert wird, wenn die kompressible Schicht 406 komprimiert oder ausgedehnt wird, kann beispielsweise die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung sein, die sich in dem optischen Resonator bevorzugt ausbildet.
  • Die elektromagnetische Strahlung 716, die zwischen den mindestens zwei dielektrischen Spiegelschichten 720 eingefangen wird, wird von den mindestens zwei dielektrischen Spiegeln beispielsweise zu mehr als 90 % reflektiert. Dadurch kann sich mindestens eine Mode in Abhängigkeit der Gesamtschichtdicke des optischen Resonators ausbilden. Anschaulich kann der optische Resonator 720 aufgrund einer Dickenänderung der kompressiblen Schicht 406 drucksensitiv sein und ein elektrisches Signal ausgeben, welches den Druck bzw. die Druckänderung repräsentiert. Bei Veränderungen der Gesamtschichtdicke, beispielsweise des Abstands zwischen den mindestens zwei Spiegelschichten 720, reagiert die Mode sehr empfindlich, so dass beispielsweise Schallwellen analysiert werden können, die nur eine geringe Intensität aufweisen, und/oder dass Schallwellen sehr schnell und/oder genau analysiert werden können.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Ultraschall-Sensor 700 zwei kompressible Schichten 406 aufweisen, wobei eine kompressible Schicht 406 oberhalb und eine weitere kompressible Schicht 406 unterhalb der Umwandlungsschicht 722 angeordnet sind.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Maximum der Mode, die sich in dem optischen Resonator ausbildet, auf die Position der Umwandlungsschicht 722 eingestellt sein oder werden. Die Position der Umwandlungsschicht 722 innerhalb des optischen Resonators kann mittels entsprechenden Anpassens der Schichtdicken der ein oder mehreren kompressiblen Schicht 406 ausgewählt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das mittels der Umwandlungsschicht 722 erzeugte elektrische Signal Vout anschließend auf einem auf dem Ultraschall-Sensor 700 befindlichen Transistor verarbeitet werden (nicht in 7 dargestellt).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Emissionsschichtstapel 716 mindestens zwei Elektroden aufweisen sowie eine zwischen den mindestens zwei Elektroden angeordnete Emission Schicht zum Erzeugen der elektromagnetischen Strahlung.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Emissionsschichtstapel 716 innerhalb des optischen Resonators angeordnet sein.
  • Wie vorangehend beschrieben ist, kann eine Messmethode zum Überwachen eines Bauteils auf einer Schichtdickenmessung mittels Lichtabsorption in einer optischen Kavität basieren. Das Licht (oder allgemein elektromagnetische Strahlung) wird anschaulich zwischen zwei dielektrischen Spiegel gefangen (und beispielsweise zu mindestens 99% jeweils reflektiert). Somit kann sich beispielsweise eine stehende Welle in Abhängigkeit des Abstands der zwei Spiegel voneinander einstellen. Auf kleinste Veränderungen der Schichtdicke der kompressiblen Schicht, die den Abstand zwei Spiegel voneinander verändert, reagiert die stehende Welle sehr empfindlich durch Veränderung der Wellenlänge. Das elektrische Messsignal kann mittels einer absorbierenden Schicht (z.B. einem Lichtleiter) oder eine Solarzelle innerhalb der Kavität erzeugt werden und anschließend ausgewertet werden. Da die Absorption des Lichts wellenlängenabhängig ist, kann eine Veränderung der Schichtdicke der kompressiblen Schicht, welche die Wellenlänge verändert, damit auch das Messsignal verändern. Als kompressible Schicht kann beispielsweise eine kompressierbares Polymer verwendet werden, welches sich oberhalb und/oder unterhalb der absorbierenden Schicht befinden kann.
  • Das Maximum der Mode kann auf die Position der absorbierenden Schicht eingestellt sein oder werden. Eine Kompression der kompressiblen Schichten erlaubt eine Veränderung der Ausdehnung der Kavität. Das Ausgangssignal kann mittels eines direkt auf dem Sensor befindlichen Transistors verarbeitet werden. Das Licht für die Kavität kann beispielsweise von einer Licht emittierenden Diode erzeugt werden. Diese kann sich außerhalb der Kavität befinden, oder, um eine besserer Signal zu erhalten, innerhalb der Kavität.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können sämtliche Materialien so gewählt sein, dass die erzeugte Gesamtstruktur (z.B. der Ultraschallsensor bzw. die Sensorstruktur) flexibel ist. Hier bieten sich organische Materialien an, z.B. organische Halbleiter, organische Dielektrika, etc. Das muss aber nicht zwingend der Fall sein.
  • Wie bereits beschrieben kann eine selbstklebende Sensorstruktur (anschaulich wie ein Klebeband) bereitgestellt sein zum Montieren an dem zu überwachenden Bauteil. Alternativ kann ein geeignetes Haftmittel verwendet werden. In beiden Fällen ist die Signalkopplung zwischen Bauteil und Sensor wichtig.
  • Eine Verkapselung kann dazu verwendet werden, um die verwendeten Materialien gegen Außeneinflüsse (z.B. Luftsauerstoff, Wasser, Chemikalien etc.) abzuschirmen. Dies kann gegebenenfalls direkt mit dem verwendeten Substrat gelöst sein, beispielsweise kann eine Plastikfolie oder eine Glasfolie als Substrat für die flexible Sensorstruktur verwendet werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Einkoppeln eines Ultraschall-Signals in das zu überwachende Bauteil in einem einzigen Bereich erfolgen, wobei das Ultraschallsignal eine entsprechend große Intensität aufweist, so dass eine Messung der Antwort an mehreren Bereichen erfolgen kann. Die Position, Dichte und/oder Anordnung der Einkopplungs- und Messpunkte erfolgt je nach Art der Messung und gewünschter Messgenauigkeit.
  • Das Erzeugen von Ultraschallpulsen kann beispielsweise mittels des piezoelektrischen Polymers des Ultraschallsensors erfolgen. Es ist auch eine Erzeugung mittels eines separaten piezoelektrischen Senders möglich.
  • In den Figuren (z.B. in 2B bis 2E oder in 3B) sind die emittierten Ultraschallwellen beispielhaft so dargestellt, dass diese senkrecht zur Oberfläche des zu überwachenden Objekts in dieses eintreten. Es versteht sich, dass die emittierten Ultraschallwellen beispielsweise schräg zur Oberfläche des zu überwachenden Objekts (z.B. mit einem Winkel von ungleich 90°, z.B. in einem Bereich von ungefähr 10° bis ungefähr 80°) in dieses eintreten können. Somit kann beispielsweise ein größeres Volumen untersucht (z.B. durchstrahlt) werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann zumindest ein Teil der Auswertelektronik direkt in der flexiblen Sensorstruktur integriert sein. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Auswertelektronik direkt auf dem Träger angeordnet sein, auf dem auch die Ultraschallsensoren angeordnet sind). Somit kann beispielsweise zumindest ein Teil der Signalfilterung und/oder Signalaufbereitung unmittelbar in der flexiblen Sensorstruktur erledigt werden.
  • Im Folgenden werden einige Beispiele beschrieben, die sich auf das hierin Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen.
  • Beispiel 1 ist ein Verfahren (z.B. zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils) aufweisend: Ermitteln, ob ein zu überwachendes Bauteil eine vordefinierte strukturelle Integrität aufweist; Anbringen einer flexiblen Sensorstruktur auf mindestens einem gekrümmten Oberflächenabschnitt einer Oberfläche des zu überwachenden Bauteils, wenn ermittelt wurde, dass das zu überwachende Bauteil die vordefinierte strukturelle Integrität aufweist, wobei die flexible Sensorstruktur ein oder mehrere Ultraschall-Sensoren aufweist; Ermitteln mindestens eines Referenzparameters mittels der flexiblen Sensorstruktur nach dem Anbringen der flexiblen Sensorstruktur an der Oberfläche des zu überwachenden Bauteils, wobei der mindestens eine ermittelte Referenzparameter die vordefinierte strukturelle Integrität des zu überwachenden Bauteils repräsentiert; anschließend, Überwachen einer aktuellen strukturellen Integrität des zu überwachenden Bauteils basierend auf mindestens einem Ermitteln mindestens eines Parameters mittels der an dem zu überwachenden Bauteil angebrachten flexiblen Sensorstruktur, wobei der mindestens eine ermittelte Parameter eine aktuelle strukturelle Integrität des zu überwachenden Bauteils repräsentiert; und Ausgeben eines Warnsignals, wenn der mindestens eine ermittelte Parameter eine Abweichung von dem mindestens einen ermittelten Referenzparameter aufweist, welche größer ist als eine vordefinierte Abweichung.
  • In Beispiel 2 kann das Verfahren gemäß Beispiel 1 ferner optional eingerichtet sein, dass das Überwachen der aktuellen strukturellen Integrität des zu überwachenden Bauteils für einen Zeitraum von mindestens einem Tag, vorzugsweise mindestens einer Woche oder mindestens einem Monat, durchgeführt wird. Während in dem Zeitraum des Überwachens kann die strukturelle Integrität des zu überwachenden Bauteils zu vordefinierten Zeiten bzw. periodisch ermittelt werden.
  • In Beispiel 3 kann das Verfahren gemäß Beispiel 1 oder 2 ferner optional eingerichtet sein, dass das Ermitteln des mindestens einen Referenzparameters innerhalb eines vordefinierten Zeitraums, vorzugsweise von weniger als einem Monat oder einer Woche, nach dem Anbringen der flexiblen Sensorstruktur an dem zu überwachenden Bauteil durchgeführt wird.
  • In Beispiel 4 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 3 ferner optional eingerichtet sein, dass das Ermitteln des mindestens einen Referenzparameters innerhalb eines vordefinierten Zeitraums, vorzugsweise von weniger als einer Monat oder einer Woche, nach dem Ermitteln, ob ein zu überwachendes Bauteil eine vordefinierte strukturelle Integrität aufweist, durchgeführt wird.
  • In Beispiel 5 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 4 ferner optional eingerichtet sein, dass die flexible Sensorstruktur während des Ermittelns des mindestens einen Referenzparameters und/oder während des Ermittelns des mindestens einen Parameters relativ zu der Oberfläche des zu überwachenden Bauteils ortsfest gehalten wird.
  • In Beispiel 6 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 5 ferner optional eingerichtet sein, dass die flexible Sensorstruktur nach dem Ermitteln des mindestens einen Referenzparameters und während des Überwachens der aktuellen strukturellen Integrität des zu überwachenden Bauteils im Wesentlichen ortsfest auf der Oberfläche des zu überwachenden Bauteils verbleibt.
  • In Beispiel 7 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 6 ferner optional eingerichtet sein, dass das Ermitteln des mindestens einen Referenzparameters ein Ermitteln jeweils eines Referenzparameters für jeden Abschnitt von mehreren Abschnitten des zu überwachenden Bauteils aufweist, wobei die Gesamtheit der Referenzparameter im Wesentlichen die vordefinierte strukturelle Integrität des zu überwachenden Bauteils repräsentiert.
  • In Beispiel 8 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 7 ferner optional eingerichtet sein, dass das Ermitteln des mindestens einen Parameters ein Ermitteln jeweils eines Parameters für jeden Abschnitt von mehreren Abschnitten des zu überwachenden Bauteils aufweist, wobei die Gesamtheit der Parameter im Wesentlichen die aktuelle strukturelle Integrität des zu überwachenden Bauteils repräsentiert.
  • In Beispiel 9 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 8 ferner optional eingerichtet sein, dass die flexible Sensorstruktur mehrere Ultraschall-Sensoren aufweist, und dass jedem Ultraschall-Sensor der mehreren Ultraschall-Sensoren ein Messbereich einer Vielzahl von voneinander verschiedenen Messbereichen in dem zu überwachenden Bauteil zugeordnet ist. Die Messbereiche können sich teilweise überlappen oder nicht überlappen.
  • In Beispiel 10 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 8 ferner optional eingerichtet sein, dass wenigstens einem Ultraschall-Sensor der mehreren Ultraschall-Sensoren ein Messbereich einer Vielzahl von voneinander verschiedenen Messbereichen in dem zu überwachenden Bauteil zugeordnet ist.
  • In Beispiel 11 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 10 ferner optional eingerichtet sein, dass die mehreren Ultraschall-Sensoren zum Ermitteln des mindestens einen Referenzparameters und/oder zum Ermitteln des mindestens einen Parameters zumindest zeitweise gleichzeitig aktiv sind.
  • In Beispiel 12 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 11 ferner optional eingerichtet sein, dass die flexible Sensorstruktur mit einem Auswertschaltkreis verbunden ist und/oder einen Auswertschaltkreis aufweist, wobei das Warnsignal mittels des Auswertschaltkreises ausgegeben wird.
  • In Beispiel 13 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 12 ferner optional eingerichtet sein, dass die flexible Sensorstruktur mit einem Auswertschaltkreis verbunden ist und/oder einen Auswertschaltkreis aufweist, wobei das Ausgeben des Warnsignals von dem Auswertschaltkreis getriggert wird.
  • In Beispiel 14 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 13 ferner optional eingerichtet sein, dass es ferner ein Ausgeben eines Signals aufweist, welches den Messbereich des zu überwachenden Bauteils repräsentiert, für welchen der mindestens eine ermittelte Parameter eine Abweichung von dem mindestens einen ermittelten Referenzparameter aufweist.
  • In Beispiel 15 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 14 ferner optional eingerichtet sein, dass die ein oder mehreren Ultraschall-Sensoren derart eingerichtet sind, Ultraschallwellen zu empfangen oder Ultraschallwellen zu senden und zu empfangen.
  • In Beispiel 16 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 15 ferner optional eingerichtet sein, dass die ein oder mehreren Ultraschall-Sensoren Sensoren des Empfänger-Typs und/oder Sensoren des Sender-/Empfänger-Typs sind.
  • In Beispiel 17 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 16 ferner optional eingerichtet sein, dass die flexible Sensorstruktur einen flexiblen, flächigen Träger aufweist, wobei die mehreren Sensoren nebeneinander auf dem flexiblen, flächigen Träger angeordnet sind.
  • In Beispiel 18 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 17 ferner optional eingerichtet sein, dass die flexible Sensorstruktur einen oder mehrere Ultraschall-Sender zum Senden von Ultraschallwellen in das zu überwachenden Bauteil aufweist, wobei jedes Ultraschall-Sensor der mehreren Ultraschall-Sensoren einem Ultraschall-Sender der mehreren Ultraschall-Sender zugeordnet ist.
  • In Beispiel 19 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 17 ferner optional eingerichtet sein, dass die flexible Sensorstruktur einen oder mehrere Ultraschall-Sender zum Senden von Ultraschallwellen in das zu überwachenden Bauteil aufweist, wobei zwei oder mehr als zwei Ultraschall-Sensoren der mehreren Ultraschall-Sensoren einem Ultraschall-Sender der mehreren Ultraschall-Sender zugeordnet sind.
  • In Beispiel 20 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 19 ferner optional eingerichtet sein, dass die flexible Sensorstruktur in Form eines aufrollbaren Bands ausgestaltet ist, vorzugsweise mit einem Biegeradius von weniger als 1 m.
  • In Beispiel 21 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 20 ferner optional eingerichtet sein, dass die flexible Sensorstruktur mittels eines Klebemittels auf der Oberfläche des zu überwachenden Bauteils fixiert wird.
  • In Beispiel 22 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 15 bis 21 ferner optional eingerichtet sein, dass zumindest einer der ein oder mehreren Ultraschall-Sensoren eine erste Elektrode; eine zweite Elektrode; und eine zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnete kompressible Schicht aufweist, wobei sich eine Ausdehnung der kompressiblen Schicht in Abhängigkeit von der empfangenen Ultraschallwelle ändern kann.
  • In Beispiel 23 kann das Verfahren gemäß Beispiel 22 ferner optional eingerichtet sein, dass die kompressible Schicht ein Dielektrikum aufweist oder daraus besteht.
  • In Beispiel 24 kann das Verfahren gemäß Beispiel 22 oder 23 ferner optional eingerichtet sein, dass der Ultraschall-Sensor ferner eine Halbleiterschicht aufweist, die zwischen oder an der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist.
  • In Beispiel 25 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 24 ferner optional eingerichtet sein, dass die Oberfläche des zu überwachenden Bauteils, auf der der Ultraschall-Sensor angebracht wird, elektrisch leitend ist.
  • In Beispiel 26 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 22 bis 25 ferner optional eingerichtet sein, dass der Ultraschall-Sensor ferner eine Steuerelektrode (z.B. eine Gate-Elektrode) aufweist, wobei die Halbleiterschicht und die kompressible Schicht zwischen der ersten Elektrode und der Steuerelektrode angeordnet ist, und/oder wobei die Halbleiterschicht und die kompressible Schicht zwischen der zweiten Elektrode und der Steuerelektrode angeordnet ist.
  • In Beispiel 27 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 22 bis 26 ferner optional eingerichtet sein, dass die kompressible Schicht zwischen der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode und der Steuerelektrode angeordnet ist.
  • In Beispiel 28 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 22 bis 27 ferner optional eingerichtet sein, dass die kompressible Schicht ein piezoelektrisches Polymer aufweist oder daraus besteht. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die kompressible Schicht in diesem Fall auch dazu verwendet werden, eine Ultraschallwelle in das zu prüfende Bauteil einzukoppeln.
  • In Beispiel 29 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 22 bis 28 ferner optional eingerichtet sein, dass die kompressible Schicht zwischen dem zu überwachenden Bauteil und der Steuerelektrode angeordnet ist.
  • In Beispiel 30 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 22 bis 29 ferner optional eingerichtet sein, dass der Ultraschall-Sensor ferner einen optischen Resonator aufweist, vorzugsweise gebildet aus mindestens zwei dielektrischen Spiegeln; eine Emissionsschicht zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung, wobei der optische Resonator und die Emissionsschicht derart eingerichtet sind, dass die erzeugte elektromagnetische Strahlung in den optischen Resonator eingebracht wird, und eine in dem optischen Resonator angeordnete Umwandlungsschicht zum Umwandeln zumindest eines Teils der in dem optischen Resonator vorhandenen elektromagnetischen Strahlung in ein elektrisches Signal, wobei die kompressible Schicht in dem optischen Resonator derart angeordnet ist, dass zumindest eine Eigenschaft des optischen Resonators variiert wird, wenn die kompressible Schicht komprimiert oder ausgedehnt wird.
  • In Beispiel 31 kann das Verfahren gemäß Beispiel 30 ferner optional eingerichtet sein, dass die Umwandlungsschicht derart eingerichtet ist, dass ein erstes elektrisches Signal erzeugt wird, wenn der optische Resonator eine erste Eigenschaft hat und ein zweites elektrisches Signal erzeugt wird, wenn der optische Resonator eine zweite Eigenschaft hat, wobei das erste Signal verschieden von dem zweiten Signal ist.
  • In Beispiel 32 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 31 ferner optional eingerichtet sein, dass der Ultraschall-Sensor eine Verkapselungsschicht aufweist, die eingerichtet ist, den Ultraschall-Sensor gegen Außeneinflüsse abzuschirmen.
  • In Beispiel 33 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 32 ferner optional eingerichtet sein, dass der von dem einen oder den mehreren Ultraschall-Sensoren ermittelte erste Parameter, der nach dem Anbringen der flexiblen Sensorstruktur auf die Oberfläche des zu überwachenden Bauteils, welches die vordefinierte strukturelle Integrität aufweist, ermittelt wird, der Referenzparameter ist.
  • In Beispiel 34 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 33 ferner optional eingerichtet sein, dass die Abweichung zwischen dem mindestens einen ermittelten Parameter und dem mindestens einen ermittelten Referenzparameter einen Hinweis auf die Anwesenheit mindestens einer Fehlstelle in dem zu überwachenden Bauteil ist.
  • Beispiel 35 ist eine flexible Sensorstruktur (z.B. zum Überwachen einer strukturellen Integrität eines Bauteils) aufweisend: mindestens einen Ultraschall-Sensor zum Empfangen von Ultraschallwellen, wobei die flexible Sensorstruktur auf einer gekrümmten Oberfläche eines zu überwachenden Bauteils anbringbar ist, wobei der Ultraschall-Sensor eine erste Elektrode; eine zweite Elektrode; und eine zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnete kompressible Schicht aufweist, wobei sich eine Ausdehnung der kompressiblen Schicht in Abhängigkeit von der empfangenen Ultraschallwelle ändern kann. Die flexible Sensorstruktur kann einen Messschaltkreis aufweisen oder mit einem Messschaltkreis gekoppelt sein zum Ermitteln einer Kapazität und/oder Kapazitätsänderung der durch die beiden Elektroden gebildeten Kondensatorstruktur.
  • Beispiel 36 ist eine flexible Sensorstruktur (z.B. zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils) aufweisend: mindestens einen Ultraschall-Sensor zum Empfangen von Ultraschallwellen, wobei die flexible Sensorstruktur auf einer gekrümmten Oberfläche eines elektrisch leitfähigen zu überwachenden Bauteils anbringbar ist, wobei der Ultraschall-Sensor eine Elektrode aufweist; sowie eine zwischen der Elektrode und dem zu überwachenden Bauteil angeordnete kompressible Schicht, wobei sich eine Ausdehnung der kompressiblen Schicht in Abhängigkeit von der empfangenen Ultraschallwelle ändern kann. Die flexible Sensorstruktur kann einen Messschaltkreis aufweisen oder mit einem Messschaltkreis gekoppelt sein zum Ermitteln einer Kapazität und/oder Kapazitätsänderung der durch die Elektrode und dem elektrisch leitfähigen zu überwachenden Bauteil gebildeten Kondensatorstruktur.
  • Beispiel 37 ist eine flexible Sensorstruktur (z.B. zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils) aufweisend: mindestens einen Ultraschall-Sensor zum Empfangen von Ultraschallwellen, wobei die flexible Sensorstruktur auf einer gekrümmten Oberfläche eines elektrisch leitfähigen zu überwachenden Bauteils anbringbar ist, wobei der Ultraschall-Sensor eine Source-Elektrode; eine Drain-Elektrode; und eine an der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode angeordnete Halbleiterschicht aufweist, und wobei der Ultraschall-Sensor eine kompressible Schicht aufweist, die zwischen der Halbleiterschicht und dem elektrisch leitfähigen zu überwachenden Bauteil angeordnet ist, wobei sich eine Ausdehnung der kompressiblen Schicht in Abhängigkeit von der empfangenen Ultraschallwelle ändern kann. Der Ultraschall-Sensor ist derart eingerichtet, dass das elektrisch leitfähige zu überwachende Bauteil als Gate-Elektrode dient für eine aus der Source-Elektrode, der Drain-Elektrode, der Halbleiterschicht und der Gate-Elektrode gebildeten Feldeffekt-Transistorstruktur. Die flexible Sensorstruktur kann einen Messschaltkreis aufweisen oder mit einem Messschaltkreis gekoppelt sein zum Ermitteln mindestens einer elektrischen Eigenschaft der Feldeffekt-Transistorstruktur.
  • Beispiel 38 ist eine flexible Sensorstruktur (z.B. zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils) aufweisend: mindestens einen Ultraschall-Sensor zum Empfangen von Ultraschallwellen, wobei die flexible Sensorstruktur auf einer gekrümmten Oberfläche eines zu überwachenden Bauteils anbringbar ist, wobei der Ultraschall-Sensor eine Source-Elektrode; eine Drain-Elektrode; und eine an der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode angeordnete Halbleiterschicht aufweist, und wobei der Ultraschall-Sensor eine kompressible Schicht aufweist, die zwischen der Halbleiterschicht und einer Gate-Elektrode angeordnet ist, wobei sich eine Ausdehnung der kompressiblen Schicht in Abhängigkeit von der empfangenen Ultraschallwelle ändern kann. Der Ultraschall-Sensor ist derart eingerichtet, dass aus der Source-Elektrode, der Drain-Elektrode, der Halbleiterschicht und der Gate-Elektrode eine Feldeffekt-Transistorstruktur gebildet ist. Die flexible Sensorstruktur kann einen Messschaltkreis aufweisen oder mit einem Messschaltkreis gekoppelt sein zum Ermitteln mindestens einer elektrischen Eigenschaft der Feldeffekt-Transistorstruktur.
  • Beispiel 39 ist eine flexible Sensorstruktur (z.B. zum Überwachen einer strukturellen Integrität eines Bauteils) aufweisend: mindestens einen Ultraschall-Sensor zum Empfangen von Ultraschallwellen, wobei die flexible Sensorstruktur auf einer gekrümmten Oberfläche eines zu überwachenden Bauteils anbringbar ist, wobei der Ultraschall-Sensor eine Source-Elektrode; eine Drain-Elektrode; eine Gate-Elektrode und eine an die Source-Elektrode und der die Drain-Elektrode angrenzende Halbleiterschicht aufweist, wobei die Halbleiterschicht zwischen der Gate-Elektrode und den beiden anderen Elektroden angeordnet ist, und wobei der Ultraschall-Sensor eine kompressible, piezoelektrische Schicht aufweist, die an die Gate-Elektrode angrenzt, wobei sich eine Ausdehnung der kompressiblen, piezoelektrischen Schicht in Abhängigkeit von der empfangenen Ultraschallwelle ändern kann. Der Ultraschall-Sensor ist derart eingerichtet, dass aus der Source-Elektrode, der Drain-Elektrode, der Halbleiterschicht und der Gate-Elektrode eine Feldeffekt-Transistorstruktur gebildet ist. Die flexible Sensorstruktur kann einen Messschaltkreis aufweisen oder mit einem Messschaltkreis gekoppelt sein zum Ermitteln mindestens einer elektrischen Eigenschaft der Feldeffekt-Transistorstruktur.
  • Beispiel 40 ist eine flexible Sensorstruktur aufweisend mindestens einen Ultraschall-Sensor zum Empfangen von Ultraschallwellen, wobei die flexible Sensorstruktur auf einer gekrümmten Oberfläche eines zu überwachenden Bauteils anbringbar ist, wobei der Ultraschall-Sensor aufweist: einen optischen Resonator, der vorzugsweise aus mindestens zwei dielektrischen Spiegeln gebildet ist; mindestens eine in dem optischen Resonator angeordnete kompressible Schicht, wobei sich eine Ausdehnung der kompressiblen Schicht in Abhängigkeit von der empfangenen Ultraschallwelle ändern kann; eine Emissionsschicht zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung, wobei der optische Resonator und die Emissionsschicht derart eingerichtet sind, dass die erzeugte elektromagnetische Strahlung in den optischen Resonator eingebracht wird, und eine in dem optischen Resonator angeordnete Umwandlungsschicht zum Umwandeln zumindest eines Teils der in dem optischen Resonator vorhandenen elektromagnetischen Strahlung in ein elektrisches Signal, wobei die kompressible Schicht in dem optischen Resonator derart angeordnet ist, dass zumindest eine Eigenschaft des optischen Resonators variiert wird, wenn die kompressible Schicht komprimiert und/oder ausgedehnt wird.
  • Beispiel 41 ist ein Ultraschall-Sensor zum Empfangen von Ultraschallwellen, wobei der Ultraschall-Sensor aufweist: eine erste Elektrode; eine zweite Elektrode; und eine zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnete kompressible Schicht, wobei sich eine Ausdehnung der kompressiblen Schicht in Abhängigkeit von der empfangenen Ultraschallwelle ändern kann. Der Ultraschall-Sensor kann einen Messschaltkreis aufweisen oder mit einem Messschaltkreis gekoppelt sein zum Ermitteln einer Kapazität und/oder Kapazitätsänderung der durch die beiden Elektroden gebildeten Kondensatorstruktur.
  • Beispiel 42 ist ein Ultraschall-Sensor zum Empfangen von Ultraschallwellen, wobei der Ultraschall-Sensor aufweist: eine Elektrode; eine kompressible Schicht, welche derart angeordnet ist, dass diese zwischen der Elektrode und einem elektrisch leitfähigen zu überwachenden Bauteil angeordnet ist, wenn der Ultraschall-Sensor an dem elektrisch leitfähigen zu überwachenden Bauteil montiert ist, wobei sich eine Ausdehnung der kompressiblen Schicht in Abhängigkeit von der empfangenen Ultraschallwelle ändern kann. Der Ultraschall-Sensor kann einen Messschaltkreis aufweisen oder mit einem Messschaltkreis gekoppelt sein zum Ermitteln einer Kapazität und/oder Kapazitätsänderung der durch die Elektrode und dem elektrisch leitfähigen zu überwachenden Bauteil gebildeten Kondensatorstruktur.
  • Beispiel 43 ist ein Ultraschall-Sensor zum Empfangen von Ultraschallwellen, wobei der Ultraschall-Sensor aufweist: eine Source-Elektrode; eine Drain-Elektrode; und eine an der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode angeordnete Halbleiterschicht; eine kompressible Schicht, die derart angeordnet ist, dass diese zwischen der Halbleiterschicht und einem elektrisch leitfähigen zu überwachenden Bauteil angeordnet ist, wenn der Ultraschall-Sensor an dem elektrisch leitfähigen zu überwachenden Bauteil montiert ist, wobei sich eine Ausdehnung der kompressiblen Schicht in Abhängigkeit von der empfangenen Ultraschallwelle ändern kann. Der Ultraschall-Sensor ist derart eingerichtet, dass das elektrisch leitfähige zu überwachende Bauteil als Gate-Elektrode dient für eine aus der Source-Elektrode, der Drain-Elektrode, der Halbleiterschicht und der Gate-Elektrode gebildeten Feldeffekt-Transistorstruktur. Der Ultraschall-Sensor kann einen Messschaltkreis aufweisen oder mit einem Messschaltkreis gekoppelt sein zum Ermitteln mindestens einer elektrischen Eigenschaft der Feldeffekt-Transistorstruktur.
  • Beispiel 44 ist ein Ultraschall-Sensor zum Empfangen von Ultraschallwellen, wobei der Ultraschall-Sensor aufweist: eine Source-Elektrode; eine Drain-Elektrode; eine an der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode angeordnete Halbleiterschicht; und eine kompressible Schicht, die zwischen der Halbleiterschicht und einer Gate-Elektrode angeordnet ist, wobei sich eine Ausdehnung der kompressiblen Schicht in Abhängigkeit von der empfangenen Ultraschallwelle ändern kann. Der Ultraschall-Sensor ist derart eingerichtet, dass aus der Source-Elektrode, der Drain-Elektrode, der Halbleiterschicht und der Gate-Elektrode eine Feldeffekt-Transistorstruktur gebildet ist. Der Ultraschall-Sensor kann einen Messschaltkreis aufweisen oder mit einem Messschaltkreis gekoppelt sein zum Ermitteln mindestens einer elektrischen Eigenschaft der Feldeffekt-Transistorstruktur.
  • Beispiel 45 ist ein Ultraschall-Sensor zum Empfangen von Ultraschallwellen, wobei der Ultraschall-Sensor aufweist: eine Source-Elektrode; eine Drain-Elektrode; eine Gate-Elektrode und eine an die Source-Elektrode und der die Drain-Elektrode angrenzende Halbleiterschicht, wobei die Halbleiterschicht zwischen der Gate-Elektrode und den beiden anderen Elektroden angeordnet ist; und eine kompressible, piezoelektrische Schicht, die an die Gate-Elektrode angrenzt, wobei sich eine Ausdehnung der kompressiblen, piezoelektrischen Schicht in Abhängigkeit von der empfangenen Ultraschallwelle ändern kann. Der Ultraschall-Sensor ist derart eingerichtet, dass aus der Source-Elektrode, der Drain-Elektrode, der Halbleiterschicht und der Gate-Elektrode eine Feldeffekt-Transistorstruktur gebildet ist. Der Ultraschall-Sensor kann einen Messschaltkreis aufweisen oder mit einem Messschaltkreis gekoppelt sein zum Ermitteln mindestens einer elektrischen Eigenschaft der Feldeffekt-Transistorstruktur.
  • Beispiel 46 ist ein Ultraschall-Sensor zum Empfangen von Ultraschallwellen, wobei der Ultraschall-Sensor aufweist: einen optischen Resonator, der vorzugsweise aus mindestens zwei dielektrischen Spiegeln gebildet ist; mindestens eine in dem optischen Resonator angeordnete kompressible Schicht, wobei sich eine Ausdehnung der kompressiblen Schicht in Abhängigkeit von der empfangenen Ultraschallwelle ändern kann; eine Emissionsschicht zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung, wobei der optische Resonator und die Emissionsschicht derart eingerichtet sind, dass die erzeugte elektromagnetische Strahlung in den optischen Resonator eingebracht werden kann, und eine in dem optischen Resonator angeordnete Umwandlungsschicht (z.B. eine Absorptionsschicht einer organischen Solarzelle) zum Umwandeln zumindest eines Teils der in dem optischen Resonator vorhandenen elektromagnetischen Strahlung in ein elektrisches Signal, wobei die kompressible Schicht in dem optischen Resonator derart angeordnet ist, dass zumindest eine Eigenschaft des optischen Resonators variiert wird, wenn die kompressible Schicht komprimiert und/oder ausgedehnt wird.
  • Beispiel 47 ist ein Verfahren (z.B. zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils) aufweisend: Anbringen einer flexiblen Sensorstruktur auf mindestens einem gekrümmten Oberflächenabschnitt einer Oberfläche eines zu überwachenden Bauteils, wobei das Bauteil eine vordefinierte strukturelle Integrität aufweist, und wobei die flexible Sensorstruktur ein oder mehrere Ultraschall-Sensoren aufweist; Ermitteln mindestens eines Referenzparameters mittels der flexiblen Sensorstruktur nach dem Anbringen der flexiblen Sensorstruktur an der Oberfläche des zu überwachenden Bauteils, wobei der mindestens eine ermittelte Referenzparameter die vordefinierte strukturelle Integrität des zu überwachenden Bauteils repräsentiert; anschließend, Überwachen einer aktuellen strukturellen Integrität des zu überwachenden Bauteils basierend auf mindestens einem Ermitteln mindestens eines Parameters mittels der an dem zu überwachenden Bauteil angebrachten flexiblen Sensorstruktur, wobei der mindestens eine ermittelte Parameter eine aktuelle strukturelle Integrität des zu überwachenden Bauteils repräsentiert. Ferner kann das Verfahren aufweisen: Ausgeben eines Warnsignals, wenn der mindestens eine ermittelte Parameter eine Abweichung von dem mindestens einen ermittelten Referenzparameter aufweist, welche größer ist als eine vordefinierte Abweichung.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Ultraschallmessung, wie hierin beschrieben ist, mit einer Frequenz von 50 Hz bis 50 MHz durchgeführt werden. Beispielsweise kann mit einer Frequenz von 50 Hz bis 10 kHz gemessen werden. Somit kann beispielsweise eine Resonanzfrequenz der kompressiblen Schicht effizient genutzt werden. Anschaulich kann ein hierin beschriebener Ultraschallsensor ein Schallsensor sein.

Claims (19)

  1. Verfahren (100) zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils (1), das Verfahren aufweisend: Ermitteln (102), ob ein zu überwachendes Bauteil (1) eine vordefinierte strukturelle Integrität aufweist; Anbringen (104) einer flexiblen Sensorstruktur (200) auf mindestens einem gekrümmten Oberflächenabschnitt einer Oberfläche (2) des zu überwachenden Bauteils (1), wenn ermittelt wurde, dass das zu überwachende Bauteil (1) die vordefinierte strukturelle Integrität aufweist, wobei die flexible Sensorstruktur (200) ein oder mehrere Ultraschall-Sensoren (300, 400, 500a, 500b, 600, 700) aufweist; Ermitteln (106) mindestens eines Referenzparameters (Pref) mittels der flexiblen Sensorstruktur (200) nach dem Anbringen der flexiblen Sensorstruktur (200) an der Oberfläche (2) des zu überwachenden Bauteils (1), wobei der mindestens eine ermittelte Referenzparameter (Pref) die vordefinierte strukturelle Integrität des zu überwachenden Bauteils (1) repräsentiert; anschließend, Überwachen (108) einer aktuellen strukturellen Integrität des zu überwachenden Bauteils (1) basierend auf mindestens einem Ermitteln (108a) mindestens eines Parameters (Pe) mittels der an dem zu überwachenden Bauteil (1) angebrachten flexiblen Sensorstruktur (200), wobei der mindestens eine ermittelte Parameter (Pe) eine aktuelle strukturelle Integrität des zu überwachenden Bauteils (1) repräsentiert; und Ausgeben (110) eines Warnsignals, wenn der mindestens eine ermittelte Parameter (Pe) eine Abweichung von dem mindestens einen ermittelten Referenzparameter (Pref) aufweist, welche größer ist als eine vordefinierte Abweichung.
  2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei das Überwachen (108) der aktuellen strukturellen Integrität des zu überwachenden Bauteils (1) für einen Zeitraum von mindestens einem Tag, vorzugsweise mindestens einer Woche, durchgeführt wird.
  3. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die flexible Sensorstruktur (200) während des Ermittelns (106) des mindestens einen Referenzparameters (Pref) und/oder während des Ermittelns (108a) des Parameters (Pe) relativ zu der Oberfläche (2) des zu überwachenden Bauteils (1) ortsfest gehalten wird.
  4. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die flexible Sensorstruktur (200) nach dem Ermitteln (106) des mindestens einen Referenzparameters (Pref) und während des Überwachens (108) der aktuellen strukturellen Integrität des zu überwachenden Bauteils (1) im Wesentlichen ortsfest auf der Oberfläche (2) des zu überwachenden Bauteils (1) verbleibt.
  5. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Ermitteln (106) des mindestens einen Referenzparameters (Pref) aufweist: Ermitteln (106a) jeweils eines Referenzparameters (Pref) für jeden Abschnitt von mehreren Abschnitten des zu überwachenden Bauteils (1), wobei die Gesamtheit der Referenzparameter (Pref) im Wesentlichen die vordefinierte strukturelle Integrität des zu überwachenden Bauteils (1) repräsentiert; und/oder Ermitteln (108b) jeweils eines Parameters (Pe) für jeden Abschnitt von mehreren Abschnitten des zu überwachenden Bauteils (1), wobei die Gesamtheit der Parameter (Pe) im Wesentlichen die aktuelle strukturelle Integrität des zu überwachenden Bauteils (1) repräsentiert.
  6. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend: Ausgeben (112) eines Signals, welches einen Messbereich des zu überwachenden Bauteils (1) repräsentiert, für welchen der mindestens eine ermittelte Parameter (Pe) eine Abweichung von dem mindestens einen ermittelten Referenzparameter (Pref) aufweist.
  7. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die ein oder mehreren Ultraschall-Sensoren (300) derart eingerichtet sind, Ultraschallwellen zu empfangen oder Ultraschallwellen zu senden und zu empfangen.
  8. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner aufweisend: Einkoppeln einer Ultraschallwelle mittels eines Ultraschall-Senders in das zu überwachende Bauteil, wobei die ein oder mehreren Ultraschall-Sensoren (300) derart eingerichtet sind, die mittels des Ultraschall-Senders eingekoppelten Ultraschallwellen zu empfangen.
  9. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die flexible Sensorstruktur (200) einen flexiblen, flächigen Träger aufweist, wobei die mehreren Sensoren (300) nebeneinander auf dem flexiblen, flächigen Träger angeordnet sind.
  10. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die flexible Sensorstruktur (200) mittels eines Klebemittels auf der Oberfläche (2) des zu überwachenden Bauteils (1) fixiert wird.
  11. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zumindest einer der ein oder mehreren Ultraschall-Sensoren (300, 400, 500a, 500b, 600, 700) aufweist: eine erste Elektrode (402); eine zweite Elektrode (404); eine zwischen der ersten Elektrode (402) und der zweiten Elektrode (404) angeordnete kompressible Schicht (406), wobei sich eine Ausdehnung (□d) der kompressiblen Schicht (406) in Abhängigkeit von der empfangenen Ultraschallwelle ändert.
  12. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zumindest einer der ein oder mehreren Ultraschall-Sensoren (300, 400, 500a, 500b, 600, 700) aufweist: eine Source-Elektrode; eine Drain-Elektrode; eine an der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode angeordnete Halbleiterschicht; und eine kompressible Schicht, die zwischen der Halbleiterschicht und einer Gate-Elektrode angeordnet ist, wobei sich eine Ausdehnung der kompressiblen Schicht in Abhängigkeit von der empfangenen Ultraschallwelle ändern kann.
  13. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zumindest einer der ein oder mehreren Ultraschall-Sensoren (300, 400, 500a, 500b, 600, 700) aufweist: eine Source-Elektrode; eine Drain-Elektrode; eine Gate-Elektrode; eine an die Source-Elektrode und der die Drain-Elektrode angrenzende Halbleiterschicht, wobei die Halbleiterschicht zwischen der Gate-Elektrode und den beiden anderen Elektroden angeordnet ist; und eine kompressible, piezoelektrische Schicht, die an die Gate-Elektrode angrenzt, wobei sich eine Ausdehnung der kompressiblen, piezoelektrischen Schicht in Abhängigkeit von der empfangenen Ultraschallwelle ändern kann zum Bereitstellen einer piezoelektrischen Spannung an der Gate-Elektrode.
  14. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zumindest einer der ein oder mehreren Ultraschall-Sensoren (300, 400, 500a, 500b, 600, 700) aufweist: einen optischen Resonator (720), vorzugsweise aufweisend mindestens zwei dielektrische Spiegelschichten, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind; eine Emissionsschicht (716) zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung, wobei der optische Resonator (720) und die Emissionsschicht (716) derart eingerichtet sind, dass die erzeugte elektromagnetische Strahlung in den optischen Resonator (720) eingebracht wird; eine in dem optischen Resonator angeordnete Umwandlungsschicht (722) zum Umwandeln zumindest eines Teils der in den optischen Resonator (720) vorhandenen elektromagnetischen Strahlung in ein elektrisches Signal; und eine kompressible Schicht (406), welche in dem optischen Resonator derart angeordnet ist, dass zumindest eine Eigenschaft des optischen Resonators (720) variiert wird, wenn die kompressible Schicht (406) komprimiert und/oder ausgedehnt wird.
  15. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das zu überwachende Bauteils (1) elektrisch leitfähig ist.
  16. Verfahren (100) nach Anspruch 15, wobei zumindest einer der ein oder mehreren Ultraschall-Sensoren (300, 400, 500a, 500b, 600, 700) aufweist: eine Elektrode; eine kompressible Schicht, welche derart angeordnet ist, dass diese zwischen der Elektrode und dem elektrisch leitfähigen zu überwachenden Bauteil angeordnet ist, wenn der Ultraschall-Sensor an dem elektrisch leitfähigen zu überwachenden Bauteil montiert ist, wobei sich eine Ausdehnung der kompressiblen Schicht in Abhängigkeit von der empfangenen Ultraschallwelle ändern kann.
  17. Verfahren (100) zum Überwachen der strukturellen Integrität eines Bauteils (1), das Verfahren aufweisend: Anbringen (104) einer flexiblen Sensorstruktur (200) auf mindestens einem gekrümmten Oberflächenabschnitt einer Oberfläche (2) eines zu überwachenden Bauteils (1), wobei das zu überwachende Bauteil (1) eine vordefinierte strukturelle Integrität aufweist und wobei die flexible Sensorstruktur (200) ein oder mehrere Ultraschall-Sensoren (300, 400, 500a, 500b, 600, 700) aufweist; Ermitteln (106) mindestens eines Referenzparameters (Pref) mittels der flexiblen Sensorstruktur (200) nach dem Anbringen der flexiblen Sensorstruktur (200) an der Oberfläche (2) des zu überwachenden Bauteils (1), wobei der mindestens eine ermittelte Referenzparameter (Pref) die vordefinierte strukturelle Integrität des zu überwachenden Bauteils (1) repräsentiert; und, anschließend, Überwachen (108) einer aktuellen strukturellen Integrität des zu überwachenden Bauteils (1) basierend auf mindestens einem Ermitteln (108a) mindestens eines Parameters (Pe) mittels der an dem zu überwachenden Bauteil (1) angebrachten flexiblen Sensorstruktur (200), wobei der mindestens eine ermittelte Parameter (Pe) eine aktuelle strukturelle Integrität des zu überwachenden Bauteils (1) repräsentiert.
  18. Verfahren (100) nach Anspruch 15, wobei zumindest einer der ein oder mehreren Ultraschall-Sensoren (300, 400, 500a, 500b, 600, 700) aufweist: eine Source-Elektrode; eine Drain-Elektrode; eine an der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode angeordnete Halbleiterschicht; und eine kompressible Schicht, die derart angeordnet ist, dass diese zwischen der Halbleiterschicht und dem elektrisch leitfähigen zu überwachenden Bauteil angeordnet ist, wenn der Ultraschall-Sensor an dem elektrisch leitfähigen zu überwachenden Bauteil montiert ist, wobei sich eine Ausdehnung der kompressiblen Schicht in Abhängigkeit von der empfangenen Ultraschallwelle ändern kann.
  19. Flexible Sensorstruktur zum Überwachen einer strukturellen Integrität eines Bauteils, wobei die flexible Sensorstruktur mindestens einen Ultraschall-Sensor aufweist zum Empfangen von Ultraschallwellen und auf einer gekrümmten Oberfläche eines zu überwachenden Bauteils anbringbar ist, wobei der mindestens eine Ultraschall-Sensor gemäß einem der Ansprüche 11 bis 17 ausgestaltet ist.
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