DE1272586B - Sende- und Empfangsvorrichtung fuer die Ultraschall-Werkstoffpruefung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES MTWWt PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

GOIn

Deutsche Kl.: 42 k-46/06

P 12 72 586.9-52 (J 27171)

19. Dezember 1964

11. Juli 1968

Die Erfindung betrifft eine Sende- und Empfangsvorrichtung für die Ultraschall-Werkstoffprüfung, bestehend aus mindestens zwei nebeneinander angeordneten elektromechanischen Wandlern mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen, welche von der gleichen Energiequelle erregt werden.

Es ist allgemein bekannt, daß die von einem elektromechanischen Wandler ausgesandte Ultraschallenergie sich in dem Prüf gut in Form von Wellen mehrerer Arten ausbreiten kann. Bei Verwendung bestimmter Wellenarten, wie z. B. Lambscher Wellen, pflanzen sich diese nur unter einem ganz bestimmten Einfallswinkel zwischen dem Wandler und der Prüfgutfläche fort, und zwar in einem sehr engen Frequenzbereich, der von der Dicke des Erzeugnisses abhängt. Die von einem Wandler mit fester Frequenz und unter einem bestimmten Einfallswinkel ausgestrahlten Ultraschallwellen breiten sich daher nur in einem Erzeugnis von praktisch gleichbleibender Dicke aus, so daß z. B. Walzwerkserzeugnisse, die eine sehr unterschiedliche Stärke aufweisen, von solchen Prüfungsverfahren ausgeschlossen bleiben.

Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, welche zwei oder mehrere Wandler verschiedener Resonanzfrequenzen verwenden; jeder dieser Wandler kann für eine bestimmte Resonanzfrequenz und damit für einen bestimmten Dickenbereich ausgelegt werden. Eine solche Vorrichtung erfordert jedoch für jeden Wandler bei dessen Auswechseln eine veränderte Normaleinstellung des Prüfgerätes.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Sende- und Empfangsvorrichtung der eingangs genannten Art, welche zwei unterschiedliche Resonanzfrequenzen aufweisende Wandler besitzt, zu schaffen, die für Prüfgut eines großen Dickenbereichs ohne Auswechseln des Wandlers brauchbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß den elektromechanischen Wandlern mindestens ein abstimmbares Schwingungssystem mit zwischen den Resonanzfrequenzen der elektromechanischen Wandler liegender Resonanzfrequenz zugeordnet wird, und daß das Schwingungssystem von der gleichen Energiequelle wie die elektromechanischen Wandler erregbar ist.

Das hat zur Folge, daß mit der Einrichtung Ultraschall geeigneter Amplitude innerhalb eines größeren Frequenzbereiches als bisher ausgestrahlt werden kann, so daß die Schwankungen des Einfallswinkels der Ultraschallwellen und der Stärke des abzutastenden Prüfgutes die Ausbreitung der Ultraschallwellen vom Wandler in das Prüfgut nicht entscheidend beeinflussen.

Sende- und Empfangsvorrichtung für die
Ultraschall-Werkstoffprüfung

Anmelder:

Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise, Saint-Germain-en-Laye, Seine-et-Oise

(Frankreich)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Maier, Patentanwalt,

7000 Stuttgart 1, Werastr. 24

Als Erfinder benannt:

Jacques Mondot,

Marian Kapluszak, St.-Germain-en-Laye,

Seine-et-Oise (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 3. Januar 1964 (959 216 Seine)

Zweckmäßig werden die elektromechanischen Wandler in einem von der elektrischen Energiequelle gespeisten Stromkreis parallel geschaltet.

Zur Erzielung eines besonders breiten Bereiches der verwendbaren Frequenzen werden die Wandler aus piezoelektrischen Platten gebildet. Ferner ist es vorteilhaft, das verstellbare Resonanzsystem aus einer Induktanz und einer Kapazität zu bilden. Außerdem kann vorgesehen werden, das verstellbare Resonanzsystem in Parallelschaltung mit den Wandlern anzuordnen.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung erzielt man den Vorteil, daß man Prüfgut wechselnder Stärke ohne apparative Veränderungen und damit wesentlich schneller untersuchen kann.

Ein derart ausgebildetes Gerät hat also einen weit größeren Anwendungsbereich als seither bekannte Geräte. Darüber hinaus kommt der erfindungsgemäßen Einrichtung noch ein weiterer Vorteil zu: Bekanntlich ändert sich die von einem Körper absorbierte Ultraschallenergie mit der Frequenz des Schalls und der Dicke des Körpers. Durch Verstellung der Resonanzfrequenz des Systems kann ein gewisser Ausgleich für diese Absorptionsunterschiede

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des zu prüfenden Werkstoffes unter Bevorzugung der Ausstrahlung der am stärksten absorbierten Frequenzen hergestellt werden. Es ergibt sich somit eine praktisch gleichbleibende Ansprechempfindlichkeit auf Materialfehler für einen Dickenbereich, der bei Ver-Wendung herkömmlicher Wandler drei verschiedene Wandler mit jeweils anderer Normaleinstellung erfordert hätte.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 die Grundschaltung einer piezoelektrischen Vorrichtung,

F i g. 2 eine schaubildliche Darstellung der gleichen Vorrichtung,

F i g. 3 die Resonanzkennlinien der beiden piezoelektrischen Platten und eines Resonanzkreises,

Fig. 4 die Kennlinie des sich insgesamt¹ aus den beiden Platten und dem Resonanzkreis ergebenden Frequenzbereiches,

F i g. 5 die vom Wandler in Abhängigkeit von der ao Frequenz ausgestrahlte Ultraschallenergie.

Die F i g. 1 zeigt die Grundschaltung einer Ultraschallvorrichtung zur Entdeckung von Fehlern in warmgewalzten Blechen.

Bei dieser Vorrichtung werden zwei piezoelekirische Platten 1 und 2 parallel durch einen bekannten Impulsgeber 3 über den Stromkreis 4 gespeist. Die Leiter des Stromkreises 4 sind an die mit einem Metallüberzug versehenen Flächen 5 α, 5 b, 6 a, 6 b der Platten 1,2 angelötet. Parallel zum gleichen Stromkreis 4 wird eine Induktanz in Form der Selbstinduktionsspule 7 und eine bei 8 gezeigte Kapazität, die in Wirklichkeit von der Kapazität der piezoelektrischen Platten 1 und 2 und den Streukapazitäten der Schaltung gebildet wird, geschaltet. Wenn der Impulsgeber3 elektrische Impulse sendet, werden die Platten 1 und 2 zu Schwingungen angeregt, und zwar jeweils in Übereinstimmung mit ihrer Resonanzfrequenz; die Selbstinduktionsspule 7 kann so eingestellt werden, daß sie zusammen mit der Kapazität8 einen Resonanzkreis mit.einer mittleren Frequenz bildet und somit den mittleren Frequenzbereich bevorzugt.

Fig. 2 zeigt eine schaubildliche Skizze der Vorrichtung.

Sie zeigt die parallelgeschalteten und vom Geber 3 über den Stromkreis 4 gespeisten Platten 1 und 2; die Platten 1 und 2 sind an einer Ecke an das Plexiglas 9 angeklebt, welches die Schwingungen unter dem gewünschten Einfallswinkel auf das Prüfgut überträgt. Ein zum Stromkreis 4 gehörendes Koaxialkabel 10 verbindet den Impulsgeber 3 mit dem Wandler. Die Kapazität 8 erscheint in der F i g. 2 nicht, denn sie wird hier von keinem Bauelement gebildet, sondern sie wird im wesentlichen von den Kapazitäten der Platten 1 und 2 und des Koaxialkabels 10 gebildet. Die mit einem Metallüberzug versehenen Flächen 5 α und 6 α sind durch den Leiter 11 miteinander verbunden; die Flächen 5 & und 6 b werden durch den Leiter 12 verbunden. Die Selbstinduktionsspule 7 wird zwischen die Leiter 11 und 12 gelegt. Im beschriebenen Beispiel hat sie etwa 3Mikrobenrys; sie besitzt etwa 20 Drahtwindungen von 0,25 mm, die mit einem Wicklungsdurchmesser von 6 mm dicht nebeneinander aufgewickelt sind. Sie ist lediglich an ihren Anschlüssen aufgehängt. Das Koaxialkabel 10 besitzt einen Außenschirm 13 und einen Mittelleiter 14.

60 F i g. 3 zeigt die Einzelresonanzkennlinie A der Platte 1 und die Einzelresonanzkennlinie B der Platte 2; die Kennlinie C ist die Resonanzkurve des aus der Selbstinduktionsspule 7 und der Kapazität 8 bestehenden Schwingungssystems.

F i g. 4 zeigt die Kennlinie D des sich insgesamt aus den beiden Platten und dem Resonanzkreis ergehenden Durchlaßbereiches. Es zeigt sich, daß der Gesamtdurchlaßbereich D des erfindungsgemäß geschalteten Wandlers erheblich breiter ist als der der einzelnen Quarzplatten für sich genommen, und zwar bei einer absolut verwendungsfähigen Leistung. Wenn die Nennresonanzfrequenzen der Platten 1 und 2 z. B. 1,1 bzw. 1,6 MHz betragen, erhält man gemäß der Erfindung einen verwendbaren Frequenzbereich von etwa 0,9 bis 1,8 MHz, der die Prüfung von Erzeugnissen mit Lambschen Wellen von 1,5 bis 4,7 mm gestattet.

Man kann daher unterstellen, daß der elektromechanische Wandler, anders als bei der herkömmliehen Prüfung durch Ultraschallreflexion, innerhalb des Nutzbereiches praktisch aperiodisch ist und daß die Frequenz von der Eigenschwingungsfrequenz des Prüfgutes bestimmt wird.

Es ist möglich, bestimmte Frequenzen zu bevorzugen, die von dem Prüfgut weniger gut übertragen oder stärker absorbiert werden, so daß eine im wesentlichen gleichbleibende Ansprechempfindlichkeit bewahrt wird.

Fig. 5 zeigt z. B. die für einen erfindungsgemäßen Wandler gewählte Kennlinie zur Bevorzugung der höheren Frequenzen. Die Platte mit der höheren Resonanzfrequenz erhält eine größere Oberfläche, damit die ausgestrahlte Energie vergrößert wird. Die Kennlinie wird durch Einregeln der Resonanzfrequenz des Kreises 7, 8 ungefähr auf die gewünschte Kurvenform verstellt. Mit einem herkömmlichen Wandler wäre dies offensichtlich nicht möglich.

Die Erfindung ist nicht auf die Feststellung von Fehlern in flachen Metallerzeugnissen beschränkt, sondern kann auch für die Aufsuchung von Unregelmäßigkeiten in allen ultraschalleitenden Erzeugnissen verwendet werden. Auch kann sie außer zur Auffindung von inneren Unregelmäßigkeiten auch für die Kontrolle von Oberflächenmängeln verwendet werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Sende- und Empfangs vorrichtung für die Ultraschall-Werkstoffprüfung, bestehend aus mindestens zwei nebeneinander angeordneten elektromechanischen Wandlern mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen, welche von der gleichen Energiequelle erregt werden, dadurch gekennzeichnet, daß den elektromechanischen Wandlern (1,2) mindestens ein abstimmbares Schwingungssystem mit zwischen den Resonanzfrequenzen der elektromechanischen Wandler (1, 2) liegender Resonanzfrequenz zugeordnet ist, und daß das Schwingungssystem von der gleichen Energiequelle (3) wie die elektromechanischen Wandler (1,2) erregbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanischen Wandler (1,2) in einem von der elektrischen Energiequelle (3) gespeisten Stromkreis (4) parallel geschaltet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler aus piezoelektrischen Platten (1,2) bestehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verstellbare Resonanzsystem von einer Induktanz (7) und einer Kapazität (8) gebildet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verstellbare Resonanzsystem in Parallelschaltung mit den Wandlern (1, 2) angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1121 818.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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