DE2609125C2 - Verfahren zur quantitativen Bestimmung der Korngröße - Google Patents

Verfahren zur quantitativen Bestimmung der Korngröße

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DE2609125C2
DE2609125C2 DE19762609125 DE2609125A DE2609125C2 DE 2609125 C2 DE2609125 C2 DE 2609125C2 DE 19762609125 DE19762609125 DE 19762609125 DE 2609125 A DE2609125 A DE 2609125A DE 2609125 C2 DE2609125 C2 DE 2609125C2
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scattering
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scatter
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Klaus Dr. 6600 Saarbruecken Goebbels
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/11—Analysing solids by measuring attenuation of acoustic waves

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Description

2»s Ijce*
= c2ISE(n Ix)-(I +2as Ixe2' '>)".
Mit x =
und e2
1 ergibt sich daraus
Mit
60
n · / V η J
folgt: = ZS£(x)-(l +C2 -e ---■').
Vom Empfänger wird eine dem Schalldruck proportionale Streuamplitude As gemessen:
Diese Gleichung kann nach as aufgelöst und daraus entsprechend der Beziehung *s = Hd3 /4 die Korngröße d ermittelt werden, wobei / die eingestrahlte Frequenz und H = /(Dichte, Schallgeschwindigkeit, Anisotropie) des ermittelten Werkstoffes sind, ι ο
Die notwendigen Werte von H können der Theorie von B h a t i a (Ultrasonic Absorption, Clarendon Press, Oxford, 1967, S. 278ff.) entnommen und einfach programmiert werden.
A b b. 2 zeigt ein Beispiel für Streuungsmessungen ι s an einem homogenen Stahlgefüge, wobei die Untersuchung mit 6 MHz (Transversalwellen) zu einer Geraden in der halblogarithmischen Darstellung führt (Logarithmieren der Gleichung (I)). Bei 10 MHz (Transversalwellen) zeigt sich schon ausgeprägte Mehr- ic fachstreuung. (In ASE(x) ist gestrichelt miteingezeichnet.)
Die Erfindung wird weiter anhand der A b b. 3 und 4 erläutert.
Aus der Sinuswelle eines HF-Generators werden 2s durch geeignete Unterbrechung einzelne Impulse wählbarer Länge und Impulswiederholfrequenz gebildet (Bursterzeugung), die über einen Leistangsverstärker den Prüfkopf zur Aussendung quasimonochromatischer Ultraschallimpulse anregen.
Am Ende der Wassen/orlaufstrecke (siehe A b b. 3J (Wasser zeigt keine Streuung) wird zunächst reflektierter Ultraschall (US) gemessen: Die Schallachse ist zwar schräg auf die Oberfläche gerichtet, ein Bruchteil der Intensität des Sendeimpulses gelangt aber dennoch senkrecht auf die Oberfläche und wird von dort zurück reflektiert. Nach dieser — geringen — Am-
plitude erfolgt der Anstieg zur Streuamplitude As aus der Oberfläche.
Diese Streuamplitude nimmt dann i. a. (homogener Werkstoff) exponentiell ab. Ihr überlagert sind bei geringer Probendicke (z. Db. 2Ö mm und darunter) und geringer Schwächung (aufgrund feinkörnigen Gefüges und niedrig gewählter Frequenz) »Streu-Reflexion« der Proben-Unterseite, -Oberseite usw., biii diese ganz gedämpft sind. Diese und andere Störungen (z. B. durch Oberflächenwellen) empfehlen daher die Auswertung einer Streuungsmessung durch das Anlegen einer unteren »Grenzkurve«. Sie liefert die für die Korngrößenbestimmung notwendigen Meßgrößen (Amplitude an der Oberfläche; laufwegabhängige Amplitudenabnahme = Schwächung). Eine Relativbewegung zwischen Prüfkopf und Probe während der Messung mittelt über die stets vorhandenen Interferenzminima und -Maxima, so daß sich der in der A b b. 3 gezeigte Streuamplitudenverlauf ergibt.
Einer logarithmischen Verstärkung der empfangenen Streusignale folgt über einen Anpaßverstärker die Digitalisierung dieser Signale in einem Analog-Digital-Wandler (siehe Abb. 4). Die gemessenen Signale werden auf einem Display dargestellt. Die Weiterverarbeitung geschieht wahlweise
entweder direkt durch Ausgabe der Signale auf einen Fernschreiber oder Lochstreifenstanzer
oder (für den »ambulanten« Betrieb ohne Computer) durch Aufaddieren beliebig vieler Messungen in einem Signal-Averager, der das Ergebnis dieser Messungen auf Lochstreifen auszustanzen gestattet.
oder durch on-line-Anschluß des Analog-Digital-Wandlers an einen Rechner und die programmierte Auswertung.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur quantitativen Bestimmung der Korngröße d in Werkstoffen mit einem Ultraschail-Schwächungskoeffizienten a = χΛ + <xs, wo der Streukoeffizient as die Größe H ■ d* ■ j* = αΛ ■ J* besitzt mit H = const [Dichte, Schallgeschwindigkeit und Anisotropie], aA = Absorptionskoeffizient und / = Ultraschallfrequenz), mittels Messung der gestreuten Schalldruckamplitude As(x) (mit χ = Laufweg der Schallwelk) in Abhängigkeit von der Laufzeit der Schallwelle in der Probe und Mittelung über begrenzte Gefügebereiche durch Relativbewegung zwischen Schallgeber und Probe entweder kontinuierlich oder in diskreten Schritten, dadurch gekennzeichnet, daß Ultraschall mit einer einzigen Frequenz/ eingestrahlt wird und aus der Beziehung
    ASM{x) = Ast:(x)() + c2- e^. ^h
    der Streukoeffizient «s bestimmt wird, wobei In ASE(x) durch die Tangente an die Funktion In ASM (x) für χ —♦ 0 ermittelt wird und der Index M Mehrfachstreuung, der Index E hingegen Einfachstreuung bedeutet.
    streute Intensität bei »Einfach-Streuung«:
    ZS£(x) = ei · 2ase :"
    bzw. für eine Messung der Streuamplitude As:
    ASE(x) = c[ ■ I 2*s · e ". (1)
    Ci, C1' = /(Z0, Impulsdauer, Empfängerfläche, Nah- bzw. Fernfeldbedingungen).
    Mit anderen Worten: Bei der Einfachstreuung gelangt ein bestimmter Anteil der vom Ultra-Schall- Impuls im Gefüge erzeugten Streuung zum Empfänger. Die durch Streuung dieses Anteils zusätzlich ge- wonnene Streuintensität wird vernachlässigt.
    Bei der Mehrfachstreuung ISM dagegen wird entlang des in η Schritte . I χ unterteilten Laufweges χ immer wieder ein meßbarer Anteil addiert. Wir beginnen bei x = 0:
    ZS£(x = O) = ZxO= c, -2 xs.
    = 0) = C1 2. s (1+C2),
    is mit einer zunächst nicht, näher spezifizierten Konstanten C2. Die Definition des Ursprungs χ = O ist aus A b b. 1 ersichtlich.
    .1° WO)-/se(0) =
    Nach .1 Α·(2λ Ix-c 1):
    35
    40
    45
    Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des einzigen Patentanspruches. Es ist ein verbessertes Verfahren zur quantitativen Bestimmung der Korngröße in Werkstoffen gemäß der DE-PS 2511750 bekannt, bei dem jedoch entweder mit zwei verschiedenen Frequenzen eingestrahlt werden muß oder an zwei verschiedenen Proben mit einer Frequenz gemessen wird.
    Die Erfindung bezweckt, das Verfahren noch einfacher zu gestalten und wird im Patentanspruch beschrieben. Das Ergebnis der folgenden Betrachtung zur Mehrfachstreuung ermöglicht es, mi t einer Messung und ohne Voraussetzung bzgl. der Absorption den Streukoeffizienten zu ermitteln und somit die mittlere Korngröße des untersuchten Werkstoffes zu errechnen.
    Theorie
    Die Schallintensität /0, die am Ort χ = 0 eingeschallt wird, nimmt mit zunehmedem Laufweg χ entsprechend
    /(X) = /oe 2«
    ab, wobei Homogenität des Gefüges (<« Φ κ [χ]) vorausgesetzt wird.
    ·> = Schwächungskoeffizient für Schalldruck,
    = iiA (Absorption) + ns (Streuung).
    Berücksichtigt man für die Streuung auf ihrem Weg <>s vom Entstehungsort im Werkstoff zum Empfänger die Schwächung, nicht aber die Erzeugung neuer, meßbarer Streuung, so ergibt sich insgesamt für die ge= c2/S£(0)e -«
    = c2ZS£(lx) +
    = c2ZS£( Ix)(I +2
    Nach weiterem Ix:
    /SAI(2,1x)- ZSE(2 Ix)
    = c2ZS£(2 Ix) -(I +
    Nach η Schritten x:
    2*s Ix-C
    Ixc-2ZSE(
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DE3816416A1 (de) * 1988-05-13 1989-11-16 Bayerische Motoren Werke Ag Verfahren und vorrichtung zum erfassen des wetterbedingten glaettezustands eines fahrbahnbelag

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