DE2918384A1 - Verfahren zum optischen empfang von ultraschall-wellen - Google Patents

Verfahren zum optischen empfang von ultraschall-wellen

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    • G01N29/24—Probes
    • G01N29/2418—Probes using optoacoustic interaction with the material, e.g. laser radiation, photoacoustics
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Description

2918364
Krautkrämer GmbH - 2o.4.1979
Luxemburger Str. 449 Kw/bdl
5ooo Köln 41 K-°88
VERFAHREN ZUM OPTISCHEN EMPFANG VON ULTRASCHALL-WELLEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum optischen Empfang von Ultraschall-Wellen insbesondere in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, wobei die durch die Ultraschall-Welle bedingte Oberflächenauslenkung am Prüfstück aus einem beleuchteten Teil der Prüfstückoberfläche, mit optischen Interferometeranordnungen empfangen und danach in elektrische Signale umgewandelt wird und diese elektrischen Signale zur Reurteilung des Prüfstückes benutzt werden.
Beim berührungslosen Empfang von Ultraschall-Wellen in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, mittels interferometrischer Methoden, z.B. mit einem Laufzeitinterferometer nach OS 2457253 wird die Prüfstückoberfläche mit monochromatischem Laserlicht bestrahlt. Die durch die Ultraschall-Welle bedingte Oberflächenauslenkung im Takt der Ultraschallfrequenz bewirkt eine Phasenmodulation des Streulichtes und das Laufzeitinterferometer setzt diese Phasenmodulation in ein elektrisches Signal um, dessen Höhe z.B. der Wegamplitude der ausgelenkten Prüfstückoberfläche proportional ist. Bei diesen interferometrischen Verfahren ist es nachteilig, daß mechanische Längenänderungen bzw. Verschiebungen im Interferometer eine Verschiebung des Arbeitspunktes für die Umwandlung der Phasenmodulation in eine elektrische Signalgröße bewirken, wodurch eine zeitliche Veränderung der Empfindlichkeit der optischen Empfangsvorrichtung für die Ultraschallwelle eintritt, Längenänderungen oder Verschiebungen von optisch maßgeblichen Teilen im Interferometer können durch thermische Ausdehnungen
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ORlGtNAL INSPECTED
oder Vibrationen, z.B. Körperschall aus der Umgebung entstehen. Ein weiterer Nachteil dieser Verfahren ist es, daß bei rauher Oberfläche, wie sie in der Prüfpraxis vorhanden ist, durch Beugungseffekte eine statistische Helligkeitsverteilung im Streulicht zwangsläufig auftritt. Dieser Effekt ist als Granulation bekannt. Diese Granulation verursacht eine der statistischen Rauhigkeitsverteilung entsprechende ungleichmäßige Ausleuchtung des Gesichtsfeldes. Bei Relativbewegungen des Prüfstückes zu der interferometrischen Empfangsanordnung, wie sie bei in der Praxis benutzten Prüfeinrichtungen auftreten, bewegt sich auch das Granulationsmuster mit dem beleuchteten Teil der Prüfstückoberfläche. Hierdurch entsteht eine zusätzliche störende Amplitudenmodulation, die dem elektrischen Nutzsignal überlagert ist und damit die Nachweisempfindlichkeit für die Ultraschall-Welle herabsetzt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das eine nicht vermeidbare Arbeitspunktverschiebung und die Störmodulation infolge der Granulation so weit herabsetzt, daß dadurch das Nutzsignal nicht störend beeinflußt wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst:
daß die Prüfstückoberfläche (2) mit Laserlicht beleuchtet wird, das gleichzeitig zwei oder mehr diskrete Wellenlängen enthält;
daß die Streustrahlung aus dem beleuchteten Teil der Prüfstückoberfläche eine interferometrische Empfangsanordnung (4) durchläuft; .
daß nach Passieren der Empfangsanordnung die Streustrahlung spektral in ihre ursprünglichen diskreten Wellenlängen zerlegt wird;
daß jedem dieser monochromatischen Lichtstrahlen separate Fotodetektoren (6a-6f) zugeordnet sind;
daß die elektrischen Signale der Fotodetektoren in separaten Gleichrichtern (7a-7f) gleichgerichtet werden und
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ORIGINAL INSPECTED
daß die gleichgerichteten Signale additiv zu einem Summensignal gemischt werden, welches die Information über den Schwingungszustand der Prüfstückoberfläche enthält.
Das Verfahren ist anhand der einzigen Figur erläutert.
Der Argonlaser 1 beleuchtet ein Teil 2 der Oberfläche des
Prüfstückes 3 mit, z.B. 6 diskreten Wellenlängen. Ein
Anteil des Streulichtes dieses Oberflächenanteils durchläuft
ein Empfangs interferometer 4 (z.B. nach OS 2457253) und wird
anschließend vorteilhafterweise spektral (z.B. durch ein
Prisma 5) in 6 Wellenlängen, jede unter einem anderen Brechungswinkel, zerlegt. Das in 6 Strahlen verschiedener Richtung
gefächerte Licht fällt auf 6 Fotodetektoren 6a-6f. Jeder
dieser Detektoren empfängt nur eine Wellenlänge. Den Detektoren nachgeschaltet sind 6 Zweiweggleichrichter 7a-7f. Die 6 in den Zweiweggleichrichtern gleichgerichteten Signale werden für die notwendige Mittelwertbildung additiv gemischt und es steht damit ein Summensignal am Punkt 8 zur Verfügung, das, gegebenenfalls über eine Pufferstufe 9, abgegriffen und als Nutzsignal, also
als Information über die Ultraschallschwingung des optisch abgetasteten Oborflächenanteils 2, benutzt werden kann. Dieses
Signal ist in seiner Amplitude - je nach der Arbeitsweise des
verwendeten Interferometers - proportional oder in einer anderen mathematischen Form abhängig von der Amplitude der Auslenkung
des vom Laser beleuchteten Teils der Prüfstückoberfläche durch die Ultraschallwelle.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, daß bei Verwendung mehrerer monochromatischer Wellenlängen im Laserlicht
mit der Auftrennung in entsprechend viele Empfangskanäle der
Arbeitspunkt in der optischen Empfangsanordnung, z.B. einem
Interferometer, und daß eine auftretende Granulation immer von der Wellenlänge des Lichtes abhängen. Dadurch ergeben sich für jede diskrete Wellenlänge andere Arbeitspunkte und auch andere Empfangsverhältnisse, die zeitlichen Veränderungen oder
Schwankungen unterworfen sein können. So kann z.B. durch
Wegverlagerungen optisch wirksamer Teile im Interferometer infolge thermischer oder anderer Einflüsse und/oder Helligkeitsschwankungen durch die Granulation für eine diskrete Wellenlänge
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ORIGINAL INSPECTED1
am Ausgang des Interferometers ein Zustand eintreten, bei dem sich die beiden Interferenzstrahlen - also Referenzstrahl und Meßstrahl - auslöschen oder stark schwächen, wodurch das ultraschallabhängige Ausgangssignal zusammenbricht. Bei einer anderen diskreten Wellenlänge wird dieser ungünstige Zustand nicht gleichzeitig auftreten. Verwendet man also mehrere diskrete Wellenlängen im Laserlicht, die vorteilhafterweise ständig äquidistant bleiben, wird die Wahrscheinlichkeit, daß ein gut nutzbares Ausgangssignal vorhanden ist, bedeutend größer, da sämtliche Signale nach einer elektrischen Gleichrichtung addiert werden. In der Praxis ergeben bereits wenige diskrete Wellenlängen im Laserlicht, wie in unserem Beispiel 6 Wellenlängen, eine sehr gute Sicherheit für den ungestörten optischen Schallempfang.
030046/0392
Leerseite

Claims (1)

  1. Krautkrämer GmbH ■ 2o".4.1979
    Luxemburger Str. 449 Kw/bdl
    5ooo Köln 41 * K-088
    Patentanspruch
    Verfahren zum optischen Empfang von Ultraschall-Wellen insbesondere in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, wobei die durch die Ultraschall-Welle bedingte Oberflächenauslenkung am Prüfstück aus einem beleuchteten Teil der Prüfstückoberfläche, mit optischen Interferometeranordnungen empfangen und danach in elektrische Signale umgewandelt wird und diese elektrischen Si^nile zur Beurteilung des Prüfstückes benutzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß
    M^ Prüfstückoberflä-che (2) mit Laserlicht beleuchtet wir<l, das '"Leichzeitiß; zwei oder mehr diskrete Wellenlängen enthält;
    ii<> 'Ureustrahlung aus dem beleuchteten Teil der Prüfstückober .fLache eine interferometrische Empfangsanordnung (4) durchläuft;
    nach Passieren der Empfangsanordnung die Streustrahlung spektral in ihre ursprünglichen diskreten Wellenlängen zerlegt wird;
    jedem dieser monochromatischen Lichtstrahlen separate Fotodetektoren (6a-6f) zugeordnet sind;
    die elektrischen Signale der Fotodetektoren in separaten Gleichrichtern (7a-7f) gleichgerichtet werden und
    daß die gleichgerichteten Signale additiv zu einem Summensignal gemischt werden, welches die Information über den Schwingungszustand der Prüfstückoberfläche enthält.
    0300.48/0392
    ORIGINAL INSPECTED
DE2918384A 1979-05-08 1979-05-08 Verfahren zum optischen Empfang von Ultraschallwellen Expired DE2918384C2 (de)

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JP55059877A JPS6051643B2 (ja) 1979-05-08 1980-05-06 工作片表面変形の検出方法および装置
FR8010101A FR2456321A1 (fr) 1979-05-08 1980-05-06 Procede pour la reception optique d'ondes ultrasonores

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