DE3110280A1 - Ultrasonic pick-up - Google Patents

Ultrasonic pick-up

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Abstract

The invention relates to an ultrasonic pick-up, in particular for analysing sound emissions. According to the invention, a piezoelectric member (2) is provided which can be applied by means of an application surface of very slight extent, preferably an application surface which is approximately punctiform, to the surface of a body (5) to be investigated, and is applied by means of a further application surface of very slight extent to a seismic mass (4) and which is embedded in a damping member (3). This ultrasonic pick-up can be used as a position pick-up in the frequency range of a &sinew& 100Hz-1MHz. <IMAGE>

Description

UltraschallaufnehmerUltrasonic transducer

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschallaufnehmer, insbesondere zur Schallemissionsanalyse.The invention relates to an ultrasonic transducer, in particular for acoustic emission analysis.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen zur Schallemissionsanalyse geeigneten Ultraschallaufnehmer mit einem Piezokörper anzugeben, der die Form der sich ausbreitenden Welle nicht beeinflußt und die Auslenkung an der Oberfläche formgetreu abbildet und somit bei geringer Anlagefläche als Wegaufnehmer im Frequenzbereich von etwa 100 Hz - 1 MHz arbeitet.The invention is based on the object of a sound emission analysis indicate suitable ultrasonic transducer with a piezo body that has the shape of the propagating wave is not influenced and the deflection on the surface is true to shape and thus as a displacement transducer in the frequency range with a small contact area from about 100 Hz - 1 MHz works.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Der Piezokörper ist in Richtung seiner Polarisierung mit Elektroden versehen. Durch die besondere Art der Ankopplung mit sehr kleinen Berlihrungsflächen erhält man jeweils einen Impedanzsprung sowohl zur seismischen Masse als auch zum Testkörper.This object is achieved according to the invention with the characterizing Features of claim 1. The piezo body is in the direction of its polarization provided with electrodes. Due to the special type of coupling with very small ones Contact areas each get an impedance jump both to the seismic one Mass as well as to the test body.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Ultraschallaufnehmers können die Anlageflächen wenigstens annähernd punktförmig gestaltet und gegebenenfalls noch mit einer mechanisch stabilisierenden Schutzschicht versehen sein.In a preferred embodiment of the ultrasonic transducer can the contact surfaces are at least approximately punctiform and if necessary be provided with a mechanically stabilizing protective layer.

Insbesondere können die Spitzen einander diagonal gegenüberliegender Ecken des Piezokörpers als Anlagefläche für ein Prüfobjekt bzw. als Beruhrungsfläche für die seismische Masse verwendet werden. In einer besonders einfachen Ausführungsform kann ein handelsüblicher Piezokörper in der Form einer Platte verwendet werden, bei dem einander gegenuberliegende Ecken der Platte als Anlageflächen verwendet werden.In particular, the tips can be diagonally opposite one another Corners of the piezo body as a contact surface for a test object or as a contact surface used for seismic mass. In a particularly simple embodiment a commercially available piezo body in the form of a plate can be used, at the opposite corners of the plate are used as contact surfaces.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Ultraschallaufnehmers nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist. Die Figur 2 zeigt die Wirkungsweise des Ultraschallaufnehmers als Wegaufnehmer.To further explain the invention, reference is made to the drawing taken, in which Figure 1 shows an embodiment of an ultrasonic transducer of the invention is illustrated schematically. Figure 2 shows the mode of operation of the ultrasonic transducer as a displacement transducer.

Nach Figur 1 enthält ein Ultraschallaufnehmer einen Piezokörper 2 in der Form einer etwa quadratischen Platte mit einer Kantenlänge von beispielsweise etwa 10 mm und einer Dicke von beispielsweise etwa 0,5 mm, der in Richtung seiner Dicke polarisiert ist und an seinen in Richtung der Polarisierung einander gegenüberliegenden Seitenflächen mit in der Figur nicht näher bezeichneten Elektroden versehen ist. Zur Dämpfung der Eigenschwingungen im niederfrequenten Bereich des Piezokörpers 2 ist er in einem Dämpfungskörper 3 eingebettet. Seine obere annähernd punktförmige Auflagefläche liegt an einer im Vergleich zum Piezokörper 2 großen seismischen Masse 4, die aufgrund ihrer Größe und Beschaffenheit praktisch keine Schwingungsenergie aufnimmt und somit nicht ausgelenkt wird. Sie besteht aus einem Material mit hoher Dichte und entsprechend großem Gewicht, beispielsweise Metall oder Keramik, vorzugsweise Stahl. Um die Verbindung zur seismischen Masse 4 sicherzustellen, kann der Piezokörper 2 beispielsweise unter mechanischer Vorspannung in den Dampfungskörper 3 eingegossen sein. Durch das Eingießen wird zugleich die mechanische Stabilität gewährleistet.According to FIG. 1, an ultrasonic sensor contains a piezo body 2 in the form of an approximately square plate with an edge length of for example about 10 mm and a thickness of, for example, about 0.5 mm in the direction of its Thickness is polarized and at its opposite in the direction of polarization Side surfaces is provided with electrodes not shown in detail in the figure. For damping natural vibrations in the low-frequency range of the piezo body 2 it is embedded in a damping body 3. Its upper approximately point-shaped The contact surface lies on a seismic mass which is large compared to the piezo body 2 4, which, due to their size and nature, have practically no vibration energy absorbs and is therefore not deflected. It consists of a material with a high Density and correspondingly large weight, for example metal or ceramic, preferably Stole. To ensure the connection to seismic mass 4, the piezo body 2, for example, cast into the damping body 3 under mechanical prestress be. By pouring in, the mechanical stability is guaranteed at the same time.

Die in der Figur nicht näher bezeichneten Elektroden des Piezokörpers 2 sind jeweils mit einem elektrischen Anschlußleiter 6 bzw. 7 versehen, die aus dem Dämpfungskörper 3 herausgeführt sind. An den Anschlußklemmen 8 und 9 der Leiter 6 bzw. 7 kann ein elektrisches Ausgangssignal Up abgenommen werden, das im allgemeinen einem in der Figur nicht dargestellten elektronischen Verstärker zugeführt wird.The electrodes of the piezo body, which are not shown in more detail in the figure 2 are each provided with an electrical connection conductor 6 and 7, which consist of the damping body 3 are brought out. At the connection terminals 8 and 9 of the conductors 6 and 7, an electrical output signal Up can be picked up, this is generally an electronic amplifier not shown in the figure is fed.

In der praktischen Ausführungsform ist die aus Piezokörper 2, Dämpfungskörper 3 und seismischer Masse 4 gebildete Baueinheit in eine in der Figur nicht dargestellte Halterung eingesetzt. Durch diese Halterung wird gewährleistet, daß der Piezokörper 2 die Oberfläche eines zu messenden Körpers 5 nur mit einer punktförmigen Auflagefläche berührt.In the practical embodiment, the piezo body 2 is the damping body 3 and seismic mass 4 formed unit in a not shown in the figure Bracket inserted. This holder ensures that the piezo body 2 the surface of a body 5 to be measured only with a point-shaped contact surface touched.

Die als Anlageflächen dienenden Ecken des Piezokörpers 2 können vorzugsweise mit-einer mechanisch stabilisierenden Schutzschicht versehen sein, die beispielsweise aus Metall bestehen kann.The corners of the piezo body 2 which serve as contact surfaces can preferably be provided with a mechanically stabilizing protective layer, for example can be made of metal.

Zur Prüfung des Ultraschallaufnehmers nach der Erfindung als Wegaufnehmer wurde eine an sich bekannte Methode verwendet, bei der durch Brechen einer Glaskapillare auf der Oberfläche eines Halbraums eine Sprunganregung hervorgerufen wird (The Journal of the Accoustical Society of America, Vol. 57, No. 3, März 1975, Seiten 626 bis 631), Figur 2 zeigt in der Kurve A die Oberflächenauslenkung am Ort der Anregung durch den Bruch der Kapillare.For testing the ultrasonic transducer according to the invention as a displacement transducer a method known per se was used, in which by breaking a glass capillary a jump excitation is produced on the surface of a half-space (The Journal of the Accoustical Society of America, Vol. 57, No. 3, March 1975, pages 626 bis 631), Figure 2 shows in curve A the surface deflection at the point of excitation by breaking the capillary.

Die Kurve B stellt die theoretisch berechnete Auslenkung am Ort des Aufnehmers dar. Die Kurve C zeigt das aufgenommene Ausgangssignal des Ultraschallaufnehmers nach Figur 1 bei einer Anregung gemäß Kurve B. Aus dem Diagramm läßt sich entnehmen, daß der Ultraschallaufnehmer nach der Erfindung ein Ausgangssignal liefert, das weitgehend proportional der Oberflächenauslenkung ist. Der Ultraschallaufnehmer arbeitet somit in guter Näherung als Wegaufnehmer.Curve B represents the theoretically calculated deflection at the location of the The curve C shows the recorded output signal of the ultrasonic sensor according to Figure 1 with an excitation according to curve B. From the diagram it can be seen that the ultrasonic transducer according to the invention provides an output signal, the is largely proportional to the surface deflection. The ultrasonic transducer works as a displacement transducer to a good approximation.

Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist ein Piezokörper 2 in der Form einer handelsüblichen quadratischen Platte vorgesehen. Es könnten jedoch auch Piezokörper mit anderer Form verwendet werden, die mit einer annähernd punktförmigen Anlagefläche auf die Oberfläche des Meßobjekts und mit einer in gleicher Weise gestalteten Berührungsfläche an der seismischen Masse anliegen.In the exemplary embodiment according to FIG. 1, a piezo body 2 is in the form a commercially available square plate is provided. However, piezo bodies could also be used can be used with a different shape with an approximately punctiform contact surface on the surface of the measurement object and with a contact surface designed in the same way rest against the seismic mass.

Der Ultraschallaufnehmer ist zwar besonders geeignet für die Schallemissionsanalyse, er könnte jedoch auch für die normale Werkstoffprüfung verwendet werden.The ultrasonic transducer is particularly suitable for acoustic emission analysis, however, it could also be used for normal materials testing.

4 Patentansprüche 4 Figuren Leerseite4 claims 4 figures Blank page

Claims (4)

Patentanspruche 1. Ultraschallaufnehmer, insbesondere zur Schallemissionsanalyse, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein Piezokörper (2) vorgesehen ist, der mit einer Anlagefläche sehr geringer Ausdehnung an die Oberfläche eines zu untersuchenden Körpers (5) anlegbar ist und mit einer weiteren Anlagefläche sehr geringer Ausdehnung an einer großen seismischen Masse (4) anliegt und der in einem Dämpfungskörper eingebettet ist.Claims 1. Ultrasonic transducers, in particular for acoustic emission analysis, d a d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that a piezo body (2) is provided is, the one with a contact surface of very small extent to the surface of a to be examined body (5) can be applied and with a further contact surface very small expansion on a large seismic mass (4) and in one Damping body is embedded. 2. Ultraschallaufnehmer nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anlageflächen des Piezokörpers (2) annähernd punktförmig gestaltet sind.2. Ultrasonic transducer according to claim 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the contact surfaces of the piezo body (2) are approximately punctiform are designed. 3. Ultraschallaufnehmer nach Anspruch 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anlageflächen mit einer mechanisch stabilisierenden Schutzschicht versehen sind.3. Ultrasonic transducer according to claim 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the contact surfaces with a mechanically stabilizing Protective layer are provided. 4. Ultraschallaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, g e k e n n z e i c h n e t durch einen flachen und in Richtung seiner Dicke polarisierten Piezokörper (2) mit zwei einander gegenüberliegenden Ecken, deren Spitzen als Anlageflächen vorgesehen sind.4. Ultrasonic transducer according to one of claims 1 to 3, g e k e n n z e i h n e t by a flat and polarized in the direction of its thickness Piezo body (2) with two opposite corners, the tips of which serve as contact surfaces are provided.
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