DE3419515A1 - Verfahren zum bestimmen der schallimpedanz eines materials - Google Patents

Description

9336-13DV-O8278

GENERAL ELECTRIC COMPANY

Verfahren zum Bestimmen der Schallimpedanz eines

Materials

Die Erfindung bezieht sich auf die zerstörungsfreie Messung der spezifischen Normalschallimpedanz von Materialien.

Die spezifische Normalschallimpedanz (hier als Schalloder akustische Impedanz bezeichnet) eines Materials gibt eine Information über die akustische Absorption und Reflexion des Materials. Die Kenntnis dieser Information ist bei der Lärmkontrolle von Gasturbinenflugzeugtriebwerken wichtig. Da die Schallimpedanz eine Funktion des Aufbaues und der Zusammensetzung des Materials ist, kann die Schallimpedanz auch bei Qualitätskontrolltests benutzt werden.

Fig. 1 zeigt eine bekannte Vorrichtung 2, die als Impedanzrohr bezeichnet wird, zum Messen der Schallimpedanz eines Materials. Die Vorrichtung weist ein zylindrisches Rohr 3 auf, das an einem Ende eine Schallquelle 6 enthält,

die ebene Schallwellen 9 erzeugt. Ein Stück 12 des zu testenden Materials wird auf denselben Durchmesser wie das Rohr 3 zugeschnitten und in das Rohr 3 eingeführt, so daß sich eine enge Passung an den Grenzflächen 15a, 15b und 15c ergibt. Eine akustisch harte (d.h. schallreflektierende) Platte 18 wird an dem Rohr 3 hinter dem Materialstück 12 befestigt und dient als eine Rückebene. Die Schallquelle 6 richtet die ebenen Schallenergiewellen 9 auf das Material 12. Das Material reflektiert einen Teil der Schallenergie an einer Oberfläche 21, und der Rest der Energie bewegt sich durch das Material 12 hindurch und wird durch das Material teilweise absorbiert. Die Energie der ebenen Wellen, die die Rückebene 18 erreicht, wird zu der Schallquelle 6 reflektiert. Die an der Oberfläche 21 und an der Rückebene 18 reflektierten Wellen treten mit ankommenden Wellen in Wechselwirkung, so daß ein nicht dargestelltes Muster stehender Wellen (Stehwellenmuster) in einem Bereich 24 des Impedanzrohres gebildet wird.

Der Reflexionskoeffizient des Materials 12 kann für eine bestimmte Frequenz aus dem Stehwellenmuster auf bekannte Weise berechnet werden, und zwar auf der Basis von Messungen, die durch zwei akustische Wandler 27 und 29 gemacht werden, in Verbindung mit der Kenntnis von Strecken 32 und 34, bei denen es sich um die Abstände der Wandler 27 und 29 von dem Material 12 handelt, und der Kenntnis der Schallgeschwindigkeit, die aus der Temperatur der Luft in dem Rohr berechnet wird. Die Schallimpedanz des Materials 12 läßt sich aus dem Reflexionskoeffizienten leicht gewinnen. Weitere Information über diese Impedanzberechnung findet sich in dem Aufsatz "Error Analysis of Spectral Estimates with Application to the Measurement of Acoustic Parameters using Random Sound Fields in Ducts" von A.F. Seybert und B. Soenarko in Journal of the Acoustic Society of America, Band 69, Nr. 4, April 1981, auf den bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird.

Die Verwendung des Impedanzrohres 2 nach Fig. 1 hat den Nachteil/ daß eine zerstörerische Testmethode benutzt wird. Das heißt, das Verfahren ist in dem Sinne zerstörerisch, daß das Materialstück 12 von einem Bauteil, dessen Impedanz gemessen werden soll, abgetrennt werden muß, um es in das Rohr einpassen zu können, wodurch das Bauteil beschädigt wird. Im Falle von Flugzeugbauteilen sind die durch diese Beschädigung verursachten Kosten hoch.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue und verbesserte Schallimpedanzmessung zu schaffen.

Weiter soll eine neue und verbesserte Schallimpedanzmessung geschaffen werden, die zerstörungsfrei erfolgt.

Schließlich soll eine neue und verbesserte Schallimpedanzmessung für Qualitätskontrolltests von Materialien geschaffen werden.

In einer Form der Erfindung liegt ein offenendiges Schallimpedanzrohr an einem Material an, das eine bekannte Schallimpedanz hat,und es wird ein Stehwellenmuster in dem Rohr erzeugt. Eine erste scheinbare Impedanz des Materials wird auf der Basis des Stehwellenmusters gewonnen. Ein Korrekturfaktor wird auf der Basis der bekannten Impedanz und der ersten scheinbaren Impedanz berechnet. Das offenendige Impedanzrohr wird dann an ein Probematerial angelegt, und es wird eine zweite scheinbare Impedanz gewonnen. Die tatsächliche Impedanz der Probe wird aus der zweiten scheinbaren Impedanz und dem Korrekturfaktor bestimmt .

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein bekanntes Schallimpedanzrohr,

Fig. 2 eine Form der Erfindung,

die Fig. 3 und 5 zwei verschiedene Typen von Wabenzellen-

laminaten,

Fig. 4 die Benutzung einer Form der Erfindung

und

Fig. 6 einen zylindrischen Wellenleiter, der an

einem Bündel von sechseckigen Wellenleitern anliegt.

In einer Form der Erfindung wird ein Impedanzrohr 65 nach Fig. 2 verwendet. Das Impedanzrohr 65 enthält eine Schallquelle 68 in Form eines 30 Watt, 16 Ohm - Lautsprechers, der einen ebenen Frequenzgang in dem Bereich von 500 bis 22 000 Hz hat. Ein solcher Lautsprecher ist das Modell Nr. 802D, das von der ALTEC Corporation, Anaheim, California, erhältlich ist.

Die Schallquelle 68 ist an einem akustischen Wellenleiter 72 befestigt, bei welchem es sich um ein zylindrisches Rohr handelt, das einen Durchmesser (Abmessung 75) von 31,75 mm (1.25 inches) und eine Höhe (Abmessung 76) von 228,6 mm (9 inches) hat. An dem Wellenleiter 72 ist an dem zu der Schallquelle entgegengesetzten Ende ein flexibler Hartgummiflansch 77 befestigt. An dem Wellenleiter 72 sind zwei Druckgeber 79 und 81 in einem Abstand (Abmessung 83) von 38,10 mm (1.5 inches) bzw. in einem Abstand (Abmessung 85) von 17,78 mm (0.7 inches) von dem Ende 87 des Rohres 65 befestigt. Das Ende 87 ist offen. Ein solcher Druckgeber ist das Modell Nr. 8510-15, das einen Bereich des absoluten Druckes von 1,08 bar (15 psig), einen Betriebsbereich von 0-300 mV am Ausgang, einen Ansprechwert von 21+ 6 mV/ 0,07 bar (21+ 6 mV/psi) hat und von der ENDEVCO Corporation, San Juan Capistrano, California, erhältlich ist.

Die Anmelderin benutzt dieses offenendige Impedanzrohr nach Fig. 2 derart, daß sie das Rohr 65 an ein Material anlegt, dessen Impedanz zu messen ist. Der Flansch 77 dient zum akustischen Abdichten des Wellenleiters 72 an dem Material 91. Die Schallquelle 68 wird aktiviert, um ebene Wellen 94 zu der Oberfläche 97 des Materials 91 zu schicken, damit ein nicht dargestelltes Stehwellenmuster in einem Bereich 101 ähnlich dem Stehwellenmuster in dem Bereich 24 nach Fig. 1 erzeugt wird. Da es in Fig. 2 kein Gebilde gibt, das dem Wellenleitergebiet 36 nach Fig. 1 analog ist, kann jedoch eine beträchtliche Querausbreitung in einem Bereich 103 in Fig. 2 erfolgen. (Die Querausbreitung ist weiter unten in dem Abschnitt unter der Oberschrift "Allgemeine Überlegungen" näher erläutert.) Die Querausbreitung verzerrt die Impedanzmessung, die normalerweise aus Daten berechnet wird, welche den Druckgeber 79 und 81 entnommen werden. Die Querausbreitung verursacht einen Fehler in der Impedanzberechnung.

Die Anmelderin korrigiert diesen Fehler durch Gewinnen eines Korrekturfaktors, der dann bei der Impedanz berücksichtigt wird, die aus den Messungen berechnet wird, welche mit dem offenendigen Rohr nach Fig. 2 durchgeführt werden. Die Anmelderin gewinnt den Korrekturfaktor durch Ausführen einer Messung der "scheinbaren" Impedanz unter Verwendung des offenendigen Impedanzrohres 65 an einer Stelle auf der Oberfläche eines Referenzmaterials 104, was in Fig. 4 durch einen schraffierten Kreis 108 gezeigt ist. (Das Impedanzrohr 2 ist nicht in Anlage an dem schraffierten Kreis 108 gezeigt.)

Die Anmelderin führt weiter eine zerstörende Impedanzmessung des Referenzmaterials 104 durch, wofür das bekannte Impedanzrohr nach Fig, 1 benutzt wird. Diese Messung wird an dem schraffierten Abschnitt 108 vorgenommen, nachdem dieser von dem Referenzmaterial 104 abgetrennt worden ist. Die zerstörende Impedanzmessung ergibt einen Meß-

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wert der "tatsächlichen" Impedanz, im Unterschied zu dem Wert der scheinbaren Impedanz, der aus den offenendigen Messungen gewonnen wird.

Der Korrekturfaktor wird berechnet, indem das Verhältnis der tatsächlichen Impedanz (zerstörend gemessen) zu der scheinbaren Impedanz gebildet wird: Korrekturfaktor = tatsächliche Impedanz/scheinbare Impedanz. Der Korrekturfaktor wird dann benutzt, indem die offenendigen Messungen nach Fig.4 wiederholt werden, aber an Probematerialien, deren Impedanz zu testen ist. Bei diesen Messungen wird das offenendige Impedanzrohr beliebig auf der Oberfläche des Materials positioniert. Meßwerte werden den Druckgebern 79 und 81 entnommen, und die scheinbare Impedanz wird aus den Druckgeberdaten und den Abmessungen 83 und 85 in Fig. 2 berechnet. Die scheinbare Impedanz wird dann mit dem Korrekturfaktor multipliziert. Das Ergebnis ist ein Schätzwert der tatsächlichen Impedanz des Materials, wobei Experimente gezeigt haben, daß dieses Ergebnis in hohem Grad mit der tatsächlichen Impedanz korreliert ist, wenn diese in der Vorrichtung nach Fig, 1 zerstörend gemessen wird.

Um es zu wiederholen, eine Messung der scheinbaren Impedanz des Referenzmaterials wird zerstörungsfrei durchgeführt, indem das offenendige Rohr nach der Erfindung benutzt wird. Dann wird eine zerstörende Impedanzmessung desselben Materials auf die bekannte Weise durchgeführt. Die tatsächliche und die scheinbare Impedanz werden im allgemeinen unterschiedlich sein. Der Korrekturfaktor ist das Verhältnis der tatsächlichen zur scheinbaren Impedanz. Dann wird das offenendige Rohr wieder benutzt, um scheinbare Impedanzen des Probematerials zu messen. Diese letzteren scheinbaren Impedanzen werden mit dem Korrekturfaktor multipliziert, um Schätzwerte der tatsächlichen Impedanzen der Proben zu gewinnen. Selbstverständlich wird angenommen, daß die Proben im Aufbau und in der Zusammensetzung den Referenzmaterialien in etwa ähnlich sind, da es keinen Sinn machen würde, beispielsweise einen Korrekturfaktor aus Messungen

der tatsächlichen und der scheinbaren Impedanz von PoIystyrolschaum zu gewinnen und dann Meßwerte der scheinbaren Impedanz, die an einem Ziegelstein gewonnen worden sind, mit dem Korrekturfaktor zu multiplizieren, um die Impedanz des Ziegelsteins abzuschätzen.

Es ist wichtig, daß die Messungen der scheinbaren und der tatsächlichen Impedanz auf demselben Bereich des Materials ausgeführt werden, wie beispielsweise dem Bereich 108 in Fig. 4. Die Anmelderin hat festgestellt, daß im allgemeinen die scheinbaren Schallimpedanzen von verschiedenen Bereichen, wie beispielsweise den Bereichen 108B-108H,verschieden sind. Weiter sind die tatsächlichen Impedanzen dieser Bereiche (zerstörend gemessen) ebenfalls verschieden. Die Anmelderin hat jedoch festgestellt, daß das Verhältnis zwischen der tatsächlichen und der scheinbaren Impedanz in einem besonderen einzelnen Bereich (zum Beispiel in dem Bereich 108) im wesentlichen gleich dem Verhältnis in einem anderen, unterschiedlichen Bereich (zum Beispiel dem Bereich 108B) ist. Diese Feststellung gestattet die Ver wendung des oben beschriebenen Korrekturfaktors. Dagegen wird ein anderer, zweiter Korrekturfaktor, der als das Verhältnis der tatsächlichen Impedanz eines Bereiches, zum Beispiel des Bereiches 108, zu der scheinbaren Impedanz eines anderen Bereiches, zum Beispiel des Bereiches 108B, genommen wird, ,im allgemeinen andere Ergebnisse erbringen als die Verwendung des oben beschriebenen Korrekturfaktors. Die Verwendung dieses anderen Korrekturfaktors wird in der bevorzugten Ausführungsform nicht in Betracht gezogen.

Zur weiteren Beschreibung der Erfindung sei kontrasthalber angegeben, daß ein repräsentativer Mittelwert der tatsächlichen Impedanzen, wie z.B. der Mittelwert der scheinbaren Impedanzen der Bereiche 108B-108H,genommen und dann als repräsentativ für die scheinbare Impedanz des Bereiches 108 behandelt werden könnte. Das Verhältnis der tatsächlichen Impedanz eines Bereiches, wie beispielsweise des Bereiches 108, zu dieser repräsentativen scheinbaren Impedanz könnte

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dann als ein dritter Korrekturfaktor benutzt werden. Die Anmelderin hat jedoch festgestellt/ daß das Verhältnis der tatsächlichen Impedanz zu der scheinbaren Impedanz in einem einzelnen Bereich (zum Beispiel in dem Bereich 108) einen genaueren Korrekturfaktor ergibt. Deshalb wird der hier zuerst beschriebene Korrekturfaktor bevorzugt.

Eine allgemeinere Erläuterung einiger der relevanten Prinzipien, die bei der Erfindung angewandt werden, erfolgt unter der folgenden Überschrift "Allgemeine Überlegungen".

Allgemeine Überlegungen

Die ebenen Schallwellen 9 in Fig. 1 bleiben, wenn sie sich in dem Material 12 bewegen, auf das Innere eines Wellenleiters begrenzt (nämlich auf den Bereich 36 des Rohres 3), der mit dem Wellenleiter, durch den sie sich in dem Bereich 24 außerhalb des Materials bewegen, kongruent ist (d.h. dieselbe Querschnittsgröße und -form hat). Das heißt, der Wellenleiter (bei welchem es sich um das Rohr 3 handelt) , dem sich die sich ausbreitenden Wellen gegenübersehen, ändert sich nicht, wenn diese in das Material 12 eintreten.

Demgemäß kann jedes Molekül, welches die ebenen Wellen in beiden Bereichen 24 und 36 trägt, so betrachtet werden, als schwinge es in einer zu der Oberfläche 21 des Materials 12 rechtwinkeligen (d.h. normalen) Richtung hin und her. Das heißt, ein Molekül, das als Punkt 39 dargestellt ist, wird so betrachtet, als bewege es sich in den Richtungen, die durch Pfeile 40a und 40b dargestellt sind, und nicht in den durchgestrichen gezeigten Richtungen von Pfeilen 42a und 42b. Anders betrachtet, die Richtung der Schallausbreitung ist immer normal (d.h. rechtwinkelig zu der Oberfläche 21) in dem Material 12 (Pfeil 46); es gibt im wesentlichen keine Querausbreitung (d.h. nichtnormale Ausbreitung, Pfeil 48), und zwar wegen der Kongruenz der Wellenleiterbereiche 24 und 36.

Einige Materialien besitzen einen eingebauten Wellenleiter, der mit dem Wellenleiter des Impedanzrohres 2 kongruent ist. Beispielsweise enthält in Fig.3 ein laminiertes Wabenmaterial 48 kreisförmige Wabenzellen 50 zwischen äußeren Lamellen 52. Wenn das Impedanzrohr 2 koaxial mit einer der Zellen 50 (in einer Achse 69) ausgerichtet ist, wie dargestellt, und an der Lamelle 52 anliegt (das Anliegen ist nicht gezeigt), und wenn diese Zelle 50 mit dem Impedanzrohr kongruent ist, dann braucht ein Abschnitt des Wabenmaterials 48 nicht notwendigerweise zum Einführen in das Impedanzrohr 2 wie in Fig. 1 ausgeschnitten zu werden, sondern das Impedanzrohr 2 kann an das Material koaxial mit einer Zelle 50 wie für die Impedanzinessung gezeigt angelegt werden. In einem solchen Fall wirkt die Wand der Zelle 50 selbst analog dem Wellenleiterbereich in Fig. 1 hinsichtlich des Verringerns einer Querausbreitung .

Es ist jedoch selten der Fall, daß das Material, dessen Impedanz zu messen ist, eine solche kreisförmige Wabenkonfiguration haben wird, in der jede Zelle mit dem Wellenleiter des Impedanzrohres kongruent ist. Weiter würde es, selbst wenn das der Fall wäre, schwierig sein, das Impedanzrohr koaxial auf eine Zelle 50 wie in Fig. 2 auszurichten, weil die Zelle durch die äußeren Lamellen 52 verdeckt ist.

Ein üblicheres Laminat ist in Fig. 5 gezeigt, in der ein Schichtstoff dargestellt ist, der äußere Lamellen 61 und 62 (die Lamelle 62 ist perforiert) und eine mittlere Matrix 65, die als ein Wabenkern gezeigt ist, aufweist. Die Wabenzellen 70 sind sechseckig und daher mit einem zylindrischen Wellenleiter 3 nicht kongruent.

Ein Ergebnis der fehlenden Kongruenz zwischen dem zylindrischen Wellenleiter 3 und den sechseckigen Wabenzellen 70 ist, daß die ebenen Wellen, die sich durch den Wellenleiter 3 bewegen, beim Eintritt in die mittlere Matrix 65 unmit-

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telbar in einen Wellenleiter eintreten, der eine neue Querschnittsform und -größe hat. Das ist ausführlicher in Fig. 6 gezeigt, die ein zylindrisches Rohr 3 zeigt, welches an einem Ersatzwellenleiter anliegt, der aus einem Bündel 115 von sieben sechseckigen Zellen 70 besteht. In Fig. 6 ist die äußere Lamelle 62 nach Fig. 5 der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Die Anordnung nach Fig. 6 ist außerdem in Draufsicht gezeigt. Die ebenen Wellen (nicht dargestellt), die in das Bündel 115 eintreten, erhalten eine Quergeschwindigkeitskomponente (Pfeil 116). Die Luftmoleküle schwingen nicht mehr normal zu der Oberfläche (d.h. zu der in Fig. 6 nicht dargestellten Oberfläche) des Wabenmaterials. Daher beeinflußt die Änderung der Wellenleiterform an dem Punkt 119 von zylindrisch zu einem Bündel von sieben sechseckigen Rohren die Impedanzmessung.

Die Strukturen und Ereignisse nach den Fig. 5 und 6 können folgendermaßen charakterisiert werden. Die mittlere Matrix 65 ist ein zelliges Material, das die Zellen 70 aufweist, die Zellwände 121 haben. Die Lamelle oder Schicht 61 in Fig. 5 ist akustisch hart und erfüllt die Funktion, die Rückebene 18 in Fig. 1 zu ersetzen. Wegen der Differenzen in der Querschnittsform und -größe des Impedanzrohres 3 in bezug auf die feste Begrenzung des Bündels 115 gibt es eine Fehlanpassung zwischen dem Wellenleiter außerhalb des Materials (d.h. dem Rohr 3) gegenüber dem Wellenleiter innerhalb der mittleren Matrix (d.h. dem Sechseckbündel 115). Innerhalb der Matrix gibt es keine Begrenzung eines Wellenleiters, die sich (1) in der normalen Richtung (Pfeil 123) erstreckt, (2) aus Zellwänden besteht und (3) in Querschnittsgröße und -form denen des Rohres 3 gleicht. Eine gestrichelte zylindrische Begrenzung 125, die mit dem Rohr 3 kongruent ist, erfüllt diese drei Forderungen. Diese gestrichelte Begrenzung 125 ist jedoch als körperliches Teil nicht vorhanden. Es ist eine imaginäre Begrenzung. Die Querausbreitung kann daher über die gestrichelte Begrenzung 125 erfolgen, im Gegensatz zu dem Fall nach Fig. 1,

wo eine Einrichtung (d.h. der Wellenleiterbereich 36) vorhanden ist, die die Querausbreitung verringert.

Die Querausbreitung kann aus anderen Gründen als wegen des Fehlens eines kongruenten Wellenleiters innerhalb des Materials erfolgen. Beispielsweise gestatten selbst in dem Fall nach Fig. 3, wenn Löcher 126 in den Zellwänden vorhanden sind, die Löcher 126 die Querausbreitung und verringern die Genauigkeit der Impedanzmessung. Diese Löcher sind in Flugzeugwabenbauteilen vorhanden, beispielsweise um Regenwasser abfließen zu lassen.

Das Verfahren nach der Erfindung zur zerstörungsfreien Messung der Schallimpedanz kann bei einer Qualitätskontrollprüfung bei der Materialherstellung benutzt werden. Beispielsweise wird ein Referenzmaterial, dessen Aufbau und Zusammensetzung bekannt sind, zuerst zerstörungsfrei getestet, um dessen scheinbare Schallimpedanz an einer markierten Stelle auf seiner Oberfläche mit Hilfe des offenendigen Impedanzrohres zu finden, und dann wird es zerstörend getestet, um die tatsächliche Impedanz der markierten Stelle durch die Verwendung des Impedanzrohres 2 nach Fig. 1 zu finden. Der Korrekturfaktor wird auf oben beschriebene Weise erhalten. Die scheinbare Impedanz eines anderen Probematerials wird dann zerstörungsfrei unter Verwendung der Erfindung gemessen. Die scheinbare Impedanz wird mit dem Korrekturfaktor multipliziert, um die geschätzte tatsächliche Impedanz der Probe zu bestimmen. Die Abweichung der geschätzten tatsächlichen Impedanz der Probe von der gemessenen tatsächlichen Impedanz des Referenzmaterials zeigt, daß entweder der Aufbau oder die Zusammensetzung der Probe nicht mit dem Aufbau oder der Zusammensetzung des Referenzmaterials übereinstimmt. Beispielsweise kann eine fehlerhafte Klebeverbindung der Wabe der mittleren Matrix 65 mit den Lamellen 61 und 62 sich durch das Vorhandensein von zuviel Klebstoff und die Blokkierung der Löcher 129 durch den Klebstoff oder bei Vor-

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handensein von zu wenig Klebstoff und daraus resultierender Schwächung der Verbindung ergeben. Jede dieser Situationen beeinflußt die Schallimpedanz, und diese Änderung kann durch das oben beschriebene offenendige Impedanzrohr gemessen werden.

Der Hartgummiflansch 77 hilft, eine Schalleckage zwischen dem Wellenleiter und der Oberfläche der Materialbrücke während der Messung der scheinbaren Schallimpedanz zu minimieren. Der flexible Flansch 77 ermöglicht außerdem, Messungen an Oberflächen auszuführen, die etwas gekrümmt sind. Eine insgesamt zylindrische Oberfläche, die einen Radius von etwa 992 mm (43 inches) hat, ist gemessen worden.

Es ist eine Erfindung beschrieben worden, mittels welcher die Schallimpedanz eines Materials zerstörungsfrei und in situ durch Rückschluß gemessen werden kann. Gemäß der Erfindung wird die scheinbare Scha11impedanz eines Referenzmaterials gemessen, indem ein Stehwellenmuster in einem Wellenleiter erzeugt wird, der an dem Material an einer markierten Stelle anliegt. Gemäß der Erfindung wird dann die tatsächliche Schallimpedanz desselben Materials gemessen, indem es von der markierten Stelle abgetrennt und auf die bekannte zerstörende Weise gemessen wird. Ein Verhältnis der beiden Impedanzen wird bestimmt. Das bildet den Korrekturfaktor für die besondere Auslegung des Referenzmaterials. Die Messung der scheinbaren Impedanz wird an Probematerialien derselben Auslegung wiederholt, um scheinbare Impedanzen der Probematerialien zu gewinnen. Diese scheinbaren Impedanzen werden mit dem Korrekturfaktor korrigiert und das Ergebnis wird mit der Impedanz des Referenzmaterials verglichen, die in dem Impedanzrohr zerstörend gemessen wurde. Die Erfindung ist zum Messen der Schallabsorptionseigenschaften von Materialien, wie beispielsweise Flugzeugtriebwerksgondeln, und für Qualitätskontrolltests von laminierten Materialien während der Fertigung verwendbar. Weiter kann die Erfindung bei Materialien benutzt werden, bei denen es sich nicht um Laminate

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handelt. Die Verwendung 1st möglich bei Schaumplatten, akustischen Ziegeln und Teppichen, um nur drei Materialien zu nennen.

Es ist der Ausdruck Scha11impedanz benutzt worden. Es sei daran erinnert, daß die Scha11impedanz so einfach aus dem Reflexionskoeffizienten eines Materials gewonnen werden kann, daß hinsichtlich der Interpretation des Schutzumfangs der Ansprüche eine Messung des Reflexionskoeffizienten eines Materials mit der Messung der Impedanz gleichbedeutend sein kann. Die Bezugnahme auf die Schallimpedanzmessung in den Ansprüchen ist daher auch als eine Bezugnahme auf die Messung des Reflexionskoeffizientens zu betrachten.

Die zerstörende Messung von Materialien zum Ermitteln der tatsächlichen Schallimpedanz im Gegensatz zu der scheinbaren Schallimpedanz ist beschrieben worden. Das ist jedoch nicht strikt notwendig, da bezweckt wird, die tatsächliche Impedanz zu ermitteln. Es kann möglich sein, die tatsächliche Impedanz vom Hersteller oder auf andere Weise zu erfahren.

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Claims (6)

-- Dr. Horst SchülerI-- - ·34195156000 Frankfurt/Main 1(0611) 235555PATENTANWALTKaiserstrasse 4104-18759 mapat dEUROPEAN PATENTATTORNEYTelefonmainpatent frankfurtTelex(0611) 251615Telegramm(CCITT Gruppe 2 und 3)Telekoplerer225/0389 Deutsche Bank AG282420-602 Frankfurt/M.BankkontoPostscheckkonto9336-13DV-O827hr Zeichen /Your ref.24. Mai 1984Jnser Zeichen /Our ref.Vo/Me/BtDatum/Date GENERAL ELECTRIC COMPANY 1 River Road Schenectady, N.Y./U.S.A. Patentansprüche:

1. Verfahren zum Bestimmen der tatsächlichen Schallimpedanz eines Probematerials, das im Aufbau und in der Zusammensetzung einem Referenzmaterial gleicht, welches eine bekannte Scha11impedanz hat, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Anlegen eines Wellenleiters an ein erstes Probematerial;

b) Schicken von Schallenergie durch den Wellenleiter zu dem ersten Probematerial, um ein Stehwellenmuster in dem Wellenleiter zu erzeugen;

c) Gewinnen einer ersten scheinbaren Scha11impedanz des ersten Probematerials auf der Basis des Stehwellenmusters gemäß b);

d) Gewinnen eines Korrekturfaktors auf der Basis der bekannten Schallimpedanz und der ersten scheinbaren Impedanz gemäß c);

e) Wiederholen der Schritte b) und c), aber mit Bezug auf ein zweites Probematerial, um eine zweite scheinbare Probeimpedanz zu gewinnen;

f) Bestimmen der tatsächlichen Impedanz des zweiten Probematerials gemäß e) als Funktion der zweiten scheinbaren Probeimpedanz gemäß e) und des Korrekturfaktos gemäß d).

2. Verfahren zum Messen der Schallimpedanz eines laminierten Materials unter Verwendung von Schallenergie, die sich durch einen akustischen Wellenleiter ausbreitet, wobei das laminierte Material einen Ersatzwellenleiter enthält, der in ihm definierbar ist und sich insgesamt in derselben Richtung wie der akustische Wellenleiter erstreckt, aber eine andere Querschnittsform und eine andere Querschnittsgröße als der akustische Wellenleiter hat, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Messen einer scheinbaren Impedanz des Materials durch eine Prozedur, die beinhaltet, den Wellenleiter an dem Material an einer Stelle anzulegen und ein Stehwellenmuster der Schallenergie innerhalb des Wellenleiters zu erzeugen;

b) Messen der tatsächlichen Impedanz des Materials an der Stelle gemäß a) durch eine Prozedur, die beinhaltet, ein abgetrenntes Stück des Materials in ein Impedanzrohr einzuführen und ein Stehwellenmuster innerhalb des Impedanzrohres zu erzeugen;

c) Berechnen eines Korrekturfaktors als Punktion der tatsächlichen und der scheinbaren Impedanz;

d) Messen einer scheinbaren Impedanz des Probematerials durch eine Prozedur, die beinhaltet, den Wellenleiter an das Probematerial anzulegen und ein Schallenergiestehwellenmuster innerhalb des Wellenleiters zu erzeugen ; und

e) Berechnen einer tatsächlichen Impedanz des Probematerials als Funktion des Korrekturfaktors und der scheinbaren Impedanz der Probe.

3. Verfahren, bei dem ein akustischer Wellenleiter benutzt wird, um die Schallimpedanz eines laminierten Probematerials zu messen, das Normal- und Querrichtungen hat, die darin definierbar sind, eine erste, akustisch harte, äussere Fläche sowie eine zweite äußere Fläche und eine innere Zellmatrix, so daß keine Begrenzung innerhalb der Matrix existiert, die

i) Wände der Zellen aufweist,

ii) sich in der Normalrichtung erstreckt,

iii) die Schallausbreitung in den Querrichtungen verringert und

iv) in Größe und Form der Querschnittsform des akustischen Wellenleiters gleicht,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Messen der tatsächlichen Schallimpedanz eines Referenzmaterials, das in Aufbau und Zusammensetzung dem Probematerial gleicht;

b) Messen der scheinbaren Schallimpedanz des Referenzmaterials, ohne aktive Maßnahmen zum Verringern der Querschallausbreitung zu ergreifen;

c) Gewinnen eines Korrekturfaktors auf der Basis der Werte der tatsächlichen und der scheinbaren Schallimpedanz gemäß einer vorbestimmten Formel;

d) Messen des scheinbaren Reflexionskoeffizienten des
Probematerials auf eine Weise, die der Messung gemäß
b) gleicht;

e) Bestimmen der tatsächlichen Schallimpedanz des Probematerials aus dem scheinbaren Reflexionskoeffizienten gemäß d) und dem Korrekturfaktor gemäß c) gemäß einer
vorbestimmten Formel.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturfaktor gemäß c) als ein Verhältnis der tatsächlichen Schallimpedanz des Referenzmaterials zu der gemäß b) gemessenen scheinbaren Schallimpedanz erhalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der tatsächliche Reflexionskoeffizient gemäß e) durch
Multiplizieren des scheinbaren Reflexionskoeffizienten gemäß d) mit dem Korrekturfaktor gewonnen wird.

6. Verfahren zum Messen der Schallimpedanz eines Materials, gekennzeichnet durch Kompensieren der Querschallausbreitung, die innerhalb des Materials erfolgt,durch:

a) Messen der tatsächlichen Scha11impedanz des Referenzmaterials, wobei die Messung die Verwendung einer Einrichtung zum Verringern der Querschallausbreitung innerhalb des Materials beinhaltet;

b) Messen einer scheinbaren Scha11impedanz des Referenzmaterials , wobei die Messung die NichtVerwendung einer Einrichtung zum Verringern der Querschallausbreitung innerhalb der Materialien beinhaltet;

c) Gewinnen eines Korrekturfaktors auf der Basis des tatsächlichen und des scheinbaren Reflexionskoeffizienten;

d) Wiederholen der Messung gemäß b), aber an dem Probematerial; und

e) Verknüpfen des Korrekturfaktors mit dem in b) gemessenen scheinbaren Reflexionskoeffizienten.