TY - JOUR A1 - Döring, Joachim A1 - Bartusch, Jürgen A1 - Gaal, Mate A1 - Kreutzbruck, Marc A1 - Erhard, Anton A1 - Bovtun, Viktor Petrovic T1 - Ferroelektret-Prüfköpfe für die zerstörungsfreie Prüfung mit Luftultraschall N2 - Für die luftgekoppelte Ultraschall-Prüfung wird der Prototyp eines neuartigen Prüfkopfes vorgestellt. Statt eines piezokeramischen Ultraschall-Wandlers mit einer λ/4-Anpassschicht wird eine Ferroelektret-Folie aus schaumförmigem Polypropylen eingesetzt. Durch die außerordentlich geringe akustische Impedanz der Folie reduzieren sich die Reflexionsverluste an den Grenzschichten zur Luft so stark, dass bei diesem Prüfkopf auf eine λ/4-Anpassschicht verzichtet werden kann. Außerdem ist die Folie hochspannungsfest. Sie konnte mit Spannungen von mehr als 3500 V angesteuert werden und erlaubte eine Vorspannung am Ultraschall-Wandler des Empfangsprüfkopfes von 2000 V. Mithilfe der hohen Anregungsspannung stieg die Amplitude des akustischen Prüfimpulses auf das 11,2-Fache. Die Empfindlichkeit des Empfängers erhöhte sich durch die Vorspannung weiter um den Faktor 4,3. Insgesamt steigt die Amplitude am Empfänger also auf das 48-Fache, bei gleichbleibendem Rauschpegel. Ein abschließender Vergleich mit kommerziellen Luftultraschall-Prüfköpfen belegt die Überlegenheit der Folien-Prüfköpfe. Damit rückt der Einsatz einer vollwertigen Impuls-Echo-Technik auch bei der luftgekoppelten Ultraschallprüfung deutlich näher. KW - Prüfkopf KW - Ferroelektret KW - Luftultraschall KW - Zerstörungsfreie Prüfung PY - 2013 SN - 0025-5300 VL - 55 IS - 2 SP - 96 EP - 102 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-27778 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Döring, Joachim A1 - Bartusch, Jürgen A1 - Lange, Thorid A1 - Hillger, W. A1 - Brekow, Gerhard A1 - Kreutzbruck, Marc T1 - Ferroelectret transducers for air-coupled ultrasonic testing of fiber-reinforced polymers N2 - Ferroelectrets are promising materials for air-coupled ultrasonic transducers. A transducer made of polarized cellular polypropylene, including its electronic interface, was developed and compared with conventional air-coupled probes. Test pieces of fiber-reinforced polymer containing impact flaws and flat-bottom holes were inspected in transmission. The ferroelectret transducers achieved a considerably higher signal-to-noise ratio. The impacts were clearly visible with all transducers, but less noisy with ferroelectret transducers. The flat-bottom holes were better detectable than with a conventional probe with about the same focus size. T2 - 39th Annual review of progress in quantitative nondestructive evaluation CY - Denver, Colorado, USA DA - 15.07.2012 KW - Air-coupled ultrasound KW - Transducer KW - Ferroelectret PY - 2013 SN - 978-0-7354-1129-6 DO - https://doi.org/10.1063/1.4789224 SN - 0094-243X SN - 1551-7616 N1 - Serientitel: AIP conference proceedings – Series title: AIP conference proceedings VL - 1511 SP - 1534 EP - 1540 AN - OPUS4-27747 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Bartusch, Jürgen A1 - Daschewski, Maxim A1 - Dohse, Elmar A1 - Köppe, Enrico A1 - Weise, Matthias A1 - Hillger, W. A1 - Kreutzbruck, Marc T1 - Schwingverhalten des Ferroelektret-Senders für Luftultraschall N2 - Beim Bau von Ultraschallwandlern für luftgekoppelte Prüfung ist auf die Anpassung der akustischen Impedanz des Wandlers besonders zu achten. Die herkömmlichen Ultraschallwandler für luftgekoppelte Prüfung bestehen aus einer piezoelektrischen Keramik und mehreren Anpassschichten. Ihre Herstellung ist allerdings sehr anspruchsvoll. Daher wurden Ferroelektrete als piezoaktive Materialien für Wandler erprobt. Ferroelektrete sind zelluläre polarisierte Polymere, die ferroelektrische und piezoelektrische Eigenschaften aufweisen. Insbesondere polarisiertes zelluläres Polypropylen hat sich als gutes Wandlermaterial erwiesen. Durch seine außergewöhnlich niedrige akustische Impedanz von 0,028 MRayl lässt sich der Einbau einer Anpassschicht vermeiden. Wegen eines außergewöhnlich niedrigen Elastizitätsmoduls im MPa-Bereich kommt es zu einer erheblichen Dickenänderung des Ferroelektret-Senders durch die elektrostatische Anziehungskraft zwischen den Elektroden. Dieser Beitrag zur Dickenänderung wird als elektrostriktiver Effekt bezeichnet. Er wächst mit dem Quadrat der Anregungsspannung, so dass er für Spannungen über 1kV sogar größer ist als der piezoelektrische Effekt. Es wurden Luftultraschall-Sender und -Empfänger aus zellulärem Polypropylen entwickelt. In diesem Beitrag werden die Schwingungen des Senders vorgestellt. Sie wurden mittels Laser-Doppler-Vibrometrie in der Abhängigkeit von dem Anregungsimpuls mit Spannungen bis 2kV vermessen. Die Messergebnisse wurden mit einem einfachen physikalischen Model ausgewertet, mit dessen Hilfe die piezoelektrischen und elektrostriktiven Effekte auseinander gehalten werden. Es wurde ein effektiver Schalldruck über 140 dB direkt am Wandler gemessen. T2 - DGZfP-Jahrestagung 2013 CY - Dresden, Germany DA - 06.05.2013 KW - Luftultraschall KW - Wandler KW - Ferroelektret KW - Zelluläres Polypropylen KW - Elektrostriktion PY - 2013 SN - 978-3-940283-49-8 IS - Mo.3.B.4 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-28651 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Döring, Joachim A1 - Stark, Wolfgang A1 - Mc Hugh, Jarlath A1 - Bartusch, Jürgen T1 - Ultrasound on-line cure monitoring for industrial applications N2 - In recent years eure monitoring with ultrasonic methods became more important. An on-line measurement System for industrial applications is presented in this paper. It operates in through-transmission and the measured parameters are the sound velocity and the attenuation of the sound wave. An objective of this paper is to establish the ränge of possible applications for an ultrasonic eure monitoring System. KW - Ultrasonic monitoring KW - Cure process KW - Composite material KW - Process controlling PY - 2000 SN - 0963-6935 PB - Woodhead Publ. CY - Cambridge AN - OPUS4-1061 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Döring, Joachim A1 - Stark, Wolfgang A1 - Mc Hugh, Jarlath A1 - Bartusch, Jürgen A1 - Fengler, Petra T1 - Rheologische und akustische Bestimmung der Fließ-Härtungseigenschaften von Injektionsharzen N2 - Zusammenfassung Der Ausgangspunkt für diese Arbeiten ist eine in [1] beschriebene Ultraschall-(US)-Sensorik zur Aushärtungskontrolle. Sie wurde für rieselfähige Formmassen entwickelt [2,3]. Darauf aufbauend ist es das Ziel der vorliegenden Arbeit, die Voraussetzungen für den Einsatz dieser Sensorik beim Harzinjektionsverfahren zu schaffen und ihre Kalibrierung durch rheologische und DSC-Messungen zu ermöglichen. Der erste Teil des Beitrages beschäftigt sich mit dem technologischen Ablauf des Harzinjektionsverfahren und den Einsatzmöglichkeiten der US-Sensorik bei dieser Technologie. Ergebnisse von Schallgeschwindigkeits- und Dämpfungsmessungen für EP-Harze werden vorgestellt. Im zweiten Teil wird auf das Kalibrieren der US-Sensorik für den Verarbeiter eingegangen. Es kann mittels der bisherigen Prozessführung oder durch Vergleich mit den Ergebnissen anderer Mess-Verfahren wie Rheometer- oder Differential-Scanning-Calerometry-(DSC)-Messungen erfolgen. T2 - Jahrestagung Zerstörungsfreie Materialprüfung 2002 CY - Weimar, Deutschland DA - 2002-05-06 KW - Ultraschall KW - Harzinjektionsverfahren KW - RTM KW - Prozesskontrolle KW - Aushärtung PY - 2002 UR - http://www.ndt.net/article/dgzfp02/papers/v51/v51.htm SN - 3-931381-39-0 N1 - Serientitel: Berichtsband / Deutsche Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung e. V. – Series title: Berichtsband / Deutsche Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung e. V. IS - 80-CD PB - DGZfP CY - Berlin AN - OPUS4-1913 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Gaal, Mate A1 - Caldeira, Rui A1 - Bartusch, Jürgen A1 - Schadow, Florian A1 - Vössing, Konrad A1 - Kupnik, M. T1 - Air-coupled ultrasonic ferroelectret receiver with additional bias voltage N2 - High sensitivity is an important requirement for air-coupled ultrasonic sensors applied to materials testing. With a lower acoustic impedance than any piezoelectric material, charged cellular polypropylene (PP) offers better matching to air with a similar piezoelectric coefficient. The piezoelectric properties of charged cellular PP originate from their polarization, creating permanent internal voltage. The sensitivity of the sensor can be increased by applying additional dc bias voltage, as it has been done already for transmitters. This work presents the first ultrasonic sensor based on charged cellular PP including a high-voltage module providing dc bias voltage up to 2 kV. This bias voltage led to an increase in the signal-to-noise ratio of up to 15 ± 1 dB. The measurement of the received signal depending on the applied bias voltage is proposed as a new method of determining the internal voltage of ferroelectrets. The sensor combined with a cellular PP transmitter was applied to nondestructive testing of a rotor blade segment and glued-laminated timber, enabling imaging of the internal structure of these specimens with a thickness around 4 cm. KW - Acoustic sensors KW - Ferroelectret KW - Nondestructive testing KW - Ultrasonic imaging KW - Ultrasonic transducers PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1109/TUFFC.2019.2925666 SN - 0885-3010 SN - 1525-8955 VL - 66 IS - 10 SP - 1600 EP - 1605 PB - IEEE AN - OPUS4-49131 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Dohse, Elmar A1 - Bartusch, Jürgen A1 - Kreutzbruck, Marc T1 - Luftultraschallprüfung von CFK mit planaren und fokussierenden Wandlern N2 - Für die Prüfung von Leichtbaustrukturen ist in den letzten Jahren ein vermehrter Einsatz der Luftultraschallprüfung zu verzeichnen. Insbesondere eignet sich Luftultraschall für die Prüfung von Faserkunststoffverbunden und hybrider Werkstoffverbunde, die ihre Anwendung in der Automobilindustrie und Luftfahrt finden. Für den Bau von marktüblichen Luftultraschall-Wandlern werden Piezokomposite mit Anpassschichten versehen. Ihre Herstellung ist allerdings sehr anspruchsvoll und die erreichbaren Signal-Rausch-Abstände sind für viele Prüfprobleme als noch nicht ausreichend einzustufen. Zwecks gesteigerter Effizienz beim Schallübertrag in die Luft wurden Luftultraschall-Sender und -Empfänger aus zellulärem Polypropylen entwickelt. Dieses piezoelektrische Material ist aufgrund seiner geringer Dichte und seiner sehr geringen Schallgeschwindigkeit an die niedrige akustische Impedanz der Luft deutlich besser angepasst, als die üblicherweise verwendeten Anpassschichten. Letztere können bei Polypropylen-Wandlern daher gänzlich vermieden werden. In diesem Beitrag wird Luftultraschall-Prüfung an zwei verschiedenen CFK-Testkörpern vorgestellt: an einer Platte mit T-Stringern aus dem Seitenleitwerk eines Flugzeugs und an einer Platte mit künstlich eingebrachten Fehlern. Es wurde mit unterschiedlichen planaren und fokussierenden Wandlern geprüft. Marktübliche Wandler mit Anpassschichten wurden mit den selbstentwickelten Wandlern aus zellulärem Polypropylen verglichen. Der Signal-Rausch-Abstand und die laterale Auflösung wurden sowohl im Prüfaufbau mit senkrechter Einschallung als auch mit Schrägeinschallung gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Schrägeinschallung zwar den Signal-Rauschabstand erhöht, aber die laterale Auflösung verschlechtern kann. T2 - DACH Jahrestagung 2015 CY - Salzburg, Austria DA - 11.05.2015 PY - 2015 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-349751 UR - http://jt2015.dgzfp.de/Portals/jt2015/BB/mi1a3.pdf SP - Mi.1.A.3-1 EP - Mi.1.A.3-9 PB - Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP) CY - Berlin AN - OPUS4-34975 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Daschewski, Maxim A1 - Bartusch, Jürgen A1 - Schadow, Florian A1 - Dohse, Elmar A1 - Kreutzbruck, Marc A1 - Weise, Matthias A1 - Beck, Uwe T1 - Novel air-coupled ultrasonic transducer combining the thermoacoustic with the piezoelectric effect N2 - In recent years, there has been an increasing industrial demand for one-sided inspection of various structures by means of air-coupled ultrasonic technique. Lightweight structures based on carbon-fibre-reinforced polymers may have very complex shapes, making air-coupled transmission difficult or even impossible. The inspection of concrete structures is another example where one-sided inspection is required. To address these challenges a new type of transducer for air-coupled pulse-echo inspection was developed, which unites two principles: thermoacoustic emission and piezoelectric reception. The thermoacoustic emitter is a titanium electrode with a thickness of several tens of nanometer. This electrode was deposited onto charged cellular polypropylene, which serves as a piezoelectric receiver. The thermoacoustic transmission is based on a transformation of the thermal energy of an electrically heated electrode into the acoustic energy of an ultrasonic wave. Thermoacoustic emitters provide resonance-free behaviour and thus extremely broadband pulses. Charged cellular polypropylene is piezoelectric due to the polarization of its cells and it is well matched to air, with a Young modulus in the order of magnitude of MPa. In this contribution we present some pulse-echo measurements with the first prototypes of the combined thermoacoustic-piezoelectric transducer. T2 - World Conference of Non-Destructive Testing CY - Munich, Germany DA - 13.6.2016 KW - Thermoacoustic KW - Piezoelectric KW - Ultrasonic transducer KW - Ferroelectret PY - 2016 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-367151 VL - 158 SP - Mo.1.F.4, 1 EP - 6 AN - OPUS4-36715 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schadow, Florian A1 - Gaal, Mate A1 - Bartusch, Jürgen A1 - Dohse, E. A1 - Köppe, Enrico T1 - Focusing air-coupled ultrasonic transducers based on ferroelectrets N2 - Rising importance of composite lightweight structures in aircraft and automobile industries increases the demand on reliable non-destructive testing methods for these structures. Air-coupled ultrasonic testing emerged to suit these requirements as it does not require any liquid coupling medium. In conventional air-coupled ultrasonic transducers, matching layers are used in order to decrease the impedance mismatch between transducer and air. Matching layers can be omitted by using ferroelectrets, which are charged cellular polymers having ferroelectric and piezoelectric properties. Especially a low Young’s modulus, low density and low sound velocity of cellular polypropylene (cPP) are properties being required for well-matched air-coupled ultrasonic transducers. In our contribution we show recent enhancements of cPP transducers resulting in focused sound fields and thus improved lateral sensitivity. The influence of different transmitter apertures was evaluated using measurements of the emitted sound field. Further we show a transmission of a test specimen of carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP) containing artificial damages. Results of focused transducers were compared to planar ferroelectret transducers, as well as to conventional air-coupled transducers. T2 - 19th World Conference on Non-Destructive Testing 2016 CY - München, Germany DA - 13.06.2016 KW - Air-coupled ultrasonic testing KW - Ferroelectrets KW - Cellular polypropylene KW - Focused sound fields KW - Focused transducers PY - 2016 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-355116 UR - http://www.ndt.net/search/docs.php3?showForm=off&id=19453 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-35511 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Caldeira, Rui A1 - Bartusch, Jürgen A1 - Kupnik, M. T1 - Air-coupled ultrasonic ferroelectret receiver with additional DC voltage N2 - Highly sensitive air-coupled ultrasonic sensors are essential for various applications such as testing of composite materials. One of the major challenges for the development of air-coupled ultrasonic sensors is the impedance matching to air. With a lower acoustic impedance than the usual piezoelectric materials, charged cellular polypropylene film (cPP) offers better matching to air with a similar piezoelectric coefficient. The piezoelectric behaviour demonstrated by cPP comes from polarized air cells that create a permanent internal voltage. The sensitivity of the sensor varies with the application of an additional DC bias voltage. Thus, this work presents a cPP ultrasonic sensor with an improvement of up to 15 ± 1 dB on the signal-to-noise ratio. T2 - Eurosensors 2017 CY - Paris, France DA - 3.9.2017 KW - Ultrasonic KW - Air-coupled KW - Cellular polypropylene KW - Transducer KW - Ferroelectret PY - 2017 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-419009 DO - https://doi.org/10.3390/proceedings1040362 VL - 1 IS - 4 SP - Article 362, 1 EP - 4 AN - OPUS4-41900 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -