TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Kotschate, Daniel T1 - New technologies for air-coupled ultrasonic transducers N2 - Air-coupled ultrasonic testing (ACUT) has experienced rapid growth within the last years. It is especially well suited to inspection of lightweight structures consisting of composite materials and adhesive joints. Uniform coupling and easy maintenance are its advantages compared to contact technique. However, the impedance mismatch between the transducer and air poses a major challenge to the development of ACUT transducers. Commercially available air-coupled transducers consist of a piezocomposite material and matching layers. Their fabrication is difficult in handling and their signal-to-noise ratio sometimes not sufficient for various testing requirements. However, there are several innovative approaches using other materials and other physical principles to transmit and receive an ultrasonic pulse. We present a review of the latest advances in research on air-coupled transducers for non-destructive testing, including previously unpublished results. We recognize two major directions as most promising: ferroelectrets and thermoacoustic transducers. Ferroelectrets are charged cellular polymers exhibiting piezoelectric properties. Their small acoustic impedance is matched to air better than matching layers applied in conventional air-coupled transducers. Applying bias voltage to a ferroelectret receiver is the latest development in this field, which increased the received signal by 12 to 15 dB. Thermoacoustic transducers use heat to initiate an ultrasonic wave, acting as transmitters. The working principle is known from nature as thunder and lightning: thermal energy of an electrically heated material, which can also be air, is converted into acoustic energy. Some thermoacoustic transmitters consist of a conductive layer with a thickness in the nanometer range deposited on a solid substrate. Another possibility is to use an electric spark. For the first time, measurements of the sound field of an electric spark up to 500 kHz were performed. Thermoacoustic transducers enable excitation of extremely broadband pulses while producing high pressure levels, which opens new possibilities for advanced signal processing. T2 - 12th European conference on Non-Destructive Testing CY - Gothenburg, Sweden DA - 11.06.2018 KW - Air-coupled ultrasonic testing KW - Atmospheric pressure plasma KW - Cellular polypropylene KW - Ferroelectret KW - Transducer PY - 2018 SP - ECNDT-0608-2018, 1 EP - 9 AN - OPUS4-45209 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kotschate, Daniel A1 - Gaal, Mate A1 - Kersten, Holger T1 - Untersuchung der akustischen Eigenschaften von Plasmalautsprechern auf Basis einer dielektrischen gehemmten Oberflächenentladung (SDBD) N2 - Analog zu Blitz und Donner können elektrische Entladungen innerhalb eines Gasvolumens als akustische Quellen agieren und haben daher eine starke Verbreitung als diagnostische Methode (bspw. in der Raumakustik und bei der Ortung von Teilentladungen). Diese auf dem Prinzip der Thermoakustik beruhende Möglichkeit der Schallerzeugung und die damit verbundenen physikalischen Wechselwirkungen machen die Notwendigkeit einer mechanisch ausgelenkten Membran überflüssig. Dabei wird dem hochfrequenten Träger das Nutzsignal aufgeprägt, welches eine Volumenänderung des umliegenden Gases um seinen Ruhezustand verursacht. Durch die somit hervorgerufene zyklische thermische Wechselwirkung mit dem umliegenden Gasgemisch bedarf es daher ebenfalls keiner akustischen Anpassung. In den vorgestellten Ergebnissen wurde das Übertragungsverhalten eines Oberflächenplasmas (SDBD, surface dielectric barrier discharge) untersucht. Als Maß für den Wirkungsgrad und das Übertragungsverhalten des Aktuators wurden Klirrfaktor- und THD-Messungen und unter Variation der Eingangsleistungen durchgeführt. Durch die positiven akustischen Eigenschaften eröffnen sich neue Applikationen für den Einsatz von Plasmahochtönern wie bspw. zerstörungsfreie Werkstoffprüfung von Verbundsystemen und Klebeverbindungen im Automobilsektor oder im Bauwesen. T2 - DAGA - Jahrestagung für Akustik CY - Munich, Germany DA - 19.03.2018 KW - Atmospheric pressure plasma KW - Gas discharges KW - Surface dielectric barrier discharge KW - Plasma speaker PY - 2018 AN - OPUS4-44579 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kotschate, Daniel A1 - Hansen, L. A1 - Gaal, Mate A1 - Kersten, H. T1 - Acoustical analysis of DCSBD and MHC discharges N2 - Due to the multi-physical appearance of gas discharges the possibilities of interaction with their surrounding environment are very wide. Some of the most common applications are the surface or material modification and acting as an ion source for mass spectroscopy applications. Since atmosphere plasma generates a massive amount of thermal energy caused by collisions in the sheath, this temperature alternation is also able to produce acoustic waves in the ambient gas volume (as lightning and thunder), which is called thermoacoustic effect. This talk presents an overview of the experimental acoustic analysis of surface dielectric barrier and micro hollow cathode discharges. Regarding other methods of acoustic excitation, the thermoacoustic approach benefits of its massless working principle and the proper impedance matching. In addition to the characterisation, possible applications (e.g. plasma acoustic loudspeaker or transducer for air-coupled ultrasonic testing) concerning these discharge types are presented. T2 - DPG Frühjahrstagung (SAMOP) CY - Erlangen, Germany DA - 04.03.2018 KW - Gas discharges KW - Micro hollow cathode discharge KW - Surface dielectric barrier discharge KW - Atmospheric pressure plasma PY - 2018 AN - OPUS4-44443 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kotschate, Daniel T1 - Atmospheric pressure gas discharges and their acoustic emissions N2 - Overview about modelling, simulations and measurement of acoustic interactions caused by surface dielectric barrier discharges, micro hollow cathode discharges and plasma jets. T2 - Workgroup seminar on plasma physics and technology CY - Kiel, Germany DA - 25.10.2018 KW - Atmospheric pressure plasma KW - Gas discharges KW - Plasma acoustics KW - Plasma jet KW - Dielectric barrier discharge KW - Micro hollow cathode discharge PY - 2018 AN - OPUS4-46561 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kotschate, Daniel A1 - Gaal, Mate A1 - Kersten, Holger A1 - Hansen, Luka T1 - Plasma induced generation of acoustic waves N2 - Due to the multi-physical appearance of gas discharges the possibilities of interaction with their surrounding environment are very wide. Some of the most common applications are surface or material modification, light sources and electric propulsion. Since atmosphere pressure plasma generate a huge amount of thermal energy caused by collisions in the sheath, this temperature alternation is also able to produce acoustic waves in the ambient gas volume (as lightning and thunder). The plasma-chemical interaction provides the most significant Impact to the generated heat and electro-hydrodynamic force, detectable by acoustic sensors. This contribution gives an overview of experimental acoustic analysis of diffuse coplanar surface dielectric barrier discharges and provides a basic physical straight-forward model. In addition to the characterization, possible applications (e.g. plasma acoustic loudspeaker or transducer for air-coupled ultrasonic testing) concerning these discharge types are presented. T2 - DPG Frühjahrstagung (SMuK) CY - Munich, Germany DA - 17.03.2019 KW - Gas discharges KW - Atmospheric pressure plasma KW - Diffuse dielectric barrier discharges PY - 2019 AN - OPUS4-47595 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kotschate, Daniel A1 - Gaal, Mate T1 - Plasma-akustische Wechselwirkungen von Mikrohohlkathodenentladungen N2 - Während des Entladungsprozesses interagieren Mikrohohlkathodenentladungen (engl. micro hollow cathode discharges) durch verschiedenste physikalische Phänomene mit ihrer Umgebung. Analog zu Funken- und Koronaentladung treten neben den optischen Erscheinungen auch akustische Wechselwirkungen bis in den Ultraschallbereich auf. Diese Wechselwirkungen sind bisher jedoch nur selten Gegenstand der Forschung gewesen. Durch elektro-chemischen Prozesse und die Stromdichteverteilung während des Zündvorgangs erfährt das angrenzende Fluid eine, durch den thermoakustischen Effekt hervorgerufene, rapide Dichteänderung und erzeugt somit eine akustische Emission. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über den letzten Stand der akustischen Beschreibung der Mikrohohlkathode. Weiterhin wird anhand von Anwendungsbeispielen, wie der Charakterisierung von akustischen Sensoren, sowie der Nutzung innerhalb der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, die Nutzung dieser Entladungsart präsentiert. Darüber hinaus erlaubt die Kenntnis hinsichtlich der akustischen Eigenschaften der Entladung wichtige Rückschlüsse im Rahmen der Plasmadiagnostik. T2 - DAGA - Jahrestagung für Akustik CY - Rostock, Germany DA - 18.03.2019 KW - Micro hollow cathode discharge KW - Atmospheric pressure plasma KW - Acoustic emitter PY - 2019 AN - OPUS4-47601 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kotschate, Daniel A1 - Gaal, Mate T1 - Plasma-akustische Wechselwirkungen von Mikrohohlkathodenentladungen N2 - Während des Entladungsprozesses interagieren Mikrohohlkathodenentladungen (engl. micro hollow cathode discharges) durch verschiedenste physikalische Phänomene mit ihrer Umgebung. Analog zu Funken- und Koronaentladung treten neben den optischen Erscheinungen auch akustische Wechselwirkungen bis in den Ultraschallbereich auf. Diese Wechselwirkungen sind bisher jedoch nur selten Gegenstand der Forschung gewesen. Durch elektro-chemischen Prozesse und die Stromdichteverteilung während des Zündvorgangs erfährt das angrenzende Fluid eine, durch den thermoakustischen Effekt hervorgerufene, rapide Dichteänderung und erzeugt somit eine akustische Emission. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über den letzten Stand der akustischen Beschreibung der Mikrohohlkathode. Weiterhin wird anhand von Anwendungsbeispielen, wie der Charakterisierung von akustischen Sensoren, sowie der Nutzung innerhalb der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, die Nutzung dieser Entladungsart präsentiert. Darüber hinaus erlaubt die Kenntnis hinsichtlich der akustischen Eigenschaften der Entladung wichtige Rückschlüsse im Rahmen der Plasmadiagnostik. T2 - DAGA - Jahrestagung für Akustik CY - Rostock, Germany DA - 18.03.2019 KW - Micro hollow cathode discharge KW - Atmospheric pressure plasma PY - 2019 AN - OPUS4-47602 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kotschate, Daniel A1 - Gaal, Mate T1 - Plasma-akustische Wechselwirkungen von Mikrohohlkathodenentladungen N2 - Während des Entladungsprozesses interagieren Mikrohohlkathodenentladungen (engl. micro hollow cathode discharges) durch verschiedenste physikalische Phänomene mit ihrer Umgebung. Analog zu Funken- und Koronaentladung treten neben den optischen Erscheinungen auch akustische Wechselwirkungen bis in den Ultraschallbereich auf. Diese Wechselwirkungen sind bisher jedoch nur selten Gegenstand der Forschung gewesen. Durch elektro-chemischen Prozesse und die Stromdichteverteilung während des Zündvorgangs erfährt das angrenzende Fluid eine, durch den thermoakustischen Effekt hervorgerufene, rapide Dichteänderung und erzeugt somit eine akustische Emission. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über den letzten Stand der akustischen Beschreibung der Mikrohohlkathode. Weiterhin wird anhand von Anwendungsbeispielen, wie der Charakterisierung von akustischen Sensoren, sowie der Nutzung innerhalb der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, die Nutzung dieser Entladungsart präsentiert. Darüber hinaus erlaubt die Kenntnis hinsichtlich der akustischen Eigenschaften der Entladung wichtige Rückschlüsse im Rahmen der Plasmadiagnostik. T2 - 45. Jahrestagung für Akustik (DAGA 2019) CY - Rostock, Germany DA - 18.03.2019 KW - Micro hollow cathode discharge KW - Atmospheric pressure plasma PY - 2019 SP - 1049 EP - 1051 AN - OPUS4-47790 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kotschate, Daniel A1 - Gaal, Mate A1 - Kersten, H. T1 - Untersuchung der akustischen Eigenschaften von Plasmalautsprechern auf Basis einer dielektrischen gehemmten Oberflächenentladung (SDBD) N2 - Analog zu Blitz und Donner können elektrische Entladungen innerhalb eines Gasvolumens als akustische Quellen agieren und haben daher eine starke Verbreitung als diagnostische Methode (bspw. in der Raumakustik und bei der Ortung von Teilentladungen). Diese auf dem Prinzip der Thermoakustik beruhende Möglichkeit der Schallerzeugung und die damit verbundenen physikalischen Wechselwirkungen machen die Notwendigkeit einer mechanisch ausgelenkten Membran überflüssig. Dabei wird dem hochfrequenten Träger das Nutzsignal aufgeprägt, welches eine Volumenänderung des umliegenden Gases um seinen Ruhezustand verursacht. Durch die somit hervorgerufene zyklische thermische Wechselwirkung mit dem umliegenden Gasgemisch bedarf es daher ebenfalls keiner akustischen Anpassung. In den vorgestellten Ergebnissen wurde das Übertragungsverhalten eines Oberflächenplasmas (SDBD, surface dielectric barrier discharge) untersucht. Als Maß für den Wirkungsgrad und das Übertragungsverhalten des Aktuators wurden Klirrfaktor- und THD- Messungen und unter Variation der Eingangsleistungen durchgeführt. Durch die positiven akustischen Eigenschaften eröffnen sich neue Applikationen für den Einsatz von Plasmahochtönern wie bspw. zerstörungsfreie Werkstoffprüfung von Verbundsystemen und Klebeverbindungen im Automobilsektor oder im Bauwesen. T2 - 44. Jahrestagung für Akustik (DAGA 2018) CY - Munich, Germany DA - 19.03.2018 KW - Gas discharges KW - Atmospheric pressure plasma KW - Surface dielectric barrier discharge KW - Plasma speaker PY - 2018 SN - 978-3-939296-13-3 SP - 555 EP - 558 AN - OPUS4-44812 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kotschate, Daniel A1 - Gaal, Mate A1 - Kersten, H. T1 - Acoustic emission by self-organising effects of micro-hollow cathode discharges N2 - We designed micro-hollow cathode discharge prototypes under atmospheric pressure and investi-gated their acoustic characteristics. For the acoustic model of the discharge, we correlated the self-organisation effect of the current density distribution with the ideal model of an acoustic membrane. For validation of the obtained model, sound particle velocity spectroscopy was used to detect and analyse the acoustic emission experimentally. The results have shown a behaviour similar to the ideal acoustic membrane. Therefore, the acoustic excitation is decomposable into its eigenfrequencies and predictable. The model was unified utilising the gas exhaust velocity caused by the electrohydrodynamic force. The results may allow a contactless prediction of the current density distribution by measuring the acoustic emission or using the micro-discharge as a tunable acoustic source for specific applications as well. KW - Micro hollow cathode discharge KW - Atmospheric pressure plasma KW - Gas discharges KW - Plasma acoustics PY - 2018 U6 - https://doi.org/10.1063/1.5024459 SN - 0003-6951 VL - 112 IS - 15 SP - Article 154102, 1 EP - 4 PB - AIP Publishing AN - OPUS4-44659 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -