TY - JOUR A1 - Gaal, Mate A1 - Wernicke, Pascal T1 - Improved air-coupled ultrasonic transmission using pulse compression N2 - Air-coupled ultrasonic testing avoids contamination and reduces maintenance costs, but suffers from poor signal-to-noise ratio (SNR) due to impedance mismatch. Rather than developing new transducers, this study improves SNR through signal processing by adapting pulse compression from radar.We propose a method using unipolar square pulses to make pulse compression compatible with non-linear transducers such as ferroelectrets and thermoacoustic emitters. Instead of relying on analytical models, a reference transmission measurement served as the matched filter, simplifying implementation and ensuring adaptability across transducer types. We evaluated unipolar coded excitation and pulse compression on ultrasonic transmission through a 25mm polyvinyl chloride plate, varying code length and pulse delay. Significant SNR gains were observed across transducers, particularly with longer delays. These results confirm that pulse compression enhances peak localization and supports testing under low-SNR conditions. Further experiments showed that pulse compression remains effective despite side lobe overlap and noise, provided the pulse delay is chosen appropriately. Although SNR prediction is limited by electrical and acoustic interference, the method consistently improves detection. Overall, the results demonstrate the feasibility of unipolar excitation coding for pulse compression in air-coupled ultrasonic testing, with practical value for thick or attenuating materials. KW - Air-coupled ultrasound KW - Coded excitation KW - Pulse compression KW - Transducers PY - 2026 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-655005 DO - https://doi.org/10.1109/OJUFFC.2026.3659047 SN - 2694-0884 VL - 6 SP - 9 EP - 16 PB - Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) AN - OPUS4-65500 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Gaal, Mate A1 - Álvarez-Arenas, Tomás Gómez T1 - Guest Editorial: Special Section on Air-Coupled Ultrasound N2 - Air-coupled ultrasound is a challenging field dominated by the drastic impedance mismatch between air and all condensed matter, the low ultrasound velocity in the air, and the rapidly increasing attenuation with frequency. The seven articles included in this special section showcase the diversity of current research on air-coupled ultrasound. All contributions in this special section are application-oriented, demonstrating the readiness of air-coupled ultrasound technologies to address real-world challenges. Whether it’s ensuring food safety, supporting heritage conservation, optimizing industrial inspection, or enabling in-field biological measurements, the practical relevance of these studies makes this section particularly valuable for both researchers and industry professionals. KW - Air-coupled ultrasound KW - Transducers KW - Non-destructive testing PY - 2026 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-655041 DO - https://doi.org/10.1109/OJUFFC.2026.3656857 SN - 2694-0884 VL - 6 SP - 1 EP - 2 PB - Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) AN - OPUS4-65504 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Dengiz, Nizametin A1 - Fuchs, Martin A1 - Gaal, Mate A1 - Gautzsch, Tobias A1 - Herzog, Thomas A1 - Kornely, Mike A1 - Littner, Linus A1 - Marhenke, Torben A1 - Schmid, Simon A1 - Sommerhuber, Ryan A1 - Steinhausen, Ralf A1 - Szewieczek, Artur A1 - Wachter, Luis A1 - Waschkies, Thomas A1 - Wunderl, Stefan T1 - Leitfaden zur Durchführung von luftgekoppelter Ultraschallprüfung N2 - Die Anwendungsgebiete der luftgekoppelten Ultraschallprüfung (ACUT) können sehr vielfältig sein und weichen häufig stark von den Einsatzgebieten der klassischen Ultraschallprüfung ab. Vielmehr ist die ACUT eine eigenständige Methode, welche sich häufig eher mit Röntgen oder Thermografie überschneidet oder Prüfungen ermöglicht, die bis heute gar nicht verlässlich zerstörungsfrei durchgeführt werden können. Obwohl die luftgekoppelte Ultraschallprüfung mittlerweile keine neue Technologie ist, bleibt sie im Vergleich zu anderen Verfahren der ZfP ein Randgebiet unter den Methoden. Dies kommt nicht zuletzt dadurch zustande, dass es an Normen, Fachbüchern und Ausbildungsmöglichkeiten für interessierte Prüfer und Prüfaufsichten mangelt. Dies schafft für viele Anwendungsgebiete eine Einstiegshürde, welche die häufigere Anwendung verhindert. Aus diesen Gründen haben sich Experten aus Forschungseinrichtungen und aus der Industrie entschieden, einen Unterausschuss „Luftgekoppelte Ultraschallprüfung“ (ACUT) als Teil des Fachausschusses Ultraschallprüfung der DGZfP einzurichten und dort diese Themen zu bearbeiten. Es wurde beschlossen, einen Leitfaden zu erarbeiten, der interessierten Anwendern den Einstieg in ACUT erleichtert und eine Hilfestellung bei der Spezifikation und Umsetzung von solchen Prüfungen gibt. Das vorliegende Dokument ist das Ergebnis dieser Zusammenarbeit. KW - Luftgekoppelter Ultraschall KW - Ultraschallprüfung KW - Leitfaden PY - 2025 UR - https://publikationen.dgzfp.de/shop/leitfaden-zur-durchfuehrung-von-luftgekoppelter-ultraschallpruefung/ SN - 978-3-947971-45-9 VL - Richtlinie ACUT SP - 1 EP - 28 PB - Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP) CY - Berlin ET - Ausgabe Januar 2025 AN - OPUS4-62491 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Focussed sound field of thermoacoustic transmitters N2 - The thermoacoustic effect offers a method for selectively exciting broadband and focused ultrasonic waves, which can be utilized in air-coupled ultrasonic testing of lightweight components that might otherwise sustain damage from liquid couplants. Thermoacoustic transmitters are composed of an electrically conductive layer deposited on an insulating substrate. When electrical pulses are applied, the conductive layer heats, briefly warming the adjacent air and inducing thermal expansion, which generates an acoustic wave. In testing applications, the thermoacoustic transmitter is positioned at the focal distance to the structure under examination, where the resolution of the resulting ultrasonic image is influenced by the focus diameter. To optimize imaging resolution, understanding the focusing characteristics of thermoacoustic transmitters is essential. In this study, thermoacoustic transmitters with an indium tin oxide (ITO) layer on a quartz glass substrate were developed. Geometrical parameters, including substrate curvature and conductive layer thickness, along with electrical excitation parameters, were systematically varied to investigate their impact on the sound field up to approximately 1 MHz. The results indicate that, among the parameters studied, substrate curvature exerts the most significant influence on the sound field. T2 - DAS-DAGA Tagung CY - Copenhagen, Denmark DA - 17.03.2025 KW - Air-coupled ultrasound KW - Thermoacoustic transmitter KW - Focussed transducer PY - 2025 AN - OPUS4-63093 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Ahmadzadeh, Majid A1 - Weise, Matthias T1 - Focussed sound field of thermoacoustic transmitters N2 - The thermoacoustic effect offers a method for selectively exciting broadband and focused ultrasonic waves, which can be utilized in air-coupled ultrasonic testing of lightweight components that might otherwise sustain damage from liquid couplants. Thermoacoustic transmitters are composed of an electrically conductive layer deposited on an insulating substrate. When electrical pulses are applied, the conductive layer heats, briefly warming the adjacent air and inducing thermal expansion, which generates an acoustic wave. In testing applications, the thermoacoustic transmitter is positioned at the focal distance to the structure under examination, where the resolution of the resulting ultrasonic image is influenced by the focus diameter. To optimize imaging resolution, understanding the focusing characteristics of thermoacoustic transmitters is essential. In this study, thermoacoustic transmitters with an indium tin oxide (ITO) layer on a quartz glass substrate were developed. Geometrical parameters, including substrate curvature and conductive layer thickness, along with electrical excitation parameters, were systematically varied to investigate their impact on the sound field up to approximately 1 MHz. The results indicate that, among the parameters studied, substrate curvature exerts the most significant influence on the sound field. T2 - DAS-DAGA Tagung CY - Kopenhagen, Danmark DA - 17.03.2025 KW - Air-coupled ultrasound KW - Thermoacoustic transmitter KW - Focussed transducer PY - 2025 SP - 1 EP - 4 AN - OPUS4-63092 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - New technologies for air-coupled ultrasonic testing N2 - This presentation opens the topic with the basics of air-coupled ultrasonic testing and presents various types of transducer technologies which are used in this field: ferroelectret transducers, thermoacoustic emitters, optical methods of detection of ultrasound and plasma-acoustic emitters. T2 - Seminar "Zerstörungsfreie Prüfung" CY - Online meeting DA - 26.6.2025 KW - Air-coupled ultrasound KW - Thermoacoustic transmitter KW - Ferroelectret KW - Plasma KW - Optical detection of ultrasound PY - 2025 AN - OPUS4-64079 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Leitfaden zur Luftgekoppelten Ultraschallprüfung – praxisnahe Entscheidungshilfe N2 - Die luftgekoppelte Ultraschallprüfung (ACUT) gewinnt zunehmend an Bedeutung, insbesondere bei Leichtbaukomponenten, die durch flüssige Koppelmittel beschädigt werden könnten. ACUT unterscheidet sich in mehreren Aspekten von der herkömmlichen Kontakt-Ultraschallprüfung, weshalb bestehende Normen und Richtlinien sowie Erfahrungen aus der Kontakttechnik nicht direkt übertragbar sind. Im Rahmen der Gremienarbeit bei der DGZfP wurde daher eine Leitlinie entwickelt, die bei der Anwendung und Entscheidungsfindung anschaulich und praxisnah Hilfestellung bietet. Sie beschreibt ausführlich, wie eine ACUT-Prüfung durchzuführen ist und für welche Bauteile sie sich eignet. Die Zielgruppen sind Unternehmen der Luftfahrt-, Automobil- und Bauindustrie sowie Hersteller von Ultraschallgeräten und Dienstleistende, die ACUT anwenden. Der Leitfaden soll die Akzeptanz dieses Verfahrens in der Industrie fördern und den Weg zu einer breiteren Anwendung ebnen. T2 - DGZfP-Jahrestagung CY - Berlin, Germany DA - 26.05.2025 KW - Luftgekoppelter Ultraschall KW - Leitfaden KW - Zerstörungsfreie Prüfung PY - 2025 AN - OPUS4-63471 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Solodov, Dmitry A1 - Nazari, Narges A1 - Gaal, Mate A1 - Kersten, Holger T1 - Exploring the Potential of Plasma Microhollow Cathode Transducers for Air-Coupled Ultrasonic Non-Destructive Testing N2 - This study examines the feasibility of using Microhollow Cathode (MHC) plasma transducers as contactless, broadband sources for air-coupled ultrasonic nondestructive testing (NDT). To improve the detection of small or weakly bonded defects, the approach integrates Local Defect Resonance (LDR), which amplifies flaw responses at their natural vibrational frequencies. T2 - ICU2025 - International Congress on Ultrasonics 2025 CY - Paderborn, Germany DA - 21.09.2025 KW - Microhollow cathodes KW - NDT KW - LDR KW - Air-coupled ultrasound PY - 2025 SP - 1 EP - 4 AN - OPUS4-64738 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Dengiz, Nizamettin A1 - Fuchs, Martin A1 - Gaal, Mate A1 - Gautzsch, Tobias A1 - Herzog, Thomas A1 - Kornely, Mike A1 - Littner, Linus A1 - Marhenke, Torben A1 - Schmid, Simon A1 - Sommerhuber, Ryan A1 - Steinhausen, Ralf A1 - Szewieczek, Artur A1 - Wachter, Luis A1 - Waschkies, Thomas A1 - Wunderl, Stefan ED - Gaal, Mate T1 - Guideline to performing air-coupled ultrasonic testing N2 - The areas of application of air-coupled ultrasonic testing (ACUT) can be very diverse and often differ greatly from the areas of application of classic ultrasonic testing. In fact, ACUT is an independent method that often overlaps with X-ray or thermography or enables tests that cannot yet be reliably performed non-destructively. Although air-coupled ultrasonic testing is not a new technology, it remains a rarely used method compared to other NDT methods. This is not least due to the lack of standards, specialised books and training opportunities for interested inspectors and inspection supervisors. This creates a barrier to entry for many areas of application, which prevents more frequent use. For these reasons, experts from research institutes and industry have decided to set up an "Air-Coupled Ultrasonic Testing" (ACUT) sub-committee as part of the DGZfP's Ultrasonic Testing Technical Committee to work on these topics. It was decided to draw up a guideline to make it easier for interested users to get started with ACUT and to provide assistance with the specification and implementation of such tests. This document is the result of this co-operation. KW - air-coupled ultrasound KW - guideline KW - non-destructive testing PY - 2025 SP - 1 EP - 28 CY - Berlin AN - OPUS4-64847 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Mikrohohlkathoden als Plasmaaktuatoren für luftgekoppelte Ultraschallprüfung N2 - Plasmabasierte Mikrohohlkathoden-Ultraschallwandler stellen einen innovativen Ansatz für die luftgekoppelte zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) dar. Sie zeichnen sich durch die Fähigkeit aus, Ultraschallwellen über ein breites Frequenzspektrum anzuregen. Durch die Nutzung ionisierter Gase als Medium zur Schallerzeugung ermöglichen diese Wandler eine effiziente, kontaktlose Prüfung – ganz ohne Koppelmittel. Diese Voruntersuchung widmet sich der grundlegenden Charakterisierung des physikalischen Verhaltens und der Leistungsfähigkeit von Mikrohohlkathoden (MHC) als potenzielle Ultraschallquellen für ZfP-Anwendungen. Zu diesem Zweck wurden mehrere MHC-Wandler mit unterschiedlichen Geometrien hergestellt und hinsichtlich ihrer akustischen Eigenschaften untersucht. Die elektrische Anregung der MHC erfolgt über einen Pulsfunktionsgenerator, ergänzt durch eine Hochspannungsquelle zur Erzeugung der für die Plasmaentladung notwendigen Energie. Verschiedene Anregungsparameter wurden systematisch variiert, um optimale Betriebsbedingungen zu identifizieren. Die resultierenden Schallimpulse wurden mit einem Laservibrometer sowie optischen Mikrofonen auf Basis eines Fabry-Pérot-Resonators aufgezeichnet. Erste Ergebnisse zeigen, dass die Wandler breitbandige Ultraschallspektren erzeugen können und damit vielversprechende Ansätze für die Materialcharakterisierung und Fehlerdetektion bieten. Obwohl sich die Technologie noch im Entwicklungsstadium befindet, zeigen die bisherigen Befunde das Potenzial der MHC-Wandler für den Einsatz in zukünftigen luftgekoppelten Prüfsystemen. Weitere Arbeiten zielen auf eine Optimierung des Wandlerdesigns zur Effizienzsteigerung und auf die Integration in praxistaugliche Prüfumgebungen. T2 - Seminar des FA Ultraschallprüfung CY - Schweinfurt, Germany DA - 04.11.2025 KW - Mikrohohlkathoden KW - Ultraschallwandler KW - Luftankopplung KW - Plasma PY - 2025 AN - OPUS4-64846 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Air-coupled ultrasonic transmission using thermoacoustic transmitters and optical microphones N2 - Background, Motivation and Objective Air-coupled ultrasonic transducers are usually applied for testing of some lightweight components. To increase the bandwidth or air-coupled testing systems and thus increase their application range, thermoacoustic transducers can be paired with optical microphones in a transmission mode. Thermoacoustic transmitters are based on the thermal excitation of sound waves, while optical microphones are based on laser interferometry and Fabri-Pérot etalon. We studied the spectrum and the efficiency of the transmission of an air gap using a thermoacoustic transmitter and an optical microphone. Statement of Contribution/Methods Thermoacoustic transmitters with an electrically conductive layer of indium tin oxide (ITO) on a curved quartz glass substrate were developed. Their sound field was measured using a commercially available optical microphone Eta450 Ultra based on Fabri-Perot etalon. The curvature and the conductive layer thickness of the thermoacoustic transmitter were systematically varied to investigate their impact on the sound field and the spectrum of the measured signal for frequencies up to 1 MHz. The transmitters were excited using rectangular burst signals with a varied width. We examined the influence of all parameters on the focusing, spectrum, and sensitivity. The directivity of the microphone was evaluated as well. Results/Discussion The focusing of the sound fields of all transmitters most strongly depends on the curvature radius of the substrate. The spectrum recorded in the focus of each transducer has several maxima and minima, as shown in the left-hand diagram, which are mostly a consequence of the irregularities of the microphone spectrum. These irregularities are visible also in the directivity diagram on the right, which was recorded by rotating the microphone. The 20 dB bandwidth of the measurement system covers the range up to about 1 MHz, depending strongly on the width of the excitation pulse (left-hand diagram). This highlights a key advantage of thermoacoustic transmitters: their spectral characteristics can be controlled through the excitation conditions, offering a potentially broader range of applications compared to conventional air-coupled transmitters. One promising example is localized ultrasound spectroscopy based on the detection of local resonances. T2 - IEEE International Ultrasonic Symposium CY - Utrecht, The Netherlands DA - 15.09.2025 KW - Air-coupled ultrasound KW - Thermoacoustic transmitter KW - Sound field PY - 2025 AN - OPUS4-64540 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Ahmadzadeh, Majid A1 - Weise, Matthias T1 - Air-coupled ultrasonic transmission using thermoacoustic transmitters and optical microphones N2 - Background, Motivation and Objective Air-coupled ultrasonic transducers are usually applied for testing of some lightweight components. To increase the bandwidth or air-coupled testing systems and thus increase their application range, thermoacoustic transducers can be paired with optical microphones in a transmission mode. Thermoacoustic transmitters are based on the thermal excitation of sound waves, while optical microphones are based on laser interferometry and Fabri-Pérot etalon. We studied the spectrum and the efficiency of the transmission of an air gap using a thermoacoustic transmitter and an optical microphone. Statement of Contribution/Methods Thermoacoustic transmitters with an electrically conductive layer of indium tin oxide (ITO) on a curved quartz glass substrate were developed. Their sound field was measured using a commercially available optical microphone Eta450 Ultra based on Fabri-Perot etalon. The curvature and the conductive layer thickness of the thermoacoustic transmitter were systematically varied to investigate their impact on the sound field and the spectrum of the measured signal for frequencies up to 1 MHz. The transmitters were excited using rectangular burst signals with a varied width. We examined the influence of all parameters on the focusing, spectrum, and sensitivity. The directivity of the microphone was evaluated as well. Results/Discussion The focusing of the sound fields of all transmitters most strongly depends on the curvature radius of the substrate. The spectrum recorded in the focus of each transducer has several maxima and minima, as shown in the left-hand diagram, which are mostly a consequence of the irregularities of the microphone spectrum. These irregularities are visible also in the directivity diagram on the right, which was recorded by rotating the microphone. The 20 dB bandwidth of the measurement system covers the range up to about 1 MHz, depending strongly on the width of the excitation pulse (left-hand diagram). This highlights a key advantage of thermoacoustic transmitters: their spectral characteristics can be controlled through the excitation conditions, offering a potentially broader range of applications compared to conventional air-coupled transmitters. One promising example is localized ultrasound spectroscopy based on the detection of local resonances. T2 - IEEE International Ultrasonic Symposium CY - Utrecht, The Netherlands DA - 15.09.2025 KW - Air-coupled ultrasound KW - Thermoacoustic transmitter KW - Sound field PY - 2025 SP - 1 EP - 4 AN - OPUS4-64541 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Gaal, Mate T1 - Zwischen Leitfaden und Labor - Der UA ACUT stärkt Austausch und Sichtbarkeit N2 - Den Bekanntheitsgrad der luftgekoppelten Ultraschallprüfung zu erhöhen – dieses Ziel steht weiterhin im Mittelpunkt der Arbeit des Unterausschusses Luftgekoppelte Ultraschallprüfung (UA ACUT). Am 8. Oktober 2025 trafen sich neun Mitglieder und ein Gast zur 16. Sitzung bei der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Berlin. KW - Luftgekoppelter Ultraschall KW - Leitfaden KW - Normung PY - 2025 UR - https://www.dgzfp.de/wp-content/uploads/2025/12/ZfP-Magazin-197.pdf SN - 1616-069X IS - 197 SP - 14 PB - Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP) CY - Berlin AN - OPUS4-65368 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Pulskompression für luftgekoppelte Ultraschallprüfung mit Ferroelektret- und thermoakustischen Wandlern N2 - Die größten Vorteile der luftgekoppelten Ultraschallprüfung sind: die berührungslose Prüfung und der Verzicht auf ein flüssiges Koppelmittel. Allerdings weisen die meisten luftgekoppelten Prüfszenarien ein sehr geringes Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) auf und die Pegel, die von luftgekoppelten Ultraschallwandlern realisiert werden, sind um mehrere Größenordnungen kleiner. Da diese Herausforderung auch in anderen Disziplinen wie bspw. der Radartechnik existiert und dort ebenfalls eine entscheidende Rolle spielt, wurde die dort eingesetzte Pulskompression auf die physikalischen Gegebenheiten der luftgekoppelten Ultraschallprüfung angepasst und angewandt. Dieser Beitrag präsentiert die Ergebnisse von zwei Versuchsaufbauten: 1) ein thermoakustischer Sender und ein optisches Mikrofon und 2) ein Paar Ferroelektret-Wandler als Sender und Empfänger. Aufgrund der physikalischen Randbedingungen wurden unipolare Kodierungen verwendet. Die Verwendung von unipolaren Kodes zur Modulation der Anregungssignale stellt dabei eine neue Methode dar, die so die Pulskompression für Ferroelektret- und thermoakustische Wandler ermöglichen soll. Die Anwendung der Pulskompression auf die Kombination aus thermoakustischem Sender und optischem Mikrofon konnte das Signal-zu-Rausch-Verhältnis um bis zu 15 dB und für die Ferroelektret-Wandler um bis zu 23 dB erhöhen. T2 - DAGA CY - Hannover, Germany DA - 19.03.2024 KW - Pulskompression KW - Luftgekoppelter Ultraschall KW - Ferroelektrete KW - Thermoakustik PY - 2024 AN - OPUS4-60168 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Wernicke, Pascal A1 - Hufschläger, Daniel T1 - Pulskompression für luftgekoppelte Ultraschallprüfung mit Ferroelektret- und thermoakustischen Wandlern N2 - Die größten Vorteile der luftgekoppelten Ultraschallprüfung sind: die berührungslose Prüfung und der Verzicht auf ein flüssiges Koppelmittel. Allerdings weisen die meisten luftgekoppelten Prüfszenarien ein sehr geringes Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) auf und die Pegel, die von luftgekoppelten Ultraschallwandlern realisiert werden, sind um mehrere Größenordnungen kleiner. Da diese Herausforderung auch in anderen Disziplinen wie bspw. der Radartechnik existiert und dort ebenfalls eine entscheidende Rolle spielt, wurde die dort eingesetzte Pulskompression auf die physikalischen Gegebenheiten der luftgekoppelten Ultraschallprüfung angepasst und angewandt. Dieser Beitrag präsentiert die Ergebnisse von zwei Versuchsaufbauten: 1) ein thermoakustischer Sender und ein optisches Mikrofon und 2) ein Paar Ferroelektret-Wandler als Sender und Empfänger. Aufgrund der physikalischen Randbedingungen wurden unipolare Kodierungen verwendet. Die Verwendung von unipolaren Kodes zur Modulation der Anregungssignale stellt dabei eine neue Methode dar, die so die Pulskompression für Ferroelektret- und thermoakustische Wandler ermöglichen soll. Die Anwendung der Pulskompression auf die Kombination aus thermoakustischem Sender und optischem Mikrofon konnte das Signal-zu-Rausch-Verhältnis um bis zu 15 dB und für die Ferroelektret-Wandler um bis zu 23 dB erhöhen. T2 - DAGA CY - Hannover, Germany DA - 19.3.2024 KW - Pulskompression KW - Luftgekoppelter Ultraschall KW - Ferroelektrete KW - Thermoakustik PY - 2024 UR - https://pub.dega-akustik.de/DAGA_2024/ SP - 1580 EP - 1583 AN - OPUS4-60169 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Pulse compression for air-coupled ferroelectret and thermoacoustic transducers N2 - The main advantage of air-coupled ultrasonic testing is the absence of a liquid couplant, which can damage some materials. However, most air-coupled testing scenarios have the challenge of low signals and a signal-to-noise ratio (SNR) several orders of magnitude lower than with couplant-assisted techniques. Since this challenge of small SNR also exists in radar technology, the pulse compression used there was adapted and applied to the physical conditions of air-coupled ultrasonic testing. This paper presents ultrasonic transmission measurements on a carbon-fibre-reinforced polymer plate using two experimental setups: 1) a thermoacoustic transmitter and an optical microphone and 2) a pair of ferroelectret transducers as transmitter and receiver. Thermoacoustic transmitters convert electrical energy to heat, which causes the air to expand thus producing acoustic waves. The optical microphone is based on a Fabry-Perot interferometer. Ferroelectrets are charged cellular polymers, having piezoelectric properties and excellent acoustic matching to air. Both thermoacoustic transmitters and ferroelectrets are non-linear regarding the relationship between the excited sound pressure and the excitation voltage. Due to these physical boundary conditions, unipolar coding was used to modulate the excitation signals. Various codes were tested, and parameters of the excitation pulses were varied to find the optimal combination for each experimental setup. The application of pulse compression to the combination of thermoacoustic transmitter and optical microphone increased the signal-to-noise ratio by up to 16 dB and for the ferroelectret transducers by up to 23 dB. T2 - 30th International Congress on Sound and Vibration CY - Amsterdam, Netherlands DA - 08.07.2024 KW - Pulse compression KW - Air-coupled ultrasonic transducers KW - Ferroelectret KW - Thermoacoustics PY - 2024 AN - OPUS4-60733 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Bernhardt, Yannick A1 - Császár, Lukas A1 - Dengiz, Nizamettin A1 - Fuchs, Martin A1 - Gaal, Mate A1 - Gautzsch, Tobias A1 - Gohlke, Dirk A1 - Hahn-Jose, Thomas A1 - Heckel, Thomas A1 - Hillger, Wolfgang A1 - Hufschläger, Daniel A1 - Ilse, Detlef A1 - Kiel, Mario A1 - Kornely, Mike A1 - Labud, Patrick Alexander A1 - Marhenke, Torben A1 - Schubert, Frank A1 - Sommerhuber, Ryan A1 - Steinhausen, Ralf A1 - Szewieczek, Artur A1 - Wachter, Luis A1 - Waschkies, Thomas T1 - Charakterisierung und Verifizierung der luftgekoppelten Ultraschallprüfköpfe N2 - Dieses Dokument beschreibt die Eigenschaft en von fokussierten und unfokussierten Prüfköpfen, die für die zerstörungsfreie luftgekoppelte Ultraschallprüfung mit Mittenfrequenzen von über 20 kHz verwendet werden. Dieses Dokument bezieht sich auf Prüfköpfe, die auf dem piezoelektrischen Effekt basieren. KW - Luftgekoppelter Ultraschall KW - Ultraschallprüfung KW - Prüfköpfe KW - Charakterisierung PY - 2024 SN - 978-3-947971-36-7 VL - Richtlinie US 08 SP - 1 EP - 24 PB - Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP) CY - Berlin ET - Ausgabe Mai 2024 AN - OPUS4-62489 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Wernicke, Pascal A1 - Hufschläger, Daniel T1 - Pulse compression for air-coupled ferroelectret and thermoacoustic transducers N2 - The main advantage of air-coupled ultrasonic testing is the absence of a liquid couplant, which can damage some materials. However, most air-coupled testing scenarios have the challenge of low signals and a signal-to-noise ratio (SNR) several orders of magnitude lower than with couplant-assisted tech-niques. Since this challenge of small SNR also exists in radar technology, the pulse compression used there was adapted and applied to the physical conditions of air-coupled ultrasonic testing. This paper presents ultrasonic transmission measurements on a carbon-fibre-reinforced polymer plate using two experimental setups: 1) a thermoacoustic transmitter and an optical microphone and 2) a pair of ferroe-lectret transducers as transmitter and receiver. Thermoacoustic transmitters convert electrical energy to heat, which causes the air to expand thus producing acoustic waves. The optical microphone is based on a Fabry-Perot interferometer. Ferroelectrets are charged cellular polymers, having piezoelectric proper-ties and excellent acoustic matching to air. Both thermoacoustic transmitters and ferroelectrets are non-linear regarding the relationship between the excited sound pressure and the excitation voltage. Due to these physical boundary conditions, unipolar coding was used to modulate the excitation signals. Vari-ous codes were tested, and parameters of the excitation pulses were varied to find the optimal combina-tion for each experimental setup. The application of pulse compression to the combination of thermo-acoustic transmitter and optical microphone increased the signal-to-noise ratio by up to 16 dB and for the ferroelectret transducers by up to 23 dB. T2 - 30th International Congress on Sound and Vibration CY - Amsterdam, The Netherlands DA - 08.07.2024 KW - Pulse compression KW - Air-coupled ultrasonic transducers KW - Ferroelectret KW - Thermoacoustics PY - 2024 SN - 978-90-90-39058-1 SP - 1 EP - 7 AN - OPUS4-60725 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Phased-Array-Prüfköpfe für luftgekoppelte Ultraschallprüfung auf Basis von zellulären Kunststoffen N2 - Luftgekoppelte Ultraschallprüfung setzt sich immer häufiger gegen die konventionelle Ultraschallprüfung von Leichtbaukomponenten durch, und zwar in vielen Industriezweigen von der Holzindustrie bis zur Luftfahrt. aWährend die Phased-Array-Technik mittlerweile zu dem industriellen Standard im Bereich der Prüfung mit Ankopplung gehört, wird luftgekoppelte Ultraschallprüfung meist mit zwei Wandlern in Durchschallung durchgeführt. Deswegen werden Vorteile der Phased-Array-Technik wie beispielsweise elektronische Fokussierung oder Schwenkung des Einschallwinkels für luftgekoppelte Prüfung selten genutzt. In diesem Beitrag werden die laufenden Arbeiten an der Entwicklung eines neuen Phased-Array-Geräts vorgestellt, mit dem Schwerpunkt an der Charakterisierung der Prüfköpfe und ihrer Schallfelder. Das Gerät besteht aus einem linearen Phased-Array-Prüfkopf, einer Sende- und einer Empfangseinheit. Die Hauptinnovation unserer Arbeit ist die Anwendung von zellulären Kunststoffen für den Bau eines Arrays, wobei der Sender mit Hochspannung von ca. 1500 V angeregt wird. Geladene zelluläre Polymere werden auch Ferroelektrete oder Piezoelektrete genannt. Sie weisen einen sehr niedrigen Elastizitätsmodul und dadurch eine niedrige akustische Impedanz auf, so dass auf den Einbau von Anpassschichten verzichtet werden kann. Eine sehr niedrige mechanische Kreuzkopplung bei Ferroelektreten ermöglicht eine unabhängige Anregung einzelner Elemente, was bei Piezokompositen deutlich schwieriger wäre. Die Entwicklung der Array-Prüfköpfe wurde durch Berechnungen des Schallfeldes unterstützt, die auf Punktquellensynthese basieren. Die beabsichtigte Anwendung von Phased-Array-Prüfköpfen und des Prüfsystems sind die Durchschallung mit Fokussierung, elektronischer Scan und die Schwenkung des Einschallwinkels zur Anregung von geführten Wellen, angewandt an carbonfaserverstärkten Kunststoffen und ähnlichen Materialien. Die Anwendung von geführten Wellen bietet die Perspektive, Bauteile mit einseitiger Zugänglichkeit zu prüfen. T2 - DACH-Jahrestagung 2023 CY - Friedrichshafen, Germany DA - 15.05.2023 KW - Luftgekoppelte Ultraschallprüfung KW - Ferroelektret KW - Ultraschallwandler KW - Phased Array PY - 2023 AN - OPUS4-57609 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Hufschläger, Daniel A1 - Gohlke, Dirk A1 - Weise, Matthias A1 - Ilse, D. A1 - Hillger, W. A1 - Szewieczek, A. T1 - Thermoakustische und Ferroelektret-Wandler als Phased-Array-Sender für luftgekoppelte Ultraschallprüfung N2 - Die üblichen Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung mit Ultraschall basieren auf der Verwendung von flüssigen Koppelmitteln. Luftgekoppelte Prüfung setzt sich gegen die konventionellen Verfahren durch, wenn die Flüssigkeit nicht erwünscht oder den Prüfling gar beschädigen kann. Zwei Technologien für Erzeugung von Ultraschallsignalen sind vielversprechend: thermoakustische Wandler und Ferroelektret-Wandler. Basierend auf diesen beiden Technologien wurden Array-Sender gebaut und in diesem Beitrag miteinander verglichen. Thermoakustische Wandler basieren auf Dünnschichttechnologie und bieten eine resonanzfreie Erzeugung von Ultraschall. Sie bestehen aus einer dünnen elektrisch leitenden Schicht und werden mit kurzen elektrischen Pulsen angeregt. Die Erhöhung der thermischen Energie führt zur Erzeugung von akustischen Wellen in der umgebenden Luft. Bei Ferroelektret-Wandlern handelt es sich um polarisierte zelluläre Kunststoffe, die für den Bau eines Array-Senders besonders gut geeignet sind. Einige Ferroelektrete weisen eine hervorragende an Luft angepasste akustische Impedanz auf, so dass auf den Einsatz von Anpassschichten verzichtet werden kann. Ein sehr niedriges mechanisches Übersprechen zwischen einzelnen Elementen ermöglicht eine unabhängige Anregung einzelner Elemente, was bei Piezokompositen deutlich schwieriger wäre. Mit der Phased-Array-Technik können elektronische Fokussierung oder Schwenkung des Einschallwinkels für eine luftgekoppelte Prüfung genutzt werden. Die Schallfelder von diesen beiden Technologien wurden berechnet, gemessen und miteinander verglichen. Die Vorteile und Nachteile der beiden Technologien werden dargestellt. T2 - DAGA 2023 Jahrestagung für Akustik CY - Hamburg, Germany DA - 06.03.2023 KW - Luftgekoppelte Ultraschallprüfung KW - Thermoakustik KW - Ferroelektret KW - Phased Array PY - 2023 UR - https://pub.dega-akustik.de/DAGA_2023 SN - 978-3-939296-21-8 SP - 1594 EP - 1597 AN - OPUS4-57554 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Thermoakustische und Ferroelektret-Wandler als Phased-Array-Sender für luftgekoppelte Ultraschallprüfung N2 - Die üblichen Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung mit Ultraschall basieren auf der Verwendung von flüssigen Koppelmitteln. Luftgekoppelte Prüfung setzt sich gegen die konventionellen Verfahren durch, wenn die Flüssigkeit nicht erwünscht oder den Prüfling gar beschädigen kann. Zwei Technologien für Erzeugung von Ultraschallsignalen sind vielversprechend: thermoakustische Wandler und Ferroelektret-Wandler. Basierend auf diesen beiden Technologien wurden Array-Sender gebaut und in diesem Beitrag miteinander verglichen. Thermoakustische Wandler basieren auf Dünnschichttechnologie und bieten eine resonanzfreie Erzeugung von Ultraschall. Sie bestehen aus einer dünnen elektrisch leitenden Schicht und werden mit kurzen elektrischen Pulsen angeregt. Die Erhöhung der thermischen Energie führt zur Erzeugung von akustischen Wellen in der umgebenden Luft. Bei Ferroelektret-Wandlern handelt es sich um polarisierte zelluläre Kunststoffe, die für den Bau eines Array-Senders besonders gut geeignet sind. Einige Ferroelektrete weisen eine hervorragende an Luft angepasste akustische Impedanz auf, so dass auf den Einsatz von Anpassschichten verzichtet werden kann. Ein sehr niedriges mechanisches Übersprechen zwischen einzelnen Elementen ermöglicht eine unabhängige Anregung einzelner Elemente, was bei Piezokompositen deutlich schwieriger wäre. Mit der Phased-Array-Technik können elektronische Fokussierung oder Schwenkung des Einschallwinkels für eine luftgekoppelte Prüfung genutzt werden. Die Schallfelder von diesen beiden Technologien wurden berechnet, gemessen und miteinander verglichen. Die Vorteile und Nachteile der beiden Technologien werden dargestellt. T2 - DAGA 2023 Jahrestagung für Akustik CY - Hamburg, Germany DA - 06.03.2023 KW - Luftgekoppelte Ultraschallprüfung KW - Thermoakustik KW - Ferroelektret KW - Phased Array PY - 2023 AN - OPUS4-57555 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Hufschläger, Daniel A1 - Gohlke, Dirk A1 - Weise, Matthias A1 - Ilse, D. A1 - Hillger, W. A1 - Szewieczek, A. T1 - Phased-Array-Prüfköpfe für luftgekoppelte Ultraschallprüfung auf Basis von zellulären Kunststoffen N2 - Luftgekoppelte Ultraschallprüfung setzt sich immer häufiger gegen die konventionelle Ultraschallprüfung von Leichtbaukomponenten durch, und zwar in vielen Industriezweigen von der Holzindustrie bis zur Luftfahrt. Während die Phased-Array-Technik mittlerweile zu dem industriellen Standard im Bereich der Prüfung mit Ankopplung gehört, wird luftgekoppelte Ultraschallprüfung meist mit zwei Wandlern in Durchschallung durchgeführt. Deswegen werden Vorteile der Phased-Array-Technik wie beispielsweise elektronische Fokussierung oder Schwenkung des Einschallwinkels für luftgekoppelte Prüfung selten genutzt. In diesem Beitrag werden die laufenden Arbeiten an der Entwicklung eines neuen Phased-Array-Geräts vorgestellt, mit dem Schwerpunkt an der Charakterisierung der Prüfköpfe und ihrer Schallfelder. Das Gerät besteht aus einem linearen Phased-Array-Prüfkopf, einer Sende- und einer Empfangseinheit. Die Hauptinnovation unserer Arbeit ist die Anwendung von zellulären Kunststoffen für den Bau eines Arrays, wobei der Sender mit Hochspannung von ca. 1500 V angeregt wird. Geladene zelluläre Polymere werden auch Ferroelektrete oder Piezoelektrete genannt. Sie weisen ein sehr niedriges Elastizitätsmodul und dadurch eine niedrige akustische Impedanz auf, so dass auf den Einbau von Anpassschichten verzichtet werden kann. Eine sehr niedrige mechanische Kreuzkopplung bei Ferroelektreten ermöglicht eine unabhängige Anregung einzelner Elemente, was bei Piezokompositen deutlich schwieriger wäre. Die Entwicklung der Array-Prüfköpfe wurde durch Berechnungen des Schallfeldes unterstützt, die auf Punktquellensynthese basieren. Die beabsichtigte Anwendung von Phased-Array-Prüfköpfen und des Prüfsystems sind die Durchschallung mit Fokussierung, elektronischer Scan und die Schwenkung des Einschallwinkels zur Anregung von geführten Wellen, angewandt an carbonfaserverstärkten Kunststoffen und ähnlichen Materialien. Die Anwendung von geführten Wellen bietet die Perspektive, Bauteile mit einseitiger Zugänglichkeit zu prüfen. T2 - DACH-Jahrestagung 2023 CY - Friedrichshafen, Germany DA - 15.05.2023 KW - Luftgekoppelte Ultraschallprüfung KW - Ferroelektret KW - Ultraschallwandler KW - Phased Array PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-575564 SP - 1 EP - 6 AN - OPUS4-57556 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Thermoakustische Gruppenstrahler: Theorie und Anwendungen N2 - Bei der Prüfung von Werkstücken mit empfindlichen Oberflächen oder auch hydrophilen Werkstoffen sind traditionelle ultraschallbasierte zerstörungsfreie Prüfmethoden wie die Kontakttechnik oder die Tauchtechnik in vielen Anwendungsfällen aufgrund der Flüssigkeitsankopplung nicht anwendbar. Die luft-gekoppelte Ultraschallprüfung umgeht diese Problematik und eröffnet neue Prüfszenarien. Derzeit werden zwei Varianten der Schallerzeugung als vielversprechend angesehen: ferroelektrische Folien und thermoakustische Dünnschichtwandler. Thermoakustische Wandler ermöglichen die resonanzfreie Erzeugung von Ultraschall und somit kurze zeitliche Impulse sowie eine sehr breitbandige Anregung. Durch die Verwendung von gekrümmten Substraten ist sowohl eine Herstellung von planaren als auch fokussierten Wandlern möglich. Dieser Beitrag präsentiert die letzten Forschungsergebnisse im Bezug auf thermoakustischen Wandlern, welche derzeit in einen thermoakustischen Gruppenstrahler münden. Gruppenstrahler erlauben die simultane Änderung des Einschallwinkels, sowie die Verschiebung des Fokuspunktes während der Verwendung. Durch die Verbindung beider Schlüsseltechnologien, der thermoakustischen Anregung und des Gruppenstrahlerprinzips, wird das Spektrum der klassischen ZfP-Anwendungen, sowie moderner Ansätze wie der Anregung von geführten Wellen oder der Strukturüberwachung erheblich erweitert und bereichert. Dabei soll innerhalb dieses Beitrages auf die Modellierung des Schallfeldes, die elementweise Charakterisierung und verschiedene Anwendungsszenarien eingegangen werden. T2 - DACH-Jahrestagung 2023 CY - Friedrichshafen, Germany DA - 15.05.2023 KW - Luftgekoppelte Ultraschallprüfung KW - Thermoakustik KW - Ultraschallwandler KW - Phased Array PY - 2023 AN - OPUS4-57558 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hufschläger, Daniel A1 - Gohlke, Dirk A1 - Weise, Matthias A1 - Bente, K. A1 - Gaal, Mate T1 - Thermoakustische Gruppenstrahler: Theorie und Anwendungen N2 - Bei der Prüfung von Werkstücken mit empfindlichen Oberflächen oder auch hydrophilen Werkstoffen sind traditionelle ultraschallbasierte zerstörungsfreie Prüfmethoden wie die Kontakttechnik oder die Tauchtechnik in vielen Anwendungsfällen aufgrund der Flüssigkeitsankopplung nicht anwendbar. Die luft-gekoppelte Ultraschallprüfung umgeht diese Problematik und eröffnet neue Prüfszenarien. Derzeit werden zwei Varianten der Schallerzeugung als vielversprechend angesehen: ferroelektrische Folien und thermoakustische Dünnschichtwandler. Thermoakustische Wandler ermöglichen die resonanzfreie Erzeugung von Ultraschall und somit kurze zeitliche Impulse sowie eine sehr breitbandige Anregung. Durch die Verwendung von gekrümmten Substraten ist sowohl eine Herstellung von planaren als auch fokussierten Wandlern möglich. Dieser Beitrag präsentiert die letzten Forschungsergebnisse im Bezug auf thermoakustischen Wandlern, welche derzeit in einen thermoakustischen Gruppenstrahler münden. Gruppenstrahler erlauben die simultane Änderung des Einschallwinkels, sowie die Verschiebung des Fokuspunktes während der Verwendung. Durch die Verbindung beider Schlüsseltechnologien, der thermoakustischen Anregung und des Gruppenstrahlerprinzips, wird das Spektrum der klassischen ZfP-Anwendungen, sowie moderner Ansätze wie der Anregung von geführten Wellen oder der Strukturüberwachung erheblich erweitert und bereichert. Dabei soll innerhalb dieses Beitrages auf die Modellierung des Schallfeldes, die elementweise Charakterisierung und verschiedene Anwendungsszenarien eingegangen werden. T2 - DACH-Jahrestagung 2023 CY - Friedrichshafen, Germany DA - 15.05.2023 KW - Luftgekoppelte Ultraschallprüfung KW - Thermoakustik KW - Ultraschallwandler KW - Phased Array PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-575599 SP - 1 EP - 6 AN - OPUS4-57559 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bente, Klaas A1 - Rus, J. A1 - Mooshofer, H. A1 - Gaal, Mate A1 - Grosse, C.U. T1 - Broadband air-coupled ultrasound emitter and receiver enable simultaneous measurement of thickness and speed of sound in solids N2 - Air-coupled ultrasound sensors have advantages over contact ultrasound sensors when a sample should not become contaminated or influenced by the couplant or the measurement has to be a fast and automated inline process. Thereby, air-coupled transducers must emit high-energy pulses due to the low air-to-solid power transmission ratios (10−3 to 10−8). Currently used resonant transducers trade bandwidth—a prerequisite for material parameter analysis—against pulse energy. Here we show that a combination of a non-resonant ultrasound emitter and a non-resonant detector enables the generation and detection of pulses that are both high in amplitude (130 dB) and bandwidth (2 µs pulse width). We further show an initial application: the detection of reflections inside of a carbon fiber reinforced plastic plate with thicknesses between 1.7 mm and 10 mm. As the sensors work contact-free, the time of flight and the period of the in-plate reflections are independent parameters. Hence, a variation of ultrasound velocity is distinguishable from a variation of plate thickness and both properties are determined simultaneously. The sensor combination is likely to find numerous industrial applications necessitating high automation capacity and opens possibilities for air-coupled, single-side ultrasonic inspection. KW - Thermoacoustic emitter KW - Optical microphone KW - Air-coupled ultrasound KW - Local resonance KW - Thickness measurement KW - Thickness resonance PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-569533 DO - https://doi.org/10.3390/s23031379 VL - 23 IS - 3 SP - 1379 PB - MDPI AN - OPUS4-56953 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hufschläger, Daniel A1 - Gaal, Mate A1 - Ahmadzadeh, Majid T1 - Simulation und Vermessung von thermoakustischen Schallquellen N2 - Zur Simulation des Schallfeldes von beliebig geformten konventionellen Schallquellen existieren viele Ansätze (EFIT, GPSS). Sie alle basieren auf der Annahme eines monochromatischen akustischen Signals, was meist eine gültige Annäherung darstellt. Allerdings sind bei thermoakustischen Quellen aufgrund ihrer Funktionsweise und der hohen Bandbreite viele der existierenden Ansätze nicht direkt anwendbar und können Beobachtungen bei der Vermessung von thermoakustischen Wandlern nicht vollständig abbilden und erklären. In diesem Beitrag wurde die bekannte Methode der generalisierten Punktquellensynthese (GPSS) für die Berechnung von Schallfeldern von thermoakustischen Schallquellen angewendet. Dabei gehen zahlreiche Parameter wie die Dicke und Geometrie der leitfähigen Schicht, Krümmung des Substrats, sowie die Signalform der Anregung in die Simulation ein. Neu an dem präsentierten Ansatz ist die Abweichung von der üblichen monochromatischen Annäherung und die Berücksichtigung der großen Bandbreite von thermoakustischen Wandlern. Für die Validierung der Simulationen wurden Schallfelder von Quellen mit bekannter Anregung und Geometrie breitbandig durch ein optisches Mikrofon vermessen. T2 - DGZfP Jahrestagung CY - Kassel, Germany DA - 23.05.2022 KW - Thermoacoustics KW - Sensor characterization KW - Simulation PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-549944 SP - 1 EP - 7 AN - OPUS4-54994 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hufschläger, Daniel A1 - Gaal, Mate A1 - Gohlke, Dirk A1 - Weise, Matthias A1 - Szewieczek, A. A1 - Hillger, W. A1 - Ilse, D. T1 - Array-Prüfköpfe für luftgekoppelte Ultraschallprüfung N2 - Seit Jahren stellt die luftgekoppelte Ultraschallprüfung eine etablierte Alternative zur konventionellen Prüfung von Leichtbaukomponenten aus den Bereichen Luft- und Raumfahrt sowie Automotive dar. Im Gegenteil zur flüssigkeitsgekoppelten Prüfung in Kontakt oder im Tauchbecken ist sie weniger invasiv und bietet daher zeitliche und finanzielle Anreize. Normalerweise wird die luftgekoppelte Prüfung mit Einzelelementschwingern in Durchschallung realisiert, wohingegen die Gruppenstrahlertechnik bereits Industriestandard im Bereich der Kontakttechnik darstellt. Die damit verbundenen Vorteile wie die aktive Fokussierung oder, die gezielte Manipulation des Einschallwinkels zur Anregung von geführten Wellen, finden im Bereich der luftgekoppelten Prüfung dabei noch wenig Anwendung. Im Rahmen dieses Beitrags stellen wir die ersten Zwischenergebnisse des geförderten Projektes „PALUP – Phased- Array-Technik für Luftultraschall-Prüfungen“ vor. Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Mehrelementschwingern auf Basis von zellulären Kunststoffen, die Entwicklung einer dedizierten Pulserstufe im Kilovoltbereich, sowie die nötige rauscharme messtechnische Auswertung jedes Einzelelements. T2 - DGZfP Jahrestagung CY - Kassel, Germany DA - 23.05.2022 KW - Phased array KW - Air-coupled ultrasound PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-549954 SP - 1 EP - 7 AN - OPUS4-54995 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hufschläger, Daniel A1 - Gaal, Mate A1 - Gohlke, Dirk A1 - Weise, Matthias A1 - Szewieczek, A. A1 - Hillger, W. A1 - Ilse, D. T1 - Array-Prüfköpfe für luftgekoppelte Ultraschallprüfung N2 - Seit Jahren stellt die luftgekoppelte Ultraschallprüfung eine etablierte Alternative zur konventionellen Prüfung von Leichtbaukomponenten aus den Bereichen Luft- und Raumfahrt sowie Automotive dar. Im Gegenteil zur flüssigkeitsgekoppelten Prüfung in Kontakt oder im Tauchbecken ist sie weniger invasiv und bietet daher zeitliche und finanzielle Anreize. Normalerweise wird die luftgekoppelte Prüfung mit Einzelelementschwingern in Durchschallung realisiert, wohingegen die Gruppenstrahlertechnik bereits Industriestandard im Bereich der Kontakttechnik darstellt. Die damit verbundenen Vorteile wie die aktive Fokussierung oder, die gezielte Manipulation des Einschallwinkels zur Anregung von geführten Wellen, finden im Bereich der luftgekoppelten Prüfung dabei noch wenig Anwendung. Im Rahmen dieses Beitrags stellen wir die ersten Zwischenergebnisse des geförderten Projektes „PALUP – Phased- Array-Technik für Luftultraschall-Prüfungen“ vor. Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Mehrelementschwingern auf Basis von zellulären Kunststoffen, die Entwicklung einer dedizierten Pulserstufe im Kilovoltbereich, sowie die nötige rauscharme messtechnische Auswertung jedes Einzelelements. T2 - DGZfP Jahrestagung CY - Kassel, Germany DA - 23.05.2022 KW - Phased array KW - Air-coupled ultrasound PY - 2022 AN - OPUS4-54996 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hufschläger, Daniel A1 - Gaal, Mate A1 - Ahmadzadeh, M. T1 - Simulation und Vermessung von thermoakustischen Schallquellen N2 - Zur Simulation des Schallfeldes von beliebig geformten konventionellen Schallquellen existieren viele Ansätze (EFIT, GPSS). Sie alle basieren auf der Annahme eines monochromatischen akustischen Signals, was meist eine gültige Annäherung darstellt. Allerdings sind bei thermoakustischen Quellen aufgrund ihrer Funktionsweise und der hohen Bandbreite viele der existierenden Ansätze nicht direkt anwendbar und können Beobachtungen bei der Vermessung von thermoakustischen Wandlern nicht vollständig abbilden und erklären. In diesem Beitrag wurde die bekannte Methode der generalisierten Punktquellensynthese (GPSS) für die Berechnung von Schallfeldern von thermoakustischen Schallquellen angewendet. Dabei gehen zahlreiche Parameter wie die Dicke und Geometrie der leitfähigen Schicht, Krümmung des Substrats, sowie die Signalform der Anregung in die Simulation ein. Neu an dem präsentierten Ansatz ist die Abweichung von der üblichen monochromatischen Annäherung und die Berücksichtigung der großen Bandbreite von thermoakustischen Wandlern. Für die Validierung der Simulationen wurden Schallfelder von Quellen mit bekannter Anregung und Geometrie breitbandig durch ein optisches Mikrofon vermessen. T2 - DGZfP Jahrestagung CY - Kassel, Germany DA - 23.05.2022 KW - Thermoacoustics KW - Sensor characterization PY - 2022 AN - OPUS4-54997 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Shapovalov, O. A1 - Heckel, Thomas A1 - Gaal, Mate A1 - Weiß, S. T1 - External Acoustical Damping on a Metallic Angle Wedge in a High Temperature Resistant Ultrasonic Probe N2 - Ultrasonic probes for high-temperature applications are provided with metallic wedges, which can withstand the contact with the high temperature of the inspected structure. The ultrasonic signal travels within the wedge and gets reflected from its boundaries, causing interference signals called “ghost echoes”. The current work presents an investigation of the additional damping effect provided by porous sintered metal plates applied onto the surface of the wedge. In particular, the study evaluates the effect of damping plate thickness on the interference signal level at different transmission frequencies. Damping plates made of sintered metal SIKA-R 15 AX were attached to a wedge prototype made of steel 1.4301. The study revealed, that the most effective thickness of damping plates in the selected frequency interval of 1 to 4 MHz is equal to 4 mm. The evaluation of the interference signal has shown that the application of such damping plates to the wedge surface contributes to an additional attenuation of an interference signal of 10 to 30 dB after 500 μs of signal propagation. KW - Ultrasonic testing KW - High temperature KW - Acoustical damping KW - Angle wedge KW - Ultrasonic probe PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-553920 DO - https://doi.org/10.1007/s40857-022-00270-9 SN - 0814-6039 SP - 1 EP - 11 PB - Springer AN - OPUS4-55392 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Richtlinie zur Charakterisierung von luftgekoppelten Ultraschallwandlern N2 - Zur Charakterisierung von luftgekoppelten Ultraschallwandlern werden mehrere verschiedene Methoden und Verfahren angewendet. Durch die unterschiedlichen Herangehensweisen werden oft unterschiedliche Prüfkopfpara-meter und Schallfeldgrößen ermittelt, was einen direkten Vergleich von Datenblättern erschwert. Für die Charakterisierung von Kontakt- und Tauchtechnikprüfköpfen hat sich ISO 22232-2:2021 bereits etabliert, allerdings ist diese Norm nicht auf die luftgekoppelten Wandlertechnologien direkt übertragbar. Daher erkannten Hersteller, Forschungseinrichtungen und Anwender den Bedarf an einer Richtlinie zur einheitlichen Charakterisierung von luftgekoppelten Wandlern. Gemeinsam arbeiten sie aktuell im Rahmen des Unterausschusses „Luftgekoppelte Ultraschallprüfung“ der DGZfP an der Erstellung einer solcher Richtlinie mit dem Anspruch, die bestehende Normung um die luftgekoppelte Prüfung zu erweitern und somit die Vereinheitlichung der Charakterisierung dieser Wandler zu erleichtern. In diesem Beitrag wird ein Überblick über den geplanten Inhalt der Richtlinie und über die Methoden zur akustischen Charakterisierung von luftgekoppelten Ultraschallwandlern gegeben. Insbesondere werden verschiedene Methoden der Ermittlung von wichtigen Wandlerparametern wie z.B. Empfindlichkeit, Mittenfrequenz, Bandbreite, Fokusgröße und Fokusabstand dargestellt und verglichen. T2 - DGZfP-Jahrestagung CY - Kassel, Germany DA - 23.5.2022 KW - Luftgekoppelte Ultraschallprüfung KW - Richtlinie KW - Ultraschallwandler KW - Prüfkopf KW - Charakterisierung PY - 2022 AN - OPUS4-55292 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Bernhardt, Y. A1 - Csaszar, L. A1 - Dengiz, N. A1 - Fuchs, M. A1 - Gautzsch, T. A1 - Gohlke, Dirk A1 - Hahn-Jose, T. A1 - Heckel, Thomas A1 - Hillger, W. A1 - Hufschläger, Daniel A1 - Ilse, D. A1 - Kiel, M. A1 - Labud, P. A1 - Schubert, F. A1 - Sommerhuber, R. A1 - Szewieczek, A. A1 - Waschkies, T. T1 - Richtlinie zur Charakterisierung von luftgekoppelten Ultraschallwandlern N2 - Zur Charakterisierung von luftgekoppelten Ultraschallwandlern werden mehrere verschiedene Methoden und Verfahren angewendet. Durch die unterschiedlichen Herangehensweisen werden oft unterschiedliche Prüfkopfpara-meter und Schallfeldgrößen ermittelt, was einen direkten Vergleich von Datenblättern erschwert. Für die Charakterisierung von Kontakt- und Tauchtechnikprüfköpfen hat sich ISO 22232-2:2021 bereits etabliert, allerdings ist diese Norm nicht auf die luftgekoppelten Wandlertechnologien direkt übertragbar. Daher erkannten Hersteller, Forschungseinrichtungen und Anwender den Bedarf an einer Richtlinie zur einheitlichen Charakterisierung von luftgekoppelten Wandlern. Gemeinsam arbeiten sie aktuell im Rahmen des Unterausschusses „Luftgekoppelte Ultraschallprüfung“ der DGZfP an der Erstellung einer solcher Richtlinie mit dem Anspruch, die bestehende Normung um die luftgekoppelte Prüfung zu erweitern und somit die Vereinheitlichung der Charakterisierung dieser Wandler zu erleichtern. In diesem Beitrag wird ein Überblick über den geplanten Inhalt der Richtlinie und über die Methoden zur akustischen Charakterisierung von luftgekoppelten Ultraschallwandlern gegeben. Insbesondere werden verschiedene Methoden der Ermittlung von wichtigen Wandlerparametern wie z.B. Empfindlichkeit, Mittenfrequenz, Bandbreite, Fokusgröße und Fokusabstand dargestellt und verglichen. T2 - DGZfP-Jahrestagung CY - Kassel, Germany DA - 23.05.2022 KW - Lutgekoppelte Ultraschallprüfung KW - Prüfkopf KW - Charakterisierung KW - Richtlinie PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-552918 SP - 1 EP - 7 AN - OPUS4-55291 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Sending and receiving acoustic waves using atmospheric pressure plasmas N2 - Atmospheric pressure plasmas interact in various physical ways with their surroundings. They release heat and generate charge carriers, which leads to two effects. The first effect is the generation of acoustic waves due to heat release, known as the thermoacoustic effect, and the second effect is the perturbation of the resting fluid provoked by the release of charge carriers, called “ionic wind”. The direct connection between the charge carrier production of the discharge arrangement and the surroundings also allows the detection of acoustic waves by tracking the electrical current of the arrangement. This contribution introduces a multi-fluid model approach to describe the acoustic interaction of atmospheric plasmas. In addition, we present experimental results on commercially available and in-house fabricated discharge arrangements for either emitting or receiving acoustic waves. T2 - DAGA 2020 - 46. Jahrestagung für Akustik CY - Stuttgart, Germany DA - 22.03.2022 KW - Luftgekoppelte Ultraschallprüfung KW - Plasma KW - Ultraschallwandler PY - 2022 AN - OPUS4-54616 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hufschläger, Daniel A1 - Gaal, Mate T1 - Sending and receiving acoustic waves using atmospheric pressure plasmas N2 - Atmospheric pressure plasmas interact in various physical ways with their surroundings. They release heat and generate charge carriers, which leads to two effects. The first effect is the generation of acoustic waves due to heat release, known as the thermoacoustic effect, and the second effect is the perturbation of the resting fluid provoked by the release of charge carriers, called “ionic wind”. The direct connection between the charge carrier production of the discharge arrangement and the surroundings also allows the detection of acoustic waves by tracking the electrical current of the arrangement. This contribution introduces a multi-fluid model approach to describe the acoustic interaction of atmospheric plasmas. In addition, we present experimental results on commercially available and in-house fabricated discharge arrangements for either emitting or receiving acoustic waves. T2 - DAGA 2022 - 48. Jahrestagung für Akustik CY - Stuttgart, Germany DA - 21.03.2022 KW - Plasma acoustics KW - Atmospheric pressure discharges KW - Ait-coupled ultrasound PY - 2022 SN - 978-3-939296-20-1 VL - 48 SP - 923 EP - 926 CY - Berlin AN - OPUS4-54681 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Bernhardt, Y. A1 - Császár, L. A1 - Dengiz, N. A1 - Fuchs, M. A1 - Gaal, Mate A1 - Gautzsch, T. A1 - Gohlke, Dirk A1 - Hahn-Jose, T. A1 - Heckel, Thomas A1 - Hillger, W. A1 - Hufschläger, Daniel A1 - Ilse, D. A1 - Kiel, M. A1 - Kornely, M. A1 - Labud, P. A. A1 - Marhenke, T. A1 - Schubert, F. A1 - Sommerhuber, R. A1 - Steinhausen, R. A1 - Szewieczek, A. A1 - Wachter, L. A1 - Waschkies, T. T1 - Characterization and verification of air-coupled ultrasonic probes N2 - This guideline was drafted following and complementing the norm ISO 22232-2:2020(E) to include air-coupled ultrasonic transducers. This document specifies the characteristics of probes used for non-destructive air-coupled ultrasonic testing with center frequencies above 20 kHz, with focusing or without focusing means. KW - Air-coupled ultrasound KW - Ultrasonic testing KW - Guideline KW - Probe KW - Characterization PY - 2022 SN - 978-3-947971-26-8 VL - Guideline US 08 SP - 1 EP - 23 PB - Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP) CY - Berlin ET - Edition September 2022 AN - OPUS4-56228 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Charakterisierung von luftgekoppelten Ultraschallwandlern N2 - Mit dem steigenden Einsatz der luftgekoppelten Ultraschallprüfung steigt auch der Bedarf an verlässlichen Methoden der Charakterisierung der eingesetzten Technik. Mehrere unterschiedliche Verfahren zur Charakterisierung von luftgekoppelten Wandlern und der entsprechenden Gerätetechnik werden verwendet. Prüfkopf-Datenblätter verschiedener Hersteller beinhalten unterschiedliche Prüfkopfparameter, wobei oft eigene Verfahren für die Charakterisierung dieser Prüfköpfe verwendet werden. Diese Vielfalt der Parameter und Verfahren erschwert den potenziellen Kunden den Vergleich zwischen den Prüfköpfen unterschiedlicher Hersteller. Daraus ergibt sich der Bedarf, die Verfahren zur Charakterisierung von luftgekoppelten Ultraschallwandlern zu standardisieren. Vorrangig diese Überlegungen bewegten Hersteller von luftgekoppelten Ultraschallwandlern, Forschungseinrichtungen und Anwender sich zu vernetzen und im Rahmen des Fachausschusses „Ultraschall“ den Unterausschuss „Luftgekoppelte Ultraschallprüfung“ zu gründen. Als erstes Ziel hat sich der Unterausschuss die Erarbeitung einer Richtlinie zur Charakterisierung von luftgekoppelten Ultraschallwandlern gesetzt. Dieser Beitrag ist ein Überblick über viele Methoden zur Charakterisierung von luftgekoppelten Ultraschallwandlern, mit dem Schwerpunkt auf der akustischen Charakterisierung. Zu den wichtigsten Wandlerparametern gehören Empfindlichkeit, Mittenfrequenz, Bandbreite, Fokusgröße und Fokusabstand. Verschiedene Methoden der Schallfeldvermessung werden untereinander verglichen. Diese Überlegungen bieten den Ausgangspunkt für spätere Arbeit an einer Richtlinie zur Charakterisierung von luftgekoppelten Ultraschallwandlern. T2 - DGZfP-Jahrestagung 2021 CY - Online meeting DA - 10.05.2021 KW - Luftgekoppelte Ultraschallprüfung KW - Richtlinie KW - Ultraschallwandler KW - Charakterisierung PY - 2021 AN - OPUS4-52642 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Essig, W. A1 - Bernhardt, Y. A1 - Döring, D. A1 - Solodov, I. A1 - Gautzsch, T. A1 - Gaal, Mate A1 - Hufschläger, Daniel A1 - Sommerhuber, R. A1 - Marhenke, T. A1 - Hasener, J. A1 - Szewieczek, A. A1 - Hillger, W. T1 - Air-coupled ultrasound - emerging NDT method N2 - This paper deals with the state of the art of air-coupled ultrasonic testing. KW - Air-coupled KW - Ultrasonic testing KW - Transducers PY - 2021 SN - 1616-069X VL - 173 SP - 32 EP - 43 PB - Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP) CY - Berlin AN - OPUS4-52231 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Shapovalov, Oleg A1 - Shapovalova, M. A1 - Ossenbrink, R. A1 - Heckel, Thomas A1 - Michailov, V. A1 - Weiss, S. A1 - Gaal, Mate T1 - Verbessern der Korrosionsbeständigkeit eines hochtemperaturbeständigen Ultraschalldämpfungskörpers mittels Laserstrahl-Auftragschweißen N2 - Während in einem konventionellen Ultraschallprüfkopf ein Kunststoffdämpfungskörper mit Kleber oder Öl an einen Piezoschwinger angekoppelt ist, werden als Hochtemperaturlösung feinporöse sintermetallische Dämpfungsmaterialien mit einer Flüssigglasankopplung eingesetzt. Um dabei das Sintermetall vor dem korrosiven Angriff der Glasschmelze zu schützten, wird am Dämpfungskörper gegenwärtig Gold- oder Platinfolie zeit- und kostenaufwendig appliziert. In der aktuellen Arbeit wurde eine Methode zum Korrosionsschutz der sintermetallischen Oberfläche aus rostfreiem Stahl mittels Laser-Pulverauftragschweißen entwickelt. Im Laufe einer Schweißparameterstudie auf dem Substratmaterial aus massivem rostfreiem Stahl wurde die Eignung unterschiedlicher Auftragsmaterialien auf Nickel- und Kobaltbasis untersucht. Dabei wurde zunächst der Einfluss verschiedener Schweißparameter wie Laserleistung, Vorschubgeschwindigkeit und Pulvermenge auf die Auftragsqualität (Nahtform, Vermischungsgrad, Porosität) metallografisch bewertet. Anschließend wurden die aufgetragenen Schichten hinsichtlich ihrer Korrosionsbeständigkeit getestet. Der Kontakt mit einer flüssigen Glasmischung bei 500 °C hat bei keiner der beschichteten Proben sichtbare Korrosionswirkung gezeigt. Als Resultat der Schweißparameterstudie haben sich besonders die nickelbasierten Pulver als gut geeignete Materialien für den Prozess gezeigt. Die identifizierten Schweißparameter wurden im nächsten Schritt erfolgreich an das sintermetallische Substrat angepasst. T2 - DVS Congress CY - Online meeting DA - 14.09.2021 KW - Korrosion KW - Hochtemperaturbeständigkeit KW - Ultraschallwandler PY - 2021 SN - 978-3-96144-146-4 SN - 978-3-96144-147-1 VL - 2021 SP - 370 EP - 377 AN - OPUS4-53362 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Schallfeldvermessungen von luftgekoppelten Ultraschallwandlern N2 - Zur Charakterisierung von Ultraschallwandlern finden unterschiedliche Methoden und Verfahren Anwendung. Während sich die ISO 22232:2021 verstärkt auf die Charakterisierung von Kontakt- und Tauchtechnikprüfköpfen konzentriert, wird über eine einheitliche Charakterisierung von luftgekoppelten Wandlern noch diskutiert. Durch die unterschiedlichen Herangehensweisen beinhalten Prüfkopf-Datenblätter oft unterschiedliche Prüfkopfparameter und Schallfeldgrößen, was einen direkten Vergleich und eine Applikation im Feld erschwert. So werden bspw. Wandler nach ISO 22232:2021 standardmäßig im Impuls-Echo-Betrieb charakterisiert. Allerdings ist dies nicht auf die in den letzten Jahren entwickelten luftgekoppelten Wandlertechnologien übertragbar, die nur als Sender oder als Empfänger einsetzbar sind. Daher arbeiten aktuell Hersteller, Forschungseinrichtungen und Anwender gemeinsam im Rahmen des Unterausschusses „Luftgekoppelte Ultraschallprüfung“ der DGZfP an der Erstellung einer Richtlinie. Diese Richtlinie stellt dabei den Anspruch dar, die bestehende Normung um die luftgekoppelte Prüfung zu erweitern und somit die Vereinheitlichung der Charakterisierung dieser Wandler zu erleichtern. In diesem Beitrag werden daher verschiedene Methoden der Schallfeldvermessung vorgestellt, untereinander verglichen und ihre Grenzen beschrieben. Abschließend wird auf die besonders herausfordernde Charakterisierung von und mit breitbandigen luftgekoppelten Sendern und Empfängern eingegangen. T2 - Seminar des Fachausschusses Ultraschallprüfung Konventionelle und innovative Anwendungen der Ultraschallprüfverfahren CY - Berlin, Germany DA - 10.11.2021 KW - Luftgekoppelte Ultraschallprüfung KW - Schallfeld KW - Charakterisierung PY - 2021 AN - OPUS4-53750 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Sound field measurements on thermoacoustic air-coupled transducers N2 - There are many different methods to characterize air-coupled ultrasonic transducers for non-destructive testing. Data sheets of various manufacturers contain information about some parameters important for the performance of transducers, but this information is not standardized, so that a comparison between probes of different manufacturers is difficult. Therefore, the German Society for Non-Destructive Testing (DGZfP) is working on a guideline to characterization of air-coupled probes. One of the topics in this guideline is the application of thermoacoustic transducers for the characterization of receivers and another topic is the application of microphones for the characterization of transmitters. In this presentation we compare various characterization methods with the particular focus on the characterization of thermoacoustic transducers using an optical microphone. Both thermoacoustic transmitters and optical microphones have a very large bandwidth compared to conventional air-coupled transducers, but their spectrum is not entirely linear, which needs to be taken into account if they are applied as reference transducers. T2 - JSNDI online workshop “Emerging Technologies of Advanced Ultrasonic Measurement” CY - Online meeting DA - 14.12.2021 KW - Air-coupled ultrasound KW - Transducer KW - Sound field PY - 2021 AN - OPUS4-54195 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rus, J. A1 - Gustschin, A. A1 - Mooshofer, H. A1 - Grager, J.-C. A1 - Bente, Klaas A1 - Gaal, Mate A1 - Pfeiffer, F. A1 - Grosse, C. U. T1 - Qualitative comparison of non-destructive methods for inspection of carbon fiber-reinforced polymer laminates N2 - In the rapidly expanding composite industry, novel inspection methods have been developed in recent years. Particularly promising for air-coupled testing are cellular polypropylene transducers which offer better impedance matching to air than piezoelectric transducers. Furthermore, broadband transmitters (laser-induced ultrasound and thermoacoustic emitters) and receivers (optical microphones) have opened a completely new chapter for advanced contact-free ultra-sound inspection. X-ray dark-field radiography offers a different approach to detect porosity and microcracks, employing small angle X-ray scattering. These innovative ultrasonic and radiographic alternatives were evaluated in comparison with well-established inspection techniques. We applied thirteen different non-destructive methods to inspect the same specimen (a carbon fiber-reinforced polymer laminate with induced impact damage): air-coupled ultrasound testing (using piezoelectric transducers, broadband optical microphones, cellular polypropylene transducers, and a thermoa- coustic emitter), laser-induced ultrasound testing, ultrasonic immersion testing, phased array ultrasonic testing, optically excited lock-in thermography, and X-ray radiography (projectional absorption and dark-field, tomosynthesis, and micro-computed tomography). The inspection methods were qualitatively characterized by comparing the scan results. The conclusions are advantageous for a decision on the optimal method for certain testing constraints. KW - Carbon fiber-reinforced polymer KW - Air-coupled ultrasound KW - Optically excited lock-in thermography KW - X-ray micro-computed tomography KW - X-ray dark-field radiography PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-509473 DO - https://doi.org/10.1177/0021998320931162 SN - 0021-9983 VL - 54 IS - 27 SP - 4325 EP - 4337 PB - SAGE AN - OPUS4-50947 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Tiitta, M. A1 - Tiitta, V. A1 - Gaal, Mate A1 - Heikkinen, J. A1 - Lappalainen, R. A1 - Tomppo, L. T1 - Air-coupled ultrasound detection of natural defects in wood using ferroelectret and piezoelectric sensors N2 - Air-coupled ultrasound was used for assessing natural defects in wood boards by through-transmission scanning measurements. Gas matrix piezoelectric (GMP) and ferroelectret (FE) transducers were studied. The study also included tests with additional bias voltage with the ferroelectret receivers. Signal analyses, analyses of the measurement dynamics and statistical analyses of the signal parameters were conducted. After the measurement series, the samples were cut from the measurement regions and the defects were analyzed visually from the cross sections. The ultrasound responses were compared with the results of the visual examination of the cross sections. With the additional bias voltage, the ferroelectret measurement showed increased signal-to-noise ratio, which is especially important for air-coupled measurement of high-attenuation materials like wood. When comparing the defect response of GMP and FE sensors, it was found that FE sensors had more sensitive dynamic range, resulting from better s/n ratio and short response pulse. Classification test was made to test the possibility of detecting defects in sound wood. Machine learning methods including decision trees, k-nearest neighbor and support vector machine were used. The classification accuracy varied between 72 and 77% in the tests. All the tested machine learning methods could be used efficiently for the classification. KW - Air-coupled transducers KW - Wood KW - Ultrasound KW - Ultrasonic imaging KW - Ferroelectret KW - Machine learning PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-509503 DO - https://doi.org/10.1007/s00226-020-01189-y SP - 1 EP - 14 PB - Springer AN - OPUS4-50950 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Luftultraschall N2 - Dieser Vortrag bietet eine Einführung zur luftgekoppelten Ultraschallprüfung. Es werden die theoretischen Grundlagen erläutert und Beispiele für Anwendungen in der Praxis gegeben. T2 - Schulung Ultraschallprüfung Stufe 3 CY - Berlin, Germany DA - 28.09.2020 KW - Luftgekoppelte Ultraschallprüfung KW - Luftankopplung KW - Ultraschallwandler PY - 2020 AN - OPUS4-51578 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Vössing, Konrad A1 - Gaal, Mate A1 - Niederleithinger, Ernst T1 - Imaging wood defects using air coupled ferroelectret ultrasonic transducers in reflection mode N2 - Air-coupled ultrasound (ACU) is used to detect defects in wood panels without physically contacting the sample and with a quick scanning rate. Transducers made of cellular polypropylene (PP) with a high signal-to-noise ratio are quite suitable for ACU testing of wood. The extremely low modulus of elasticity and low density of PP transducers results in a small difference in acoustic impedance for the Transmission of ultrasonic waves between the transducer and air, allowing new areas of application to become possible. To demonstrate the suitability of the reflection technique, measurements are shown on the three samples Multiplex, LVL, and MDF and compared with transmission measurements. Due to this acoustic barrier and the use of cellular PP transducers, an exact detection of delamination and cavities is possible in wood panels up to 40 mm thick. If only one side of an object is accessible and the depth of the defect is of interest, the reflection technique is preferred at the expense of a reduced measuring accuracy and Penetration depth. KW - Wood KW - Ultrasound KW - Air coupled KW - Defects PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118032 VL - 241 SP - 118032, 1 EP - 8 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-50235 LA - eng 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 T1 - Air-coupled ultrasonic sensors N2 - We present an overview of air-coupled ultrasonic transducers. T2 - Workshop BAM-IWF CY - Berlin, Germany DA - 25.11.2019 KW - Air-coupled transducers KW - Ferroelectret KW - Thermoacoustics KW - Plasma PY - 2019 AN - OPUS4-49806 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Hufschläger, Daniel A1 - Bente, Klaas T1 - Advances in air-coupled ultrasonic transducers for non-destructive testing N2 - Commercially available air-coupled transducers applied in non-destructive testing consist of a piezocomposite material and matching layers to reduce the impedance mismatch between the transducer and air. This contribution is an overview of innovative approaches using new piezoelectric materials and other physical principles to transmit and receive an ultrasonic pulse in air. Capacitive and piezoelectric micromachined ultrasonic transducers (CMUTs and PMUTs) produce high pressure levels, but they exhibit a very narrow bandwidth. Optical laser-based methods for transmitting and receiving ultrasound promise a higher bandwidth, but do not achieve the same sensitivity as conventional air-coupled transducers. Ferroelectrets are charged cellular polymers exhibiting piezoelectric properties, having a very small acoustic impedance well matched to air. Ferroelectret transducers achieve about the same bandwidth as the most broadband conventional air-coupled transducers, having a higher sensitivity. Thermoacoustic transducers use heat to initiate an acoustic wave, acting as transmitters in ultrasonic range. Thermoacoustic transducers enable excitation of extremely broadband pulses while producing high pressure levels, which opens new possibilities for advanced signal processing. The newest member of the family of air-coupled ultrasonic transmitters is the plasma-based transducer, using both the thermoacoustic effect and the movements of the ions (so called ionic wind) to create acoustic waves. T2 - International Congress on Ultrasonics CY - Bruges, Belgium DA - 03.09.2019 KW - Air-coupled transducers KW - Ferroelectret KW - Thermoacoustics KW - Plasma acoustics KW - Non-destructive testing PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1121/2.0001072 SN - 1939-800X N1 - Geburtsname von Hufschläger, Daniel: Kotschate, D. - Birth name of Hufschläger, Daniel: Kotschate, D. VL - 38 IS - 1 SP - 030003-1 EP - 030003-7 PB - American Institute of Physics CY - Lancaster, Pa. AN - OPUS4-50103 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Dominguez-Macaya, A. A1 - Gaal, Mate A1 - Gómez Álvarez-Arenas, T. E A1 - Aurrekoetxea, J. A1 - Iturrospe, A. T1 - Air-coupled ultrasonic testing with Lamb waves for straight and curved GFRP plates N2 - The use of composite materials has been steadily growing during the last decades, as well as the requirements on quality, mechanical properties and geometries of the parts. Some processes, like the 3D UV pultrusion process, manufacture parts that are long and thin, whilst having a varying curvature radius along the same part or even no curvature at all. Studying their mechanical properties along the main fiber direction, which is of foremost interest, is not an easy task nor efficient with most nondestructive methods. The use of air-coupled ultrasonics to evaluate the properties of composite materials has been widely proved by several authors, mainly using guided waves that provide information on the orthotropic properties of this kind of materials. Most of this work has focused on analyzing straight plate-like geometries, due to the simplicity to generate desired Lamb modes in the plate and analyze the behavior of guided waves inside the plate. In our contribution, the differences in the propagation of Lamb waves for straight and curved geometry glass fiber reinforced polymers (GFRP) have been analyzed. A GFRP test sample cured with UV light with one straight and one curved area has been evaluated. The responses of the generated Lamb wave modes for the straight and curved geometries have been compared, accounting for variations in the transducer characteristics, e.g. resonance behavior and focusing. T2 - International Congress on Ultrasonics CY - Bruges, Begium DA - 03.09.2019 KW - Air-coupled KW - Guided waves KW - Composites PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1121/2.0001072 VL - 38 SP - 045005 AN - OPUS4-50104 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Ferroelektret-Wandler für Luftultraschall N2 - Es wird ein Überblick über die Forschung an Ferroelektret-Wandlern für luftgekoppelte Ultraschallprüfung gegeben. T2 - Innovative ZFP mit bildgebender Ultraschallprüftechnik CY - Braunschweig, Germany DA - 29.11.2019 KW - Luftultraschall KW - Ferroelektret KW - Wandler PY - 2019 AN - OPUS4-50107 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Linear and matrix phased array inspection of complex thin wall components N2 - The application of phased arrays in either linear or matrix arrangement in combination with signal processing opens the door for the mechanized inspection of different thin wall materials itself as well as their joining methods. Modern lightweight components are typically manufactured by a composition of different types of e.g. steels, metals, fiber reinforced plastics and glass. Dependent on the material combinations e.g. welding, brazing, bonding, cladding or coating may be applied during the manufacturing process to join different semi-finished products to form the component. The resulting complex material composition and different damage mechanisms pose new challenges to non-destructive testing with ultrasound due to the different material properties and the overall arrangement of the materials employed. The sound field variation capabilities of array probes may be helpful to overcome some of these challenges if adapted to the specific inspection task. Examples for the non-destructive mechanized phased array inspection of different types of materials and joining methods will be presented. T2 - KINT Symposium CY - Amsterdam, The Netherlands DA - 30.10.2019 KW - Matrix array KW - Phased array KW - Joints PY - 2019 AN - OPUS4-49538 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -