TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Pulskompression für luftgekoppelte Ultraschallprüfung mit Ferroelektret- und thermoakustischen Wandlern T2 - Tagungsband DAGA 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 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 - 19.03.2024 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 - 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 JF - Sensors 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 - Gaal, Mate A1 - Hufschläger, Daniel A1 - Gohlke, Dirk A1 - Weise, Matthias A1 - Isle, 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. 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 T2 - DAGA 2023 Jahrestagung für Akustik 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 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 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 T2 - DACH-Jahrestagung 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 A1 - Hufschläger, Daniel A1 - Gohlke, Dirk A1 - Weise, Matthias A1 - Bente, Klaas 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 T2 - DACH-Jahrestagung 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 - CONF A1 - Hufschläger, Daniel A1 - Gaal, Mate A1 - Ahmadzadeh, Majid T1 - Simulation und Vermessung von thermoakustischen Schallquellen T2 - DGZfP Jahrestagung 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 T2 - DGZfP Jahrestagung 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 - 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 T2 - DGZfP-Jahrestagung 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 - GEN 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 - 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 - Guideline US 08 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 SP - 1 EP - 27 CY - Berlin AN - OPUS4-56228 LA - eng 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 - 23.5.2022 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 - Hufschläger, Daniel 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 T2 - Fortschritte der Akustik - DAGA 2022 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 - 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 JF - Acoustics Australia 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 A1 - Ahmadzadeh, M. A1 - Hufschläger, Daniel 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 - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Ahmadzadeh, Majid A1 - Hufschläger, Daniel 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 - 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 JF - ZfP-Zeitung 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 - Gaal, Mate A1 - Gautzsch, T. A1 - Wahler, M. A1 - Bernhardt, Y. A1 - Lehmann, N. A1 - Kiel, M. 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 - 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 T2 - DVS Congress 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 - 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 JF - Journal of Composite Materials 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 JF - Wood Science and Technology 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 JF - Construction and Building Materials 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 JF - IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control N2 - High sensitivity is an important requirement for air-coupled ultrasonic sensors applied to materials testing. With a lower acoustic impedance than any piezoelectric material, charged cellular polypropylene (PP) offers better matching to air with a similar piezoelectric coefficient. The piezoelectric properties of charged cellular PP originate from their polarization, creating permanent internal voltage. The sensitivity of the sensor can be increased by applying additional dc bias voltage, as it has been done already for transmitters. This work presents the first ultrasonic sensor based on charged cellular PP including a high-voltage module providing dc bias voltage up to 2 kV. This bias voltage led to an increase in the signal-to-noise ratio of up to 15 ± 1 dB. The measurement of the received signal depending on the applied bias voltage is proposed as a new method of determining the internal voltage of ferroelectrets. The sensor combined with a cellular PP transmitter was applied to nondestructive testing of a rotor blade segment and glued-laminated timber, enabling imaging of the internal structure of these specimens with a thickness around 4 cm. KW - Acoustic sensors KW - Ferroelectret KW - Nondestructive testing KW - Ultrasonic imaging KW - Ultrasonic transducers PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1109/TUFFC.2019.2925666 SN - 0885-3010 SN - 1525-8955 VL - 66 IS - 10 SP - 1600 EP - 1605 PB - IEEE AN - OPUS4-49131 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Heckel, Thomas A1 - Brackrock, Daniel 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 - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Hufschläger, Daniel A1 - Bente, Klaas T1 - Advances in air-coupled ultrasonic transducers for non-destructive testing T2 - Proceedings of Meetings on Acoustics 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 T2 - Proceedings of Meetings on Acoustics 38 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 A1 - Kotschate, Daniel A1 - Bente, Klaas T1 - Advances in air-coupled ultrasonic transducers for non-destructive testing N2 - Conventional ultrasonic testing involves the application of a fluid couplant for impedance matching. Increasing use of lightweight structures, composite materials and adhesive joints mostly in aerospace and automotive industry created an increasing interest in air-coupled ultrasonic testing methods, to protect sensitive surfaces and simplify maintenance. Commercially available air-coupled transducers 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 - Non-destructive testing KW - Ferroelectret KW - Thermoacoustics KW - Plasma acoustics PY - 2019 AN - OPUS4-48963 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Shapovalov, Oleg A1 - Gaal, Mate A1 - Hönig, Gerald A1 - Gradt, Thomas A1 - Weiss, S. T1 - Temperature dependence of the propagation speed of a longitudinal wave in different solids for use as a wedge material in an extreme-temperature-resistant ultrasonic transducer T2 - Proceedings of the 23rd International Congress on Acoustics N2 - In special cases of angle beam ultrasonic measurement – e.g. defect detection in hot solids as well as flow measurement of liquid gases or energy storage mediums – the applied transducer has to withstand extreme temperatures. Since the irradiation angle into the specific material is determined not only by wedge design, but also by the speed of sound in both the wedge material and the tested object, the developer must take into account the speed of the wave propagation in a wedge material over the whole temperature range of transducers application. In this study we investigate the temperature dependence of the speed of longitudinal wave propagation in 10 different materials in the range from -200 °C to 400 °C. The investigated materials belong to different material classes (ceramics, glass, as well as ferrous and non-ferrous metals) and are all temperature-resistant up to at least 600 °C, and therefore applicable as wedge materials in an ultrasonic transducer for use at extreme temperatures. T2 - 23rd International Congress on Acoustics CY - Aachen, Germany DA - 09.09.2019 KW - Ultrasonic Transducer KW - Speed of sound KW - Longitudinal Wave KW - Temperature PY - 2019 SP - 4776 EP - 4782 AN - OPUS4-48980 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Bente, Klaas A1 - Hufschläger, Daniel 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 - Kotschate, Daniel A1 - Bartusch, Jürgen A1 - Hansen, L. A1 - Kersten, H. T1 - Neue Entwicklungen im Bereich der luftgekoppelten Ultraschallprüfung N2 - Es wird über Ferroelektret-Wandler, thermoakustische Wandler und Plasma-Wandler für luftgekoppelte Ultraschallprüfung berichtet. T2 - Sitzung des Arbeitskreises Berlin der DGZfP CY - Berlin, Germany DA - 12.02.2019 KW - Luftultraschall KW - Ferroelektret KW - Thermoakustik KW - Plasma PY - 2019 AN - OPUS4-47375 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Heckel, Thomas T1 - Ultraschallprüfung in der BAM (Fachbereich 8.4 - Zerstörungsfreie Prüfung - Akustische und elektromagnetische Verfahren) N2 - Vorstellung des Fachbereichs 8.4 mit dem Schwerpunkt Ultraschallprüfung. T2 - Sitzung des DFG-Schwerpunktprogramms Zyklische Schädigungsprozesse in Hochleistungsbetonen im Experimental-Virtual-Lab2020 CY - Berlin, Germany DA - 6.2.2019 KW - Luftultraschall KW - Ultraschall KW - Phased Array KW - Simulation KW - Wirbelstrom KW - Magnetfeldsensoren PY - 2019 AN - OPUS4-47376 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bente, Klaas A1 - Oeff, Julius A1 - Gaal, Mate T1 - Quantitative, zeiteffiziente, winkel- und frequenzaufgelöste Analyse von Elektretwandlern im Hör- und Ultraschallbereich T2 - Fortschritte der Akustik - DAGA 2019 N2 - Die Bildgebung oder Analyse von Materialien mittels luftgekoppelten Ultraschalls profitiert von einer hohen Geschwindigkeit, Flexibilität und Materialschonung des assoziierten Verfahrens. Die Luftankopplung hat jedoch den wesentlichen Nachteil, dass die auftretenden Impedanzsprünge an Grenzflächen zu enormen Verlusten in den Signalamplituden führen. Ultraschallwandler, die laut genug senden und sensitiv genug empfangen, um die geringen Signalamplituden noch auswerten zu können, sind somit zentraler Gegenstand der aktuellen Forschung und Entwicklung. Vielversprechende Wandlertypen sind piezokeramische Wandler, Elektretwandler, aber auch passive, breitbandige Ultraschallempfänger, wie optische Mikrophone. Die quantitative Charakterisierung der Sensitivitäten solcher Wandler wird oft vernachlässigt, da kein simples, universelles Verfahren zur Verfügung steht. In diesem Beitrag geht es um die Methodik der Charakterisierung von Luftultraschallwandlern mittels thermoakustischer Ultraschallsender. Thermoakustische Wandler erzeugen Ultraschall durch das schnelle heizen eines finiten Volumens an Luft vor dem Wandler. Die erhöhte interne Energie führt zu einer Druckänderung, welche sich als akustische Welle fortpflanzen kann. Da keine mechanische Volumenarbeit vom Wandler erbracht wird, funktioniert das Verfahren resonanzfrei. Die Charakterisierung wird am Beispiel von Elektretwandlern durchgeführt. Elektretwandler sind sensitive und immer verschleißresistentere Schallwandler, wodurch sie verbreitet Einsatz im Hör- und Ultraschallbereich finden. Geladene, zelluläre Polypropylen-Folien eignen sich besonders gut als Wandlermaterial aufgrund ihrer, verglichen mit Piezokompositen, hundertfach niedrigeren akustischen Impedanz bei gleichem piezoelektrischem Koeffizienten. Doch das winkel- und frequenzabhängige Verhalten der Wandler ist kaum untersucht und wenig quantifiziert. Es wird gezeigt, dass diese Folien eine schichtdickenabhängige Sensitivität in Größenordnungen zwischen 0.1 mV/Pa und 10 mV/Pa aufwiesen. Ein Maximum in der Sensitivität fand sich nahe ihrer mechanischen Resonanzfrequenz im Ultraschallbereich, aber auch im niederfrequenten Hörschallbereich. Darüber hinaus konnte die Winkelabhängigkeit der Sensitivität charakterisiert werden. Die Analyse konnte dabei zeiteffizient gestaltet werden, da pro Winkel eine Messung für die Berechnung der Übertragungsfunktion des Wandlers genügte. Quantifiziert wurden die Ergebnisse durch das einmalige Vermessen des Emitters mittels Laser-Doppler-Vibrometrie (LDV). Mit den erzielten Ergebnissen wurde zum einen das komplexe Sensitivitätsverhalten der Wandler untersucht, aber auch eine grundlegende Methodik aufgezeigt, wie Wandler quantitativ, multivariat charakterisiert werden können. Winkel- und frequenzaufgelöste Sensitivitäten erlauben zum einen die Analyse der Anwendbarkeit der Wandler für sämtliche Einsatzgebiete, zum anderen stehen so Rückschlüsse über die mechanische Dynamik von Elektretfolien in Aussicht, da deren Sensitivität direkt mit ihrem Elastizitätsmodul skaliert. T2 - DAGA 2019 CY - Rostock, Germany DA - 18.03.2019 KW - Luftultraschall KW - Ultraschall KW - Elektretwandler KW - Thermoakustik KW - Wandlercharakterisierung PY - 2019 SP - 748 AN - OPUS4-47712 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 T2 - Tagungsband der 45. Jahrestagung für Akustik (DAGA 2019) 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 - Vössing, Konrad A1 - Gaal, Mate A1 - Niederleithinger, Ernst T1 - Air-coupled ferroelectret ultrasonic transducers for nondestructive testing of wood in through transmission and reflection mode T2 - Novel methods for characterization of materials and structures N2 - The necessity and demand for nondestructive testing of wood-based materials which can automatically scan huge areas of wood is increasing. Air-coupled ultrasound (ACU) is used to detect defects and damage without altering the structure permanently. Using through transmission it is possible to detect even small holes and missing adhesive. If only one side of an object is accessible the reflection mode is preferred at the expense of a reduced resolution and penetration depth. Novel ferroelectret transducers with a high signal-to-noise ratio (SNR) enable a high-precision structure recognition. The transducers made of cellular polypropylene (PP) are quite suitable for ACU testing due to their extremely low Young’s modulus and low density which result in a favorable acoustic impedance for the transmission of ultrasonic waves between the transducer and air. Thus, defects such as delamination, rot, and cracks can be detected. Promising results were obtained under laboratory conditions with frequencies from 90 kHz to 200 kHz. The advantage of these ACU transducers is that they do not require contact to the sample, are accurate, and cost effective. Ultrasonic quality assurance for Wood is an important attempt to increase the acceptance of wooden structures and towards sustainability in civil engineering in general. T2 - International Conference on Sustainable Materials, Systems and Structures CY - Rovinj, Croatia DA - 20.03.2019 KW - Air-coupled ultrasound KW - Cellular polypropylene KW - Wood KW - Nondestructive Testing KW - Defect detection PY - 2019 SP - 28 EP - 33 AN - OPUS4-47682 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Vössing, Konrad A1 - Gaal, Mate A1 - Niederleithinger, Ernst ED - Ross, R. ED - Sauter, U. T1 - Contactless testing of wood-based materials with novel air-coupled ultrasonic transducers T2 - 21. International Nondestructive Testing and evaluation of Wood Symposium N2 - The detection of delamination, rot and cracks causing a decrease of strength in wooden construction elements is a key task for nondestructive testing (NDT). Air-coupled ultrasound (ACU) is used to detect flaws without having to provide contact to the surface or otherwise affect the object. Novel ferroelectric transducers with a high signal-to-noise ratio enable an accurate flaw detection. Transducers made of cellular polypropylene (PP) are suitable for characterizing wood-based materials (WBM) because their extremely low Young’s modulus and low density mean a favorable acoustic impedance for the transmission of ultrasonic waves between the transducer and air. The transducers can be applied during the production of WBM and during its service life. The device enables a fast in-situ recognition of defects with frequencies between 90 kHz and 250 kHz. Measurements can be performed in through transmission for a high resolution or in pulse-echo technique in case of one-sided access at the expense of reduced signal strength. Ultrasonic quality assurance for wood is an important attempt to increase the acceptance of wooden structures and towards sustainability in civil engineering in general. T2 - 21. International Nondestructive Testing and evaluation of Wood Symposium CY - Freiburg, Germany DA - 24.09.2019 KW - Air-coupled ultrasound KW - Defect detection KW - Nondestructive Testing KW - Timber PY - 2019 SP - 100 PB - FVA CY - Freiburg AN - OPUS4-49169 LA - eng 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) T2 - Tagungsband der 44. Jahrestagung für Akustik (DAGA 2018) 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 - 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 - Transducer KW - Air-coupled ultrasonic testing KW - Atmospheric pressure plasma KW - Cellular polypropylene KW - Ferroelectret PY - 2018 AN - OPUS4-45304 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Kotschate, Daniel A1 - Hansen, L. A1 - Kersten, H. T1 - Akustische Emission von Plasma bei dielektrischer Oberflächenentladung und Mikrohohlkathoden-Entladung N2 - Die physikalische Komplexität der Gasentladungen führt zu vielen Möglichkeiten für die Interaktion der Entladung mit ihrer Umgebung. Zu den typischen Anwendungen zählen Modifikationen der Materialoberflächen und Erzeugung von Ionen für Massenspektroskopie. Atmosphärendruckplasma generiert eine große Menge thermischer Energie wegen der Kollisionen in der Plasmarandschicht. Eine rasche Temperaturänderung kann in dem umgebenden Gas eine akustische Welle erzeugen, wie beim Blitz und Donner, was als thermoakustischer Effekt bekannt ist. Außerdem kann auch die Bewegung der Ladungsträger im elektrischen Feld, bekannt als ionischer Wind, eine akustische Welle erzeugen. In diesem Beitrag werden Versuche mit akustischer Emission von Plasma bei dielektrischer Oberflächenentladung und bei Mikrohohlkathoden dargestellt. Es werden auch mögliche Anwendungen für Plasmadiagnostik, sowie für den Bau von Schallwandlern für den Hör- und Ultraschallbereich präsentiert. Verglichen mit anderen Methoden der Schallerzeugung, hat die thermoakustische Anregung den Vorteil, dass sie auch ohne eine schwingende Masse auskommt, womit eine große Bandbreite erreicht wird, sowie den Vorteil einer guten Anpassung der akustischen Impedanz. T2 - 4. Workshop des Fachausschusses Ultraschall der DEGA e.V. CY - Kloster Drübeck, Germany DA - 18.06.2018 KW - Plasmadiagnostik KW - Plasma KW - Atmosphärendruckplasma KW - Akustik KW - Ultraschall KW - Luftultraschall PY - 2018 AN - OPUS4-45305 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Schadow, Florian A1 - Nielow, Dustin A1 - Trappe, Volker T1 - Prüfung von Rotorblattschalen mit Luftultraschall T2 - Tagungsband der DGZfP-Jahrestagung 2018 N2 - Um den sicheren Betrieb von Windkraftanlagen zu gewährleisten, werden Rotorblätter nach der Fertigung und nach Reparatur mit verschiedenen zerstörungsfreien Verfahren auf Schaden untersucht. Bei der Fertigung von Blattschalen, die in einer Sandwich-Schalenbauweise gefertigt werden, entstehen Imperfektionen, die unter Belastung zu großen Rissen führen können. Zur Prüfung von Blattschalen wird unter anderem Ultraschallprüfung in Kontakttechnik eingesetzt. Um den Wartungsaufwand von Ultraschallanlagen zu reduzieren und um manche Kompositstrukturen vor Koppelmittel zu schützen, wird die Anwendung von Luftultraschall erforscht. Insbesondere große Fortschritte gibt es im Bereich der Entwicklung neuer Wandler. In diesem Beitrag berichten wir über die Luftultraschallprüfung von Schalen für Rotorblätter. Es wurden typische Sandwichschalenstrukturen hergestellt und mit einem eigenentwickelten Schalenprüfstand unter simulierter Betriebsbeanspruchung belastet. Die in den Schalenprüfkörpern entstandenen Schäden wurden außerhalb des Prüfstandes mit Luftultraschall in Durchschallung untersucht. Es wurden fokussierende Wandler auf Basis von Ferroelektreten entwickelt und für diese Prüfungen eingesetzt. Mit zusätzlicher elektrischer Vorspannung konnte die Empfindlichkeit der Empfänger deutlich erhöht werden. Die nach dem Lastwechsel entstandenen Schäden in den Rotorblattschalen waren eindeutig zu detektieren. T2 - DGZfP-Jahrestagung CY - Leipzig, Germany DA - 07.05.2018 KW - Wandler KW - Rotorblattschalen KW - Luftultraschall KW - Ferroelektret PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-453066 SP - 7 PB - Deutsche Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung e.V. (DGZfP) AN - OPUS4-45306 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Schadow, Florian A1 - Nielow, Dustin A1 - Trappe, Volker T1 - Prüfung von Rotorblattschalen mit Luftultraschall N2 - Um den sicheren Betrieb von Windkraftanlagen zu gewährleisten, werden Rotorblätter nach der Fertigung und nach Reparatur mit verschiedenen zerstörungsfreien Verfahren auf Schaden untersucht. Bei der Fertigung von Blattschalen, die in einer Sandwich-Schalenbauweise gefertigt werden, entstehen Imperfektionen, die unter Belastung zu großen Rissen führen können. Zur Prüfung von Blattschalen wird unter anderem Ultraschallprüfung in Kontakttechnik eingesetzt. Um den Wartungsaufwand von Ultraschallanlagen zu reduzieren und um manche Kompositstrukturen vor Koppelmittel zu schützen, wird die Anwendung von Luftultraschall erforscht. Insbesondere große Fortschritte gibt es im Bereich der Entwicklung neuer Wandler. In diesem Beitrag berichten wir über die Luftultraschallprüfung von Schalen für Rotorblätter. Es wurden typische Sandwichschalenstrukturen hergestellt und mit einem eigenentwickelten Schalenprüfstand unter simulierter Betriebsbeanspruchung belastet. Die in den Schalenprüfkörpern entstandenen Schäden wurden außerhalb des Prüfstandes mit Luftultraschall in Durchschallung untersucht. Es wurden fokussierende Wandler auf Basis von Ferroelektreten entwickelt und für diese Prüfungen eingesetzt. Mit zusätzlicher elektrischer Vorspannung konnte die Empfindlichkeit der Empfänger deutlich erhöht werden. Die nach dem Lastwechsel entstandenen Schäden in den Rotorblattschalen waren eindeutig zu detektieren. T2 - DGZfP-Jahrestagung CY - Leipzig, Germany DA - 07.05.2018 KW - Wandler KW - Rotorblattschalen KW - Luftultraschall KW - Ferroelektret PY - 2018 AN - OPUS4-45307 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Kotschate, Daniel T1 - New technologies for air-coupled ultrasonic transducers T2 - 12th European conference on Non-Destructive Testing 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 - Grager, J.-C. A1 - Kotschate, Daniel A1 - Gamper, J. A1 - Gaal, Mate A1 - Pinkert, K. A1 - Mooshofer, H. A1 - Goldammer, M. A1 - Grosse, C. U. T1 - Advances in air-coupled ultrasonic testing combining an optical microphone with novel transmitter concepts T2 - 12th European conference on Non-Destructive Testing N2 - Air-coupled ultrasound (ACU) is increasingly used for automated and contactless inspection of large-scale composite structures as well as for non-destructive testing (NDT) of water-sensitive or porous materials. The major challenge to overcome using ACU in NDT is the enormous loss of ultrasonic energy at each solid-air interface caused by the high acoustic impedance mismatch. Resonant low-frequency piezoceramic transducers are specially designed to achieve high sound pressure levels. For an expanded use of this technique, however, the spatial resolution needs to be increased. Recent studies of our collaborative research group demonstrated the successful application of a resonance-free, highly sensitive receiver that uses a Fabry-Pérot etalon instead of piezoceramic materials or membranes. However, to reach the full potential of this broadband small-aperture optical microphone, novel transmitter concepts have to be developed and evaluated for advanced NDT applications. Different types of transmitter were tested in combination with the optical microphone acting as receiver and they were compared to conventional piezoceramic transducers in through-transmission mode. Monolithic carbon fiber-reinforced plastics (CFRP) and CFRP sandwich structures containing different defect types were inspected. Presented results are processed as C-scan images and further evaluated for spatial resolution, signal-to-noise ratio and sensitivity of each measurement setup. Novel transmitter concepts, such as ferroelectret and thermoacoustic emitters, show promising findings with a considerably improved time and spatial resolution for ACU-NDT. T2 - 12th European conference on Non-Destructive Testing CY - Gothenburg, Sweden DA - 11.06.2018 KW - Air-coupled ultrasonic testing KW - Optical microphone KW - Thermoacoustic KW - Cellular polypropylene KW - Ferroelectret KW - Transducer PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-452114 SP - ECNDT-0166-2018, 1 EP - 10 AN - OPUS4-45211 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Krankenhagen, Rainer A1 - Röllig, Mathias A1 - Heckel, Thomas A1 - Brackrock, Daniel A1 - Gaal, Mate T1 - Quantification of impact damages in CFRP and GFRP structures with thermography and ultrasonics T2 - Proceedings of QIRT 2018 N2 - The extent of damage caused by impacts in fibre reinforced composites depends on the energy of the impacts, on the velocity and the shape of the impacting body, on the material and structure of the composite and on the geometry of the structure. Here, mainly the thickness of the component is essential. The non-destructive evaluation of these damages can be carried out using both ultrasound and active thermography methods. A comparison of the detection sensitivity of these methods for the different damages is carried out in this paper depending on the fibre composite material used (CFRP and GFRP), the thickness of the material and the impact energy. The NDT methods used after the damage are supplemented by thermographic measurements with high temporal resolution, which were already recorded during the impact. T2 - 14th Quantitative InfraRed Thermography Conference CY - Berlin, Germany DA - 25.06.2018 KW - Active thermography KW - Passive thermography KW - Ultrasonics KW - CFRP KW - GFRP KW - Impact PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-454952 UR - http://www.qirt.org/archives/qirt2018/papers/126.pdf DO - https://doi.org/10.21611/qirt.2018.126 SP - 933 EP - 940 PB - DGZfP e. V. AN - OPUS4-45495 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -