TY - CONF A1 - Prager, Jens A1 - Heide, M. A1 - Homann, Patrick Tobias A1 - Grzeszkowski, M. A1 - Gaal, Mate A1 - Dohse, Elmar T1 - Einseitig-berührungslose Ultraschallprüfung von Klebeverbindungen N2 - Durch den Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen und Multi-Material-Konstruktionen zur Gewichtsreduzierung erlangen Klebeverbindungen immer stärkere Bedeutung. Die Prüfung dieser Fügeverbindungen stellt neue Anforderungen an die zerstörungsfreie Prüfung. Hinzu kommt, dass die Zugänglichkeit häufig eingeschränkt und die Verwendung flüssiger Koppelmittel aufgrund konstruktiver oder fertigungstechnischer Gegebenheiten ausgeschlossen ist. Unter Berücksichtigung dieser Beschränkungen wurde ein Prüfverfahren entwickelt, das eine luftgekoppelte Anregung geführter Ultraschallwellen mit einer laserbasierten Detektion kombiniert. Nachdem das Prüfverfahren zunächst mit einer einfachen Signalauswertung im Zeitbereich getestet wurde, konnte in nachfolgenden Untersuchungen die örtliche Auflösung durch die Implementierung von Filteralgorithmen im Frequenz-Wellenzahl-Bereich und zusätzlich durch direktionale Filter erhöht werden. Das resultierende bildgebende Prüfverfahren wurde an realitätsnahen Klebeproben mit künstlichen Fehlern getestet. Die Zuverlässigkeit und Ortsauflösung des Verfahrens wurde im Vergleich mit herkömmlichen Prüfverfahren validiert. Mithilfe des Verfahrens können Poren, Einschlüsse und Bereiche mit ungenügender Verklebung detektiert werden. T2 - DACH-Jahrestagung 2015 CY - Salzburg, Austria DA - 11.05.2015 KW - Strukturüberwachung KW - Ultraschallprüfung KW - Zerstörungsfreie Prüfung PY - 2015 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-331944 SN - 978-3-940283-68-9 IS - DGZfP BB 152 SP - Mo.2.B.4, 1 EP - 7 PB - Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP) AN - OPUS4-33194 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Ultrasonic Testing of Adhesively Bonded Joints Using Air-Coupled Cellular Polypropylene Transducer T2 - 11th European Conference on Non-Destructive Testing (ECNDT) CY - Prag, Tschechien DA - 2014-10-06 PY - 2014 AN - OPUS4-33227 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Daschewski, Maxim A1 - Kreutzbruck, Marc A1 - Prager, Jens A1 - Dohse, Elmar A1 - Gaal, Mate A1 - Harrer, Andrea T1 - Resonanzfreie Messung und Anregung von Ultraschall N2 - In diesem Beitrag präsentieren wir innovative Methoden für die breitbandige und resonanzfreie Messung und Anregung von Ultraschall. Das Messverfahren verwendet eine Kunststofffolie und ein Laser-Vibrometer als breitbandigen und resonanzfreien Empfänger. Im Allgemeinen ermöglicht dieses Verfahren eine präzise Messung der Schallschnelle und des Schalldruckes in beliebigen, für das Laserlicht transparenten Flüssigkeiten und Gasen mit bekannter Dichte und Schallgeschwindigkeit. Das resonanzfreie Senden von Ultraschall basiert auf einem elektro-thermo-akustischen Wandlerprinzip und ermöglicht, im Gegensatz zu herkömmlichen Ultraschallwandlern, die Erzeugung von beliebig geformten akustischen Signalen ohne Resonanzen und ohne Nachschwingen. N2 - In this contribution we present innovative methods for broadband and resonance-free sensing and emitting of ultrasound. The sensing method uses a polyethylene foil and a laser vibrometer as a broadband and resonance-free sound receiver. In general, this method enables absolute measurement of sound particle velocity and sound pressure in arbitrary, laser beam transparent liquids and gases with known density and sound velocity. The resonance-free emitting method is based on the electro-thermo-acoustic principle and enables, contrary to conventional ultrasound transducers, generation of arbitrary shaped acoustic signals without resonances and post-oscillations. KW - Ultraschall KW - Übertragungsfunktion KW - Charakterisierung von Ultraschallmesssystemen KW - Thermo-akustische Ultraschallemitter KW - Ultrasound KW - Transfer function KW - Characterization of ultrasonic measurement systems KW - Thermo-acoustic ultrasound emitter PY - 2015 DO - https://doi.org/10.1515/teme-2014-0020 SN - 0340-837X SN - 0178-2312 SN - 0171-8096 VL - 82 IS - 3 SP - 156 EP - 166 PB - Oldenbourg CY - München AN - OPUS4-32733 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Dohse, Elmar A1 - Bartusch, Jürgen A1 - Köppe, Enrico A1 - Kreutzbruck, Marc A1 - Hillger, W. A1 - Amos, J. M. T1 - Ultrasonic testing of adhesively bonded joints using air-coupled cellular polypropylene transducers N2 - In air-coupled ultrasonic testing, the impedance mismatch between the transducer and the air is commonly being solved by adding matching layers to composite transducers. To avoid the difficult technological procedure regarding matching layers, some new piezoelectric materials have been proposed. Most promising are ferroelectrets, which are charged cellular polymers, having ferroelectric and consequently piezoelectric properties. In particular, the extreme softness of cellular polypropylene (cPP) leads to a high piezoelectric constant and to a good impedance match with the air, making matching layers redundant. Its elasticity modulus below 1 MPa causes an additional effect not observed with common piezoelectric materials: that is the electrostrictive effect, here defined as the thickness change due to the attractive force between the transducer electrodes. This effect exceeds the piezoelectric effect at excitation voltages over 1 kV. The extreme softness of cPP leads also to high flexibility, enabling easy focusing by bending the transducer. We have developed air-coupled ultrasonic transducers based on cPP. This includes the electrical matching networks for the transmitter and for the receiver. The transmitter is excited with voltages up to 2.5 kV, so that the electrostrictive effect dominates, leading to sound pressure around 145dB at the transducer surface. These transducers have been applied for testing carbon-fiber-reinforced polymer plates, adhesive joints and other composite structures. Here we report about ultrasonic transmission of two types of adhesive joints. The first one is multi-layer aluminium components with some artificial disbonds, which are common in aerospace industry, and the second one is an aluminium-steel joint with polyurethane adhesive, which is used in automotive industry. T2 - ECNDT 2014 - 11th European conference on non-destructive testing CY - Prague, Czech Republic DA - 06.10.2014 KW - Air-coupled KW - Ultrasonic testing KW - Ferroelectret KW - Cellular polypropylene KW - Transducer KW - Adhesive joint PY - 2014 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-317204 SN - 978-80-214-5018-9 SP - 1 EP - 8 PB - Brno University of Technology AN - OPUS4-31720 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Bartusch, Jürgen A1 - Dohse, Elmar A1 - Kreutzbruck, Marc A1 - Amos, J. M. ED - Chimenti, D.E. ED - Bond, L.J. ED - Thompson, D.O. T1 - Air-coupled ultrasonic testing of metal adhesively bonded joints using cellular polypropylene transducers N2 - Adhesively bonded aluminum components have been widely used in the aerospace industry for weight-efficient and damage-tolerant structures. Automated squirter jet immersion ultrasonic testing is a common inspection technique to assure the bond integrity of large, contoured assemblies. However, squirter jet inspection presents several limitations in scanning speed, related to water splash noise over protruding stiffeners and splash interference crosstalk in multi-channel inspection systems. Air-coupled ultrasonic testing has been evaluated as an alternative, possibly offering the benefits of increased throughput by enabling higher speeds, and eliminating the contamination concerns and maintenance issues of water couplant systems. Adhesive joints of multi-layer aluminum plates with artificial disbonds were inspected with novel air-coupled ultrasonic probes based on cellular polypropylene. Disbonds of various sizes were engineered in several multi-layer configurations and at various depths. Results were compared with squirter jet immersion and conventional piezoelectric transducer designs in terms of scan contrast, resolution and inspection time. T2 - 40th Annual review of progress in quantitative nondestructive evaluation CY - Baltimore, Maryland, USA DA - 21.07.2013 KW - Air-coupled KW - Ultrasonic KW - Metal bond KW - Ferroelectret PY - 2014 SN - 978-0-7354-1212-5 SN - 978-0-7354-1211-8 DO - https://doi.org/10.1063/1.4864857 SN - 0094-243X N1 - Serientitel: AIP conference proceedings – Series title: AIP conference proceedings VL - 1581 33A SP - 471 EP - 478 PB - AIP Publishing AN - OPUS4-31362 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Bovtun, V. A1 - Stark, Wolfgang A1 - Kreutzbruck, Marc ED - Kollmeier, B. T1 - Bestimmung der elastischen Eigenschaften des Polypropylen-Ferroelektrets N2 - Ferroelektrete sind zelluläre polarisierte Polymere, die ferroelektrische und dadurch auch piezoelektrische Eigenschaften aufweisen. Unter anderem werden sie für den Bau von Mikrofonen und Ultraschallwandlern für Materialprüfung eingesetzt. Dabei erweist sich ihre besonders niedrige akustische Impedanz als Vorteil. Ursache dafür ist vor allem ihr außergewöhnlich niedriger Elastizitätsmodul in Dickenrichtung. In diesem Beitrag werden zwei Methoden für die Ermittlung des Elastizitätsmoduls des geladenen zellulären Polypropylens (zPP) dargestellt. Die erste ist eine neuartige modellgestützte Methode mittels Laservibrometrie an dem eigenentwickelten Polypropylen-Wandler, wobei die Resonanzschwingung des Wandlers bei 250 kHz gemessen wird. Die zweite Methode ist dynamisch-mechanische Analyse (DMA) durchgeführt mit Frequenzen von 0,3 bis 50 Hz, erstmalig für das zPP angewendet. T2 - DAGA 2014 - 40. Jahrestagung für Akustik CY - Oldenburg, Germany DA - 10.03.2014 PY - 2014 SN - 978-3-939296-06-5 SP - 1 EP - 2 AN - OPUS4-31368 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Bartusch, Jürgen A1 - Döring, Joachim A1 - Dohse, Elmar A1 - Lange, Thorid A1 - Hillger, W. A1 - Kreutzbruck, Marc T1 - Air-coupled ferroelectret ultrasonic transducers applied to testing of fiber-reinforced polymers N2 - Air-coupled ultrasound is an emerging testing technique applied to materials with sensitive surfaces. One of the most important applications is on components made of carbon-fiber-reinforced polymers, which find their use in aerospace and increasingly in automotive industry. A promising alternative to piezoceramic transducers with matching layers is the use of ferroelectrets, which are charged cellular polymers exhibiting piezoelectric and ferroelectric properties. Ferroelectret transducers for air-coupled ultrasonic testing, including their electronic interface, were developed and compared with conventional air-coupled probes, all having a resonance frequency between 200 and 250 kHz. The cPP transducers were excited with square pulses of 2.5 kV, whereas two different piezoceramic transducers with similar properties were excited with 800 V. The signal-to-noise ratio was evaluated and compared. Two test blocks, (i) a sandwich-structured composite with a honeycomb core between plates of carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) containing an impact and (ii) a CFRP plate with an impact and several flat-bottom holes, were inspected in transmission. The ferroelectret transducers achieved a SNR at least 11 dB higher than the conventional probes. The impacts were clearly visible with all probes, but less noisy with ferroelectret transducers. The flat T2 - 12th International conference of the Slovenian society for non-destructive testing - Application of contemporary non-destructive testing in engineering CY - Portoroz, Slovenia DA - 04.09.2013 KW - Air-coupled ultrasound KW - Transducer KW - Ferroelectret KW - Cellular polypropylene KW - Fiber-reinforced polymers PY - 2013 SN - 978-961-93537-0-7 SP - 43 EP - 50 AN - OPUS4-29927 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Air-coupled ultrasonics: theory N2 - This presentation is an overview of the basics of air-coupled ultrasonic testing. The emphasis is on transducers and wave propagation, illustrated by examples from non-destructive testing. T2 - Non-destructive testing of fiber reinforced polymers. Training course ultrasonics and active thermography CY - Berlin, Germany DA - 28.03.2017 KW - Air-coupled ultrasonic testing KW - Carbon-fiber-reinforced plastic KW - Transducer PY - 2017 AN - OPUS4-39768 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Numerische Untersuchungen zur Luftultraschallprüfung von faserverstärkten Kunststoffen N2 - Luftultraschall wird immer häufiger für die Prüfung von anisotropen Faserverbunden eingesetzt. Meistens wir in Durchschallung geprüft, aber bei der einseitigen Zugänglichkeit muss eine Art Tandemtechnik mit Anregung von geführten Wellen angewendet werden. Bei beiden Techniken ist der Signal-Rausch-Abstand wegen der niedrigen akustischen Impedanz der Luft deutlich kleiner als bei einer typischen Prüfung in Kontakttechnik. Bei der Tandemtechnik wird das Signal zusätzlich durch eine größere Divergenz und Dämpfung geschwächt. Deshalb ist es wichtig, die Anregung, Ausbreitung und Detektion von geführten Wellen in Faserverbunden zu verstehen. In diesem Beitrag wird ein Finite-Elemente-Modell für die Simulation von luftgekoppelter Anregung und Ausbreitung von geführten Wellen in Faserverbunden vorgestellt und mit Messungen verglichen. Insbesondere wurde die Wellenausbreitung und Modenkonversion in der Nähe von Schäden in mehreren Parameterstudien untersucht. T2 - DGZfP-Jahrestagung CY - Koblenz, Germany DA - 22.5.2017 KW - FEM KW - Luftultraschall KW - Faserverstärkter Kunststoff KW - Prüfung KW - Simulation PY - 2017 AN - OPUS4-40407 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Bewertung von Anzeigen in Faserverbundwerkstoffen mit aktiver Thermographie und Ultraschall N2 - Es wurden ausgewählte Ergebnisse aus dem EU-Vorhaben VITCEA vorgestellt. T2 - Sitzung des Fachausschusses Faserverbundwerkstoffe der DGZfP CY - Stade, Germany DA - 11.5.2017 KW - Faserverbundwerkstoffe KW - Ultraschallprüfung KW - Thermographie PY - 2017 AN - OPUS4-40202 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Neuartige Wandler für die Luftultraschallprüfung N2 - Es werden Luftultraschallwandler für zerstörungsfreie Prüfung vorgestellt. Im Mittelpunkt des Vortrags stehen Ferroelektret-Wandler und thermoakustische Wandler. T2 - DGZfP Arbeitskreis Zwickau-Chemnitz CY - Zwickau, Germany DA - 24.01.2017 KW - Luftultraschall KW - Ultraschallprüfung KW - Ferroelektret KW - Thermoakustik KW - Wandler PY - 2017 AN - OPUS4-39055 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Bartusch, Jürgen A1 - Schadow, Florian A1 - Beck, Uwe A1 - Daschewski, M. A1 - Kreutzbruck, M. T1 - Airborne ultrasonic systems for one-sided inspection using thermoacoustic transmitters N2 - Airborne ultrasonic inspection is performed in through transmission, where the test piece (e.g. adhesive joint or polymer-based composite plate) is placed between the transmitter and the receiver. However, many structures with difficult shapes allow only one-sided inspection. The strong reflection of the signal from the surface overshadows the signals from the inside, so that broadband pulses are required. Thermoacoustic transmission, where the thermal energy of an electrically heated electrode is transformed into the acoustic energy of an ultrasonic wave, opens the possibility to excite broadband pulses and thus to inspect objects with one-sided access. We present various thermoacoustic transducers consisting of an electrically conductive film on a solid substrate. The first type of transducer is a transmitter with an indium-tin-oxide electrode on a glass substrate combined with a laser Doppler vibrometer as a receiver. The second type of transducer combines thermoacoustic transmission and piezoelectric reception, having a titanium electrode as a transmitter deposited onto charged cellular polypropylene serving as a piezoelectric receiver. Using a focusing thermoacoustic transmitter and a separate cellular polypropylene receiver, a through-transmission inspection of a 4 mm thick CFRP test piece with inserts as small as 1 mm was performed. The same emitter and a laser vibrometer as a receiver were used for a one-sided inspection of a Plexiglas block with a cross hole at 15 mm depth. A twin probe consisting of a thermoacoustic transmitter on a cellular polypropylene receiver was applied to a profile measurement on a step wedge with flat bottom holes. The smallest detected diameter of a flat bottom hole was 1 mm. Sound pressure level above 140dB was achieved with each of these transmitters. Thermoacoustic transmitters enable a step towards one-sided air-coupled ultrasonic inspection. T2 - IEEE International Ultrasonics Symposium CY - Tours, France DA - 18.09.2016 KW - Airborne KW - Air-coupled KW - Ultrasonic transducer KW - Thermoacoustic KW - Ferroelectret PY - 2016 SN - 978-1-4673-9897-8 SN - 1948-5719 SP - (online publication) 1 EP - 4 AN - OPUS4-37620 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -