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Angeregt durch experimentelle Arbeiten zur hochauflösenden Ultraschallprüfung mit fokussierenden Prüfköpfen wird mit Hilfe von Modellrechnungen der Einfluss verschiedener Schallfeld- und Reflektorparameter auf die Echohöhe untersucht. Von besonderem Interesse ist dabei das Verhalten typischer Testreflektoren wie der Kreisscheibenreflektor und die Querbohrung in "verformten" Schallfeldern, die durch Bauteilkrümmungen und Fokussierung entstehen können. Für solche Fälle lassen sich Abstandskurven (DAC) für verschiedene Reflektortypen rechnerisch erstellen und der experimentelle Aufwand erheblich reduzieren. Ein deutlicher Fortschritt wurde durch die Weiterentwicklung des Schallfeldmodells erreicht, das insbesondere für die Entwicklung neuer Typen von Gruppenstrahlerprüfköpfen unverzichtbar ist. Die Gültigkeit des Modells wird durch bisherige Messergebnisse bestätigt.
Anwendung von Modellen zur Echohöhenbewertung von Prüfköpfen mit ungewöhnlicher Schwingergeometrie
(2005)
Zusammenfassung
Das vorgestellte Modell ist in der Lage, Schallfelder in eben oder zylindrisch begrenzten Bauteilen zu berechnen. Die Prüfköpfe können eine einheitliche oder eine aus Elementen zusammengesetzte Schwingerfläche besitzen, die zusätzlich gekrümmt sein darf. Die Einschallrichtung des Prüfkopfes gegenüber der Achse der Oberflächenkrümmung ist beliebig. Die Auswertung kann praxisgerecht und flexibel an die Fragestellung angepasst werden. Die kurzen Rechenzeiten erlauben ein interaktives Arbeiten z.B. für die Prüfkopfkonstruktion und -optimierung.
Im ersten Teil werden die Möglichkeiten des Modells demonstriert, und im zweiten Teil wird der Einfluß der Oberflächenkrümmung exemplarisch diskutiert. Dabei werden Modell- und Messergebnisse gegenübergestellt.
Es wird gezeigt, dass der Einfluss der Oberflächenkrümmung auf das Schallfeld u.U. erheblich sein kann. Eine hinreichende Verifikation des Modells vorausgesetzt, könnten Empfindlichkeitsfelder im Raum und Abstandskurven mit viel höherer Auflösung erzeugt werden, als dies durch Vergleichskörpermessungen möglich ist, und diese, die darüber hinaus auch sehr kostspielig sind, weitgehend ersetzen.
Analysis of the dielectric and electromechanical properties of the cellular polypropylene ferroelectret films (EMFIT) evidences their high potential for the application in the air-coupled ultrasonic transducers. Simple prototype transducers, based on the EMFIT films, were developed and their high sensitivity was proved in the air-coupled ultrasonic experiment. Amplitude and delay time scanned images of the polyethylene step wedge with holes, obtained in both pulse-echo and transmission modes, demonstrate that non-contact ultrasonic imaging with EMFIT transducers is possible.
Dielectric and electromechanical properties of the cellular polypropylene ferroelectret films (EMFIT), combining strong piezoelectric response with a low density and softness, evidence their high potential for the air-coupled ultrasonic applications. The disadvantage of the low coupling factor is compensated by the extremely low acoustic impedance, which provides excellent matching to air and promises efficient sound transmission through the airtransducer interface. The influence of the electrodes on the electromechanical properties was investigated. Electron beam evaporation technology was adapted to the EMFIT films, and films with both-sided Au and Al electrodes were prepared without reducing or suppressing of the electromechanical properties. Finally, prototype transducers based on the EMFIT films were developed. In spite of the simple construction and absence of matching layers, high sensitivity of the EMFIT transducers was proved in the air-coupled ultrasonic experiment. Amplitude and delay time scanned images of the polyethylene step wedge with holes, obtained in both pulse-echo and transmission modes, demonstrate that non-contact ultrasonic imaging and testing with EMFIT transducers is possible.
Polypropylene based ferroelectret films exhibit a strong electromechanical activity and provide a promising solution for the air coupled ultrasonic (ACUS) transducers. Ultrasonic transmission between two air coupled ferroelectret transducers in dependence on the amplitude and polarity of the high voltage exciting pulse revealed a strongly non-linear electromechanical response of the ferroelectret transmitter which provides an increase in the transmitter efficiency. The authors present a simple model describing both promotion and competition of the piezoelectric and electrostriction contributions, as well as increase in the transducer constant under high voltage excitation. Enlargement of the inverse transducer constant of the polypropylene ferroelectret film by a factor of 4 was demonstrated. The non-linear properties of the polypropylene ferroelectrets result in a strong increase in their ACUS figure of merit under the high voltage excitation, which exceeds the results of their technological optimisation. Consequently, enhancement of the ACUS system transmission by 12 dB and signal to noise ratio by 32 dB was achieved.