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Since several years ultrasonic imaging techniques are used for testing concrete elements. Combined with a reconstruction calculation they lead to an acoustic imaging of scatterers and reflectors from the inside of the concrete element. For several testing problems it is an advantage to use a two dimensional synthetic aperture and to combine it with a three-dimensional reconstruction calculation (3D-SAFT, Synthetic Aperture Focussing Technique).
This enables the analysis of the tested volume by means of B-scans in two directions and C-scans (projections parallel to the surface), respectively. Using the 2D-scanning technique, especially the disturbing influence of the reinforcing rebars can be minimised.
In this contribution the state of the art of this method is demonstrated and analysed. Examples of the application are presented, concerning
Localisation of honeycombing and compaction faults
Characterisation of cracks (especially measuring the crack depth)
Investigation of tendon ducts
The results presented are obtained in the frame of a research initiative Non-destructive Evaluation of Concrete Structures Using Acoustic and Electromagnetic Echo-Methods supported by the German Science Council (FOR 384 of DFG, Deutsche Forschungsgemeinschaft). The methods are assessed and improved in cooperation with the partners participating in the project.
Ultrasonic Reflection Properties at Interfaces Between Concrete Steel and Air: Imaging and Modelling
(2006)
Entwicklung einer Gruppenstrahler-Sendeeinheit für Ultraschalluntersuchungen von Betonbauteilen
(2002)
Zusammenfassung
Die Ultraschall Phased-Array-Technik oder auch Gruppenstrahlertechnik wird erfolgreich in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung an Metallen und Kunststoffen eingesetzt. Mit dieser Technik kann durch zeitlich gesteuerte Anregung der einzelnen Wandlerelemente des Arrays das Schallbündel im Probekörper verschoben, geschwenkt und/oder fokussiert werden. Der für Beton anwendbare Frequenzbereich liegt in der Regel von 50 kHz bis 200 kHz. Die Erzeugung der notwendigen Verzögerungen der Sendespannungen für die Schallbündelsteuerung kann in diesem Frequenzbereich durch kommerziell erhältliche Komponenten der Rechnertechnik erreicht werden. Die Hardware-Entwicklung beschränkt sich somit nur auf die Leistungssendestufen und das Interface zwischen dem Steuerrechner und dem Leistungsteil.
Die Phased-Array-Sendeapparatur besteht aus einem Steuerrechner mit eingebauten Timerbaugruppen und einem externen Leistungsteil mit 10 eingebauten Sendern für die Ultraschallprüfköpfe. Als Kompromiss zwischen Schaltungsaufwand und bestmöglicher Anregung werden z. Zt. Rechtecksendestufen mit einstellbarer Impulsbreite verwendet. Durch die variable Impulsbreite kann, je nach verwendeten Prüfköpfen, die Anregung optimiert werden.
Orientierende Messungen wurden an einem 50 cm dicken Betonprobekörper mit einem Größtkorn von 8 mm durchgeführt. Die Möglichkeiten des Fokussierens und des Schwenkens des Schallbündels sind in Durchschallung überprüft worden. Es erfolgte danach ein Vergleich der Ergebnisse mit einer Modellrechnung auf Grundlage der Punktquellensynthese.