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Pulse-Echo Ultrasonic Testing

1940
  • Floyd Firestone
Techniker führt im Labor eine Impuls-Echo-Ultraschallprüfung an einem Metallrohr durch.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Das Impuls-Echo-Verfahren ist die Grundlage der meisten Ultraschall- Prüfung. Ein Schallwandler sendet einen kurzen, hochfrequenten Schallimpuls in ein Material. Dieser Impuls wandert so lange, bis er auf eine Begrenzung oder einen Fehler trifft und einen Teil der Energie als Echo zurückwirft. Derselbe Schallkopf erfasst dieses Echo, und anhand der Laufzeit wird die Tiefe des Reflektors berechnet, was die Erkennung von Fehlern und die Messung der Dicke ermöglicht.

Das Impuls-Echo-Verfahren beruht auf einem einfachen Prinzip der zeitlichen Abstimmung von Schallwellen. Ein spezielles Gerät, ein so genannter Impulsgeber-Empfänger, erzeugt einen elektrischen Hochspannungsimpuls. Dieser Impuls wird an einen Wandler gesendet, der ein piezoelektrisches Element enthält, das daraufhin schwingt und eine Hochfrequenz-Ultraschallwelle erzeugt. Diese Welle breitet sich durch das Prüfmaterial aus. Wenn sie auf eine Grenzfläche mit einer anderen akustische Impedanz, such as a crack, void, or the back wall of the material, a portion of the wave’s energy is reflected.

The reflected wave, or echo, travels back to the transducer. The piezoelectric element converts this returning Akustik energy back into an electrical signal. The receiver component of the pulser-receiver amplifies this weak signal. The system’s internal clock measures the precise time elapsed between the initial pulse transmission and the reception of the echo. This is known as the ‘time-of-flight’ (ToF).

Bei Kenntnis der Schallgeschwindigkeit in dem zu prüfenden Material ([latex]c[/latex]) kann die Entfernung ([latex]d[/latex]) zum Reflektor mit der Formel [latex]d = (c mal ToF) / 2[/latex] berechnet werden. Die Division durch zwei ist notwendig, weil die gemessene Zeit den Weg des Schalls zum Reflektor und zurück berücksichtigt. Die Ergebnisse werden in der Regel als A-Scan auf einem Bildschirm angezeigt, der die Signalamplitude im Verhältnis zur Zeit aufzeichnet und es einem geschulten Bediener ermöglicht, Ort, Größe und Ausrichtung interner Fehler zu erkennen.

UNESCO Nomenclature: 3322
- Werkstoffkunde

Typ

Prüfverfahren

Störung

Revolutionär

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Sonarentwicklung zur Unterwasserortung
  • Entdeckung des piezoelektrischen Effekts durch Jacques und Pierre Curie
  • grundlegendes Verständnis der Schallwellenausbreitung in Festkörpern
  • Industrieller Bedarf an interner Fehlererkennung in Fertigung und Infrastruktur

Anwendungen

  • Schweißnahtprüfung in kritischen Strukturen
  • Dickenmessung von Rohren und Tanks
  • medizinische Ultraschalluntersuchung zur Abbildung von Organen
  • Prüfung von Verbundwerkstoffen in der Luft- und Raumfahrt auf Delamination
  • Korrosionskartierung in der Öl- und Gasindustrie

Patente:

  • US2280226

Potenzielle Innovationsideen

  • Drohnenbasierte autonome Dickenmessung großer Lagertanks
  • implantierbare Biosensoren zur Echtzeitüberwachung der Knochenbruchheilung
  • In-situ-Qualitätskontrolle für den 3D-Metalldruck mit eingebetteten Wandlern
  • Handgeräte für Hausbesitzer zum Aufspüren von Termiten in Wänden
  • Ultraschall- systems for monitoring food and beverage levels in sealed containers
  • nicht-invasive Erkennung von Rohrleitungsverstopfungen für kommunale Wassersysteme
  • tragbar technology to monitor muscle fatigue and strain in athletes
  • automatisierte Schieneninspektionssysteme, die in Hochgeschwindigkeitszügen montiert sind
  • Unterwasser-Roboter-Crawler zur Inspektion von Unterwasserstrukturen
  • Akustische Analyse der Fruchtreife an automatisierten Erntelinien
Verwandt mit: Impuls-Echo, Ultraschallprüfung, ZfP, Fehlererkennung, Flugzeit, Wandler, Reflexion, Inspektion, Materialprüfung, Floyd Firestone.

Historischer Kontext

Pulse-Echo Ultrasonic Testing

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1940
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(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

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