Simultane Bestimmung der Plattendicke und Schallgeschwindigkeit mit codierten Ultraschallsignalen - Kiefer, Daniel A.; Fink, Michael; Rupitsch, Stefan (5. Tagung Innovation Messtechnik, 2017)
Ist entweder die Dicke einer Platte oder die Schallgeschwindigkeit in dieser bekannt, so kann durch Laufzeitmessung von Ultraschallsignalen auf die jeweils andere Größe geschlossen werden. Häufig sind jedoch beide Parameter unbekannt. In diesem Fall können Mehrfachreflexionen in der Platte ausgenutzt werden, um beide Größen simultan zu bestimmen. Dies ist insbesondere für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung von großem Interesse. Zur Vermessung dünnerer Platten muss die axiale Auflösung des Messsystems erhöht werden. Dies geschieht mittels einer Konditionierung des Signales, welches zur Ansteuerung der Ultraschallwandler zum Einsatz kommt. Hierfür wird ein neues Verfahren vorgestellt und auf ein linear frequenzmoduliertes Signal angewandt. Dieses gehört zu den codierten Ansteuersignalen, wodurch ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis erzielt werden kann.  Jedoch ist bei solchen Signalen aufgrund ihrer langen zeitlichen Ausdehnung zur Laufzeitmessung eine Pulskompression erforderlich. Bekannte Pulskompressionsverfahren werden hinsichtlich axialer Auflösung und Nebenkeulenpegel messtechnisch untersucht. Platten aus Stahl, Aluminium und Polymethylmethacrylat (PMMA, Acrylglas) werden mit dem vorgestellten Verfahren vermessen. Die Messergebnisse für Dicke und Schallgeschwindigkeit zeigen eine sehr gute Übereinstimmung mit den Referenzwerten, welche mit einer Messschraube bestimmt bzw. aus der Literatur entnommen wurden. _____________ Either the thickness of a plate or its speed of sound can be determined by ultrasonic time-of-flight measurement if the other parameter is given. Often, however, both quantities are unknown. In this case, reverberation in the plate can be harnessed to determine both parameters simultaneously, which is specially valuable for non-destructive testing applications. To characterize thinner plates, it is necessary to increase the axial resolution of the measurement system. This is accomplished by conditioning the signal that drives the ultrasonic transducer. A new approach for signal conditioning is presented and applied to a linear frequency modulated signal, which represents a coded excitation signal and, therefore, provides improved signal-to-noise ratio compared to pulsed operation. However, due to the inherently long duration of coded excitation signals, pulse compression is needed to perform time-of-flight measurements. Well known pulse compression techniques are compared experimentally with regard to achievable axial resolution and side lobe level. Plates of steel, aluminum and polymethylmethacrylate (PMMA, acrylic glass) are characterized with the presented technique. The measurement results for plate thickness and speed of sound show very good agreement with the reference values.
Keywords: Ultraschall; codierte Ansteuersignale; Pulskompression; Messtechnik; Dicke; Schallgeschwindigkeit; Platten; Chirps