DE2508023C3 - Breitbandiger Ultraschallwandler und seine Anwendung - Google Patents

Description

IeIe Viertelwellenschicht ausgeführt (vgl. z. B. die sowjetische Urheberurkunde Nr. 2 27 674 Kl. G 01 η 29/04 vom Jahre 1962).

Der Viertelwellen-Protektor der bekannten Tastköpfe dient zur Anpassung von akustischen Widerständen des Wandlers und des Prüflings in einem schmalen Frequenzbereich. Ziwschen dem Protektor und dem Prüfling befindet sich noch eine Kontaktflüssigkeitsschicht. Beim Verschieben des Tastkopfes auf der Oberfläche des Prüflings kann sich die Schichtdicke dieser Kontaktflüssigkeit in weiten Grenzen ändern, und einer Änderung unterliegt auch die Resonanzfrequenz des Wandlers bei Ausstrahlung und beim Empfang von Schwingungen. Dies führt zur Fehlanpassung des Protektors, zu bedeutenden Schwankungen der Amplitude des empfangenen Signals sowie zur Verformung der Frequenzkennlinie.

Es sind auch ähnlich aufgebaute Ultraschall-Tastköpfe bekannt, bei denen die Ultraschall-Schwingungsfrequenz mit Hilfe einer Induktivitätsspule nachgestimmt wird (vgl. 2. B. J. Krautkrämer »Werkstoffprüfung mit Ultraschall«, Berlin, New-York, 1966, S. 175-189).

Ein Mange! dieser bekannten Ultraschall-Tastköpfe besteht darin, daß sie keine Möglichkeit geben, Ultraschallschwingungen in einem breiten Frequenzbereich auszustrahlen und zu empfangen. Beim Übergang zu einer anderen Frequenz ist man gezwungen, einen anderen Tastkopf mit anderer Induktivitätsspule anzuschließen.

Bekannt sind Einrichtungen zur zerstörungsfreien Ultraschallprüfung, üie zur Fehlererkennung und Fehlerartbestimmung durch Spektralanalyse der von Defektstellen reflektierten Echosignale dienen (vgl. das USA.-Patent Nr. 35 38 753, Kl. 73-67.9 vom Jahre 1969 und das USA.-Patent Nr. 36 62 589, Kl. 73-67.8 vom Jahre 1971).

Diese bekannten Einrichtungen enthalten einen Tastimpulsgenerator mit einem breiten Frequenzspektrum, einen an den Ausgang dieses Generators angeschlossenen Uilraschallwandler, der elektrische Schwingungen in Ultraschallschwingungen und umgekehrt umsetzt, einen an diesen Wandler angeschlossenen breitbandigen Empfangsteil und einen Signalverarbeitungsblock.

Als Wandler werden in den bekannten Einrichtungen bedämpfte planparallele Piezoelemente benutzt, deren Strahlungsdiagramm einen Hauptzipfel sowie Nebenzipfel aufweist.

Das Vorhandensein von Nebenzipfeln im Strahlungsdiagramm ist bei den bekannten Einrichtungen nachteilig, da dadurch in vielen Fällen ein hoher Störpegel in der Art von Echosignalen entsteht, die man nicht immer unterdrücken kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschallwandler mit einem breiten Durchlaßfrequenzband zu entwickeln, der es ermöglicht, einen Frequenzgang mit vorgegebenem Gesetz der Amplitudenabhängigkeit von der Frequenz, z. B. einen gleichmäßigen, linear ansteigenden, proportional dem Frequenzquadrat ansteigenden oder einen anderen Amplituden-Frequnzgang zu erhalten, der vorteilhaft in einem Ultraschall-Tastkopf mit einem breiten Durchlaßfrequenzband sowie einer Einrichtung zur zerstörungsfreien Ultraschallprüfung Anwendung finden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im breitbandigen Ultraschallwandler, der als Rotationskörper aus einem Werkstoff mit piezoelektrischen Eigenschaften ausgeführt ist und wenigstens zwei auf die Stirnflächen des Rotationskörpers aufgetragene Elektroden enthält, wobei eine der Stirnflächeneben ist, die andere Stirnfläche erfindungsgemäß in Übereinstimmung mit folgender Beziehung

Λ'= -q- h- k(F)

profiliert ausgebildet wird, wobei ρ die radiale Umwandlungskoordinate, h die der Radialkoordinate entsprechende Wandlerdicke k (F) Frequenzclharakteristik des Wandlers und A'die von der Radialkoordinate abgeleitete Wandlerdicke bedeuten.

Beim Wandler mit gleichmäßiger Frequenzcharakteristik im Arbeitsfrequenzbereich ist das Profil der Stirnfläche des Wandler-Rotat'onskörpers zweckentsprechend gemäß der Beziehung

auszuführen. Hierbei bedeuten a und c konstante Größen, die durch den Arbeitsfrequenzbereich gegeben sind.

Zur Erhaltung einer linear ansteigenden Frequenzkennlinie des Wandlers im Arbeitsfrequenzbereich ist es zweckmäßig, das Profil der Stirnfläche entsprechend der Beziehung

h = c — a ■ Q²

auszuführen.

Für eine Frequenzkennlinie des Wandlers, die im Arbeitsfrequenzbereich proportional dem Quadrat der .ίο Frequenz ansteigt, ist das Profil der Stirnfläche gemäß der Beziehung

h = c — a ■ ο

zweckmäßig.

.15 Zweckentsprechend ist der beschriebene breitbandige Ultraschallwandler in einem Tastkopf zur zerstörungsfreien Ultraschallprüfung anzuwenden, der außer dem erwähnten Wandler ein Gehäuse mit darin angeordnetem Dämpfer und einem mit dem breitbandigern Ultraschallwandler gekoppelten Protektor enthält, wobei der breitbandige Ultraschallwandler dieses Tastkopfes erfindungsgemäß nach einer der beschriebenen Varianten ausgeführt wird und mit seiner ebenen Stirnfläche dem Dämpfer zugewandt sein soll, und die

4s dem breitbandigen Ultraschallwandler zugewandte Oberfläche des Protektors seiner profilierten Stirnfläche kongruent ist.

Der erwähnte Tastkopf ist zweckentsprechend mit einem ferromagnetischen Kern und darauf gewickelter

so Induktivitätsspule ausgestattet, die mit dem breitbandigen Ultraschallwandler einen Schwingungskreis bildet, und im Luftspalt des ferromagnetischen Kernes ist ein verschiebbarer Dauermagnet angeordnet.
In der Einrichtung zur Ultraschallprüfung, die einen Tastgenerator zur Erzeugung von frequenzmodulierten Schwingungen, einen mit dem Ausgang dieses Tastgenerators verbundenen breitbandigen Uhraschallwandler, einen an den breitbandigen Ultraschallwandler angeschlossenen breitbandigen Empfangsteil sowie einen an den erwähnten breitbandigen Empfangsteil geschalteten Signalverarbeitungsblock enthält, ist es erfindungsgemäß auch vorteilhaft, einen an den breitbandigen Ultraschallwandler angeschlossenen Generator zur impulsinternen Frequenzmodulation sowie

<\s ein zwiscnen dem breitbandigen Ultraschallwandler und dem Signalverarbeitungsblock eingeschaltetes Glättungsfilter zu verwenden, wobei der erwähnte Ultraschallwandler nach einer der beschriebenen Varianten

ausgeführt wird.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. la, b, c, d, e, f verschiedene Frequenzkennlinien des erfindungsgemäß ausgeführten breitbandigen Ultraschallwandlers,

Fig. 2 einen breitbandigen Ultraschallwandler mit gleichmäßiger Frequenzkennlinie gemäß der Erfindung,

Fig.3 einen breitbandigen Ultraschallwandler mit linear ansteigender Frequenzkennlinie gemäß der Erfindung,

F i g. 4 einen erfindungsgemäß ausgeführten breitbandigen Ultraschallwandler, dessen Frequenzkennlinie proportional dem Quadrat der Frequenz ansteigt,

F i g. 5 einen erfindungsgemäß gefertigten breitbandigen Ultraschallwandler, dessen Frequenzcharakteristik proportional der dritten Potenz der Frequenz ansteigt,

Fig. 6 einen breitbandigen Ultraschallwandler gemäß der Erfindung, dessen Frequenzcharakteristik proportional dem natürlichen Logarithmus von der Frequenz ansteigt,

Fig.7 einen breitbandigen Ultraschallwandler gemäß der Erfindung mit linear abfallender Frequenzkennlinie,

F i g. 8 und 9 Varianten des breitbandigen Ultraschallwandlers gemäß der Erfindung mit gleichmäßiger Frequenzcharakteristik,

Fig. 10 eine Variante des erfindungsgemäßen breitbandigen Ultraschallwandlers mit linear ansteigender Frequenzcharakteristik,

Fig. 11 eine Ausführungsvariante des breitbandigen Uitraschaliwandiers gemäß der Erfindung, dessen Frequenzcharakteristik proportional dem Quadrat der Frequenz ansteigt,

Fig. 12 bei einem Experiment aufgenommene Frequenzkennlinien des breitbandigen Ultraschallwandlers gemäß der Erfindung,

F i g. 13 Ansicht eines erfindungsgemäß ausgeführten Tastkopfes,

Fig. 14a. b, c, d verschiedene Ausführungsvarianten des breitbandigen Ultraschallwandlers gemäß der Erfindung im Schnitt nach der Linie XVI-XIV in Fig. 13,

Fig. 15, 16, 17, 21 Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Tastkopfes in Schnittdarstellung,

Fig. 18 Blockschaltbild einer erfindungsgemäß ausgeführten Einrichtung, die einen niedrigeren Seitenfeldpegel des Ultraschallgebers ergibt,

Fig. 19 Richtdiagramm eines Ultraschallwandlers ohne erfindungsgemäße Unterdrückung des Seitenfeldes,

Fig.20 Richtdiagramme des Ultraschallwandlers nach der Unterdrückung des Seitenfeldes gemäß der Erfindung.

Alle breitbandigen Ultraschallwandler, die im folgenden beschrieben werden, enthalten einen Rotationskörper mit einer ebenen Stirnfläche und einer profilierten Stirnfläche, deren Profil der Bedingung

entspricht Hierbei bedeuten

Radialkoordinate des Wandlers,
die der Radialkoordin ate entsprechende Wandlerdicke,

h' Ableitung von der Wandlerdicke nach der Radialkoordinate,

K(I) die erforderliche Frequenzkennlinie des Wandlers.

Durch Einsetzen des erforderlichen Änderungsgesetzes der Frequenzkennlinie in den Ausdruck (1) kann man das Profil der Stirnfläche für die vorgegebene Frequenzkennlinie erhalten.

Im folgenden werden die erwähnten Wandler als breitbandige achsensymmetrische Wandler mit veränderlicher Dicke bezeichnet.

Experimentell wurde festgestellt, daß die breitbandigen achsensymmetrischen Wandler mit veränderlicher Dicke Ultraschallschwingungen mit ihren Ringbereichen ausstrahlen und empfangen, deren Resonanzdikken

entsprechend den ausgestrahlten Frequenzen betragen. Hierbei bedeutet C] die Schallgeschwindigkeit im Wandlerwerkstoff. Anders gesagt, kann der achsensymmetrische Wandler mit veränderlicher Dicke als ein Gefüge dargestellt werden, das aus vielen schmalen ineinander eingesetzten Ringen besteht, von denen jeder Ring auf seiner eigenen Frequenz strahlt. Die Änderung der Resonanzdicke jedes nächstfolgenden Ringes hängt unmittelbar vom vorgegebenen Änderungsgesetz der Frequenzcharakteristik des Wandlers ab. Die Beziehung (1) ist mrt Berücksichtigung der Änderung des Richtdiagramms jedes Ringes in Abhängigkeit vom Ringradius und von der Frequenz der Ultraschallschwingungen erhalten worden.

Im folgenden werden Beispiele für die Berechnung des Oberflächenprofils des achsensymmetrischen Wandlers auf Grund der vorgegebenen Frequenzcharakteristik angeführt.

1. Wandler mit gleichmäßiger

Frequenzcharakteristik

Fig. la zeigt eine gleichmäßige Wandler-Frequenzkennlinie im Frequenzbereich von f\ bis /2. In diesem Falle ist

k(f) = = const = A

wobei A einen Proportionalitätsfaktor bedeutet

Durch Auflösung der Gleichung (1) mit Berücksichtigung der Beziehung (2) erhält man einen analytischen Ausdruck für das Profil der Wandlerstirnfläche, die der ebenen Stirnfläche gegenüberliegt:

h = e"

+ c

Hierbei sind a und c konstante Größen, die durch den Arbeitsfrequenzbereich des Wandlers im Durchlaßfrequenzband gegeben sind.

Z Wandler mit linear ansteigender
Frequenzcharakteristik

Fig. 1b zeigt eine linear ansteigende Wandler-Frequenzkennlinie im Frequenzbereich von /i bis h. Auf der Abszissenachse ist die Frequenz / und auf der Ordinatenachse die Amplitude P aufgetragen. Für diesen Fall ist

ί ^{7 8}

] Durch Auflösung der Gleichung (1) mit Berücksichti- Ausdruck für das Profil der Wandlerstirnfläche:

gung der Beziehung (4) erhält man den analytischen

j Ausdruck für das Profil der Wandlerstirnfläche: ■ ^ _ J ,|₃,

h = c — a ■ η' . (5) ^

„ , , . ., Der breitbandige Ultraschallwandler mit gleichmäßi

j 3. Wandler,dessen Frequenzcharakteristik _ger Frequenzcharakteristik (Fig. la) enthält einer

j proportional dem Quadrat der Frequenz ansteigt Rotationskörper 1 (F ig. 2) aus einem Werkstoff mi

Fig. lc zeigt eine Wandlerfrequenzkennlinie, die piezoelektrischen Eigenschaften und zwei auf die

proportional dem Quadrat der Frequenz im Frequenz- io Stirnflächen des Rotationskörpers aufgetragene Elek

j bereich von /i bis f₂ ansteigt. In diesem Falle ist troden 2 und 3. Die Stirnfläche 4 ist gemäß dei

j Beziehung (3) profiliert, die Stirnfläche 5 ist dageger

kif) = Af² = — (6) ^el3en'

j h² ' Wir führen nun ein konkretes Beispiel der Wandler

is berechnungan.

Durch Auflösung der Gleichung (1) mit Berücksichti- Der Rotationskörper ί ist aus Bleizirkonat-titanai

gung der Beziehung (6) erhält man den analytischen hergestellt

Ausdruck für das Profil der Wandlerstirnfläche: Der Wandlerradius ist r = 10 mm gewählt, des

Frequenzbereich erstreckt sich von f\ — 1,8MHz bi;

h = c - α- η . (7) ₂₀ ^₂ = 10 MHz. Die maximale Dicke am Wandlerrand, die

der Ausstrahlung der Frequenz /i entspricht, ergibt sich 4. Wandler mit einer Frequenzcharakteristik, _aus ^_6n, Ausdruck

die proportional der dritten Potenz

der Frequenz ansteigt A₁=^=Im_n,. (14)

In Fig. Id ist eine Wandlerfrequenzkennlinie darge- 25 2/,

stellt, die proportional der dritten Potenz der Frequenz

im Frequenzbereich von f\ bis f₂ ansteigt. In diesem Falle Hierbei bedeutet α die Schallgeschwindigkeit die im

ist erwähnten Werkstoff 3,6 · 10-⁶mm/sec beträgt Die

maximale Dicke im Wandlerzentrum, die der Ausstrah- . A- f* ^ (8) 3° lung der Frequenz/2 entspricht, ist durch die Beziehung

Durch Auflösung der Gleichung (1) mit Berücksichti- 2/₂

gung der Beziehung (8) erhält man den analytischen

Ausdruck für das Profil der Wandlerstirnfläche: 35 gegeben. Die Dickenwerte Ai und A₂ in die Gleichung (3]

eingesetzt erhält man die Festwerte a und c

I ' bei hi = 0,18 mm und ρ = Oistc= -1,714

bei Ai = 1 mm und ρ = r = 10 mm ist a = 1,714 · 10~² 5. Wandler mit einer Frequenzcharakteristik, _o

die proportional dem natürlichen Logarithmus _{Der Ausdruck (3)} verwandelt sich in

von der Frequenz ansteigt

Fig. Ie zeigt eine Wandlerfrequenzkennlinie, die A = e¹·⁷¹⁴·¹⁰"² · o² - 1,714 . (16)

proportional dem natürlichen Logarithmus von der

Frequenz im Frequenzbereich von /i bis f₂ ansteigt 45 Das Profil der Stirnfläche dieses Wandlers isi Dabei ist angenähert sphärisch konkav.

Der Ultraschallwandler mit gleichmäßiger Frequenz

k(f) = \nA- f = In— (10) charakteristik ermöglicht die Lösung einer Reihe vor

A Aufgaben der Ultraschall-Meßtechnik, in denen die

50 Ausstrahlung und der Empfang von Ultraschallschwin

Durch Auflösung der Gleichung (1) mit Berücksichti- gungen mit einem gleichmäßigen und breiten Frequenzgung der Beziehung (10) erhält man den analytischen Spektrum gefordert werden.

Ausdruck für das Profil der Wandlerstirnfläche: Beim breitbandigen Ultraschallwandler mit lineal

ansteigender Frequenzcharakteristik (F i g. Ib) ist das

A= l/e"⁷""'-'² (H) 55 Profil der Stirnfläche 6 (Fig.3) gemäß der Beziehung

(5) ausgebildet wobei die Elektrode 7 auf diese _c „, ,. . ,- ,, „ . Profilfläche 6 aufgetragen ist

6. Wandler mit linear abfallender ^_{Γ ΜηΓεπ ein konkretes Bei ie}, _{Άγ die} ßerechnunj

Frequenzcharakteristik _{dieses Wandlers aa}

In Fig. If ist eine linear abfallende Wandlerfrequenz- 60 Der Rotationskörper 1 ist aus Bleizirkonat-titanai kennlinie im Frequenzbereich von f\ bis h gezeigt In hergestellt Der Wandlerradius r ist gleich 10 mm diesem Falle ist gewählt worden, der Arbeitsfrequenzbereich erstreckt

sich von/1 = 1,8 MHz bis f₂ = 10 MHz.

y4 _ . Die maximale Dicke im Wandlermittelpunkt die der

Hj ι ⁼ ~T ⁼ '" · ' ' 65 Ausstrahlung der Frequenz /1 entspricht ergibt sich aus

dem Verhältnis

Durch Auflösung der Gleichung (1) mit Berücksichti- _ j^_

gang der Beziehung (12) erhält man den analytischen "« "~ YJ\' '

Die minimale Dicke des Wandlers am Rand, die der Ausstrahlung der Frequenz Z₂ entspricht, erreicht man aus dem Ausdruck

h, = A. (18)

Nach dem Einsetzen der Dickenwerte Ai und fc in die Gleichung (5) erhält man die Festwerte a und c.

bei Λι = 1 mm und ρ = 0 ist c = 1,

bei /?2 = 0,18 mm und ρ = r = 10 mm beträgt a 8,2 ■ 10-³.

Der Ausdruck (1) nimmt die Form an:
A = I -8,2· ΙΟ"³-,².

(19)

Das Profil der Stirnfläche dieses Wandlers stellt einen Teil einer konvexen Sphäre dar.

Der Wandler mit linear ansteigender Frequenzcharakteristik gibt die Möglichkeit, eine Reihe von Aufgaben der Werkstoffprüfung mit Ultraschall zu lösen, in denen die Kompensation der frequenzabhängigen Dämpfung in dem zu prüfenden Werkstoff erforderlich ist.

Bei der Frequenzcharakteristik des Ultraschallwandlers, die proportional dem Quadrat der Frequenz ansteigt (Fig.4), wird das Profil der Stirnfläche 8 (F i g. 4) gemäß der Beziehung (7) ausgeführt, wobei die Elektrode 9 auf diese Profilfläche 8 aufgetragen wird.

Wir führen wieder ein konkretes Beispiel für die Berechnung dieses Wandlers an.

Der Rotationskörper 1 wird aus Bleizirkonat-titanat hergestellt. Der Wandlerradius r ist gleich 10 mm gewählt worden, der Arbeitsfrequenzbereich umfaßt die Frequenzen von

/, = 1,8 MHz bis Z₂= 10 MHz.

Die maximale Dicke im Wandlermittelpunkt, die der Ausstrahlung der Frequenz f\ entspricht, ist durch den Ausdruck

= 1 mm

(20)

gegeben.

Die minimale Dicke am Wandlerrand, die der Ausstrahlung der Frequenz /₂ entspricht ergibt sich aus der Beziehung

A₂ = -^- = 0,18 mm. (21)

4/2

Durch Einsetzen der Festwerte Ai und A₂ in die Gleichung (7) erhält man die konstanten Größen a und σ.

bei Ai = 1 mm und ρ = 0 ist c = 1;

bei A₂ = 0,18 mm und ρ = r = 10 mm ist a = 8,2 · 10-².

Der Ausdruck (7) nimmt die Form
h = 1 -8,2-1(T²-ρ

(22)

Das Profil der Stirnfläche dieses Wandlers hat die Form einer Kegelfläche.

Ein derartiger Wandler ermöglicht die Lösung einer Reihe von Aufgaben der Ultraschall-Werkstoffprüfung, in denen die Kompensation einer höheren frequenzabhängigen Dämpfung (z. B. im Stahl) in einem breiten Frequenzbereich erforderlich wird.

Bei einem breitbandigen Ultraschallwandler, dessen Frequenzcharakteristik proportional der dritten Potenz der Frequenz ansteigt (F i g. 1 d), wird das Profil der Stirnfläche 10 gemäß der Beziehung (9) ausgeführt, wobei die Elektrode 11 auf diese Profilfläche 10 aufgetragen wird.

Bei einem breitbandigen Ultraschallwandler mit einer Frequenzcharakteristik, die proportional dem natürlichen Logarithmus der Frequenz ansteigt (F i g. Ie), wird

das Profil der Stirnfläche 12 (Fig.6) in Übereinstimmung mit der Beziehung (11) ausgebildet, und die Elektrode 13 wird ebenfalls auf diese Profilfläche 12 aufgetragen.

Bei linear abfallender Frequenzcharakteristik des breitbandigen Ultraschallwandlers (Fig. If) formiert man das Profil der Stirnfläche 14 (F i g. 7) nach der Beziehung (13). Die Elektrode 15 wird auf diese profilierte Stirnfläche 14 aufgetragen.

Zu bemerken ist, daß bei achsensymmetrischen Wandlern mit veränderlicher Dicke, die nach der einen oder der anderen Beziehung ausgeführt werden, um die erforderliche Frequenzcharakteristik der Umwandlung zu realisieren, muß eine Wandlerstirnfläche nicht unbedingt eben ausgeführt sein. Diese Stirnfläche kann auch krummlinig sein. Damit aber die Frequenzcharakteristik der Umwandlung keinen Änderungen unterliegt, muß das Änderungsgesetz der Wandlerdicke in Abhängigkeit vom Radius im ganzen Arbeitsfrequenzbereich eingehalten werden.

In diesem Fall bestimmt der Ausdruck für das Profil der Wandlerstirnfläche nicht das Profil des Wandlers, sondern das Gesetz der Änderung der Wandlerdicke nach seinem Radius gemäß diesem Ausdruck.

In Fig.8 ist ein Wandler mit gleichmäßiger Frequenzcharakteristik gezeigt, bei dem das Änderungsgesetz der Dicke nach dem Radius der Beziehung (3) entspricht

Bei diesem Wandler sind beide Stirnflächen 16 und 17 des Rotationskörpers 1 mit gleichem Profil ausgeführt Die Dickenwerte Ai und A2 werden ähnlich dem oben angeführten Beispiel für die Berechnung des Wandlers mit gleichmäßiger Frequenzcharakteristik ermittelt der in F i g. 2 dargestellt ist

Fig.9 zeigt einen Wandler mit gleichmäßiger

Frequenzcharakteristik, bei dem das Änderungsgesetz der Dicke nach dem Radius ebenfalls dem Ausdruck (3) entspricht die Profile der Stirnflächen 18 und 19 aber nicht identisch ausgebildet sind, und zwar ist die Krümmung der Stirnfläche 18 kleiner als die der Stirnfläche 19.

In Fig. 10 ist ein Wandler mit linear ansteigender Frequenzcharakteristik dargestellt bei dem das Änderungsgesetz der Dicke nach dem Radius der Beziehung (5) entspricht wobei die Stirnfläche 20 ein konvexes Profil und die Stirnfläche 21 ein konkaves Provil aufweisen.

Fig. 11 zeigt einen Wandler, dessen Charakteristik proportional dem Quadrat der Frequenz ansteigt und bei dem das Änderungsgesetz der Dicke nach dem Radius der Beziehung (7) entspricht wobei das Profil der Stirnfläche 22 konsich konvex und das Profil der Stirnfläche 23 konisch konkav ist
In Fig. 12 sind experimentell aufgenommene Fre-

quenzcharakteristiken eines ähnlich wie in F i g. 2 aufgebauten Wandlers mit gleichmäßiger Frequenzkennlinie 24 und eines nach Fig.3 ausgeführten Wandlers mit linear ansteigender Frequenzkennlinie 25 dargestellt. Zum Vergleich ist in Fig. 12 die Frequenzkennlinie 26 eines mechanisch und elektrisch bedämpften planparallelen Wandlers mit einer Resonanzfrequenz/o = 5 MHz gezeigt.
Die Wandler haben folgende Parameter:

r = 10 mm, Λι = 1 mm,/?2 = 0,18 mm.

Die in Fig. 12 dargestellten Kurven .zeigen, daß die erhaltenen Frequenzcharakteristiken der breitbandjgen achsensymmetrischen Wandler mit veränderlicher Dikke eine gute Übereinstimmung mit den vorgegebenen Frequenzkennlinien aufweisen und eine monotonere Form sowie einen breiteren Arbeitsfrequenzbereich als planparallele Wandler haben.

Wie erwähnt, strahlen und empfangen die achsensymmetrischen Wandler von veränderlicher Dicke mit schmalen Ringen.

Die Untersuchungen haben ergeben, daß die Fresnel-Zone für diese Wandler bedeutend kleiner wird. Für einen Wandler, der mit einem schmalen Ring strahlt und empfängt ergibt sich die Grenze der Fresnel-Zone aus dem Ausdruck:

\ a

(23)

Hierbei sind

Aa die Ringbreite,
ρ der Ringradius,
A die Ultraschaliwellenlänge im betreffenden Medium.

Aus dem Ausdruck (23) ist ersichtlich, daß die Fresnelzone mit Verringerung der Ringbreite und mit Vergrößerung des Dickengefälles beim achsensymmetrischen Wandler mit veränderlicher Dicke kleiner wird. Wenn beispielsweise für einen planparallelen auf der Frequenz von 2 MHz ins Wasser strahlenden Wandler mit einem Radius r = 6 mm Z = 48 mm ist, so ist für einen konisch konvexen Wandler mit dem üickengefäl-Ie H\ = 1 mm, hi = 0,25 mm bei sonst gleichen Bedingungen Z = 2,01 mm.

In F i g. 13 ist die Ansicht eines Ultraschall-Tastkopfes gezeigt, in den die breitbandigen achsensymmetrischen Wandler mit veränderlicher Dicke eingebaut sind.

Der Ultraschall-Tastkopf hat ein Gehäuse 27 (Fig. 13), in dem ein Dämpfer 28, ein Wandler 29 und ein Protektor 30 (Fig. 14a) angeordnet sind. Auf dem Gehäuse 27 befindet sich eine Steckverbindung 31. Der Wandler 29 hat eine ebene Stirnfläche 32 und eine profilierte, gegebenenfalls konkave Stirnfläche 33. Der Tastkopf ist mit einem Defektoskop mittels der Steckverbindung 31 verbunden. Der Wandler 29 berührt mit seiner ebenen Stirnfläche 32 den Dämpfer 28. An der Seite der profilierten Stirnfläche 33 des Wandlers 29 befindet sich der Protektor 30, bei dem eine Räche eine Ebene darstellt und die andere dem Wandler zugewandte Fläche der Stirnfläche 33 des Wandlers kongruent ist Diese Ausführung des Tastkopfes gestattet es, die Amplitude der ausgestrahlten und der empfangenen Ultraschallschwingungen bei Änderung der Dicke der flüssigen Kontaktschicht zwischen dem Tastkopf und der Oberfläche des Prüflings zu stabilisieren, d. h. die Stabilisierung des akustischen Kontaktes zwischen dem Tastkopf und der Oberfläche des Prüflings zu gewährleisten. Außerdem ermöglicht eine derartige Ausführung des Tastkopfes die Stabilisierung der Amplituden-Frequenzverteilung von Komponenten der Ultraschallschwingungen im Spektrum bei Durchgang der Kontaktschicht.

Physikalisch kann die Erhöhung der Stabilität des akustischen Kontaktes dadurch erklärt werden, daß der Protektor mit veränderlicher Dicke ausgeführt ist und auf keiner Frequenz des Ultraschallspektrums resoniert. Infolgedessen wird die Frequenzcharakteristik des Wandlers durch Änderung der Dicke der flüssigen Kontaktschicht schwächer beeinflußt, und beim Durchgang der Kontaktschicht bleibt die Amplitude der Ultraschallschwingungen konstant.

Experimentell wurde z. B. festgestellt, daß beim Tastkopf mit einem planparallenen Wandler von 20 mm Durchmesser und mit einem planparallelen Protektor bei einer Schwingungsfrequenz von / = 2 MHz und bei einer Änderung der Kontaktschichtdicke von 0,1 mm bis 0,4 mm die Amplitudenänderung des empfangenen Signals 25 dB beträgt, während im Falle eines in Fig. 14a dargestellten Tastkopfes beim Dickengefälle von Λι = 1 mm bis hi = 0,25 mm und bei sonst gleichen Bedingungen die Amplitudenänderung 3 dB ausmacht.

In Fig. 14b ist eine Ausführungsvariante des Tastkopfes gezeigt, in dem ein nach F i g. 8 aufgebauter Wandler mit zwei Profilstirnflächen verwendet wird. Der Tastkopf hat ein Gehäuse 27, in dem ein Dämpfer 28, der erwähnte Wandler 34 und ein Protektor 35 angeordnet sind. Beide Stirnflächen 36 und 37 des Wandlers haben eine konkave Form. In diesem Falle hat die Oberfläche des Dämpfers 28 gegenüber der Stirnfläche 36 des Wandlers 34 das umgekehrte Profil. Der Protektor 35 weist eine ebene Oberfläche auf, und die andere dem Wandler 34 zugewandte Fläche des Protektors 35 ist profiliert und der Stirnfläche 37 des Wandlers 34 kongruent.

In F i g. 14c ist eine Ausführungsvariante des Tastkopfes mit einem ähnlich wie in F i g. 9 aufgebauten Wandler dargestellt. Im Gehäuse 27 dieses Tastkopfes befinden sich ein Dämpfer 28, ein Wandler 3ä} und ein Protektor 39. Die Stirnfläche 40 des Wandlers 38 ist konvex, während die dem Protektor 39 zugewandte Stirnfläche 41 eine konkave Form hat

Fig. 14d zeigt noch eine Ausführungsvariante des Tastkopfes, in dem ein nach Fig. 10 ausgeführter Wandler benutzt wird. Im Gehäuse 27 dieses Tastkopfes sind der Dämpfer 28, der Wandler 42 und der Protektor 43 angeordnet Die Stirnfläche 44 des Wandlers 42 ist konisch konvex, und die dem Protektor 43 zugewandte Stirnfläche 45 ist konisch konkav ausgeführt

All diese beschriebenen Varianten der Tastköpfe weisen eine erhöhte Stabilität des akustischen Kontaktes auf. Im Tastkopf kann ein beliebig geformter breitbandiger achsensymmetrischer Wandler benutzt werden. Dabei muß die Bedingung erfüllt werden, daß die dem Protektor zugewandte Stirnfläche des Wandlers krummlinig sein soll und der Protektor den Wandler zur planparallelen Scheibe ergänzen soll.

Fig. 15 zeigt eine Tastkopfvariante für ein Ultraschalldefektoskop mit erhöhter Stabilität des akustischen Kontaktes. Im Tastkopfgehäuse befinden sich ein Kontaktring 47, ein Wandler 48, ein Protektor 49 und ein Dämpfer 50. Auf die Außenfläche des Gehäuses 46 ist eine Gewindebuchse 51 aufgeschraubt die an ihrer unteren Seite einen Auflagering trägt Die Buchse 51 wird am Gehäuse 46 mit Hilfe einer Gegenmutter 53

befestigt Der Griff 54 weist eine Hülse 55 auf, in der das Gehäuse 46 befestigt ist Das Defektoskop wird mit dem Wandler über eine Steckvorrichtung 56, über die Kontakte 57 und 58 sowie über den Kontaktring 47 elektrisch verbunden. An der Buchse 51 ist ein Stutzen 59 befestigt, der zur Zuführung der Kontaktflüssigkeit dient Der Wandler 48, der Protektor 49 und der Dämpfer 50 sind nach Fig. 14a ausgeführt und gegenseitig verbunden. Der Tastkopf kann als Kontakt- und Schlitzkopf arbeiten. Bei der letzteren Betriebsart ι ο wird die Buchse 51 vorgeschoben, so daß zwischen der Ebene des Auflageringes 52 und der Außenfläche des Protektors 49 ein Schlitz erforderlicher Größe entsteht Anstelle des Auflageringes 52 kann man Auflagekugeln benutzen, die an der Stirnfläche der Buchse 51 angeordnet werden.

In F i g. 16 ist der Aufbau eines Tastkopfes dargestellt, in dem eine Vorrichtung für die Änderung der Ultraschallfrequenz vorgesehen ist Der Tastkopf enthält ein Gehäuse 60, einen Dämpfer 61, einen Protektor 62, einen breitbandigen achsensymmetrischen Wandler 63 mit veränderlicher Dicke, einen ferromagnetischen Kern 64 mit darauf gewickelter Induktivitätsspule 65, die parallel dem Wandler 63 geschaltet ist und mit dem letzteren einen Schwingkreis bildet, sowie einen Dauermagneten 66, der in einem Halter 67 befestigt ist. Am Gehäuse 60 ist eine mit innerer Spiralnut versehene Buchse 68 angeordnet die mit dem Halter 67 mittels eines Stiftes 69 verbunden ist. Der Tastkopf ist mit dem Defektoskop mit Hilfe einer yo Steckvorrichtung 70 verbunden. Auf der Stirnfläche der Buchse 68 sind Frequenzteilstriche 71 (Fig. 21) aufgetragen.

Beim Drehen der Buchse 68 wird der Dauermagnet 66 im Spalt des Kernes 64 verschoben. Dabei ändern sich die Größe des Magnetflusses im Kern 64 und die Induktivität der Spule 65, was zu einer Änderung der Frequenz von Ultraschallschwingungen führt Wenn die Teilstriche der Buchse 68 in Frequenzwerten geeicht sind, kann man leicht von einer Frequenz zur anderen übergehen. Der Dämpfer 61, der Protektor 62 und der Wandler 63 sind miteinander wie in F i g. 14 verbunden.

Fig. 17 zeigt einen geneigt einsetzbaren Tastkopf, der ähnlich dem Tastkopf nach Fig. 16 aufgebaut ist, mit der Ausnahme, daß anstelle des Protektors 62 in diesem Tastkopf ein Prisma 72 eingebaut ist

In der Weltpraxis der Entwicklung von Defektoskopen und Dickenmeßgeräten tritt gegenwärtig die Tendenz in Erscheinung, Geräte mit breitbandigen Empfangsverstärkern zu schaffen. Bei solchen Geräten erfolgt der Übergang von einer Frequenz zu einer anderen nur durch Änderung der Tastkopffrequenz.

Zu bemerken ist, daß die Tastköpfe mit beschriebenem Aufbau die Formierung von sehr kurzen Ultraschallimpulsen mit einer Dauer von einer bis zwei Schwingungsperioden ermöglichen. Dadurch wird es möglich, die tote Zone kleiner zu haken und das Auflösungsvermögen sowie die Meßgenauigkeit zu erhöhen.

Es soll nun die Einrichtung zur Unterdrückung des Seitenstrahlungsfeldes des Wandlers näher betrachtet werden.

Das Prinzip der gesteuerten Unterdrückung des Wandlerseitenfeldes beruht auf der Änderung der Wandlerapertur in der Zeit, wobei auch die Winkellage der Seitenzipfel im Strahlungsdiagramm des Wandlers geändert wird. Bei der Filterung des vom Wandler empfangenen Signals wird das summierte Strahlungsdiagramm formiert, das ein Ergebnis der Summierung der Seitenzipfel mit Berücksichtigung ihrer Phase darstellt Solche Signalverarbeitung gibt die Möglichkeit, den Pegel des Seitenstrahlungsfeldes bedeutend zu vermindern und das Signal an den Stellen vollständig zi unterdrücken, wo die Seitenzipfel mit entgegengesetzter Phase summiert werden.

Die zeitliche Änderung der Wandleraperturgrößc kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden und zwar durch Kommutierung der Peripheriezoner des Wandlers nach einem vorgegebenen Gesetz unc durch Frequenzmodulation der Ultraschallschwingun gen.

Das Strahlungsdiagramm eines Wandlers mit zeitlich veränderlicher Apettur kann wie folgt dargestellt werden:

7 /in

F(CO=//

p(x) exp

ί 2.-τ/χ

sin Q I dxdf

3.S Hierbei sind:

F(Q,t) des Strahlungsdiagramm,

1(0

P(x) F

Winkel im Strahlungsdiagramm, Periode der Aperturgrößenmodulation, AperturgröBc,

Amplitudenverteilung in der Apertur, Signalfrequenz,
Schallgeschwindigkeit.

Wir verändern nun die Größe der Apertur in der Zei so, daß in der Zeitperiode

-y <t <0

die ganze Apertur strahlt, und im Zeitpunkt

0 < t <

ein Teil der Apertur an den Randzonen des Wandler unwirksam ist.

Für diesen FaI! ist der Spannungsmittelwert in de Zeit Tdurch den folgenden Ausdruck gegeben:

2
FiQ) = ί Jp(

x)exp [--^-^X- sin 2 ^ J

^ Jp(x)exp [-²^- sin

(25)

Hierbei ist l—h - Al der unwirksam gemachte Teil der Apertur.
Wir nehmen die Amplitudenverteilung auf der Oberfläche des Wandlers als gleichmäßig an. In dieser Falle hat das resultierende Strahlungsdiagramm di Form:

sin Γ -~ζ ^λ · ^r (sin Q) · cos —y^ -?- (sin Q) | + J_ . 1 (sin ρ,

Aus diesem Ausdnick ist ersichtlich, daß das Strahlungsdiagramm in ihrem Mittelwert den Faktor

»1 = COS

(27)

drückung zur Strahlbreite des Tastkopfes ohne Seiten zipfelunterdriickung bestimmt werden.

erhält, der das zusätzliche Minimum im Strahlungsdiagramm bestimmt.

Durch Variation der zeitlichen Änderung der Aperturgröße (I — /]) kann man die Lage der Zone der Zipfelminimisierung im Strahlungsdiagramm des Wandlers verändern.

Es kann gezeigt werden, daß die Zone der gesteuerten Zipfelunterdriickung nur im geringen Maße den Hauptzipfel des Strahlungsdiagramms beeinflußt.

Es soll nun das Verhältnis der Strahlbreite beim Tastkopf mit dem System der gesteuerten Zipfelunter- IQ₀ =0,886 -

IQ = 0,886 ·

2 2/

(28)

(29)

(30)

Da / — /1 in der Regel viel kleiner als / ist, so is »1..

Somit übt das System zur gesteuerten Seitenzipfelun terdrückung keinen bemerkbaren Einfluß auf die Breite des Hauptmaximums im Strahlungsdiagramm aus.

Bei Änderung der wirksamen Wandleraperturgröße durch sinusförmige Modulation der Frequenz nimmt dei Ausdruck (24) für das resultierende Strahlungsdiagramm des Wandlers die Form an:

f(Q) =

£. /7 sin Q

(31)

Darin sind

/· Wandlerradius,

fi jeweiliger Frequenzwert der Ultraschallschwingungen,

ΔΠ Frequenzhub, Jo Besselfunktion nullter Ordnung.

Das Strahlungsdiagramm erhält den Faktor
·;· I/V

(32)

der eine bedeutende zusätzliche Abnahme des Feldpegels der Seitenzipfel des Wandlers bedingt.

In Fig. 18 ist das Blockschaltbild einer Einrichtung zur Herabsetzung des Pegels der Wandlerseitenzipfel gezeigt, die zur Erkennung von Fehlern und der Fehlerart bestimmt ist.

Die Einrichtung enthält einen frequenzmodulierten Tastimpulsgenerator 73, bei dem das Tastverhältnis von Impuls zu Impuls sägezahnförmig geändert wird, einen an den Tastimpulsgenerator 73 angeschlossenen breitbandigen achsensymmetrischen Wandler 74 mit veränderlicher Dicke, einen mit dem Generator 73 verbunde nen Generator 75 zur internen Impulsmodulation, einen breitbandingen Empfangsteil 76, der mit dem Wandler 74 verbunden ist, ein Glättungsfilter 77 und einen Signalverarbeitungsblock 78.

Die Einrichtung funktioniert wie folgt.

Der Generator 73 erzeugt eine Hochfrequenz-Impulsfolge mit Tastverhältnissen /i, /2... f_n- Der Generator 75 liefert eine dem vorgegebenen Gesetz der Frequenzmodulation entsprechende Spannung für die

interne Impulsmodulation, d. h., dieser Generator 75 gewährleistet die Frequenzverstimmung um die Größe U Die resultierende Hochfrequenz-Impulsfolge, die dem Wandler 74 zugeführt wird, läßt, sich also wie folgt beschreiben

f\ + f\, h + h ■ ■ ■ fn + fn-

Während des Zeitintervalls zwischen der Ausstrahlung der Tastimpulse empfängt der Wandler die von Defekten reflektierten Signale, und die Störsignale

4s werden vom Empfangsteil 76 verstärkt und getastet. Das Filter 77 bewirkt die zeitliche Mittelung der Störsignale, die Verminderung des Gesamtpegels der Seitenzipfel und deren vollständige Unterdrückung in der Zone, wo die Seitenzipfel in Gegenphase sind.

so Durch Änderung der Tiefe der internen Impulsfrequenzmodulation kann man die Lage der Zone der vollständigen Seitenfeldunterdrückung verändern, und durch Änderung des Gesetzes der impulsinternen Modulation läßt sich die Breite der Unterdrückungszo-

ss ne variieren.

Zum Beispiel bei sinusförmiger interner Impulsmodulation können die meisten Seitenzipfel unterdrückt werden. Der Block 78 gewährleistet die Signalverarbeitung in Übereinstimmung mit der gestellten Aufgabe.

Beispielsweise führt der Block 78 bei der Ermittlung der Fehlerart und der Fehlerabmessungen die Spektralanalyse der von den Defektstellen refletierten Signale und den Vergleich mit normierten Spektren aus.

In Fig. 19 und 20 sind Beispiele von Strahlungsdia-

iis grammen eines nach Fig. 2 aufgebauten Wandlers mit einem Radius r = 6 mm und einem Dickengefälle von h, = 1 mm bis/I₂ = 0,25 mm angeführt. Das Strahlungsdiagramm in Fig. 19 ist vor der Seitenzipfclunterdrük-

25 OS 023

kung und das Diagramm in Fig.20 nach der Unterdrückung bei sinusförmiger interner Impulsmodulation aufgenommen worden. Die Frequenz der Ultraschallschwingungen betrug 2 MHz. Der Vergleich der Strahlungsdiagramme zeigt, daß die beschriebene Einrichtung die Abschwächung des Seitenfeldpegels um 25 dB ermöglicht. Praktisch genügt das, die Störungen von den Seitenzipfeln zu verhindern.

Die Einrichtung zur Seitenfeldunterdrückung kann

auch für planparallele Wandler angewandt werden, deren Durchlaßbandbreite den erforderlichen Frequenzhub zuläßt.

Bei schmalbandigen Wandlern kann die Seitenfeldunterdrückung durch periodische Abschaltung der Wandlerperipheriezonen erreicht werden, die an die Zentralzone mit Hilfe eines Schalters in vorgegebener Ordnung angeschaltet werden.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. s Signalverarbeitupgsblock enthält, wobei die Einrich-

   S Patentansprüche: tung einen am Eingang des Wandlers liegenden

   5 Generator zur impulsinternen Frequenzmodulation

   j 1. Breitbandiger Ultraschallwandler, der als sowie ein Glättungsfilter aufweist, das zwischen dem

   ] Rotationskörper aus einem Werkstoff mit piezo- 5 Wandler und dem Signalverarbekungsblock einge-

   a elektrischen Eigenschaften hergestellt ist und eine schaltet ist

   I ebene Stirnfläche sowie auf diese Fläche und auf die

   I gegenüberliegende Stirnfläche aufgetragene Elek-

   I troden aufweist, dadurch gekennzeichnet,

   ■■| daß das Profil der Stirnfläche, die der ebenen ι ο

   J Stirnfläche gegenüberliegt, gemäß der Beziehung Die Erfindung bezieht sich auf die Ultraschall-Meß-

   I ,, . ,._ technik, insbesondere auf Einrichtungen zur zerstö-

   I -Q(J rungsfreien Prüfung mit Ultraschall sowie auf breitban-

   I ausgebildet ist wobei ρ die Radikalkoordinate der dige Ultraschallwandler.

   s Umwandlung, h die der Radikalkoordinate entspre- 15 Bei der Entwicklung von Verfahren und Mitteln der

   I chende Wandlerdicke, k(f) die Frequenzcharakteri- Ultraschall-Meßtechnik entsteht oftmals die Aufgabe,

   I stik des Wandlers und h' die Ableitung der Dicke Ultraschailschwingungen in einem breiten Frequenzbe-

   I nach der Radialkoordinate bedeuten. reich zu erzeugen und zu empfangen, wenn mit

   I 2. Breitbandiger Ultraschallwandler nach An- Werkstoffen mit unterschiedlicher frequenzabhängiger

   J spruch !,dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichmä- 20 Dämpfung gearbeitet wird. Für den Betrieb in einem

   I ßiger Frequenzcharakteristik der Umwandelung im hinreichend breiten Frequenzbereich benutzt man zur

   Ϊ Arbeitsfrequenzbereich das Profil der Oberfläche, Zeit mechanisch und elektrisch bedämpfte planparallele

   j die der ebenen Stirnfläche gegenüberliegt, gemäß Ultraschallwandler (vgl. z. B. »Akustische Zeitschrift«,

   I derBeziehung UDSSR, Moskau, 1963, Nr. 9. S. 449-459).

   i , _ ,^₂₊₁. 25 Die Mangel dieser Ultraschallwandler sind große

   I ~ " Ungleichmäßigkeit ihrer Frequenzkennlinie und schma-

   I ausgeführt ist, wobei a und c konstante Größen sind, les Durchlaßfrequenzband. Die Folgen dieser Mängel

   J die sich aus dem Arbeitsfrequenzbereich ergeben. sind unzureichende Zuverlässigkeit und geringe Glaub-

   * 3. Breitbandiger Ultraschallwandler nach An- Würdigkeit der Prüfung.

   j spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei linear 30 Durch Auswahl von Übergangs- und Anpassungsansteigender Frequenzcharakteristik der Umwand- schichten zwischen dem breitbandigen Wandler und : lung im Arbeitsfrequenzbereich das Profil der dem zu prüfenden Erzeugnis kann das Durchlaßfre-Oberfläche, die der ebenen Stirnfläche gegenüber- quenzband etwas erweitert werden, die Ungleichmäßig-'; liegt, entsprechend der Beziehung keit des Frequenzganges läßt sich aber dadurch nicht

   35 beseitigen und führt bei Prüfung von Erzeugnissen mit

   h = c — a ■ ρ²

   unterschiedlichen akustischen Eigenschaften zur Unsta-

   ausgeführt wird. bilität des Frequenzganges (vgl. z. B. die Zeitschrift

   4. Breitbandiger Ultraschallwandler nach An- »Defektoskopie«, UdSSR, Moskau, 1966, Nr. 5, S. spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer 90—93). Außerdem kann die erreichbare Durchlaßbandproportional dem Quadrat der Frequenz ansteigen- 40 breite die Realisierung vieler zerstörungsfreier Ultraden Frequenzcharakteristik im Arbeitsfreqaenzbe- schall-Prüfverfahren, unter anderem die Strukturunterreich das Profil der Oberfläche, die der ebenen suchung mit Ultraschall u. a., nicht gewährleisten.
   Stirnfläche gegenüberliegt, gemäß der Beziehung Bekannt sich auch breitbandige Ultraschallwandler

   . _ _ mit veränderlicher Resonanzdicke, die als einseitiger

   ~ " 45 Keil ausgebildet werden (vgl. z. B. das Patent der

   ausgebildet ist. Polnischen Volksrepublik Nr. 59 899, Kl. 42 b 1/06,1967).

   5. Breitbandiger Ultraschallwandler nach einem Dieser Wandler kann einen breiten Frequenzbereich der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch seine überstreichen, weist aber eine bedeutende ungleichmä-Anwendung in einem Tastkopf zur zerstörungsfrei- ßigkeit der Frequenzkennlinie, Nichtübereinstimmung en Ultraschallprüfung, wobei der Wandler mit seiner 50 der geometrischen und der akustischen Wandlerachsen ebenen Stirnfläche an einem Dämpfer liegt, und die sowie niedrige Empfindlichkeit auf.

   dem Wandler zugewandte Oberfläche eines Protek- Außerdem sind breitbandige Ultraschallwandler

   tors kongruent der Wandleroberfläche ist, die der bekannt, die als Rotationskörper mit ebenen Stirnflä-

   ebenen Stirnfläche des Wandlers gegenüberliegt. chen und darauf aufgetragenen Elektroden ausgebildet

   6. Breitbandiger Ultraschallwandler nach einem 55 sind (vgl. z. B. die sowjetische Urheberurkunde Nr. der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß 3 38 840, K.G Oln 29/04 vom 26. IV. 1970).

   der Wandler zusammen mit einem ferromagneti- Diese Wandler weisen ebenfalls die erwähnten

   sehen Kern mit darauf gewickelter Induktionsspule Mangel auf.

   einen Schwingkreis bildet, wobei im Spalt des Die beschriebenen breitbandigen Ultraschallwandler

   ferromagnetischen Kerns ein axial verschiebbarer 60 werden in Ultraschall-Tastköpfen, in Einrichtungen zur

   Dauermagnet angeordnet ist. Zerstörungsfreien Ultraschallprüfung, für Dickenmes-

   7. Breitbandiger Ultraschallwandler nach einem sungen, zur Ermittlung von Defekten in Erzeugnissen, der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch seine für Werkstoffstruktur-Untersuchungen usw. verwendet. Anwendung in einer Einrichtung zur zerstörungs- Die bekannten Ultraschall-Tastköpfe bestehen aus freien Ultraschallprüfung, die einen Generator zur '\s einem Gehäuse, einem Dämpfer, einem Piezoelement Erzeugung von frequenzmodulierten Tastschwin- und einem Protektor. Das Piezoelement dieser Tastköpgungen, einen an den Wandler angeschlossenen fe hat die Form eines Rotationskörpers mit planparaüe-Empfangsteil und einen an diesen geschalteten len Strahlflächen, und der Protektor wird als planparal-