DE3017389C2 - Method for generating ultrasound - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen einfach herstellbaren nichtselektiven faseroptischen Multiplexer, bei dem jedem Eingangslichtwellenleiter eines (Lichtwellenleiter-)Bündels ein Kollimationselement zugeordnet ist. Dadurch ist die Anzahl der Eingangslichtwellenleiter (Kanäle) nahezu beliebig wählbar. Bei dem Multiplexer kann die Lichtrichtung umgekehrt werden, so daß ein vielfacher Verteilkoppler entsteht.The invention relates to a non-selective fiber-optic multiplexer which is easy to manufacture and in which a collimation element is assigned to each input optical waveguide of a (optical waveguide) bundle. As a result, the number of input fiber optic cables (channels) can be selected almost at will. In the case of the multiplexer, the direction of light can be reversed, so that a multiple distribution coupler is created.

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Ultraschall in einem Prüfkörper, bei dem eine auf einem lamellierten Magnetjoch angeordnete Magnet- j<> spule zum Erzeugen eines zeitlich veränderbaren Vormagnetisierungsfeldes zwischen den auf die Oberfläche des Prüfkörpers aufgesetzten Poischuhen des Magnetjoches an eine Erregerstromquelle angeschlossen wird und bei dem eine zwischen den Polschuhen angeordnete Wandlerspule, deren Wandlerdrähte parallel zur Oberfläche des Prüfkörpers ausgerichtet worden sind, synchron zur Vormagnetisierung des Magnetjoches mit Hochfrequenzsendeimpulsen beaufschlagt wird.The invention relates to a method for generating ultrasound in a test body, in which a Magnetic coil arranged in a laminated magnetic yoke to generate a time-variable bias field between the poi shoes of the magnetic yoke placed on the surface of the test body is connected to an excitation current source and in which one is arranged between the pole pieces Transducer coil, the transducer wires of which have been aligned parallel to the surface of the test body, synchronously high-frequency transmission pulses are applied to the premagnetization of the magnet yoke.

Ein derartiges bekanntes Verfahren ist in der Zeitschrift Materialprüfung, Bd. 20, 1978, Nr. 4, April, S. 147 —154, beschrieben und verwendet zur Vormagnetisierung ein statisches Magnetfeld. Die Hochfrequenzsendeimpulse in den Wandlerdrähten führen zu Wirbelströmen in der Oberflächenschicht des Prüfkörpers, wobei die Eindringtiefe von der Frequenz der Hochfrequenzsendeimpulse abhängt. Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist es, daß die Eindringtiefc des von der Wandlerspule erzeugten Hochfrequenzfeldes und damit die Eindringtiefe der Wirbelströme wesentlich geringer als die Eindringtiefe des statischen Feldes ist, das durch die von Gleichstrom durchflossene Magnetspule und das Magnetjoch erzeugt wird, aus diesem Grunde wird lediglich ein kleiner Bereich des sich auf einen verhältnismäßig großen Bereich verteilenden statischen Magnetfeldes zur Erzeugung von Ultraschall ausgenutzt. Um hohe Ultraschallenergien zu erhalten, ist es daher notwendig, zur Erzeugung hoher magnetischer Feldstärken an der Oberfläche sehr hohe elektrische Magnetisierungsleistungen und entsprechend große t>o Magnete vorzusehen.Such a known method is in the journal Materialprüfung, Vol. 20, 1978, No. 4, April, Pp. 147-154, described and used for bias a static magnetic field. The high-frequency transmission pulses in the transducer wires lead to eddy currents in the surface layer of the test body, the penetration depth depending on the frequency of the high-frequency transmission pulses depends. The disadvantage of the known method is that the penetration depth of The high-frequency field generated by the transducer coil and thus the depth of penetration of the eddy currents is much lower than the penetration depth of the static field created by the magnetic coil through which direct current flows and the magnetic yoke is generated, for this reason only a small area of the focus is on one Relatively large area distributing static magnetic field used to generate ultrasound. In order to obtain high ultrasonic energies, it is therefore necessary to generate high magnetic energies Field strengths on the surface have very high electrical magnetization powers and correspondingly large t> o Provide magnets.

Ein weiterer Nachteil bei dem bekannten Verfahren zum Erzeugen von Ultraschall liegt darin, daß wegen des statischen Magnetfeldes das Magnctjoch bei hohen Feldern kaum bewegt werden kann, wodurch die Hand- bi habung des Magnetjoches und die Durchführung des Verfahrens erschwert werden. Auch wenn bei dem bekannten Verfahren die Magnetisierung impulsweise unter Einsatz eines synchronisierenden Taktgenerators erfolgt, besteht die Gefahr einer Magnetisierung des Prüfkörpers und damit von beweglichkeitshindernden magnetischen Anziehungskräften zwischen dem Prüfkörper und dem Magnetjoch.Another disadvantage of the known method for generating ultrasound is that because of of the static magnetic field, the yoke can hardly be moved at high fields, whereby the hand bi habitation of the magnetic yoke and the implementation of the method are made more difficult. Even if with the known The magnetization is carried out in pulses using a synchronizing clock generator, there is a risk of magnetization of the test body and thus of magnetic ones that impede mobility Attractive forces between the test body and the magnetic yoke.

Nach dem eingangs erwähnten Verfahren arbeitende elektrodynamische Ultraschallwellenwandler sind weiterhin aus der DE-AS 26 55 804 bekannt Auch die in dieser Druckschrift beschriebenen Ultraschallwellenwandler benutzen statische Magnetfelder mit den oben beschriebenen Nachteilen und dem geringen Wirkungsgrad infolge des tiefen Eindringens der statischen Magnetfelder in das Material des Prüfkörpers, wobei die Feldstärke an der Oberfläche des Prüfkörpers relativ gering bleibt, obwohl zur Ultraschallanregung das Feld an der Oberfläche des Prüfkörpers von besonderer Bedeutung ist.Electrodynamic ultrasonic wave transducers operating according to the method mentioned at the beginning are still from DE-AS 26 55 804 also known the ultrasonic wave transducer described in this publication use static magnetic fields with the disadvantages described above and low efficiency as a result of the deep penetration of the static magnetic fields into the material of the test specimen, the The field strength on the surface of the test body remains relatively low, although the field is used for ultrasonic excitation is of particular importance on the surface of the test body.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeugen von Ultraschall in einem Prüfkörper zu schaffen, das sich durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet und bei dem das Magnetjoch leicht bewegbar ist.The invention is based on the object of a method for generating ultrasound in a test body to create, which is characterized by a high degree of efficiency and in which the magnetic yoke is light is movable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Erregerstrom für die Magnetspule ein eine fortwährende Änderung der Vormagnetisierung bewirkender Wechselstrom verwendet wird und daß jeweils dann, wenn die Obcrflächenfeldstärke infolge eines Durchgangs des Wechselstroms durch ein Amplitudenmaximum einen maximalen Betrag aufweist, ein Hochfrequenzsendeimpuls ausgelöst wird.According to the invention, this object is achieved in that a continuous excitation current for the magnet coil Change in the bias causing alternating current is used and that in each case when the surface field strength is due to the passage of the alternating current through an amplitude maximum has a maximum amount, a high frequency transmission pulse is triggered.

Dadurch, daß zur Vormagnetisierung abweichend vom Stund der Technik kein Dauermagnet oder ein mit Gleichstrom oder Gleichstromimpulsen gespeister Elektromagnet verwendet wird, sondern eine von einem Wechselstrom gespeiste Magnetspule, verteilt sich das Vormagnetisierungsfeld nicht mehr über ein größeres Volumen des Prüfkörpers, sondern konzentriert sich auf den Bereich unmittelbar unter der Oberfläche des Prüfkörpers, in dem auch die Wirbelströme der Wandlerspu-Ie wirksam sind.Due to the fact that, contrary to the state of the art, there is no permanent magnet or one with for the premagnetization Electromagnet fed by direct current or pulses of direct current is used, but one of a Alternating current fed magnetic coil, the bias field is no longer distributed over a larger one Volume of the test specimen, but focuses on the area immediately below the surface of the test body in which the eddy currents of the transducer coil are also generated are effective.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform erläutert. Es zeigtThe invention is explained below with reference to the embodiment shown in the drawing. It shows

F i g. 1 ein mit einer Magnetspule versehenes Magnetjoch, zwischen dessen Polschuhen eine Wandlerspulc mit quer zur Feldrichtung des Magnetjoches verlaufenden Wandlerdrähtcn angeordnet ist sowie einen Prüfkörper undF i g. 1 a magnet yoke provided with a magnet coil, between its pole pieces a transducer coil with transverse to the field direction of the magnet yoke Wandlerdrähtcn is arranged and a test body and

Fig.2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, wobei jedoch die Wandlerdrähte der Wandlerspule parallel zur Feldrichtung zwischen den Polschuhen des Magncijochcs ausgerichtet sind.2 shows a representation corresponding to FIG. 1, however, the transducer wires of the transducer coil parallel to the field direction between the pole pieces of the Magncijochcs are aligned.

Zur Anregung von Ultraschallwellen wird in den in den F i g. 1 und 2 dargestellten leitfähigen Prüfkörpern ein horizontales Magnetfeld an der Oberfläche durch die Verwendung eines zeitlich veränderlichen Magnetfeldes erzeugt.For the excitation of ultrasonic waves, in the FIGS. 1 and 2 shown conductive test specimens a horizontal magnetic field on the surface through the use of a time-varying magnetic field generated.

Durch die fortwährende Änderung des Magnetfeldes werden die Magnetfeldlinicn an die Oberfläche gedrängt (Skineffekt). Der Prüfkopf läßt sich deswegen auch bei hohen Oberflächcnfcldstärken gut bewegen. Weiterhin kann das Prüfkopfvolumen bei gleicher Oberflächcnfeldstiirke verringert werden.Due to the constant change in the magnetic field, the magnetic field lines are pushed to the surface (Skin effect). The test head can therefore be moved easily even with high surface thicknesses. Furthermore, the test head volume can be reduced with the same surface field strength.

Das zeitlich veränderliche Magnetfeld kann mit Lufispulen, in direkter elektrischer Durchströmung des Prüfkörpers, oder mit einem Magnetjoch erzeugt werden. Das Magnetjoch muß für geringe Magnctisierungsvcrluste aus magnetisch leitenden Blechen bestehen, dieThe time-varying magnetic field can be generated with air coils, in direct electrical flow through the test body, or with a magnetic yoke. The magnet yoke must consist of magnetically conductive sheets for low Magnctisierungsvcrluste

elektrisch gegeneinander isoliert sind. Die Blechdicke wird nach den Regeln der Wechselstromtransformatorer. bestimmtare electrically isolated from each other. The sheet thickness is determined according to the rules of the alternating current transformer. certainly

Zum Empfangen und Senden von Ultraschallwellen ist es erfindungsgemäß vorgesehen, das Senden und Empfangen mit der Magnetisierung durch den die Magnetspule durchfließenden Erregerstrom zu synchronisieren. Es wird bei elektrodynamischen Wandlern dann gesendet und empfangen, wenn die Oberflächenfeldstärke ein Maximum besitzt.For receiving and transmitting ultrasonic waves, the invention provides for transmitting and To synchronize the reception with the magnetization by the excitation current flowing through the magnet coil. In electrodynamic transducers, it is sent and received when the surface field strength has a maximum.

Bei magnetostriktiven Wandlern wird dann gesendet und empfangen, wenn die Änderung der Magnetostriktion mit der Magnetisierungsfeldstärke am größen ist. Die Synchronisierung kann mit Hilfe des Erregerstromes des Magneten durchgeführt werden. Die Zeitdauer, die für das Senden und Empfangen benötigt wird (Schallaufweg), bestimmt die maximale Frequenz der Magnetisierung. Man ist bestrebt, bei mögl'chst konstantem (quasistatischem) Feld zu senden und zu empfangen. Das bedeutet, daß während der Ultraschallprüfung die Änderung der Feldstärke (Induktion) relativ langsam vonstatten geht.With magnetostrictive transducers, it is sent and received when the change in magnetostriction is greatest with the magnetization field strength. The synchronization can be done with the help of the excitation current of the magnet. The amount of time it takes to send and receive (Sound travel), determines the maximum frequency of magnetization. One strives to be as constant as possible (quasi-static) field to send and receive. That means that during the ultrasonic testing the change in field strength (induction) takes place relatively slowly.

Beispiel: Schallaufweg 400 mm, Zeitdauer ca. 125μ$ (bei Schubwclle in Stahl), Erregerfrequenz 20 Hz Sinus, Magnetfeldänderung während der US-Prüfung ca. 0,1 %o, US-Wiederholungsfrequenz 40 Hz.Example: sound travel 400 mm, duration approx. 125μ $ (with shear waves in steel), excitation frequency 20 Hz sine, magnetic field change during of the US test approx. 0.1%, US repetition frequency 40 Hz.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen )0 1 sheet of drawings ) 0

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Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Verfahren zum Erzeugen von Ultraschall in einem Prüfkörper, bei dem eine auf einem lamcllicrten Magnetjoch angeordnete Magnetspule /um Erzeugen eines zeitlich veränderbaren Vormagnctisierungsfeldes zwischen den auf die Oberfläche des Prüfkörpers aufgesetzten Polschuhen des Magnetjoches an eine Erregerstromquelle angeschlossen wird und bei dem eine zwischen den Polschuhen angeordnete Wandlerspule, deren Wandlerdrähte parallel zur Oberfläche des Prüfkörpers ausgerichtet worden sind, synchron zur Vormagnetisierung des Magnetjoches mit Hochfrequenzsendeimpulsen beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Erregerstrom für die Magnetspule ein eine fortwährende Änderung der Vormagnetisierung bewirkender Wechselstrom verwendet wird und daß jeweils dann, wenn die Oberflächenfeldstärke infolge eines Durchgangs des Wechselstroms durch ein Amplitudenmaximum einem maximalen Betrag aufweist, ein Hochfrequenzsendeimpuls ausgelöst wird.Method for generating ultrasound in a test body, in which one is mounted on a laminated magnetic yoke arranged magnetic coil / in order to generate a temporally variable Vormagnctisierungsfeldes between the pole pieces of the magnet yoke placed on the surface of the test body an excitation current source is connected and in which one is arranged between the pole pieces Transducer coil, the transducer wires of which have been aligned parallel to the surface of the test specimen are applied synchronously to the premagnetization of the magnet yoke with high-frequency transmission pulses is, characterized in that a one as the excitation current for the solenoid continuous change of the bias causing alternating current is used and that in each case when the surface field strength as a result of the passage of the alternating current through a Has a maximum amplitude maximum amount, a high-frequency transmission pulse is triggered. 1010