DE3522771A1 - Verbesserung hinsichtlich der ueberwachung von physikalischen oder chemischen aenderungen in einem gastmaterial - Google Patents

Verbesserung hinsichtlich der ueberwachung von physikalischen oder chemischen aenderungen in einem gastmaterial

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Description

PATLN IANWALl D-4000 DÜSSELDORF I · SCHADOWPLATZ 9
VNK: 109126
51,820 Düsseldorf, 21. Juni 1985
Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pennsylvania 15222, V. St. A.
Verbesserungen hinsichtlich der Überwachung von physikalischen oder chemischen
Änderungen in einem Gastmaterial
Die Erfindung betrifft die Überwachung von physikalischen oder chemischen Änderungen in einem Gastmaterial.
Wenn thermisch aushärtende Harze durch einen gesteuerten Prozeß wie beispielsweise Hitze ausgehärtet werden, ist es oftmals notwendig, das Ausmaß zu überwachen, bis zu dem die Harze ausgehärtet sind, um auf diese Weise zu wissen, ob der Aushärteprozeß fortzusetzen oder zu beenden ist. Wenn das Harz zu wenig ausgehärtet ist, wird der sich ergebende Gegenstand schwach sein und schlechte Eigenschaften besitzen, und wenn das Harz zu stark ausgehärtet ist, wird Zeit und Energie verschwendet und die Eigenschaften des sich ergebenden Gegenstandes können sich wiederum erneut zu verschlechtern beginnen. Eine Möglichkeit, das Ausmaß der Aushärtung zu überwachen, ist die Anwendung von dielektrischen Verfahren, bei denen die Dielektrizitätskonstante und der Verlustfaktor des Harzes überwacht wird, während das Harz ausgehärtet wird. Jedoch erfordert dies Verfahren, daß Metallelektroden in das Harz eindringen oder das Harz berühren. Auch ist es, da sich ein schlechtes Signal-zu-Geräuschverhältnis ergibt, kein ideales Verfahren für die
Postscheck: Berlin west (BLZ 100 100 i O) 132736-1O9 · deutsche bank (BLZ 300 70 010) 6160253
- 5 Anwendung bei Graphit-Epoxy-Zusammensetzungen.
Der Aushärteprozeß kann auch mit Hilfe von Ultraschallwellen überwacht werden. Ein Ultraschallsender wird auf einer Seite des Behälters und ein Ultraschallempfänger auf der anderen Seite angeordnet, und Ultraschallwellen werden durch das Harz durchgeleitet, während dieses aushärtet. Zwar vermeidet dieses Verfahren das Einführen einer Elektrode in das Harz, jedoch ist wegen der Diffusion des Ultraschallstrahles das Verfahren nicht sonderlich empfindlich gegenüber physikalischen und chemischen Änderungen, die bei der Harzaushärtung auftreten.
Gemäß der US-Patentschrift 4 312 228 wird eine oberflächliche akustische Welle erzeugt, indem ein Element benutzt wird, das auf der Oberfläche des zu überwachenden Harzes aufgeschichtet wird.
In der US-Patentschrift 4 32 7 58 7 werden Ultraschalloszillationen benutzt, um die Polymerisation zu überwachen. Zumindest ein Ultraschallwandler, der sowohl Ultraschallwellen erzeugen als auch empfangen kann, wird verwendet. Der Wandler ist mit einer Ultraschallverzögerungsleitung akustisch verkoppelt, die in dem Polymerisationsmonomer angeordnet ist.
In der US-Patentschrift 3 65 4 072 erfolgt die Überwachung durch Messung der augenblicklichen Schallübertragung, wobei die sendenden und empfangenden Wandler in unterschiedlichen Bereichen des zu überwachenden chemischen Systems angeordnet sind.
In der US-Patentschrift 4 335 613 wird eine Wellenleiterüberwachung beschrieben, bei dem ein Wellenleiter auf der Oberfläche einer Straße angeordnet ist, um so die Bildung von Eis zu erkennen.
— Ό ™*
In der US-Patentschrift 4 054 255 wird ein Wellenleiter dargestellt, um Eis auf Flugzeugoberflächen zu erkennen.
Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein Verfahren zur Erkennung der physikalischen oder chemischen Änderungen in einem Gastmaterial zu schaffen, das die oben geschilderten Nachteile nicht aufweist.
Gelöst wird die Erfindung gemäß dem Hauptanspruch, also dadurch, daß ein Verfahren zur Überwachung von physikalischen oder chemischen Veränderungen in einem Gastmaterial überwacht wird, das von einem flüssigen Zustand zu einem festen Zustand übergeht, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: (1) Einbetten eines Wellenleiters in das Gastmaterial, während dieses sich im flüssigen Zustand befindet, wobei der Wellenleiter sich aus dem Gastmaterial herauserstreckt; und (2) Überwachen der Schallwellen in dem Wellenleiter, nachdem die Schallwellen durch den Wellenleiter in dem Material hindurchgelaufen sind.
Die Erfindung umfaßt auch einen Gegenstand, der folgendes umfaßt: einen Behälter mit einer flüssigkeitsdichten Ausgangseinrichtung für einen Wellenleiter; einen akustischen Wellenleiter, der durch die flüssigkeitsdichte Ausgangseinrichtung in den Behälter hineinreicht; einer verfestigbaren Flüssigkeit in dem Behälter bis zu einem Pegel oberhalb der flüssigkeitsdichten Ausgangseinrichtung; Einrichtungen außerhalb des Behälters für die Absendung einer akustischen Welle durch den Wellenleiter in den Behälter hinein; und Einrichtungen außerhalb des Behälters zur Überwachung der akustischen Welle, nachdem diese durch den Wellenleiter in den Behälter hineingelaufen ist.
Es wurde gefunden, daß die physikalischen und chemischen Änderungen, die, beispielsweise während der Polymerisation, auftreten, wenn eine Flüssigkeit sich verfestigt,
mit extremer Empfindlichkeit dadurch überwacht werden können, indem eine Schallwelle durch einen Wellenleiter hindurchgeführt wird, die in der Flüssigkeit eingebettet ist. Dieses Verfahren ist so empfindlich, daß Änderungen in der Schalldämpfung in dem Wellenleiter von 1000 : 1 oder selbst 10000 : 1 während des Aushärtens des Harzes auftreten.
Hinzu kommt, daß dann, nachdem die Flüssigkeit sich verfestigt hat, der Wellenleiter in dem sich ergebenden Feststoff eingebettet verbleibt und daß irgendwelche angelegte Belastungen oder Kräfte leicht durch Änderungen erkannt werden können, die in einer Schallwelle auftreten, die durch den Wellenleiter hindurchlaufen. Außerdem kann jeder physikalische Kontakt mit dem Festkörper, oder jede strukturelle Änderung (Mikrobrüche) innerhalb des Körpers leicht aufgefunden werden, indem der akustische Wellenleiter als eine Höreinrichtung verwendet wird. Beispielsweise ist ein Wellenleiter, der in einer 23 χ 23 cm großen Schicht aus Graphit-Epoxy-Zusammensetzung angeordnet ist, so empfindlich, daß akustische Wellen leicht erkannt werden können, die lediglich durch Blasen auf die Schicht oder durch Berühren mit einer Feder erzeugt werden. Wenn akustische Sensoren auf jedes Ende eines akustischen Wellenleiters aufgebracht werden, können Schallentfernungsmessungen verwendet werden, um eine akustische Emissionsstelle innerhalb des ausgehärteten Feststoffes zu lokalisieren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind.
Es zeigt:
Fig. 1 in einer isometrischen Darstellung ein Gerät gemäß einer Ausführungsform; und
Fig. 2 in einer isometrischen Darstellung ein Laminat gemäß einer anderen Ausfuhrungsform.
In Fig. 1 ist ein Behälter 1 mit einer verfestigbaren Flüssigkeit 2 bis zu einem Pegel 3 gefüllt. Der Behälter besitzt Flüssigkeitsdichtungen 4 und 5 an den Stellen des Behälters, durch die der Wellenleiter 6 hindurchreicht. An jedes Ende des Wellenleiters 6 ist ein Wandler 7 und 8 angebracht. Diese Wandler setzen die elektrische Energie in Schallwellen und Schallwellen zurück in elektrische Energie um, und zwar über Leitungen 9 bzw. 10, die an die Überwachungsausrüstung (nicht dargestellt) angebracht sind.
In Fig. 2 besitzt ein Laminat 11, bestehend aus einem Stapel aus harzimprägnierten Vorpräparaten 12 einen eingebetteten akustischen Wellenleiter 13, der sich durch das Laminat hindurcherstreckt.
Es wird zwar nicht gewünscht, durch irgendwelche theoretischen Überlegungen eingeschränkt zu sein, jedoch wird angenommen, daß die durch einen Wellenleiter übertragene Schallmenge in enger Beziehung steht zu der Differenz zwischen der akustischen Impedanz des (und des Druckes der ausgeübt wird von dem) Gastmaterial, das den Wellenleiter umgibt, und daß die akustische Impedanz des Mediums, das den Wellenleiter umgibt, von der Dichte des Gastmaterials, multipliziert mit der Schallgeschwindigkeit durch dieses Material, abhängt. Somit wird jede physikalische oder chemische Änderung, die die Dichte des Gastmaterials oder die Geschwindigkeit des Schalls durch das Material verändert, dessen akustische Impedanz und die Menge des Schalls verändern, die durch den Wellenleiter hindurch übertragen wird. Da die Dichte des Gastmaterials und die Schallgeschwindigkeit durch dieses Material hindurch von der Temperatur, von der Belastung, von der Zugspannung, von dem Einschlag auf das Gastmaterial beeinflußt wird,
können alle diese Dinge mit Hilfe des Wellenleiters überwacht werden. Es ist sogar möglich, den sogenannten Young-Modulus aus der Information abzuleiten, die durch den Wellenleiter erhalten wird. Die Durchgangszeit der Schallwelle durch den Wellenleiter wird auch durch diese Faktoren beeinflußt und kann ebenfalls benutzt werden, um Änderungen zu überwachen, die in dem Gastmaterial auftreten.
Ein Verfahren und ein Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei jedem Gastmaterial angewendet werden, das einer physikalischen Änderung unterliegt, insbesondere einer Änderung von einem flüssigen zu einem festen Zustand. Dies schließt Metalle, Kunststoffe, Zement und Beton ein, sowie auch das Gefrieren von verschiedenen Flüssigkeiten. Besonders interessant sind vorimprägnierte Gegenstände, dies sind Schichten, hergestellt aus einem Substrat, in das ein Harz einimprägniert und dann in den B-Zustand gebracht wurde. Diese vorimprägnierten Gegenstände werden mit dem Wellenleiter dazwischen gestapelt. Unter Hitze und Druck verflüssigt sich das im B-Zustand befindliche Harz und härtet aus, um alle Schichten zu einem Laminat miteinander zu verbinden.
Der Wellenleiter kann aus jedem Material hergestellt sein, das durch das Gastmaterial nicht außer Funktion gesetzt wird. Beispielsweise können Stahl, Saphir, Quartz, Kunststoffe, Glas, glasfaserverstärktes Polyester und glasfaserverstärktes Epoxyharz als Wellenleiter verwendet werden. Glasfaserverstärktes Polyesterharz ist das vorzugsweise Wellenleitermaterial für aus Kunststoff bestehende Gastmaterialien, weil es flexibel ist, die Struktur des Kunststoffes verstärkt und sehr gut arbeitet. Es ist vorzuziehen, ein Wellenleitermaterial auszuwählen, das hinsichtlich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Gastmaterials zusammenpaßt, um die Erzeugung von Belastungen in dem Gastmaterial zu vermeiden. Auch wird
ein gutes Wellenleitermaterial den sich ergebenen Gegenstand verstärken und an dem Gastmaterial sich anbinden. Vorzugsweise sollte der Wellenleiter eine Dämpfung von weniger als etwa 10 Dezibel pro Meter seiner Länge haben, um so seine Empfindlichkeit aufrecht zu erhalten. Wenn natürlich der Wellenleiter sehr kurz ist, könnten auch höhere Dämpfungen akzeptabel sein. Die Dämpfung hängt von dem Material ab, aus dem der Wellenleiter hergestellt ist, wie auch von seiner Querschnittsfläche und der Frequenz der Schallwelle, die durch den Wellenleiter hindurchgeführt wird. Ebenso wird die Dämpfung reduziert, wenn das Wellenleitermaterial und das Gastmaterial eine akustische Fehlanpassung bilden. Der Wellenleiter kann von nahezu jeder Länge sein, jedoch erfordern längere Wellenleiter natürlich ein kräftigeres akustisches Signal. Obwohl kreisförmige Wellenleiter vorgezogen werden, kann der Wellenleiter irgendeine Querschnittsform aufweisen. Der Wellenleiter kann irgendwo innerhalb des Gastmaterials angeordnet werden. Wenn nur ein Wellenleiter verwendet wird, wird dieser im allgemeinen in der Mitte des Materials angeordnet. Wenn irgendwelche Wellenleiter verwendet werden, können sie gleichförmig verteilt werden, oder sie können in empfindlicheren Teilen des Gastmaterials angeordnet werden.
Ultraschallwandler werden verwendet, um eine Schallwelle in dem Wellenleiter zu erzeugen. Im allgemeinen werden zwei Wandler benutzt, einer an jedem Ende, einer zum Aussenden des Schalles und der andere für den Empfang des Schalles. Die Wandler arbeiten durch Verwandlung eines elektrischen Signals in ein Schallsignal und, umgekehrt, durch Änderung eines Schallsignal zurück in ein elektrisches Signal. Es ist auch möglich, einen einzigen Wandler zu verwenden, indem die Schallwelle an einem Ende des Wellenleiters reflektiert wird, so daß der aussendende Wandler auch der empfangende Wandler wird. Wenn eine Schallwelle am Ende des Wellenleiters zurückgeworfen wird,
kann es wünschenswert sein, ein akustisch fehlangepaßtes Material an dem Ende des Wellenleiters anzubringen, um die Reflektivität der Schallwelle zurück in den Wellenleiter möglichst groß zu machen. Um mehr Fläche innerhalb des Gastmaterials zu überwachen, ist eine andere mögliche Konfiguration die, den Wellenleiter in eine Schleife zu biegen, so daß die Schallwelle durch den Wandler hindurch entlang der Schleife und zurück zu einem anderen Wandler läuft. Es ist auch möglich, das Signal durch einen Wellenleiter hindurchzuschicken und es durch einen anderen Wellenleiter zu empfangen, nachdem das Signal durch das Gastmaterial hindurchgelaufen ist.
Irgendeine Frequenz für die Schallwelle, die der Wellenleiter überträgt, kann benutzt werden, obwohl Ultraschallwellen, die typischerweise von 10 bis 300 Kilohertz reichen, vorzuziehen sind, da sie die größte Empfindlichkeit liefern. Bei niedrigeren Frequenzen kann das Signal durch Hintergrundgeräusche verschleiert werden, und bei höheren Frequenzen kann das Signal zu stark gedämpft werden. Natürlich können akustische Filter angewendet werden, um ungewünschtes Geräusch auszuschalten.
Das Gastmaterial kann durch verschiedene Einrichtungen gehärtet werden, einschließlich Ultraviolettstrahlung, Mikrowellen, Elektronenstrahlung, oder andere Strahlung, Hitze, das Hinzufügen von Katalysatoren, oder selbst auch Ultraschallwellen. Hochenergetische Ultraschallwellen für Aushärtezwecke können in den eingegrabenen Wellenleitern eingeführt werden. Die sich ergebende Struktur besteht aus dem festen Gastmaterial, mit dem darin eingebetteten Wellenleiter. Dieser Gegenstand ist sehr nützlich für die Erkennung von physikalischen oder chemischen Änderungen, die in dem Gastmaterial auftreten, welche Änderungen die Dämpfung oder die Geschwindigkeit des Schalles durch dieses Material beeinflussen. Wenn beispielsweise das Gastmaterial ein Flugzeugflügel ist, kann der Wellenleiter
benutzt werden, um die Streßbelastungen und die sonstigen Belastungen zu überwachen, in dem der Wellenleiter in einer hörenden Betriebsart verwendet wird, wobei die Geschwindigkeit der Luft, die über den Tragflügel strömt, oder der Aufschlag von Gegenständen gegen den Flügel überwacht werden kann. Die Stelle des Einschlags eines Objektes gegen den Flügel kann festgestellt werden durch die Zeitunterschiede, mit denen der Einschlag an den akustischen Sensoren festgestellt wird, welche Sensoren an den Enden des Wellenleiters angebracht sind. Alternativ kann auch mehr als ein Wellenleiter benutzt werden, um die Einschlagstelle zu lokalisieren, wobei die Größe und die Eintreffzeit des Signals verwendet wird.
Die Erfindung sei nun anhand der folgenden Beispiele noch näher erläutert:
Beispiel 1
Ein akustischer Wellenleiter aus glasfaserverstärktem Epoxyharz mit einem Durchmesser von 1/16 mm wurde durch zwei aus Silikon bestehende akustische Isolationsdichtungen an jedem Ende von zwei kreisförmigen Polyvinylchloridbehältern hindurchgeführt, jeder mit einem Durchmesser von 5,7 cm, angeordnet 2,5 cm oberhalb des Bodens des Behälters. Ein akustischer Sender für eine Frequenz von 74 kHz wurde an einem Ende des Wellenleiters angebracht, und ein akustischer Empfänger für eine Frequenz von 74 kHz wurde an dem anderen Ende des Wellenleiters angebracht, beide außerhalb des Behälters. Ein Bispenol A-Epoxyharz, verkauft von der Fa. Hysol unter der Handelsbezeichnung "Epoxy-Patch11,; wurde in einen Behälter eingegossen, bis zu einer Tiefe von etwa 3,2 cm, und ein Gel wurde in einen ähnlichen Behälter bis zu einer ähnlichen Tiefe eingegossen, beide bis etwa 0,6 4 cm oberhalb des Wellenleiters. Das Gel bestand aus 100 Gewichtsteilen flüssigem Diglycidyläther des Bispenol A, verkauft von der
Fa. Shell Co. als "Epon 815",; 20 Gewichtsteilen Aminhärter, verkauft von Texaco unter der Bezeichnung "Jeffamine t-403",: und 10 Gewichtsteilen eines Beschleunigers, verkauft von Dupont unter der Bezeichnung "J?acm-20" .; Das Gel wurde bei 80° C unter Vacuum gemischt und härtete aus, nachdem es in den Container gegossen wurde. Der Wellenleiter für das Epoxyharz war 24,5 cm lang, und der Wellenleiter für das Gel war 34,9 cm lang. Impulsartige akustische Wellenzüge wurden durch die Wellenleiter übertragen und die empfangenen Signale überwacht, während die Harze in die Behälter eingegossen wurden, und während des Aushärteprozesses. Während die Harze um den Wellenleiter herum während des Aushärteprozesses schrumpften, wurden die Signale, die durch die Wellenleiter übertragen wurden, um etwa zwei Größenordnungen gedämpft. Zusätzlich gab es Änderungen in der Durchlaufzeit der akustischen Wellen.
In Fig. 3 sind die Ergebnisse in einer grafischen Darstellung wiedergegeben, in der die Spitzenwerte des akustischen Signals von 74 kHz in Millivolt über der Zeit aufgetragen sind, die vergangen war, nachdem das Harz in die Behälter eingegossen worden war. Die grafische Darstellung zeigt, daß für das Epoxyharz das durch den Wellenleiter übertragene Signal um etwa den Faktor 100 : gedämpft wurde, und eine maximale Dämpfung nach 44 min erreichte, wovon angenommen wird, daß diese Zeit mit dem Ende des Aushärteprozesses zusammenfällt. Der Anstieg im Signalpegel, der später auftrat, ist vermutlich dadurch zu erklären, daß das Harz auf Umgebungstemperatur zurückkehrt, was ein weiteres Anzeichen für die Empfindlichkeit des Systems ist. Das langsamer aushärtende Gel veranlaßte ebenfalls eine Gesamtsignaldämpfung von etwa 100 : 1, jedoch wurde die maximale Dämpfung nicht vor Ablauf von 35 0 min erreicht.
Fig. 4 ist eine grafische Darstellung, die, in Millivolt, den Unterschied zwischen dem ursprünglichen akustischen
352277
Signal und dem Signal aufzeigt, das zu der Zeit auftrat, die auf der horizontalen Achse aufgetragen ist. Kurve A gilt für das Epoxyharz und Kurve B für das Gel. Zur Kurve A paßt die Gleichung Vq-V=2,Ixt1'03, und Kurve B läßt sich darstellen durch die Gleichung Vq-V=O,66 χ t0»88. Der Punkt X ist die Beendigung des Aushärtens für das Epoxyharz und der Punkt Y ist die Beendigung des Aushärtens für das Gel. Die geraden Linien, die durch die Daten erzeugt werden, zeigen, daß die Polymerisationsprozesse und die Gelierungsprozesse chemischen Reaktionen erster Ordnung folgen, und daß die Dämpfung der akustischen Welle der Polymerisation des Harzes entspricht. Aus diesen Gleichungen ist es möglich, zu einem frühen Zeitpunkt während des Aushärteprozesses die ungefähre Zeit vorherzusagen, die benötigt wird, um den Prozeß abzuschließen.
Beispiel 2
Dreißig vorimprägnierte Stücke mit den Maßen von 15,2 χ 15,2 cm, die mit Graphitfasern eines Durchmessers von 9 Mikron mit Epoxyharζimprägnierung bestehen, verkauft von der Fa. Hercules unter der Bezeichnung "3501-6/AS", wurden in alternativen Richtungen gestapelt, mit der Ausnahme der mittleren zwei vorimprägnierten Stücke, die zueinander parallel lagen. Ein akustischer Wellenleiter mit einer Länge von 91 cm aus glasfaserverstärktem Polyester mit einer Dicke von 0,16 cm wurde zwischen die mittleren zwei Vorimprägnierstücke, parallel zu den Fasern, angeordnet.
Die Enden des Wellenleiters waren an Ultraschallwandler einer Frequenz von 70 kHz angeschlossen. Die Wandler waren elektrisch mit Vorverstärkern und Filtern verbunden und dann an einen Oszillographen.
Ein Laminat wurde hergestellt, indem der Stapel aus vorimprägnierten Stücken mit einem Druck von 0,345 N/mm2 gepreßt wurde, unter gleichzeitiger Erhitzung, um das Harz
auszuhärten. Fig. 5 gibt die Temperatur des Stapels über der Zeit wieder. Auch in Figur 5 dargestellt ist die akustische Signalspitze, die bei 71 kHz während des Aushärtens empfangen wurde. Ein Signal von etwa 3000 Mikrovolt wurde durch den Wellenleiter mit Hilfe von einöm der Wandler während des Aushärtens ausgesendet.
Unten in Fig. 5 sind die Ergebnisse bei Verwendung automatischer Dielektrometrie bei 1 kHz und 100 Hz wiedergegeben, um das Aushärten eines identischen Stapels von Vorimprägnierstücken in der gleichen Zeitperiode zu überwachen.
Die in Fig. 5 dargestellten Ergebnisse zeigen, daß das erfindungsgemäße Verfahren um ein mehrfaches empfindlicher ist als die automatische Dielektrometrie, die gegenwärtig die gängige Methode der Überwachung des Aushärtens darstellt.
Beispiel 3
Beispiel 2 wurde wiederholt, wobei identische Materialien und Verfahrensweisen angewendet wurden, mit der Ausnahme, daß die vorimprägnierteη Stücke eine Größe von 23 cm χ 23 cm aufwiesen und der Wellenleiter aus Epoxy-Glasfaser-Material bestand. Die Empfindlichkeit des Wellenleiters wurde untersucht, indem einzelne Salzkörner auf den Wellenleiter aus einer Höhe von 25 cm fallengelassen wurden. Der Einschlag eines jeden Korns erzeugte ein akustisches Signal von etwa 1000 Mikrovolt in dem Wellenleiter, wodurch jeder Einschlag leicht erkennbar wurde. Selbst ein sehr leichtes Berühren des Laminats mit einer Feder erzeugte ein merkliches Signal in dem Wellenleiter.
ES/wt/wo 4
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Claims (12)

? R ? ? 7 7 drying. Ernst Stratmann PATENTANWALT D-4OOO DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9 VWR: 109126 Düsseldorf, 21. Juni 1985 51,820 We.stinghou.se Electric Corporation Pittsburgh, Pennsylvania 15222, V. St. A. P a te ntansprüche :
1., Verfahren zur Überwachung der physikalischen oder chemischen Änderung in einem Gastmaterial zwischen einem flüssigen Zustand und einem festen Zustand, gekennzeichnet durch (1) Einbetten eines Wellenleiters in dem Gastmaterial, während es sich in dem flüssigen Zustand befindet, wobei der Wellenleiter sich aus dem Gastmaterial herauserstreckt; und (2) Überwachen von Schallwellen in dem Wellenleiter, nachdem die Schallwellen durch den Wellenleiter in dem Material hindurchgelaufen sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schallwelle durch den Wellenleiter zwischen den Verfahrensschritten (1) und (2) hxndurchgelextet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gastmaterial aus einem thermisch aushärtbaren Kunststoff besteht.
4." Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter auch Faserglas umfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schall eine Wellenlänge entsprechend einer Frequenz von 10 bis 300 kHz besitzt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gastmaterial ein Flugzeugflügel ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastung in dem Gastmaterial überwacht wird, nachdem dieses sich verfestigt hat.
8. Verfahren zur Überwachung des Aushärtens eines thermisch aushärtbaren Harzes in einer flüssigen Form, gekennzeichnet durch Anordnen eines Wellenleiters in dem Harz, welcher Wellenleiter sich von außerhalb des Harzes erstreckt, und Aushärten des Harzes, während gleichzeitig akustische Wellen, die durch den Wellenleiter hindurchgeschickt werden, überwacht werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch aushärtbare Harz ein im B-Zustand befindliches Harz in vorimprägnierten Stücken ist, daß der Wellenleiter zwischen die vorimprägnierten Stücke gelegt und das Harz in den vorimprägnierten Stücken während der Herstellung eines Laminats sich verflüssigt.
10. Gerät zur Ausführung der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät folgendes umfaßt: einen Behälter mit flüssigkeitsdichten Ausgangseinrichtungen (4, 5) für einen Wellenleiter (6); einem akustischen Wellenleiter (6) der durch die flüssigkeitsdichten Ausgangseinrichtungen (4, 5) hindurch in den Behälter (1) reicht; einer verfestigbaren Flüssigkeit (2) in dem Behälter (1) bis zu einem Pegel (3) oberhalb der flüssigkeitsdichten
Ausgangseinrichtungen (4, 5); Einrichtungen (7, 8, 9, 10) außerhalb des Behälters (1), um eine akustische Welle durch den Wellenleiter (6) in den Behälter (1) zu senden; und Einrichtung (7, 8, 9, 10) außerhalb des Behälters (1) zur Überwachung der akustischen Welle, nachdem diese durch den Wellenleiter (6) in dem Behälter (1) gelaufen ist.
11. Gegenstand nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die verfestigbare Flüssigkeit (2) ein im B-Zustand befindliches Harz auf einem vorimprägnierten Stück ist, welches Harz unter Hitze und Druck verflüssigt wird.
12. Laminat, dadurch gekennzeichnet, daß das Laminat ein harzimprägniertes Substrat umfaßt, das einen akustischen Wellenleiter in sich und von sich wegerstreckend aufweist.
ES/wt 4
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GB (1) GB2160974B (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3822716C2 (de) * 1987-07-13 1998-11-05 Gen Electric Einrichtung zum Überwachen von Änderungen der Ultraschalleigenschaften eines faserverstärkten Kunststoffes während eines Aushärteprozesses
DE19737276C2 (de) * 1997-08-27 2000-12-28 Joachim Doering Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschall-Überwachung der physikalischen und chemischen Eigenschaften von Duroplasten bei der Verarbeitung
DE10146323B4 (de) * 2001-09-20 2005-07-28 Institut Für Verbundwerkstoffe Gmbh Verfahren zur rechnergesteuerten Bestimmung von Verlaufsdaten einer Fließfront und Vorrichtung dazu

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01172794A (ja) * 1987-12-28 1989-07-07 Nippon Autom:Kk 物体検出装置
US5009102A (en) * 1988-01-22 1991-04-23 Board Of Regents Of The University Of Washington Method of monitoring solidification of a liquid composition
US4904080A (en) * 1988-01-22 1990-02-27 The Board Of Regents Of The University Of Washington Method of monitoring solidification of a liquid composition
US4827121A (en) * 1988-02-24 1989-05-02 Measurex Corporation System for detecting chemical changes in materials by embedding in materials an unclad fiber optic sensor section
US5024092A (en) * 1990-08-16 1991-06-18 Westinghouse Electric Corp. Method and apparatus for selective transmission and reflection of sound through a solid
US5629681A (en) * 1993-03-01 1997-05-13 Automotive Technologies International, Inc. Tubular sonic displacement sensor
FR2693271B1 (fr) * 1992-07-03 1994-09-16 Bongrain Dispositif et procédé de détection de changement de phases et de caractérisation de la phase d'un produit liquide, gélifié ou solide.
FR2693270B1 (fr) * 1992-07-03 1994-09-16 Bongrain Dispositif et procédé de caractérisation ou de mesure par ultrasons de texture de produits.
EP0637747A3 (de) * 1993-07-19 1995-11-02 Simmonds Precision Products Strukturanalyse unter Verwendung eines unidirektionalen Wellenleiters.
US5536910A (en) * 1993-08-09 1996-07-16 Northrop Grumman Sound, radio and radiation wave-absorbing, non-reflecting structure and method thereof
US5602533A (en) * 1993-10-04 1997-02-11 Boverio; Antonello Device for sensing a state change in a mechanical system, method for monitoring the state of a mechanical system and use of said device
FR2721711B1 (fr) * 1994-06-24 1996-07-26 Gec Alsthom Stein Ind Dispositif de mesure de la quantité de charbon dans un broyeur à boulets.
US6190323B1 (en) 1996-03-13 2001-02-20 Agielnt Technologies Direct contact scanner and related method
US5804725A (en) * 1996-04-15 1998-09-08 Xxsys Technologies, Inc. Measurement of the cure state of a curable material using an ultrasonic wire waveguide
US5911159A (en) * 1996-11-07 1999-06-08 New Mexico State University Technology Transfer Corporation Resin cure monitoring
US7017415B2 (en) * 2001-09-27 2006-03-28 Siemens Westinghouse Power Corporation Apparatus for sensing pressure fluctuations in a hostile environment
AU2002340203A1 (en) 2001-10-16 2003-04-28 Valspar Sourcing, Inc. Method of monitoring extent of cure of a coating
US8291744B2 (en) * 2008-06-09 2012-10-23 Materials And Sensors Technologies, Inc. Differential ultrasonic waveguide cure monitoring probe
EP3779335B1 (de) * 2010-02-23 2023-04-26 LG Electronics Inc. Kühlschrank
FR3006448B1 (fr) * 2013-06-04 2020-02-21 Guillaume Trannoy Sonde impedancemetrique ultrasonore a guides d'ondes solides ou solides-liquides projetes
CN104236758B (zh) * 2014-09-18 2016-09-14 西安近代化学研究所 火***固化成型过程内应力及其分布的测量装置
DE102022105644A1 (de) * 2022-03-10 2023-09-14 Diehl Metering Gmbh Messeinrichtung und Verfahren zur Ermittlung einer Messgröße

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4312228A (en) * 1979-07-30 1982-01-26 Henry Wohltjen Methods of detection with surface acoustic wave and apparati therefor
US4325255A (en) * 1980-04-07 1982-04-20 Energy And Minerals Research Co. Ultrasonic apparatus and method for measuring the characteristics of materials
US4327587A (en) * 1978-08-01 1982-05-04 Vyzkumny ustav chemickych zrizeni Method of and apparatus for the continuous measurement of changes in rheological properties of monomers during polymerization
CH647331A5 (de) * 1979-10-10 1985-01-15 Vaisala Oy Vorrichtung zum anzeigen einer vereisung einer verkehrsflaeche.

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3381525A (en) * 1965-05-21 1968-05-07 Aeroprojects Inc Method for detection of the imminence or incidence or cavitation in a liquid
US3654072A (en) * 1970-05-27 1972-04-04 Dynamics Corp America Monitoring a chemical processing system by measuring the instantaneous sound transmission characteristics therein
JPS50118776A (de) * 1974-02-27 1975-09-17
US4054255A (en) * 1976-04-01 1977-10-18 System Development Corporation Microwave ice detector
GB2038851B (en) * 1978-12-19 1983-03-09 Vyzk Ustav Chem Zarizeni Method and apparatus for continuous measurement of polymerization process of vinyl chloride or other monomers
FI60079C (fi) * 1980-02-29 1981-11-10 Vaisala Oy Foerfarande och anordning foer angivande av daggpunkt eller liknande
US4524620A (en) * 1983-02-07 1985-06-25 Hughes Helicopters, Inc. In-flight monitoring of composite structural components such as helicopter rotor blades

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4327587A (en) * 1978-08-01 1982-05-04 Vyzkumny ustav chemickych zrizeni Method of and apparatus for the continuous measurement of changes in rheological properties of monomers during polymerization
US4312228A (en) * 1979-07-30 1982-01-26 Henry Wohltjen Methods of detection with surface acoustic wave and apparati therefor
CH647331A5 (de) * 1979-10-10 1985-01-15 Vaisala Oy Vorrichtung zum anzeigen einer vereisung einer verkehrsflaeche.
US4325255A (en) * 1980-04-07 1982-04-20 Energy And Minerals Research Co. Ultrasonic apparatus and method for measuring the characteristics of materials

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3822716C2 (de) * 1987-07-13 1998-11-05 Gen Electric Einrichtung zum Überwachen von Änderungen der Ultraschalleigenschaften eines faserverstärkten Kunststoffes während eines Aushärteprozesses
DE19737276C2 (de) * 1997-08-27 2000-12-28 Joachim Doering Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschall-Überwachung der physikalischen und chemischen Eigenschaften von Duroplasten bei der Verarbeitung
DE10146323B4 (de) * 2001-09-20 2005-07-28 Institut Für Verbundwerkstoffe Gmbh Verfahren zur rechnergesteuerten Bestimmung von Verlaufsdaten einer Fließfront und Vorrichtung dazu

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6118859A (ja) 1986-01-27
GB2160974A (en) 1986-01-02
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GB2160974B (en) 1987-12-16
GB8514834D0 (en) 1985-07-17
DE3522771C2 (de) 1994-02-03
FR2566910A1 (fr) 1986-01-03
US4590803A (en) 1986-05-27
CA1236209A (en) 1988-05-03
FR2566910B1 (fr) 1989-03-24

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