Air-coupled ultrasound testing has the potential to realize many inspection tasks which are not possible with conventional ultrasonic methods. A high automatization is possible when using air-coupled ultrasound, as no time is needed applying or removing a coupling medium. Furthermore, some materials such as wood may not be subjected to liquids, making inspection with conventional ultrasound impossible. The high mismatch of the acoustic impedance between air and solids is disadvantageous for testing with air-coupled ultrasound, as it leads to high intensity losses when testing materials. Due to this fact, special transducers were devel-oped for air-coupled ultrasound, which use different means of focusing to increase the efficiency of sound generation. In this work a transducer sided investigation of the air-coupled ultrasound testing system was conducted. Five transducers were evaluated: two planar transducers, two spherical transducers and one electronically focusing transducer with separately controllable electrodes. Measurements were done with two devices: an optical microphone and a laser-doppler vibrometer. The sound fields of the transducers were firstly recorded with the optical microphone. Near field or focal lengths, the maximum sound pressure and the opening angle of the sound field were obtained and compared to the manufacturer specifications and to the theoretically calculated values. The differently obtained values deviated considerably for each transducer, potentially due to missing norms, errors in the equations or unobserved systematic er-rors in the measurements. The laser-doppler vibrometer was used to characterize the surface movement of two transducers. The maximum velocities and displacements were obtained. The high spatial resolution additionally permitted an identification of some mode shapes. A concluding investigation of the electronically focused transducer concerning the optimal phase shift between the individual electrodes was carried out. A good agreement with the sound field data published by the manufacturer was observed. The results indicate that the focusing effect is not created by interfering sound waves in air but by surface waves on the transducer. The obtained data will be used as a basis for a pursuing investigation of the sound fields with computer simulations. This should also clarify why the observed deviation between theoretical and experimental values occurred in the sound fields.     «

Air-coupled ultrasound testing has the potential to realize many inspection tasks which are not possible with conventional ultrasonic methods. A high automatization is possible when using air-coupled ultrasound, as no time is needed applying or removing a coupling medium. Furthermore, some materials such as wood may not be subjected to liquids, making inspection with conventional ultrasound impossible. The high mismatch of the acoustic impedance between air and solids is disadvantageous for test...     »

Die luftgekoppelte Ultraschallprüfung hat das Potential, viele Prüfaufgaben realisierbar zu machen, die mit konventioneller Ultraschalltechnik nicht möglich sind. Ein hoher Automatisierungsgrad ist mit luftgekoppelter Ultraschallprüfung möglich, da keine Zeit für Anbringen und Abtragen eines Koppelmediums benötigt wird. Außerdem dürfen einige Materialien, z.B. Holz, nicht mit Flüssigkeiten in Verbindung gebracht werden, was eine Prüfung mit konventionellem Ultraschall unmöglich macht. Nachteilig für die Prüfung mit Luftultraschall ist die hohe akustische Fehlanpassung von Luft und Festkörpern, die zu großen Verlusten der Schallintensität bei der Materialprüfung führt. Daher wurden spezielle Prüfköpfe für den Luftultra-schall entwickelt, die verschiedene Fokussierungsmechanismen verwenden, um die Effizienz der Schallerzeugung zu steigern. In dieser Arbeit wurde eine senderseitige Untersuchung des luftgekoppelten Ultraschall-prüfsystems vorgenommen. Dazu wurden fünf Prüfköpfe betrachtet: zwei planare Prüfköpfe, zwei sphärische Prüfköpfe und ein elektronisch fokussierter Prüfkopf mit separat ansteuerbaren Elektroden. Die Untersuchung erfolgte mit zwei Messinstrumenten: Einem optischen Mikrofon und einem Laser-Doppler Vibrometer. Mit dem optischen Mikrofon wurden zu-nächst die Schallfelder der Prüfköpfe vermessen. Daraus konnten die Nahfeld- bzw. Fokus-länge, der maximale Schalldruck und der Öffnungswinkel des Schallfeldes bestimmt und mit Herstellerangaben und theoretisch berechneten Werten verglichen werden. Diese verschieden erhobenen Werte weisen für jeden Prüfkopf eine große Diskrepanz auf, wohl aufgrund von fehlenden Normen, Fehlern in den Berechnungsformeln und nicht beobachteten systemati-schen Fehlern in der Messung. Das Laser-Doppler Vibrometer wurde zur Charakterisierung der Oberflächenbewegung zweier Prüfköpfe verwendet. Die maximalen Geschwindigkeiten und Auslenkungen konnten aus den Daten gewonnen werden. Durch die hohe örtliche Auflösung war zudem eine Identifikation von einigen Moden möglich. Abschließend wurde eine Untersuchung des elektronisch fokussierten Prüfkopfes hinsichtlich der optimalen Phasenverschiebung der einzelnen Elektroden vorgenommen. Eine gute Übereinstimmung mit den vom Hersteller gemessenen Schallfeldern wurde beobachtet. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Fokussierung nicht durch Schallwellen in Luft, sondern durch Oberflächenwellen auf dem Prüfkopf erzeugt wird. Die gewonnenen Daten und Erkenntnisse werden als Grundlage für eine weiterführende Untersuchung der Schallfelder mit Computersimulationen verwendet werden. Dies sollte auch die Diskrepanz in den Werten für die Schallfelder erklären.     «

Die luftgekoppelte Ultraschallprüfung hat das Potential, viele Prüfaufgaben realisierbar zu machen, die mit konventioneller Ultraschalltechnik nicht möglich sind. Ein hoher Automatisierungsgrad ist mit luftgekoppelter Ultraschallprüfung möglich, da keine Zeit für Anbringen und Abtragen eines Koppelmediums benötigt wird. Außerdem dürfen einige Materialien, z.B. Holz, nicht mit Flüssigkeiten in Verbindung gebracht werden, was eine Prüfung mit konventionellem Ultraschall unmöglich macht. Nachteilig...     »