DE19928765A1 - Ultrasonic transducer for multi-frequency, multi-layer test head can transmit different frequencies and receive frequency selectively over wide band with higher sensitivity than conventional arrangements - Google Patents
Ultrasonic transducer for multi-frequency, multi-layer test head can transmit different frequencies and receive frequency selectively over wide band with higher sensitivity than conventional arrangementsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Ultraschalltechnik.The invention is in the field of ultrasound technology.
Die Erfindung betrifft eine Ultraschallwandleranordnung mit wenigstens zwei, in einer Abstrahlrichtung gesehen hinterein ander angeordneten Schwingerschichten, die einzeln oder in Kombination eine Gruppe bildend ansteuerbar sind, wobei zu mindest zwei Gruppen mit unterschiedlichen Frequenzen be treibbar sind und wenigstens eine Gruppe als Sender ansteuer bar ist.The invention relates to an ultrasonic transducer arrangement at least two, one behind the other, seen in a radiation direction other arranged vibrating layers, individually or in Combination can be controlled to form a group, whereby to be at least two groups with different frequencies are drivable and control at least one group as a transmitter is cash.
Sie betrifft auch ein Verfahren zur Ultraschallprüfung, wobei wenigstens zwei, in einer Abstrahlrichtung gesehen hinterein ander gelegene Schwingerschichten einzeln oder in Kombination eine Gruppe bildend angesteuert werden, wobei wenigstens zwei Gruppen mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden und wenigstens eine Gruppe als Sender angesteuert wird.It also relates to a method for ultrasonic testing, whereby at least two, one behind the other, seen in a radiation direction other vibration layers individually or in combination a group can be controlled, at least two Groups are operated with different frequencies and at least one group is controlled as a transmitter.
Aus der Europäischen Patentschrift EP 0 667 978 B1 ist ein Ultraschallprüfkopf bekannt, der eine in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnete Ultraschallwandleranordnung mit wenig stens einem Ultraschallwandler-Array und wenigstens zwei aku stisch voneinander getrennten S/E-Ultraschallwandlern umfaßt. Das Ultraschallwandler-Array ist im Impuls-Echo-Modus be treibbar und die beiden daneben angeordneten S/E-Ultraschall wandler sind im Sende-Empfangs-Modus betreibbar. Das im Im puls-Echo-Modus betriebene Ultraschallwandler-Array dient dem Detektieren oberflächenferner Fehler im Werkstück. Dagegen ist der Impuls-Echo-Modus, bei dem das Senden und das Empfan gen der Ultraschallwellen in ein und demselben Wandler statt findet, zur Detektion oberflächennaher Fehler im Werkstück nicht geeignet, da ein zum Senden aktiver Wandler für eine gewisse Zeitspanne nach dem Sendevorgang für die vom Fehler im Werkstück zurückreflektierten Signale praktisch blind ist ("Nachklingeln"). Zur Detektion oberflächennaher Fehler sieht der in der EP 0 667 978 B1 beschriebene Ultraschallprüfkopf die zwei gesonderten S/E-Ultraschallwandler vor, von denen einer als Sender und der andere als Empfänger betrieben ist. In diesem Ultraschallprüfkopf sind zwar die Vorteile des Im puls-Echo-Modus als auch die Vorteile des Sende-Empfangs-Mo dus vereinigt, jedoch benötigt ein solcher Ultraschallprüf kopf infolge der seitlichen Anordnung der S/E-Ultraschall wandler neben dem Ultraschallwandler-Array eine große Ankop pelfläche und ist somit für zahlreiche Prüfaufgaben als nicht ausreichend kompakt anzusehen.From European patent specification EP 0 667 978 B1 is a Ultrasonic test head known, the one in a common Housing arranged ultrasonic transducer arrangement with little at least one ultrasonic transducer array and at least two aku S / E ultrasound transducers separated from each other. The ultrasound transducer array is in pulse-echo mode drivable and the two S / E ultrasound arranged next to it converters can be operated in the transmit / receive mode. That im pulse-echo mode operated ultrasonic transducer array is used Detect surface defects in the workpiece. On the other hand is the pulse-echo mode, in which the sending and receiving against the ultrasonic waves in one and the same transducer detects defects close to the surface in the workpiece not suitable as a converter active for sending for a certain period of time after the transmission for those from the error signals reflected back in the workpiece is practically blind ("Ringing"). For detection of near-surface defects the ultrasound probe described in EP 0 667 978 B1 the two separate S / E ultrasound transducers, one of which one is operated as a transmitter and the other as a receiver. The advantages of the Im are indeed in this ultrasonic test head pulse echo mode as well as the advantages of the transmit-receive mo dus united, but such an ultrasound test is required head due to the lateral arrangement of the S / E ultrasound transducer next to the ultrasound transducer array a large ankop surface and is therefore not suitable for numerous test tasks sufficiently compact to look at.
Unter der Internet-Adresse http://www.ultrasonic.de/article/splitt/splitt.htm wurde am 07.02.1996 um 15 : 26 Uhr ein Fachartikel von G. Splitt mit dem Titel "Prüfköpfe mit Composite-Schwingern - ein Meilenstein für die Ultraschallprüfung" veröffentlicht. Darin ist ein Wandlermaterial beschrieben, bei dem parallel ausgerichtete Keramikstäbchen in eine Epoxidharz-Matrix eingebettet sind.At the Internet address http://www.ultrasonic.de/article/splitt/splitt.htm was created on 07.02.1996 at 3:26 p.m. a technical article by G. Splitt with the Title "Probes with composite transducers - a milestone for ultrasound testing ". There is a Transducer material described in the case of parallel aligned Ceramic sticks are embedded in an epoxy resin matrix.
Aus der europäischen Patentschrift EP 0 451 984 B1 ist ein Ultraschall-Sondensystem mit einer Vielzahl gestapelter pie zoelektrischer Schichten bekannt. Zwischen den Schichten sind Elektroden angeordnet, die mit einer Polarisationsumkehr schaltung verbunden sind. Dadurch sind benachbarte piezoelek trische Schichten wahlweise mit im wesentlichen entgegenge setzt gerichteten elektrischen Feldern oder mit in der glei chen Richtung gerichteten elektrischen Feldern beaufschlag bar. Durch die Polarisationsumkehr wird erreicht, daß mit dem Ultraschall-Sondensystem Ultraschallwellen mit einer Vielzahl von verschiedenen Frequenzen sendbar sind. Die gestapelten piezoelektrischen Schichten weisen die gleiche Dicke auf.From European patent specification EP 0 451 984 B1 is a Ultrasonic probe system with a large number of stacked pie known zoelectric layers. Are between layers Electrodes arranged with a polarization reversal circuit are connected. As a result, neighboring piezoelectric trical layers optionally with essentially opposite sets directional electric fields or with in the same Chen direction directed electric fields bar. The polarization reversal ensures that with the Ultrasonic probe system Ultrasonic waves with a variety of different frequencies are broadcast. The stacked piezoelectric layers have the same thickness.
Nachteilig an dem in der EP 0 451 984 B1 beschriebenen Ultra schall-Sondensystem ist, daß die Polarität wenigstens einer der piezoelektrischen Schichten vor jedem Frequenzwechsel ge ändert werden muß. Deshalb kann mit diesem Ultraschall-Son densystem kein schneller Wechsel der Frequenzen erfolgen. In der deutschen Patentschrift DE 29 49 991 C3 ist eine Vor richtung zur Ultraschall-Abtastung offenbart, die mehrere, in einer Schallrichtung gesehen hintereinander angeordnete Schichten Schwingermaterial umfaßt, die einzeln oder in Zu sammenfassung die Sender für ausgewählte Frequenzbänder eines Sende-Frequenzspektrums darstellen. Zum Empfangen reflektier ter Anteile aller mit unterschiedlichen Frequenzen gesendeten Ultraschallwellen weist die Vorrichtung eine gesonderte als Schallabsorber fungierende PVF2-Folie auf. Diese PVF2-Folie muß von einer abgestrahlten Ultraschallwelle durchstrahlt werden, bevor die Ultraschallwelle in den Prüfling eingekop pelt werden kann. Dadurch ergeben sich in nachteiliger Weise Laufzeitverluste bei Betrieb der Vorrichtung im Impuls-Echo- Modus. Nachteilig an der gesonderten PVF2-Folie ist ferner, daß zwischen der PVF2-Folie und den als Sender dienenden Schwingerschichten eine Anpaßschicht zur Anpassung der aku stischen Impedanz der PVF2-Folie an die Schwingerschichten erforderlich ist, um übermäßige Reflexionsverluste der emit tierten Ultraschallwelle zu vermeiden. Eine derartige Anpaß schicht kann aber immer nur für einige oder einige wenige Frequenzen optimal dimensioniert werden. Nachteilig an der Vorrichtung der DE 29 49 991 C3 ist ferner, daß - um für alle von den Schwingerschichten emittierten Ultraschallfrequenzen empfindlich zu sein - die PVF2-Folie sehr breitbandig einge stellt sein muß. Dies resultiert in einem schlechten Signal- Rausch-Verhältnis.A disadvantage of the ultrasound probe system described in EP 0 451 984 B1 is that the polarity of at least one of the piezoelectric layers must be changed before each frequency change. Therefore, with this ultrasonic probe system, the frequencies cannot be changed quickly. In the German patent DE 29 49 991 C3, a device for ultrasound scanning is disclosed which comprises a plurality of layers of oscillating material arranged one behind the other as seen in a sound direction, which, individually or in summary, represent the transmitters for selected frequency bands of a transmission frequency spectrum. In order to receive reflected portions of all ultrasonic waves transmitted at different frequencies, the device has a separate PVF 2 film which acts as a sound absorber. This PVF 2 film must be irradiated by an emitted ultrasound wave before the ultrasound wave can be coupled into the test specimen. This disadvantageously results in runtime losses when the device is operated in pulse-echo mode. Another disadvantage of the separate PVF 2 film is that between the PVF 2 film and the vibrating layers serving as transmitters, a matching layer is required to adapt the acoustic impedance of the PVF 2 film to the vibrating layers, in order to avoid excessive reflection losses of the emitted ultrasonic wave to avoid. Such an adaptation layer can always be optimally dimensioned for only a few or a few frequencies. Another disadvantage of the device of DE 29 49 991 C3 is that - in order to be sensitive to all ultrasound frequencies emitted by the vibrating layers - the PVF 2 film must be very broadband. This results in a poor signal-to-noise ratio.
Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine Ul traschallwandleranordnung anzugeben, mit der Ultraschallwel len unterschiedlicher Frequenzen sendbar sind. Dabei sollen Ultraschallwellen auch in einem breiten Frequenzband fre quenzselektiv und mit höherer Empfindlichkeit empfangbar sein, als bei den bekannten Vorrichtungen. Zu diesem Zweck ist es auch Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Ultra schallprüfung anzugeben.The invention is therefore based on the object, an ul specify transducer arrangement, with the ultrasound wel len different frequencies are broadcast. In doing so Ultrasonic waves also in a wide frequency band fre can be received with a selective frequency and with higher sensitivity be than in the known devices. To this end it is also an object of the invention to provide a method for ultra to specify sound test.
Die anordnungsbezogene Aufgabe wird bei einer Ultraschall wandleranordnung der eingangs genannten Art gemäß der Erfin dung dadurch gelöst, daß wenigstens eine Gruppe als Empfänger betreibbar ist.The arrangement-related task is done with an ultrasound converter arrangement of the type mentioned in the Erfin tion solved in that at least one group as a recipient is operable.
Es kann z. B. zumindest
It can e.g. B. at least
- - eine erste Gruppe bei einer ersten Frequenz und- a first group at a first frequency and
- - eine zweite Gruppe bei einer von der ersten Frequenz ver schiedenen zweiten Frequenz betreibbar sein.- a second group at a ver of the first frequency be different second frequency operable.
Dabei können die erste und optional die zweite Gruppe als Sender ansteuerbar sein. Die erste Gruppe kann z. B. auch als Empfänger bei der ersten Frequenz betreibbar sein.The first and optionally the second group can be used as Be controllable transmitter. The first group can e.g. B. also as Receiver can be operated at the first frequency.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist die als Sender an steuerbare Gruppe von der als Empfänger betreibbaren Gruppe verschieden.According to a preferred development, the is on as a transmitter controllable group from the group that can be operated as a receiver different.
Beispielsweise ist die zweite Gruppe als Empfänger bei der zweiten Frequenz betreibbar.For example, the second group is the recipient of the second frequency operable.
Vorzugsweise ist jede Schwingerschicht sowohl als Sender als auch als Empfänger ansteuerbar.Each vibrating layer is preferably both as a transmitter and can also be controlled as a receiver.
Die Schwingerschichten sind bevorzugt aus einer Piezokeramik gefertigt. Ein aus einer Piezokeramik gefertigter Ultra schallempfänger erzeugt beim Schallempfang eine besonders hohe Signalamplitude.The vibrating layers are preferably made of a piezoceramic manufactured. An ultra made from a piezoceramic sound receiver creates a special when receiving sound high signal amplitude.
Die Gruppen, die eine oder mehrere gemeinsam angesteuerte
Schwingerschichten umfassen und als Empfänger betreibbar
sind, sind in vorteilhafter Weise selektiv bei ihrer jeweili
gen Frequenz, d. h. insbesondere für die erste bzw. zweite
Frequenz, als empfindlicher Empfänger mit gutem Signal-
Rausch-Verhältnis betreibbar. Dabei sind z. B. die erste und
die zweite Frequenz innerhalb eines breiten Frequenzbands
weitgehend beliebig wählbar durch
The groups, which comprise one or more jointly controlled oscillator layers and can be operated as receivers, can advantageously be operated selectively at their respective frequency, ie in particular for the first or second frequency, as a sensitive receiver with a good signal-to-noise ratio. Here are z. B. the first and the second frequency largely selectable within a broad frequency band
- a) Wahl geeigneter Dicken der Schwingerschichten, wodurch die Resonanzfrequenz der betreffenden Schwingerschicht beein flußbar ist, und/odera) Choice of suitable thicknesses of the vibrating layers, whereby the Resonance frequency of the relevant vibrating layer affected is flowable, and / or
- b) Kombination bestimmter Schwingerschichten zu einer gemein sam ansteuerbaren Gruppe.b) Combination of certain vibration layers into one common sam controllable group.
Dadurch, daß bei der Ultraschallwandleranordnung nach der Er findung einzelne Schwingerschichten sowohl als Sender als auch als Empfänger betreibbar sind, ist die Ultraschallwand leranordnung besonders einfach und kompakt aufbaubar und au ßerdem störunanfällig. Bei einem Betrieb im Impuls-Echo-Modus tritt darüber hinaus kein störender Laufzeitverlust auf, da das Senden und das Empfangen im wesentlichen an der gleichen räumlichen Stelle stattfindet.The fact that in the ultrasonic transducer arrangement according to the Er Finding individual vibration layers both as transmitters and the ultrasonic wall can also be operated as a receiver The arrangement is particularly simple and compact, and can be constructed also prone to interference. When operating in pulse-echo mode there is also no annoying loss of runtime because sending and receiving essentially the same spatial place takes place.
Die einer Gruppe zugeordnete Frequenz liegt entweder in einem Frequenzband um die Resonanzfrequenz einer einzeln angesteu erten Schwingerschicht oder in einem Frequenzband um eine "Summenresonanzfrequenz" von in Kombination gemeinsam ange steuerten Schwingerschichten. Bevorzugt wird die Kombination durch benachbarte Schwingerschichten gebildet. Diese werden beispielsweise in Kombination angesteuert, indem eine Steuer spannung in Abstrahlrichtung über die aus den beiden einzel nen Dicken der Schwingerschichten gebildete Gesamtdicke ge schaltet ist.The frequency assigned to a group is either in one Frequency band around the resonance frequency of an individually controlled or a frequency band around one "Sum resonance frequency" of combined in combination controlled vibratory layers. The combination is preferred formed by adjacent vibration layers. These will for example, driven in combination by a tax voltage in the direction of radiation over that from the two single NEN thicknesses of the vibrating layers formed total thickness is switched.
Nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung weist die Ultra schallwandleranordnung wenigstens drei Schwingerschichten auf, die derart ansteuerbar sind, daß wenigstens vier Gruppen mit unterschiedlichen Frequenzen bildbar sind.According to another preferred development, the Ultra sound transducer arrangement at least three vibration layers on that can be controlled such that at least four groups can be formed with different frequencies.
Zwischen jeweils zwei benachbarten Schwingerschichten kann ein Elektrodenfilm angebracht sein. Can between two adjacent vibrating layers an electrode film may be attached.
Vorzugsweise sind die Gruppen mit gleicher Polarität ansteu erbar.The groups are preferably driven with the same polarity conceivable.
Beispielsweise sind hierzu Elektrodenfilme, mit Hilfe derer die Schwingerschichten mit einem elektrischen Feld beauf schlagbar sind, in oder entgegen der Abstrahlrichtung mit ei nem jeweils größeren elektrischen Potential beaufschlagbar als der vorangegangene Elektrodenfilm. Mit anderen Worten: Das Potential wird von Elektrodenfilm zu Elektrodenfilm ent weder jeweils nur kleiner oder jeweils nur größer. Bei einer derartigen Ansteuerung der Schwingerschichten bzw. der Grup pen ist zum Erzeugen unterschiedlicher Sendefrequenzen ein Wechsel der Polarität einer emittierenden Schwingerschicht nicht erforderlich, so daß z. B. der Wechsel von der ersten Frequenz zur zweiten Frequenz besonders schnell durchführbar ist.For example, electrode films are used for this purpose apply an electric field to the vibrating layers are beatable in or against the direction of radiation with egg larger electrical potential can be applied than the previous electrode film. In other words: The potential is released from electrode film to electrode film neither smaller or larger. At a such control of the vibrating layers or the group pen is used to generate different transmission frequencies Change in polarity of an emitting oscillating layer not required so that e.g. B. the change from the first Frequency to the second frequency can be carried out particularly quickly is.
Vorzugsweise weist eine erste der Schwingerschichten eine von der Dicke der zweiten Schwingerschicht verschiedene Dicke auf. Dadurch lassen sich vorteilig viele unterschiedliche Frequenzen beim Senden und/oder Empfangen einstellen.A first of the vibrating layers preferably has one of the thickness of the second vibration layer different thickness on. This advantageously allows many different ones Set frequencies for sending and / or receiving.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist wenigstens eine der Schwingerschichten als Composite-Schwinger aufge baut. Bei einem Composite-Schwinger sind kleine Keramikteile in eine Matrix, beispielsweise aus Epoxidharz, eingebettet, und es kann über den Füllgrad der Matrix, d. h. insbesondere über das Mengenverhältnis von Keramik zu Epoxidharz, eine ge ringere akustische Impedanz als bei einer reinen Piezokeramik eingestellt werden, so daß sich die akustische Impedanz des Schwingers z. B. an die eines Prüflings aus Stahl oder eines Vorlaufkörpers aus Plexiglas annähern läßt. Dadurch wird er reicht, daß keine gesonderte Anpaßschicht nötig ist, die in der bereits eingangs geschilderten Weise die Breitbandigkeit des Ultraschallempfangs einschränken würde. According to a particularly preferred embodiment, at least one of the transducer layers as a composite transducer builds. There are small ceramic parts in a composite transducer embedded in a matrix, for example made of epoxy resin, and it can be about the fill level of the matrix, i.e. H. in particular about the quantitative ratio of ceramic to epoxy resin, a ge lower acoustic impedance than with a pure piezoceramic can be set so that the acoustic impedance of the Schwingers z. B. to that of a steel test object or one Leader body made of plexiglass approximates. This will make him is sufficient that no separate adaptation layer is necessary, which in broadband in the way already described would limit ultrasound reception.
Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist der Elektro
denfilm zwischen zwei benachbarten Schwingerschichten gebil
det aus
According to another preferred embodiment, the electrode film is formed between two adjacent oscillating layers
- - einer ersten elektrisch leitfähigen Beschichtung auf einer der Schwingerschichten,- A first electrically conductive coating on one the vibrating layers,
- - einer zweiten elektrisch leitfähigen Beschichtung auf der anderen Schwingerschicht sowie- A second electrically conductive coating on the other vibrating layer as well
- - einer die Beschichtungen verbindenden, elektrisch leitfähi gen Klebeschicht.- An electrically conductive connecting the coatings against adhesive layer.
Eine derartige Anordnung ist besonders einfach herstellbar.Such an arrangement is particularly easy to manufacture.
Unter Beschichten wird in diesem Zusammenhang allgemein das Aufbringen einer fest haftenden Schicht aus formlosem Stoff auf ein Werkstück verstanden, wobei der Stoff insbesondere aus dem gas-, dampf-, pulverförmigen oder ionisierten Zustand aufgebracht wird.In this context, coating is generally used Apply a firmly adhering layer of shapeless material understood on a workpiece, the substance in particular from the gas, vapor, powder or ionized state is applied.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Ultraschallwandleran ordnung ragt eine der Schwingerschichten einen Vorsprung bil dend in einer von der Abstrahlrichtung abweichenden Richtung über eine benachbarte Schwingerschicht hinaus, und ein zwi schen benachbarten Schwingerschichten angebrachter Elektro denfilm erstreckt sich bis auf den Vorsprung.In a preferred development, the ultrasonic transducer order protrudes one of the vibrating layers bil dend in a direction deviating from the direction of radiation beyond an adjacent vibrating layer, and a second adjacent vibrating layers of attached electro the film extends to the top.
Der sich bis auf den Vorsprung erstreckende Elektrodenfilm bietet in vorteilhafter Weise eine einfache Möglichkeit, an dem Elektrodenfilm eine elektrische Leitung, beispielsweise durch Löten oder Bonden, anzubringen. Über die Leitung kann an den Elektrodenfilm das zum Senden einer Schwingerschicht erforderliche elektrische Potential angelegt werden. Die elektrische Leitung kann auch dazu dienen, ein Empfangssignal einer der Schwingerschichten einer Auswerteeinheit zuzufüh ren.The electrode film extending to the protrusion advantageously offers an easy way to an electrical line, for example, the electrode film by soldering or bonding. Over the line can to the electrode film for sending a vibrating layer required electrical potential can be applied. The Electrical conduction can also serve to receive a signal to feed one of the vibrating layers to an evaluation unit ren.
Der Vorsprung ragt insbesondere seitlich über eine benach barte Schwingerschicht hinaus. The protrusion protrudes laterally over a neighboring bearded vibrating layer beyond.
Der Elektrodenfilm ist auf dem Vorsprung bevorzugt kontak tiert.The electrode film is preferably in contact on the projection animals.
Bei einer anderen äußerst vorteilhaften Weiterbildung weist die hinausragende Schwingerschicht auf ihrer dem Elektroden film abgewandten Rückseite eine Nut auf, die sich entlang ei ner Kante der benachbarten Schwingerschicht erstreckt. Durch die Nut wird erreicht, daß die - zum Senden und/oder Empfan gen aktivierte - Schwingerquerschnittsfläche in den benach barten Schwingerschichten identisch ist. Die eine akustische Trennung bewirkende Nut verhindert, daß der Vorsprung einer hinausragenden Schwingerschicht nicht zum Senden und/oder Empfangen aktiviert wird. Durch eine identische aktive Schwingerquerschnittsfläche benachbarter Schwingerschichten wird erreicht, daß bei Ansteuerung unterschiedlicher Schwin gerschichten die Sende- bzw. Empfangscharakteristik, bei spielsweise die Schallfeldausbreitung, jeweils unverändert bleibt. Außerdem werden störende Echos an den Vorsprüngen vermieden.In another extremely advantageous further development the protruding vibrating layer on the electrode back of the film facing away from a groove that extends along an egg ner edge of the adjacent vibrating layer extends. By the groove is achieved that the - for sending and / or receiving gene activated - transducer cross-sectional area in the neighboring beard vibrating layers is identical. The one acoustic Separating groove prevents the protrusion of a protruding vibrating layer not for sending and / or Receive is activated. By an identical active Cross-sectional area of the transducer of adjacent vibration layers is achieved when different Schwin the transmission or reception characteristics, at for example the sound field propagation, each unchanged remains. In addition, there are annoying echoes on the protrusions avoided.
In Abstrahlrichtung betrachtet überdeckt die Nut bevorzugt die Kante oder schließt mit der Kante bündig ab.When viewed in the direction of radiation, the groove preferably covers the edge or is flush with the edge.
Bei einer anderen die Kontaktierung betreffenden Weiterbil dung weist eine der Schwingerschichten randseitig eine Aus nehmung auf, und ein zwischen benachbarten Schwingerschichten angebrachter Elektrodenfilm erstreckt sich bis zu der Ausneh mung. Auch diese Weiterbildung bietet den Vorteil einer ein fachen Kontaktierung des Elektrodenfilms. Außerdem ist die zum Senden und/oder Empfangen aktivierte Schwingerquer schnittsfläche in den benachbarten Schwingerschichten im we sentlichen die gleiche, da die Ausnehmung auf die Größe einer Lötstelle beschränkt sein kann.In another, contact-related training manure has one of the vibrating layers on the edge of an Aus recording, and one between neighboring vibrating layers attached electrode film extends to the Ausneh mung. This training also offers the advantage of a times contacting the electrode film. Besides, that is Transducer cross activated for sending and / or receiving intersection in the neighboring vibrating layers in the we somewhat the same since the recess is the size of a Soldering point can be limited.
Vorzugsweise ist der Elektrodenfilm in der Ausnehmung kontak tiert. The electrode film is preferably in contact in the recess animals.
Nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist mindestens eine der Schwingerschichten als Array ausgebildet.According to another preferred development, at least one of the vibrating layers is configured as an array.
Dies hat den Vorteil, daß durch phasenverzögerte Ansteuerung
einzelner Array-Elemente die Abstrahlrichtung, z. B. definiert
durch den Einschallwinkel oder einen Schielwinkel, schwenkbar
ist. Ferner ist durch Zu-/Abschalten einzelner Array-Elemente
die Fokustiefe und die Nahfeldlänge einstellbar. Mit der der
art weitergebildeten Ultraschallwandleranordnung nach der Er
findung lassen sich deshalb besonders viele Prüffunktionen
jeweils bei unterschiedlichen Frequenzen mit ein und demsel
ben Prüfkopf ausführen, z. B.
This has the advantage that the radiation direction, for. B. defined by the insonification angle or a squint angle, is pivotable. Furthermore, the focus depth and the near field length can be set by switching individual array elements on and off. With the art further developed ultrasound transducer arrangement according to the invention, it is therefore possible to carry out a particularly large number of test functions in each case at different frequencies with one and the same test head, for. B.
- a) die Einschallwinkel 45° und 60° mit einer Transveralwelle,a) the insonification angles 45 ° and 60 ° with a transverse wave,
- b) die Einschallwinkel 70° und 0° mit einer Longitudinal welle,b) the insonification angles 70 ° and 0 ° with a longitudinal wave,
- c) sowie die Wellenumwandlungstechnik im Impuls-Echo-Modus undc) as well as the wave conversion technology in pulse-echo mode and
- d) negative und positive Schielwinkel.d) negative and positive squint angles.
Die in der genannten Art weitergebildete Ultraschallwand leranordnung ist demzufolge platzsparend, kompakt und mit kleiner Ankoppelfläche aufbaubar und somit besonders vielsei tig einsetzbar.The ultrasound wall further developed in the mentioned manner The arrangement is therefore space-saving, compact and with Small coupling area can be built up and is therefore particularly versatile applicable.
Vorzugsweise sind zwei Schwingerschichten als Array-Schwin gerschicht ausgebildet, deren Abstrahlrichtungen insbesondere zumindest mit einer Komponente in unterschiedlichen, nicht parallelen Ebenen schwenkbar sind.Two oscillator layers are preferably arranged as an array oscillator trained layer, the radiation directions in particular at least with one component in different, not parallel planes are pivotable.
Beispielsweise ist eine der Array-Schwingerschichten im Sende-Empfangs-Modus betreibbar, d. h. einige ihrer Array-Ele mente sind als Sender und andere Array-Elemente als Empfänger ansteuerbar. Beispielsweise ist auch eine der Array-Schwin gerschichten im Impuls-Echo-Modus betreibbar. Die Kombination eines Sende-Empfangs-Modus und eines Impuls-Echo-Modus in ei ner stapelartigen bei verschiedenen Frequenzen betreibbaren Ultraschallwandleranordnung erlaubt überaus zahlreiche Prüf funktionen bei minimalem Platzbedarf. For example, one of the array vibrating layers is in the Operate transmit-receive mode, i. H. some of their array elements elements are used as transmitters and other array elements as receivers controllable. For example, one of the array is Schwin layers can be operated in impulse-echo mode. The combination a transmit-receive mode and a pulse-echo mode in one ner stack-like operable at different frequencies Ultrasonic transducer arrangement allows an extremely large number of tests functions with minimal space requirements.
Die Aufgabe ein Verfahren anzugeben, wird bezogen auf das eingangs genannte Verfahren gemäß der Erfindung dadurch ge löst, daß eine erste Gruppe als Empfänger bei einer ersten Frequenz betrieben wird.The task of specifying a procedure is related to the initially mentioned method according to the invention thereby ge resolves that a first group as a recipient at a first Frequency is operated.
Beispielsweise wird die erste Gruppe auch als Sender bei der ersten Frequenz betrieben.For example, the first group is also used as a broadcaster at first frequency operated.
Das Verfahren nach der Erfindung ist besonders vorteilhaft mit der Ultraschallwandleranordnung nach der Erfindung durch führbar. Die diesbezüglich genannten Vorteile gelten für das Verfahren entsprechend.The method according to the invention is particularly advantageous with the ultrasonic transducer arrangement according to the invention feasible. The advantages mentioned in this regard apply to the Procedure accordingly.
Bevorzugt wird/werden eine zweite Gruppe und optional weitere Gruppen als Empfänger bei einer zweiten Frequenz bzw. weite ren Frequenzen betrieben. Insbesondere ist die zweite Gruppe von der ersten Gruppe verschieden.A second group and optionally more are preferred Groups as receivers at a second frequency or wide Ren frequencies operated. In particular, the second group different from the first group.
Zum Beispiel wird die zweite Gruppe auch als Sender bei der zweiten Frequenz betrieben.For example, the second group is also used as a broadcaster at the second frequency operated.
Die Gruppen werden vorzugsweise mit gleicher Polarität ange steuert.The groups are preferably indicated with the same polarity controls.
Die Schwingerschichten können - in Abstrahlrichtung betrach tet - jeweils an ihrer Vorder- und Rückseite mit einem Elek trodenfilm kontaktiert sein. Durch Anlegen einer Spannung zwischen zwei dieser Elektrodenfilme wird/werden die zwischen den Elektrodenfilmen gelegene Schwingerschicht bzw. die da zwischen gelegenen Schwingerschichten eine Gruppe bildend als Sender oder Empfänger angesteuert.The vibrating layers can - viewed in the direction of radiation tet - each on its front and back with an elec Trodenfilm be contacted. By applying a voltage between two of these electrode films, the between the vibrating layer located on the electrode films or the there forming a group between the oscillating layers as Controlled transmitter or receiver.
Beispielsweise werden Ultraschallwellen unterschiedlicher Frequenzen gesendet und/oder empfangen, indem wenigstens drei Schwingerschichten gruppenweise angesteuert werden, wobei eine erste Gruppe aus mehreren benachbarten Schwingerschich ten gebildet ist und davon verschiedene weitere Gruppen aus einer Schicht oder mehreren benachbarten Schwingerschichten gebildet sind.For example, ultrasonic waves are different Frequencies sent and / or received by at least three Vibrating layers can be controlled in groups, whereby a first group from several neighboring Schwingerschich ten is formed and various other groups one layer or several adjacent vibration layers are formed.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens werden die Gruppen zeitlich nacheinander angesteuert. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine zeitlich gesteuerte oder getak tete Empfangs- und/oder Sendebandbreite erzielt ("Gate").According to a preferred further development of the method the groups are controlled sequentially. This will advantageously a timed or timed tete received and / or transmit bandwidth achieved ("gate").
Bevorzugt wird zunächst die erste Gruppe als Empfänger bei der ersten Frequenz und dann die zweite Gruppe als Empfänger bei einer von der ersten Frequenz verschiedenen zweiten Fre quenz betrieben.The first group is preferred as the recipient at the first frequency and then the second group as the receiver with a second Fre. different from the first frequency quenz operated.
Das Verfahren ist mit besonderem Vorteil derart ausgestaltet, daß zunächst eine Gruppe als Sender bei einer Sendefrequenz und anschließend nach Abschluß der Sendeaktivität die erste Gruppe als Empfänger bei einer von der Sendefrequenz ver schiedenen ersten Frequenz betrieben wird.The method is particularly advantageously designed such that that first a group as a transmitter at a transmission frequency and then the first after completing the broadcast activity Group as a receiver at a ver of the transmission frequency different first frequency is operated.
Damit ist ein besonders vorteilhafter Sende-Empfangs-Betrieb möglich, bei dem Sender und Empfänger den gleichen Schallaus trittspunkt aufweisen, da sie in Abstrahlrichtung gesehen hintereinander angeordnet sind. Sender und Empfänger sind da bei mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben.This is a particularly advantageous transmit / receive operation possible, the transmitter and receiver have the same sound level point of entry since they are viewed in the direction of radiation are arranged one behind the other. Sender and receiver are there at operated at different frequencies.
Optional werden nach dem Senden eine oder mehrere weitere Gruppen als Empfänger bei von der Sendefrequenz verschiedenen Frequenzen betrieben. Beispielsweise wird mit großer Band breite gesendet und anschließend bei verschiedenen Frequenzen innerhalb des Sendefrequenzbands empfangen. Damit lassen sich besonders gut Risse in einem Werkstück (Prüfling) klassifi zieren oder bewerten, da bei Anregung mit einem breiten Fre quenzband unterschiedliche Zonen eines Risses mit unter schiedlichen Frequenzen abstrahlen.One or more others will be optional after sending Groups as receivers at different from the transmission frequency Frequencies operated. For example, with a large band broad sent and then at different frequencies received within the transmission frequency band. With that you can especially good cracks in a workpiece (test object) decorate or evaluate, because when excited with a wide fre quenzband different zones of a crack with under radiate different frequencies.
Nach einer anderen vorzugsweisen Weiterbildung des Verfahrens umfassen zwei der Gruppen jeweils eine Array-Schwinger schicht, und die Abstrahlrichtungen der beiden Gruppen werden zumindest mit einer Komponente in unterschiedlichen, nicht parallelen Ebenen geschwenkt, wobei die beiden Gruppen als Sender bei unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden.According to another preferred further development of the process two of the groups each comprise an array transducer layer, and the radiation directions of the two groups are at least with one component in different, not parallel planes pivoted, the two groups as Transmitter can be operated at different frequencies.
Bevorzugt stehen die Ebenen senkrecht aufeinander.The planes are preferably perpendicular to one another.
Weiterhin bevorzugt wird eine der Gruppen im Sende-Empfangs- Modus betrieben. Die Abstrahlrichtung dieser Gruppe kann der art geschwenkt werden, daß der Schielwinkel der von ihr abge strahlten Ultraschallwelle variiert wird ("Horizontal schwenk").One of the groups in the transmission-reception Mode operated. The direction of radiation of this group can be pivoted art that the squint angle of the abge radiated ultrasonic wave is varied ("Horizontal swivel ").
Außerdem wird bevorzugt eine der Gruppen, insbesondere eine andere als die vorgenannte Gruppe, im Impuls-Echo-Modus be trieben. Beispielsweise wird die Abstrahlrichtung dieser Gruppe derart geschwenkt, daß der Einschallwinkel der von dieser Gruppe abgestrahlten Ultraschallwelle variiert wird ("Vertikalschwenk).In addition, one of the groups, in particular one, is preferred other than the above group, be in pulse echo mode drove. For example, the direction of radiation of this Group pivoted such that the angle of incidence of this group emitted ultrasonic wave is varied ("Vertical swivel).
Ausführungsbeispiele der Ultraschallwandleranordnung nach der Erfindung werden anhand der Fig. 1 bis 13 näher erläutert. Die Figuren, die zum Teil nur schematischen Charakter haben, dienen auch der Erläuterung des Verfahrens nach der Erfin dung. Es zeigen:Embodiments of the ultrasonic transducer arrangement according to the invention are explained in more detail with reference to FIGS. 1 to 13. The figures, some of which have only a schematic character, also serve to explain the method according to the invention. Show it:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Ultraschall wandleranordnung nach der Erfindung, Fig. 1 shows a first embodiment of an ultrasonic transducer arrangement according to the invention,
Fig. 2 die Ultraschallwandleranordnung der Fig. 1 in ei nem an einen Prüfling angekoppelten Zustand, Fig. 2 shows the ultrasonic transducer assembly of FIG. 1 in egg nem coupled to a device under test state,
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Ultraschall wandleranordnung nach der Erfindung, Fig. 3 shows a second embodiment of an ultrasonic transducer arrangement according to the invention,
Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 3, in dem ein Elektrodenfilm der Ultraschallwandleranordnung der Fig. 3 im Detail dargestellt ist, Fig. 4 shows an enlarged detail from Fig. 3, in which an electrode film of the ultrasound transducer assembly is shown in FIG. 3 in detail,
Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Ultraschall wandleranordnung nach der Erfindung, Fig. 5 shows a third embodiment of an ultrasonic transducer arrangement according to the invention,
Fig. 6 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Ultraschall wandleranordnung nach der Erfindung, Fig. 6 shows a fourth embodiment of an ultrasonic transducer arrangement according to the invention,
Fig. 7 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Ultraschall wandleranordnung nach der Erfindung, Fig. 7 shows a fifth embodiment of an ultrasonic transducer arrangement according to the invention,
Fig. 8 einen Ausschnitt aus der Frequenzcharakteristik der Ultraschallwandleranordnung der Fig. 3, Fig. 8 shows a detail of the frequency characteristic of the ultrasonic transducer assembly of FIG. 3,
Fig. 9 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Ultraschall wandleranordnung nach der Erfindung mit als Array ausgebildeten Schwingerschichten, Fig. 9 shows a sixth embodiment of an ultrasonic transducer arrangement according to the invention formed as an array transducer layers,
Fig. 10 die Ultraschallwandleranordnung der Fig. 9 bei Be trieb in einem ersten Sende-Empfangs-Modus, Fig. 10, the ultrasonic transducer assembly of FIG. 9 at loading operating in a first transmission-reception mode,
Fig. 11 die Ultraschallwandleranordnung der Fig. 9 bei Be trieb in einem zweiten Sende-Empfangs-Modus, Fig. 11, the ultrasonic transducer assembly of FIG. 9 at loading operating in a second transmission-reception mode,
Fig. 12 die Ultraschallwandleranordnung der Fig. 9 bei Be trieb in einem ersten Impuls-Echo-Modus, und Fig. 12, the ultrasonic transducer assembly of FIG. 9 when operating in a first pulse-echo mode, and
Fig. 13 die Ultraschallwandleranordnung der Fig. 9 bei Be trieb in einem zweiten Impuls-Echo-Modus. Fig. 13, the ultrasonic transducer assembly of Fig. 9 when operating in a second pulse-echo mode.
Fig. 1 zeigt eine Ultraschallwandleranordnung mit einer er sten Schwingerschicht 1 und einer zweiten Schwingerschicht 3, die als piezoelektrische Composite-Schwinger mit einer aku stischen Impedanz von ca. 8 bis 10 ausgebildet sind. Die er ste Schwingerschicht 1 weist an ihrer Rückseite einen dünnen ersten Elektrodenfilm 5 auf. Die beiden Schwingerschichten 1, 3 sind über einen dünnen zweiten Elektrodenfilm 7 miteinander verbunden, der als Klebeverbindung wirkt. An der Vorderseite der zweiten Schwingerschicht 3 ist ein dünner dritter Elek trodenfilm 9 aufgebracht. Die Elektrodenfilme 5, 7, 9 er strecken sich senkrecht zur Zeichenebene über die gesamte Breite der Schwingerschichten 1, 3. Fig. 1 shows an ultrasonic transducer arrangement with a he most vibrating layer 1 and a second vibrating layer 3 , which are designed as piezoelectric composite transducers with an acoustic impedance of approximately 8 to 10. The first vibrating layer 1 has a thin first electrode film 5 on its rear side. The two vibrating layers 1 , 3 are connected to one another via a thin second electrode film 7 , which acts as an adhesive connection. At the front of the second vibrating layer 3 , a thin third electrode film 9 is applied. The electrode films 5 , 7 , 9 he extend perpendicular to the plane of the drawing over the entire width of the vibrating layers 1 , 3rd
Die erste Schichtdicke d1 der ersten Schwingerschicht 1 und
die zweite Schichtdicke d2 der zweiten Schwingerschicht 3
sind unterschiedlich. Durch die Schichtdicken d1, d2 sind die
Resonanzfrequenzen f1, f2 der Schwingerschichten 1, 3 vorge
geben. Die erste Resonanzfrequenz f1 der ersten Schwinger
schicht 1 beträgt in etwa:
The first layer thickness d 1 of the first oscillation layer 1 and the second layer thickness d 2 of the second oscillation layer 3 are different. Due to the layer thicknesses d 1 , d 2 , the resonance frequencies f 1 , f 2 of the oscillating layers 1 , 3 are given. The first resonance frequency f 1 of the first vibrating layer 1 is approximately:
f1 = c/(2.d1)f 1 = c / (2.d 1 )
Die zweite Resonanzfrequenz f2 der zweiten Schwingerschicht 3
beträgt:
The second resonance frequency f 2 of the second oscillation layer 3 is:
f2 = c/(2.d2)f 2 = c / (2.d 2 )
Dabei bezeichnet c die Schallgeschwindigkeit.C denotes the speed of sound.
Die Elektrodenfilme 5, 7, 9 sind über eine erste Leitung 5A, eine zweite Leitung 7A bzw. eine dritte Leitung 9A kontak tiert. Dadurch sind unter anderem Spannungen V1, V2 an die Schwingerschichten 1, 3 angelegt zum Ansteuern der Schwinger schichten 1, 3 zum Senden von Ultraschallwellen. Über die Leitungen 5A, 7A, 9A sind auch Empfangssignale abführbar.The electrode films 5 , 7 , 9 are in contact via a first line 5 A, a second line 7 A and a third line 9 A. Thereby, among other voltages V 1, V 2 to the vibrator layers 1, 3, applied for driving the vibrator layers 1, 3 for transmitting ultrasonic waves. Received signals can also be dissipated via the lines 5 A, 7 A, 9 A.
Zwischen den die erste Schwingerschicht 1 einschließenden Elektrodenfilmen 5, 7 ist eine erste Spannung V1 und zwischen den die zweite Schwingerschicht 3 einschließenden Elektroden filmen 7, 9 eine zweite Spannung V2 derart angelegt, daß die beiden Schwingerschichten 1, 3 in gleicher Richtung elek trisch polarisiert werden. Mit anderen Worten: der zweite Elektrodenfilm 7 ist Anode für die erste Schwingerschicht 1 und Kathode für die zweite Schwingerschicht 3. Between the first vibrator layer 1 enclosing electrode films 5, 7 is a first voltage V 1 and between the second oscillator layer 3 inclusive electrode film 7, a second voltage V applied 9 2 in such a way that the two transducer layers 1, 3 in the same direction elec trically be polarized. In other words: the second electrode film 7 is an anode for the first oscillation layer 1 and cathode for the second oscillation layer 3 .
Durch Anlegen einer dritten Spannung V3 zwischen dem ersten Elektrodenfilm 5 und dem dritten Elektrodenfilm 9 ist auch eine durch die erste Schwingerschicht 1 und die zweite Schwingerschicht 3 gebildete Gesamtschwingerschicht mit einer aus der Summe der ersten Schichtdicke d1 und der zweiten Schichtdicke d2 gebildeten Schichtdicke d1 + d2 als Ultraschall wandler ansteuerbar.By applying a third voltage V 3 between the first electrode film 5 and the third electrode film 9, there is also a total oscillation layer formed by the first oscillation layer 1 and the second oscillation layer 3 with a layer thickness formed from the sum of the first layer thickness d 1 and the second layer thickness d 2 d 1 + d 2 can be controlled as an ultrasound transducer.
Die dritte Spannung V3 ist in Betrag und Polarität mit der ersten Spannung V1 und der zweiten Spannung V2 identisch.The third voltage V 3 is identical in magnitude and polarity to the first voltage V 1 and the second voltage V 2 .
Auch in der Gesamtschwingerschicht ist die von der dritten Spannung V3 erzeugte elektrische Polarisation in die gleiche Richtung gerichtet wie die in den einzelnen Schwingerschich ten 1, 3 bei Ansteuerung mit der ersten Spannung V1 bzw. der zweiten Spannung V2 erzeugten Polarisationsrichtungen.Also in the overall oscillation layer, the electrical polarization generated by the third voltage V 3 is directed in the same direction as the polarization directions generated in the individual oscillation layers 1 , 3 when activated with the first voltage V 1 or the second voltage V 2 .
Zur Ansteuerung ist eine Ansteuereinheit 8 vorhanden, z. B. ein SAPHIR-Gerät oder eine mehrkanalige, gruppenstrahlerfä hige Ansteuereinheit.A control unit 8 is provided for control, e.g. B. a SAPHIR device or a multi-channel control unit capable of group emitters.
Mit der in Fig. 1 dargestellten, aus zwei Schwingerschich
ten 1, 3 aufgebauten Ultraschallwandleranordnung lassen sich
insgesamt drei Gruppen mit unterschiedlichen Frequenzen bil
den:
With the ultrasound transducer arrangement shown in FIG. 1 and made up of two oscillating layers 1 , 3 , a total of three groups with different frequencies can be formed:
- 1. eine erste Gruppe G1, die durch alleinige Ansteuerung der ersten Schwingerschicht 1 gebildet ist, und die bei einer ersten Frequenz F1 im Frequenzband um die erste Resonanz frequenz f1 ≈ 2 MHz der ersten Schwingerschicht 1 betreib bar ist,1. a first group G1, which is formed solely by driving the first oscillation layer 1 , and which can be operated at a first frequency F 1 in the frequency band around the first resonance frequency f 1 ≈ 2 MHz of the first oscillation layer 1 ,
- 2. eine zweite Gruppe G2, die durch alleinige Ansteuerung der zweiten Schwingerschicht 3 gebildet ist, und bei einer zweiten Frequenz F2 in der Umgebung der zweiten Resonanz frequenz f2 ≈ 3 MHz der zweiten Schwingerschicht 3 be treibbar ist, und 2. a second group G2, which is formed by driving only the second oscillation layer 3 , and at a second frequency F 2 in the vicinity of the second resonance frequency f 2 ≈ 3 MHz of the second oscillation layer 3 , and
-
3. eine dritte Gruppe G3, die durch kombinierte Ansteuerung
der ersten Schwingerschicht 1 und der zweiten Schwinger
schicht 3 gebildet ist, und die bei einer dritten Fre
quenz F3 in der Umgebung einer "Summenresonanzfrequenz"
der Gesamtschwingerschicht betreibbar ist. Für die dritte
Frequenz F3 gilt:
1/F3 = 1/f1 + 1/f2; F3 ≈ 1,2 MHz3. a third group G3, which is formed by combined actuation of the first vibrating layer 1 and the second vibrating layer 3 , and which can be operated at a third frequency F 3 in the vicinity of a "total resonance frequency" of the total vibrating layer. The following applies to the third frequency F 3 :
1 / F 3 = 1 / f 1 + 1 / f 2 ; F 3 ≈ 1.2 MHz
Die drei Gruppen G1, G2, G3 sind sowohl als Sender mit einer Abstrahlrichtung 11 als auch als Empfänger mit einer Emp fangsrichtung 10 betreibbar.The three groups G1, G2, G3 can be operated both as a transmitter with a radiation direction 11 and as a receiver with a reception direction 10 .
Beispielsweise wird mit der ersten Gruppe G1 gesendet und mit der zweiten Gruppe G2 ein zurückreflektierter Anteil empfan gen. Bei einem derartigen Sende-Empfangs-Betrieb der Ultra schallwandler-Anordnung nach der Erfindung mit unterschiedli chen Frequenzen F1, F2 haben Sender und Empfänger in vorteil hafter Weise den gleichen Schallein- bzw. Schallaustritts punkt.For example, the first group G1 is transmitted and the second group G2 receives a portion reflected back. In such a transmit-receive operation of the ultrasonic transducer arrangement according to the invention with different frequencies F 1 , F 2 , the transmitter and receiver have advantageously the same sound entry or exit point.
In Fig. 2 ist die Ultraschallwandleranordnung der Fig. 1 über einen Vorlaufkeil 12 an einen Prüfling oder ein Werk stück 14 akustisch angekoppelt dargestellt.In Fig. 2, the ultrasonic transducer arrangement of FIG. 1 is shown acoustically coupled via a lead wedge 12 to a test specimen or a workpiece 14 .
Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Ultra
schallwandleranordnung nach der Erfindung umfaßt insgesamt
fünf Schwingerschichten 1, 3, 25, 27, 29, die jeweils sowohl
als Sender als auch als Empfänger betreibbar sind. Die
Schwingerschichten 1, 3, 25, 27, 29 sind stapelartig, in der
Abstrahlrichtung 11 gesehen hintereinander angeordnet. Sie
weisen endseitig bzw. zwischen jeweils zwei Schwingerschich
ten dünne, großflächige Elektrodenfilme 5, 7, 9, 31, 33, 35
auf, die über Leitungen 5A, 7A, 9A, 31A, 33A, 35A elektrisch
kontaktiert sind. Die Schwingerschichten 1, 3, 25, 27, 29
weisen unterschiedliche Resonanzfrequenzen f1, f2, f3, f4, f5
auf. Durch Anlegen einer nicht dargestellten elektrischen
Spannung zwischen jeweils zwei der Elektrodenfilme 5, 7, 9,
31, 33, 35 ist bzw. sind die zwischen diesen elektrisch be
aufschlagten Elektrodenfilmen angeordneten Schwingerschichten
als Gruppe ansteuerbar. Beispielhaft sind in Fig. 3 aus ei
ner Vielzahl möglicher Gruppen insgesamt vier Gruppen G1, G2,
G3, G4 dargestellt. Diese sind im einzelnen:
The embodiment shown in Fig. 3 of an ultrasonic transducer arrangement according to the invention comprises a total of five vibrating layers 1 , 3 , 25 , 27 , 29 , each of which can be operated both as a transmitter and as a receiver. The vibrating layers 1 , 3 , 25 , 27 , 29 are stacked, as seen in the radiation direction 11 , one behind the other. They have at the end or between two respective Schwingerschich th thin, large-area electrode films 5 , 7 , 9 , 31 , 33 , 35 , which are electrically contacted via lines 5 A, 7 A, 9 A, 31 A, 33 A, 35 A. . The oscillating layers 1 , 3 , 25 , 27 , 29 have different resonance frequencies f 1 , f 2 , f 3 , f 4 , f 5 . By applying an electrical voltage (not shown) between each two of the electrode films 5 , 7 , 9 , 31 , 33 , 35 , the vibrating layers arranged between these electrically applied electrode films can be controlled as a group. For example, a total of four groups G1, G2, G3, G4 are shown in FIG. 3 from a large number of possible groups. These are in detail:
-
1. eine erste Gruppe G1, die durch gemeinsame Ansteuerung der
ersten Schwingerschicht 1 und der zweiten Schwinger
schicht 3 gebildet ist, und die bei einer ersten Fre
quenz F1 betrieben ist, für die gilt:
1/F1 = 1/f1 + 1/f2 1. a first group G1, which is formed by joint control of the first vibrating layer 1 and the second vibrating layer 3 , and which is operated at a first frequency F 1 , for which:
1 / F 1 = 1 / f 1 + 1 / f 2 -
2. eine zweite Gruppe G2, die durch Ansteuerung der ersten
Schwingerschicht 1 gebildet ist, und die bei einer zweiten
Frequenz F2 betreibbar ist, für die gilt:
F2 ≈ f1 2. a second group G2, which is formed by driving the first oscillation layer 1 and which can be operated at a second frequency F 2 , for which the following applies:
F 2 ≈ f 1 -
3. eine dritte Gruppe G3, gebildet durch gemeinsame Ansteue
rung der ersten Schwingerschicht 1, der zweiten Schwinger
schicht 3 und der dritten Schwingerschicht 25, und be
treibbar bei einer Frequenz F3:
1/F3 = 1/f1 + 1/f2 + 1/f3 3. a third group G3, formed by common control of the first vibrating layer 1 , the second vibrating layer 3 and the third vibrating layer 25 , and can be operated at a frequency F 3 :
1 / F 3 = 1 / f 1 + 1 / f 2 + 1 / f 3 -
4. eine vierte Gruppe G4, gebildet durch gemeinsame Ansteue
rung der dritten Schwingerschicht 25, der vierten Schwin
gerschicht 27 und der fünften Schwingerschicht 29, und be
trieben bei einer Frequenz F4:
1/F4 = 1/f3 + 1/f4 + 1/f5. 4. a fourth group G4, formed by common control of the third vibrating layer 25 , the fourth vibrating layer 27 and the fifth vibrating layer 29 , and operated at a frequency F 4 :
1 / F 4 = 1 / f 3 + 1 / f 4 + 1 / f 5.
Zusätzlich könnten die zweite Schwingerschicht 3 (zweite Re sonanzfrequenz f2) und die dritte Schwingerschicht 25 (dritte Resonanzfrequenz f3) als fünfte bzw. sechste (nicht näher be zeichnete) Gruppe betrieben werden. In addition, the second oscillation layer 3 (second resonance frequency f 2 ) and the third oscillation layer 25 (third resonance frequency f 3 ) could be operated as a fifth or sixth group (not shown).
In Fig. 4 sind die zwischen zwei Schwingerschichten 1, 3, 25, 27, 29 angeordneten Elektrodenfilme 7, 9, 31, 33 am Bei spiel des Elektrodenfilms 7 zwischen der ersten Schwinger schicht 1 und der zweiten Schwingerschicht 3 im Detail ver größert dargestellt. Der zweite Elektrodenfilm 7 ist gebildet aus einer ersten elektrisch leitfähigen Beschichtung 41, die auf die erste Schwingerschicht 1 aufgebracht wurde, sowie aus einer zweiten elektrisch leitfähigen Beschichtung 43, die auf die zweite Schwingerschicht 3 aufgebracht wurde. Der zweite Elektrodenfilm 7 ist ferner gebildet aus einer die Beschich tungen 41, 43 verbindenden elektrisch leitfähigen Klebe schicht 45. Die Dicke der Klebeschicht 45 beträgt bevorzugt weniger als λ/10, so daß durch sie keine störenden Reflexio nen entstehen. Dabei ist λ bezogen auf die kleinste auftre tende Ultraschallwellenlänge.In Fig. 4, the electrode films 7 , 9 , 31 , 33 arranged between two oscillator layers 1 , 3 , 25 , 27 , 29 are shown in greater detail in the example of the electrode film 7 between the first oscillator layer 1 and the second oscillator layer 3 . The second electrode film 7 is formed from a first electrically conductive coating 41 , which was applied to the first vibrating layer 1 , and from a second electrically conductive coating 43 , which was applied to the second vibrating layer 3 . The second electrode film 7 is further formed from an electrically conductive adhesive layer 45 connecting the coatings 41 , 43 . The thickness of the adhesive layer 45 is preferably less than λ / 10, so that no annoying reflections arise. Here λ is based on the smallest ultrasound wavelength that occurs.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel einer Ultraschallwandleranordnung nach der Erfindung sind insgesamt vier Schwingerschichten 1, 3, 25, 27 stapelartig, in Abstrahlrichtung 11 gesehen hintereinander angeordnet. Die erste Schwingerschicht 1 und die dritte Schwingerschicht 25 ragen seitlich, d. h. in einer zur Abstrahlrichtung 11 senk rechten Richtung 54, über die zweite Schwingerschicht 3 und die vierte Schwingerschicht 27 hinaus, wodurch an der ersten Schwingerschicht 1 ein erster Vorsprung 51 und an der dritten Schwingerschicht 25 ein zweiter Vorsprung 53 gebildet ist. Der zweite Elektrodenfilm 7 und der vierte Elektrodenfilm 31 erstrecken sich bis auf den Vorsprung 51 bzw. 53. Sie sind dort über Lötstellen 7B bzw. 31B mit Leitungen 7A bzw. 31A elektrisch verbunden.In the third exemplary embodiment of an ultrasonic transducer arrangement according to the invention shown in FIG. 5, a total of four oscillator layers 1 , 3 , 25 , 27 are arranged in a stack, as seen in the radiation direction 11 . The first vibrating layer 1 and the third vibrating layer 25 protrude laterally, ie in a direction 54 perpendicular to the radiation direction 11 , beyond the second vibrating layer 3 and the fourth vibrating layer 27 , as a result of which a first projection 51 on the first vibrating layer 1 and on the third vibrating layer 25 a second projection 53 is formed. The second electrode film 7 and the fourth electrode film 31 extend to the protrusions 51 and 53, respectively. They are electrically connected to lines 7 A and 31 A via solder joints 7 B and 31 B, respectively.
An der dem zweiten Elektrodenfilm 7 bzw. dem vierten Elektro denfilm 31 abgewandten Seite weisen die erste Schwinger schicht 1 und die dritte Schwingerschicht 25 eine erste Nut 61 bzw. eine zweite Nut 63 auf. Die Nuten 61, 63 erstrec ken sich entlang der Kante 71 der zweiten Schwingerschicht 3. On the side facing away from the second electrode film 7 and the fourth electrode film 31 , the first vibrating layer 1 and the third vibrating layer 25 have a first groove 61 and a second groove 63, respectively. The grooves 61 , 63 first recur along the edge 71 of the second vibrating layer 3 .
Durch die Nuten 61, 63 wird erreicht, daß auch die vorstehen den Schwingerschichten 1, 25 mit ihren Vorsprüngen 51 bzw. 53 nur innerhalb einer aktiven Zone 100 senden bzw. empfangen, die sich weitgehend mit der Ausdehnung der nicht vorstehenden Schwingerschichten 3, 27 deckt.The grooves 61 , 63 ensure that the protruding vibrating layers 1 , 25 with their projections 51 and 53 only send or receive within an active zone 100 , which largely coincides with the expansion of the non-protruding vibrating layers 3 , 27 .
Die Tiefe der Nuten beträgt 50-70% der Dicke der jeweiligen Schwingerschicht.The depth of the grooves is 50-70% of the thickness of the respective one Vibrating layer.
Bei dem in Fig. 6 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel sind insgesamt fünf Schwingerschichten 1, 3, 25, 27, 29 sta pelartig in Abstrahlrichtung gesehen hintereinander angeord net. Die Schwingerschichten 1, 3, 25, 27, 29 ragen abwech selnd in einander entgegengesetzten Richtungen 54, 58 seit lich über die jeweils benachbarte Ultraschallschwingerschicht hinaus. In Fig. 6 sind dadurch auf der linken Seite ein er ster Vorsprung 51 und ein zweiter Vorsprung 53 und auf der rechten Seite ein dritter Vorsprung 55 und ein vierter Vor sprung 57 gebildet. Die Elektrodenfilme 7, 9, 31, 33 erstrec ken sich bis auf den jeweiligen Vorsprung 51, 53, 55 bzw. 57 und sind dort über Lötstellen 7B, 9B, 31B, 33B mit elektri schen Leitungen 7A, 9A, 31A bzw. 33A verbunden.In the fourth exemplary embodiment shown in FIG. 6, a total of five oscillating layers 1 , 3 , 25 , 27 , 29 are stacked in a row in the radiation direction as viewed in a row. The vibrating layers 1 , 3 , 25 , 27 , 29 alternately protrude in opposite directions 54 , 58 since Lich beyond the respectively adjacent ultrasonic vibrating layer. In Fig. 6 thereby a he protrusion 51 and a second protrusion 53 and on the right side a third protrusion 55 and a fourth jump 57 are formed on the left side. The electrode films 7 , 9 , 31 , 33 erstrec ken up to the respective projection 51 , 53 , 55 and 57 and are there via solder joints 7 B, 9 B, 31 B, 33 B with electrical lines 7 A, 9 A , 31 A or 33 A connected.
Auf einer Seite, die derjenigen Seite gegenüberliegt, auf der sich der anliegende Elektrodenfilm bis auf den jeweiligen Vorsprung erstreckt, weist die jeweilige Schwingerschicht eine Nut 61, 63, 65 bzw. 67 auf, die sich entlang von Kan ten 71 der Schwingerschichten 3, 25 erstrecken. Die Nuten 61, 63, 65 bzw. 67 schließen mit den Kanten 71 weitgehend bündig ab bzw. überdecken in Abstrahlrichtung 11 betrachtet die Kan ten 71. Dadurch wird erreicht, daß die aktive Zone 100 in al len Schwingerschichten 1, 3, 25, 27, 29 weitestgehend iden tisch ist.On a side which is opposite to the side on which the adjacent electrode film extends to the respective projection, the respective vibrating layer has a groove 61 , 63 , 65 and 67 which extends along edges 71 of the vibrating layers 3 , 25 extend. The grooves 61 , 63 , 65 and 67 are largely flush with the edges 71 or cover in the radiation direction 11 considered the edges 71 . It is thereby achieved that the active zone 100 in al len vibrating layers 1 , 3 , 25 , 27 , 29 is largely identical.
Bei dem in Fig. 7 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel sind im Gegensatz zu dem in Fig. 5 dargestellten Ausfüh rungsbeispiel keine Vorsprünge vorhanden. Statt dessen sind die drei zuunterst angeordneten Schwingerschichten 1, 3, 25 jeweils an einer Ecke mit einer Ausnehmung 69 versehen, in der an Lötstellen die Leitungen 7A, 9A bzw. 31A an den Elek trodenfilmen 7, 9 bzw. 31 angebracht sind. Die Lötstellen sind vollständig in den Ausnehmungen 69 angeordnet, so daß die Schwingerschichten 1, 3, 25, 27 an der genannten Ecke bündig und ohne Vorsprung abschließen. Eine derartige stapel förmige Anordnung von Schwingerschichten ist besonders robust und widerstandsfähig.In the fifth embodiment shown in FIG. 7, in contrast to the embodiment shown in FIG. 5, no projections are present. Instead, the three lowest arranged vibrating layers 1 , 3 , 25 are each provided at one corner with a recess 69 , in which the lines 7 A, 9 A and 31 A are attached to the electrode films 7 , 9 and 31 at the solder joints . The solder joints are completely arranged in the recesses 69 , so that the vibrating layers 1 , 3 , 25 , 27 are flush at the aforementioned corner and without a projection. Such a stacked arrangement of vibrating layers is particularly robust and resistant.
In Fig. 8 ist die Frequenzcharakteristik der in Fig. 3 dar gestellten Ultraschallwandleranordnung auszugsweise darge stellt. Aufgetragen ist in halb-logarithmischer Darstellung die normierte (Sende- und/oder Empfindlichkeits-)Ampli tude A einzelner Gruppen und Schwingerschichten gegenüber der (Sende- bzw. Empfangs-)Frequenz f. Bei einer tolerierten Ab weichung von 3 dB vom jeweiligen Maximalwert der Sende- bzw. Empfindlichkeitskurve einer einzelnen Gruppe bzw. Schwinger schicht ergibt sich für die gesamte Ultraschallwandleranord nung ein Frequenzband, das von der dritten Resonanzfrequenz f3 bis herunter zur dritten Frequenz F3 und darüber hinaus reicht, und in dem durch selektive Ansteuerung von Gruppen oder einzelnen Schwingerschichten mit unterschiedlichen Fre quenzen lückenlos sowohl das Senden als auch das Empfangen von Ultraschallwellen möglich ist.In Fig. 8, the frequency characteristic of the ultrasonic transducer arrangement shown in Fig. 3 is shown in part Darge. The normalized (transmit and / or sensitivity) amplitude A of individual groups and oscillator layers is plotted against the (transmit or receive) frequency f in a semi-logarithmic representation. With a tolerated deviation of 3 dB from the respective maximum value of the transmission or sensitivity curve of a single group or vibrating layer, a frequency band results for the entire ultrasound transducer arrangement that extends from the third resonance frequency f 3 down to the third frequency F 3 and above is also sufficient, and in which both the transmission and the reception of ultrasonic waves is possible without gaps by selective control of groups or individual oscillator layers with different frequencies.
Bei dem in Fig. 9 dargestellten sechsten Ausführungsbeispiel sind eine erste Schwingerschicht 1A und eine zweite Schwin gerschicht 3A als Array ausgebildet. Es handelt sich dabei um lineare Ultraschallwandler-Arrays mit je sechs zeilenartig ausgebildeten Wandlerelementen oder Array-Zeilen, wobei die Array-Zeilen gekreuzt zueinander angeordnet sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind jeweils nur sechs Array-Zeilen dargestellt. In der Praxis sind z. B. je 16 Array-Zeilen vor handen. In the illustrated in Fig. 9 sixth embodiment, a first vibrator layer A 1 and a second carrier layer oscillations 3 A as an array formed. These are linear ultrasound transducer arrays, each with six line-shaped transducer elements or array lines, the array lines being arranged crossed to one another. For reasons of clarity, only six array rows are shown in each case. In practice, e.g. B. 16 array lines before each.
Die erste Array-Schwingerschicht 1A wird als erste Gruppe G1 bei einer ersten Frequenz F1 von z. B. ca. 2 MHz und die zweite Array-Schwingerschicht 3A als zweite Gruppe G2 bei ei ner davon verschiedenen zweiten Frequenz F2 von z. B. ca. 1,5 MHz betrieben. Hierzu sind die Dicken der Array-Schwinger schichten 1A, 3A voneinander verschieden. Anstelle von oder zusätzlich zur zweiten Gruppe G2 kann auch die erste Array- Schwingerschicht 1A zusammen mit der zweiten Array-Schwinger schicht 3A als dritte Gruppe G3 betrieben sein. Die nachfol gend gemachten Ausführungen bezüglich der zweiten Gruppe G2 gelten also auch für die dritte Gruppe G3.The first array oscillator layer 1 A is the first group G1 at a first frequency F 1 of z. B. approximately 2 MHz and the second array oscillator layer 3 A as a second group G2 at egg ner different second frequency F 2 of z. B. operated about 1.5 MHz. To this end, the thicknesses of the array transducer are layers 1 A, 3 A different from each other. Instead of or in addition to the second group G2, the first array oscillator layer 1 A can also be operated together with the second array oscillator layer 3 A as a third group G3. The statements made below regarding the second group G2 also apply to the third group G3.
Die erste Array-Schwingerschicht 1A und die zweite Array- Schwingerschicht 3A sind über einen Vorlaufkeil am Prüf ling 14 akustisch angekoppelt. Der Vorlaufkeil ist gebildet durch einen ersten Teilkeil 12-1 und einen zweiten Teil keil 12-2. Die beiden Teilkeile 12-1 und 12-2 überdeckend an geordnet ist die erste Array-Schwingerschicht 1A, die an ih rer Unterseite einen ersten Elektrodenfilm 5 aufweist.The first array oscillator layer 1 A and the second array oscillator layer 3 A are acoustically coupled to the test object 14 via a lead wedge. The lead wedge is formed by a first part wedge 12-1 and a second part wedge 12-2 . The two partial wedges 12-1 and 12-2 are arranged to cover the first array vibrating layer 1 A, which has a first electrode film 5 on its underside.
Die Ausbildung des Vorlaufkeils als zwei Teilkeile 12-1, 12-2 dient der Durchführung eines Sende-Empfangs-Modus, wobei Wandlerelemente einer Array-Schwingerschicht als Sender mit dem ersten Teilkeil 12-1 und andere Wandlerelemente derselben Array-Schwingerschicht als Empfänger unter Verwendung des zweiten Teilkeils 12-2 angesteuert werden (siehe Fig. 10 und 11).The formation of the leading wedge as two partial wedges 12-1 , 12-2 serves to carry out a transmit-receive mode, wherein transducer elements of an array oscillating layer as a transmitter with the first partial wedge 12-1 and other transducer elements of the same array oscillating layer as a receiver are used of the second partial wedge 12-2 are controlled (see FIGS . 10 and 11).
Die beiden Teilkeile 12-1, 12-2 sind über eine akustische Trennschicht 110 akustisch entkoppelt.The two wedges 12-1 , 12-2 are acoustically decoupled via an acoustic separating layer 110 .
An ihrer Oberseite weist die erste Array-Schwingerschicht 1A sechs in Richtung der Trennschicht 110 orientierte Längselek troden 7-1, 7-2, . . . 7-6 auf. Durch diese Längselektroden 7-1. 7-2, . . . 7-6 sind die zwischen ihnen und dem ersten Elektroden film 5 angeordneten Bereiche des piezoelektrischen Materials als zeilenartige Wandlerelemente (Array-Zeilen) aktivierbar. On its upper side, the first array vibrating layer 1 A has six longitudinal electrodes 7-1 , 7-2 , oriented in the direction of the separating layer 110 . , , 7-6 on. Through these longitudinal electrodes 7-1 . 7-2,. , , 7-6 , the regions of the piezoelectric material arranged between them and the first electrode film 5 can be activated as line-like transducer elements (array lines).
Zugehörige elektrische Anschlußleitungen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeichnet.Associated electrical connecting cables are for the sake of Clarity not drawn.
Über den Längselektroden 7-1, 7-2, . . . 7-6 ist die zweite Ar ray-Schwingerschicht 3A akustisch angekoppelt, die ihrerseits an der Oberseite Querelektroden 9-1, 9-2, . . . 9-6 aufweist, die senkrecht zu den Längselektroden 7-1, 7-2, . . . 7-6 angeordnet sind. Durch die Querelektroden 9-1, 9-2, . . . 9-6 sind ebenfalls zeilenartige Wandlerelemente (Array-Zeilen) aktivierbar.Over the longitudinal electrodes 7-1 , 7-2 ,. , , 7-6 , the second Ar ray oscillator layer 3 A is acoustically coupled, which in turn has transverse electrodes 9-1 , 9-2 , on the upper side. , , 9-6 , which is perpendicular to the longitudinal electrodes 7-1 , 7-2 ,. , , 7-6 are arranged. Through the transverse electrodes 9-1 , 9-2 ,. , , 9-6 line-like converter elements (array lines) can also be activated.
Zwischen benachbarten Längselektroden 7-1, 7-2, . . . 7-6 und be nachbarten Querelektroden 9-1, 9-2, . . . 9-6 sind jeweils Nuten eingesägt oder eingefräst, durch die die jeweils aktivierba ren zeilenartigen Wandlerelemente akustisch teilweise von ei nem benachbarten Wandlerelement getrennt sind.Between adjacent longitudinal electrodes 7-1 , 7-2 ,. , , 7-6 and be adjacent cross electrodes 9-1 , 9-2 ,. , , 9-6 are each sawn or milled through which the respective activatable line-like transducer elements are acoustically partially separated from an adjacent transducer element.
Die Abstrahlrichtung der ersten Array-Schwingerschicht 1A ist in einer ersten Ebene E1 und die Abstrahlrichtung der zweiten Array-Schwingerschicht 3A in einer senkrecht darauf stehenden zweiten Ebene E2 schwenkbar. Dies bedeutet bei der in Fig. 9 dargestellten Ultraschallwandleranordnung, daß mit der ersten Array-Schwingerschicht 1A ein sogenannter "Horizontalschwenk" durchführbar ist, bei dem der Schielwinkel γ, γ1, γ2 (siehe Fig. 10 bis 12) der abgestrahlten Ultraschallwelle veränder bar ist. Mit der zweiten Array-Schwingerschicht 3A ist ein sogenannter "Vertikalschwenk" durchführbar, wobei der Ein schallwinkel α (siehe Fig. 2) der abgestrahlten Ultraschall welle gemessen bezüglich des Einfallslots veränderlich ist.The radiation direction of the first array oscillator layer 1 A can be pivoted in a first plane E 1 and the radiation direction of the second array oscillation layer 3 A in a second plane E 2 perpendicular to it. In the case of the ultrasonic transducer arrangement shown in FIG. 9, this means that a so-called "horizontal swivel" can be carried out with the first array oscillator layer 1 A, in which the squint angle γ, γ 1 , γ 2 (see FIGS. 10 to 12) of the emitted ultrasonic wave is changeable. A so-called "vertical swivel" can be carried out with the second array oscillator layer 3 A, the sound angle α (see FIG. 2) of the emitted ultrasound wave being variable with respect to the incident perpendicular.
Fig. 10 zeigt die erste Gruppe G1 der Ultraschallwandleran ordnung der Fig. 9 im Sende-Empfangs-Betrieb bei einem sen deseitigen Schielwinkel γ1 von +10° und einem empfangsseiti gen Schielwinkel γ2 von -10°. Dabei ist die Ultraschallwand leranordnung der Fig. 8 in einer Draufsicht dargestellt, und die die zweite Gruppe G2 bildende zweite Array-Schwinger schicht 3A aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht darge stellt. Fig. 10 shows the first group G1 of the ultrasonic transducer arrangement of FIG. 9 in the transmit-receive operation at a sen-side squint angle γ 1 of + 10 ° and a reception-side squint angle γ 2 of -10 °. The ultrasonic wall leranordnung of FIG. 8 in a plan view, and the second group G2 forming second array transducer layer 3 A for reasons of clarity not Darge provides.
Fig. 11 zeigt die erste Gruppe G1 der Ultraschallwandleran ordnung der Fig. 9 bei einem Sende-Empfangs-Betrieb mit ei nem sendeseitigen Schielwinkel γ1 von ca. 30°. Der empfangs seitige Schielwinkel γ2 beträgt z. B. ca. 25°. Die Schielwin kel γ1, γ2 können von -30° bis +30° variiert werden. FIG. 11 shows the first group G1 of the ultrasonic transducer arrangement of FIG. 9 in a transceiver operation with a transmission-side squint angle γ 1 of approximately 30 °. The side squint angle γ 2 is z. B. approx. 25 °. The Schielwin angle γ 1 , γ 2 can be varied from -30 ° to + 30 °.
Bei dem in den Fig. 10 und 11 dargestellten Sende-Emp fangs-Betrieb werden jeweils drei nebeneinander angeordnete Array-Zeilen der ersten Array-Schwingerschicht 1A als Sender betrieben, und zwar die von den linken Längselektroden 7-4, . . . 7-6 aktivierbaren Array-Zeilen. Die verbleibenden drei Array-Zeilen, die von den rechten Längselektroden 7-1, . . . 7-3 aktivierbar sind, werden als Empfänger betrieben. Der Ein fachheit wegen sind jeweils nur drei Array-Zeilen darge stellt.In the in Figs. 10 and 11 shown transmit Emp fangs operating three juxtaposed are respectively operated array lines of the first array transducer layer 1 A as a transmitter, namely from the left longitudinal electrodes 7-4. , , 7-6 activatable array lines. The remaining three array lines, which are from the right longitudinal electrodes 7-1 ,. , , 7-3 that can be activated are operated as receivers. For the sake of simplicity, only three array rows are shown.
Bei der in Fig. 12 dargestellten Betriebsweise werden die insgesamt sechs Array-Zeilen der ersten Array-Schwinger schicht 1A, also der Gruppe G1, im Impuls-Echo-Modus betrie ben. Der Schielwinkel γ wird von -30° bis +30° variiert.When in Fig. 12, the illustrated operating a total of six array rows of the first array transducer layer 1 A, that is, the group G1, in pulse-echo mode Betrie ben. The squint angle γ is varied from -30 ° to + 30 °.
In den Fig. 10 bis 12 beträgt der Einschallwinkel α (siehe Fig. 2) ca. 70° und es wird eine Longitudinalwelle einge schallt. Der Einschaliwinkel α ist abhängig vom Keilwinkel β (siehe Fig. 2).In Figs. 10 to 12 of the angle of incidence is α (see Fig. 2) approximately 70 ° and there will be a longitudinal wave insonified. The sound angle α depends on the wedge angle β (see FIG. 2).
Fig. 13 zeigt die Gruppe G2 der Ultraschallwandleranordnung der Fig. 9, die durch die zweite Array-Schwingerschicht 3A gebildet ist. Die zweite Gruppe G2 führt einen "Vertikal schwenk" im Impuls-Echo-Modus durch. Der Einschaliwinkel α (siehe Fig. 2) wird von 0° bis 70° variiert. Es wird eine Longitudinal- oder Transversalwelle eingeschallt und empfan gen. Die Ultraschallwandleranordnung kann auch mit Wellenum wandlung (LLT-Technik) betrieben werden. FIG. 13 shows the group G2 of the ultrasound transducer arrangement of FIG. 9, which is formed by the second array oscillator layer 3 A. The second group G2 performs a "vertical swivel" in pulse-echo mode. The sound angle α (see FIG. 2) is varied from 0 ° to 70 °. A longitudinal or transverse wave is irradiated and received. The ultrasonic transducer arrangement can also be operated with wave conversion (LLT technology).
Claims (23)
- 1. daß zwei der Gruppen (G1, G2) jeweils eine Array-Schwinger schicht (1A, 3A) umfassen, und
- 2. daß die Abstrahlrichtungen der beiden Gruppen (G1, G2) zu mindest mit einer Komponente in unterschiedlichen, nicht parallelen Ebenen (E1, E2) geschwenkt werden,
- 3. wobei die beiden Gruppen (G1, G2) als Sender bei unter schiedlichen Frequenzen (F1, F2) betrieben werden.
- 1. that two of the groups (G1, G2) each comprise an array oscillator layer ( 1 A, 3 A), and
- 2. that the radiation directions of the two groups (G1, G2) are pivoted with at least one component in different, non-parallel planes (E 1 , E 2 ),
- 3. the two groups (G1, G2) being operated as transmitters at different frequencies (F 1 , F 2 ).
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