Gerätetechnik

Signalgenerator

Es wird ein Rechteckgenerator zur Signalerzeugung verwendet. Es wird mit Bursts – einer Gruppe von Einzelimpulsen – gearbeitet. Typischerweise besteht ein solcher Burst aus fünf bis zehn Pulsen. Höherwertige Systeme besitzen einen Funktionsgenerator, mit dem das Pulsschema variabel gestaltet werden kann. So kann zum Beispiel das Tastverhältnis (Länge des Pulses im Vergleich zur Pause zwischen den Pulsen) variiert werden. Es können damit auch Chirp- oder Sweep-Signale erzeugt werden.

Sendeverstärker

Die vom Signalgenerator erzeugten Signale werden mit einem Leistungsverstärker richtig laut. Ein solcher Verstärker erzeugt nicht nur Ausgangsspannungen von 400 V und mehr, sondern er muss auch die nötige Leistung aufbringen. Richtig gute Verstärker erzeugen kurzzeitige Pulsleistungen von 2 kW und mehr! Ganz wichtig ist auch, dass der Verstärker über die nötigen Kapazitätsreserven verfügt, damit auch beim letzten Puls eines Bursts, noch die volle Spannung und Pulsleistung erreicht werden. Bei dieser Baugruppe unterscheidet sich ein Luftultraschallsystem von allen anderen konventionellen Ultraschallgeräten.

Empfangsverstärker

Der Empfangsverstärker ist meist aus einem Vorverstärker und einem Hauptverstärker zusammengesetzt. Der Vorverstärker befindet sich möglichst in unmittelbarer Nähe des Empfangsprüfkopfes oder ist sogar in diesem eingebaut. Denn jedes Stück Kabel zwischen Prüfkopf und Vorverstärker wirkt wie eine Antenne für elektromagnetische Störsignale aus der Umgebung. Nachdem das Signal in dieser ersten Stufe verstärkt wurde, kann es über mehrere Meter Kabel zum eigentlichen Verstärker und zur Signalverarbeitung weitergeleitet werden. Beide Verstärkerstufen müssen selbst sehr rauscharm sein, damit die sehr kleinen Signale überhaupt detektiert werden können. Die Gesamtverstärkung dieser beiden Stufen muss bei einem Luftultraschallsystem mindestens 80 dB betragen. Sehr gute Systeme schaffen 100 bis 120 dB Verstärkung.

Datenrekorder

Nach der Verstärkereinheit müssen die analogen Messsignale in digitale umgewandelt und gespeichert werden. Hierfür werden A/D-Wandlerkarten verwendet. Diese müssen nicht unbedingt sehr schnell sein, da die Frequenzen in der Luftultraschallprüfung unter einem Megahertz liegen. Man sollte bei der Konfigurierung besser Wert auf eine hohe Datengröße, zum Beispiel 14 oder 16 Bit, legen. Es empfiehlt sich auch ein großer Zwischenspeicher auf der Datenkarte, um auch bei großen Messgeschwindigkeiten keinen Datenverlust zu riskieren. Auch mehrere Messkanäle können von großem Vorteil sein. Damit kann man entweder mehrere Prüfköpfe gleichzeitig betreiben, um die Messung an einem großen Bauteil zu beschleunigen. Oder man kann daran Mehrkanalprüfköpfe anschließen, die in der sogenannten Phased-Array-Technik elektronisch fokussiert empfangen können. Damit kann eine bessere Auflösung im Prüfbild erreicht werden.

Prüfköpfe

Die müssen auch ganz schön was aushalten können, weil sie in Resonanz betrieben werden.

Steuereinheit mit Software

Die verschiedenen Komponenten sowie der Scanner müssen miteinander synchronisiert werden. Signale wollen auch noch in Bilder umgewandelt werden.