Ein Ultraschall-Prüfkopf besteht im Wesentlichen aus einem piezoelektrischen Schwinger, der infolge der elektrischen Anregung mechanische Spannungswellen erzeugt. Die elektrische Anpassung wird mit einer Spule (Induktivität) vorgenommen, um das geeignete Frequenzband zu optimieren und die Leistung zu erhöhen. Hierbei kann bspw. die Kapazität des Schwingers sowie die Kabelkapazitäten durch diese Induktivität weitgehend kompensiert werden, so dass der Wandler nur noch Wirkleistung umsetzt. Damit liegt ein Schwingkreis vor, dessen Frequenz auf die Resonanzfrequenz des Schwingers und auf bestimmte prüftechnische Anforderungen abgestimmt ist (Bild 1).


Bild 1: Aufbau eines Ultraschall-Normalprüfkopfs  


Zur Erzeugung des Ultraschalls besitzt der Wandler einen Schwinger aus Piezokeramik, der über eine Kondensatorbeschaltung einen Impuls oder eine Wechselspannung erhält. Der Schwinger wandelt die Spannungen in entsprechende mecha-nische Schwingungen um, wobei er nach einem Spannungsimpuls in dem ihm eigenen Frequenzband schwingt. Dieses ist abhängig vom Werkstoff des Schwingers und von dessen Geometrie. Um das Frequenzband zu vergrößern und die Ausschwingzeit zu begrenzen, damit schon nach kurzer Zeit Echosignale ohne Überlagerung durch das Ausschwingverhalten gemessen werden können, ist auf dem Schwinger ein Dämpfungskörper aufgeklebt. Zur Veranschaulichung der Auswirkungen des Dämpfungskörpers sind im Bild 2 die HF-Bilder eines schwach bedämpften sowie eines stark bedämpften Schwingers gegenübergestellt. Um diese Technik weiter zu optimieren, sind zwei Anpassungen notwendig. Die akustische Anpassung besteht aus einer λ /4-Schicht, damit die Reflexionen an der Ober- und der Unterseite dieser Schicht minimiert werden. Sie ist auf die Nennfrequenz des Schwingers abgestimmt, dient der „Entspiegelung“ und ist das akustische Analogon der Entspiegelungsschicht auf der Außenseite von Brillen. Diese λ/4-Schicht ist auch als Schutzschicht ausgelegt, da der Schwinger und die Elektroden mechanisch sehr empfindlich sind. 

 
Bild 2: Ausschwingverhalten von unterschiedlich bedämpften Prüfköpfen

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