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Optisches Mikrofon als Laser-Ultraschall Detektor

* Presenting author
Day / Time: 21.03.2018, 15:00-15:20
Room: MW 1450
Typ: Vortrag (strukturierte Sitzung)
Abstract: Bislang kommen für die kontaktfreie Ultraschall-Prüfung vorwiegend zwei unterschiedliche Ansätze zum Einsatz: Einerseits werden Luft-gekoppelte piezoelektrische Wandler paarweise für die Durchschallungsprüfung verwendet. Andererseits spielt Laser-Ultraschall (LUS) eine immer größere Rolle, dabei werden Ultraschalltransienten durch optische Absorption eines Laserpulses direkt im Prüfling erzeugt. Die Signaledetektion erfolgt zumeist laser-vibrometrisch anhand der resultierenden Oberflächenvibrationen. Im Rahmen dieses Vortrags präsentieren wir ein neuartiges LUSPrüfsystem, welches die Anregung mittels Laser-Absorption mit der Detektion durch ein breitbandiges optisches Mikrofon kombiniert. Das Mikrofon basiert auf einem Faser-gekoppelten, starren Fabry-Pérot Interferometer, das Messprinzip stützt sich auf die Detektion von druckinduzierten Änderungen des optischen Brechungsindex in der Luft unter Verzicht auf mechanisch bewegliche Teile. Dies ermöglicht eine breitbandige Detektion kurzer Ultraschallpulse, wie sie durch Laser-Anregung erzeugt werden. Das System kombiniert die Vorteile Luft-gekoppelter Detektion, etwa die einfache Handhabbarkeit oder die Unempfindlichkeit gegenüber den Oberflächeneigenschaften der Probe, mit jenen des Laser-Ultraschalls, beispielsweise große Signalamplituden und hohe zeitliche Auflösung durch die breitbandige Anregung direkt im Probenmaterial. Der kleine Footprint des optischen Mikrofons erlaubt die Implementierung kompakter, rein optischer Prüfköpfe zur Untersuchung komplex geformter Bauteile. Benchmark-Messungen sowie Tests an industriell relevanten Proben, mit Fokus auf Faserverbund-Werkstoffe sowie akustische Oberflächenwellen in Metallen, demonstrieren die Anwendungstauglichkeit des Systems im Vergleich mit herkömmlichen Prüfsystemen.