Berührungslose elektromagnetische Ultraschallwandler mit höheren Signalleistungen und in neuartig-kompakten Bauarten, Betriebsarten und Beschaltungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Rüter
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Messsysteme ; Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404411918

• Erstellungsjahr: 2022

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ausgehend von prinzipiellen Vorarbeiten wurden die induktiven Ultraschallwandler in neuartig-kompakten Bauformen und Betriebsarten auf ein höheres Erkenntnis- und Machbarkeits-Niveau gehoben. Diese berührungslose Ultraschalltechnik ist prinzipiell interessant für die energie- und ressourcen-intensive Metallindustrie. Eine verbesserte oder unmittelbare Qualitätsprüfung führt zu mehr Effizienz und kann die Nachhaltigkeit und Wettbewerbsfähigkeit verbessern. Zwei ausgewählt schwierige, grundverschiedene und neuartige Anwendungsszenarien unterlegten die Praktikabilität. Geplante Detailuntersuchungen zu Kopplungseffekten und Schallfeldern waren in diese Szenarien eingebettet und wurden hieraus publiziert. Ein berührungsloses Szenario war die Echo-Inspektion des flüssigen Innenvolumens von dickwandigen Metalltanks, bekanntlich schon schwierig mit an der Außenwand angebrachten und berührenden Piezo-Wandlern. Zweites berührungsloses Szenario war der phasengenaue Echo-Betrieb eines besonders kompakten Doppel-Wandlers zur Ausrichtung von lateralen Schallfeldern mit Interferenz. Die Machbarkeit für neuartig-kompakte Phased Arrays liegt dadurch nahe. Angenehme Überraschung war die gezeigte „Null-Feld-Detektion“, wodurch eine neuartigberührungslose, niederenergetische und praktisch unmagnetische Ultraschallprüftechnik für normalen Stahl als wichtigstes Industriemetall ermöglicht wäre.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• “A compact and powerful EMAT design for contactless detection of inhomogeneities inside the liquid volume of metallic tanks,” tm – Technisches Messen, vol. 87, no. 5, pp. 349–359, 2019
  Rieger, Kai; Erni, Daniel & Rueter, Dirk
  
• “Examination of the liquid volume inside metal tanks using non-contact EMATs from outside,” IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, vol. 68, no. 4, 2021
  Rieger, Kai; Erni, Daniel & Rueter, Dirk
  
• “Unidirectional Emission and Detection of Lamb Waves based on a Powerful and Compact Coils-only EMAT”, NDT and E International 122 (2021) 102492
  Rieger, Kai; Erni, Daniel & Rueter, Dirk
  
• “Noncontact reception of ultrasound from soft magnetic mild steel with zero applied bias field EMATs”, NDT and E International 125 (2022) 102569
  Rieger, Kai; Erni, Daniel & Rueter, Dirk