Utraschall - refraktometer 

(akustische Refraktometrie) 

 

Das Gerät misst die Schallgeschwindigkeit von Longitudinal- und Scherwellen in Materialproben, wie auch Reflexionskoeffizienten und Brechungswinkel.
Es setzt sich aus folgenden Elementen zusammen:
- Drehscanner mit zwei Achsen, ausgestattet mit Absolutwinkelenkodern; 
o mit Messultraschallwandler
o Mit Probenhalter
- Ultraschallkarte OPCARD Single Channel PCI-bus Ultrasonic PR Card
- PCI-DIO48H Logic Level 48-bit Digital I/O Board
- Schnittstelle - black box
- zwei fokusierende 10MHz Ultraschallprüfköpfe 
- spezielles Programm
- Kabelsatz
- Spannungsversorgung 12V 400mA

 

 
Basierend auf Schallgeschwindigkeitmessung

1. Erste Möglichkeit:

Schallgeschwindigkeit wird aus der Signallaufzeit und Abmessungen des Materialmusters errechnet. Der Benutzer muss lediglich entscheiden, ob er mit einer Longitudinal- oder Transversalwelle zu tun hat.


2. Zweite Möglichkeit folgt aus der Messung der Brechungswinkeln:

Vom Snellius Formel:

alfa - Einfallwinkel
ß - Brechungswinkel
v1 - Schallgeschwindigkeit in Material1
v2 - Schallgeschwindigkeit in Material 2

Wenn die Brechungswinkel und die Schallgeschwindigkeit in einem Material gemessen wurde, kann man die Schallgeschwindigkeit in dem zweiten Material berechnen.
Falls man diese Messung für mehrere Winkel durchführt, besteht die Möglichkeit der Mittelung und somit der Verbesserung der Qualität.
Es ist auch möglich, die akustische Impedanz des Materials zu messen:
Es ist der Produkt von Schallgeschwindigkeit und Dichte. Folgende Formeln sind dabei gültig:

Reflexionskoeffizient:

Wo: Io - Intensität der reflektierten Welle 
Ip - Intensität der einfallenden Welle

Transmissionskoeffizient:

wo: Iz - Intensität der gebrochenen Welle (durchgehenden)


Die Messung der Amplituden von reflektierten Wellen unter verschiedenen Winkeln, sowie der durchgehenden (gebrochenen) Wellen gibt die Möglichkeit, Impedanz und Materialdichte zu messen.
Weiter ist es möglich, mechanische Materialparameter des Mateials zu berechnen. Dazu ist die Kenntnis der Dichte und der Schallgeschwindigkeiten notwendig.
Folgende Formeln sind dabei gültig:

Schallgeschwindigkeit von longitudinalen und transversalen Wellen: 

Wo ro - Dichte, und delta i u sind Lamékonstanten. 
Aus Lamékonstanten und Dichte ist es möglich, alle weiteren Mechanische Konstanten zu berechnen.