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3 Das Grundprinzip der Ultraschallmethode.
3.2 Die Geschwindigkeit von Longitudinalwellen in festen Körpern
3.3 Der Einfluss von Form und Größe des Probekörpers
3.4 Ultraschallfrequenz
3.5 Die Messmethode
Die Longitudinal-Geschwindigkeit eines Ultraschallpulses in einem
langen Körper ist gegeben durch: (siehe auch Kapitel 9.3.2):
2
E
= v
mod
mit E : E-Modul (auch Young's Modul),
schwindigkeit
Die oben aufgeführte Gleichung kann für jeden Körper angewen-
det werden, dessen Durchschallungslänge nicht kürze als die hal-
be Wellenlänge des Schalls im Festkörper ist. Allerdings treten
zusätzlich zu den Longitudinalwellen (Längswellen) noch Trans-
versalwellen, auch Scherwellen genannt, senkrecht zur Ausbrei-
tungsrichtung des Schalls, auf.
Die Wellenlänge beträgt bei 54 kHz Schallfrequenz im Wasser
ungefähr 26 mm, in Beton ungefähr 70 mm Die Schallgeschwin-
digkeit im Körper hängt nicht von der Frequenz des Schallpulses
ab (hier 54 kHz). Allerdings nimmt die Dämpfung oder Abschwä-
chung des Signals im Körper, mit höherer Schallgeschwindigkeit
zu. Die Grunddämpfung des Signals in mineralischen Baustoffen
ist deutlich höher als z.B. in Metallen.
Deshalb versucht man hier mit möglichst niedrigen Schallfrequen-
zen, im Bereich von 20 kHz bis 250 kHz zu arbeiten.
Das Gerät misst mit hoher Genauigkeit und zeitlicher Auflösung
die Zeit die der Schall benötigt um vom Sender zum Empfänger
zu gelangen. Dazu wird ein sehr kurze Puls hoher Spannung er-
zeugt, dieser regt das Piezoelement im Sender an. Im Piezoele-
ment des Empfängers wird eine Spannung von wenigen mV er-
zeugt. Diese wird verstärkt. Die Zeit vom Aussenden des Pulses
bis zum Empfang wird gemessen. Zusätzlich wird die Temperatur
mit einem Thermoelement erfasst.
Ist der Abstand zwischen Sender und Empfänger bekannt, kann
aus der Schalllaufzeit die Schallgeschwindigkeit berechnet wer-
den: Es gilt:
s
v =
t
mit v Schallgeschwindigkeit, s : Schallweg, t : Schalllaufzeit
10
: Dichte, v Schallge-
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