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Dokumentenidentifikation DE69405799T2 30.04.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0619488
Titel Ultraschallverfahren und -vorrichtung zum Nachweis und zur Identifizierung von Verunreinigungsstoffen zum Beispiel der Eisbildung auf der Oberfläche einer Struktur
Anmelder Intertechnique, Plaisir, Seine-et-Oise, FR
Erfinder Larue, Francois, F-78640 Neauphle le Chateau, FR;
Bisson, Jerome, F-92350 Le Plessis Robinson, FR
Vertreter Herrmann-Trentepohl und Kollegen, 81476 München
DE-Aktenzeichen 69405799
Vertragsstaaten CH, DE, DK, GB, LI, NL, SE
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 05.04.1994
EP-Aktenzeichen 944007376
EP-Offenlegungsdatum 12.10.1994
EP date of grant 24.09.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.04.1998
IPC-Hauptklasse G01N 29/00
IPC-Nebenklasse G01N 29/16   G01N 29/20   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Nachweis der Anwesenheit und zur Identifizierung eines Verunreinigungsstoffes, der zu einer Familie von bekannten Verunreinigungsstoffen gehört, auf der Oberfläche einer Struktur und benutzt den akustischen Impedanzunterschied zwischen der Luft und den Verunreinigungsstoffen, z. B. dem Eisansatz.

Sie findet insbesondere eine wichtige Anwendung in der Luftfahrt, wo es während der kalten Zeitabschnitte wichtig ist, zu wissen, ob vor Abheben eines Flugzeuges die Oberflächen der tragenden Strukturen sauber sind und zu bestimmen, woraus im Falle der Verschmutzung der Verunreinigungsstoffes besteht (Eisansatz, Gemisch aus festen und flüssigen Phasen, Flüssigkeit etc.).

Man kennt bereits Vorrichtungen zum ultraschallnachweis des Eisansatzes und eventuell des Messens der Stärke der Eisansatzsschicht. Diese erlauben nicht das Identifizieren eines Verunreinigungsstoffes einer anderen Art, der eventuell vorhanden ist. Folglich ist es wichtig zu unterscheiden, insbesondere vor dem Abheben eines Flugzeuges zwischen dem Vorhandensein eines Eisansatzes auf den Flügeln, welche den Auftrieb stark und dauerhaft reduziert, Schneeschmelzmittel, einer Enteisungs- oder Anti-Vereisungsflüssigkeit oder einem Gemisch aus Wasser und Enteisungs- oder Anti-Vereisungsflüssigkeit, welche dazu führen können, die Beschleunigung zu verringern.

Es ist ebenso ein Verfahren (US-A-2 966 058) zum Messen der dynamischen Eigenschaften eines nachfolgenden Materials bekannt, bei welchem man die Amplitude und die Phase der akustischen Wellen der Scheren-Beanspruchung vergleicht, welche einen Block mit der Amplitude und der Phase der reflektierenden Wellen über eine Oberfläche des Blockes durchlaufen haben, die eine Materialprobe trägt.

Die Erfindung ist darauf gerichtet&sub7; nicht nur einen Nachweis der Anwesenheit von Verunreinigungsstoffen, sondern auch eine Unterscheidung zwischen den möglichen Verunreinigungsstoffen zu ermöglichen. Sie benützt dafür den Effekt durch die Reflexion der Ultraschallwellen, des Unterbrechens der akustischen Impedanz an der Schnittstelle mit der Luft in dem Falle einer sauberen Oberfläche, mit dem Verunreinigungsstoff in dem entgegengesetzten Fall.

Man weiß, daß die akustische Impedanz W eines Material gleich dem Produkt der Dichte durch die Schallgeschwindigkeit im Material ist. Sie hat den Wert:

-1,4 x 10&sup6; kg/m².s für Wasser,

- 1,7 x 10&sup6; kgl/m².s ungefähr für den Großteil der Enteisungs- und Anti- Vereisungsflüssigkeiten,

- 4 x 106 kg/m².s ungefähr für das Eis und den Eisansatz.

Die Koeffizienten der Reflexion R und der Transmissign D an der Grenzfläche zwischen zwei Bereichen hähgen von den Impedanzen W der Bereiche, die durch die Grenzfläche getrennt werden, ab. Hat man den Einfallswinkel Null:

R = (W&sub2;-W&sub1;)/(W&sub2;+W&sub1;)

D = 2W&sub2;/(W&sub2;+W&sub1;),

wobei die Indizes 1 und 2 mit den Bereichen ober- und unterhalb im Sinne der Ausbreitung der Wellen korrespondieren.

Die Koeffizienten R und D variieren in gleicher Weise als Funktion des Einfallswinkels auf der Grenzfläche zwischen dem normalen Einfallswinkel und dem Einfallswinkel, der mit der totalen Reflexion korrespondiert.

Die Erfindung schlägt insbesondere zu diesem Zweck ein Verfahren zum Nachweis und zur Unterscheidung gemäß Anspruch 1 vor.

Der Einfallswinkel wird vorteilhafterweise so ausgewählt, daß eine Echointensität gleichgehalten wird, die selbst bei Vorhandensein von Eis auf der Oberfläche aufgebaut wird. Das Echo beginnt, ausgehend von der Einfallsnormalen, abzunehmen und nimmt dann zu, bis 100 % für die longitudinalen Wellen über die Totalreflexion hinaus erreicht werden. In der Praxis wählt man einen Einfallswinkel, der zwischen demjenigen, für welchen man im Falle von Eis einen Reflexionskoeffizienten wiedergewinnt, der gleich demjenigen ist, der unter normalem Einfall erhalten wird, und einem Winkel, der niedriger als der Winkel der Totalreflexion der longitudinalen Wellen liegt, vorhanden ist. In dem Falle eines Materials, welches eine akustische Impedanz in der Umgebung von 2.85 hat, umfaßt ein Winkel zwischen 35º und 45º, welcher im allgemeinen befriedigende Resultate ergibt.

Um den Eisansatz zu detektieren und zu unterscheiden, bildet man das wesentliche Material des Blockes vorteilhaft, um eine Impedanz darzustellen, die annähernd gleich jener des Durchschnitts der Impedanzen der Enteisungs- und Anti- Vereisungsflüssigkeiten und der des Eises ist. Man kann dann insbesondere Polysulfon oder PSU benutzen, für welche W=2,85 x 106 kg/m².s ist und einen Einfallswinkel β nahe dem Totalereflexionswinkel für das Diopter PSU/Eis.

Unter normalem Einfall hätte man durch Benutzen der PSU:

R = -0,25 mit einem Verunreinigungsstoff, der aus einer einteisenden Flüssigkeit besteht;

R = -0,34 mit Wasser;

R = +0,17 mit Eis (der positive Wert korrespondiert mit einer Inversionsphase);

R = 0,99 mit Luft, das heißt, im Fall einer sauberen Oberfläche.

Eine bequeme Lösung besteht darin, das Echo, welches mit einer Oberfläche der Struktur "sauber" erhalten wird, zu speichern und insbesondere die Zeitinterval le zu messen, welche zwischen der Aussendung des Impulses und dem Empfang des Echos verstreicht, sowie die Amplitude und das Vorzeichen des ersten Echopeaks in dem Fall einer sauberen Oberfläche, dann die korrespondierenden Größen zu vergleichen (eventuell nach der Korrektur in der Temperatur), die während der nachfolgenden Nachweisversuche erhalten wurden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ermöglicht das Verfahren ebenso das Bestimmen der Stärke von der Verureinigungsschicht durch Messen der Zeitintervalle, welche das Echo auf besagter Grenzfläche des Echos auf der Kontaktoberfläche der Verunreinigung mit der Luft trennt.

Die Erfindung schlägt ebenso eine Vorrichtung zum Nachweis und zur Identifizierung der Art des Verunreinigungsstoffes vor, welcher der Eisansatz sein könnte, der die Oberfläche einer Struktur bedeckt, gemäß dem Anspruch 4.

Die Anwesenheit eines geschwächten Echos der Grenzfläche stellt ohne Phaseninversion eine Verzögerung dar, die mit der Zeitdauer hin und zurück bis zu der Grenzfläche korrespondiert, welches dann die Anwesenheit eines Flüssigkeitfilmes auf der Oberfläche anzeigt. Ein Echo mit der Phaseninversion zeigt den Eisansatz an. Eine sehr starke Dämpfung des Echos zeigt das Vorhandensein eines Verunreinigungsstoffes an, der eine akustische Impedanz hat, die nahe derjenigen des Blockes der Verzögerung ist, das heißt, des Schneeschmelzmittels, des Gemisches aus Wasser und Eiskristallen, etc.

Die Vorrichtung kann ebenso zum Messen der Stärke des Eisansatzes vorgesehen sein. Dafür sind die Einrichtungen zum Erregen und zur Analyse für das gleichförmige Messen der Zeitintervalle zwischen dem Echo auf der Grenzfläche und dem Echo auf der externen Fläche von der Eisansatzschicht vorgesehen.

Die Vorrichtung kann Einrichtungen zum automatischen Testen umfassen, welche die Anwesenheit von einem Echo bei jeder Erregung von dem Wandler oder von jedem Emissionswandler nachprüfen.

Die Erfindung betrifft noch andere vorteilhafte Anordnungen, die in Verbindung mit den vorhergehenden verwendbar sind, jedoch können sie unabhängig sein. All diese Anwendungen werden mit Hilfe der Beschreibung offensichtlicher, welche von einer besonderen Ausführungsform ist, welches den Gehalt eines nichteinschränkenden Beispiels gibt. Die Beschreibung bezieht sich auf die Figuren, welche beigefügt sind, in welchen:

Fig. 1 ein Übersichtsschema des Prinzips einer Vorrichtung gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist;

Fig. 2 ein Chronogramm ist, welches gestrichelt den Verlauf eines Echosignales zeigt; welches mit einer sauberen Oberfläche erhalten wird und mit Vollstrich ein Echosignal zeigt, welches auf einer Oberfläche, die einen Film einer Anti-Vereisungsflüssigkeit trägt, erhalten wird;

Fig. 3, 4 und 5 ähnlich der Fig. 2 jeweils unter dem Vorhandensein eines Gemisches aus Wasser und Enteisungsflüssigkeit, unter dem Vorhandensein von Schneeschmelzmittel oder "Schneeschlamm", und unter der Anwesenheit von Eisansatz korrespondiert:

Fig. 6 eine mögliche Anzeigeform zeigt.

Die Vorrichtung, die mit dem prinipiellen Aufbau in Fig. 1 gezeigt ist, kann umfassend dargestellt werden als eine Sonde 10 und eine Einheit zur Erregung und zur Analyse 12. In der Realität wird die Erregungs- und Analyseeinheit oft mit einer Mehrzahl von Sonden 10 verbunden und wird die Nachweisfunktionen, die den verschiedenen Sonden nachfolgen, in zyklischer Weise bewirken.

Die Sonde 10 ist dafür vorgesehen, in einer Struktur von einer solchen Art montiert zu werden, daß ihre Grenzfläche mit der Umgebung das Niveau der externen Oberfläche der Struktur 14 hat. Sie umfaßt einen Block 16, der vorgesehen ist, um eine Verzögerungsleitung zu bilden, in einem Material, deren akustische Impedanz zwischen der des Eisansatzes und der Flüssigkeiten zwischenliegend ist, folglich nahe derjenigen von einem Gemisch aus Flüssig- und Festphasen liegt. Man kann insbesondere Polysulfon oder PSU benutzen, deren akustische Impedanz in der Umgebung von 2,85 x 10&sup6; kg/m².s ist. Der Block 16 stellt im allgemeinen eine ebene Schnittstelle 18 dar, z.B. von einer kreisförmigen Form mit einem Durchmesser von einem bis einigen Zentimetern. Indessen kann die Schnittstelle eine bauchige Form haben, insbesondere um sich an die Struktur, mit der die Vorrichtung ausgestattet ist, anzupassen. Sie hat zwei schräg symmetrisch Seiten mit Bezug auf eine Mittelebene des Blockes 18, welche jeweils dazu bestimmt sind, einen Emissionsumwandler 20 und einen EmpfangsWandler 22 zu übernehmen. Die Seiten und die Wandler sind in der Form ausgerichtet, daß der Einfallswinkel β nahe dem kritischen Winkel in dem Fall einer Grenzfläche mit dem Eis ist. In der Praxis ist der Einfallswinkel β im allgemeinen zwischen 40º und 55º.

Die Wandler 20 und 22 bestehen im allgemeinen aus piezoelektrischen Wandlern, die stark gedämpft werden, welche dazu bestimmt sind, während sie von einem einheitlichen Impuls angeregt werden, einen Ultraschall zu liefern, der aus einem alternativen gedämpften Wellenzug besteht. Man kann insbesondere Wandler benutzen, welche eine Resonanzfrequenz von ungefähr 2 MHz haben. Der rechte Abschnitt der Wandler wird insbesondere in Abhängigkeit von der maximalen Stärke des Eisansatzes ausgewählt, von der man fähig sein möchte zu messen. In der Praxis kann man mit einem Winkel β von ungefähr 45º und Wandlern, welche einen Durchmesser des aktiven Elementes von 6 - 7 mm haben (und eine Emissionsoberfläche von ungefähr 10 mm) an Durchmesser, eine Stärke des Eisansatzes messen, die bis zu ungefähr 3 mm geht.

Man sieht, daß die Unterscheidung und das Messen der Stärke durch die Wirkung einer Korrektur der Temperatur verbessert werden, was erfordert, die Temperatur des Blockes 16 zu wissen. Beim letzteren kann folglich eine Temperatursonde 24 eingebaut werden, deren Rolle im weiteren sichtbar wird.

Die Erregungs- und Analyseeinheit 12 ist vorgesehen, um einen elektrischen Imuls der Amplitude anzuwenden und von einer Dauer, die durch den Emmissionswandler 20 bestimmt wird, und zum Analysieren des Ultraschallechos, welches durch den Wandler 22 empfangen wird.

Die Erregungseinrichtung umfaßt einen Sendekanal, der mit dem Unwandler 20 verbunden ist. In der dargestellten Ausführungsform umfaßt dieser Kanal einen Generator 26 für kurze Impulse (200 Nanosekunden z. B.), welcher das Schließen eines elektronischen Schalters 28 befiehlt, der mit einer Hochspannungsquelle 30 verbunden ist. Der Generator kann mit einer Uhr 32 ausgestattet sein, welche die Dauer der Pulse festlegt und einen Frequenzteiler beinhaltet, der es ermöglicht, anhand eines Ausgangs 34 ein Uhrensignal zum Beispiel mit einer Frequenz von 20 MHz, welches durch Echostichproben bestimmt wird, zu verteilen.

Der Wandler 20 kann von einem Typ sein, der im Handel gewöhnlich erhaltlich ist, von geringen Platzbedarf (z. B. 7 mm im Durchmeser und 13 mm in der Länge.) Er wird stark geschwächt, so daß die Peaks der Ultraschallamplitude in der Zeit schnell abklingend geliefert werden. Für den Nachweis des Eisansatzes ergibt eine Resonanzfrequenz der Wandler, welche die longitudinalen Wellen liefern von ungefähr 1 bis 3 MHz, im allgemeinen zufriedenstellende Ergebnisse.

Die Einrichtung umfaßt ebenso einen Empfangskanal, der einen Verstärker 36, einen Analog-Digital-Wandler (CAN) 38 hat, welcher eine deutlich höhere Abfragefrequenz hat als die Resonanzfrequenz der Wandler (z.B. das zehnfache dieser Frequenz) und einen Speicher 40, der die Warteschlange ordnet und mit einem Datenübertragungsbus 42 verbunden ist. Die Funktion des CAN 38 und des Speichers 40 werden von dem Uhrensignal arbeitsgetaktet, welches von dem Ausgang 34 ausgeht.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform ist dafür vorgesehen, eine Korrektur des Maßstabs und eine Korrektur in Abhängigkeit der Temperatur zu ermöglichen. Sie umfaßt zu diesem Zweck einen Vorverstärker 44 mit gesteuertem Verstärkungsfaktor, welcher zwischen dem Wandler 22 und dem Verstärker 36 mit festen Verstärkungsfaktor angeordnet ist. Ein Schalter 46 ermöglicht es, sich willkürlich auszurichten in Richtung auf den Empfangskanal, sei es das Ausgangssignal des Verstärkers 44 oder das Ausgangssignal eines Verstärkers mit festem Verstärkungsfaktor 48, der mit dem Temperaturfühler 24 verbunden ist.

Die Funktion der Einrichtung 12 wird durch eine Berechnungseinrichtung 50 gesteuert, welche einen Mikroprozessor und Speicher umfaßt, die ebenso die Analyse der Signale bewirkt. Diese Berechnungseinrichtung ermöglicht es, jede Messung durch Senden eines Signals des Ausgangs des Generators 26 ablaufen zu lassen. Sie ermöglicht ebenso das Ausrichten des Schalters 46 in der Form, so daß die Funktionstemperatur gemessen wird. In Abhängigkeit von dem Unterschied zwischen der Kalibrierungstemperatur und der Prüftemperatur trägt sie der Geschwindigkeitsänderung durch Benutzen einer Korrekturtabelle, welche in dem Speicher gespeichert ist, Rechnung.

Das Ausführen der Vorrichtung, welche beschrieben wurde, um die eventuelle Bildung des Eisansatzes nachzuweisen, wird von einem Kalibrierungsabschnitt vorangegangen, welcher einmal für alle bewirkt werden kann, oder in regulären Intervallen unter den Bedingungen wiederholt werden, wo die Oberfäche sauber ist.

Im Verlauf der Kalibrierung sendet man einen Puls aus und man analysiert das Echosignal über eine Dauer, welche mindestens zwei erste Halbperioden des empfangenen Signals abdeckt (im Falle eines einfachen Nachweises) oder bis zu der ersten Halbperiode des Echosignals auf der freien Oberfläche der Verunreinigungsstoffschicht von maximaler Stärke, die zu messen ist (im Falle, daß die Vorrichtung gleichzeitig die Messung ermöglicht). Man nimmt die Momente R&sub1; vom Beginn des Echosignals R&sub2; von dem ersten Durchlauf durch Null und R&sub3; von dem zweiten Durchlauf durch Null auf. Die Temperatur der Messung wird ebenfalls gespeichert.

Eine neue Kalibrierung kann unmittelbar vor jeder Meßserie durchgeführt werden, während die Struktur geschützt ist, also im Prinzip nicht verschmutzt ist. Das Erhalten der gleichen Werte R&sub1;, R&sub2; und R&sub3; bestätigt, daß die Sonde sauber ist. Im gegensätzlichen Fall nimmt man die Werte R&sub1;, R&sub2; und R&sub3; die gespeichert sind, an. In der Messung, in der die Sonde sauber ist, regelt die Berechnungseinrichtung, die für diesen Effekt programmiert ist, die Verstärkung des Vorverstärkers 44 in der Art, daß die Amplitude des Peaks, der das empfangene Signal durch den DAN 38 erhöht, mit dem kompletten Maßstab korrespondiert. Die Amplitude A&sub0; von mindestens dem ersten Peak wird ebenso gespeichert.

Die Kalibrierung kann eine Sequenz von mehreren identischen Funktionen beinhalten, wobei die gespeicherten Werte dann einen Teil der Mittel bilden, z. B. für zehn aufeinanderfolgende Versuche.

Während eines jeden eigentlichen Nachweises beginnt die Berechnungseinrichtung 50 durch Messen der Temperatur durch Ausrichten des Schalters 46, ob erlaubt ist, die Geschwindigkeitsveränderung der Ultraschallwellen in der PSU in Abhängigkeit von der Temperatur gemäß einer gespeicherten Tabelle zu kompensieren. Dann wird der Emissionswandler 20 durch einen Impuls angeregt. Wichtige zeitliche Schnitte sind diejenigen, die von t&sub0; bis t&sub1; gehen, was die Detektion anbelangt, jenseits von t&sub2;, was die Messung der Stärke anbelangt (t&sub2; bestimmt die Zeit des Emissionsfluges mit dem Empfang für die minimale Stärke, die als notwendig zu messen erachtet wird).

Die Kurve des kompletten Verlaufs der Fig. 2 zeigt anhand eines Beispiels ein Signal, welches im Falle eines Anti-Vereisungsflüssigkeitsfilms von 0,44 mm an Stärke auf der Oberfläche der Sonde erhalten wird. In diesem Fall intervenieren die Durchläufe durch Null zu dem Zeitpunkt E&sub1;, E&sub2; und E&sub3;. Die Berechnungseinrichtung ist ebenso zum Messen der Amplitude der ersten Peaks und ihrer Vorzeichen und zum Vergleichen mit der gespeicherten Amplitude der Peaks, die mit der "sauberen" Sonde erhalten wurden, vorgesehen. In der Messung, in der die Temperatur nicht nach der Kalibrierung verändert worden ist, stimmen die Punkte R&sub1; und E&sub1; überein. Im Falle einer Temperaturmodifikation ermöglicht eine Korrektur, die durch die Berechnungseinrichtung durchgeführt wird, daß sie übereinstimmen.

Im Falle des Vorhandenseins einer Anti-Vereisungsflüssigkeit (Äthylen-Glykol z.B.) hat der erste Peak die gleiche Phase, wie in dem Fall der sauberen Sonde (Fig. 2), was anzeigt, daß der Verunreinigungsstoff eine Flüssigkeit ist, jedoch ist die Amplitude A&sub1; sehr tiefgesetzt aufgrund der Tatsache, daß die Impedanzunterbrechung weniger ausgeprägt ist als in dem Fall einer sauberen Sonde. Die Stellen der Peaks können durch den Nachweis des Durchlaufes durch Null von der Ableitung der Kurve lokalisiert werden. Die Berechnungseinrichtung kann zum Anzeigen der Anwesenheit von Flüssigkeit vorgesehen sein, während das Verhältnis A&sub1;/A&sub0; in einem bestimmten Bereich ist, ohne Veränderung der Vorzeichen sein.

Die Vorrichtung kann ebenso zum Messen der Stärke des Flüssigkeitsfilmes vorgesehen sein. Dafür ist die Verzögerung zwischen dem Auftreten des ersten Echopeaks an der Oberfläche des Films und dem erste Echopeak an der Grenzfläche, hervorgehoben. Diese Verzögerung Δt korrespondiert mit der Rücklaufzeit in dem Film während eines Einfalls, der bekannt ist. Es ist möglich, die Stärke des Filmes, ungefähr 0,4 mm in dem Fall, der in Fig. 2 dargestellt ist, herzuleiten.

Der dargestellte Fall von Fig. 3 ist der eines Filmes aus einem Gemisch von Wasser und Anti-Vereisungsflüssigkeit. In diesem Fall ist die Dämpfung schwächer als für die Flüssigkeit, die nur aus Anti-Vereisungsmittel besteht, wobei der Reflexionskoeffizient unter normalem Einfall -0,34 für das Wasser ist, während er - 0,25 für die Flüssigkeit ist.

Die Verzögerung Δt korrespondiert in diesem Fall mit dem Vorhandensein eines Filmes aus einem Gemisch von Wasser-Flüssigkeit mit ungefähr 0,37 mm an Stärke.

Der dargestellte Fall von Fig. 4 korrespondiert mit dem Vorhandensein von weichem Schnee, dessen akustische Impedanz sehr nahe derjenigen von PSU ist. Es gibt folglich einen Echoverlust an der Grenzfläche Es ist nicht weniger möglich, die Stärke des Verunreinigungsstoffilms ab dem Zeitintervall Δt zu messen. In dem dargestellten Fall von Fig. 4 ist er ungefähr 0,5 mm.

Schließlich korrespondiert der dargestellte Fall von Fig. 5 mit dem Vorhandensein von Eis auf der Sonde 10. In diesem Fall ist die Reflexion an der Grenzfläche mit einer Phasenveränderung verbunden und der erste Peak von der Amplitude A&sub1; hat eine entgegengesetzte Polarität zu dem des Peaks Ao des Echosignals für den sauberen Meßfühler.

Hier ist es noch möglich, die Stärke des Eisansatzes, ungefähr 2,4 mm in dem dargestellten Fall von Fig. 5, ab dem Zeitintervall Δt zu messen. In diesem Fall wandeln sich die Reflexionen an der Grenzfläche und an der Oberfläche des Eisfilms durch Peaks mit entgegengesetzter Polariät.

In all den oben aufgeführten Fällen ist es vorteilhaft, eine Sequenz von aufeinanderfolgenden Mssungen durchzuführen und den Mittelwert der Resultate darzustellen, der es ermöglicht, die zeitlichen Unregelmäßigkeiten der Oberfläche besser zu berücksichtigen. Die Messung ist so lange möglich, als die Stärke nicht solchermaßen ist, daß die auf der Grenzfläche gebrochene Energie nicht mehr den Empfähgerwandler 22 erreicht. Mit den Wandlern von ungefähr 6 mm oder einem Viertel an aktivem Durchmesser erreicht man es im allgemeinen, eine Stärke bis zu ungefähr 3 mm zu messen.

Die Sichtbarmachung, wie in Fig. 6 dargestellt, kann durch Versetzen eines farbigen Bereiches mit einem Maßstab und numerischer Anzeige einer Stärke durchgeführt werden.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Nachweis der Anwesenheit und zur Identifizierung eines Verunreinigungsstoffes auf der Oberfläche einer Struktur, wonach man einen Ultraschallimpuls in Richtung auf die Grenzfläche quer durch einen Materialblock (16) steuert, der Bestandteil einer Verzögerungsleitung ist, gekennzeichnet dadurch, daß man an das Material eine akustische Zwischenimpedanz zwischen demjenigen der Flüssigkeiten der Enteisung und der Antivereisung und demjenigen des Eises liefert, daß man die Amplituden des Echos, das man an der Grenzfläche erhält, unter schrägen Einfall mit derjenigen des Einfallimpulses oder mit derjenigen eines Referenzechos, das mit einer sauberen Oberfläche erhalten wird, vergleicht und daß man bestimmt, ob das Echo eine Phaseninversion durchlaufen hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß man im Verlauf einer vorangegangenen Kalibrierungsphase das Echo, das man mit einer sauberen Oberfläche erhält, speichert und man die Amplitude und das Vorzeichen des ersten Echopeaks mißt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß man den Zeitabstand mißt, welcher das Echo auf der Grenzfläche von dem Echo auf der Kontaktoberfläche der Verunreinigungsstoffe mit der Luft trennt, um die Schichtdicke des Verunreinigungsstoffes abzuziehen.

4. Vorrichtung zum Nachweis der Anwesenheit und zur Identifizierung eines Verunreinigungsstoffes auf der Oberfläche einer Struktur, die eine Sonde (10), die einen Verzögerungsblock (16) hat, welcher eine Grenzfläche darstellt, die dazu bestimmt ist, die Oberfläche abzugleichen, eine Vielzahl von Wandlereinrichtungen und Erregungs- und Analyseeinrichtungen (12) umfaßt, gekennzeichnet dadurch, daß die Sonde aus Wandlern zur Emission und zum Empfang (20-22) besteht, die senkrecht zu jedem von einer der beiden Flächen des Verzögerungsblockes, der die gleiche Neigung in Bezug auf die Grenzfläche hat, orientiert sind, wobei der Block aus einem Material ist, das eine akustische Impedanz hat, die sich zwischen 2, 7 und 3 x 10&sup6; kg/m².s beläuft, und, daß die Einrichtungen zur Erregung und zur Analyse dafür vorgesehen sind, einen elektrischen Erregungsimpuls an die Emissionswandler zu senden und die Amplitude und die Phase von dem Grenzflächenecho mit einem Referenzecho, das mit der Abwesenheit des Verunreinigungsstoffes korrespondiert, oder mit dem Ultraschallsignal, das von dem Emissionswandler geliefert wird, zu vergleichen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Verzögerungsblock (16) aus Polysulfon ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Flächen des Blockes dergestalt orientiert sind, daß der Einfallswinkel auf der Grenzfläche nahe dem Winkel der Totalreflektion für die Longitudinalwellen für das Dioptermaterial/Eis ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Erregungs- und Analyseeinrichtungen Einrichtungen (40) zur Speicherung von einem Referenzecho, das mit einer sauberen Oberfläche erhalten wird, beinhalten.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 7, gekennzeichnet dadurch, daß der Wandler oder jeder Emissionsumwandler (20) vom gedämpften Typ ist, und daß die Erregungseinrichtungen dafür vorgesehen sind, kurze Impulse an den Emissionsumwandler zu liefern.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 8, gekennzeichnet dadurch, daß sie Analyseeinrichtungen dafür vorgesehen sind, die Zeitabstände zu messen, welche das Echo von der Reflektion an der Grenzfläche zu dem Echo von der Reflektion an der Oberfläche des Verunreinigungsstoffes zu messen und die Dicke des Verunreinigungsstoffes abzuziehen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 9, gekennzeichnet dadurch, daß sie Einrichtungen (24) zum Messen der Temperatur des Verzögerungsblocks (16) und Einrichtungen zur Korrektur der Messungen in Funktion von der Temperatur umfaßt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 10, gekennzeichnet dadurch, daß sie Einrichtungen zum automatischen Testen umfaßt, die die Anwesenheit von einem Echo bei jeder Erregung von dem Wandler oder von jedem Emissionswandler nachprüfen.







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