DE2319767A1

DE2319767A1 - Verfahren und vorrichtung zur untersuchung einer probe

Info

Publication number: DE2319767A1
Application number: DE2319767A
Authority: DE
Inventors: James M Hoop
Original assignee: National Aeronautics and Space Administration NASA
Current assignee: National Aeronautics and Space Administration NASA
Priority date: 1972-04-20
Filing date: 1973-04-18
Publication date: 1973-10-25
Also published as: IT984709B; US3782177A; CA996246A; NL7304925A; FR2181390A5; SE392169B; BE798476A; AU5462473A; JPS4922182A; GB1421849A; CH574108A5

Description

Patentanwalt Dipl.-Phys. Gerhard Liedl 8 München 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 29 84

B 6026

NATIONAL AERONAUTICS AND SPACE ADMINISTRATION Was hington, D.C. 20546 /USA

Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung einer Probe

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Untersuchen einer Probe unter Vermeidung der Zerstörung der Probe.

Es ist bekannt unter Verwendung von Elektromagneten mechanische Schwingungen innerhalb von zu untersuchenden Proben aus magnetischem Material zu erzeugen. Auch ist es bekannt, mittels Kristallwandler Ultraschallschwingungen einer zu untersuchenden Probe aufzuprägen. Die Verwendung von Elektromagneten ist jedoch schon vom

Proben
Prinzip her auf zu untersuchende_f eingeschränkt, deren Material magnetisch ist. Auch sind die bei der Untersuchung anzuwendenden

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Frequenzen auf einen relativ niedrigen Bereich beschränkt. Wenn man Kristallwandler bei der Untersuchung von Materialien benützt, werden die Schwingungen, welche vom Wandler erzeugt werden, gewöhnlich mittels einer Flüssigkeit oder Paste als Kupplungsmedium übertragen. Die Verwendung eines derartigen Kupplungsmediums ist jedoch nicht möglich bei vielen zu untersuchenden porösen Stoffen oder solchen Stoffen, welche mit einem Überzug versehen sind. Außerdem ist die Verwendung eines Kupplungsmediums auf solche Proben beschränkt, welche halbwegs glatte Oberflächen aufweisen. Darüber hinaus erzeugen Kristallwandler naturgemäß Strahlen, welche einen großen Querschnitt aufweisen. Es werden jedoch häufig Strahlen mit geringem Durchmesser benötigt, insbesondere dann, wenn kleine und komplizierte Proben untersucht werden sollen. Auch. benötigt man Strahlen mit kleinem Durchmesser zur genauen Untersuchung von kleinen Flächen auf großen Probenkörpern. Darüber hinaus führt die Verwendung einer Flüssigkeit oder einer Paste als Kupplungsmedium häufig zum Triften des .bzw. der Signale, woraus ungenaue Testergebnisse sich ergeben. Einige Kristallwandler werden mechanisch in gutem Kontakt bzw. in inniger Berührung mit den Testkörpern

jedoch können die Spannungen,
gehalten -welche von aen Kräften beim Zusammenhalten der Wandler

mit den Proben entwickelt werden, . ebenfalls zu ungenauen

Untersuchungsergebnissen führen. Außerdem ist es nicht möglich, die Wandler in enger Berührung mit solchen Probenkörpern zu halten, welche klein sind oder einen komplizierten Aufbau aufweisen. Auch ist es häufig nicht möglich, sich bei einem Probenkörper, der gewöhnlich mechanische Haltemittel benötigt, Zugang zu beiden Seiten des Probenkörpers zu verschaffen. Zur Erzeugung von Ultraschallwellen innerhalb des zu untersuchenden Körpers kann man Laserstrahlen benützen. Die hieraus resultierenden Wellen haben jedoch niedrige Impulsfrequenzen und die Verwendung eines Lasers ist

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häufig von Zufälligkeiten abhängig und benötigt die Verwendung einer umfangreichen Einrichtung.

Zur Vermeidung dieser Nachteile schlägt die Erfindung beim eingangs dargestellten Verfahren vor, daß eine Folge von Funkenentladungen nahe bei der Probe entwickelt bzw. erzeugt werden und von der Probe registriert werden, so daß ein Energiestrahl gebildet wird, der durch die Probe hindurch geht und daß die Folge der Wechselwirkung zwischen dem Energiestrahl und der Probe erfaßt und aufgezeigt wird.

Bei der Erfindung werden hochfrequente Funkenentladungen in der Nähe der Probe gebildet, wobei stark lokalisierte Ultraschallwellen

innerhalb des Probenkörpers erzeugt werden,wodurchder Probenkörper jedoch nicht zerstört wird. Die Ultraschallwellen, welche von der Funkenentladung erzeugt werden, besitzen ejrten kleinen Querschnitt und sie sind somit geeignet zur Untersuchung von kleinen und komplizierten Probenkörpern. Außerdem ist es möglich, eine genaue Untersuchung von bestimmten vorgegebenen Bereichen in großen Probenkörpern durchzuführen.. Der Strahl benötigt kein Kupplungsmedium und kann deshalb bei Proben bzw. Probenkörpern zur Anwendung kommen, welche ein Kupplungsmedium benötigen oder nicht benötigen. Die Tatsache, daß ein Kupplungsmedium nicht benötigt wird, ermöglicht es, ein Triften der Signale zu vermeiden, was jedoch häufig dann erfolgt, wenn ein Kupplungsmedium verwendet wird. Der Strahl der Ultraschallwellen kann durch die Luft hindurch zur Probe gelangen. Es ist deshalb nicht notwendig, daß man die Quelle der Funkenentladungen an die zu untersuchende Probe in Anlage bringt. Es ist deshalb möglich, daß dieser Strahl auch bei der Unter-

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suchung von kleinen komplizierten Proben und bei solchen Proben, welche eine unregelmäßige Oberfläche aufweisen, verwendet wird. Die Funkenentladungen können billig erzeugt werden, wobei Zufälligkeiten bezüglich der Lebensdauer oder der Verträglichkeit nicht auftreten. Außerdem können die Ultraschallwellen eine relativ hohe Frequenz aufweisen, weshalb die Erfindung die Nachteile überwindet, welche bei den bekannten Untersuchungsverfahren ohne Zerstörung der Probe auftreten. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist daher darin zu sehen hochfrequente Funkenentladungen nahe bei der zu untersuchenden Probe vorzusehen, so daß Ultraschallwellen innerhalb der zu untersuchenden Probe erzeugt werden.

Es wird hierzu nahe am Probenkörper in einer Öffnung für die Funkenentladung eine hohe Spannung angelegt, wodurch eine Folge von hochfrequenten Funkenentladungen erzeugt werden. Diese hochfrequenten Funkenentlädungen erzeugen hinwiederum Impulse mit Ultraschall- ' energie innerhalb des Probenkörpers, ohne daß hierbei die Funkenentladungen den Probenkörper berühren müssen. Auch ist es nicht notwendig zwischen den Funkenentladungen und dem Probenkörper ein Kupplungsmedium vorzusehen. Diese Impulse sind zum Aufzeigen von Fehlern und zur Messung von bestimmten Eigenschaften des Probenkörper geeignet und außerdem können Spannungen innerhalb des Probenkörpers gemessen werden.

Der Wandler, welcher bei der Erfindung zur Erzeugung der Ultraschallwellen bzw. der Ultraschallimpulse innerhalb des zu untersuchenden Probenkörpers dient, beeinflußt in keiner Weise den Probenkörper nachteilig. Die Bildung von derartigen Impulsen ist deshalb erwünscht, weil hierdurch die Erfassung von Fehlern in der Probe erleichtert wird und bestimmte Eigenschaften des Materials im Proben-

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körper untersucht werden können. Außerdem kann, wie schon erwähnt, die Anwesenheit von Spannungen, welche auf den Probenkörper einwirken oder welche im Probenkörper enthalten sind bzw. dem Probenkörper einverleibt sind, aufgezeigt werden.

Anhand der beiliegenden Figuren soll an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Wandler, einen hochenergetischen Impulsgenerator und einen Übertrager, der den Wandler mit Hochspannungsimpulsen versorgt;

Fig. 2 eine Ansicht von unten des Wandlers in der Fig. 1;

Fig. 3 eine typische Wellenform, welche an die Primärwindung des Übertragers der Fig. 1 gelegt wird und welche an der Sekundärwindung des Übertragers bzw. des Transformators gebildet wird;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Wandlers der Fig. 1, welcher auf einem Probenkörper aufgebracht ist und eines Detektors, der in einem Abstand vom Probenkörper angeordnet ist und

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Übertragers der Fig. 1 des Detektors und des Probenkörpers, der dazwischen angeordnet ist.

In den Figuren ist mit dem Bezugszeichen 10 ein Träger bezeichnet, der aus einem dielektrischen Material besteht. Der gezeigte Träger

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hat einen rechtwinkeligen Grundriß und einen rechtwinkeligen Aufriß. Der Träger ist aus einem farblosen Acryl-Kunststoff hergestellt, so daß er durchsichtig ist. Eine längliche Aussparung 12 verläuft geneigt nach unten und ist von der linken Wand des Trägers nach innen gerichtet und zwar in Richtung auf eine kleine halbkugelförmige Klammer 16 in der Bodenfläche des Trägers. Wie in den Figuren 1 und 2 angedeutet ist, ist diese Kammer in Richtung auf die Bodenfläche des Trägers geöffnet. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet ebenfalls eine längliche Aussparung, welche geneigt nach unten verläuft und von der rechten Wand des Trägers 10 nach innen auf die Kammer 16 gerichtet ist. Wie aus den Figuren 1 und 2 hervorgeht, sind die inneren Enden der Aussparungen 12 und 14 an entgegengesetzten Seiten der Kammer 16 angeordnet. Diese Enden sind kegelstumpfförmig ausgebildet. Falls es erwünscht ist., können jedoch die Aussparungen 12 und 14 über ihre gesamte Länge hin einen konstanten Querschnitt aufweisen. Ein flacher Durchgang 17, dessen Grundriß und Aufriß rechtwinkelig ausgebildet ist, ist in die untere Fläche des Trägers 10 eingeformt. Dieser Durchgang erstreckt sich von der Kammer 16 zur vorderen Kante des Trägers.

Mit 18 ist eine mit einem Gewinde versehene Fassung bezeichnet, welche in der Rückwand des Trägers 10 vorgesehen ist. Die Achse dieser Fassung ist nach unten geneigt und ist von der Rückwand des Trägers nach vorne in Richtung auf die Kammer 16 gerichtet. Ein Kanal 19 erstreckt sich vom rückwärtigen Ende der mit einem Gewinde versehenen Fassung 18 bis an das rückwärtige Ende der' Kammer 16, wie es im einzelnen in der Figur 2 dargestellt ist.

ein Die mit einem Innengewinde versehene Fassung 18 ist an mit einem Außengewinde versehenes Verbindungsstück 20 angepaßt, das auf dem inneren Ende eines Rohres 22 aufmontiert ist. Das äußere Ende des

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Rohres ist in geeigneter Weise mit einer Quelle für ein komprimiertes Gas, beispielsweise Luft, verbunden.

Mit 24 ist ein länglicher zylindrischer Stab bezeichnet, der eine konische Spitze aufweist. Dieser Stab ist in die Aussparung 12 im Träger 10 eingeschoben. Die konische Spitze des Stabes 24 kommt an dem kegelstumpfförmigen unteren Ende der Aussparung zu liegen, wie es in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist. Der Teil der konischen Spitze mit dem größeren Durchmesser stößt hierbei an das kegelstumpfförmige Ende der Aussparung an, so daß die Spitze in die Kammer 16 hineinragt.

Dadurch, daß die konischen Spitzen der verlängerten Stäbe 24 und in die kegelstumpfförmigen unteren Enden der Aussparungen 12 und 14 eingreifen, wird automatisch ein genau festgelegter Abstand zwischen den Spitzen der Stäbe festgelegt. Wenn die Aussparungen 12 und 14 über ihre gesamten Längen hin mit konstanten Querschnitten versehen sind, werden die Stellungen der Stäbe 24 und 26 so eingestellt, daß der gewünschte Abstand zwischen den Spitzen der Stäbe hergestellt ist. Die Innendurchmesser der Aussparungen 12 und 14 sind etwas größer als die Durchmesser der Stäbe 24 und 26. Mittels Reibungs-. kräften können die Stäbe in den gewünschten Stellungen in den Aussparungen gehalten werden. Die Stäbe 24 und 26 können aus verschiedenen Stoffen bestehen. Bevorzugt sind jedoch Stoffe wie Wolfram, welche widerstandsfähig sind gegenüber Abnutzung, wenn sie bei der Herstellung einer feststehenden Funkenstrecke verwendet werden.

Eine Verbindungsmuffe 28 ist über das äußere Ende des Stabes 24 geschoben. Eine Kopfschraube 30 befestigt die Verbindungsmuffe an diesem Stab. Eine Durchgangsöffnung erstreckt sich quer durch die

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Verbindungsmuffe 28 und eine weitere Kopf schraube 32 ist verschraubbar in das äußere Ende der Verbindungsmuffe eingesetzt. Mit 34 ist eine weitere Verbindungsmuffe bezeichnet, welche in der gleichen Weise ausgebildet ist wie die Verbindungsmuffe 28. Eine Kopf schraube 36 dient zur Befestigung der Verbindungsmuffe auf dem Stab 26. Durch die Verbindungsmuffe 34 erstreckt sich eine Durchgangsöffnung und eine Kopfschraube 38 ist verschraubbar in das äußere Ende der Verbindungsmuffe eingesetzt.

Mit 40 ist in der Figur 1 ein Hochleistungsimpulsgenerator herkömmlicher Ausbildung bezeichnet. Obgleich verschiedene Typen von Hochleistungsgeneratoren verwendet werden können, wird ein bestimmter Hochleistungsimpulsgenerator bevorzugt und zwar ein Velonex Modell 350-Hochleistungsgenerator. Eine der Ausgangsklemmen dieses Hochleistungsimpulsgenerators ist geerdet und gleichzeitig mit einer Klemme einer Primärwindung 44 eines Pulverkern-Transformators verbunden. Die andere Klemme der Primärwindung ist mit der anderen Ausgangsklemme des Hochleistungsimpulsgenerators verbunden. Beim dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Pulverkern 42 des Transformators ringförmig ausgebildet. Mit 46 ist die Sekundärwindung des Pulverkerntransformators bezeichnet. Eine Klemme der Sekundärwindung ist mit der Verbindungsmuffe 28 und somit mit dem Stab 24 verbunden. Diese Verbindung erfolgt über einen elektrischen Leiter 48, der sich durch die querverlaufende Öffnung in der Verbindungsmuffe erstreckt und von der Kopf schraube 32 gehalten wird. Die andere Klemme der Sekundärwindung 46 ist mit der Verbindungsmuffe 34 und somit mit dem Stab 26 verbunden. Diese Verbindung erfolgt 'mittels eines elektrischen Leiters 50, der durch die querverlaufende Durchgangsöffnung in der Verbindungsmuffe sich erstreckt und von der Kopf-

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schraube 38 gehalten wird.

Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel beaufschlagt der Hochleistungsimpulsgenerator 40 die Primärwindung 44 des Pulverkerntransformators mit einer Wellenform 52, deren Verlauf in der Figur 3 dargestellt ist. Diese Wellenform besitzt einen negativen Scheitelwert 54 und einen positiven Scheitelwert 56, welche die wesentlichen Bestandteile der Wellenform bilden. Ein geringer positiver Teil der. Wellenform 52 ist dem negativen Scheitelwert 54 vorgeschaltet und ein geringer negativer Teil folgt auf den positiven Scheitelwert 56. Der geringe positive Teil und der geringe negative Teil der Wellenform sind jedoch nicht bedeutsam bei der Durchführung der Erfindung. Beim dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt der Pulverkern 42 des Transformators einen Innendurchmesser von etwa 4,75 cm. Die Primärwindung 44 weist sieben Windungen auf und die Sekundärwindung 46 weist 32 Windungen auf. Der Radius der halbkugelförmigen Kammer 16 beträgt 0,318 cm, der flache Durchgang 17 besitzt eine Tiefe von 0, 05 cm, der Durchmesser eines jeden Stabes beträgt 0, 318 cm und der Abstand zwischen den Spitzen der Stäbe beträgt etwa 0,1257 cm. Der Hochleistungsimpulsgenerator 40 legt an die Primärwindung 44 Impulse mit Spitze-Spitze-Werten von wenigstens 2000 V. Demzufolge werden von der Sekundärwindung 46 an die Stäbe 24 und 26 Impulse gelegt, deren Spitze-Spitze-Werte wenigstens 10.000 Volt betragen. Dadurch, daß die Hochspannungsimpulse an die Stäbe 24 und 26 gelegt werden, wird eine Folge von hochfrequenten Funkenentladungen bewirkt, welche zwischen den Spitzen der Stäbe erscheinen.

Die spezielle Wahl der Anzahl der Windungen auf dem Pulverkern des Transformators ist nicht von wesentlicher Bedeutung und auch die Verwendung eines ringförmigen Kernes ist kein Kriterium. Es

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muß jedoch ein Kern gewählt werden, der die Frequenz der Funkenentladungen nicht dämpft. Das Verhältnis der Windungen der Primärwicklung zu der Sekundärwicklung sollte so gewählt sein, daß die Spannung, welche an die Primärwicklung 44 gelegt werden, muß, auf eine annehmbare Höhe beschränkt ist.

Im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Stäbe 24 und 26 scharfe konische Spitzen auf. Diese Spitzen ragen in.die Kammer 16. Die Aussparungen 12 und 14 sind bezüglich der unteren Fläche des Trägers untern Winkeln von 20 angeordnet. Die Verbindungsmuffen bestehen aus Messing und sie bilden Verbindungen zu den länglichen Stäben 24 und 26 rait niedrigen Ohmschen Widerständen. Der Hochleistungsimpulsgenerator 40 liefert 80 Nanosekunden-Impulse an die Primärwindung 44 und die Sekundärwindung 46 liefert Impulse mit höherer Spannung und der gleichen Dauer an die Stäbe 24 und 26 über die elektrischen Leiter 48 und 50 und die Verbindungsmuffen 28 und 34. Das Rohr 22 ist mit einer Quelle komprimierter Luft verbunden und eine geringe Menge vonLuft gelangt aufeinanderfolgend durch den Kanal 19 und die Kammer 16 und dann nach außen durch den Durchgang 17. während des Betriebes des Wandlers. Infolge der Luft wird außerdem.eine ständige Reinigung der Atmosphäre innerhalb der Kammer 16 vorgenommen.

Die Winkel der Stäbe 24 und 26 bezüglich der unteren Oberfläche des Trägers 10 und damit bezüglich der Oberfläche des Probenkörpers, der neben dem Träger 10 angeordnet ist, sind nicht kritisch bzw. von wesentlicher Bedeutung. Die Winkel sind so oder ähnlich gewählt, damit die Spitzen der Stäbe 24 und 26 nahe beieinander sind und außerdem nahe der unteren Oberfläche des Trägers 10 zu liegen kommen. Obgleich in der Figur 2 die Stäbe 24 und

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miteinander ausgerichtet dargestellt sind, ist es nicht notwendig, daß sie zueinander ausgerichtet sind. Die Ausrichtung der Stäbe und ihre Neigung in spitzen Winkeln bezüglich der unteren Oberfläche des Trägers 10 stellen eine Möglichkeit dar, um die Funkenentladungen nahe der unteren Oberfläche des Trägers zu lokalisieren, so daß diese nahe der Oberfläche des Probenkörpers, der in der Nähe des Trägers 10 angeordnet ist, auftreten. Die Stäbe 24 und 26 können jedoch auch in verschiednen Richtungen relativ zueinander angeordnet sein. Sie sollten jedoch eine derartige Lage einnehmen, daß der Lichtbogen, der zwischen ihnen erscheint, auf die konischen Spitzen beschränkt ist. Die Länge der Lichtbogenstrecke, entlang der die Funkenentladungen entwickelt werden müssen, muß kurz genug bemessen sein, damit die Bildung eines Lichtbogens während jeden Impulses, der von der Sekundärwindung 46 an die Stäbe 24 und 26 gelegt ist, erscheint. Wenn jedoch die Funkenstrecke zu kurz bemessen ist, ist der Betrag der Ultraschallenergie, welche von jedem Impuls gebildet wird, vermindert. Obgleich eine Länge von 0,125 für die Funkenstrecke keine kritische Größe ist, ist diese Funkenstreckenlänge jedoch bei der Erfindung nützlich. Der fortlaufende Luftstrom durch den Kanal 19 und durch die Kammer 16 ist erwünscht, damit die Ionisationsprodukte aus der Kammer beseitigt werden. Hieraus resultiert darüber hinaus ein stabiler Betrieb des funkenerzeugenden Übertragers.

In der Figur 4 ist mit 60 ein Probenkörper bezeichnet, der anliegend am Träger 10 angeordnet ist. Obgleich die Spannung zwischen den konischen Spitzen der Stäbe 24 und 26 gewöhnlich über 1000 Volt beträgt, ist die Gesamteriergie, welche während jeder Funkenentladung verbraucht wird, verhältnismäßig gering. Hieraus resultiert, daß di€i aufeinanderfolgenden Funkenentladungen, welche zwischen den ko-

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3 0 ^!: ·- λ ° I 1 1 0 0

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nischen Spitzen der Stäbe erscheinen, den Probenkörper 60 oder dessen obere Oberfläche nicht verderben, beschädigen^ zerstören oder sonstwie nachteilig beeinflussen. Sobald der Hochleistungsimpulsgenerator 40 es ermöglicht, daß die Sekundärwindung 46 zwischen · den konischen Spitzen der Stäbe 24 und 26 hochfrequen te Funkenentladungen entwickelt., wird automatisch aufgrund der resultierenden hochfrequenten Funkenentladungen ein gewünschter schmaler Strahl im Ultraschallenergiebereich gebildet. Falls der Probenkörper 60 metallisch ist, werden Ultraschallwellen in den Probenkörper durch die Erzeugung von entgegengesetzten elektromagnetischen Feldern induziert. Falls der Probenkörper 60 nicht metallisch ausgebildet ist, werden Ultraschallwellen aufgrund der winzigen Explosionen, welche beim wiederholten Zusammenbrechen der Funkenstrecke in Erscheinung treten, erzeugt. Diese Ultraschallwellen gelangen zu dem Probenkörper. In Abhängigkeit von der Beschaffenheit und der Dicke des Probenkörpers gelangen wesentliche Beträge der Ultraschallwellen durch den Probenkörper. Der größte Teil der innerhalb der halbkugelförmigen Kammer gebildeten Ultraschallenergie gelangt didrekt auf die obere Oberfläche des Probenkörpers. Der meiste Teil der restlichen Energie wird nach abwärts in Richtung auf die obere Oberfläche des Testkörpers durch die halbkugelförmige Kammer reflektiert. Die Ultraschallenergie bewirkt Oberflächenwellen 68, welche an der oberen Oberfläche des Probenkörpers 60 sich ausbilden. Diese Oberflächenwellen sind in der Figur 4 in Form von Pfeilen und kurzen Bögen dargestellt.

Mit 62 ist eine gewöhnliche Laserquelle in Standardausfük· ung vom Dauerstrichtyp dargestellt. Diese Laserquelle ist oberhalb des Probenkörpers 60 angeordnet und sie ist so ausgerichtet, daß ihr Strahl etwa mit 90° auf die Ebene der oberen Oberfläche des Probenkörpers gerichtet ist. Ein Strahlenspalter 64 ist zwischen der Laserqiielle 62 und der oberen

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Oberfläche des Probenkörpers 60 angeordnet. Der Strahlenspalter 64 ist etwa unter einem Winkel von 45 zur Achse des Laserstrahles angeordnet. Ein Fotodiodendetektor 66 ist in Zusammenwirkung mit dem Strahlenspalter 64 vorgesehen und bildet mit der Ebene des Strahlenspalters einen Winkel von etwa 45 . Die Laserquelle 62 richtet ihren Laserstrahl 70 nach unten durch den Strahlenspalter 64 auf die obere Oberfläche des Probenkörpers 60. Dieser Strahl wird auf die untere Oberfläche des Strahlenspalters zurückreflektiert und der Strahlenspalter richtet den reflektierten Laserstrahl 72 auf den Fotodiodendetektor 66. Die Oberflächenwellen 68 in der oberen Fläche des Probenkörpers 60 verändern den Laserstrahl 70 derart, daß der reflektierte Strahl bewirkt, daß der Fotodiodendetektor 66 ein wahrnehmbares Signal entwickelt, das eine gewünschte Information bezüglich dieser Oberflächenwellen vorsieht.

Die Laserquelle 62 und der Fotodiodendetektor 66 sind deshalb erwünscht, weil sie den Probenkörper 60 nicht berühren. Es kann jedoch auch ein beliebiger anderer Detektor die Oberflächenwellen aufnehmen, ohne daß er den Probenkörper 10 berührt bzw. an diesen angreift. Falls erwünscht, kann ein Detektor vom Kristalltyp verwendet werden. Hierbei ist jedoch zu beachten, daß die Dämpfung, welche dieser Detektor vom Kristalltyp erzeugt, minimal gehalten wird. Dieser Detektor vom Kristalltyp ist mit einem flächigen Material versehen, beispielsweise Gummi, das zur Scheinwiderstandsanpassung dient. .

Es sei darauf hingewiesen, daß der Träger 10 den Probenkörper 60 nicht zu berühren braucht. Daher kann der Funkentyp-Wandler, welcher bei der Erfindung zur Anwendung kommt, auch bei kleinen kompliziert aufgebauten, mit unregelmäßigen Oberflächen versehenen

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und zerbrechlichen Probenkörpern verwendet werden. Er kann auch in Verbindung mit solchen Probenkörpern verwendet werden, bei denen ein Zutritt zu beiden Seiten des Probenkörpers nicht durchführbar ist. Zwischen dem Träger 10 und dem Probenkörper wird ein Kupplungsmedium, beispielsweise eine Flüssigkeit oder eine Paste nicht benötigt. Demzufolge kann der Funkenentladungs-Wandler gemäß der Erfindung bei Probenkörpern verwendet werden, bei denen eine Flüssigkeit oder eine Paste als Kupplungsmedium nicht verwendet werden kann oder nicht verwendet werden sollte.

In der Figur 5 ist mit 76 ein Detektor für Ultraschallenergie bezeichnet. Dieser Detektor kann eine herkömmliche Standardausführung sein. Ein Probenkörper 74 ist zwischen dem Träger 10, der vom gleichen Typ ist wie in den Figuren 1 und 2, und dem Detektor angeordnet. Die Ultraschallenergie, welche mittels Funkenentladungen innerhalb der Kammer des Trägers 10 gebildet wird, wird auf den Probenkörper 74 gerichtet und gelangt durch den Probenkörper hindurch und prallt auf den Aufnahmeteil des Detektors 76 auf. Der Detektor ist so ausgebildet, daß er Änderungen, welche das Material oder die Spannungen im Probenkörper 74 im Strahl der Ultraschallenergie durchführen, wahrnehmen kann. Er kann somit vorteilhafte Informationen bezüglich des Materials oder der Spannungen, welche in dem Probenkörper vorhanden sind, liefern.

Obgleich es erwünscht ist,. zugespitzte Elektroden für die Erzeugung der Funkenstrecke zu verwenden, ist es möglich eine Elektrode zu verwenden und eine benachbarte leitende Fläche, welche die Funkenstrecke definiert. Wenn der Probenkörper aus Metall besteht, ist es möglich, den Probenkörper als leitfähige Fläche zu verwenden und die Elektrode neben dieser zu befestigen. Die Funkenstrecke

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wird dann zwischen dieser Elektrode und diesem Probenkörper ausgebildet. In allen Anwendungsfällen werden die resultierenden Ultraschallwellen bevorzugter als auf einer breiten Fläche an einem Punkt erzeugt. Somit wird, wie es erwünscht ist, ein schmaler Strahl im Ultraschallenergiebereich vorgesehen.

Es können verschiedene Arten von Impulsgeneratoren verwendet werden. Außerdem können Impulse mit verschiedenen Längen und verschiedener Gestaltung zur Erzeugung von Ultraschallimpulsen mit verschiedenem Frequenzgehalt zur Anwendung kommen. Die Sjäbe 24 und 26 können von Trägern mit unterschiedlichen Gestaltungen und aus unterschiedlichen Materialien gehalten werden. Zur Erzeugung von speziellen Impulscharakteristiken kann eine unterschiedliche Anzahl von Stäben verwendet werden. Es können nicht nur Ultraschallwellen erzeugt werden, sondern auch Wirbelströme können in metallischen Probenkörpern hervorgerufen werden. Auch können Ladungsfelder in der Luft oder in nicht leitenden Pröbenkörpern erzeugt werden. Hierbei werden Spannungsgradienten vorgesehen, welche bei einigen Untersuchungsverfahren wertvoll sind.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Untersuchung einer Probe unter Vermeidung einer Zerstörung der Probe, dadurch gekennzeichnet, daß eine Folge von Funkenentladungen irider Nähe der Probe erzeugt werden, welche mit der Probe zusammenwirken, so daß ein Energiestrahl gebildet wird, der durch die Probe hindurchtritt und daß die Auswirkung der Wechselwirkung zwischen dem Energiestrahl und der Probe erfaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folge von Funkenentladungen im Ultraschallfrequenzbereich erzeugt wird, so daß der Energiestrahl im Ultraschallenergiebereich liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswirkung, welche sich aus der Wechselwirkung zwischen dem Energiestrahl und der Probe ergibt, dann erfaßt wird, wenn der Energiestrahl, durch die Probe hindurchgetreten ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselwirkung des Energiestrahles mit der Probe auf der Oberfläche der Probe, welche in der Nähe der Funkenentladungen angeordnet ist, in Erscheinung tritt und daß durch Überwachung dieser Oberfläche die Auswirkung dieser Wechselwirkung bestimmt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe rit einem Gas umgeben wird, wobei

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dieses Gas den Energiestrahl direkt auf die Probe überträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisationsprodukte, welche durch die Funkenentladungen erzeugt werden, mittels eines Gasstromes beseitigt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenentladungen mittels Impulsen im Nanosekundenbereich erzeugt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenentladungen so bemessen werden, daß ihre Längen in der Größenordnung von Bruchteilen von einem Zentimeter bzw. einem Zoll liegen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenentladungen so bemessen sind, daß sie in der Größenordnung von Bruchteilen von Zentimeter bzw. Zoll liegen und daß die Funken durch Impulse im Nanosekundenbereich gebildet werden.

10. Vorrichtung zur Untersuchung einer Probe unter Vermeidung einer Zerstörung der Probe, dadurch gekennzeichnet, daß eine Funkenstrecke vorgesehen ist, an welche eine Hoehspannungsquelle gelegt ist, so daß eine Folge von Funken in der Funkenstrecke entsteht und daß die Funkenstrecke bezüglich der Probe so angeordnet ist, daß die Folge der Funkenentladungen einen Energiestrahl auf die Probe richten, der mit der Probe in Wechselwirkung tritt.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungsquelle so ausgebildet ist, daß die Folge der Funkenentladungen eine hohe Frequenz aufweist, wobei die Energie des Strahles im Ultraschallbereich liegt.

-12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, welche die Funkenstrecke bilden, wenigstens einen Leiter aus einem gegenüber Funken widerstandsfähigen Material enthalten und außerdem einen Träger (10) aus dielektrischem Material für diesen Leiter.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, welche die Funkenstrecke bilden, mehrere elektrische Leiter aus gegenüber Funken widerstandsfälligem Material enthalten sowie einen Träger (LO)aiis dielektrischem Material, der die Leiter in einem bestimmten Abstand voneinander hält.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (10) aus dielektrischem Material eine Kammer (16) aufweist, in welche Teile u^r-r elektrischen Leiter ragen und so die Funkenstrecke bilden.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (16) halbkugelförmig ausgebildet ist und in Richtung auf den Probenkörper (60) hin geöffnet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiter mit konisch zulaufenden Spitzen versehen sind und gegenüber dem Probenkörper (60) so geneigt sind, daß sie den Lichtbogen dicht am Probenkörper (60) erzeugen.

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17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Träger (10) zur Kammer (16) ein Kanal (19) für ein Reinigungsgas sich erstreckt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungsquelle kurze Impulse im Nanosekundenbereich liefert.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungsquelle Impulse mit Ultraschallfrequenz liefert, wobei der Energiestrahl eine Frequenz im Ultraschallbereich aufweist und daß die Impulse hochfrequente Impulse sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenkörper (60) von einem Gas umgeben ist, wobei dieses Gas auch in der Kammer (16), welche nahe dem Probenkörper (60) angeordnet ist, vorhanden ist und daß das Gas den Energiestrahl im Ultraschallbereich, der von den Funkenentladungen erzeugt wird, zum Probenkörper (60) hin weiterleitet.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (10) aus dielektrischem Material durchsichtig ausgebildet ist und die in die Kammer (16) ragenden Teile der elektrischen Leiter als Spitzen ausgebildet sind, wobei diese Spitzen in der Größenordnung von Bruchteilen eines Zentimeters bzw. eines Zolls im Abstand voneinander gehalten sind.

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