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Ein Verfahren zur Konstruktion anwendungsoptimierter Ultraschallsensoren auf der Basis von Schallkanälen

  • Kartonierter Einband
  • 156 Seiten
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Beschreibung

Klappentext

Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut fur Produktionstechnik und Automatisierung (IP A), Stuttgart. Herrn Prof. Dr.-Ing. mult. H.-I. Warnecke danke ich fur seme wohlwollende Unterstützung und Förderung, welche die Durchfuhrung meiner Arbeit ermöglichte. Herrn Prof. Dr.-Ing. Ph. Hartl danke ich fur die Übernahme des Korreferats und die eingehende Durchsicht und Diskussion des Manuskripts. Herrn Prof. Dr.-Ing. K.-H. Westhaus danke ich fur die Durchsicht und seine Anregungen zum Manuskript. Besonderen Dank möchte ich Herrn Prof. Dipl.-Ing. U. Ahrens fur die vielen fachlichen Diskussionen zum Thema sagen. Von den Kollegen des Instituts, die mich bei der Durchfuhrung dieser Arbeit unterstützt haben, möchte ich besonders Herrn Prof. Dr.-Ing. R. D. Schraft, Herrn Dr.-Ing. M. Schweizer, Herrn Dr.-Ing. S. Forster und Herrn Dipl.-Ing. A. Merklinger erwähnen. Frau L. Schuhmacher, welche mich bei der Manuskripterstellung und dem Layout in hilfreicher Weise unterstützt hat, gilt mein besonderer Dank. Die technische Seite der Arbeit mit vielen Versuchsdurchfuhrungen und Diskussionen haben insbesonders Herr Dipl.-Ing. O. Haag und Herr N. Vasiliadis unterstützt. Sie hatten besonderen Anteil am praktischen Erfolg des vorgeschlagenen Konzepts.



Inhalt

1 Einleitung.- 1.1 Problemstellung.- 1.2 Zielsetzung.- 1.3 Vorgehensweise.- 2 Ausgangslage.- 2.1 Begriffe und Definitionen.- 2.1.1 Begriffe zur Ultraschall-Akustik.- 2.1.2 Begriffe zur Ultraschall-Gerätetechnik.- 2.2 Anwendungsgebiete der Ultraschalltechnik.- 2.2.1 Allgemeine Anwendungsbereiche der Ultraschalltechnik.- 2.2.2 Anwendung von Luftultraschallsensoren in der Automatisierungstechnik.- 2.3 Übersicht der Meßaufgaben und Randbedingungen fur Sensoren.- 2.4 Stand der Technik.- 2.5 Stand der Forschung.- 3 Anforderungen an Schallköpfe für Ultraschallsensoren.- 3.1 Allgemeine Anforderungen an den Ultraschallsensor.- 3.2 Spezifische Anforderungen an die Schallköpfe.- 3.3 Abschätzung der erreichbaren Leistungseigenschaften.- 3.3.1 Näherungsformeln für Kolbenstrahler und Punktstrahlergruppen.- 3.3.2 Eindimensionale Fourier-Akustik für Linienstrahler.- 3.3.3 Erfassung flächiger Strahler durch Dimensionsreduktion.- 3.3.4 Ergebnisse der Abschätzung.- 3.4 Konkretisierung der Anforderungen für vier Typenklassen von Schallköpfen.- 3.4.1 Anforderungen an einen F-Schallkopf..- 3.4.2 Anforderungen an einen W-Schallkopf.- 3.4.3 Anforderungen an einen N-Schallkopf.- 3.4.4 Anforderungen an einen Gruppenstrahler-Schallkopf.- 3.5 Anforderungen an das Schallkopf-Konstruktionsverfahren.- 4 Analyse der Lösungsmöglichkeiten zur Konstruktion von Ultraschallköpfen.- 4.1 Zerlegung in funktionale Komponenten.- 4.2 Analyse der Lösungsmöglichkeiten für die funktionalen Komponenten eines Schallkopfes.- 4.2.1 Elektroakustische Wandler.- 4.2.2 Schallformung durch Wandlergestaltung.- 4.2.3 Schallformung durch akustische Linsen und Beugungsgitter.- 4.2.4 Schallformung durch Reflektoren.- 4.2.5 Schallformung durch Wellenleiter und Kanäle.- 4.2.6 Schallformung durch Gruppenstrahler.- 4.3 Bewertung und Auswahl von Lösungsvarianten für die akustischen Komponenten.- 4.4 Konstruktion von Schallkanälen.- 4.4.1 Entwurf von Schallkanälen mit Konstruktionselementen.- 4.4.2 Konstruktive Auslegung von ausgewählten achsensymmetrischen Schallkanal-Varianten.- 4.4.3 Akustische Konstruktionselemente für nicht-achsensymmetrische Konstruktionen.- 4.5 Fragenkatalog zur Konstruktion akustischer Ultraschallelemente.- 5 Experimentell gestützter Entwurf von Schallkanälen.- 5.1 Vorgehensweise unter Einsatz der Simulationstechnik und der Meßtechnik an Labormustern.- 5.1.1 Vorteile der Simulationstechnik.- 5.1.2 Vorteile von Funktionsmusterbau und Meßtechnik.- 5.2 Meßtechnische Erfassung der Kenngrößen zur Analyse und Bewertung von Schallköpfen.- 5.2.1 Ansteuerung der Ultraschallwandler.- 5.2.2 Vermessung der erzeugten Ultraschallfelder.- 5.2.3 Graphische Darstellung der Meßergebnisse.- 5.2.3 Regeln für die Durchführung von akustischen Messungen.- 5.3 Verfahren zur Herstellung von Versuchsmustern.- 5.4 Verfahren zur Simulation der Ultraschallabstrahlung (BEM und FEM).- 5.4.1 Überblick der theoretischen Grundlagen der verwendeten Boundary-Element-Methode.- 5.4.2 Regeln für die Verwendung der Simulationsverfahren.- 5.4.3 Numerische Besonderheiten.- 5.4.4 Modalanalyse (Finite Element Methode, FEM).- 5.4.5 Zusammenfassung der simulationstechnischen Aspekte.- 5.5 Zusammenfassung der vorgeschlagenen empirisch/heuristischen Methodik.- 5.5.1 Vorgehensweise für achsensymmetrische Schallkanäle.- 5.5.2 Vorgehensweise für nicht-achsensymmetrische Schallkanäle.- 6 Untersuchungen zum anwendungsspezifischen Entwurf von Schallköpfen.- 6.1 Meßtechnische Ermittlung der Ausgangsparameter.- 6.1.1 Der mechanische Schwingungszustand des Wandlers.- 6.1.2 Reflexionseigenschaften von Meßobjekten für Ultraschallsignale.- 6.2 Regelkatalog für achsensymmetrische Schallkanal-Konstruktionen.- 6.2.1 Ultraschall-Wandler (Piezobauform).- 6.2.2 Druckkammer.- 6.2.3 Blende.- 6.2.4 Trichter.- 6.2.5 Apertur.- 6.3 Nicht-achsensymmetrische Schallkanäle.- 6.3.1 Wandler.- 6.3.2 Druckkammer.- 6.3.3 Blende.- 6.3.4 Trichter.- 6.3.5 Apertur und Frontfläche.- 6.4 Übersicht der erfaßten Effekte.- 7 Erprobung anhand von Fallbeispielen.- 7.1 W-Schallkopf.- 7.2 F-Schallkopf.- 7.3 N-Schallkopf.- 7.4 Gruppenstrahler- Schallkopf..- 7.5 Vergleichende Bewertung.- 8 Zusammenfassung und Ausblick.- 9 Literaturverzeichnis.

Produktinformationen

Titel: Ein Verfahren zur Konstruktion anwendungsoptimierter Ultraschallsensoren auf der Basis von Schallkanälen
Autor:
EAN: 9783540573760
ISBN: 978-3-540-57376-0
Format: Kartonierter Einband
Herausgeber: Springer Berlin Heidelberg
Genre: Allgemeines & Lexika
Anzahl Seiten: 156
Gewicht: 246g
Größe: H210mm x B146mm x T10mm
Jahr: 1993

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