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Broadband Flaw Detection Transducers: Application to Acoustic Emission Pulse Shape and Spectrum Recording Based on Pulse Echo Response Spectrum Corrected for Beam Spreading

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Abstract:

It is shown that spectrum analysis of the first echo of a broadband pulser/transducer/receiver system implies that the transducer is actually radiating and receiving amplitude at an essentially constant level from its effective centre frequency down to very low frequencies. This result is demonstrated by correcting the apparent loop response loss for beam spreading at all the frequencies within the pass-band. Since the loss due to beam spreading is greater at lower frequencies, the low response toward zero frequency as observed on a spectrum analyzer is a geometrical error, not a fact of transducer efficiency. Because of its finite and constant efficiency over a broad frequency range starting near zero, the broadband flaw detection transducer can be used effectively to receive acoustic emission signals for subsequent spectrum analysis. For instance, a 10 MHz broadband transducer (with centre frequency somewhat below 10 MHz) would be ideal for feeding acoustic emission signals into a video tape recorder of 4 MHz bandwidth for subsequent analysis between 0 Hz and 4 MHz. In an experiment with simulated acoustic emission signals containing frequencies between 0 Hz and 300 kHz, a 5 MHz broadband flaw detection transducer was used successfully to feed the received signals into an electronic spectrum analyzer. It is recommended that broadband flaw detection transducers be used as receivers for experiments on the spectra of acoustic emission signals. Care must be taken to correct for case resonance modes and radial modes of the transducers if these are not adequately damped.

Zusammenfassung

Es wird gezeigt, daß die Spektralanalyse des ersten Echos eines breitbandigen, aus Impulsgeber, Wandler und Empfänger bestehenden Systems einen Wandler verlangt, dessen Abstrahl- und Empfangspegel von seiner effektiven Mittenfrequenz an bis hin zu sehr tiefen Frequenzen im wesentlichen konstant sind. Dieses Ergebnis wird veranschaulicht durch eine Korrektur des scheinbaren Schleifenantwort-Verlusts, die die Strahlaufweitung bei allen Frequenzen im Durchlaßbereich berücksichtigt. Da der Verlust aufgrund der Strahlaufweitung bei tiefen Frequenzen größer ist, handelt es sich bei der zu tiefen Frequenzen hin schwachen Antwort, wie man sie auf einem Spektrumanalysator beobachtet, um einen geometrischen Fehler und nicht um mangelnden Wandler-Wirkungsgrad. Wegen seines über einen weiten, nahe 0 Hz beginnenden Frequenzbereich konstanten Wirkungsgrades kann der breitbandige Prüfwandler wirkungsvoll eingesetzt werden zum Empfang von Signalen akustischer Emission mit dem Ziel einer nachfolgenden Spektralanalyse. Ein 10-MHz-Breitbandwandler (mit einer Mittenfrequenz etwas unterhalb 10 MHz) eignet sich z. B. ideal dazu, Signale akustischer Emission in ein Video-Magnetbandgerät mit einer Bandbreite von 4 MHz einzuspeisen. In einem Versuch mit simulierten Signalen akustischer Emission, die Frequenzanteile zwischen 0 Hz und 300 kHz enthielten, wurde ein 5-MHz-Breitband- wandler zur Signaleinspeisung in einen elektronischen Spektrumanalysator benutzt. Die Verwendung von breitbandigen Prüfwandlern als Empfänger bei Experimenten zur spektralen Verteilung von Signalen akustischer Emission wird empfohlen. Es sei aber darauf hingewiesen, daß für Gehäuseresonanzen und radiale Wandlerresonanzen Korrekturen angebracht werden müssen, sofern diese nicht angemessen bedämpft sind.

Sommaire

On montre que l'analyse spectrale du premier écho d'un système pulseur/transducteur/récepteur implique l'hypothèse que le transducteur fonctionne en émettant ou en recevant à amplitude constante depuis sa fréquence centrale effective jusqu'aux fréquences les plus basses.

La démonstration de ce résultat s'appuie sur la correction de la perte apparente de la boucle de réponse compte tenu de l'élargissement du faisceau à toutes les fréquences de la bande passante. Puisque la perte due à l'étalement du faisceau est plus grande aux basses fréquences, la réponse qu'on observe sur l'analyseur de spectre du côté des basses fréquences et jusqu'à la fréquence zéro est une erreur géométrique et non pas un effet dû au rendement du transducteur.

Du fait de son efficience constante et finie sur une large bande de fréquences commençant aux environs de zéro, le transducteur à large bande pour la détection des défauts peut être utilisé avec une bonne efficacité pour enregistrer les signaux acoustiques à l'émission en vue d'une analyse spectrale ultérieure. Un transducteur large bande de 10 MHz par exemple (dont la fréquence centrale se situe un peu en dessous de 10 MHz) serait idéal pour introduire des signaux d'émission acoustique dans un enregisteur du type magnétoscope de 4 MHz de largeur de bande en vue d'une analyse subséquente entre 0 et 4 MHz. Dans une expérience avec des signaux d'émission acoustique simulée contenant des fréquences entre 0 et 300 kHz, on a utilisé avec succès un transducteur large bande de 5 MHz pour introduire les signaux reçus dans un analyseur électronique. L'usage de ces tranducteurs comme récepteurs se recommande également pour des expériences sur les spectres. Mais il faut prendre soin d'effecteur les corrections nécessitées par les modes de résonnance du boîtier et des modes radiaux du transducteur au cas où ces derniers n'auraient pas été éliminés au préalable.

Document Type: Research Article

Publication date: November 1, 1980

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