Titelaufnahme

Titel
Acoustic Response Analyzer
Weitere Titel
Acoustic response analyzer
VerfasserFröhling, Jakob
GutachterOberpertinger, Rudolf
Erschienen2016
Datum der AbgabeJuni 2016
SpracheDeutsch
DokumenttypBachelorarbeit
Schlagwörter (DE)Impulsanregung / Reflexion / Sinus-Sweep / Transmission
Schlagwörter (EN)pulse exciting / reflection / sine-sweep / transmission
Zugriffsbeschränkung
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der zerstörungsfreien Messung von

Materialeigenschaften mittels Schall. In einer Vorarbeit [FrJ 16] wurde ein Messgerät

entwickelt, welches Schallmuster mittels eines akustischen Aktuators in ein zu

untersuchendes Medium einprägt. An einer anderen Stelle wird die übertragene akustische

Antwort mit einem Sensor aufgenommen. Liegen Aktuator und Sensor auf der gleichen

Seite, spricht man von Reflexionsmessungen, befinden sie sich gegenüberliegend, spricht

man von Transmissionsmessungen. Die Untersuchung kann im Frequenzbereich oder im

Zeitbereich erfolgen. Um mit diesem Prototyp die Struktur bzw. den Härtegrad eines

Mediums zu bestimmen, muss dieses Gerät überarbeitet und verbessert werden.

Ein Anwendungsgebiet des Gerätes ist beispielsweise die Messung von verbauten

Holzbalken in alten Gebäuden (z.B. Stallungen), welche durch diese Untersuchung nicht

beschädigt werden. Mit der Messung soll festgestellt werden, in wie weit das Holz morsch

ist und ausgetauscht werden muss. Die Methode, in Holz verschiedene Schallmuster

einzuprägen, ist leicht reproduzierbar und vergleichbar.

Holzeigenschaften wie Feuchtegehalt, Härte der Holzsorte, Maserung, Maserungsverlauf

und Morschegrad, sowie Umgebungseigenschaften wie Temperatur und Luftfeuchte

beeinflussen das Schallübertragungsverhalten. Durch die entlang der Wellenausbreitung

variierende akustische Impedanz, also durch das akustische Reflexions- und

Transmissionsverhalten, sind Rückschlüsse auf die Beschaffenheit - den Morschegrad -

des zu untersuchenden Objektes möglich. Daher muss festgestellt werden, ob der

Morschegrad die Übertragungsfunktion wesentlich beeinflusst und eine Bestimmung der

Festigkeit des Holzes mit Hilfe dieser Messung getroffen werden kann.

Um die Messergebnisse zu bewerten, werden die reflektierten und transmittierten

Wellenanteile simuliert. Für die Simulation des Übertragungsverhaltens wird ein

mathematischer Ausdruck erstellt, mit dessen Hilfe ein Bildungsgesetz hergeleitet werden

kann. Die hergeleiteten Formeln werden in einem Mathematikprogramm zur Simulation

berechnet.

Letztlich wird gezeigt, dass es möglich ist, anhand der gemessenen

Schallübertragungskennlinie Unterschiede in der Holzstruktur festzustellen. Aufgrund der

auftretenden Resonanzfrequenzen und deren Amplitude kann im Vergleich mit

Referenzmodellen die Festigkeit von Holzbalken quantifiziert werden. Im Zuge dieser

Arbeit ist ein Prototyp des Messgerätes entstanden, welches für die Untersuchungen von

Holzbalken geeignet ist. Um mit diesen Messungen die Festigkeit von Holz zu bestimmen,

werden weitere Vergleichsmodelle und Referenzmessungen benötigt.

Zusammenfassung (Englisch)

This bachelor thesis concerns with the nondestructive measure of material properties with

acoustic patterns. An analyzer which impress acoustic models with an exciter in a medium

to analyze was developed in a preliminary study [FrJ 16]. On another position a sensor

measures the acoustic response. If the exciter and the sensor are on the same side of the

object it is a reflection measure, are those measuring units face to face positioned it is a

transmission measure. This analysis can occur in the frequency domain or in the time

domain. To diagnose the temper of a medium with this existing prototype it has to be

revised and improved.

An example for an application area for this analyzer can be a measure of wooden beams

which are obstructed in buildings. Those beams won’t become damaged and it is possible

to determine through this analysis, if the beams are rotten so they have to be replaced or

not. The way to implant acoustic patters in wood is easy comparable and reproducible.

There are many parameter like moisture content, wood vein and temperature which affect

the transmission behavior. Because of the varied impedance thus the reflection and

transmission behavior along the wave propagation, the rotten state of the wooden beams

will be determined. It has to be established if the rotten state influence the acoustic

transmission behavior more than the other parameters like expected, so that a

determination of the state of beams is possible.

To benchmark the measurement results the reflection and transmission wave part is

simulated. For this simulation of the response behavior a mathematic row is created.

Through this row a creation law can be derived. In a mathematics program the derived

formula is simulated.

At the end of the thesis it is clarified that it is possible to determine structure distinctions in

wood beams through the acoustic transmission characteristic. On the basis of the occurring

resonance frequencies and their amplitude by comparison with reference beam models it

is possible to quantify beams in their stability. The prototype to analyze wooden beams

which is built in the course of the thesis needs more reference samples and measurements

to work properly.