PHY05 Spektrale Untersuchungen

Ein zeitveränderliches Signal wie das Signal eines Amplitudenscans (A-Scan) lässt sich mittels einer Fouriertransformation (FFT – Fast Fourier Transformation) in seine Frequenzkomponenten zerlegen. Mit diesem Spektrum können kleine periodische Strukturen sichtbar gemacht und Eigenschaften wie Schichtdicken und Streuabstände abgeleitet werden. Während die Fouriertransformation eines Impulses nur dessen Grundmaximum liefert, zeigt das Frequenzspektrum einer periodischen Anregung (z. B. über die Echosignale einer Mehrfachreflexion) Maxima mit äquidistanten Abständen, aus denen sich die Periodendauer der Anregung (Laufzeit zwischen den Reflexen) ergibt. Durch eine Glättung des Frequenzspektrums mit Hilfe des Cepstrum-Verfahrens lässt sich der äquidistante Frequenzabstand als Maximum auf der Zeitachse des Cepstrums isolieren.

Die Bildschirmkopie der Messsoftware zeigt das A-Bild sich überlagernder Mehrfachreflexionen an zwei ca. 7,5 mm bzw. 10 mm dicken Acrylplatten. Während die ersten Echos an den Grenzflächen Vorlaufstrecke/Platte 1, Platte 1/Platte 2 und Platte 2/Luft noch deutlich erkennbar sind, ist im weiteren Verlauf des Amplitudensignals keine eindeutige Trennung einzelner Echos mehr möglich. Dieser Zustand spiegelt sich im FFT-Spektrum über das Signal wieder. Im Cepstrum können dagegen zwei Laufzeiten (erste Maxima) mit 5,75 µs und 7,2 µs bestimmt werden. Bei einer Schallgeschwindigkeit von etwa 2700 m/s ergeben sich Plattendicken von 7,8 mm und 9,8 mm.

Spektrum eines Einzelimpulses

Spektrum über mehrere Echoimpulse

Ceptrum des FFT-Spektrums

Bildschirmkopie mit AScan, FFT-Spektrum und Cepstrum