Verbesserte Hydrophonkalibrierung
Neuartiger Messplatz erlaubt umfangreichere Kalibrierungen
Bei der Kalibrierung von Hydrophonen wird aus dem Verhältnis der elektrischen Ausgangsspannung des zu kalibrierenden Hydrophons zum tatsächlichen Ultraschalldruck die Hydrophonempfindlichkeit bestimmt und als Funktion der Frequenz im Kalibrierschein weitergegeben.
Im neuen Messplatz der PTB misst ein Hochfrequenzvibrometer auf optischem Wege die durch die Ultraschallwelle verursachte Auslenkung einer auf der Wasseroberfläche befindlichen dünnen Folie. Aus dieser Messung wird der Ultraschalldruck ermittelt. Für die Kalibrierung werden nun kurze Anregungsimpulse großer Amplitude anstelle von längeren monofrequenten oder durchgestimmten Schallwellen verwendet. Da die erzeugten Impulse unter Ausnutzung der nichtlinearen Ausbreitung in Wasser ein breites Frequenzspektrum aufweisen, lassen sich damit Hydrophone in einem Frequenzbereich von 1 MHz bis 100 MHz charakterisieren. Der Messplatz ist weitgehend automatisiert, sodass die Kalibrierungen schneller durchgeführt werden können.
Die Impulsanregung erlaubt darüber hinaus die einfache Ermittlung des Phasengangs des Hydrophons. Diese Information ist besonders dann erforderlich, wenn Verfahren der Impulsentfaltung angewendet werden, um normgerecht Ultraschallwellenformen möglichst objektiv zu rekonstruieren. Das Verfahren ist zudem für Sensoren geeignet, die in hochintensiven Ultraschallfeldern zum Einsatz kommen und oftmals weniger empfindlich sind als konventionelle Hydrophone.
Ansprechpartner
Volker Wilkens
Fachbereich 1.6
Schall
Telefon: (0531) 592-1423
volker.wilkens(at)ptb.de
Wissenschaftliche Veröffentlichung
M. Weber, V. Wilkens: Using a heterodyne vibrometer in combination with pulse excitation for primary calibration of ultrasonic hydrophones in amplitude and phase. Metrologia 54, 432–444 (2017)