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Ultraschall

Arbeitsgruppe 1.62

Hydrophone

Hydrophone werden in allen Bereichen der Ultraschallmesstechnik zur Messung von Schalldruck und Druckverlauf eingesetzt. Besonders die Kontrolle der aktuellen akustischen Daten von medizinischen Ultraschallgeräten hat durch die Verabschiedung der Messvorschrift IEC 61157 und deren Anwendung als nationale Norm erheblich an Bedeutung zugenommen. Ein Hydrophon stellt einen akusto-elektrischen Wandler dar. Dieser wandelt den auf das Hydrophon einwirkenden Schallwechseldruck in eine proportionale Wechselspannung um. Der Empfangsübertragungsfaktor  M = Uo / p muss durch Kalibrierung der Anordnung bestimmt werden. Als akusto-elektrischer Wandler kommen hauptsächlich Piezomaterialien, aber auch Verfahren, die andere physikalische Effekte ausnutzen, in Frage. Im Wesentlichen werden zwei, in ihrem Aufbau sehr unterschiedliche, Hydrophontypen benutzt. Als klassischer Typ gilt das Nadelhydrophon. In der Vergangenheit mit einem Wandlerelement aus Piezokeramik, wird es, wegen der besseren Eigenschaften, heute weitgehend mit Piezofolie bestückt (PVDF und Co-Polymerisate). Auf eine "Nadelspitze" wird ein piezo-elektrisches Material (Keramik oder Folie) aufgeklebt. Die Nadel (Dämpfungskörper) wird dabei häufig auch als Elektrodenzuleitung benutzt. Die einfallende Schallwelle soll durch den Dämpfungskörper soweit bedämpft werden, dass die Rückwirkung durch Reflexion an seiner Rückseite auf das Piezomaterial vernachlässigt werden kann. Ein alternativer Aufbau für ein Hydrophon wurde durch Piezofolien ermöglicht: Das Membranhydrophon. Hierbei wird die Piezofolie über einen Rahmen gespannt, wobei nur der für den Schallempfang vorgesehene Bereich polarisiert und mit Elektroden versehen ist. Diese Konstruktion ergibt einen Hydrophontyp, der bei niedrigen Frequenzen dem "idealen" Hydrophon schon sehr nahe kommt. Bei diesen Frequenzen ist die dünne Folie (25 µm) für Schallwellen nahezu transparent. Handelsübliche Hydrophondurchmesser (sensitiver Bereich) liegen zwischen 1 mm und 0,075 mm bei Foliendicken zwischen 25 µm und 9 µm. Der nutzbare Frequenzbereich ergibt sich aus dem Aufbau und der Foliendicke.

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