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Ultraschall

Arbeitsgruppe 1.62

Kalibrierung von Ultraschallwandlern für Flüssigkeiten

Hydrophone

Ein Hydrophon stellt einen akusto-elektrischen Wandler dar. Dieser wandelt den auf ihn einwirkenden Schallwechseldruck in eine proportionale Wechselspannung um. Der Empfangs-Übertragungsfaktor M = Uo / p muss durch Kalibrierung der Anordnung bestimmt werden. Dabei können sowohl Amplitude als auch Phase einbezogen werden.

Sendewandler

Zur Erzeugung definierter Schallfelder werden kalibrierte Ultraschall- (Sende-) Wandler benötigt. Diese Wandler erzeugen ein Schallfeld, in dem der Schalldruck in einem definierten Punkt des Schallfeldes dem Speisestrom proportional ist. Der Sende-Übertragungsfaktor S = po / I muss ebenfalls durch Kalibrierung festgestellt werden. Benötigt werden solche Wandler zum Beispiel für die Überprüfung oder die Kalibrierung von Hydrophonen und anderen Druckempfängern.

Verfahren

Primäre Kalibrierverfahren

Die primären Kalibrierverfahren, wie Reziprozitätskalibrierung oder die Laserinterferometrie arbeiten nach verschiedenen Prinzipien. Man benötigt eine geeignete Schallquelle und die für das jeweilige Verfahren speziell notwendigen Geräte. Im Ultraschallbereich wird von den nationalen Instituten zumeist das Zweiwandler-Reziprozitäts-Verfahren oder die Laserinterferometrie bei der Kalibrierung diskreter Frequenzpunkte eingesetzt. Eine frequenzkontinuierliche Kalibrierung erhält man mit der Zweiwandler-Time-Delay-Spectrometry [TDS]-Reziprozitäts-Methode. Weitere (quasi-) kontinuierliche Kalibriermöglichkeiten bieten die Stoßkalibrierung und die Reziprozitätskalibrierung mit Maximalfolgen.

Substitutions-Kalibrierverfahren

Bei den Sekundär- oder Substitutions-Kalibrierverfahren benötigt man ein kalibriertes Hydrophon (allgemein: Wandler), also ein Bezugsnormal. Dabei wird dann der zu kalibrierende Wandler mit dem Bezugsnormal verglichen. Das Time-Delay-Spectrometry [TDS]-Verfahren ist für frequenzkontinuierliche Kalibrierungen sehr gut geeignet. Ein alternatives Verfahren nutzt breitbandige, durch nichtlineare Schallausbreitung aufgesteilte, kurze Impulse zur Bestimmung von komplexen Hydrophonübertragungsfunktionen.

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