Logo PTB

Ultraschall

Arbeitsgruppe 1.62

Ultraschall-Leistungsmessung

Die von einem Ultraschallwandler im Zeitmittel insgesamt abgestrahlte akustische Leistung ist eine wesentliche und sicherheitsrelevante Kenngröße, deren Angabe im Fall medizinischer Ultraschallgeräte z. B. von IEC 61157 (Diagnostikgeräte) und IEC 61689 (Therapiegeräte) gefordert wird. Die Messmethode der Wahl ist nach IEC 61161 die Schallstrahlungskraftmethode.
Die Schallstrahlungskraft ist die im Zeitmittel vorhandene Kraft, die vom Feld auf ein Hindernis ("Target") ausgeübt wird. Zum Zwecke der Messung wird das Ultraschallbündel auf ein geeignet gewähltes Target mit klar definierten akustischen Eigenschaften und hinreichend großer Querschnittsfläche gerichtet und der Zeitmittelwert der wirkenden Kraft gemessen. Aus der Schallstrahlungskraft wird die Ultraschallleistung mit Hilfe theoretischer Ausdrücke berechnet.

Die in IEC 61161 beschriebene Messanordnung ist die Schallstrahlungskraft-Waage in verschiedenen Ausführungen. Die empfindlichste ist die so genannte Anordnung A, bei der das Target über einen dünnen Draht, der durch die Oberfläche der schallführenden Flüssigkeit tritt, an einer Mikro- oder Halbmikrowaage hängt, die die Schallstrahlungskraft misst. Daneben gibt es andere Waagenanordnungen, die sich insbesondere für den höheren Leistungsbereich eignen. Mehrere dieser Anordnungen sind in der Arbeitsgruppe 1.62 realisiert. Mit ihnen werden Messungen der Ultraschallleistung in Wasser durchgeführt, und zwar sowohl unmittelbar an medizinischen Ultraschallgeräten als auch an Referenzwandlern, die an Interessenten ausgeliehen werden und so der Weitergabe der Einheit der Ultraschallleistung dienen.

Die Arbeitsgruppe hat wesentliche Beiträge zur Entwicklung der beschriebenen Messverfahren geliefert. Die erwähnte Norm IEC 61161 wurde hier entworfen. Die Arbeitsgruppe hat erfolgreich an drei internationalen Ringvergleichen der Ultraschallleistungsmessung teilgenommen und den weltweiten CIPM-Ringvergleich zur Ultraschallleistungsmessung geleitet.

Ein theoretisches Verständnis der Schallstrahlungskraft ist nicht nur für die erwähnte Umrechnungsbeziehung praktisch wichtig, sondern auch von allgemeinem physikalischen Interesse. Während früher die Schallstrahlungskraft auf den sog. Schallstrahlungsdruck zurückgeführt wurde, hat die modernere Literatur (oder zumindest ein Teil von ihr) das Konzept des Schallstrahlungs-Spannungstensors entwickelt. Die Arbeitsgruppe hat zu dieser Entwicklung maßgebend beigetragen (siehe Literaturverzeichnis).

Nach oben