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Erste komplexwertige Hydrophonkalibrierung im Kundenauftrag

26.09.2007

Im Vorgriff auf die demnächst erscheinende Norm IEC 62127-1 wurde von einem großen europäischen Hersteller für medizinische Ultraschalldiagnostikgeräte die komplexwertige Kalibrierung eines seiner im internen Prüflabor eingesetzten Hydrophone angefordert und von der PTB erfolgreich durchgeführt.

Die korrekte Messung der breitbandigen, durch nichtlineare Schallausbreitung aufgesteilten Impulse diagnostischer Ultraschallgeräte erfordert sehr breitbandig arbeitende Hydrophone. Im allgemeinen sind die eingesetzten Hydrophone aber nicht ideal, d. h. die Übertragungsfunktionen schwanken im Bereich der relevanten Frequenzen. Die neue, demnächst in Kraft tretende internationale Norm „IEC 62127 1, Ultraschall – Hydrophone – Teil 1: Messung und Charakterisierung von medizinischen Ultraschallfeldern bis zu 40 MHz bei Verwendung von Hydrophonen“ sieht daher für diese Fälle die Anwendung der Impulsentfaltungsmethode vor [1]. Dazu wird neben dem klassisch verwendeten Amplitudenfrequenzgang aber auch der zugehörige Phasengang des eingesetzten Hydrophons benötigt. Die AG Ultraschall der PTB hat daher seit einigen Jahren intensiv an der diesbezüglichen Erweiterung der Hydrophonkalibrierverfahren gearbeitet und nimmt hier weltweit die Spitzenposition ein [2-5]. So gibt es bislang leider auch noch keine Möglichkeit des Vergleichs mit unabhängigen Ergebnissen anderer Kalibrierlaboratorien oder Metrologieinstitute. Im Vorgriff auf die neue Norm wurde nun zum ersten Mal von einem Anwender, einem großen europäischen Hersteller für medizinische Ultraschalldiagnostikgeräte, die komplexwertige Kalibrierung (1 MHz - 50 MHz) eines seiner im internen Prüflabor zur Exposimetrie [6] eingesetzten Hydrophone angefordert und von der PTB erfolgreich durchgeführt.

[1] V. Wilkens and C. Koch: “Improvement of hydrophone measurements on diagnostic ultrasound machines using broadband complex-valued calibration data,“ in Journal of Physics: Conference Series 1, Advanced Metrology for Ultrasound in Medicine, 27–28 April 2004, NPL, UK, IoP Publishing, pp. 50-55.

[2] C. Koch, “Amplitude and phase calibration of hydrophones by heterodyne and time-gated time-delay spectrometry,“ IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect., Freq. Contr., vol. 50, pp. 344-348, 2003.

[3] V. Wilkens, “Characterization of an optical multilayer hydrophone with constant frequency response in the range from 1 to 75 MHz,“ J. Acoust. Soc. Am., vol. 113, no. 3, pp. 1431-1438, 2003.

[4] V. Wilkens and C. Koch, “Amplitude and phase calibration of hydrophones up to 70 MHz using broadband pulse excitation and an optical reference hydrophone,“ J. Acoust. Soc. Am., vol. 115, no. 6, pp. 2892-2903, 2004.

[5] V. Wilkens and W. Molkenstruck, “Broadband PVDF Membrane Hydrophone for Comparisons of Hydrophone Calibration Methods up to 140 MHz,“ IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, vol. 54, no. 9, September 2007, (2007) 1784-1791.

[6] V. Wilkens: “Megapascal und Milliwatt - Ultraschallexposimetrie im Dienste der Patientensicherheit,“ PTB-Mitteilungen, vol. 117, no. 1, pp. 31-34, 2007.

Ansprechpartner:

Dr. V. Wilkens, FB 1.6, AG 1.62, Email: Volker.Wilkens@ptb.de