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Into the Future with Metrology - The Challenges of Medical Technology

Erweiterung des Dienstleistungsangebots für die Kalibrierung von Ultraschall-Hydrophonen

24.06.2021

Der Aufbau eines neuen Messplatzes zur Hydrophonkalibrierung wurde durch einen umfangreichen Vergleich mit weiteren an der PTB verfügbaren Messplätzen abgeschlossen. Nach Publikation der Ergebnisse und einem internen Audit können nun Hydrophonkalibrierungen bis 100 MHz als Dienstleistung angeboten werden. Erstmals werden auch Resultate von primären Kalibrierungen für Kunden zur Verfügung gestellt.

Der Aufbau eines neuen Messplatzes zur Hydrophonkalibrierung wurde durch einen umfangreichen Vergleich mit weiteren an der PTB verfügbaren Messplätzen abgeschlossen. Nach Publikation der Ergebnisse und einem internen Audit können nun Hydrophonkalibrierungen bis 100 MHz als Dienstleistung angeboten werden. Erstmals werden auch Resultate von primären Kalibrierungen für Kunden zur Verfügung gestellt.

In den vergangenen Jahren wurde im Fachbereich „Schall“ ein neuer Messplatz zur primären Hydrophonkalibrierung aufgebaut. Dieser verwendet ein Laservibrometer zur Bestimmung des Ultraschallwechseldrucks auf optischem Wege. Durch den Einsatz eines breitbandigen impulsförmigen Ultraschallsignals zur Anregung kann nun ein Frequenzbereich bis 100 MHz abgedeckt werden. Mit früheren Messplätzen konnten Kalibrierungen bis maximal 50 MHz als Dienstleistung angeboten werden. Das neue Verfahren liefert standardmäßig Amplituden- und Phasenwerte der Hydrophonempfindlichkeit (bzw. Real- und Imaginärteil bei Darstellung als komplexe Größe) mit einer Frequenzauflösung von 0,1 MHz. Die bisher gegebenenfalls erforderliche gesonderte Beauftragung einer Phasenkalibrierung entfällt damit. Ein weiterer Vorteil für PTB Kunden besteht in der Verminderung der Kalibrierunsicherheiten, da die neue Methode ein primäres Verfahren ist und eine Vergrößerung der Unsicherheit durch Transferstandards für sekundäre Verfahren entfällt. 

 

 

 Abbildung 1: Übersichtsaufnahme des neuen Messplatzes. Der Wassertank mit dem Ultraschallwandler im Boden befindet sich unterhalb des Laservibrometers (blaues Gehäuse).

 

Die PTB verfügt über mehrere Messplätze an denen unterschiedliche Methoden für die Kalibrierung und Charakterisierung von Hydrophonen eingesetzt werden. Alle Messplätze wurden nun detailliert miteinander verglichen [1] und es konnten dabei unter Berücksichtigung der Unsicherheiten konsistente Ergebnisse mit allen Methoden erzielt werden. Auch konnte auf diese Weise eine Anbindung der neuen Methoden an den letzten internationalen Ringvergleich für Hydrophonkalibrierungen [2] erreicht werden, an dem die PTB noch mit dem vormaligen Primärnormal teilgenommen hatte.

Nach Erstellung einer umfangreichen Messplatzdokumentation wurde der Messplatz im Anschluss an ein erfolgreiches internes Audit in das Qualitätsmanagementsystem der PTB aufgenommen. Damit kann nun die Kalibrierung von Hydrophonen, die man insbesondere zur rückgeführten Messung medizinischer Ultraschallfelder benötigt, in einem erweiterten Frequenzbereich bis zu 100 MHz als Dienstleistung angeboten werden. Es ist zusätzlich in Planung, neben dem bisherigen analogen Kalibrierschein auch einen digitalen Kalibrierschein herauszugeben, so dass Kalibrierzertifikat und auslesbare Ergebnisdatensätze fest verknüpft und vor Vertauschung auf Anwenderseite noch besser geschützt sind.

 

Literatur:

[1] Weber, M. & Wilkens, V. A Comparison of Different Calibration Techniques for Hydrophones Used in Medical Ultrasonic Field Measurement, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control Volume: 68, Issue: 5, Pages 1919 - 1929, May 2021 DOI: 10.1109/TUFFC.2020.3046751 Opens external link in new windowLink

[2] Rajagopal, S.; Fury, C. R.;Zeqiri, B.; Brandt, M.; Wilkens, V.; Koch, C.; Matsuda, Y.; Yoshioka, M.; Ping, Y.; Yan, Z.; Wenping, B.; Felix, R. P. & Oliveira, E. G. Report on BIPM/CIPM Key Comparison CCAUV.U-K4: Absolute Calibration of Medical Hydrophones in the Frequency Range 0.5 MHz to 20 MHz, National Physical Laboratory: Acoustics and Ionising Radiation Division, 2016 Opens external link in new windowLink

 

Ansprechpartner:

Volker Wilkens, FB 1.6, E-Mail: Opens local program for sending emailvolker.wilkens(at)ptb.de