04.09.2006
In der PTB entwickelte und hergestellte Membranhydrophone erlauben extrem breitbandige Schalldruckmessungen und den Vergleich von erweiterten Hydrophonkalibrierverfahren.
Hydrophonmessungen sind fundamental für die Bestimmung und die Deklaration der Schallabgabe von medizinischen Ultraschallgeräten. Die korrekte Vermessung von breitbandigen Impulsen, wie sie von diagnostischen Schallköpfen emittiert werden, erfordert Hydrophone mit einer flachen Übertragungsfunktion über einem sehr großen Frequenzbereich. Auch für die Impulsentfaltungsmethode zur Kompensation nichtidealer Übertragungsfunktionen, die zukünftig Bestandteil der Normen für Hydrophonmessungen sein wird, sind Kalibrierdaten über einem großen Frequenzbereich und in Betrag und Phase Voraussetzung. Es werden daher zurzeit von mehreren Kalibrierlaboratorien Bemühungen unternommen, die Frequenzbereiche der Hydrophonkalibrierung zu erweitern.
Um die verschiedenen weiter- und neuentwickelten Kalibrierverfahren der PTB untereinander und international mit Verfahren anderer Metrologieinstitute vergleichen zu können, wurden in der Arbeitsgruppe Ultraschall spezielle breitbandige Referenz-Membranhydrophone mit geringem Empfängerdurchmesser (Elektrodendurchmesser: 200 µm) konstruiert und hergestellt. Durch die Verwendung einer sehr dünnen piezoelektrischen Folie (Dicke: 9 µm) zusammen mit einer besonders breitbandigen Differentialverstärkerelektronik konnte dabei ein deutlich größerer nutzbarer Frequenzbereich als bei zurzeit kommerziell erhältlichen Hydrophonen realisiert werden. So ist der Frequenzgang bis 40 MHz extrem glatt, die Dickenresonanz liegt bei etwa 105 MHz, und es deutet sich eine nutzbare Bandbreite bis über 140 MHz an (Bild 1). Allerdings sind bislang Kalibrierdaten oberhalb von 70 MHz noch nicht primär rückführbar. Gerade für die Erweiterung und Verifikation der Kalibrierverfahren steht aber nun ein wichtiges Hilfsmittel bereit. Neben der Verwendung als Sekundärnormal können Hydrophone dieser Bauart natürlich auch direkt zur Exposimetrie am Medizinprodukt vorteilhaft eingesetzt werden.
Bild 1: PTB-Breitband-Membranhydrophon und zugehöriger komplexwertiger Frequenzgang
Ansprechpartner:
Volker Wilkens, FB 1.62, E-mail: volker.wilkens@ptb.de