24.05.2007
Der Empfangsbereich einer Schallfeldmessung in einer Blasenwolke wurde bestimmt, um Schallfeldmessungen in Zukunft noch besser für die Optimierung von Kavitationsanwendungen einsetzen zu können.
Schallfeldmessungen lassen sich vielseitig für die quantitative Beschreibung von Kavitationsprozessen einsetzen, die für deren optimalen Einsatz in technischen und medizinischen Anwendungen benötigt wird. Kürzlich im Fachbereich Schall durchgeführte Messungen zeigten detailreiche räumliche Strukturen auch für Subharmonische und breitbandiges Rauschen. Dieses Resultat war überraschend, denn der Schall wird überwiegend von den Blasen selbst erzeugt und in alle Richtungen abgegeben, so dass eine räumliche Schallfeldverteilung ausgewaschen erscheinen sollte. Aus praktischen Gründen ist es nun wichtig zu wissen, wie lokal ein Schallfeldmessungsergebnis wirklich ist.
Im Fachbereich Schall wurde eine Methode entwickelt die es ermöglicht, den Empfangsbereich einer Schallfeldmessung zu bestimmten. Dazu wird das Schallfeld mit zwei kalibrierten, baugleichen Hydrophonen gemessen, die sich vis-a-vis in der Kavitationswolke gegenüber stehen. Der Abstand zwischen den Hydrophonen wird variiert und die Korrelation der beiden zeitabhängigen Signale frequenzabhängig untersucht. Dabei wird ein Lokalparameter definiert und die Abhängigkeit dieses Parameters vom Abstand der beiden Hydrophone beschreibt den Empfangsbereich einer Schallfeldmessung, wobei eine charakteristische Entfernung bestimmt wird.
Diese Methode wurde auf zwei verschiedene Kavitationsfälle angewandt und charakteristische Entfernungen von 1 mm bis 3 mm wurden ermittelt. In Abb. 1 ist im linken Diagramm die Kohärenz als Maß für die Korrelation der beiden Hydrophonsignale in Abhängigkeit von der Frequenz und dem Abstand zwischen den Hydrophonen gezeigt. Mit zunehmender Entfernung fällt die Korrelation deutlich ab, was insbesondere im rechten Diagramm zu erkennen ist, das den Lokalparameter darstellt. Diese Ergebnisse zeigen, dass mit Schallfeldmessungen lokale Vorgänge dargestellt werden können. Wenn eine Schallfeldmessung durchgeführt wird, so wird ihre räumliche Auflösung im Wesentlichen durch die äußeren Abmessungen des Hydrophons bestimmt und nicht von den Kavitationseigenschaften, wenn zumindest eine moderate Kavitationsaktivität vorliegt.
Bild 1: Kohärenz C12 (links) und Lokalparameter J12 (rechts) für eine 20 kHz Sonotrode bei höherer Kavitationsaktivität in deionisiertem, luftgesättigtem Wasser mit Reinigungsmittel
Ansprechpartner:
Christian Koch, FB 1.6, ultrasonics@ptb.de