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PHY
Artikel-Nr. VK-PHY24

PHY24 Thermoakustischer Sensor

Einführung in die Problematik der Leistungsmessung von Ultraschall am Beispiel des Thermoakustischen Sensors

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Gegenstand des Versuchs

Der Versuch ist eine Einführung in die Problematik der Leistungsmessung von Ultraschall am Beispiel des Thermoakustischen Sensors. Es werden die Zusammenhänge zwischen den Schallkenngrößen und die Bedeutung von Schallleistungsmessungen für die Dosimetrie bei diagnostischen und therapeutischen Ultraschallanwendungen diskutiert.

Keywords: Schallenergiegrößen, Schalldruck, Schallschnelle, Schallintensität, Schallleistung, Ultraschalldosimetrie, Thermoakustischer Sensor

Theoretische und praktische Aspekte zum Versuch

Ultraschallintensitätsmessungen sind bei der Qualitätssicherung von therapeutischen Ultraschallquellen von entscheidender Bedeutung für die Patientensicherheit. Der Thermoakustische Sensor bietet eine einfache Möglichkeit der sonst aufwendigen Messungen der Schallintensitäten mittels Hydrofonen und Schalldruckwaagen. Der Sensor basiert auf der Umwandlung der einfallenden Schallenergie in Wärme im Inneren eines kleinen Absorbers. Damit kann die Schallintensität als Temperaturänderung im Absorbermaterial mittels eines Thermoelements gemessen werden. Der Sensor ist als Brückenschaltung aufgebaut, damit äußere Temperatureinflüsse kompensiert werden können. Über eine Verstärkerschaltung wird die Temperaturänderung als Spannungswert ausgegeben. Im Experiment wird die abgegebene Schallintensität einer Ultraschallsonde bei verschiedenen Frequenzen und unterschiedlichen Anregespannungen gemessen. Dabei werden Probleme der Schallerzeugung mit Piezokeramiken, Resonanzeffekte und Ausbreitungs-phänomene wie Nahfeldlänge und stehende Wellen diskutiert. Die abgegebene Schallintensität der Sonde wird anhand der Kalibrierkurve des Sensors berechnet. Da die Energieumwandlung im Sensor frequenzabhängig ist, müssen die Messwerte entsprechend korrigiert werden.

Ergebnis

Für die Multifrequenzsonde wurden die Schallintensitäten bei verschiedenen Frequenzen bestimmt. Die Messung zeigt zwei Intensitätsmaxima, die aus der Überlagerung der Frequenzgänge der Sonde und des Generators resultieren. Für beide Resonanzstellen wurden die Ultraschallintensitäten in Abhängigkeit von der Anregespannung gemessen.

Schallintensität der Multifrequenzsonde in Abhängigkeit der Sondenfrequenz

Schallintensität der Multifrequenzsonde in Abhängigkeit der Sondenfrequenz


Schallintensität der Multifrequenzsonde in Abhängigkeit der Generatorspannung

Schallintensität der Multifrequenzsonde in Abhängigkeit der Generatorspannung

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