Augsten, Andreas (1995):
Referenzierung zur absoluten Schalldruckmessung in Flüssigkeiten.
Technische Universität Darmstadt, [Diploma Thesis or Magisterarbeit]
Abstract
Zusammenfassung:
Will man ein unbekanntes Ultraschallmikrofon für Unterwassereinsatz (Hydrofon) kalibrieren, so geschieht dies am einfachsten durch Vergleich mit einem kalibrierten Referenzhydrofon. In dieser Arbeit wurden dazu ein Sondenhydrofon und ein Membranhydrofon hergestellt, die mit auswechselbaren Vorverstärkern für Unterwassereinsatz ausgestattet sind.
Als Vorverstärker wurden ein Spannungsverstärker und ein Ladungs-Spannungs-Wandler entwickelt. Beide besitzen im Bereich von 20kHz bis 10MHz eine Frequenzgangslinearität von ±0,5dB. Der mit beiden Verstärkern und dem Sondenhydrofon, durch das Rauschen begrenzte, minimal nachweisbare Schalldruck beträgt 1,5kPa. Beide Hydrofone wurden mit Hilfe des Reziprozitätsverfahrens kalibriert. Dieses Verfahren basiert auf der Reversibilität (Verwendung als Sender und Empfänger) eines zur Kalibrierung verwendeten Vergleichsschallwandlers. Kennt man die für die Umkehrung des reziproken (d.h. reversiblen und verlustfreien) Vergleichsschallwandlers gültige Reziprozitätsbeziehung, so kann die gesuchte Empfindlichkeit des Hydrofons nach Durchführung von drei Versuchen errechnet werden. Dazu sind jeweils Ströme und Spannungen an den Wandlern zu messen. Das schwierige direkte Messen von akustischen Größen kann somit auf eine einfachere elektrische Messung zurückgeführt werden.
Das Sondenhydrofon besteht aus einem Kupferdraht mit 1mm Durchmesser, an dessen Ende sich eine piezoelektrische Schicht aus PVDF (Polyvinylidenfluorid) befindet. Über den Draht und eine Lackierung mit Silberleitlack wird die zu einer auftreffenden Schallwelle proportionale Ladung der Folie abgeführt.
Das Membranhydrofon besteht aus PVDF-Folie, die sich in einem Gehäuse mit 100mm Durchmesser befindet. Piezoelektrisch aktiv ist nur ein kleiner Bereich in der Mitte der Folie mit einem Durchmesser von 0,7mm. Über aufgedampfte Leiterbahnen wird die durch den Schall entstehende Ladung abgeführt.
| Item Type: | Diploma Thesis or Magisterarbeit |
|---|---|
| Erschienen: | 1995 |
| Creators: | Augsten, Andreas |
| Title: | Referenzierung zur absoluten Schalldruckmessung in Flüssigkeiten |
| Language: | German |
| Abstract: | Zusammenfassung: Will man ein unbekanntes Ultraschallmikrofon für Unterwassereinsatz (Hydrofon) kalibrieren, so geschieht dies am einfachsten durch Vergleich mit einem kalibrierten Referenzhydrofon. In dieser Arbeit wurden dazu ein Sondenhydrofon und ein Membranhydrofon hergestellt, die mit auswechselbaren Vorverstärkern für Unterwassereinsatz ausgestattet sind. Als Vorverstärker wurden ein Spannungsverstärker und ein Ladungs-Spannungs-Wandler entwickelt. Beide besitzen im Bereich von 20kHz bis 10MHz eine Frequenzgangslinearität von ±0,5dB. Der mit beiden Verstärkern und dem Sondenhydrofon, durch das Rauschen begrenzte, minimal nachweisbare Schalldruck beträgt 1,5kPa. Beide Hydrofone wurden mit Hilfe des Reziprozitätsverfahrens kalibriert. Dieses Verfahren basiert auf der Reversibilität (Verwendung als Sender und Empfänger) eines zur Kalibrierung verwendeten Vergleichsschallwandlers. Kennt man die für die Umkehrung des reziproken (d.h. reversiblen und verlustfreien) Vergleichsschallwandlers gültige Reziprozitätsbeziehung, so kann die gesuchte Empfindlichkeit des Hydrofons nach Durchführung von drei Versuchen errechnet werden. Dazu sind jeweils Ströme und Spannungen an den Wandlern zu messen. Das schwierige direkte Messen von akustischen Größen kann somit auf eine einfachere elektrische Messung zurückgeführt werden. Das Sondenhydrofon besteht aus einem Kupferdraht mit 1mm Durchmesser, an dessen Ende sich eine piezoelektrische Schicht aus PVDF (Polyvinylidenfluorid) befindet. Über den Draht und eine Lackierung mit Silberleitlack wird die zu einer auftreffenden Schallwelle proportionale Ladung der Folie abgeführt. Das Membranhydrofon besteht aus PVDF-Folie, die sich in einem Gehäuse mit 100mm Durchmesser befindet. Piezoelektrisch aktiv ist nur ein kleiner Bereich in der Mitte der Folie mit einem Durchmesser von 0,7mm. Über aufgedampfte Leiterbahnen wird die durch den Schall entstehende Ladung abgeführt. |
| Uncontrolled Keywords: | Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Ladungsverstärker, Mikrofon-Kalibrierung, PVDF-Folie, Signalverstärker, Ultraschall-Hydrofon, Ultraschall-Wandler, Wandler piezoelektrisch |
| Divisions: | 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design (dissolved 18.12.2018) |
| Date Deposited: | 04 Oct 2011 10:52 |
| Additional Information: | EMK-spezifische Daten: Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate, Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKD 1244 Art der Arbeit: Diplomarbeit Beginn Datum: 07-12-1994 Ende Datum: 09-03-1995 Querverweis: 17/24 EMKS 1157, 17/24 EMKS 1158, 17/24 EMKD 1216 Studiengang: Elektrotechnik (ET) Vertiefungsrichtung: Elektromechanische Konstruktionen (Dipl.) Abschluss: Diplom (EMK) |
| Identification Number: | 17/24 EMKD 1244 |
| Referees: | Schräbler, Dipl.-Ing. Sighard ; Cramer, Prof. Dr.- Bernhard |
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