Nichtinvasive Schallgeschwindigkeitsmessung in Fluiden auf Basis von Streupartikelechos

Abstract

Zusammenfassung Bei konventionellen Messmethoden wird die Schallgeschwindigkeit unter Zuhilfenahme des Rückwandechos oder des Echos eines Reflektors an bekannter Position ermittelt. Diese Veröffentlichung stellt ein neues Verfahren vor, mit dessen Hilfe eine kombinierte Messung von Schallgeschwindigkeit und Entfernungen in Fluiden mit Streupartikeln möglich ist. Das Verfahren nutzt aus, dass das von einem Streupartikel stammende Echosignal maximal ist, wenn sich das Streupartikel an der Position des Schallfeldmaximums befindet. Über die Messung der Schalllaufzeit zwischen Ultraschallwandler und Schallfeldmaximum ist es möglich, die Position des Schalldruckmaximums und die Schallgeschwindigkeit zu bestimmen. Die Veröffentlichung veranschaulicht das Konzept anhand von Messungen in Fluiden mit Schallgeschwindigkeiten zwischen 1116 m/s und 2740 m/s, wobei ein fokussierender Ultraschallwandler mit Linse verwendet wurde. Dabei konnte eine statistische Unsicherheit bei der Bestimmung der Schallgeschwindigkeit von weniger als 0,1% erreicht werden. Zusätzliche Experimente und Simulationen mit einem Annulararray zeigen, dass die Fokusposition ohne Bewegung des Wandlers variiert werden kann, und somit die Messung von Schallgeschwindigkeitsprofilen möglich ist.