Referenzierung zur absoluten Schalldruckmessung in Flüssigkeiten

Zusammenfassung: Will man ein unbekanntes Ultraschallmikrofon fur 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 Vorverstarkern fur Unterwassereinsatz ausgestattet sind. Als Vorverstarker wurden ein Spannungsverstarker und ein Ladungs-Spannungs-Wandler entwickelt. Beide besitzen im Bereich von 20kHz bis 10MHz eine Frequenzgangslinearitat von ±0,5dB. Der mit beiden Verstarkern und dem Sondenhydrofon, durch das Rauschen begrenzte, minimal nachweisbare Schalldruck betragt 1,5kPa. Beide Hydrofone wurden mit Hilfe des Reziprozitatsverfahrens kalibriert. Dieses Verfahren basiert auf der Reversibilitat (Verwendung als Sender und Empfanger) eines zur Kalibrierung verwendeten Vergleichsschallwandlers. Kennt man die fur die Umkehrung des reziproken (d.h. reversiblen und verlustfreien) Vergleichsschallwandlers gultige Reziprozitatsbeziehung, so kann die gesuchte Empfindlichkeit des Hydrofons nach Durchfuhrung von drei Versuchen errechnet werden. Dazu sind jeweils Strome und Spannungen an den Wandlern zu messen. Das schwierige direkte Messen von akustischen Grosen kann somit auf eine einfachere elektrische Messung zuruckgefuhrt werden. Das Sondenhydrofon besteht aus einem Kupferdraht mit 1mm Durchmesser, an dessen Ende sich eine piezoelektrische Schicht aus PVDF (Polyvinylidenfluorid) befindet. Uber den Draht und eine Lackierung mit Silberleitlack wird die zu einer auftreffenden Schallwelle proportionale Ladung der Folie abgefuhrt. Das Membranhydrofon besteht aus PVDF-Folie, die sich in einem Gehause mit 100mm Durchmesser befindet. Piezoelektrisch aktiv ist nur ein kleiner Bereich in der Mitte der Folie mit einem Durchmesser von 0,7mm. Uber aufgedampfte Leiterbahnen wird die durch den Schall entstehende Ladung abgefuhrt.