Ultraschallwandler Piezo 2MHz

Um die Dämpfung in der Flüssigkeit zu messen, sollte die Messzelle so 
gebaut sein, das auch wirklich die Flüssigkeit wesentliche für die 
Dämpfung ist, und nicht die Wände oder der Piezo. Von der Tendenz ist 
das dann eine eher große Messzelle im Vergleich zur Wellenlänge.

Die Messung über den Strom wird eher ungenau und schwer werden. Der 
Strom ist z.B. stark von der genauen Frequenz abhängig, und das mindeste 
wäre eine Strom - Frequenz Kurve rund um die Resonanz. Besser geeignet 
ist da vermutlich eher das freie Abklingen der Resonanzschwingung. Das 
geht zumindest gut, wenn die Dämpfung eher gering ist.

Eine Quelle für die passenden Wandler habe ich leider nicht - die 
Anwendungen liegen da mehr im Wissenschaftliche Bereich. So kompliziert 
sind die Wandler aber nicht.

P.S. Zur Untersuchung von Flüssigkeiten mit Ultraschall gibt es schon 
einiges an Literatur. Ein Gruppe am LANL konnte schon vor 10 Jahren 
damit Flüssigkeiten / Gase in geschlossenen Behältern recht gut 
unterscheiden. In dem Fall ging es um die Kontrolle möglicher Chemischer 
Kampfstoffe, ohne die Behälter zu öffnen.

Erstmal vielen Dank für die Antwort.

>Um die Dämpfung in der Flüssigkeit zu messen, sollte die Messzelle so
>gebaut sein, das auch wirklich die Flüssigkeit wesentliche für die
>Dämpfung ist, und nicht die Wände oder der Piezo. Von der Tendenz ist
>das dann eine eher große Messzelle im Vergleich zur Wellenlänge.

Das ist ein guter Hinweis, irgendwie klar, aber man sollte es auch 
beachten...

>Die Messung über den Strom wird eher ungenau und schwer werden. Der
>Strom ist z.B. stark von der genauen Frequenz abhängig, und das mindeste
>wäre eine Strom - Frequenz Kurve rund um die Resonanz.

Das mit der Wobble-Kurve ist mir klar und vielleicht erweitere ich die 
Anwendung auch noch darauf. Grundsätzlich ist in meinem Fall aber sowohl 
die Dämpfung, wie die Verschiebung der Resonanzfrequenz liniear zu dem 
Stoff den ich im Wasser messen will, so dass mich dieser Einfluss nicht 
stört, sondern ich ihn sogar gerne mitmessen möchte.

Das schöne ist auch, dass ich nicht verschiedene System messen muss, 
sondern ich das ganze einmal aufsetze und dann fängt der Stoff langsam 
an sich zu verändern bzw. besser zu lösen und dabei ändert sich die 
Absorption und die Schallgeschwindigkeit langsam (ca. über 8 Stunden 
hinweg), so das ich keine Absolutwerte brauche, nur die Änderung über 
die Zeit. Das denke ich geht schon indem ich die Änderung des 
Stromflusses messe. Ich sollte noch dazusagen, dass das ganze 
prozessbedingt sowieso luftfeuchtigkeitskontrolliert und vor allem 
temperiert abläuft.

>Besser geeignet
>ist da vermutlich eher das freie Abklingen der Resonanzschwingung. Das
>geht zumindest gut, wenn die Dämpfung eher gering ist.

Das finde ich auch einen guten Ansatz, das muss ich dann unbedingt mal 
ausprobieren.

>Zur Untersuchung von Flüssigkeiten mit Ultraschall gibt es schon
>einiges an Literatur.

Tatsächlich ist mein Anwendungsfall alles perfekt wissenschaftlich 
durchuntersucht. Ich kenne genau die Frequenz, die Parameter, die 
Änderung, die Zellengröße etc. das einzige, was ich nicht genau weiß 
ist, wie ich den Ultraschall erzeuge. Da steht leider im Diagramm 
einfach nur Ultraschall-Wandler.

Bleibt noch die Frage nach der Quelle für einen Piezo oder ähnlichem mit 
ca. 2 MHz Resonanzfrequenz?

>Ich würde gerne die Absorption von Ultraschall in Flüssigkeiten (Wasser
>+ gelöste Stoffe) messen.
Die Schallabsorption ist stark von der Frequenz und der verwendeten 
Flüssigkeiten und Stoffe abhängig.

>Bleibt noch die Frage nach der Quelle für einen Piezo oder ähnlichem mit
>ca. 2 MHz Resonanzfrequenz?
Frage hier mal an:
http://www.sappz.de/index.php/de/
Die haben eigene Wandler, helfen Dir aber auch geren weiter.

Hallo Stephan,

> Nun habe ich erstmal zwei Fragen:
> Kann das so funtkionieren

Du willst meiner Meinung nach zu viele Baustellen gleichzeitig 
aufmachen:
- Dein eigentliches Forschungsthema
- die Dämpfungsmessung und
- den Bau von Ultraschallgeräten

Bei den Ultraschallgeräten mußt Du viel Zeit investieren, bis Du an den 
Stand der Technik rankommst. Nimm lieber ein fertiges Gerät. Wenn Du an 
einer Uni bist, kannst Du bei den Nachbarlehrstühlen in 
Physik/Elektrotechnik/Maschinenbau nachfragen, wo es eines gibt.

Ich würde bei Deiner Fragestellung an eine Messung im Pulsbetrieb mit 
einem fertigen Ultraschallgerät denken. Du schaust Dir dazu das 1., 2. 
und 3. Rückwandecho an und vergleichst die Amplituden. Durch die 
mehrfache Messung kannst Du die durch die nur teilweise stattfindende 
Reflexion herausrechnen.
Beachte, daß die Dämpfung üblicherweise stark frequenzabhängig ist und 
sich die Mittenfrequenzen der Rückwandechos folglich unterscheiden 
(nicht die Signale, sondern deren Spektren vergleichen!).

> und wenn ja,
> wo bekomme ich einen Piezo mit 2 MHz Resonanzfrequenz her? Bei Conrad
> etc. werden immer nur 40 kHz oder deutlich drunter verkauft.
- Richter STT (http://www.richterstt.de/)
- Signal-Processing (http://www.signal-processing.com/)
- Sonaxis (http://www.sonaxis.com/)
- Imasonic (http://www.imasonic.fr/)
- Karl Deutsch (http://www.karldeutsch.de/)
- Sonotec (http://www.sonotec.de/)
- Olympus (http://www.olympus-ims.com/de/)

Normalerweise sind die Wandler auf Pulsmessung ausgelegt (breitbandig) 
und vertragen Pulse mit 100 V und mehr.
Wenn Du einen CW-Betrieb anstrebst, kannst Du auch schmalbandige Wandler 
nehmen (Billiglösung: aus dem Herzschlag-Detektor für schwangere Frauen 
ausbauen). Bei CW darfst Du aber nur kleine Spannungen verwenden, sonst 
geht der Wandler kaputt.

Manche Hersteller bieten auch Pulser an. Du kannst Pulser und Wandler 
aber durchaus von verschiedenen Herstellern verwenden. Achte aber 
darauf, daß die Stecker passen. Das kleinste mir bekannte Gerät ist der 
US-Key von LeCoeur (http://www.lecoeur-electronique.com/).


Viele Grüße
Michael

>Du willst meiner Meinung nach zu viele Baustellen gleichzeitig
>aufmachen:
>- Dein eigentliches Forschungsthema
>- die Dämpfungsmessung und
>- den Bau von Ultraschallgeräten

Hi, danke für die Warnung, aber zum Glück ist das nicht mein 
Forschungsthema.
Vielleicht sollte ich kurz erklären, wie es dazu kam. Ich arbeite 
tatsächlich an der Uni und zwischen durch kam mir eine Idee, wie man 
hier einen Vorgang deutlich verbessern könnte. Ich hatte das auch alles 
fertig ausgearbeitet, aber kurz vor der Patentanmeldung stellte sich 
heraus, dass meine Idee bereits in 2 Papern in den 1980er (im Ostblock) 
veröffentlicht, wurde, so dass die Erfindung nicht mehr neu war. 
Interessanterweise wurden diese Paper sowohl von der Industrie und auch 
in der Wissenschaft nicht beachtet? Da nicht nur wir (wie ich in vielen 
Gesprächen herausgefunden habe) eine solche Messung gut gebrauchen 
können, baue ich also quasi hobbymässig den Prototyp, da ich aber dafür 
keine Finanzierung mehr habe, geht das auf eigene Kosten und sollte 
daher nicht so teuer sein. Ein fertiges Gerät um die 100-200 Euro würde 
ich noch bezahlen mehr wäre wohl zu teuer.
Allerdings wenn die Paper recht haben, dann geht das ganze wirklich gut! 
Und ich kenne halt auch schon viele Parameter, 2 MHz ist optimal (1-10 
MHz gehen) und auch die Geometrie verschiedener Messkamern ist 
beschrieben. Sie haben auch Puls, Multipuls und Resonanzanwendung, sowie 
Dämpfungs- und Schallgeschwindigkeitsmessungen miteinander verglichen. 
Ich dachte halt Resonanz wäre am preiswertesten und einfachsten zu 
realisieren und sollte laut diesen Erkenntnissen auch ausreichend gut 
funktionieren.

>Bei den Ultraschallgeräten mußt Du viel Zeit investieren, bis Du an den
>Stand der Technik rankommst. Nimm lieber ein fertiges Gerät. Wenn Du an
>einer Uni bist, kannst Du bei den Nachbarlehrstühlen in
>Physik/Elektrotechnik/Maschinenbau nachfragen, wo es eines gibt.

Ich würde auch ne fertige Sonde nehmen, allerdings sind diese zurecht 
sehr teuer, das kommt aber hauptsächlich daher, dass sie für 
Prüfanwendungen gemacht und z.B. auch für Qualitätskontrolle 
zertifiziert sind etc. All dies brauche ich nicht. Sie müssen nicht mal 
korrekte Absolutwerte liefen, nur im Bereich von 2 MHz linear arbeiten 
und stabil messen, wobei Temperatur etc. in dem Prozess sowieso konstant 
gehalten werden. Allerdings muss die Sonde schmal und lang sein: ca. 1,5 
cm Durchmesser und 30 cm lang bzw. ein entsprechend langes Kabel 
haben...

@Torsten B.

Danke für die Antwort, ich hoffe ich brauche keine so großen 
Amplituden/Leistungen. Ansonsten werde ich mich mal per PN melden, ich 
glaube da könnte ich einiges lernen.

Also ich kenn 2MHz Piezo Ultraschallwandler, die in PKWs in Additivtanks 
eingebaut sind.
Ich meine bei Ford. Geht darum, den Ruspartikelanteil zu senken.

Das sind ca 30mm große Piezoringe in einem Kunststoffteil.
2€ Artikel würde ich mal schätzen. Im Ersatzteilgeschäft wahrscheinlich 
20€

Hallo Stephan,

> Da nicht nur wir (wie ich in vielen
> Gesprächen herausgefunden habe) eine solche Messung gut gebrauchen
> können, baue ich also quasi hobbymässig den Prototyp, da ich aber dafür
> keine Finanzierung mehr habe, geht das auf eigene Kosten und sollte
> daher nicht so teuer sein. Ein fertiges Gerät um die 100-200 Euro würde
> ich noch bezahlen mehr wäre wohl zu teuer.

Meine erste Überlegung für die Dämpfungsmessung wäre, wie das Schallfeld 
im Probekörper aussehen soll, damit die Messung das gewünschte Ergebnis 
liefert. Daraus lassen sich dann die notwendigen Eigenschaften des 
Wandlers (Frequenz, Größe, evtl. Vorlauf, evtl. Krümmung u. ä.) 
ableiten.
Zur Erprobung würde ich dann schauen, ob ich mir irgendwo ein Gerät und 
einen passenden Prüfkopf ausleihen kann und selbst erste Messungen 
machen.

Nur so bekommst Du eine halbwegs realistische Vorstellung davon, was Du 
von dem Inhalt des Papers halten kannst. Die Frage nach Gerätebau oder 
Kauf läßt sich erst danach entscheiden.

Wenn das Verfahren etwas taugt, wirst Du sicher auch das nötige Geld für 
den Kauf von ordentlichen Geräten/Schallköpfen auftreiben können. Wenn 
es nichts taugt, wären auch Deine veranschlagten 100-200€ zu schade. Ich 
halte sie selbst für den Eigenbau für unrealistisch.

Ich möchte einmal meine Preisvorstellungen für kommerzielle Geräte 
dagegenhalten:
- Schallkopf: 500 €
- Ultraschallgerät: 2000 €
Du kannst natürlich schauen, ob Du irgendwo ein altes analoges Prüfgerät 
von Karl-Deutsch o. ä. für kleines Geld bekommst. Mit etwas Glück 
findest Du jemanden, der gerade welche aussondert.

So freudig wie Du auf die Idee "Weidezaungenerator" anspringst, werde 
ich aber das Gefühl nicht los, daß es sich bei Deinem Projekt um eine 
fixe Idee handelt. Ich habe schon mehrere Ultraschallwandler selbst 
gebaut (Amateurfunkverstärker für CW und Pulser für Breitbandanregung, 
S/E-Umschalter, Switching-Matrix, analoge Empfangsverstärker). An einen 
Weidezaungenerator habe ich dabei aber noch nicht gedacht. Weshalb auch? 
Ein Pulser besteht aus nur wenigen Standardbauteilen: einer 
Hochspannungsquelle, einem Taktgeber, einem FET-Treiber, einem FET, 
einem Kondensator, ein paar Widerständen und einer oder zwei Dioden.

> Allerdings muss die Sonde schmal und lang sein: ca. 1,5
> cm Durchmesser und 30 cm lang bzw. ein entsprechend langes Kabel
> haben...
Ich mache das im Zweifelsfall lieber umgekehrt: Ich schaue, was die 
Sonde können muß und kümmere mich dann darum, daß der notwendige Platz 
da ist.


Viele Grüße
Michael

Hi, ich hab noch eine ganze Menge Schallköpfe für Materialprüfung 
herumliegen.
Falls da interesse besteht würde ich mal ein paar Fotos machen, 
vieleicht ist da was für dich dabei.