Prüfung von Ultraschallwandlern mit Vibrometrie

Dieser Anwendungshinweis zeigt, wie das PICOSCALE Vibrometer von SmarAct zur Charakterisierung von Ultraschallwandlern verwendet werden kann, indem ihre mechanische Antwort auf elektrische Anregung gemessen wird. Mit hoher zeitlicher Auflösung und konfokaler Bildgebung ermöglicht das System eine präzise Zeitbereichsanalyse auf unbeschichteten Keramikoberflächen, ohne die Wandlereigenschaften zu verändern. Die räumliche Kartierung zeigt zudem die Bewegungsverteilung und bietet wertvolle Einblicke zur Optimierung der Wandlerleistung.

Problem

Ultraschallwandler werden häufig in der Diagnostik eingesetzt, ihre Leistungsfähigkeit hängt jedoch von der effizienten Umwandlung elektrischer in mechanische Energie ab. Herkömmliche Prüfmethoden haben Schwierigkeiten mit kleinen Auslenkungen und nicht-reflektierenden Oberflächen, wie sie typisch für Keramik oder kunststoffbeschichtete Wandler sind.

Lösung

Das PICOSCALE Vibrometer von SmarAct mit integrierter konfokaler Optik ermöglicht die direkte, hochauflösende Messung auf nicht-reflektierenden Oberflächen, ohne dass eine reflektierende Beschichtung erforderlich ist. In Kombination mit synchronisiertem Wellenform-Triggering liefert es rauschreduzierte Auslenkungsdaten im Zeitbereich.

Umsetzung

• Der Wandler wurde mit einem Arbiträr-Wellenformgenerator angeregt, während die Auslenkung mit 10 MHz abgetastet wurde.

• Bis zu 2000 Messungen wurden gemittelt, um eine Subnanometerauflösung (~20 pm RMS) zu erreichen.

• Die Bewegung wurde an 16 Positionen über zwei konzentrische Kreise hinweg kartiert, um die räumliche Verteilung zu analysieren.

Ergebnisse

• Das System löste Schwingungsmerkmale deutlich unter 0,1 nm auf, einschließlich Nachschwingungen nach dem Puls.

• Räumliche Messungen zeigten deutlich unterschiedliche Antworten zwischen Zentrum und Randbereichen des Wandlers und bestätigten damit ein nicht-uniformes mechanisches Verhalten.

Fazit

PICOSCALE Vibrometer ermöglicht die automatisierte, nicht-invasive und ultrapräzise Prüfung von Ultraschallwandlern und ist damit ideal für die detaillierte Charakterisierung und Designoptimierung – ohne die Oberflächenbedingungen oder die Wandlergeometrie zu verändern.