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Es sollte in allen Fällen darauf geachtet werden, dass
die Verstärkungseinstellungen möglichst identisch sind,
um reproduzierbare Messergebnisse zu erhalten.
Daher sollten zwei nicht allzu weit auseinander lie-
gende Dicken gewählt werden. Der Schallschwächungs-
koeffizient in (3) ist frequenzabhängig. Es sollte daher
immer die Messfrequenz mit angegeben werden. Der
theoretische frequenzunabhängige Absorptions-
koeffizient α
ergibt sich nach (4) ( υ als Frequenz der
0
Ultraschallwelle):
α
α
=
ν
2
Allerdings enthält bei den meisten Körpern und Flüs-
sigkeiten der Schwächungskoeffizient einen sehr gro-
ßen Streuanteil. Da die Streuung vom Verhältnis zwi-
schen Wellenlänge und Streuergröße abhängig ist, kann
es zu starken Abweichungen in der Frequenz-
abhängigkeit der Schwächung von (4) kommen.
Bei Vergleichen mit der Literatur ist darauf zu achten,
dass die Werte meist in dB/cm angegeben sind. Hier
ergibt sich der Wert für α aus (3) durch:
α [1 / cm] bzw. [Neper / cm] =
α
α
[
]
[
dB cm
/
dB cm
=
( )
20
Lg e
8 686
4.5. Schallschwächung in Flüssigkeiten
Bei Messungen in einem Flüssigkeitsbehälter mit ei-
nem verschiebbaren Reflektor lässt sich eine Messkurve
der Reflektionsamplitude mit mehreren Werten auf-
nehmen.
Mit einem externen Programm kann der Schwächungs-
koeffizient α dann aus einem Fit einer Exponential-
funktion nach (3) an der Messkurve gewonnen werden
bzw. vereinfacht aus einem linearen Fit, wenn man die
Funktion (3) nach (6) aufträgt:
=
y
a x
A
=
α 2
−
0
(
Ln
x
i
A
i
Dabei ist A
die Amplitude der dem Wandler am nächs-
0
ten liegenden Messung. Alle weiteren Messungen (i)
werden immer auf diesen Wert bezogen, so dass bei
großen Abständen der Messfehler deutlich kleiner wird.
Wird vorher die Schallgeschwindigkeit der Flüssigkeit
bestimmt (z.B. mit einer Durchschallungsmessung, bei
(4)
]
/
(5)
,
)
x
(6)
0
Messungen an Breite und Länge eliminiert sich der
Gefäßwandeinfluss) und im Programm eingetragen,
können die Entfernungen des Reflektors vom Wandler
direkt in der Software (Einstellung Tiefe) abgelesen
werden.
Die Schallschwächung in Wasser ist zu gering, um im
Bereich von 20 cm messbare Amplitudenveränder-
ungen zu erreichen. Das folgende Diagramm zeigt die
Messkurve für Messungen an Sonnenblumenöl.
Hier lässt sich mit einer Verstärkungseinstellung der
gesamte Fahrweg zur Messung nutzen. Es ergibt sich
für Messungen mit 1 MHz ein Schwächungskoeffizient
von etwa 0,5 dB/cm, der im Bereich der Literaturwerte
von 1 dB/cm bei Frequenzen von 1 – 5 MHz liegt.
4.6. Frequenzabhängige Schwächung
Die frequenzabhängige Schwächung kann sehr gut z.B.
an einer dünnen Polyacrylplatte (ca. 1 – 2 cm dick)
untersucht werden (siehe Abbildung unten).
Da sich bei planparallelen Flächen und gerade aufge-
setztem Wandler eine Reihe von Mehrfachechos aus-
bilden, können die einzelnen Echoimpulse mit der im
Programm integrierten FFT hinsichtlich ihres Frequenz-
gehaltes untersucht werden. In der nächsten Abbildung
ist das Messsignal an einer dünnen Platte dargestellt.
Die darunter stehenden Abbildungen zeigen die da-
zugehörigen FFT-Analysen. Deutlich sieht man, dass
sich mit zunehmendem Laufweg durch die Platte die
höheren Frequenzen stärker abschwächen und es so-
mit zu einer Verschiebung der Mittenfrequenz
(Frequenzanteil mit höchster Amplitude) kommt.
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