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Messaufbau zur interferometrischen Schallfeldmessung mit tomografischer Rekonstruktion

Kurt Thaller

Kurt Thaller

Am Institut für Elektrische Messtechnik wird ein Messaufbau auf Basis eines Radio Acoustic Sound Systems (RASS) entwickelt, mit dem es möglich ist, berührungslos Temperaturen von Gasen zu messen. Dazu wird mit einem Doppler–Radar die Schallgeschwindigkeit von akustischen Pulsen an verschiedenen Orten bestimmt und so auf die Temperatur rückgeschlossen. Diese Arbeit befasst sich mit der Bestimmung des Schallfeldes des Hochtöners GZCT 0500X mittels interferometrischer Druckmessung durch ein Laser–Doppler–Vibrometer (LDV).

Zuerst wird auf die akustischen und optischen Grundlagen eingegangen, um den Zusammenhang zwischen Druckschwankung und optischer Weglängenänderungen zu beschreiben. Da das verwendete Messprinzip nur mittlere Drücke entlang der Messstrecke des Lasers erfasst, wird eine tomografische Rekonstruktion benötigt, um ortsaufgelöst Druckwerte zu bestimmen. Zu diesem Zweck werden drei unterschiedliche Verfahren vorgestellt und hinsichtlich Genauigkeit sowie Rechenaufwand verglichen.

Zur Überprüfung im Nahfeld des Messaufbaus wurde eine Kalibriermethode entwickelt. Bei dieser werden mechanisch angergete sinusförmige Druckschwankungen in eine Cuvette eingeprägt, welche vom Laserstrahl des LDVs durchleuchtet wird. Die interferometrisch ermittelten Druckwerte wurden mit den eingeprägten Druckwerten verglichen, sowie auftretende Abweichungen bestimmt und korrigiert.

Mit dem realisierten Messaufbau wurde schließlich das ungestörte rotationssymmetrische Schallfeld des Hochtöners bei 22,9 kHz abgetastet und mittels gefilterter Rückprojektion rekonstruiert. Die Schalldruckwerte eines Referenzmikrofons, welches sich oberhalb des Laserstrahles befindet, stimmen mit dem rekonstruierten Schallfeld gut überein. Schwierig gestaltet sich die exakte Ausrichtung des Hochtöners, da bei einer Abweichung der Mittelachse des Schallfeldes gegenüber der Abtastung die Rekonstruktionsfehler stark ansteigen. Zuletzt wurde untersucht, welchen Einfluss ein Drahtgitter auf das Schallfeld hat. Dabei ergab sich, dass im Vergleich zur Wellenlänge kleine Drahtdurchmesser wenig Einfluss auf die Schallwellen haben. Diese Annahme wurde durch Messung des Schallfeldes nach Durchlaufen des Gitters bestätigt, da im Nahfeld keine nennenswerten Unterschiede zum ungestörten Schallfeld festgestellt werden konnten.

Abbildung 1: Skizze des Messaufbaus

Abbildung 1: Skizze des Messaufbaus

Schlagworte: Schallfeldmessung, refraktometrische Tomografie, Richtungscharakteristik, Schallfeld, interferometrische Druckmessung, gefilterte Rückprojektion

04. April 2018