Betreuer und 1. Begutachter: | Prof. Dr.-Ing. Reinhard Lerch, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster |
2. Begutachter: | Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Bernhard Zagar |
Rigorosum: | 16. December 2013 |
Zur Messung von Ultraschallfeldern in Wasser werden heutzutage standardmäßig Hydrophone eingesetzt. Sie besitzen eine hohe Messgenauigkeit und erlauben Messungen des hochfrequenten Ultraschalls (z.B., f = 20 MHz). Allerdings kommt es auf Grund des Beugungseffekts am Hydrophon selbst und der Abhängigkeit vom Einfallswinkel der Schallwellen zu Messfehlern. Der Vorteil optischer Messmethoden, welche auf der akustooptischen Wechselwirkung basieren, liegt in der Möglichkeit der berührungslosen Messung von Ultraschallfeldern. Die genannten Nachteile von Hydrophonen werden somit vermieden.
Die refraktometrische Tomographie (Englisch: Light Refractive Tomography, LRT) wurde lange Zeit als eine vereinfachte Variation der optischen Beugungstomographie (Englisch: Light Diffraction Tomography, LDT) unterschätzt. Auf Basis einer gründlichen Analyse relevanter wissenschaftlicher Veröffentlichungen lässt sich jedoch festhalten, dass die refraktometrische Tomographie die einzige Messmethode ist, welche die folgenden Vorteile vereint: LRT-Messungen sind berührungslos und richtungsunabhängig; zudem liefern sie zeitaufgelöste Ergebnisse des Druckes. In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung eines zuverlässigen, effektiven LRT-Verfahrens zur Messung von Ultraschallfeldern im Hinblick auf folgende Eigenschaften vorangetrieben:
Zu Beginn der Arbeit werden das Messprinzip und die zugrunde liegenden mathematischen Zusammenhänge erläutert. Anschließend wird detailliert auf das Messverfahren eingegangen. Dazu wird der Messaufbau vorgestellt, die Bestimmung der Messparameter, die Minimierung der systematischen Fehler sowie die Ausführung der Messungen erklärt und die Messergebnisse analysiert. Im Anschluss werden Vor- und Nachteile des LRT-Verfahrens an Hand der Präsentation verschiedener Messungen dargelegt. Dabei wird das LRT-Verfahren zur Messung von Ultraschall in Wasser, Luft, PMMA und in einer Kombination mehrerer Medien verwendet. Zudem wird gezeigt, dass das entwickelte Verfahren auch im Rahmen der Messung von hochintensivem Ultraschall (maximaler Schalldruck > 1 MPa) akzeptable Ergebnisse liefert. Abschließend wird die Arbeit zusammengefasst und ein Ausblick auf mögliche zukünftige Forschungen gegeben.
Schlagwörter: refraktometrische Tomographie, Ultraschall, akusto-optische Wechselwirkung, Laser-Doppler-Vibrometer, berührungslos, richtungsunabhängig,