Wirkung des Innenwiderstandes von Ultraschallgeräten auf Form und Bandbreite des im Ultraschallsensor (Prüfkopf) erzeugten Schalldrucksignals

The optimum internal resistances of ultrasound instruments for pulse shape and duration of sound pressure signals produced by ultrasound probes are calculated from the probe parameters.

Values for the lumped parameter electrical equivalent circuit are obtained from measured electrical impedance and admittance characteristics. The effect of these resistance on the shape and duration of the ultrasound signal are investigated in both the time and the frequency domains by means of a digital network analyzer. A measure of the pulse length is the relative - 6 dB bandwidth, which depends on the logarithmic decrement A and on the effective electromagnetic coupling factor k_e and each of these is represented by a constant ratio R ₁/R _i of the resonance resistance of the probe to the internal resistance. The logarithmic decrement is defined by the decay of the mechanical oscillation signal. The effects of the individual influences on the sound pressure signal are separated in order to be able to carry out system optimisation. Combinations of parameters which lead to unwanted double pulses are pointed out.

Zusammenfassung

Für Impulsform und -dauer des in Ultraschallprüfköpfen erzeugten Schalldrucksignals optimale Innenwiderstände von Ultraschallgeräten werden aus den Parametern des Prükopfes berechnet. Die Werte des dabei benutzten elektrischen Ersatzschaltbildes mit konzentrierten Parametern erhalt man aus den am Priifkopf gemessenen Ortskurven von elektrischer Impedanz und Admittanz. Die Wirkung dieser Widerstände auf Form und Dauer des erzeugten Ultraschall-Signals wird mit Hilfe der digitälen Netzwerkanalyse im Zeit- und Frequenzbereich untersucht. Maß der Impulslange ist die relative - 6 dBBandbreite, die abhängig vom logarithmischen Dekrement A und vom effektiven elektromechanischen Kopplungsfaktor k _e ist und bei jeweils konstantem Verhältnis Resonanzwiderstand des Prüfkopfes zu Innenwiderstand des Ultraschallgerätes R ₁/R _i dargestellt wird. Das logarithmische Dekrement wird als Dämpfung des mechanischen Reihenschwingkreises definiert. Die einzelnen Einflußgrößen auf das Schalldrucksignal werden in ihrer Wirkung separiert, um Systemoptimierungen durchführen zu können. Parameterkombinationen, die zu unerwünschten Doppelimpulsen führen, werden benannt. Effet de la resistance interne des appareils a ultrasons sur la forme et la largeur de bande des signaux produits par les capteurs

Sommaire

On a calculé les résistances des appareils à ultrasons, optimales pour la forme et la durée des signaux impulsionnels produits par les capteurs, à partir des paramètres du capteur. A cet effet on a utilisé un modèle électrique équivalent à paramètres concentrés. Les valeurs des éléments du modèle ont été obtenues à partir de l'impédance et l'admittance électriques complexes mesurées sur le capteur. On a étudié l'effet de ces résistances sur la forme et la durée des signaux ultrasonores produits, à l'aide de l'analyse de réseaux numérique dans les domaines temporel et fréquentiel. On déduit la longueur de l'impulsion de la largeur de bande relative à - 6 dB. Cette dernière dépend du décrément logarithmique A et du facteur de couplage électromecanique effectif k _e; elle est preséntée à rapport constant de la résistance à la résonance du capteur et de la résistance interne de l'appareil à ultrasons R ₁/R _i. Le décrément logarithmique est défini comme l'amortissement du circuit série oscillant mécanique.