Miniaturisierte Resonatoren für Ultraschall: Messung der Charakteristika
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Abstract:
Für neuartige Anwendungen sind Eigenschaften und Systemverhalten von Miniatur-Resonatoren im Ultraschallbereich von Bedeutung. Ziel dieses Beitrags ist die experimentelle Untersuchung und Validierung akustischer Eigenschaften von Miniatur-Resonatoren im unteren Ultraschallbereich. Dazu werden ein miniaturisiertes Impedanzmessrohr und eine variable Resonator-Cartridge mit hoher Fertigungspräzision entwickelt. Aufgrund der sehr kleinen Abmessungen des Messrohrs im Millimeterbereich und beschränkter messtechnischer Kapazitäten im interessierenden Frequenzbereich wurde sich für die Anwendung der 2-Mikrophonmethode mit hochlaufender Sinusanregung entschieden. Die gängigen Kalibrierungsverfahren, wie z.B. der Austausch der Mikrophone, sind beim Einsatz von fest montierten MEMS-Mikrophonen nicht umsetzbar. Die durchgeführten Untersuchungen müssen die Ungenauigkeit der Phasen- und Amplitudenfehlanpassung der Mikrophone beachten. In einem ersten Schritt konnten die Resonanzfrequenzen von Miniatur-Resonatoren durch die Bestimmung des Einbruches vom gemessenen Reflexionsfaktor festgestellt werden. Dabei wurden Resonatoren mit verschiedenen Halsdurchmessern getestet. Die Ergebnisse stellen vergleichbare Resonanzfrequenzen mit Lösungen von analytischen Modellen dar. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Miniatur-Resonatoren im unteren Ultraschallbereich in Bezug auf die Resonanzfrequenz ein ähnliches Verhalten aufweisen, wie Resonatoren im hörbaren Bereich.