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Faseroptisches Sondenhydrophon FOPH 2000 PVDF Hydrophone Messdienstleistungen

Faseroptisches Sondenhydrophon FOPH 2000

Das faseroptische Sondenhydrophon FOPH 2000 ist das ideale Instrument zur Absolutmessung kurzzeitiger, hoher positiver und negativer Drücke in Flüssigkeiten. Es wird von zahlreichen metrologischen, medizinischen und wissenschaftlichen Laboratorien weltweit zur verlässlichen Charakterisierung von Schallfeldern eingesetzt.
Das druckempfindliche Element des Hydrophons ist die Spitze einer optischen Glasfaser. Die Messung des Drucksignals erfolgt über die Änderung der Lichtreflexion an der Grenzfläche Glasfaserspitze/Wasser, verursacht durch die Druckabhängigkeit des Brechungsindex in Wasser.
Neu: Da der Brechungsindex einer Flüssigkeit von Druck und Temperatur abhängig ist, kann das FOPH 2000 auch als Temperaturmessgerät mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung eingesetzt werden (interessant für HIFU-Anwendungen).


FOPH 2000

 
Zentraleinheit und Photodetektor des faseroptischen Sondenhydrophons FOPH 2000


Eigenschaften

  • Einfache und schnelle Kalibrierung ohne Referenzmessmittel. Aufgrund der Selbstkalibrierung des faseroptischen Sondenhydrophons kann dieses als Messstandard verwendet werden.
  • Hohe räumliche Auflösung: 100 µm.
  • Bandbreite: 0 bis 2/20/100 MHz, einstellbar (bis 150 MHz nach rechnerischer Entfaltung der Hydrophoneigenschaften).
  • Anstiegszeit 3 ns, elektronisch begrenzt.
  • Theoretische Bandbreite: 0 bis 30 GHz.
  • Eine Richtungsabhängigkeit der Empfindlichkeit wird aufgrund des geringen Hydrophondurchmessers erst bei Frequenzen größer als 1 MHz beobachtet.
  • Vollständige und reproduzierbare Wiedergabe von positiven und negativen Druckamplituden.
  • Die hohe Adhäsion zwischen Wasser und der Glasfaserspitze unterdrückt die Bildung von Kavitationsblasen an der Sondenspitze selbst bei hohen negativen Drücken. Verursachen Kavitationskeime vor der Faserspitze dennoch einen Abriss des Wasserfilms von der Sonde, so kann dies durch einen anomal hohen Anstieg der Lichtreflexion eindeutig identifiziert werden.
  • Ausgestattet mit 20 m Messfaser.
  • Eine beschädigte Faserspitze kann innerhalb weniger Minuten repariert werden.
  • Aufgrund des optischen Messprinzips ist das faseroptische Sondenhydrophon extrem unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen.
  • Durch Akkubetrieb des Gerätes werden elektromagnetische Störungen über Netzkabel verhindert.
  • Keine Materialermüdung, da weder elektrische Leitungen noch piezoelektrisches Material mit Wasser in Kontakt kommen.


Anwendungen


Eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten liegen bei der Kalibrierung und Charakterisierung von medizinischen und technischen Ultraschallgeräten, sowie bei allgemeinen Ultraschallkalibrier- und Messaufgaben.

  • Absolutmessung von hohen positiven und negativen Drücken in Flüssigkeiten.
  • Druckmessungen im Fokus und im Wellenfeld von Medizingeräten zur extrakorporalen Stoßwellenlithotripsie (Behandlung von Nieren- und Gallensteinen) nach IEC 61846.
  • Druck- und Temperaturmessungen im Fokus und im Wellenfeld von Ultraschall-Medizingeräten zur Krebstherapie (high intensity focused ultrasound, HIFU).
  • Druck- und Temperaturmessungen im Fokus und im Wellenfeld von medizinischen Ultraschall-Diagnosegeräten.
  • Charakterisierung und Zertifizierung medizinischer Diagnose- und Therapiegeräte (IEC 61157). 
  • Untersuchung des Wellenfeldes von Ultraschall-Reinigungsgeräten.
  • Messungen zur Ultraschall- und Stoßwellenausbreitung in Flüssigkeiten.
Die hohe räumliche (100 µm) und zeitliche (3 ns) Auflösung des faseroptischen Sondenhydrophons FOPH 2000 erlaubt eine zuverlässige Überprüfung von medizinischen Geräten zur extrakorporalen Stoßwellenlithotripsie und Ultraschall-Diagnose.


Funktionsprinzip

FOPH Prinzip  

Funktionsprinzip des faseroptischen Sondenhydrophons

Druckwellen in Flüssigkeiten rufen Dichteänderungen hervor, die ihrerseits den optischen Brechungsindex modulieren. Mittels des faseroptischen Sondenhydrophons wird diese Änderung des Brechungsindex über die Lichtreflexion an der Spitze einer in die Flüssigkeit eintauchenden Glasfaser bestimmt.
In die Glasfaser wird Laserlicht eingekoppelt, welches an der Faserspitze teils austritt, teils reflektiert wird.
Eine Druckwelle ändert kurzzeitig Dichte und Brechungsindex der Flüssigkeit, dies führt zu einer Modulation der Intensität des reflektierten Lichts.
Das reflektierte Lichtsignal wird über einen Faserkoppler ausgekoppelt und mittels eines schnellen Halbleiter-Photodetektors in ein elektrisches Signal umgewandelt, welches nach Verstärkung auf dem Oszilloskopschirm direkt den Druck/Zeit-Verlauf wiedergibt.
Die lediglich vom Gleichlicht-Reflexionssignal abhängige Kalibrierung des Hydrophons erlaubt eine einfache Bestimmung des Zusammenhangs zwischen Druck und Photodioden-Signal.


Zusammenfassung der technischen Daten

Räumliche Auflösung
100 µm
Anstiegszeit
3 ns
Bandbreite
DC bis 150 MHz
Einzelpuls-Druckauflösung
+/- 0.7 MPa
Empfindlichkeit
2 mV/MPa
Messbereich Schalldruck (getestet)
-60 MPa bis 400 MPa
Messbereich Wassertemperatur (getestet)
5 °C bis 95 °C
Messgenauigkeit
+/- 5 %
Länge der Messfaser
20 m

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