Beeinflussung der Schallkeule eines Ultraschallsensors

Um ein Objekt hinter einer dünnen Wand, durch ein kleines Loch mit einem Ultraschallsensor effizient zu erfassen, wobei der Ultraschallstrahl zu breit für die Öffnung ist, können die Ultraschallwellen fokussiert oder geführt werden, um besser durch eine kleine Öffnung zu gelangen. Eine mögliche Methode zur Beeinflussung der Schallkeule ist die Verwendung von zylindrischen Ultraschallwellenleitern, so genannten Schallreduzierstücken (auch Sound Tube oder Sound Pipe). Ein Schallreduzierstück ist ein Ultraschallwellenleiter, d. h. eine Struktur oder ein Medium, das die Ausbreitung hochfrequenter Schallwellen leitet und begrenzt. Der Wellenleiter trägt dazu bei, den Weg der Ultraschallwellen zu kontrollieren und zu verhindern, dass sie sich entlang ihres Weges ausbreiten oder abschwächen. Durch die Begrenzung der Schallwellen innerhalb deines definierten Zylinders entsteht eine begrenzte Schallkeule, welche die Fähigkeit verbessert, sich auf bestimmte Ziele zu konzentrieren und Störungen durch umliegende Objekte zu verringern. Bei der Konstruktion eines Ultraschallwellenleiters müssen Materialien, Abmessungen und akustische Eigenschaften sorgfältig berücksichtigt werden, um minimale Verluste aufgrund von Absorption und Streuung an den Wänden zu gewährleisten. In der Praxis werden Schallreduzierstücke so realisiert, dass ihre Form und Länge genau auf die Ultraschallfrequenz des Wandlers eines Ultraschallsensors abgestimmt sind. Durch die sorgfältige Auswahl der Frequenz und die Kontrolle der Ausrichtung des Sensors in Verbindung mit einem Schallreduzierstück können die Auswirkungen von Interferenzen minimiert und genauere und zuverlässigere Messungen durchgeführt werden. Bekannte Anwendungsmöglichkeiten für Schallreduzierstücks sind Füllstandsmessungen in Röhrchen, Proben mit sehr kleinem Durchmesser, zum Beispiel in Abfüllanlagen in der Medizintechnik. Bei der Anordnung mehrerer Sensoren auf engstem Raum, zum Beispiel in Arrays zur Höhenprofilüberwachung, unterdrücken Schallreduzierstücke wechselseitige Mehrfachstörungen.

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Einsatz des BS-M12-ST mit einem P43-25-M12-U-CM12.

Um im dem Beispiel durch eine 8mm Bohrung hindurch Objekte oder Füllstände detektieren zu können, ist ein Schallreduzierstück (rechts im Bild) erforderlich, da der Sensor ohne diese Fokussierhilfe die von der Fläche um das Loch herum reflektierten Schallwellen als erstes Objekt  interpretiert. Erst die Begrenzung mittels Schallreduzierstück erlaubt eine Messung durch die 8mm kleine, runde Öffnung.