Die Arbeitsgruppe Ultraschall-Systementwicklung ist spezialisiert auf die Entwicklung von Systemen für den Einsatz in medizinischen und nichtmedizinischen, technischen Anwendungen. Als Basis für die gezielte Evaluierung innovativer Ansätze und die schnelle Produktentwicklung stehen die bewährten und stetig weiterentwickelten Technologieplattformen TRM (Transmit Receive Module) und USS (UltraSoundSystem) zur Verfügung. Aufbauend auf diesen Plattformen werden Systeme für Messaufgaben wie z. B. die Durchfluss-, Abstand- und Füllstandsmessung oder für den Bereich der Qualitätssicherung entwickelt.

Für sogenannte "Embedded Systems" werden zusätzlich Bauelemente wie Mikrocontroler, DSP (Digital Signal Processor) und FPGA (Field Programmable Gate Array) eingesetzt, sodass unabhängig von einem PC oder Laptop Messungen autonom im Stand-Alone-Betrieb durchgeführt werden können. Die Erfahrung der Mitarbeiter im Design analoger und digitaler Hardware umfasst das gesamte Spektrum der Entwicklung von der Konzepterstellung über den Prototypen bis hin zum marktreifen Produkt.

Schallwellen breiten sich mit definierter Geschwindigkeit aus und werden an Hindernissen reflektiert. Dieser physikalische Effekt wird auch mittels Ultraschall in der Weise genutzt, dass ein Ultraschallwandler eine Welle aussendet und den reflektierten Wellenzug nach einer dem Abstand des reflektierenden Objektes entsprechenden Laufzeit wieder empfängt. Die Messung kann in Flüssigkeiten, Gasen oder Festkörpern erfolgen. Reflektierende Objekte können beispielsweise Phasengrenzen, Flüssigkeitsoberflächen, Schüttgutoberflächen oder andere Objekte (Einparkhilfe) sein.

In der Arbeitsgruppe Ultraschall-Systementwicklung werden anwendungsspezifische Lösungen zur Laufzeitmesssung erarbeitet und realisiert. Dazu werden, je nach Kundenwunsch, Studien, Machbarkeitsuntersuchungen oder Produkt- bzw. Einzelentwicklungen durchgeführt.

In vielen medizinischen und industriellen Anwendungen spielt der gerichtete Stofftransport eine wesentliche Rolle. Häufig genügt es, diesen durch die Strömungsgeschwindigkeit des entsprechenden Mediums zu charakterisieren. Die Ultraschall-Durchflussmessverfahren basieren, wie auch viele andere physikalische Messprinzipien, auf dieser Messgröße. Für einfache Fälle genügt ein integrales Bestimmen der Fluidgeschwindigkeit, komplexere Fälle, insbesondere bei schwierigen Strömungseigenschaften und Mehrphasenfluiden, erfordern die Bestimmung des Strömungsprofiles. Obwohl schon etwa 30 Jahre auf dem Markt vertreten, erfahren die Ultraschallmesssysteme erst in den letzten Jahren eine starke Akzeptanz, bedingt durch die Fortschritte in Sensorik und Elektronik.

Die Arbeitsgruppe Ultraschall-Systementwicklung beschäftigt sich unter anderem mit der Entwicklung und Implementierung unterschiedlicher Verfahren zur Durchflussmessung mittels Ultraschall, sowohl für Gase, als auch für Flüssigkeiten. In der Breite der Anwendungen spielt die vorhandene Entwicklungskapazität bei Ultraschallwandlern eine große Rolle, da so auch Hochtemperatur, Clamp-On und andere Anwendungen realisiert werden können. Es werden Studien, Produktentwicklungen und Sonderanfertigungen durchgeführt.

Für Ultraschallanwendungen in Echtzeit sind eine schnelle Erfassung (hohe Abtastraten) und eine flexible Signalverarbeitung von großer Bedeutung. TRM (Transmit-Receive Module) und USS (UltraSoundSystem) sind einkanalige Ultraschallsysteme, die im Puls-Echo-Betrieb bzw. im Transmissions-Betrieb eingesetzt werden können.

Sie können über Multiplexer mit mehreren Messpfaden verbunden werden und als Stand-Alone-System bzw. zur reinen Datenakquisition eingesetzt werden. Eine flexible und schnelle Signalverarbeitung (z. B. Korrelation) ist durch den Einsatz von DSPs möglich; ein schneller Datentransfer wird über USB gewährleistet.

Bei Tiefen von mehr als 1000 m ist die druckneutrale Technik anderen Technologien hinsichtlich Gewicht, Energieverbrauch und Kosten überlegen (siehe Diagramm).

Eine spezielle Vergusstechnologie und die Verwendung spezieller elektronischer Komponenten und Werkstoffe (Schäume oder Backing) gewährleisten einen sicheren und robusten Gebrauch druckneutraler Module und Systeme bis zu einer Tiefe von 6000 m.

Für die Entwicklung von „Stand-Alone“ oder „Embedded Systems“ stehen unterschiedliche Plattformen zur Verfügung. Neben der Druckneutralität sind für Unterwassersysteme die beiden wichtigsten Aspekte die Energieeffizienz und die Größe. USS (UltraSoundSystem) und TRM (Transmit-Receive-Modul) können in einem Low-Power-Modus betrieben werden und ggf. in den Standby-Betrieb geschaltet werden. Beide Systeme können für Einkanal-Anwendungen mit bis zu 16 Sensoren (Multiplexer) bei 8 Messpfaden betrieben werden. Im Rahmen von Dauertests wurden beide bei einem Druck von 600 bar getestet.