Wandlerentwicklung

Der Ultraschallwandler eines Messsystems konvertiert die Signale von der elektrischen Systemseite in die akustische Welle und umgekehrt. Mit der akustischen Welle werden die vom Medium oder dem Körper gewünschten Informationen gesammelt (z. B. Objektabstand oder Veränderungen im Gewebe oder in Werkstoffen). Somit bildet er das Frontend des Systems zum Messobjekt und ist damit ein wichtiger, performance-bestimmender Teil der Messkette. Da er direkt in Verbindung mit dem Messobjekt oder dem Medium steht, ist er den Umweltbedingungen am Messort ausgesetzt und muss neben den akustisch notwendigen Eigenschaften auch alle Anforderungen in Bezug auf Druck, Temperatur, Medienbeständigkeit, Vibrationen oder Schock erfüllen. Hinzu kommen zusätzliche Anforderungen in Bezug auf Bauraum, Design oder Optik. Eine solche Vielzahl an speziellen Forderungen lässt sich meist nur mit einer anwendungsspezifischen Produktentwicklung lösen.

Wir bieten daher Dienstleistungen zur Neuentwicklung oder Optimierung von spezialisierten Sensoren oder Aktoren. Hierunter fallen z. B. die Spezifikation und Auslegung von Wandlersystemen, der Prototypenbau, die elektrische und akustische Vermessung sowie Belastungen und Lebensdauertests. Unsere Entwicklungen finden sich im Markt bereits in einer Vielzahl von Produkten aus den Bereichen Medizin, Industrie oder Sonar. Der Frequenzbereich, in dem wir Lösungen anbieten, kennt kaum Einschränkungen. Dieser beginnt niederfrequent bei 20 kHz mit Reinigungs- oder Sonaranwendungen und endet sehr hochfrequent bei 1 GHz mit Sensoren für den Einsatz in Ultraschallmikroskopen.

Weitere Beispiele für mögliche Sensoren sind:

  • Medizinische Phased-, Linear- oder Curved-Arrays
  • Matrix-Arrays für die volumetrische Diagnostik
  • therapeutische und kombinierte diagnostisch/therapeutische Sensoren
  • katheterbasierte Einelementwandler und Arrays
  • Sensoren für die Durchflussmessung in Gasen und Flüssigkeiten (z. B. auch Clamp-on)
  • Füllstands- oder Abstandssensoriken (z. B. Level-Metering im Tank, Einparkhilfen)
  • Fächer-Echolote, Sidescanner
  • volumetrische Sonar (basierend auf Mills-Cross-Technik oder Full-Matrix-Arrays)
  • Sonderlösungen für die sonarbasierte Objekterkennung (aktiv/passiv)

Wir arbeiten in enger Abstimmung mit den anderen Arbeitsgruppen der Hauptabteilung Ultraschall und bieten den vollständigen Entwicklungsprozess von der Idee bis zum Produkt. Dank unserer langjährigen Erfahrung, eines schlanken Entwicklungsprozesses und der exzellenten technischen Ausstattung sind kurze „Time-to-Market“-Zeiten realisierbar.

 

Angebote der Arbeitsgruppe

sortiert nach Geschäftsfeldern

 

Biomedizinischer Ultraschall

Diagnostische Sonden

Heutzutage ist Ultraschall in der Medizintechnik eine der zentralen Diagnose-Methoden. Ultraschall ist nicht invasiv, er ist schnell einzusetzen, ungefährlich und darüber hinaus auch kostengünstig.

Wir bieten die Entwicklung von speziell angepassten Sonden, zur optimierten Darstellung der jeweiligen Untersuchungsbereiche, zur Anwendung von außen oder auch als Katheterlösung.

 

Biomedizinischer Ultraschall

Höchstfrequente Ultraschallwandler

Fokussierte Ultraschalllinsen und nichtfokussierte Ultraschallwandler im Frequenzbereich zwischen 100 MHz und 1 GHz werden vornehmlich für die Akustomikrospkopie in der biomedizinischen Forschung eingesetzt. Werden hochfrequente Schallwellen noch zusätzlich mittels Linsen fokussiert, werden Fokusdurchmesser im Bereich von wenigen Mikrometern möglich.   

 

Biomedizinischer Ultraschall

Hochfrequente Ultraschallarrays

Hochfrequente Ultraschallarrays in der Medizin bieten den Vorteil elektronischer Fokussierung und Scans. Eine Erhöhung der Frequenz über 100 MHz hinaus ist für medizinische Anwendungen nicht sinnvoll, weil hier die Eindringtiefe des Schalls in Gewebe lediglich noch 2 mm beträgt. Typische Anwendungen befinden sich im Frequenzbereich bis 50 MHz.  

 

Biomedizinischer Ultraschall

Therapeutische Sonden

Bei Applikation von hohen Ultraschall-Leistungen führt die eingebrachte Energie zur lokalen Erwärmung. Mit kleinen Dosen werden leichte Stimulationen durchgeführt und mit hohen Dosen kann schädliches Gewebe gezielt zerstört.

Das Fraunhofer IBMT entwickelt spezielle therapeutische Wandler. Diese können funktional auch mit diagnostischen Sensoren kombiniert sein.

 

Biomedizinischer Ultraschall

Matrix-Sonden

Für die 3D-Vermessung mit Ultraschall können unterschiedliche Sonden eingesetzt werden. Matrix-Sonden bestehen aus schachbrettartig angeordneten Wandler-Elementen.

Eine Sonde mit 32x32 Sensoren besteht somit aus 1024 Einzelwandlern. Der Schallstrahl kann zur Untersuchung flexibel gesteuert und so für die jeweilige Messung optimal eingesetzt werden.

Biomedizinischer Ultraschall

MR-kompatibe Ultraschallsonden

Die Kombination von Ultraschall mit anderen Modalitäten wie zum Beispiel der Magnetresonanz-Bildgebung können viele zusätzliche Vorteile ausgenutzt werden.

IBMT bietet die Entwicklung spezieller aufklebbarer Sonden, die im MR-Tomographen direkt am Patienten eingesetzt werden können. Beide Bildgebungen können parallel ohne gegenseitige Beeinflussung genutzt werden.

 

Biomedizinischer Ultraschall

Opto-akustische Sonden

In der Opto-Akustik werden die Untersuchungsgebiete nicht mit Ultraschall selbst abgescannt, sondern mit gepulstem Laser-Licht beleuchtet.

Das Gewebe absorbiert das Licht und durch Wärmeausdehnung entsteht Schall, welcher von den Ultraschallwandlern der Sonde abgebildet wird. Es entsteht so ein Absorptionsbild des Lichtes, welches Rückschlüsse auf Gewebearten erlaubt.

 

Technischer Ultraschall

Industrielle Sensoren

Ultraschall findet einen breiten Einsatz bei industriellen Messaufgaben. Das ideale Zusammenspiel zwischen Sensor, Messmedium und Messobjekt bei gegebenen Umweltbedingungen (Druck, Temperatur, Medium) ist dabei die Voraussetzung für qualitativ hochwertige und sichere Signalauswertung.

 

Technischer Ultraschall

Luftschallwandler

Insbesondere für die Abstandsmessung, die Durchflussbestimmung von Gasen oder die Oberflächencharakterisierung sind Ultraschallwandler für schallweiche Ausbreitungsmedien wie Luft erforderlich. Eine gleichzeitig sensitive wie auch breitbandige Übertragungscharakteristik bei vertretbaren Kosten ist oft nur durch anwendungsspezifische Entwicklungsarbeit zu erreichen.

 

Technischer Ultraschall

Benetzte- und Kontaktwandler

Benetzte- und Kontaktwandler bilden eine spezielle Gruppe der industriellen Sensoren, da sie direkt in Kontakt mit dem Medium bzw. dem Objekt stehen. Somit erfahren sie nicht nur die Umgebungsbedingungen (z. B. Druck, Temperatur) direkt, sie müssen auch mit besonderen Eigenschaften wie Medienbeständigkeit und Abriebfestigkeit in der industriellen Umgebung ausgestattet sein.

 

Technischer Ultraschall

Leistungsschall

Ultraschallanwendungen bei denen grosse Leistungen in ein Medium eingebracht werden, bezeichnet man als Leistungsschallanwendungen. 

Wir bieten die komplette Bandbreite unserer Entwicklungsleistungen und Fertigungstechnologien für hocheffiziente Schwingsysteme für die verschiedenen Anwendungsbereiche an.       

 

Technischer Ultraschall

Matrix-Arrays

Matrix-Sonden kontrollieren den Schallstrahl im Untersuchungsraum durch elektronische Ansteuerung und Auswertung der schachbrettartig angeordneten Ultraschallsensoren.

Serienprüfungen oder die Prüfung von sich bewegende Bauteile erfordern sehr kurze Prüfzeiten. Das IBMT entwickelt angepasste, schnelle Matrix-Sonden für maximale Genauigkeit bei gleichzeitig kurzen Prüfzeiten.

 

Sonar

Sonarantennen

Sonare waren die ersten technisch eingesetzten Ultraschallsensoren. Zur Abbildung von Oberflächen unter Wasser werden komplexe Antennen eingesetzt.

Mit ihrer Hilfe lassen sich diese Objekte und Bereiche hoch aufgelöst rekonstruieren. Es können detaillierte Seebodenkarten erstellt, die Sicherheit von Fahrrinnen geprüft oder die Veränderungen von technischen Strukturen überwacht werden.

 

Sonar

Matrixantennen

Die Abbildung von dreidimensionalen Oberflächen unter Wasser ist eine wichtige Aufgabe. Schachbrettartige Anordnungen von Ultraschallwandlern erlauben die Strahlsteuerung im Raum und damit das Betrachtung eines Objektes aus unterschiedlichen Richtungen (z.B. während der Überfahrt). Dadurch lassen sich Objekte genau abbilden und z.B. die Veränderungen von technischen Strukturen können überwacht werden.

 

Sonar

Sonarsensoren

Zur Messung von Wassertiefen oder Abständen werden üblicherweise Echolote mit einem einzigen Schallwandler eingesetzt. Diese müssen eine Vielzahl von Eigenschaften aufweisen. So müssen sie hohe Drücke ertragen können und sind meist im Dauereinsatz unter Wasser, was zum Beispiel eine hohe Resistenz gegen Bewuchs erfordert.

Sonar

Sensor-Trägersysteme

Die moderne Ozeanologie und die Schifffahrt benötigen eine Vielzahl von Unterwassersensoren. Forscher und Kapitäne brauchen daher zuverlässige und präzise akustische Systeme. Insbesondere bei der Erkundung des Meeresbodens sind dabei die Seewasserstabilität und die Drucktoleranz bis mehrere hundert bar Voraussetzung. 

Allgemeine Informationen

Technische Ausstattung der Hauptabteilung Ultraschall

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Wir bieten Bachelor- und Masterarbeiten, Praktika und Praxissemesterarbeiten.

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Kerstin Knobe

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