Verbesserung der lateralen Auflösung von piezoelektrischen Hydrophonen durch numerische Verfahren

In der Sonographie werden Ultraschallwandler mit Frequenzen bis zu 70 MHz verwendet. Zur Untersuchung der erzeugten Felder erfüllen die verfügbaren piezoelektrischen Hydrophone nicht die Anforderungen an einen 'Punktempfänger'; aufgrund der endlichen Empfangsfläche liefern sie vielmehr räumlich gemittelte Messwerte des Schalldrucks. Ziel dieser Arbeit war, ausgehend von diesen Werten, komplexe Ultraschallfelder durch Entfaltung der Apertureffekte zu rekonstruieren. Diese Aufgabe wurde als inverses Problem behandelt. Durch numerische Simulationen wurde gezeigt, dass geeignete Verfahren, wie die Wienersche Methode, die Leistungsspektrum-Ausgleichsmethode und die Maximum-a-posteriori-Methode, verwendbar sind. Diese Methoden invertieren den Apertureffekt und unterdrücken gleichzeitig das Rauschen. Die Simulationsergebnisse wurden bei 2,25 MHz experimentell überprüft, wobei Hydrophone für Referenzmessungen zur Verfügung standen. PVDF-Membran-Hydrophonen unterschiedlicher Geometrie und Abmessungen wurden hergestellt. Das Hydrophonabmessungen-Wellenlänge-Verhältnis und die Messbedingungen wurden so gewählt, dass die Ergebnisse weitgehend bei hoher Frequenzen anwendbar sind. Die für die Rekonstruktion notwendige Hydrophonapertur wurde mit verschiedenen Methoden untersucht. Die besten Ergebnisse wurden durch ihre Ableitung aus dem räumlichen Spektrum des Messsignals erzielt. Trotz unterschiedlicher Entwurfsgrundlagen waren alle getesteten Techniken bei optimierten Messbedingungen in der Lage, komplexe Schallfelder zu rekonstruieren. Für eine Querschnittsebene im Nahfeld (kritischer Fall) lag die gesamte Unsicherheit des Rekonstruktionsergebnisses (systematische und stochastische Einflüsse) innerhalb von Die Unsicherheiten dieses neu entwickelten Verfahrens zur Verbesserung der räumlichen Auflösung bei der Untersuchung von Ultraschallfeldern mittels piezoelektrischen Hydrophonen liegen im akzeptablen Bereich der Ultraschallmesspraxis.