Sensorelektronik zur Bestimmung von Reflexionen sensoroberflächennaher Schichten

In der Ultraschallmesstechnik ist der Einsatz des Impuls-Echoverfahrens verbreitet. Wird nur ein Ultraschallwandler eingesetzt, benötigt man für das sequentielle Senden und Empfangen einen Sende-/Empfangsumschalter. Häufig werden aber nicht nur Impulse gesendet, sondern auch sogenannte Bursts, die aus mehreren Wellenzügen bestehen. Die während des Sendebetriebs empfangenen Ultraschallwellen, die z. B. durch Reflexionen von nahe gelegenen Hindernissen entstehen, können bei diesen umschaltenden Systemen nicht ausgewertet werden. In diesem Beitrag wird eine Sensor-Interface-Elektronik vorgestellt, die das gleichzeitige Senden und Empfangen von Ultraschallsignalen mit nur einem Ultraschallwandler erlaubt. Die dazu erforderliche Trennung von Sende- und Empfangssignal wird durch einen Richtkoppler ermöglicht, der mit vergleichsweise geringem technischem Aufwand aus Breitbandübertragern aufgebaut ist. Eine geeignete Dimensionierung für die verkoppelten Übertrager wurde durch die Analyse der zugehörigen Streumatrix dieses Aufbaus gefunden. Die Arbeitsweise sowie die Bedeutung der Anpassung der Tore des Richtkopplers wird anhand der Ankopplung verschiedener Medien an den Wandler erläutert. Die angekoppelte akustische Last beeinflusst dabei auch die elektrischen Eigenschaften des Sensors. Durch den Einsatz dieser Sensorelektronik wird es möglich, Reflexionen in unmittelbarer Nähe der Sensoroberfläche aufzunehmen, ohne dass z. B. Vorlaufkörper eingesetzt werden müssen. Möglichkeiten zur selbsttätigen Abstimmung der Sensorelektronik auf den angeschlossenen Ultraschallwandler bzw. dessen Parameteränderungen werden diskutiert.