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Experimente

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Ultraschall in Physik, Medizin und Technik

V3.10 | 20160421

Sehr geehrte Damen und Herren,

wir freuen uns, Ihnen unseren neuen Ultraschallkatalog für den Bereich der Ausbildung

und Lehre vorstellen zu können.

Unsere Geräte, wie z. B. das Ultraschallechoskop „GAMPT-Scan“, sind seit vielen Jahren

erfolgreich und weltweit an Universitäten und anderen Bildungseinrichtungen im Einsatz.

Unsere Produkte werden ständig weiterentwickelt, um Ihnen neue Lehrmöglichkeiten zu

erschließen und anbieten zu können.

Mit unseren Experimenten und Produkten möchten wir den Studierenden die grundlegenden

Prinzipien der Ultraschalltechnik nahe bringen und ihre Umsetzung in verschiedenen

Anwendungsbereichen wie Medizin oder Industrie verdeutlichen.

Um Ihnen die Arbeit zu erleichtern, haben wir für Sie verschiedene Versuchssets zusammengestellt.

Dabei können mit jedem Set themenbezogen verschiedene Ultraschall-

Experimente durchgeführt werden. Die Sets sind, wie alle unsere Produkte, individuell

kombinierbar und ergänzbar.

Ihre Erfahrungen, Hinweise und Anregungen sind uns immer willkommen. Nur so können

wir Ihren Anforderungen und Wünschen noch besser gerecht werden.

Wir wünschen Ihnen viel Spaß beim Blättern und Lesen in unserem neuen Katalog!

Mit freundlichen Grüßen

Dr. Michael Schultz

Geschaftsführer

Dr. Grit Oblonczek

Leiterin Marketing & Vertrieb

GAMPT-Katalog

Übersicht

Versuchssets 2-11

Set 1 Grundlagen des Ultraschalls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Set 2 Ultraschall in der Medizin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Set 3 Ultraschall in den Material- und Ingenieurwissenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Set 4 Transversal- und Oberflächenwellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Set 5 Debye-Sears-Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Set 6 Ultraschall-Doppler-Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Set 7 Doppler-Sonografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Set 8 Akustooptische Effekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Set 9 Ultraschall-Computertomografie und Scan-Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Set 10 Ultraschall-Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Geräte und Materialien 4-51

Echoskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-33

CW (Continuous Wave) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34-41

Doppler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42-47

Scan-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48-50

Experimente 52-91

Physik (PHY01-24) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54-74

Industrie (IND01-09) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75-83

Medizin (MED01-06) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84-91

Gesamtinhaltsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92-93

Firmenprofil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

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Versuchssets

Für einige Themenbereiche, die an vielen Fachschulen, Fachhochschulen und Universitäten

feste Ausbildungsschwerpunkte darstellen, haben wir Versuchssets zusammengestellt.

Mit jedem Set können verschiedene Experimente durchgeführt werden, die sich auf den jeweiligen

Ausbildungsbereich beziehen. So wendet sich beispielsweise das Set 2 „Ultraschall

in der Medizin“ mehr an die medizinischen Fakultäten während das Set 4 „Transversal- und

Oberflächenwellen“ eher für die naturwissenschaftlichen Fachbereiche konzipiert wurde.

Natürlich können die Sets mit anderen Produkten aus unserem Katalog kombiniert und

erweitert werden. Auf diese Art ist eine individuelle Anpassung der Versuche an die jeweiligen

Lehrgebiete von einfachen Grundlagenversuchen bis hin zu anspruchsvollen und

komplexen Themengebieten möglich.

Die Setbeschreibungen sind gegliedert in:

Lernziele: Die Lernziele beschreiben, zu welchen Themengebieten und Begriffen Experimente

durchgeführt werden können und welches theoretische Grundlagenwissen dafür

erforderlich ist.

Material: Hier sind die zum Set gehörenden und im Foto oben abgebildeten Komponenten

und Materialien mit Bestellnummer aufgelistet.

Experimente: Die Versuchsliste nennt die Experimente, die sich auf einen Themenschwerpunkt

konzentrieren und mit diesem Set durchgeführt werden können.

Erweiterungsvorschläge: Die Vorschläge helfen beim Kombinieren mit anderen Produkten

zur Durchführung weiterer Experimente.

Set 1 Grundlagen des Ultraschalls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Set 2 Ultraschall in der Medizin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Set 3 Ultraschall in den Material- und Ingenieurwissenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Set 4 Transversal- und Oberflächenwellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Set 5 Debye-Sears-Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Set 6 Ultraschall-Doppler-Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Set 7 Doppler-Sonografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Set 8 Akustooptische Effekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Set 9 Ultraschall-Computertomografie und Scan-Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Set 10 Ultraschall-Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12


Produkte · Sets

Set 1 Grundlagen des Ultraschalls

Lernziele

Mit diesem Set können Experimente zu den grundlegenden

physikalisch-technischen Sachverhalten der Ultraschalltechnik

und ihrer Anwendung in Medizin, Natur- und

Ingenieurwissenschaften durchgeführt werden. Dabei wird

sowohl auf die Einführung der technischen Grundbegriffe

der Messtechnik der Echoskopie als auch auf die wesentlichen

physikalischen Eigenschaften des Ultraschalls Bezug

genommen.

So werden mit dem Ultraschallechoskop GS200 und der

dazugehörigen Software die Signalentstehung und Signalverarbeitung

vom Sendepuls über das Reflexionsecho hin

zum A-Bild und B-Bild anschaulich dargestellt. Wesentliche

technische Begriffe wie Sendeleistung, Empfangsverstärkung

und laufzeitabhängige Verstärkung, Sondenfrequenz

und Ankopplung sind Elemente der Versuche.

Bei den physikalischen Eigenschaften sind insbesondere

Größen wie Amplitude, Frequenzabhängigkeit, Schallgeschwindigkeit,

Dämpfung und Reflexionskoeffizient Gegenstand

der Untersuchungen.

Der Übergang zu den Ultraschallapplikationen wird mit der

Demonstration der Entstehung eines Ultraschall-B-Bildes,

den Grundlagen der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung

und einfachen industriellen Anwendungen wie der Füllstandsmessung

erreicht.

Mit zusätzlichem Zubehör können die physikalischen

Grundlagenversuche um interessante Themen wie spektrale

Untersuchungen, Resonanzeffekte und Dispersion von

Ultraschallwellen erweitert werden.

Material

Ultraschallechoskop GS200 10400

Ultraschallsonde 1 MHz 10151

2 Ultraschallsonden 2 MHz 10152


Testblock (transparent) 10201

Testzylinderset 10207

Ultraschallgel 70200

Experimente

PHY01

PHY02

PHY06

PHY08

IND01

IND03

Grundlagen der Ultraschallechografie (A-Bild)

Schallgeschwindigkeit in Festkörpern

Frequenzabhängigkeit des Auflösungsvermögens

Ultraschall-B-Bild

Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung (ZfP/NDT)

Füllstandsmessung

Erweiterungsvorschläge

Transversalwellenset – 10218:

PHY04 Schallschwächung in Flüssigkeiten

Reflexionsplattenset – 10202:

PHY05 Spektrale Untersuchungen

Hydrofonset – 10451:

PHY20 Bestimmung der Fokuszone

Impedanzproben – 10208:

PHY21 Reflexion und Transmission an Grenzflächen

Impedanzproben – 10208, Lambdaplatten – 10209,

Ultraschallsonde 1 MHz – 10151:

PHY22 Phasensprung und Resonanzeffekte

Stativset – 10310, Erlenmeyerkolben – 10330:

IND03 Füllstandsmessung

Transit-Time-Messstrecke – 10180,

Zentrifugalpumpe – 50130, Doppelgefäß – 50170:

IND09 Transit-Time-Durchflussmessung

Brustmodell – 10221:

MED02 Ultraschalluntersuchungen am Brustmodell

Augenmodell – 10222:

MED04 Biometrie am Augenmodell

Bestell-Nr. SET01


Produkte · Sets

Set 2 Ultraschall in der Medizin

Lernziele

Dieses Set wurde für die Ausbildung der medizinischen

Fach- und Hochschulberufe und der medizintechnischen

Fachrichtungen entwickelt. Der Themenschwerpunkt ist die

Anwendung der Ultraschalltechnik in der medizinischen

Diagnostik.

Bei der Zusammenstellung der Versuche wurde vor allem

auf eine umfassende Vermittlung von Grundlagenwissen

Wert gelegt, bevor in weiteren Experimenten die unterschiedlichen

diagnostischen Ultraschalltechniken wie A-

Bild, B-Bild und M-Mode erklärt werden.

So werden zunächst physikalische Größen und Phänomene

in Bezug auf die Ausbreitung mechanischer Wellen wie

Schallgeschwindigkeit, Reflexion und Absorption, Frequenzabhängigkeiten

der Ortsauflösung sowie die grundlegenden

technischen Parameter von Ultraschallgeräten

behandelt. Anschließend werden an ausgewählten Beispielen

aus der Biometrie, der Echokardiografie, und der

Mammasonografie die einzelnen bildgebenden Verfahren

der medizinischen Diagnostik erläutert und verschiedene

Messaufgaben gelöst.

Damit wird das Verständnis für die Zusammenhänge zwischen

den physikalischen Eigenschaften einer Ultraschallwelle

und den Möglichkeiten und Grenzen in der medizinischen

Anwendung geweckt.

Material






Herzmodell 10220

Brustmodell 10221

Augenmodell 10222


Experimente

PHY01

PHY06

PHY08

MED01

MED02

MED04



Ultraschall-B-Bild

Ultraschall-TM-Mode (Echokardiografie)

Ultraschalluntersuchungen am Brustmodell

(Mammasonografie)

Biometrie am Augenmodell


Testzylinderset – 10207:

PHY02 Schallgeschwindigkeit in Festkörpern



1/2/4-MHz-Sonden – 10151, 10152, 10154,


PHY03 Schallschwächung in Festkörpern

Bestell-Nr. SET02


Produkte · Sets

Set 3 Ultraschall in den Material- und

Ingenieurwissenschaften

Lernziele

Ein Hauptanwendungsgebiet des Ultraschalls ist die zerstörungsfreie

Werkstoffprüfung (ZfP oder NDT). Hier hat sich

die Ultraschallprüfung als ein Standardverfahren für die

Analyse von Materialfehlern wie Rissen, Lunkern, Gasblasen

und Inhomogenitäten in den unterschiedlichsten Materialien

wie Metallen, Kunststoffen oder Verbundwerkstoffen

etabliert. Es wurde eine Vielzahl von Methoden entwickelt,

die den einzelnen Prüfaufgaben gerecht werden können.

Mit diesem Versuchsset werden einige der häufigsten

Prüfmethoden der Ultraschallprüfung, wie z. B. Impuls-

Echo- und Durchschallungsverfahren, Winkelkopfprüfung

und das TOFD-Verfahren erläutert und an verschiedenen

Materialproben angewendet.

Auf der Grundlage der Kenntnisse von physikalischen Eigenschaften

der Ultraschallwellen (z. B. Schallgeschwindigkeit,

Schalldämpfung, Reflexion, Brechung, Streuung) werden

Experimente zur Justage von US-Prüfgeräten wie die Erstellung

eines AVG-Diagramms oder die Kalibrierung eines

Winkelprüfkopfes an speziellen Prüfkörpern durchgeführt.

Ferner werden die Leistungsfähigkeit unterschiedlicher

Prüfverfahren an verschiedenen Fehlertypen getestet und

quantitative Messungen durchgeführt, wie z. B. die Bestimmung

von Risstiefen in Aluminiumproben.

Durch eine Erweiterung des Sets mit weiteren Materialproben

und Zubehör aus unserem Sortiment können die

Experimente noch auf speziellere Prüfverfahren mittels

Transversal- und Oberflächenwellen oder Guided Waves

(Lambwellen) ausgedehnt werden.

Die Versuche und Messungen dieses Sets bieten die Möglichkeit

einer anschaulichen Einführung der Studierenden

in die Problematik der Ultraschallprüfung und sind damit

für die Ausbildung in fast allen ingenieurwissenschaftlichen

Fachbereichen interessant.

Material




Winkelvorlaufstrecke 17° 10233


SE-Vorlaufstrecke (TOFD) 10237


Testblock für Winkelkopfprüfung 10240

Risstiefentestkörper 10241


Experimente

PHY01

PHY06

IND01

IND03

IND06

IND07



Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung (ZfP/NDT)

Füllstandsmessung

Winkelkopfprüfung

Risstiefenbestimmung (TOFD)


Transversalwellenset – 10218:


Ungänzentestkörper – 10242:

IND08 Fehlstellenprüfung



Bestell-Nr. SET03


Produkte · Sets

Set 4 Transversal- und Oberflächenwellen

Lernziele

Bei den klassischen Anwendungen des Ultraschalls, wie

z. B. den Laufzeitmessungen in Flüssigkeiten (Füllstandsmessung,

Durchflussmessung), spielt nur die longitudinale

Ausbreitung der Ultraschallwellen eine Rolle. Allerdings

können sich Ultraschallwellen vor allem in Festkörpern

auch in Form von Transversal- und Oberflächenwellen (SAW

- surface acoustic wave) ausbreiten. Diese Wellenmoden,

ihre Ausbreitungseigenschaften und ihre Abhängigkeit

von den elastischen Materialeigenschaften, ermöglichen

eine Vielzahl von neuen Methoden in der Werkstoffprüfung

(Flugzeugbau), Signalverarbeitung (SAW-Filter) und modernen

Medizin (Elastografie).

Mit diesem Set sind Versuche zur Demonstration der Modenwandlung

von Ultraschallwellen an Grenzflächen zwischen

Flüssigkeiten und Festkörpern oder an Grenzflächen

verschiedener Festkörper möglich. Weiterhin können sie

zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit von Transversal-

und Oberflächenwellen (Rayleigh- und Lambwellen)

in verschiedenen Materialproben verwendet werden. Diese

Messungen ermöglichen die Bestimmung der elastischen

Koeffizienten der Materialien wie Elastizitäts- und Schermodul.

Ebenfalls lässt sich mit diesem Set die Dispersion von

Ultraschallwellen (Frequenzabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit)

mit Hilfe der Ausbreitung von Lambwellen

in dünnen Glasplatten demonstrieren.

Als eine Anwendung von Oberflächenwellen in der Zerstörungsfreien

Werkstoffprüfung (ZfP/NDT) lässt sich eine

Risstiefenprüfung mit Hilfe von Rayleighwellen an einer

Aluminiumprobe durchführen.

Material





Transversalwellenset 10218

2 Rayleighwellenaufsätze 10231

Rayleighwellentestkörper 10232

Lambwellenset 10300


Experimente

PHY04

PHY07

PHY23

IND02

Schallschwächung in Flüssigkeiten

Transversalwellen in Festkörpern

Dispersion von Ultraschallwellen (Lambwellen)

Rissprüfung mit Rayleighwellen


Testblock (transparent) – 10201:

PHY01 Grundlagen der Ultraschallechografie (A-Bild)

PHY08 Ultraschall-B-Bild



Reflexionsplattenset – 10202:


Hydrofon - 10450,

Hydrofonplatte und -halter – 10252, 60123:




Bestell-Nr. SET04


Produkte · Sets

Set 5 Debye-Sears-Effekt

Lernziele

Die Geräte und Materialien dieses Sets ermöglichen Versuche

zur Einführung in die Akustooptik und die Verwendung

von kontinuierlich ausgesandten Ultraschallwellen

(CW – continuous wave). Im Mittelpunkt steht dabei der

Debye-Sears-Effekt und die Abbildung eines stehenden

Ultraschallwellenfeldes mittels Laserlicht.

Mit dem CW-Generator SC600 können Ultraschallwellen

verschiedener Frequenzen in einem Wasserbad generiert

werden. Die Ultraschallwellen verhalten sich wie die Elemente

eines optischen Gitters, dessen Gitterkonstante von

der Wellenlänge des Ultraschalls abhängt. Bei dem Durchgang

von parallelem Laserlicht wird dieses gebeugt. Es

kommt zur Entstehung eines klassischen Beugungsbildes,

dem Debye-Sears-Effekt. Durch die Verwendung verschiedener

Ultraschallfrequenzen sowie roten, grünen und

blauen Laserlichts kann die Abhängigkeit des Abstandes der

Beugungsordnungen von der akustischen und optischen

Wellenlänge gezeigt werden. Wird divergentes Laserlicht

verwendet, kann eine direkte optische Projektion des akustischen

Wellenfeldes erfolgen. Mit Hilfe einer Absorbermatte

können die Unterschiede zwischen fortschreitenden

und stehenden Ultraschallwellen demonstriert werden.

Durch Ergänzung mit einem Photodiodenempfänger kann

das Set zu einer Ultraschallresonanzzelle erweitert werden.

Diese findet im Wesentlichen bei Konzentrationsmessungen

ihre Anwendung.

Material

CW-Generator SC600 20100

Debye-Sears-Set 20200

Lasermodul (grün) 20211

AOM-Probenwanne 20225

Deckel für AOM-Probenwanne 20223

Projektionslinse 20230

Absorbermatte 20227

Experimente

PHY11

PHY12

Debye-Sears-Effekt

Projektion stehender Ultraschallwellen


justierbarer Spiegel – 20302,

Photodiodenempfänger – 20303:

IND04 Konzentrationsmessung mit Resonanzzelle

2 justierbare Spiegel – 20302,

2 Photodiodenempfänger – 20303,

Strahlteiler – 20301:

PHY17 Akustooptische Modulation an stehenden

Ultraschallwellen

Hydrofonset – 10451:

PHY19 Phasen- und Gruppengeschwindigkeit

Lasermodul (blau) – 20212:

PHY11 Debye-Sears-Effekt

PHY12 Projektion stehender Ultraschallwellen

Bestell-Nr. SET05


Produkte · Sets

Set 6 Ultraschall-Doppler-Effekt

Lernziele

Der Ultraschall-Doppler-Effekt findet in einer Vielzahl von

Messgeräten sowohl in der Industrie als auch in der Medizin

seine Anwendung. Das sind unter anderem Geräte zur

Durchflussmessung, zur Charakterisierung des Blutflusses

und der Fetal-Doppler zur Messung von Herztönen von

Föten.

Das Set enthält die notwendigen Komponenten zum Aufbau

eines Strömungskreislaufes mit einstellbaren Durchflussraten,

einen Ultraschall-Puls-Doppler mit Sonden

unterschiedlicher Frequenz als Messgerät und Software zur

Signalaufnahme und Signalverarbeitung.

Damit lassen sich die wesentlichen Abhängigkeiten der

Dopplerfrequenzverschiebung von Sendefrequenz, Einschallwinkel

und Strömungsgeschwindigkeit untersuchen.

Die im Kreislauf enthaltenen Flussstrecken verschiedener

Durchmesser und die Steigrohre ermöglichen Versuche zu

den Strömungsgesetzen. Dazu gehören die Kontinuitätsgleichung

und das Gesetz von Hagen-Poiseuille. Die Messung

der Strömungsgeschwindigkeit erfolgt dabei mit Hilfe

des Doppler-Gerätes und die Messung der Druckabfälle mit

den Steigrohren.

Durch Ergänzung mit der Dopplersonde und dem Armmodell

lassen sich Versuche zur Doppler-Sonografie (Anwendung

des Ultraschall-Doppler-Effektes in der Medizin)

durchführen.

Material

Ultraschall-Puls-Doppler FlowDop 50100




Zentrifugalpumpe MultiFlow 50130

Doppler-Flüssigkeit 50140

Steigrohre 50150

Strömungsset 50201


Experimente

PHY13

PHY15

Ultraschall-Doppler-Effekt

Strömungsgesetze


Doppler-Sonde – 50135,

Armmodell – 50160:

MED03 Grundlagen der Doppler-Sonografie

MED05 Gefäßdiagnostik mit Ultraschall (Angiologie)

Doppelgefäß – 50170:

IND05 Doppler-Durchflussmessung

Bestell-Nr. SET06


Produkte · Sets

Set 7 Doppler-Sonografie

Lernziele

Unter Doppler-Sonografie versteht man die Anwendung des

Ultraschall-Doppler-Effektes in Human- und Tiermedizin.

Sie wird dabei im Wesentlichen zur Bestimmung von Blutflussgeschwindigkeiten,

Charakterisierung von Flusskurven

und zur Lokalisation und Klassifikation von Stenosen und

Herzklappenfehlern verwendet.

Dieses Set hilft dabei, die grundlegenden physikalischen

Abhängigkeiten des Ultraschall-Doppler-Effektes von

Frequenz, Einschallwinkel und Blutflussgeschwindigkeit

zu demonstrieren. Mit dem Ultraschall-Puls-Doppler und

der zugehörigen Software können die Signalaufnahme und

Signalverarbeitung, bis zum für medizinische Diagnosezwecke

verwendeten farbkodierten Dopplerfrequenzspektrum,

gezeigt werden.

Mit einem realistischen Armmodell und einer mikrocontrollergesteuerten

Zentrifugalpumpe können verschiedene

Blutflüsse (venös = kontinuierlich, arteriell = pulsatil)

eingestellt und vermessen werden. Die im Armmodell integrierte

Stenose ist mit Hilfe des Dopplers zu detektieren

und zu charakterisieren. An Hand der Pulskurven lassen

sich Aussagen zur Strömungsgeschwindigkeit und Windkesselfunktion

treffen.

Wird das Set mit einer Blutdruckmanschette ergänzt, lassen

sich Doppler-Verschlussdruckmessungen zur Charakterisierung

peripherer arterieller Verschlusskrankheiten

demonstrieren.

Material



Doppler-Prisma ⅜" 50112


Doppler-Sonde 50135

Armmodell 50160


Experimente

PHY13

MED03

MED05


Grundlagen der Doppler-Sonografie

Gefäßdiagnostik mit Ultraschall (Angiologie)


Strömungsset – 50201:

PHY13 Ultraschall-Doppler-Effekt

Steigrohre – 50150,


PHY15 Strömungsgesetze

Doppelgefäß – 50170,



Blutdruckmanschette mit Manometer – 50300:

MED06 Blutdruckmessung mit Ultraschall

(Doppler-Verschlussdruckmessung)

Bestell-Nr. SET07


Produkte · Sets

Set 8 Akustooptische Effekte

Lernziele

Dieses Set wurde für einige anspruchsvolle Experimente

zusammengestellt, die sich mit den Interaktionen zwischen

einer mechanischen Welle und Licht - den akustooptischen

Effekten (AOM, Akustooptische Modulation) - beschäftigen.

Die Versuche fördern das Wissen und Verständnis der

Ausbreitungseigenschaften sowohl mechanischer als auch

elektromagnetischer Wellen.

Es wird gezeigt, dass die Dichteänderungen, die durch

die Kompression und Dilatation einer Ultraschallwelle

entstehen, eine Änderung des Brechungsindexes des

Mediums hervorrufen. Das entstehende Gitter verursacht

die Beugung von Laserlicht. Darüber hinaus werden die

Intensitätsmodulation und die Wellenlängenänderung von

Laserlicht demonstriert.

In verschiedenen Experimenten werden die Beugungseigenschaften

von Licht an stehenden und fortlaufenden

Ultraschallwellen untersucht und gemessen. Die Schallgeschwindigkeit

verschiedener Flüssigkeiten wird mit Hilfe

der Variation der Interferenzmaxima des Laserlichts bei

verschiedenen Ultraschallfrequenzen bestimmt (Resonanzzelle).

Mit einer Photodiode lassen sich die Amplitudenmodulation

und die Phasenverschiebung von Laserlicht an einer

stehenden Welle darstellen und mit einem Oszilloskop

aufzeichnen. Die Frequenzänderung der Schallwelle beeinflusst

die Amplitudenmodulation und erlaubt die Berechnung

der Schallgeschwindigkeit des Mediums.

Der Unterschied der Beugung an stehenden und fortlaufenden

Wellen wird mit Hilfe einer Absorbermatte, welche

die Ausbildung stehender Ultraschallwellen in der Probenwanne

verhindert, demonstriert.

An der fortlaufenden Ultraschallwelle kann eine durch den

Dopplereffekt hervorgerufene Frequenzverschiebung des

Laserlichts gemessen werden. Durch die Verwendung von

Strahlteiler und Spiegeln werden unterschiedlich gebeugte

Lichtanteile zur Interferenz gebracht. Die entstehenden

Schwebungen werden mit dem Oszilloskop angezeigt und

vermessen.

Dieses Versuchsset eignet sich sowohl für die Demonstration

der akustooptischen Effekte und deren Anwendung in

der Technik, als auch für die Durchführung interessanter

Experimente im Fortgeschrittenenpraktikum aller naturwissenschaftlichen

und technischen Fachrichtungen.

Material



2 Photodiodenempfänger 20303

3 justierbare Spiegel 20302

Strahlteiler 20301

Absorbermatte 20227

Experimente

PHY11

PHY17

IND04

Debye-Sears-Effekt

Akustooptische Modulation an stehenden Ultraschallwellen

Konzentrationsmessung mit Resonanzzelle


Lasermodul (grün) - 20211,

Lasermodul (blau) - 20212:


Lasermodul (grün) - 20211,

Lasermodul (blau) - 20212,

Projektionslinse - 20230:

PHY12 Projektion stehender Wellen

Bestell-Nr. SET08

10


Produkte · Sets

Set 9 Ultraschall-Computertomographie

und Scan-Methoden

Lernziele

Mit diesem Set können umfassende und anschauliche Experimente

zu speziellen Messverfahren mittels Ultraschall

durchgeführt werden. Im Fokus steht die Vermittlung

von Kenntnissen über den Aufbau und die Funktionsweise

computertomografischer Messsysteme. Die durch

die Anwendung in der medizinischen Röntgendiagnostik

bekannte Tomografie basiert, unabhängig von der Art des

verwendeten Messsignals (Röntgen, Kernspin, Ultraschall

etc.), auf Dämpfungseffekten und der Auswertung durch

Faltungsalgorithmen. Die Entstehung eines CT-Bildes wird

im Experiment (PHY09) Schritt für Schritt am Beispiel der

Ultraschalltomografie erklärt und demonstriert. Durch die

Verwendung von Ultraschall als Messsignal können zwei

unterschiedliche Bilder aufgezeichnet und ausgewertet

werden, das Dämpfungs- und das Schallgeschwindigkeitstomogramm

des Testobjekts. Es können auch eigene Untersuchungsobjekte

gescannt werden. Damit bietet sich die

Möglichkeit einer interessanten Praktikumsgestaltung.

Ferner eignet sich das Set hervorragend zum Scannen

beliebiger Probekörper. So können Schnittbilder (B-Bilder)

medizinischer Objekte, wie z. B. des Brustmodells,

genauso mit hoher Bildqualität dargestellt werden wie

auch Linienscans verschiedener Testblöcke aus dem Bereich

zerstörungsfreie Prüfung. Die Scanbilder zeigen eine

hohe laterale Auflösung. Durch den Einsatz verschiedener

Sonden können die Messparameter an die entsprechenden

Untersuchungsobjekte angepasst werden.

Zur Vertiefung der Kenntnisse zur Ultraschallmesstechnik,

z. B. in der Ausbildung von Medizintechnikern, kann der

Scanner auch zur Messung von Schallfeldeigenschaften

wie Bündelbreite, Fokuszone, Intensitätsverteilung und

Nahfeldlänge einer Ultraschallsonde verwendet werden.

Das Verständnis für die Eigenschaften von komplexen

Interferenzmustern innerhalb des Schallfeldes einer Ultraschallsonde

ist eine entscheidende Voraussetzung für

die Verbesserung der Bildqualität in der medizinischen

Diagnostik.

Das Set beinhaltet eine Vielzahl von Themenbereichen, so

dass mit ihm in nahezu allen medizinischen, wissenschaftlichen

und technischen Ausbildungsbereichen anspruchsvolle

Experimente durchgeführt werden können.

Material


CT-Scanner 60200

CT-Steuerung UCT200 60210

CT-Messwanne 60120

CT-Probe 60121




Hydrofon 10450

Hydrofonhalter 60123


Experimente

PHY08

PHY09

PHY10

PHY16

PHY20

Ultraschall-B-Bild

Ultraschall-Computertomografie

Schallfeldcharakteristik

Mechanische Scanverfahren

Bestimmung der Fokuszone


Brustmodell – 10221:


Bestell-Nr. SET09


11

Produkte · Sets

Set 10 Ultraschall-Imaging

Lernziele

Ein oft in der Medizin oder in der Werkstoffprüfung angewandtes

Ultraschallverfahren ist die B-Mode-Bildgebung.

Ähnlich dem Röntgen- oder MRT-Verfahren liefert das B-

Mode-Verfahren Schnittbilder der inneren Struktur eines

technischen Körpers oder eines Organismus, ohne diesen

jedoch einer Strahlenbelastung auszusetzen.

Dieses Versuchsset wurde zusammengestellt, um den

Weg vom Ultraschallsignal hin zum kompletten B-Bild im

Einzelnen nachvollziehen zu können und um die Möglichkeiten

und Grenzen des B-Bild-Verfahrens zu untersuchen

sowie seine Anwendung praktisch zu trainieren. Das Set

ermöglicht Grundlagen- und Anwendungsversuche für die

Ausbildung und Praktika der medizinischen und medizintechnischen

Fachrichtungen.

Mit der 2-MHz-Ultraschallsonde und dem Testblock

können Versuche zu den physikalischen Grundlagen der

Ultraschallausbreitung (Schalllaufzeit, Schallschwächung,

Reflexion an Grenzflächen, Schallschatten, ...) aufgebaut

werden. Durch die Verwendung eines Ein-Element-

Wandlers kann der Weg vom Ultraschallsignal, über das

Amplitudensignal (A-Bild), dessen Konvertierung zum

grauwertkodierten Linienscan und das Zusammensetzen

solcher Linienscans zu einem kompletten Schnittbild (B-

Bild) gezeigt werden.

Für praxisnahe Versuche umfasst das Set zwei Ultraschall-

Phantome mit akustischen Eigenschaften, die denen des

menschlichen Gewebes ähneln.

Zur Abbildung der inneren Strukturen der Phantome wird

ein Arraywandler (3-5 MHz) verwendet, wie er z. B. in der

Medizin für Untersuchungen des Bauchraums zum Einsatz

kommt. Dieser Ultraschallwandler verfügt über ein Array

aus 64 konvex angeordneten Einzelelementen. Für die

Ansteuerung des Arraywandlers sowie die Signalerfassung

und ‐auswertung ist ein separates Erweiterungsmodul in

das Ultraschallechoskop GS200i integriert.

Die inneren Strukturen können mit der Messsoftware abgebildet

und vermessen werden. Außerdem kann der Einfluss

verschiedener Parameter (Fokussierung, Dynamikbereich,

Grafikfilter, Helligkeit, Kontrast, ...) auf die Signal- und

Bildbearbeitung untersucht werden.

Material

Ultraschallechoskop GS200i

10410

(inkl. Arraywandler)



Ultraschall-Test-Phantom 10420

Ultraschall-Fetus-Phantom 10430


Experimente

PHY01

PHY08

MED07

MED08


Ultraschall-B-Bild

Versuch zum Ultraschall-Test-Phantom

Versuch zum Ultraschall-Fetus-Phantom


Ultraschallsonden 1 MHz - 10151 und 4 MHz - 10154:

PHY06 Frequenzabhängigkeit des Auflösungsvermögens

Impedanzprobenset - 10208:


Herzmodell - 10220, Ultraschallsonde 4 MHz - 10154:

MED01 Ultraschall-TM-Mode (Echokardiografie)

Brustmodell - 10221,

Ultraschallsonde 1 MHz - 10151:


Augenmodell - 10222,


Bestell-Nr. SET10

12


GAMPT-Katalog


13

GAMPT-Katalog

Geräte und Materialien

Im Folgenden finden Sie eine Übersicht über die einzelnen Geräte und Materialien. Zur

groben Orientierung sind die Produkte in vier Gruppen entsprechend ihrer Zugehörigkeit

zu den verschiedenen Bereichen Echoskopie, continuous wave, Doppler und Scan-Verfahren

eingeteilt.

Zu jedem Artikel wurde eine Liste mit den Experimenten erstellt, bei denen das entsprechende

Produkt zum Einsatz kommt. Natürlich können unsere Produkte auch ganz individuell

kombiniert und zu neuen Experimenten zusammengestellt werden.

Darüber hinaus finden Sie zu vielen Produkten eine Liste einzelner Komponenten (inklusive

Bestellnummer), die als Ersatzteile separat bestellt werden können.

Unsere Produktpalette wird ständig verbessert und erweitert, um neue Experimente realisieren

zu können. Informationen dazu finden Sie auch auf unseren Internetseiten unter

www.gampt.de.

Echoskopie 16-33

Ultraschallechoskop GS200 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Ultraschallechoskop GS200i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Ultraschallsonde 1 MHz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20



Hydrofon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Testblock (transparent) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Testblock (schwarz) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Testzylinderset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Transversalwellenset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Acrylprobe für Transversalwellenset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Aluminiumprobe für Transversalwellenset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

POM-Probe für Transversalwellenset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Reflexionsplattenset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Rayleighwellentestkörper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Prüfkörper für Winkelprüfkopf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Winkelvorlaufstrecke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Risstiefentestkörper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Ungänzentestkörper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

SE-Vorlaufstrecke (TOFD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Impedanzproben. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Rayleighwellenaufsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Hydrofonset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Lambwellenset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Lambdaplatten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Transit-Time-Messstrecke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Brustmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Augenmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Herzmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Stativset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Erlenmeyerkolben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Adapter BNC/LEMO für GAMPT-Scan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Ultraschall-Test-Phantom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Ultraschall-Fetus-Phantom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

14


GAMPT-Katalog

CW (Continuous Wave) 34-41

CW-Generator SC600 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Debye-Sears-Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Multifrequenzsonde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Lasermodul (rot) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Lasermodul (grün) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Lasermodul (blau). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

AOM-Probenwanne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Deckel für AOM-Probenwanne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Projektionslinse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

AOM-Sondenjustierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Absorbermatte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Strahlteiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Justierbarer Spiegel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Photodiodenempfänger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Thermoakustischer Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Rührer für SC500/SC600 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Messwanne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Adapter BNC/LEMO für SC500/SC600 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Adapter LEMO/BNC für Multifrequenz- und GS200-Sonde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Adapter LEMO/BNC für GAMPT-Scan-Sonden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Doppler 42-47

Ultraschall-Puls-Doppler FlowDop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Doppler-Prisma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Strömungsset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Steigrohre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Zentrifugalpumpe MultiFlow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Doppelgefäß . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Schlauchset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Doppler-Flüssigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Armmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Blutdruckmanschette mit Manometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Doppler-Sonde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Scan-Verfahren 48-50

CT-Scanner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

CT-Steuerung UCT200 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

CT-Messwanne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

CT-Probe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Hydrofonhalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Ultraschallgel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51


15

Geräte und Materialien • Echoskopie

Ultraschallechoskop GS200

Das GS200 ist ein hochauflösendes Ultraschallmesssystem

zum Anschluss an einen PC oder ein Oszilloskop.

Mit robusten Snap-In-Steckverbindern versehene Ultraschallsonden

können an zwei Anschlüssen wahlweise

als Sender/Empfänger (Reflexion) bzw. als Sender oder

Empfänger (Transmission) betrieben werden. Die Auswahl

der Betriebsart der Sonden erfolgt direkt am Gerät. Mit der

einstellbaren Sende- und Empfangsleistung können die Ultraschallsignale

an nahezu jedes beliebige Untersuchungsobjekt

angepasst werden. Intensitätsverluste der Ultraschallsignale

aus tieferen Untersuchungsgebieten können

durch eine laufzeitabhängige Verstärkung (TGC, Time Gain

Control) ausgeglichen werden. Schwellwert, Startpunkt,

Endpunkt und Anstieg der TGC sind frei wählbar.

Im Betrieb mit einem Oszilloskop können die wichtigsten

Signale (Trigger, TGC, US-Signal und A-Scan-Signal) an BNC-

Buchsen abgegriffen werden.

Für den PC-Betrieb wird das GS200 über USB mit dem PC

verbunden. Mit der mitgelieferten Messsoftware erfolgt

eine umfangreiche Signalauswertung (US- und A-Scan-Signal,

B-Bild, M-Mode, Spektralanalyse). Der Messbereich,

d. h. der interessierende Laufzeit- oder Tiefen-Bereich,

kann frei gewählt werden, wobei Abtastraten zwischen 10

und 100 MHz einstellbar sind.

Für Praktikumsversuche ist ein großes Sortiment an Ultraschallsonden

(1, 2 und 4 MHz) und Zubehör vorhanden. Das

Themenspektrum reicht von den physikalischen Grundlagen

des Ultraschalls bis hin zu Anwendungen in Industrie

und Medizin. Zusammen mit dem Scanner-System (Bestell-

Nr. 60200 und 60210) lassen sich Versuchsanordnungen

zur Ultraschall-Computertomografie und zu mechanischen

Scanverfahren aufbauen.

Technische Daten

• Maße: 226 mm × 169 mm × 325 mm (B × H × T)

• Frequenz: 1-5 MHz

• PC-Anschluss: USB

• Messbetrieb: Reflexion und Transmission

• Sendesignal: 0-300 Volt

• Sendepegel: 0-30 dB

• Verstärkung: 0-35 dB

• TGC: 0-32 dB, Schwelle, Anstieg, Breite, Start

• Ausgänge: Trigger, TGC, US-Signal, A-Scan-Signal

• Netzspannung: 100-240 V, 50/60 Hz

Bestell-Nr. 10400

16



Software

Die GS200-Echoskope werden zusammen mit der neuen

Messsoftware GS-EchoView (Windows 7/8) ausgeliefert. Die

Programmoberfläche bietet eine übersichtliche Dreiteilung

in die Bereiche Messparameter, Messdiagramme sowie Geräte-

und Status-Informationen.

Über die Messparameter (Abtastrate, Messbereich etc.)

werden die allgemeinen und speziellen (vom Messmodus

abhängigen) Rahmenbedingungen für eine Messung sowie

deren Auswertung und Abbildung festgelegt. Nach dem

Start der Messung steuert bzw. triggert das Programm das

Echoskop. Die gewonnenen Messdaten werden automatisch

vom Programm abgerufen und verarbeitet.

Die Messergebnisse werden zentral in Form von Diagrammen

dargestellt. Je nach Messmodus können verschiedene

Diagramme für die Auswertung und Darstellung der Messdaten

nebeneinander ein- oder ausgeblendet werden.

Im A-Mode z. B. wird das Messsignal eines Amplitudenscans

als Laufzeitsignal (oder Tiefensignal) im AScan-Diagramm

gezeigt. Parallel hierzu kann die TGC-Einstellung in einem

zweiten Diagramm angezeigt werden. Zusätzlich können

zwei weitere Diagramme eingeblendet werden, die eine

Frequenzanalyse des US-Signals mittels Fast-Fourier-

Transformation (FFT) und eine Cepstrum-Analyse des FFT-

Spektrums ermöglichen.

Die Diagramme verfügen über Messcursor zum Ablesen von

Einzelwerten sowie Toolbars für weitere Zoom-, Speicheroder

Einstellfunktionen.

Neben dem A-Mode können Messungen in den folgenden

weiteren möglichen Messmodi durchgeführt werden:

B-Mode: Erzeugen von 2-dimensionalen US-Schnittbildern

(B-Bildern) handgeführt mit einem Ein-Element-Wandler,

M-Mode: Erfassen des zeitlichen Verlaufs sich bewegender

Reflexionsschichten nach dem Time-Motion-Verfahren,

CT-Mode: Computer-tomografische Ultraschall-Untersuchungen,

mechanisch geführte B-Bild-Scans oder Schallfeldscans.

Auf der rechten Seite des Programmfensters werden übersichtlich

Geräte-Informationen wie Betriebsart, Sendepegel,

Verstärkung, Belegung der Sondenanschlüsse sowie

Status-Informationen der Software angezeigt.

Experimente







PHY07 Transversalwellen in Festkörpern


PHY09 Ultraschall-Computertomografie

PHY10 Schallfeldcharakteristik

PHY16 Mechanische Scanverfahren




IND01 Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung (ZfP/NDT)

IND02 Rissprüfung mit Rayleighwellen


IND06 Winkelkopfprüfung

IND07 Risstiefenbestimmung (TOFD)





(Mammasonografie)


Erweiterung

Für das GS200 wird eine werksseitige Aufrüstung zum

GS200i (Bestell-Nr. 10410) angeboten. Diese Erweiterung

für B-Imaging-Messungen umfasst ein Zusatzmodul mit

zugehörigem Array-Wandler.

B-Imaging-Erweiterung 10411


17


Ultraschallechoskop GS200i

Das GS200i ist ein hochauflösendes Ultraschallmesssystem

auf Basis des GS200 (Bestell-Nr. 10400). Mit diesem

Gerät können sowohl Ultraschallmessungen mit den Ein-

Element-Ultraschallwandlern (Bestell-Nr. 10151-10154)

durchgeführt werden als auch Ultraschallbilder nach dem

B-Mode- und M-Mode-Verfahren mit einem Ultraschall-Arraywandler

aufgenommen werden.

Der zum Lieferumfang gehörende Ultraschallwandler

verfügt über ein Array aus 64 konvex angeordneten Einzelelementen.

Zur Ansteuerung des Arraywandlers sowie für

die Signalerfassung und -auswertung ist ein separates Erweiterungsmodul

in das Gerät integriert.

Der Betrieb dieses Moduls und des Arraywandlers erfolgt

direkt vom PC aus. Die mitgelieferte Messsoftware

GS‐EchoView weist einen zusätzlichen Programmmode

auf, über den die Einstellung der Messparameter

(Frequenz, Sende- und Empfangsleistung, Mess- und

Fokusbereiche, TGC) und typischer Parameter für die

Signal- und Bildverarbeitung (Dynamikbereich, Rejektion,

Bildverbesserung, Speckle-Reduktion, Kontrast, Helligkeit)

sowie die eigentliche Messdurchführung erfolgt.

Für Versuche unter Verwendung des Erweiterungsmoduls

stehen zwei Ultraschall-Phantome zur Verführung:

- ein Test-Phantom (Bestell-Nr. 10420) mit Strukturen, die

die Untersuchung und Veranschaulichung physikalischer

Größen und Phänomene der Ausbreitung von Ultraschall

(Schalllaufzeit, Reflexion, Schallschwächung, Schallfrequenz,

axiale/laterale Auflösung, Schallfeld) erlauben und

- ein Phantom (Bestell-Nr. 10430) mit einem fetometrisch

vermessbaren Fetus-Model.

Mit diesem Equipment lassen sich Praktikumsversuche für

die Ausbildung im medizinisch-technischen und medizinischen

Bereich gestalten, die sowohl grundlagen- als auch

anwendungsbezogen sind.

Technische Daten

• Maße: 226 mm × 169 mm × 325 mm (B × H × T)


• PC-Anschluss: USB

Basisgerät (GS200)


• Messbetrieb: Reflexion und Durchschallung

• Sende-Signal/Pegel: 0-300 Volt / 0-30 dB

• Verstärkung: 0-35 dB

• TGC: 0-32 dB, Schwelle, Anstieg, Breite, Start

• Ausgänge: Trigger, TGC, US-Signal, A-Scan-Signal

Erweiterung (GS200i)

• Imaging-Modul

• Abbildungsverfahren: B, B+M

• automatische Sondenerkennung

Arraywandler

• Frequenzbereich: 3-5 MHz

• Wandlerarray: konvex, 64 Elemente

Ersatzteile

Arraywandler 10415

Bestell-Nr. 10410

18



Software

Die Echoskope GS200 und GS200i werden mit der neuen

Messsoftware GS-EchoView (Windows 7/8) ausgeliefert.

Mit dem Programm können Ultraschallmessungen mit

Ein-Element-Wandlern nach den A-Bild‐, B-Bild- oder

Time-Motion-Verfahren sowie computer-tomografische

Ultraschalluntersuchungen durchgeführt werden (siehe

Software-Beschreibung zum GS200).

Für das GS200i mit seinem Erweiterungsmodul für Ultraschalluntersuchungen

mit einem Arraywandler steht ein

zusätzlicher Programm-Mode zur Verfügung: Imaging.

Im Imaging-Mode können Ultraschallmessungen nach dem

B-Bild-Verfahren mit und ohne zusätzlichen M-Mode-Scan

durchgeführt werden. Die Ultraschallbilder werden mittig

im Programmfenster dargestellt.

Parallel zum Ultraschall-B-Bild kann das Amplitudensignal

entlang einer einzelnen Scanlinie angezeigt werden.

Auf diese Weise lässt sich der Schritt vom eigentlichen

Messsignal - dem Ultraschallsignal - zum B-Bild einfach

verdeutlichen.

Für die Durchführung einer Messung können die Sendeleistung,

die Verstärkung und der Messbereich eingestellt,

Fokusbereiche vorgegeben und die TGC über mehrere

Stützstellen über den Messbereich hinzugefügt werden.

Typische Parameter oder Methoden der Signal- und Bildverarbeitung

wie glättende und schärfende Filter, Dynamikbereich,

Rejektion, Speckle-Reduktion, Helligkeit, Kontrast

oder Gammakorrektur können gesetzt und verändert

werden, um ihren Einfluss auf die Messergebnisse, d. h. die

gewonnen Ultraschallbilder, zu untersuchen.

Zur Auswertung der Messungen können im Ultraschall-B-

Bild Linien oder Ellipsen aufgespannt werden, um Abstände,

Längen oder Flächen und deren Umfänge auszumessen.

Experimente
























(Mammasonografie)


MED07 Versuch zum Ultraschall-Test-Phantom

MED08 Versuch zum Ultraschall-Fetus-Phantom


19


Ultraschallsonde 1 MHz

Die Ultraschallsonden zeichnen sich durch hohe Schallintensität

und kurze Schallimpulse aus. Damit sind sie besonders

für den Impuls-Echo-Betrieb geeignet. Die Sonden haben ein

robustes Metallgehäuse und sind an der Schallfläche wasserdicht

vergossen. Die Sonden werden mit Spezialsteckern zum

Anschluss an GAMPT-Echoskope geliefert oder mit einem BNC-

Stecker für den universellen Einsatz. Sie eignen sich auf Grund

ihrer hohen Schallintensität vor allem für Untersuchungen

mit großen Eindringtiefen, von stark dämpfenden Materialien

und für die Erzeugung von Rayleigh- bzw. Scherwellen. Dabei

können sie als Sender oder Empfänger eingesetzt werden.

Technische Daten:

• Frequenz: 1 MHz

• Maße: L = 70 mm, D = 27 mm | Kabellänge: ca. 1 m

• Schallanpassung an Wasser/Acryl

• Unterschiedliche Steckverbinder mit Sondenkennung

für den Anschluss an GAMPT-Echoskope oder Universalsteckverbinder

BNC

Experimente







Bestell-Nr. 10131 (GAMPT-Scan/FlowDop)

Bestell-Nr. 10141 (BNC)

Bestell-Nr. 10151 (GS200/GS200i)




PHY23 Dispersion von Ultraschallwellen (Lambwellen)




Mit einer Frequenz von 2 MHz sind diese Sonden für ein breites

Einsatzgebiet geeignet. Auf Grund der höheren Frequenz ist das

axiale Auflösungsvermögen deutlich größer als bei den 1 MHz-

Sonden. Hingegen ist die Dämpfung für 2 MHz bei den meisten

Materialien noch nicht zu groß, so dass Untersuchungsgebiete

in mittlerer Tiefe noch problemlos erreicht werden können. Insbesondere

eignen sich diese Sonden auch für Untersuchungen

an medizinischen Objekten und als Ultraschall-Doppler-Sonden.

Technische Daten:

• Frequenz: 2 MHz





BNC

Experimente













Bestell-Nr. 10132 (GAMPT-Scan/FlowFop)













20




Die 4 MHz-Sonden zeichnen sich durch ein extrem kurzes

Ausschwingverhalten und damit höchstes axiales Auflösungsvermögen

aus. Sie kommen insbesondere dort zum

Einsatz, wo sehr kleine Strukturen aufgelöst werden müssen.

Technische Daten

• Frequenz: 4 MHz

• Maße: L = 70 mm, D = 27 mm

• Kabel: 1 m




BNC

Experimente




Bestell-Nr. 10134 (GAMPT-Scan/FlowDop)



Hydrofon

Mit dem Hydrofon kann die Schallfeldcharakteristik einer

Ultraschallsonde gemessen werden. Aus der Amplitudenmodulation

entlang der zentralen Achse einer Schallsonde kann

die Nahfeldlänge (Fokuszone) bestimmt werden. Ebenso kann

die laterale Ausdehnung des Schallfeldes in verschiedenen Abständen

von der Sondenoberfläche gemessen werden. Das Hydrofon

ist für einen Frequenzbereich von 1-5 MHz geeignet und

kann direkt an die Empfängereingänge eines GAMPT-Echoskops

angeschlossen werden. Die Messungen erfolgen im einfachsten

Fall durch Verschieben des Hydrofons von Hand oder durch

den Einsatz des CT-Scanners. Für beide Varianten steht eine

entsprechende Halterung für das Hydrofon zur Verfügung.

Technische Daten


• aktive Sensorfläche: D = 3 mm

• Maße: L = 125 mm, B = 24 mm

• Kabellänge: ca. 1 m

Bestell-Nr. 10250 (GAMPT-Scan)


Experimente






21


Testblock (transparent)

Der transparente Testblock aus homogenem Acryl ist besonders

für echoskopische Untersuchungen geeignet. Acryl ist

ein Material mit mittlerer akustischer Dämpfung, so dass mit

allen Sonden eine ausreichende Eindringtiefe erreicht wird.

Der Block verfügt über eine Gruppe unterschiedlich großer

Fehlstellen in unterschiedlicher Tiefe, eine große Fehlstelle

(Schallschatten) und eine Doppelfehlstelle (Auflösungsvermögen).

Damit können grundlegende Erkenntnisse über die

Bestimmung der Schallgeschwindigkeit, das Echoverfahren,

über Schallschatten, Mehrfachreflexionen, Fokuszonen und

das Auflösungsvermögen von Ultraschall unterschiedlicher

Frequenz gewonnen werden.

Technische Daten

• Maße: 150 mm × 80 mm × 40 mm

• Material: Acryl, transparent

• Schallgeschwindigkeit: ~ 2700 m/s (longitudinal)

• Dichte: 1,2 g/cm³

• Fehlstellen: 11

Bestell-Nr. 10201

Experimente






Testblock (schwarz)

Dieser Testblock aus schwarzem undurchsichtigen Acryl ist für

eine Versuchsvariante des Grundlagenversuchs PHY01 gedacht,

bei dem das Aufsuchen von Fehlstellen in unbekannten Untersuchungsobjekten

im Vordergrund steht. Dabei kann der Testblock

von allen Seiten abgetastet und die Anzahl und Lage der

Fehlstellen bestimmt werden. In weitergehenden Versuchen

werden mit Sonden unterschiedlicher Frequenz die Form und

die Größe der einzelnen Inhomogenitäten bestimmt. Bei diesen

Untersuchungen kommt es vor allem darauf an, geeignete

Strategien zur vollständigen Lokalisation aller Fehlstellen zu

entwickeln. Darüber hinaus können natürlich alle Experimente,

in denen der transparente Testblock vorgesehen ist,

auch mit dem schwarzen Testblock durchgeführt werden.

Die akustischen Eigenschaften und die Anordnung der Fehlstellen

entsprechen denen des transparenten Testblocks.

Technische Daten

• Maße: 150 mm × 80 mm × 40 mm

• Material: Acryl, schwarz



• Fehlstellen: 11

Bestell-Nr. 10204

Experimente






22



Testzylinderset

Schallgeschwindigkeit, Schallimpedanz und Dämpfung

sind typische materialspezifische Parameter, die mit Hilfe

dieser drei Acrylzylinder in Reflexion und Durchschallung

bestimmt werden können. Die Bestimmung der Schallgeschwindigkeit

an drei unterschiedlich langen Objekten

gleichen Materials erlaubt eine ausführliche Fehlerdiskussion.

Die Bestimmung der Dämpfung in Durchschallung

bei unterschiedlichen Ultraschallfrequenzen vermittelt

grundlegende Zusammenhänge der Ultraschallabsorption

in Festkörpern.

Technische Daten

• Maße: D = 40 mm, L = 40 mm, 80 mm und 120 mm




Experimente




Bestell-Nr. 10207 (Set)

Ersatzteile

3 Zylinder 10203

Sondenhalter 10215

Zylinderhalter 10205

Transversalwellenset

Bei schrägem Einfall einer Ultraschallwelle auf einen Festkörper

werden mit zunehmendem Winkel Transversalwellen angeregt.

Transversalwellen haben eine von der Longitudinalwelle

abweichende Schallgeschwindigkeit. Mit dieser Versuchsausrüstung

kann der Übergang von Longitudinal- in Transversalwellen

winkelabhängig gemessen werden. Die Messung erfolgt

in Durchschallung mit zwei fixierten Sonden (1 MHz). Die

Probenhalterung kann auf der Probenwanne in Längsrichtung

verschoben werden und hat eine Winkelskala. Aus der Messung

der longitudinalen und transversalen Schallgeschwindigkeit

können die elastischen Konstanten des Materials ermittelt

werden. Als Probenmaterialien stehen Acryl und Aluminium

zur Verfügung. Mit der Aluminiumprobe eignet sich diese

Versuchsanordnung auf Grund der justier- und verschiebbaren

Probenplatte ebenfalls zur Bestimmung der Schwächung von

Ultraschall in Flüssigkeiten (Wasser, Glycerin, Öl, ...).

Technische Daten

• Probenhalterung mit Winkelskala 0-360° in 5°-Schritten

• Probenmaterial 1: Acryl (transparent)

• Schallgeschwindigkeit: longitudinal ~ 2700 m/s;

transversal ~ 1450 m/s

•

•

Probenmaterial 2: Aluminium

Schallgeschwindigkeit:

longitudinal ~ 6400 m/s;


• 2 Sondenhalter aus Acryl (schwarz)

• 1 Probenwanne zur Aufnahme der Probenhalterung


Ersatzteile

Probenwanne 10214

Sondenhalter 10215

Acrylprobe 10211

Aluminiumprobe 10213

Experimente




23


Acrylprobe für


Zur Bestimmung elastischer Materialkonstanten über die longitudinale

und transversale Schallwellengeschwindigkeit steht

eine Materialprobe aus Acryl zur Verfügung. Dabei ist in Acryl

die longitudinale Schallgeschwindigkeit größer als in Wasser,

während die transversale Schallgeschwindigkeit in der Größenordnung

der Schallgeschwindigkeit in Wasser liegt.

Technische Daten

• Material: Acryl

• Schallgeschwindigkeit: longitudinal ~ 2700 m/s


Experimente


Bestell-Nr. 10211

Aluminiumprobe für



und transversale Schallwellengeschwindigkeit steht

eine weitere Materialprobe aus Aluminium zur Verfügung. In

Aluminium sind sowohl die longitudinale als auch die transversale

Schallgeschwindigkeit größer als in Wasser. Die Aluminiumprobe

eignet sich ferner als verschiebbare Reflektorplatte für

Messungen nach dem Impuls-Echo-Verfahren, beispielsweise

zur Bestimmung der Schallschwächung in Flüssigkeiten.

Technische Daten

• Material: Aluminium



Bestell-Nr. 10213

Experimente



POM-Probe für



und transversale Schallwellengeschwindigkeit ist eine

dritte Materialprobe aus Polyoxymethylen (POM) erhältlich. In

POM ist die transversale Schallgeschwindigkeit kleiner als die

Schallgeschwindigkeit in Wasser.

Technische Daten

• Material: POM



Experimente


Bestell-Nr. 10212

24



Reflexionsplattenset

Das Paar Acrylplatten ermöglicht eine Anzahl interessanter

spektraler Untersuchungen mit Ultraschall. Auf Grund

der geringen Plattendicken zeigt das Echobild Mehrfachreflexionen.

Die spektrale Auswertung von Einzelreflexen

zeigt infolge der frequenzabhängigen Dämpfung eine

zunehmende Verschiebung des Spektrums zu niedrigeren

Frequenzen. Im Spektrum aller Reflexe ist die Plattendicke

als periodische Modulation enthalten. Beim Übereinanderlegen

der Platten erhält man ein diffuses Echobild,

dessen Spektrum ebenso diffuse Modulationen enthält.

Erst durch eine Cepstrum-Analyse können die einzelnen

Plattendicken bestimmt werden. Das Set enthält eine Acryl-

Vorlaufstrecke.

Technische Daten

• Maße: B = 40 mm, L = 80 mm

• Plattendicken: ~ 7,5 mm und ~ 10 mm


Bestell-Nr. 10202



Experimente


Rayleighwellentestkörper

Die Materialprobe zur Untersuchung mit Rayleighwellen hat

eine ungestörte Oberflächenseite, an der die Rayleighschallgeschwindigkeit

im Durchschallungsmode bestimmt werden

kann. Eine andere Seite hat verschiedene Materialdefekte, die

mit Hilfe der Rayleighwellen detektiert und lokalisiert werden

können. Ein besonderes Verfahren in der Materialprüfung ist

die Risstiefenmessung mittels Rayleighwellen. Hierfür sind auf

einer Seite mehrerer Risse unterschiedlicher Tiefe vorgesehen,

an denen die Signalamplitude der Rayleighwelle gemessen

werden kann.

Technische Daten


• Maße: 35 mm × 35 mm × 600 mm

• Gewicht: 2,5 kg

• Schallgeschwindigkeit der Rayleighwelle: ~ 2950 m/s

Bestell-Nr. 10232

• verschiedene Fehlstellen für zerstörungsfreie Werkstoffprüfung

Experimente


Prüfkörper für Winkelprüfkopf

Der Prüfkörper aus Aluminium dient zur Justierung von Winkelprüfköpfen

hinsichtlich des Einschallwinkels, der Schallgeschwindigkeit,

der Schallaustrittsstelle und der Länge der Vorlaufstrecke.

Dabei wird der Winkel durch die Vermessung des

Wandechos in verschiedener Projektionsabständen bestimmt.

Die Überprüfung der Justierung erfolgt an einer zylindrischen

Ungänze (Bohrung).

Technische Daten


• Schallgeschwindigkeit:

• Maße: 35 mm × 35 mm × 120 mm

• Bohrung: D = 8 mm



Bestell-Nr. 10240

Experimente



25


Winkelvorlaufstrecke

Eines der wichtigsten Verfahren in der zerstörungsfreien

Prüfung mit Ultraschall ist die Winkelkopfprüfung. Aus der

Schallgeschwindigkeit der Vorlaufstrecke und des Untersuchungsmaterials

ergibt sich entsprechend dem Brechungsgesetz

der Einschallwinkel für die Longitudinalwelle und die

Transversalwelle. Die Vorlaufstrecke eignet sich für Prüfungen

in Durchschallung, Reflexion und bei Verwendung von 2 Vorlaufstrecken

als Sender-Empfänger-Prüfkopf (SE-Prüfkopf). Die

Winkelvorlaufstrecken können mit allen GAMPT-Sonden (1, 2

und 4 MHz) verwendet werden.

Technische Daten

• Material: Acryl

• Schallgeschwindigkeit in Acryl: ~ 2700 m/s (longitudinal)

• Einfallswinkel Vorlaufstrecke: 17° 38° 56°

• Einschallwinkel in Aluminium

Transversalwelle (~ 3100 m/s): ~ 20° ~ 45° ~ 72°

Longitudinalwelle (~ 6400 m/s): ~ 44°

Bestell-Nr. 10233 (17°)

Bestell-Nr. 10234 (38°)

Bestell-Nr. 10235 (56°)

Experimente




Risstiefentestkörper

Der Testkörper enthält Risse mit verschiedenen Tiefen. Mit Hilfe

zweier unterschiedlicher Messtechniken können die Risse geortet

und deren Tiefe bestimmt werden. Mit einem Winkelprüfkopf

wird die Winkelechoamplitude risstiefenabhängig bestimmt.

Bei größerer Risstiefe versagt dieses Verfahren jedoch. Mit der

TOFD-Technik können auch Risse mit größerer Tiefe geortet und

vermessen werden. Die Leistungsfähigkeit und die Grenzen beider

Verfahren werden an diesem Testblock bestimmt.

Technische Daten



• Maße: 35 mm × 35 mm × 300 mm



Bestell-Nr. 10241

• Risstiefen: 2, 4, 6, 8, 10 und 15 mm

Experimente


Ungänzentestkörper

Der Testkörper aus Aluminium enthält verschiedene Reflektortypen,

die für die Erzeugung von Echos verwendet werden. Es

werden 5 spiegelartige Reflektoren und ein rissartiger Reflektor

unterschieden. Als spiegelartige Reflektoren sind je ein Zylinder,

eine Kreisscheibe, eine Wand und ein Winkelspiegel mit jeweils

unterschiedlichen Ausrichtungen zur Oberfläche vorhanden.

Beugungseffekte können an dem Riss untersucht werden.

Für die Ungänzenortung (Fehlersuche) werden verschiedene

Ortungstechniken wie Echo-, Delta-, Tandem-, Transfer- und

Winkeltechnik angewandt.

Technische Daten





Bestell-Nr. 10242

• Maße: 35 mm × 35 mm × 300 mm

• Anzahl der Ungänzen: 6

Experimente


26



SE-Vorlaufstrecke (TOFD)

Bei der Prüfung auf Ungänzen nach dem TOFD-Verfahren

(time of flight diffraction) wird ein spezieller Prüfkopf

verwendet. Dieser besteht aus einer Sender- und einer

Empfängersonde, die in einem bestimmten Winkel und in

einem festen Abstand zueinander über die Oberfläche des

Prüfkörpers geführt werden. Mit dieser SE-Vorlaufstrecke

und zwei GAMPT-Sonden gleicher Frequenz kann ein solcher

SE-Prüfkopf einfach zusammengesetzt werden.

Technische Daten

• Material: Acryl

• Schallgeschwindigkeit in Acryl: ~2700 m/s

• Einfallswinkel: 38°

• Einschallwinkel der Transversalwelle

in Aluminium (c ≈ 3100 m/s): 44°

Bestell-Nr. 10237

Experimente



Impedanzproben

Mit diesem Probenset kann das Reflexions- und Transmissionsverhalten

von Ultraschallwellen an der Grenzfläche von

Materialien unterschiedlicher Schallimpedanz untersucht

werden. Als Probenmaterialien stehen PVC, Acryl und Messing

zur Verfügung. Durch Vergleichsmessungen zu den Reflexionskoeffizienten

an den Material-Luft-Grenzen können die

Reflexionskoeffizienten verschiedener Kombinationen dieser

Materialien bestimmt werden.

Technische Daten

3 zylindrische Testproben

• Materialien: Acryl, PVC und Messing

• Maße: H = 20 mm, D = 38 mm

Klemmplatten


• Maße: H ≈ 10 mm, D = 100 mm

Bestell-Nr. 10208

Experimente



Rayleighwellenaufsatz

Mit dem Aufsatz können in einem Probekörper (abgestimmt

auf Aluminium) Oberflächenwellen (Rayleighwellen) angeregt

und empfangen werden. Somit können sowohl die Schallgeschwindigkeit

der Rayleighwellen bestimmt, als auch Aussagen

über oberflächennahe Materialstörungen getroffen werden.

Der Aufsatz ist zur Optimierung der Signalamplitude richtungsabhängig

gearbeitet und speziell auf eine 1-MHz-Sonde

angepasst.

Technische Daten

• Material: Acryl

• erforderliche Anregefrequenz (Sonde): 1 MHz

• Durchmesser: 32 mm

• Höhe: 10 mm

Bestell-Nr. 10231

Experimente



27


Hydrofonset

Mit diesem Set können verschiedene Versuche zur Untersuchung

von Ultraschallausbreitungsphänomenen und

Schallfeldern durchgeführt werden. Es enthält ein Hydrofon,

mit dem die Schalldruckamplituden im Frequenzbereich von

1-5 MHz mit einer lateralen Auflösung von ca. 3 mm gemessen

werden können. Für die Bestimmung der Fokuszone einer

Ultraschallsonde enthält das Set eine kleine Probenwanne

und eine dazu passende Hydrofonhalterung. Damit kann das

Schallfeld entlang der Schallachse durch einfaches Verschieben

des Hydrofons von Hand vermessen und die Fokuszone

der Sonde bestimmt werden. Gleichzeitig ist diese Anordnung

für die Bestimmung der Phasen- und Gruppengeschwindigkeit

mit dem CW-Generator SC600 (Bestell-Nr. 20100) geeignet. Ein

Teil der Hydrofonhalterung ist direkt an den Probenhalter des

CT-Scanners (Bestell-Nr. 60100/60200) adaptierbar. Dadurch

kann mit dem Hydrofon auch die laterale Verteilung der Schalldruckamplitude

mit hoher Auflösung aufgezeichnet werden.

Technische Daten (Hydrofon)


• aktive Sensorfläche: D = 3 mm

• Maße Hydrofon: L = 125 mm, B = 24 mm

• Kabel: ca. 1 m

Experimente




Bestell-Nr. 10251 (Set für GAMPT-Scan)

Bestell-Nr. 10451 (Set für GS200/GS200i)

Ersatzteile

Probenwanne 10214

Sondenhalter 10215

Hydrofon (GAMPT-Scan) 10250

Hydrofon (GS200/GS200i) 10450

Hydrofonplatte 10252


Lambwellenset

Mit dem Set kann die frequenzabhängige Ausbreitungsgeschwindigkeit

von Lambwellen in einer dünnen Glasplatte

gemessen werden. Das Set umfasst mehrere Lambwellenkombinationen,

die jeweils aus einer Glasplatte und zwei Winkelvorlaufstrecken

bestehen. Dabei ist eine der Vorlaufstrecken

auf die Glasplatte geklebt und die andere frei. Zusammen mit

einem US-Wandler (Bestell-Nr. 10151, 10152, 10154) bilden die

Vorlaufstrecken Winkelprüfköpfe, die ein schräges Einschallen

in die Glasplatte erlauben. Die Winkel der Vorlaufstrecken und

die Plattendicken sind so gewählt, dass zusammen mit einem

der o. g. US-Wandler Lambwellenmoden selektiv angeregt und

verstärkt werden. Durch Variation des Abstands der Winkleprüfköpfe

und die Messung der zugehörigen Laufzeitänderung in

der Glasplatte (Transmissionsmessungen) kann die Gruppengeschwindigkeit

der angeregten Lambwelle bestimmt werden.

Technische Daten

Winkelvorlaufstrecken

• Material: Acryl (c L

~ 2700 m/s)

• Einschallwinkel: 12°, 15°, 25°, 28°, 32° oder 35°

Plattenstruktur

• Material: Glas (E = 73 kN/mm², ρ = 2,52 g/cm³, µ = 0,22)

• Dicke: ca. 1 oder 1,3 mm

Experimente


Bestell-Nr. 10300

Ersatzteile

Lambwellenkombination LW1 (12°, 1 mm) 10311





Lambwellenkombination LW6 (25°, 1,3 mm) 10316

Lambwellenkombination LW7 (32°, 1,3 mm) 10317

28



Lambdaplatten

Schallwellen werden an Grenzflächen zweier Medien, die sich

in ihrer Schallkennimpedanz unterscheiden, teilweise oder

ganz reflektiert. Dabei können sich Amplitude und Phase der

reflektierten und der durchgehenden Schallwellen ändern.

Der reflektierte bzw. transmittierte Anteil der Schallenergie

kann durch den Reflexions- bzw. Transmissionskoeffizienten

beschrieben werden. Besonders interessante Effekte treten

beim Durchgang durch dünne Schichten auf, deren Dicke im

Bereich der Wellenlänge der Ultraschallwellen liegen (λ/4, λ/2

und deren Vielfache), die mit diesem Plattenset untersucht

werden können.

Technische Daten


• Schallgeschwindigkeit: longitudinal ~6400 m/s

• Plattendicken: ~ λ/4, ~ λ/2, ~ ¾λ, ~ λ (1 MHz)

Bestell-Nr. 10209

Experimente


Transit-Time-Messstrecke

Diese Messstrecke ist speziell für Flussmessungen nach dem

Transit-Time-Verfahren vorgesehen. Sie besteht aus einem

zentralen Strömungsrohr und zwei Verbindungsblöcken mit

den Anschlüssen für den Messkreislauf und Halterungen für

die Ultraschallsonden.

Technische Daten

• Material: Acryl

• Maße: 50 mm × 55 mm × 310 mm

• Innendurchmesser des Strömungsrohrs: ~ 7 mm

• Anschlüsse: 3/8"

Experimente


Bestell-Nr. 10180

Ersatzteile

Schläuche 10181


29


Brustmodell

Die Brustnachbildung aus Silikongummi besitzt zwei Einschlüsse.

Mit diesen sollen gutartige Tumoren simuliert werden. Die

Lage der Tumoren kann zunächst ertastet werden, um anschließend

eine gezielte Ultraschalluntersuchung durchzuführen.

Mit einem handgeführten B-Bild (Compound-Scan) bzw. mit

einer Abbildung im Linear-Scanner (bessere Auflösung durch

bessere Ankopplung und Ortszuordnung) lassen sich die Tumoren

gut darstellen. Lage und Größe der Tumoren können aus

dem B-Bild bestimmt werden. So eignet sich dieses Brustmodell

sehr gut als praktisches Beispiel in der Ultraschallausbildung

für Mediziner.

Technische Daten

• Material: Silikon

• Einschlüsse: 2 verschiebbare Tumoren in ca. 10 mm Tiefe,

Durchmesser ca. 20 mm

Bestell-Nr. 10221

Experimente


(Mammasonografie)

Augenmodell

Biometrische Messungen mit Ultraschall sind eine wichtige

diagnostische Methode in der Augenheilkunde. Die typischen

biometrischen Messungen der Länge der Augenachsen passen

exzellent zur Demonstration der Grundlagen von Ultraschall-

Puls-Echo-Anwendungen. Mit diesem Modell und dem Ultraschallgerät

GS200/GS200i (Bestell-Nr. 10400/10410) erhält

man mit einer 2-MHz-Sonde typische Echos des Auges. Das Auge

besteht aus einer Linse und dem Glaskörper mit verschiedenen

Schallgeschwindigkeiten. Die geometrischen Dimensionen

dieser Objekte können durch die Distanz der Echos bestimmt

werden. Zusätzlich ist eine Verletzung mit diffuser Echostruktur

in der Nähe des Augenhintergrundes nachweisbar.

Technische Daten

• Augenmodell mit Linse und Glaskörper im Maßstab 1:3


Bestell-Nr. 10222

Experimente


Herzmodell

Für die Untersuchung von Bewegungsabläufen im Ultraschallbild

wird der TM-Mode (Time-Motion) verwendet. Dabei werden

die Echos entlang der Schallachse kontinuierlich aufgezeichnet.

So lassen sich z. B. Herzwand- bzw. Herzklappenbewegungen

registrieren. Das Herzmodell enthält eine bewegliche Membran,

deren Echo ein TM-Bild ähnlich einer Herzklappen- bzw.

Herzwandbewegung erzeugt. Die Membran wird mit dem Gummiball

periodisch nach oben gewölbt. Durch einen langsamen

Rückstrom der Luft erhält man einen charakteristischen Kurvenverlauf.

Aus der aufgenommenen Kurve können die Wandgeschwindigkeit

und das Schlagvolumen berechnet werden.

Technische Daten

• Doppelgefäß mit Gummimembran

• Gummidruckball

Bestell-Nr. 10220

Experimente


30



Stativset

Das Stativset wurde speziell für die Versuche im vorliegenden

Katalog ausgewählt und zusammengestellt. Es besteht aus

einem Stativ mit einer sehr robusten und standsicheren Grundplatte,

einer 750 mm langen Stativstange aus Edelstahl, zwei

massiven Kreuzmuffen, die eine einfache Handhabung und

sehr sicheren Halt gewährleisten, und zwei Universalklemmen

aus Hartaluminium mit einer Spannweite von bis zu 80 mm. Damit

können alle für die Versuche erforderlichen Halterungen

realisiert werden.

Technische Daten

• 1 Grundplatte, Stahl, pulverbeschichtet, 25 cm × 16 cm

• 1 Stativstange, Länge 75 cm, Edelstahl

• 2 Kreuzmuffen, Stahl, pulverbeschichtet, Inbusschraube

• 2 Universalklemmen, Hartaluminium, 0-80 mm,

Länge ~ 300 mm

Experimente



PHY24 Thermoakustischer Sensor

Bestell-Nr. 10310

Ersatzteile

Stativstab mit Fuß 10304

Universalklemme 10305

Kreuzmuffe 10303

Erlenmeyerkolben

Der Erlenmeyerkolben aus Borosilikatglas ist gut für Versuche

zur Füllstandsmessung geeignet. Der ebene Boden erlaubt

eine gute Ankopplung des Ultraschallsensors an das Gefäß.

Durch den engen Hals lässt sich der Kolben mit einer einfachen

Laborklemme fixieren. Mit einer Gesamthöhe von 280 mm

lassen sich hinreichend viele verschiedene Füllungszustände

realisieren. Glaskolben lassen sich leicht reinigen und können

für viele verschiedene Flüssigkeiten verwendet werden.

Technische Daten

• Material: Borosilikatglas

• Inhalt: 2000 ml (mit Teilung a 500 ml)

• Höhe: 280 mm

Durchmesser: 166 mm

•

Bestell-Nr. 10330

Experimente


Adapter BNC/LEMO

für GAMPT-Scan

Der Adapter ermöglicht das Anschließen von Ultraschallsonden

mit einer BNC-Steckverbindung an die LEMO-Buchsen des

GAMPT-Scan-Echoskops.

Achtung: GAMPT-Scan und GAMPT-Sonden sind aufeinander

abgestimmt. Bevor Sie Sonden anderer Hersteller verwenden,

prüfen Sie bitte, ob die technischen Parameter kompatibel sind.

Bestell-Nr. 10270


31


Ultraschall-Test-Phantom

Zur Qualitätssicherung und zur Bewertung der Genauigkeit

und Leistungsfähigkeit von bildgebenden Ultraschallsystemen

werden gewebeäquivalente Phantome verwendet. Das

Material der Phantome weist physikalische Eigenschaften

auf, die den akustischen Eigenschaften des menschlichen

Gewebes ähneln.

In das gewebeäquivalente Material können verschiedenartige

Teststrukturen eingebettet sein, die eine objektive und

vergleichbare Beurteilung der Abbildungseigenschaften

von Ultraschallgeräten ermöglichen.

Routinemäßige Kontrollen mit Testphantomen können

Veränderungen der Bildqualität aufdecken, die z. B. auf

einer Verschlechterung von Systemkomponenten beruhen.

Die Testphantome sind im Allgemeinen an bestimmte Gerätegruppen

angepasst.

Zusammen mit dem Echoskop GS200i (Bestell-Nr. 10410)

und einem konvexen Arraywandler kann eine anschauliche

Einführung oder ein praxisnahes Training der Verwendung

von gewebeähnlichen Testphantomen gestaltet werden.

Dabei können mit Hilfe der Strukturen im Phantom die

Phänomene und Größen der Schallausbreitung (Laufzeit,

Geschwindigkeit, Reflexion, Schallschwächung, Schallfeld,

Auflösung) untersucht werden. Außerdem lässt sich der

Einfluss typischer Signal- und Bildbearbeitungsgrößen

(Fokussierung, Dynamikbereich, Grafikfilter, Helligkeit,

Kontrast) demonstrieren.

Technische Daten

• Maße: ca. 270 mm × 200 mm × 60 mm (B × H × T)

Phantomkörper

• Material: Polyurethan

• Schallgeschwindigkeit: ca. 1480 m/s

Teststrukturen

• Material: CFK-Stäbe, Ø = 0,5 mm

• „Dead Zone“-Gruppe (15 Targets, Abstände vertikal 2 mm)

• vertikale Gruppe (10 Targets, Abstände 15 mm)

• zwei horizontale Gruppen (je 5 Targets, Abstände 20 mm,

Tiefen ca. 3,3 und 9,3 cm)

• zwei axial-laterale Auflösungsgruppen (je 11 Targets,

Abstände 2, 4, 6, 8, 10 mm, Tiefen 6,3 und 12,3 cm)

Experimente

MED07 Versuch zum Ultraschall-Test-Phantom

Bestell-Nr. 10420

32



Ultraschall-Fetus-Phantom

Sonografische Untersuchungen während einer Schwangerschaft

sind heute Standard. Im Allgemeinen werden drei

Ultraschalluntersuchungen empfohlen.

Neben der Beurteilung der Lage des Kindes und des Mutterkuchens,

der Fruchtwassermenge oder des Herzschlags

wird der Fetus außerdem vermessen (Fetometrie). Abhängig

vom Alter des Fetus werden verschiedene fetometrische

Größen bestimmt. Anhand dieser Messgrößen kann der

Arzt z. B. beurteilen, ob der Fetus entsprechend seinem

Alter entwickelt ist oder ob eventuell Fehlbildungen oder

Entwicklungsverzögerungen vorliegen.

In Verbindung mit dem Echoskop GS200i (Bestell-Nr. 10410)

und einer konvexen Multielement-Ultraschallsonde (Bestell-Nr.

10415) für den Abdominalbereich können am

Ultraschall-Fetus-Phantom von GAMPT die Grundlagen

der sonografischen Fetometrie schon in der vorklinischen

Ausbildung vermittelt werden.

Die Größe des Fetus-Modells entspricht in etwa der Größe

eines Fetus in der 15. bis 17. Schwangerschaftswoche. Am

Modell können folgende Größen vermessen werden:

die Scheitel-Steiß-Länge (SSL/CRL),

der biparietale Durchmesser (BPD),

der frontooccipitale Durchmesser (FRO/OFD)

der Kopfumfang (KU/HC) sowie

die Femurlänge (FE/FL).

Technische Daten

• Maße: ca. 170 mm × 155 mm × 95 mm (B × H × T)

Phantomkörper

• Material: Polyurethan


Fetusmodell

• Material: Polyurethan + Kontrastpartikel


Experimente

MED08 Versuch zum Ultraschall-Fetus-Phantom

Bestell-Nr. 10430


33

Geräte und Materialien • CW (Continuous Wave)

CW-Generator SC600

Der CW-Generator SC600 erlaubt die Erzeugung kontinuierlicher

Schallwellen (continous wave - CW) mit hoher

Leistung über einen weiten Frequenzbereich bis 20 MHz.

Neben dem cw-Mode kann das Gerät auch im Burst- oder

Pulse-Mode betrieben werden. Dabei ist die Sendefrequenz

in 1-Hz-Schritten digital einstellbar und wird auf einem

Display angezeigt. Die Schallleistung ist ebenfalls einstellbar.

Sie wird über die Sendespannung am Ultraschallwandler

geregelt und kann getrennt ein- und abgeschaltet

werden. Der Sendebetrieb wird durch eine Kontrollleuchte

angezeigt. Die Anzeige der Sendespannung und des Sende

stroms erfolgt über ein LCD-Display. Der Grenzwert des Sendestroms

kann von 0 mA bis 1000 mA eingestellt werden,

um die Ultraschallsonde vor Überhitzung zu schützen. Am

Sendeausgang steht ein sinusförmiges Signal mit einer maximalen

Amplitude von 46 Vss zur Verfügung. Der CW-Generator

SC600 ist speziell für den Anschluss der GAMPT-Multifrequenzsonde

angepasst. Damit können Ultraschallwellen

im Bereich von 1-13 MHz erzeugt werden.

Zusätzlich liegt die Sendefrequenz als TTL-Signal an einer

BNC-Buchse sowie als Generatorsignal (max. 2 Vss) an einer

weiteren BNC-Buchse an. Das Gerät kann somit auch als

flexibler Signalgenerator verwendet werden.

Für die Ansteuerung der Laserdioden (rot, grün und blau)

beim Einsatz zum Debye-Sears-Versuch oder der Zentralprojektion

stehender Wellen steht ein entsprechender

Spannungsausgang zur Verfügung. Dieser kann ebenfalls

separat abgeschaltet werden und ist mit einer Kontrollleuchte

ausgestattet.

Technische Daten

•

•

•

•

•

•

Frequenz: ≤ 20 MHz

Frequenzabstufung: 1 Hz

Signalamplitude: 2-46 Vss

Sendesignal-Ausgang: cw/Burst/Puls-Signal, abschaltbar,

LED-Kontrollleuchte

TTL-Ausgang: 0-5 V, Rechtecksignal

Signalgenerator-Ausgang: Sinus/Dreieck/Rechteck mit

cw/Burst/Puls, max. 2 Vss

• Anschluss für Laserdiode: regelbar, abschaltbar, LED-

Kontrollleuchte

• Anzeige: Strom, Spannung, Frequenz und Mode

(cw/Burst/Puls) oder alternativ

Laser-Spannung, Signalgeneratorspannung,

und Signaltyp (Sinus/Dreieck/Rechteck),

Burstlänge und Pulswiederholfrequenz

• Maße: 255 mm × 170 mm × 265 mm (B × H × T)


Experimente




Ultraschallwellen




Bestell-Nr. 20100

34



Debye-Sears-Set

Die Erzeugung stehender Wellen für den Debye-Sears-Versuch

und die Projektion von Ultraschallwellen erfolgt in einem speziellen

Probengefäß, mit dessen Sondenhalterung die Ultraschallsonde

auf exakt senkrechten Einfall justiert werden kann.

Zusätzlich ist eine senkrecht zur Schallachse angeordnete Laserhalterung

mit Linsenaufnahme angebracht, die eine exakte

Positionierung des Laserstrahls im Schallfeld und den Einschub

einer Linse zur Erzeugung eines divergenten Laserstrahls (für

Zentralprojektion) ermöglichen.

Technische Daten

• Probenwanne: Glas, mit Laserhalterung,

105 mm × 125 mm × 100 mm

• Sondenjustierung: POM, Dreipunktjustierung,

105 mm × 125 mm × 50 mm

• Ultraschallsonde: 1-13 MHz, Metallgehäuse, vergossen

• Lasersonde: rot, ~ 650 nm

Experimente




Ultraschallwellen



Ersatzteile

Multifrequenzsonde 20139

Lasermodul (rot) 20210

Sondenhalter mit Justierung 20224


Multifrequenzsonde

Diese Ultraschallsonde ist speziell für den Einsatz mit dem

Multifrequenz-CW-Generator entwickelt worden. Sie zeichnet

sich durch sehr gute Schallerzeugungseigenschaften in einem

Frequenzbereich von 1 MHz bis über 10 MHz aus, so dass alle

Versuche mit dem CW-Generator über einen weiten Frequenzbereich

mit einer Sonde durchgeführt werden können. Sie ist,

wie alle GAMPT-Sonden, mit einem robusten Metallgehäuse

gearbeitet. Die Schallabstrahlungsfläche ist wasserdicht vergossen.

Technische Daten


• Maße: 65 mm × 27 mm

Kabellänge: ca. 1 m

• Bestell-Nr. 20139

Experimente




Ultraschallwellen





35


Lasermodul (rot)

Das rote Lasermodul mit einer Wellenlänge von ca. 650 nm ist

in einem speziellen Gehäuse für die einfache Positionierung

in der Laserhalterung des Probengefäßes untergebracht.

Die Laserdiode wird mit dem CW-Ultraschallgenerator über

Hohlstecker verbunden und von dort mit der entsprechenden

Spannung versorgt. Der Laserstrahl ist fokussiert.

Technische Daten


• Wellenlänge: ~ 650 nm

• Stromaufnahme: max. 40 mA | Spannung: ≤ 3,3 V DC

• Leistung: ≤ 5 mW | Laser-Klasse: 3R (EN 60825-1)

Experimente




Ultraschallwellen

Bestell-Nr. 20210


Lasermodul (grün)

Das grüne Lasermodul mit einer Wellenlänge von ca. 532 nm

ist in einem speziellen Gehäuse für die einfache Positionierung

in der Laserhalterung des Probengefäßes untergebracht. Die

Laserdiode der Laser-Klasse 3R wird mit dem CW-Ultraschallgenerator

über Hohlstecker verbunden und von dort mit der entsprechenden


Technische Daten




• Leistung: ≤ 5 mW | Laser-Klasse: 3R (EN 60825-1)

Experimente



Bestell-Nr. 20211

Lasermodul (blau)

Das blaue Lasermodul mit einer Wellenlänge von ca. 405 nm

ist in einem speziellen Gehäuse für die einfache Positionierung

in der Laserhalterung des Probengefäßes untergebracht. Die

Laserdiode der Laser-Klasse 2 wird mit dem CW-Ultraschallgenerator

über Hohlstecker verbunden und von dort mit der entsprechenden


Technische Daten




• Leistung: ≤ 1 mW | Laser-Klasse: 2 (EN 60825-1)

Experimente



Bestell-Nr. 20212

36



AOM-Probenwanne

Die Probenwanne aus Glas ist für alle Flüssigkeiten geeignet,

lässt sich leicht reinigen und bietet durch den ebenen Boden

und die planparallelen Seitenflächen optimale Bedingungen

für die Schallreflexion zur Erzeugung stehender Wellen und die

Durchstrahlung mit Laserlicht. Durch die festinstallierte Laserhalterung

hat der Laserstrahl stets eine senkrechte Ausrichtung

zur Außenwand, so dass nur die Schallsonde justiert werden

muss. Gleichzeitig enthält die Laserhalterung einen Schacht

zum Einschieben der Linse für die Projektion der stehenden

Wellen in den Strahlengang. Zur Untersuchung verschiedener

Flüssigkeiten oder von Konzentrationsreihen empfiehlt sich

die Verwendung mehrerer Wannen, so dass Messungen durch

einfaches Aufsetzen des Probendeckels mit Sonde und Sondenjustierung

im schnellen Wechsel erfolgen können. Die aufwendige

Sondenhalterung muss dabei nur einmal angeschafft

werden.

Technische Daten

• Material: Glas (Wanddicke 4 mm)

• Maße: 120 mm × 110 mm × 140 mm (B × H × T)

Experimente


Bestell-Nr. 20225



Ultraschallwellen


Deckel für AOM-Probenwanne

Wenn mehr als eine Probenwanne benutzt wird, verhindert

diese Abdeckung Verdunstung und damit eine Konzentrationsänderung

der Flüssigkeit. Außerdem hilft der Deckel, Verunreinigungen

zu vermeiden.

Technische Daten

• Material: POM

• Maße: 120 mm × 25 mm × 105 mm (B × H x T)

Experimente


Bestell-Nr. 20223

Projektionslinse

Die plankonvexe optische Linse wird zur Projektion stehender

Ultraschallwellen im Strahlengang zwischen Laserquelle und

Ultraschallwelle platziert, um einen divergenten Laserstrahl zu

erzeugen. Die Linse ist fest auf einem rechteckigen Glasträger

aufgebracht, der in die entsprechende Aufnahme der Laserhalterung

an der Probenwanne eingeschoben werden kann. Durch

einfaches Einschieben und Entnehmen des Linsenträgers ist ein

schneller Wechsel zwischen Beugungs- und Projektionsversuch

möglich.

Technische Daten

• Maße des Glasträgers: 25 mm × 75 mm

• Linsendurchmesser: 12,5 mm

• Linsenbrennweite: 173 mm

Bestell-Nr. 20230

Experimente



37


AOM-Sondenjustierung

Dieser Deckel für die Glasprobengefäße (Bestell-Nr. 20225)

besitzt eine Sondenhalterung zur festen Aufnahme der Multifrequenzsonde

(Bestell-Nr. 20139). Diese kann noch durch eine

Schraube gesichert werden. Die federnd aufgehängte Justierscheibe

mit der Sondenhalterung wird über eine Dreipunkt-Justierung

mit Stellschrauben eingestellt, so dass die Sonde und

damit die ausgesandte Schallwelle optimal zum Laserstrahl

orientiert werden kann. Mit einer exakt senkrechten Ausrichtung

der Schallachse und einem der Wellenlänge angepassten

Abstand kann eine stehende Welle erzeugt werden. Damit wird

ein Maximum an Beugungsordnungen bzw. eine möglichst

scharfe Abbildung bei der Zentralprojektion erzielt.

Technische Daten

• Material: POM

• Maße: 120 mm × 50 mm × 105 mm (B × H × T)

• Dreipunktjustierung mit Sondenhalterung

Experimente




Ultraschallwellen


Bestell-Nr. 20224

Absorbermatte

Die Absorbermatte besteht aus einem speziellen Silikonmaterial,

das in der Lage ist, Ultraschallwellen fast vollständig

zu absorbieren. Die Matte wird für die Vermeidung von unerwünschten

Schallreflexionen bei den AOM-Versuchen oder

beim Thermoakustischen Sensor eingesetzt.

Das Silikonmaterial ist in seiner akustischen Impedanz an

Wasser angepasst. Zusätzlich mindern die kreisförmigen

Lamellen die Reflexionen an der Absorberoberfläche.

Die aufgenommene Schallenergie wird durch das hohe

Absorptionsvermögen des Materials vollständig in Wärme

umgewandelt.

(Die Farbe der gelieferten Absorbermatte kann von der im

Produktbild abweichen.)

Technische Daten

• Material: Silikon

• Maße: 90 mm × 110 mm × 19 mm

Experimente



Bestell-Nr. 20227

38



Strahlteiler

Als Strahlteiler für Laserlicht wird ein halbdurchlässiger Spiegel

verwendet. Das Verhältnis Transmission zu Reflexion beträgt

1:1.

Technische Daten

• Maße des Spiegels: 38 mm × 25 mm (H × B)

• Maße des Trägers: 90 mm × 60 mm × 80 mm (H × B × T)

Experimente


Ultraschallwellen

Bestell-Nr. 20301

Justierbarer Spiegel

Der Spiegel ist auf einem Träger mit einer Dreipunkt-Justierung

befestigt. Er kann horizontal und vertikal justiert werden, um

den Laserstrahl präzise auf das Zielobjekt (Photodiode, Spiegel,

Strahlteiler) auszurichten.

Technische Daten

• Maße des Spiegels: 80 mm × 52 mm (H × B)

• Maße des Trägers: 120 mm × 60 mm × 80 mm (H × B × T)

Experimente


Ultraschallwellen


Bestell-Nr. 20302

Photodiodenempfänger

Mit diesem Photodiodenempfänger mit integriertem Verstärker

ist eine quantitative Aufnahme der Intensität des Laserlichts

möglich. So können die Amplituden der Beugungsordnungen

gemessen und die auftretenden Modulationen (AOM) mit einem

Oszilloskop analysiert werden. Der Photodiodenempfänger

wird komplett mit Netzteil und BNC-Anschlusskabel geliefert.

Technische Daten

• Photodiode - Spektralbereich der Empfindlichkeit (10%

des Max.): 400-1100 nm

• Maximale Lichtempfindlichkeit: 850 nm

• Lichtempfindliche Fläche: 7 mm²

• Stromversorgung: 12 V, 500 mW

• Verstärkerausgang (BNC): 0-10 V regelbar

• Maße: 120 mm × 60 mm × 80 mm (H × B × T)

Experimente


Ultraschallwellen


Bestell-Nr. 20303


39


Thermoakustischer Sensor

Der thermoakustische Sensor ist eine sehr einfache und kostengünstige

Messmethode zur Bestimmung der lokalen mittleren

Intensität von Ultraschallwellen. Der Sensor arbeitet auf der

Basis der Umwandlung von Schallenergie in Wärme innerhalb

eines sehr kleinen zylindrischen Absorbers. Die Erwärmung

ist proportional zur eingeschallten Intensität und wird mit

Hilfe eines Thermoelements und eines Messverstärkers in

ein Spannungssignal umgewandelt. Das Spannungssignal

kann mittels eines einfachen Voltmeters oder über eine USB-

Schnittstelle mit dem PC erfasst werden. Zur Kompensation der

Umgebungstemperatur verfügt der Messverstärker über einen

Nullpunktabgleich. Das Set wird inklusive der Anschlusskabel

für ein Voltmeter geliefert.

Der thermoakustische Sensor hat eine hohe Empfindlichkeit

und durch die sehr kleine aktive Fläche ein hohes lokales

Auflösungsvermögen, so dass auch die Intensitätsverteilung

von Schallfeldern gemessen werden kann.

Technische Daten

Sensor:

• Messbereich: 0,1-5 W/m²

• aktive Sensorfläche: ~ 0,2 mm²

• laterales Auflösungsvermögen: ~ 0,5 mm

• Maße Sondenkopf: Durchmesser ~ 8 mm, Länge ~ 16 mm

Messverstärker:

• Signalausgang: ± 10 V DC

• Nullpunktabgleich (Temperaturkompensation)

• Maße: 80 mm × 107 mm × 140 mm (H × B × T)

• Spannungsversorgung: 100-240 V

Bestell-Nr. 20400

Ersatzteile

Thermoakustische Sonde 20410

Messverstärker 20420

Anschlusskabel Voltmeter 20421

Experimente


Rührer für SC500/SC600

Für die Messungen mit der thermoakustischen Sonde oder die

Konzentrationsmessungen mit der Resonanzzelle empfiehlt

es sich, einen Rührer zu verwenden. Beim thermoakustischen

Sensor verhindert der Rührer die Ausbildung lokaler Temperaturunterschiede

und bei der Konzentrationsmessung wird das

Herstellen der Lösungen vereinfacht. Der Rührer kann direkt

an die Lasersondenbuchse des SC500/SC600 gesteckt und die

Drehzahl mit dem Regler für die Sondenspannung eingestellt

werden. Es ist kein zusätzliches Steuergerät für den Rührer

erforderlich.

Technische Daten

• Propellerrührwerk aus Kunststoff

• Drehzahl: 0-120 U/min

• Anschluss: Hohlstecker zum Anschluss an Laserbuchse

des SC500/SC600

Bestell-Nr. 20450

Experimente


40



Messwanne

Die Messwanne ist aus dünnen Plexiglasplatten gefertigt. An

einer Stirnseite der Wanne ist eine Halterung vorgesehen, in

der eine Ultraschallsonde (z. B. Bestell-Nr. 20139) befestigt

werden kann. Die gegenüberliegende Wannenseite ist für die

Aufnahme einer Ultraschallabsorbermatte aus Silikon (Bestell-

Nr. 20227) vorbereitet.

Technische Daten

• Material: Acryl

• Maße: ca. 310 mm × 112 mm × 116 mm (L × H × B)

Experimente


Bestell-Nr. 20430

Adapter BNC/LEMO

für SC500/SC600

Der Adapter ermöglicht das Anschließen von Ultraschallsonden

mit einer BNC-Steckverbindung an die LEMO-Buchse der CW-

Generatoren SC500 und SC600.

Achtung: SC500 bzw. SC600 und GAMPT-Sonden sind aufeinander

abgestimmt. Bevor Sie Sonden anderer Hersteller verwenden,

prüfen Sie bitte, ob die technischen Parameter kompatibel sind.

Bestell-Nr. 20280

Adapter LEMO/BNC für Multifrequenz-

und GS200-Sonden

Mit Hilfe des Adapters können die 1-, 2- und 4-MHz-Ultraschallsonden

(Bestell-Nr. 10151, 10152, 10154) für das GS200/GS200i,

die Multifrequenzsonde (Bestell-Nr. 20139) oder das Hydrofon

mit der Bestell-Nr. 10450 beispielsweise zum Auslesen der

Sondensignale an die BNC-Eingänge eines Oszilloskops angeschlossen

werden.

Bestell-Nr. 20285

Adapter LEMO/BNC für

GAMPT-Scan-Sonden

Der Adapter ermöglicht das Anschließen des Hydrofons mit der

Bestell-Nr. 10250 oder der 1-, 2- und 4-MHz-Ultraschallsonden

(Bestell-Nr. 10131, 10132, 10134) für das GAMPT-Scan mit einer

LEMO-Steckverbindung an den BNC-Anschlüssen eines Oszilloskops.

Bestell-Nr. 20290


41

Geräte und Materialien • Doppler

Ultraschall-Puls-Doppler FlowDop

Das Puls-Dopplergerät erzeugt Sendeimpulse mit einer

einstellbaren Frequenz von 1, 2 oder 4 MHz, welche mit

dem angeschlossenen Wandler als Ultraschallwellen ausgesendet

werden. Wenn diese Wellen an sich bewegenden

Partikeln oder Blasen reflektiert oder gestreut werden,

erfahren sie eine Frequenzverschiebung (Doppler-Effekt).

Die reflektierten oder gestreuten Ultraschallwellen werden

vom Gerät registriert und ausgewertet. Das Messsignal

wird zusätzlich in ein Tonsignal gewandelt. Dabei ist die

Lautstärke des Tonsignals ein Maß für die Amplitude des registrierten

Signals und seine Frequenz ein Maß für die Geschwindigkeit

der Streuer. Das Messsignal lässt sich mittels

einstellbarer Verstärkung, Sendeleistung und Messtiefe an

die jeweilige Messaufgabe anpassen. Die Messdaten können

zur detaillierten Auswertung am Computer über eine USB-

Schnittstelle ausgelesen und aufgezeichnet werden.

Technische Daten

•

•

•

•

•

•

Frequenz: 1, 2 und 4 MHz

Verstärkung: 10-40 dB

Anzeige: LED-Balken, akustisches Signal mit

Lautstärkeregler

Schnittstelle zum PC: USB

Maße: 255 mm × 170 mm × 315 mm (B × H × T)

Spannungsversorgung: 100-240 V, 50 Hz/60 Hz

Software

Mit Hilfe der mitgelieferten Software FlowView können die

vom Gerät gemessenen Daten an einem Computer ausgewertet

werden. Der Anschluss des Geräts erfolgt über eine

USB-Schnittstelle. Während der Messung zeigt die Software

das aktuelle NF-Dopplersignal an. Die Auswertung erfolgt

durch eine Transformation in den Frequenzraum mit Hilfe

der Fourier-Transformation. Aus dem Spektrum werden

die mittlere und die maximale Frequenzverschiebung bestimmt.

Die entsprechenden Frequenzen bzw. die daraus

berechneten Geschwindigkeiten und Flusswerte werden

auf dem Bildschirm als Werte bzw. als Zeitkurve dargestellt.

Zusätzlich wird der Energiegehalt des Signals dargestellt.

Weitere Auswertefunktionen sind die Darstellung des Spektrums

mit farbcodierten Intensitäten über den Zeitbereich

oder die Untersuchung der Pulsatilität der Strömung.

Durch Einschränkung der Messungen auf bestimmte Laufzeiten

(Sample Volume) ist es möglich, Informationen aus

begrenzten Bereichen des Schlauchquerschnitts und somit

verschiedenen Schichten der Strömung zu gewinnen. Damit

kann sowohl ein Geschwindigkeits- als auch ein Konzentrationsprofil

der Strömung erstellt werden.

Experimente








Bestell-Nr. 50100

42



Doppler-Prisma

Das Dopplerprisma dient als Verbindung zwischen Ultraschallsonde

und Strömungsrohr bzw. Schlauch. Durch seinen Aufbau

lässt es sich einfach und sicher an das Strömungsrohr oder den

Schlauch ankoppeln. Die ebenen Flächen ermöglichen eine

einfache Ankopplung der Ultraschallsonde. Die Stärke der

Frequenzverschiebung hängt wesentlich vom Winkel zwischen

eingeschallter Ultraschallwelle und Flussrichtung ab. Das

Dopplerprisma erlaubt es, mit drei verschiedenen Winkeln

einzustrahlen und so den Einfluss des Dopplerwinkels auf die

Frequenzverschiebung zu untersuchen.

Technische Daten

• Material: Acryl

• Adapter für Schläuche/Rohre: 1/2", 3/8" oder 1/4"

• Einschallwinkel: 15°, 30°, 60°

• Vorlaufstrecke: 30 mm

Experimente




Bestell-Nr. 50111 (1/2")

Bestell-Nr. 50112 (3/8")

Bestell-Nr. 50113 (1/4")

Strömungsset

Für die Untersuchung von Strömungsphänomenen stehen

Strömungsrohre mit drei verschiedenen Innendurchmessern

zur Verfügung. Die Anschlüsse sind für 3/8“ Schläuche ausgelegt.

Mit Hilfe der Doppler-Prismen zur Ankopplung der

Sonden am Rohr können die Strömungsgeschwindigkeiten und

die Strömungsprofile in den Rohren gemessen werden. Die

Strömungsrohre können mit den Steigrohren zur Druckmessung

(Bestell-Nr. 50150) und der Zentrifugalpumpe (Bestell-Nr.

50130) kombiniert werden. Damit kann eine Vielzahl interessanter

Praktikumsversuche zum Thema Strömungsphänomene

realisiert werden. Das Set umfasst neben den Strömungsrohren

und den Dopplerprismen die zum Aufbau eines Strömungskreises

erforderlichen Schläuche und Verbindungsstücke (inklusive

Luer-Lock-Anschlüsse).

Technische Daten

• Material: Acryl

• Rohrlänge: 300 mm

• Rohrinnendurchmesser: ~ 16 mm, ~ 10 mm, ~ 7 mm


Experimente





Ersatzteile

Dopplerprismen (1/2", 3/8", 1/4") 50111, 50112, 50113

Schläuche 50121

Verbindungsstücke 50122

Strömungsrohre (16, 10 , 7 mm) 50151, 50152, 50153


43


Steigrohre

Für die Untersuchung der Strömungsgesetze nach Hagen-

Poiseuille und die Bernoulli-Gleichung müssen die Druckverhältnisse

entlang einer Strömungslinie gemessen werden.

Eine einfache, aber sehr anschauliche, Methode ist dabei

die Druckmessung mit Steigrohren. Der Druckabfall entlang

eines Rohres zeigt sich schon rein optisch an der abfallenden

Steighöhe der Flüssigkeitssäulen. Die Druckskala verfügt über

vier Steigrohre, die durch die mitgelieferten Schläuche und

Luer-Lock-Schlauchverbinder mit 3/8"-Schläuchen verbunden

werden können. Die mitgelieferten Schlauchverbinder werden

an den Messstellen im Strömungskreislauf (Bestell-Nr. 50201)

angeschlossen. Die Skala hat eine Einteilung in Zentimeter und

Millimeter. Die Umrechnung in entsprechende Drücke bleibt

dem Praktikanten vorbehalten.

Technische Daten

• Material: Glas

• Länge der Steigrohre: 1000 mm

• Länge der Schläuche: 800 mm

• Anschlüsse: Luer-Lock, männlich

• Stativ

Experimente


Bestell-Nr. 50150

Zentrifugalpumpe MultiFlow

Die Zentrifugalpumpe ermöglicht als Voraussetzung für die

Untersuchung von Strömungsphänomenen einen laminaren

und konstanten Fluss mit unterschiedlichen Flussraten. Die

Flussgeschwindigkeit wird über die Drehzahlsteuerung der

Pumpe im Bereich von 0-10 l/min eingestellt. Dabei wird im

Display entweder direkt die Motordrehzahl oder ein, mittels

Potentiometer kalibrierbarer, Fluss angezeigt.

Zur Simulation der Herzfunktion für die Experimente zur

Doppler-Sonografie kann die Pumpe in drei verschiedenen

Pulsmoden betrieben werden. Die Pumpe erzeugt dabei

pulsatile Flussverläufe mit unterschiedlichen Anstiegs- und

Abfallflanken. Die Pulsdauer (äquivalent zur Herzfrequenz)

ist variabel einstellbar.

Technische Daten


• Pumpleistung: max. 10 l/min, regelbar

• Anzeige: LCD-Display

• Versorgungsspannung: 100-240 V, 50/60 Hz

Experimente





Bestell-Nr. 50130





44



Doppelgefäß

Das Doppelgefäß ermöglicht die Kalibrierung einer Flussmessung

durch Auslitern. Damit können Messkreisläufe, z. B. für

Versuche zur Flussmessung mit Hilfe des Dopplerverfahrens

(IND05) oder des Transit-Time-Verfahrens (IND09), aufgebaut

werden. Das Doppelgefäß besteht aus zwei aufrecht stehenden

Säulen, die über ein Rohr mit Absperrventil verbunden sind.

Mit den mitgelieferten Schläuchen kann das Doppelgefäß über

die seitlich befindlichen Anschlüsse mit der Zentrifugalpumpe

(Bestell-Nr. 50130) und den jeweiligen Messstrecken (Bestell-

Nr. 50152 und 10180) verbunden werden.

Technische Daten

• Material: Acryl

• Maße: 470 mm × 500 mm × 200 mm (H × B × T)

• Volumen je Säule: ca. 3,4 l

Experimente



Bestell-Nr. 50170

Ersatzteile

Schläuche 50171

Schlauchset

Entscheidend für die Auswahl der verwendeten Schläuche sind

deren akustische Eigenschaften. So kann z. B. bei zu weichem

Material nicht genügend Schall in den Schlauch eingekoppelt

werden, um auswertbare Messdaten zu erhalten. Die hier angebotenen

Schläuche wurden getestet und finden u.a. Anwendung

in der Medizin. Die Schläuche können leicht ersetzt werden

und es besteht keinerlei Bruch- und Verletzungsgefahr.

Technische Daten

• Schlauchstärke: 3/8"

• Schlauchlänge gesamt: ca. 2,5 m

• verschiedene Verbindungsstücke

Experimente


Bestell-Nr. 50120

Doppler-Flüssigkeit

Für die Messung von Ultraschall-Dopplersignalen müssen

streuende Partikel in der Flüssigkeit enthalten sein. Diese

müssen mit ihrer akustischen Impedanz und ihrer Größe zu

der verwendeten Ultraschallfrequenz passen. Die hier angebotene

Doppler-Flüssigkeit enthält Partikel mit hervorragenden

Streueigenschaften. Die Viskosität der Doppler-Flüssigkeit ist

so eingestellt, dass in den Strömungsrohren bei mittleren Strömungsgeschwindigkeiten

laminare Flüsse erzeugt werden.

Technische Daten

• Füllmenge: 1 l

• Ultraschallstreuung: 1-6 MHz

Bestell-Nr. 50140

Experimente







45


Armmodell

Dieses realistische Modell eines menschlichen Armes ermöglicht

eine Einführung in die Methoden der Ultraschall-Doppler-Diagnostik.

Diese Methoden verlangen ein hohes Maß an

Wissen über die Doppler-Sonografie und deren Ergebnisse. Mit

dem Armmodell ist es möglich, grundlegende Prinzipien und

Wirkungsweisen der Methoden zu demonstrieren. Im Armmodell

sind verschiedene Gefäße und eine Stenose integriert.

Zusammen mit der Zentrifugalpumpe MultiFlow (Bestell-Nr.

50130) lassen sich eine Reihe von Experimenten am Arm durchführen.

In diesen Experimenten können die Studenten typische

Spektren von kontinuierlichem oder pulsierendem Blutfluss

messen. Mit Hilfe der gemessenen Kurven lassen sich der

Fluss‐, der Puls- und der Widerstandsindex berechnen. Zusätzliche

Messungen sind die Bestimmung der durchschnittlichen

und maximalen Flussgeschwindigkeit innerhalb eines Strömungsprofiles.

Im Bereich der Stenose lassen sich die erhöhten

Flussanteile in positiver und negativer Richtung vor und nach

der Gefäßverengung erkennen. Das Armmodell wird inklusive

Anschlussschläuchen, Fülltrichter und Doppler-Flüssigkeit

(250 ml) geliefert.

Technische Daten

• Haut und Schläuche aus Silikon

Experimente





Ersatzteile

Doppler-Flüssigkeit (250 ml) 50161


Blutdruckmanschette mit

Manometer

Für Versuche mit dem Armmodell (Bestell-Nr. 50160) zur

Blutdruckmessung mit dem Ultraschall-Doppler-Verfahren

(MED06), ist eine modifizierte, an das Armmodell angepasste,

Blutdruckmanschette erforderlich. Das im Foto rechts abgebildete

Produkt ist lediglich beispielhaft und kann in Form und

Farbe abweichen.

Technische Daten

• Druckbereich: 0-300 mmHg

Experimente



Bestell-Nr. 50300

46



Doppler-Sonde

Die Ultraschall-Doppler-Sonde mit einer Frequenz von 2 MHz

wurde speziell für Messungen am Armmodell (Bestell-Nr.

50160) entwickelt. Die Stiftform und die kleine Schallfläche

erlauben eine einfache Handhabung und führen zu einer

ausreichenden lokalen Auflösung. Die Vorlaufstrecke mit

einem Winkel von 30° ist verantwortlich für einen konstanten

Dopplerwinkel und eine ausreichende Frequenzverschiebung.

So können quantitative Messungen zur Bestimmung der Flussgeschwindigkeit

durchgeführt werden.

Technische Daten

• Frequenz: 2 MHz

• Maße: L = 200 mm, D = 15 mm

• Kabellänge: ca. 1 m

• spezieller Anschluss für Puls-Doppler FlowDop

Bestell-Nr. 50135

Experimente






47

Geräte und Materialien • Scan-Verfahren

CT-Scanner

Die Computertomografie (CT) ist nicht nur in der diagnostischen

Medizin, sondern auch in der Materialprüfung ein

wichtiges Verfahren zur Untersuchung innerer Strukturen.

Dabei ist das Prinzip der tomografischen Bilderzeugung

unabhängig von der verwendeten Messmethode. Neben

den bekannten Verfahren der Kernspintomografie NMR

und Röntgentomografie werden auch andere Messwerte

mittels Tomografie erfasst, z. B. Positronen-Emissions-Tomografie

(PET) oder Ultraschalltomografie. Der CT-Scanner

realisiert die für die Tomografie erforderliche Rotation und

lineare Verschiebung der Probe. In Verbindung mit der

CT-Steuerung und dem Ultraschallechoskop (GS200/GS200i

oder GAMPT-Scan) kann ein vielseitig einsetzbarer Computertomograf

aufgebaut werden. Der Scanner besitzt einen

Probentisch für die Aufnahme geeigneter Untersuchungsobjekte.

Der Probentisch wird über einen Schrittmotor

mit exakter Winkelpositionierung gedreht. Ein zweiter

Schrittmotor realisiert die Längsbewegung mit einer Ortsauflösung

von < 10 µm. Der Probentisch wird in eine Probenwanne

getaucht. Der gesamte Schlitten ist in der Höhe

verstellbar, so dass das Untersuchungsgebiet der Probe

angepasst werden kann. Während der Messung bewegt der

Scanner die Probe zwischen den von außen an das Probengefäß

angekoppelten Ultraschallsonden entsprechend dem

CT-Algorithmus hin und her.

Darüber hinaus eröffnet der Scanner eine Vielzahl von

Praktikumsmöglichkeiten beim Einsatz für die Schnittbilderzeugung.

Der Probentisch dient dabei als Sondenhalterung

für eine GAMPT-Ultraschallsonde (1, 2 oder 4 MHz).

Das Untersuchungsobjekt, z. B. der Testblock oder das

Brustmodell, wird in das Probenbecken gelegt und mit der

Scanner-Steuerung abgescannt. Der Scanner kann dabei

manuell oder mit der mitgelieferten Software GS-EchoView

gesteuert werden. Die aufgezeichneten B-Bilder sind frei

von Bewegungsartefakten und es ist eine exakte Ortszuordnung

möglich. Die Bilder weisen eine hohe Qualität auf, da

mit hoher Liniendichte gescannt werden kann (siehe auch:

CT-Steuerung).

Ersatzteile

Probenhalter 60124

Technische Daten

• Linearbewegung: ca. 400 mm, Auflösung < 10 µm,

max. Bewegungsgeschwindigkeit 18 cm/min

• Drehbewegung: 360°, Auflösung 0,225°,

max. Drehgeschwindigkeit 1 U/s

• Maße: 210 mm × 353 mm × 520 mm (B × H × T)

• wartungsfreie Gleitlager

Experimente




Bestell-Nr. 60100 (für GAMPT-Scan)

Bestell-Nr. 60200 (für GS200/GS200i)

48



CT-Steuerung

Die Steuerelektronik UCT200 für den CT-Scanner wird

über eine USB-Schnittstelle an den PC angeschlossen. In

Verbindung mit dem Ultraschallgerät (GS200/GS200i bzw.

GAMPT-Scan) und der zugehörigen Software (GS-EchoView

bzw. AScan) steht ein leistungsfähiger Computertomograf

und B-Bild-Scanner zur Verfügung. Über einen Mikrocontroller

können 2 Schrittmotoren (Linearachse, Drehachse)

angesteuert werden. Mit dem PC und der Steuerelektronik

werden die Fahrgeschwindigkeit eingestellt und die Positionierung

des Schlittens gesteuert. Die Motoren können auch

über Drehschalter für Fahrt- bzw. Drehrichtung (LINEAR,

ROTATION) und Fahrt- bzw. Drehgeschwindigkeit (SPEED)

am Steuergerät direkt von Hand gesteuert werden.

Technische Daten

• Ausgang: 2 × Schrittmotoransteuerung, bipolar 5 V,

max. 2 A

• Schnittstelle: USB

• Maße: 155 mm × 170 mm × 315 mm (B × H × T)

• Versorgungsspannung: 100-240 V, 50/60 Hz

• Leistungsaufnahme: max. 50 VA

Software

Mit der Mess- und Steuersoftware GS-EchoView bzw.

AScan kann neben dem Auslesen und Verarbeiten von

Messdaten des Ultraschallgeräts GS200/GS200i (Bestell-

Nr. 10400/10410) bzw. GAMPT-Scan (nicht mehr lieferbar)

auch die CT-Steuerung vom Computer aus angesteuert

werden. Somit können sowohl mechanisch gescannte

B-Bilder als auch Ultraschall-Tomografie-Bilder erzeugt

werden. Der CT-Algorithmus ist als Modul in die Software

integriert. Es werden die ungefilterten und die gefilterten

Dämpfungs- und Laufzeitbilder, das aktuelle A-Bild, die

Einstellung der laufzeitabhängigen Verstärkung und die

Amplitude des gerade laufenden Linienscans grafisch dargestellt.

Außerdem werden die jeweilige Scannerposition in

Millimeter und der aktuelle Drehwinkel in Grad angezeigt.

Das CT-Bild (Dämpfungs- und Laufzeitbilder) wird nach

jedem Linienscan aktualisiert und schrittweise aufgebaut,

so dass die Entstehung des Tomografiebildes im Einzelnen

nachvollzogen werden kann. Die CT- und B-Bilder können

exportiert und gedruckt werden. Je nach Zeit und Objekt

können die Anzahl der Drehpositionen und die Schrittweite

sowie Länge des Scans festgelegt werden.

Experimente




Bestell-Nr. 60110 (für GAMPT-Scan)

Bestell-Nr. 60210 (für GS200/GS200i)


49


CT-Messwanne

Die Probenwanne für den CT-Scanner ist aus dünnen Plexiglasplatten

gefertigt. Damit ist eine gute Ankopplung der Sonden

an die Wannenwand gewährleistet. Bei Plexiglas (Acryl) ist der

akustische Impedanzsprung zum Wasser gegenüber Glas relativ

gering, so dass Reflexionen weitgehend vermieden werden

können. Die Wanne verfügt über mehrere Sondenhalterungen,

mit denn die Ultraschallsonden direkt an der Wanne fixiert

werden können.

Technische Daten

• Maße: 430 mm × 150 mm × 150 mm (L × H × B)

• Material: Acryl | Wanddicke: 4 mm

Experimente




Bestell-Nr. 60120

CT-Probe

Bei der Ultraschalltomografie können zwei unterschiedliche

Messwerte erfasst werden, die Absorption und die Schallgeschwindigkeit.

Die Probe für das Tomogramm besteht aus einem

schwarzen Kunststoffzylinder, der Absorptions- und Schallgeschwindigkeitsinhomogenitäten

enthält. Die Probe wird über

eine Magnethalterung am Drehteller der Scan-Vorrichtung

befestigt.

Technische Daten


• Höhe: 70 mm

Experimente


Bestell-Nr. 60121

Hydrofonhalter

Der Hydrofonhalter hilft, das Hydrofon an den CT-Proben-Halter

(Bestell-Nr. 60124) zu adaptieren. So kann das Hydrofon

leicht mit dem CT-Scanner für Schallfeldmessungen verwendet

werden. (Der Halter ist auch Bestandteil des Hydrofon-Sets, um

das Hydrofon an die Hydrofon-Platte zu adaptieren.)

Technische Daten


• Höhe: 25 mm

Experimente




Bestell-Nr. 60123

50



Ultraschallgel

Für die Ankopplung der Ultraschallsonden an das Untersuchungsobjekt

muss ein Koppelmedium verwendet werden.

Dabei kommen verschiedene Öle und vor allem Wasser zum

Einsatz. Für den Einsatz im Praktikum empfiehlt es sich, ein

Ultraschallgel aus der medizinischen Diagnostik einzusetzen,

da diese Gele eine hohe Viskosität aufweisen, aber keine öligen

Bestandteile enthalten (es besteht keine Verschmutzungsgefahr).

Das Ultraschallgel ist ungiftig, wasserlöslich und hautverträglich.

Technische Daten

• Schallübertragung in weitem Frequenzbereich

• wasserlöslich

• hypoallergen

• Inhalt der Spenderflasche: 250 ml

Bestell-Nr. 70200


51

GAMPT-Katalog

Ultraschall im Praktikum

Ultraschall findet in unserer heutigen Gesellschaft eine breite Anwendung.

Der Einsatz des Ultraschalls zieht sich quer durch alle Bereiche vom Haushalt

über die Medizin bis hin zu speziellen industriellen Anwendungen. Als Beispiele

lassen sich hier u. a. Luftbefeuchter, Ultraschallreinigungsgeräte, Abstandsmesser,

die Sonographie der inneren Organe, des Fötus, Blutstromanalysen,

therapeutischer Ultraschall, Füllstandsmesser, Ultraschallschweißen, Echolot

und die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung finden.

Kenntnisse über die Grundlagen der Erzeugung, der Ausbreitung und der Wechselwirkung

von Ultraschall, den prinzipiellen Aufbau von Ultraschallgeräten

sowie spezielle Messmethoden sind somit für alle naturwissenschaftlichen,

technischen und medizinischen Fachrichtungen von Nutzen oder sogar notwendig.

Die folgenden Beispiele für Praktikumsversuche gliedern sich in drei Bereiche.

PHY: Im Bereich Physik werden die Grundlagen der Entstehung, Ausbreitung

und Wechselwirkung des Ultraschalls sowie die Methodik von Ultraschallverfahren

behandelt.

IND: Der Bereich Industrie enthält Versuchsvorschläge für einige ausgewählte

industrielle Anwendungen des Ultraschalls und den Themenbereich

zerstörungsfreie Werkstoffprüfung.

MED: Der Bereich Medizin umfasst Beispiele für Versuche zu medizinischen

Themen.

Die Versuchsbeschreibungen geben einen Überblick zu den Aufgabenstellungen

und Lernzielen der einzelnen Versuche. Es erfolgt eine kurze theoretische Einführung

zu den Grundlagen bzw. den behandelnden Themenkomplexen sowie

die Darstellung eines beispielhaften Versuchsergebnisses. In der Materialliste

sind alle benötigten Geräte, Zubehör und Verbrauchsmaterialien mit Bestellnummer

aufgeführt.

Ferner werden ergänzende und weiterführende Experimente vorgeschlagen.

Alle vorgestellten Versuche sind Beispiele, die beliebig kombiniert und/oder erweitert

werden können. Es lassen sich damit sowohl kurze Grundlagenversuche

als auch komplexe Themenbereiche (durch Kombination) abhandeln. Als einfache

Orientierungshilfe sind die Versuchsbeschreibungen mit Piktogrammen

versehen, die:

einen leichten, mittleren und erhöhten Schwierigkeitsgrad

bzw.

eine kurze, mittlere oder lange Versuchsdauer beschreiben.

Die Versuche werden von uns ständig überarbeitet und erweitert. Für weitere

Informationen stehen wir Ihnen natürlich gern zur Verfügung, oder besuchen

Sie unsere Homepage unter www.gampt.de.

52


Experimente · Inhalt

Experimente

Physik 54-76

PHY01 Grundlagen der Ultraschallechografie (A-Bild) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

PHY02 Schallgeschwindigkeit in Festkörpern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

PHY03 Schallschwächung in Festkörpern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

PHY04 Schallschwächung in Flüssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

PHY05 Spektrale Untersuchungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

PHY06 Frequenzabhängigkeit des Auflösungsvermögens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

PHY07 Transversalwellen in Festkörpern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

PHY08 Ultraschall-B-Bild . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

PHY09 Ultraschall-Computertomografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

PHY10 Schallfeldcharakteristik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

PHY11 Debye-Sears-Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

PHY12 Projektion stehender Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

PHY13 Ultraschall-Doppler-Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

PHY15 Strömungsgesetze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

PHY16 Mechanische Scanverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

PHY17 Akustooptische Modulation an stehenden Ultraschallwellen . . . . . . . . . . . . . . 69

PHY19 Phasen- und Gruppengeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

PHY20 Bestimmung der Fokuszone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

PHY21 Reflexion und Transmission an Grenzflächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

PHY22 Phasensprung und Resonanzeffekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

PHY23 Dispersion von Ultraschallwellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

PHY24 Thermoakustischer Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

Industrie 77-85

IND01 Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung (ZfP/NDT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

IND02 Rissprüfung mit Rayleighwellen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

IND03 Füllstandsmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

IND04 Konzentrationsmessung mit Resonanzzelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

IND05 Doppler-Durchflussmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

IND06 Winkelkopfprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

IND07 Risstiefenbestimmung (TOFD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

IND08 Fehlstellenprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

IND09 Transit-Time-Durchflussmessung (Ultraschall-Laufzeitverfahren) . . . . . . . . . . . 85

Medizin 86-93

MED01 Ultraschall TM-Mode (Echokardiografie) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

MED02 Ultraschalluntersuchungen am Brustmodell (Mammasonografie) . . . . . . . . . . 87

MED03 Grundlagen der Doppler-Sonografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

MED04 Biometrie am Augenmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

MED05 Gefäßdiagnostik mit Ultraschall (Angiologie) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

MED06 Blutdruckmessung mit Ultraschall (Doppler-Verschlussdruckmessung) . . . . . . 91


53

Experimente · Physik

PHY01

Grundlagen der Ultraschallechografie

(A-Bild)

Ein Probekörper mit eingeschlossenen Störungen wird mit Hilfe des Impuls-Echo-Verfahrens untersucht. Es werden Amplitudenscans

von verschiedenen Seiten des Körpers aus durchgeführt. Die in den aufgenommenen A-Bildern abgebildeten

Echosignale werden untersucht und analysiert.

Lernziele

Ausbreitung von Ultraschallwellen, Schalllaufzeit, Schallgeschwindigkeit,

Schallkennimpedanz, Reflexion und

Transmission, Impuls-Echo-Verfahren, Ultraschall-A-Bild

Das Impuls-Echo-Verfahren bildet die Basis zahlreicher

bildgebender Methoden der nichtinvasiven medizinischen

Diagnostik oder der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung.

Bei dem Verfahren werden von einer Ultraschallsonde

elektrische Impulse in mechanische Schwingungen umgewandelt.

Diese werden in den zu untersuchenden Körper

eingekoppelt und durchlaufen ihn als Schallwellen. An

Störungen reflektierte Wellen laufen zurück zur Sonde

und werden in ein elektrisches Signal zurückgewandelt.

Die zeitliche Aufzeichnung der Amplitude dieses Signals

(Amplituden-Scan) wird grafisch als ein so genanntes Ultraschall-A-Bild

abgebildet. Anhand der Reflexionsechos

im A-Bild können Schalllaufzeiten bestimmt, die Schallgeschwindigkeit

im Material berechnet und Störungen im

Körper detektiert werden.

an der Material-Luft-Grenze am gegenüberliegenden Körperende.

Der für die Schallgeschwindigkeit im Testblock

(Acryl) zu bestimmende Wert beträgt etwa 2700 m/s. Über

die ermittelte Schallgeschwindigkeit und die gemessenen

Schalllaufzeiten der Reflexionsechos der Störungen kann

deren Tiefe im Probekörper ermittelt werden.

Material

54




- optional: Testblock (schwarz) 10204


Ergebnisse

Die Bildschirmkopie der Messsoftware zeigt ein typisches

Ultraschall-A-Bild des Testblocks. Zu erkennen sind: das

Initialecho, das Echo einer Störung und das Bodenecho

Ergänzende Experimente







(Mammasonografie)




PHY02

Schallgeschwindigkeit in Festkörpern

Im Versuch soll die longitudinale Schallgeschwindigkeit in Acryl bei zwei verschiedenen Schallfrequenzen untersucht und

bestimmt werden. Dazu werden an drei Acrylzylindern unterschiedlicher Länge Laufzeitmessungen nach dem Impuls-

Echo-Verfahren (Ultraschall-A-Bild) durchgeführt.

Lernziele

Ausbreitung von Ultraschallwellen, Schallkennimpedanz,

Reflexion, Schalllaufzeit, Schallgeschwindigkeit, Impuls-

Echo-Verfahren, Ultraschall-A-Bild

Ultraschallwellen breiten sich in einem Medium mit einer

vom Material abhängigen Geschwindigkeit aus, die

frequenzabhängig sein kann. In Gasen und Flüssigkeiten

erfolgt die Schallausbreitung nur in Form von Longitudinalwellen.

Dagegen können in Festkörpern auf Grund ihrer

elastischen Eigenschaften auch Transversalwellen auftreten.

Transversal- und Longitudinalwellen breiten sich im

Allgemeinen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit aus.

Die Schallgeschwindigkeit der in einem Festkörper bei senkrechter

Schalleinkopplung erzeugten Longitudinalwellen

kann einfach durch Laufzeitmessungen nach dem Impuls-

Echo-Verfahren bestimmt werden. Durch die Verwendung

von Probekörpern unterschiedlicher Länge und Schallsonden

unterschiedlicher Frequenz sollen im Versuch Aussagen

zur Frequenzabhängigkeit der Schallausbreitung und

zu Fehlerquellen, die durch den Aufbau der verwendeten

Ultraschallsonden bedingt sind, getroffen werden.

Ergebnisse

Die aus den gemessenen Laufzeiten berechneten Schallgeschwindigkeiten

weisen einen systematischen Fehler auf,

dessen Einfluss mit zunehmender Messstrecke kleiner wird

und durch die mitgemessene Laufzeit in der Anpassungsschicht

der Sonden bedingt ist. Im vorliegenden Fall besitzt

die 2-MHz-Sonde eine dickere Anpassungsschicht, so dass

die mit ihr bestimmten Schallgeschwindigkeiten einen größeren

Fehler aufweisen. Durch eine Differenzberechnung

aus zwei Messungen mit unterschiedlichen Probenlängen

kann dieser Fehler eliminiert werden (grüne Linie in der

Grafik, c L = 2750 m/s, gleiche Werte für beide Frequenzen,

keine Dispersion).

Material












55


PHY03

Schallschwächung in Festkörpern

Durch Amplitudenmessungen im Durchschallungsverfahren an Körpern unterschiedlicher Länge wird die Dämpfung einer

Ultraschallwelle auf ihrem Weg durch ein Medium bestimmt. Eine Bestimmung des Schallschwächungskoeffizienten

bei verschiedenen Ultraschallfrequenzen gibt Aufschluss über die Frequenzabhängigkeit der Schalldämpfung.

Lernziele

Schalldämpfung in Festkörpern, Streuung, Absorption,

Reflexion, Schwächungskoeffizient, Frequenzabhängigkeit

der Schalldämpfung, Transmissionsmessung

Schallwellen verlieren auf ihrem Weg durch ein Medium

durch verschiedene Prozesse wie Absorption, Streuung

oder Reflexion Energie. Dieser Energieverlust bewirkt

eine Änderung der Schallintensität, die mit zunehmender

Wegstrecke abnimmt. Die Stärke dieser Schwächung bzw.

Dämpfung ist vom Material abhängig. Sie kann durch die

Messung der Amplituden von Transmissionsimpulsen

oder Reflexionsimpulsen in einem Amplituden-Scan für

verschiedene Weglängen bestimmt werden und lässt sich

durch den materialspezifischen Schwächungskoeffizienten

beschreiben. Im Versuch werden diese Messungen an Acrylzylindern

unterschiedlicher Länge durchgeführt. Um Aussagen

über die Frequenzabhängigkeit der Schalldämpfung

in Acryl treffen zu können, werden diese Messungen für

verschiedene Schallfrequenzen ausgeführt.

Ergebnisse

In der Grafik sind die Messwerte einer Beispielmessung in

Durchschallung an drei Acryl-Testzylindern unterschiedlicher

Länge dargestellt. Im untersuchten Frequenzbereich

von 1 MHz bis 4 MHz lagen die bestimmten Schwächungskoeffizienten

zwischen 2,7 dB/cm und 5,7 dB/cm. Es ist zu erkennen,

dass die Schallschwächung in Acryl mit steigender

Frequenz stark zunimmt. Zur Erweiterung der Datenbasis

um weitere Lauflängen können die Zylinder zusätzlich im

Reflexionsverfahren untersucht werden.

Material

56












(Mammasonografie)



PHY04

Schallschwächung in Flüssigkeiten

Im Versuch wird die Schwächung von Schallwellen in verschiedenen Flüssigkeiten in Abhängigkeit vom Schallweg untersucht.

Für jede der Flüssigkeiten wird der Schallschwächungskoeffizient durch lineare Regression ermittelt.

Lernziele

Schallausbreitung in Flüssigkeiten, Longitudinalwellen,

Reflexion, Absorption, Streuung, Schallschwächung in

Flüssigkeiten, Schwächungskoeffizient

In Gasen und Flüssigkeiten erfolgt die Schallausbreitung in

Form von Longitudinalwellen. Dabei können die Schallwellen

auf ihrem Weg durch die Flüssigkeit durch Absorption,

Reflexion oder Streuung Energie verlieren. Außerdem

kann auch die Schallfeldgeometrie einen Einfluss auf die

Schallschwächung haben. Im Versuch werden die Amplituden

der Reflexionsechos von einem einfach bewegbaren

Schallreflektor aus Aluminium gemessen. Durch dessen

Verschiebung in der zu untersuchenden Flüssigkeit können

schnell die Amplitudenwerte für eine große Anzahl von

unterschiedlichen Schallwegen im Impuls-Echo-Verfahren

ermittelt werden. Dabei kann die Schwächung bzw.

Dämpfung der Signalamplitude A durch das allgemeine

Schwächungsgesetz A = A 0 e -αx beschrieben werden. Für

zwei verschiedene Schallwege x 1 und x 2 ergibt sich folgende

linearisierte Form: 2 · Ln(A 2 /A 1 ) = α · (x 1 - x 2 ). Somit kann

der Schwächungskoeffizient α der jeweiligen Flüssigkeit

durch eine lineare Regression über die Messpunkte im

Dämpfungs-Schallweg-Diagramm bestimmt werden.

Material





Ergebnisse

Im Versuch wurde beispielhaft die Schallschwächung in

Wasser, einem handelsüblichen Sonnenblumenöl und

Glyzerin (86,5 %) untersucht. Das Diagramm zeigt die Messwerte

mit den Regressionsgeraden zur Bestimmung der

Schallschwächungskoeffizienten α. Bei der verwendeten

Frequenz von 2 MHz zeigt die Messung mit Wasser keine

messbare Dämpfung, so dass der Einfluss der Schallfeldgeometrie

für die Messungen im Versuch als vernachlässigbar

angesehen werden kann.







57


PHY05

Spektrale Untersuchungen

Der Versuch zeigt am einfachen Modell der Mehrfachreflexion an einer Platte den Unterschied zwischen dem Spektrum

eines Impulses und den Spektren periodischer Signale. Aus dem periodischen Spektrum wird das Cepstrum abgeleitet und

in beiden die Periodendauer zur Berechnung der Plattendicke bestimmt.

Lernziele

Reflexion, Transmission, Mehrfachreflexion an einer oder

mehreren Platten, Einzelimpuls, periodische Signale, Fouriertransformation,

Frequenzspektrum, Cepstrum

Ein zeitveränderliches Signal wie das Signal eines Amplitudenscans

(A-Scan) lässt sich mittels einer Fouriertransformation

(FFT - Fast Fourier Transformation) in seine

Frequenzkomponenten zerlegen. Mit diesem Spektrum

können kleine periodische Strukturen sichtbar gemacht

und Eigenschaften wie Schichtdicken und Streuabstände

abgeleitet werden. Während die Fouriertransformation

eines Impulses nur dessen Grundmaximum liefert, zeigt

das Frequenzspektrum einer periodischen Anregung (z. B.

über die Echosignale einer Mehrfachreflexion) Maxima mit

äquidistanten Abständen, aus denen sich die Periodendauer

der Anregung (Laufzeit zwischen den Reflexen) ergibt.

Durch eine Glättung des Frequenzspektrums mit Hilfe des

Cepstrum-Verfahrens lässt sich der äquidistante Frequenzabstand

als Maximum auf der Zeitachse des Cepstrums

isolieren.

Material



Reflexionsplattenset 10202


Ergebnisse

Die Bildschirmkopie der Messsoftware zeigt das A-Bild sich

überlagernder Mehrfachreflexionen an zwei ca. 7,5 mm

bzw. 10 mm dicken Acrylplatten. Während die ersten Echos

an den Grenzflächen Vorlaufstrecke/Platte 1, Platte 1/Platte

2 und Platte 2/Luft noch deutlich erkennbar sind, ist im

weiteren Verlauf des Amplitudensignals keine eindeutige

Trennung einzelner Echos mehr möglich. Dieser Zustand

spiegelt sich im FFT-Spektrum über das Signal wieder. Im

Cepstrum können dagegen zwei Laufzeiten (erste Maxima)

mit 5,75 μs und 7,2 μs bestimmt werden. Bei einer Schallgeschwindigkeit

von etwa 2700 m/s ergeben sich Plattendicken

von 7,8 mm und 9,8 mm.





58



PHY06

Frequenzabhängigkeit des

Auflösungsvermögens

Anhand von zwei kleinen und dicht nebeneinander liegenden Störstellen wird das axiale Auflösungsvermögen von zwei

Ultraschallsonden unterschiedlicher Frequenz untersucht. Durch die Auswertung der aufgenommenen A-Bilder werden

die Zusammenhänge zwischen Wellenlänge, Frequenz, Impulslänge und Auflösungsvermögen deutlich.

Lernziele

Impuls-Echo-Verfahren, A-Bild, Schallfrequenz, Periodendauer,

Wellenlänge, Schallgeschwindigkeit, Pulslänge,

axiale und laterale Auflösung

Untersuchungsmethoden mit Ultraschallsystemen beruhen

auf der exakten Zuordnung der Information eines Punktes

im Untersuchungsgebiet zu einem aufgezeichneten Ultraschallecho.

Folglich ist das Auflösungsvermögen der Ultraschallsonden

von enormer Wichtigkeit. Das Auflösungsvermögen

kann als der kleinstmögliche Abstand zweier Punkte

beschrieben werden, deren Echos die Sonden noch getrennt

detektieren können. Im Versuch sollen zwei benachbarte

Störstellen in einem Testkörper mit einer 1-MHz-Sonde und

mit einer 4-MHz-Sonde untersucht werden. Die Störungen

sind hinsichtlich Größe, Lage und Abstand so gewählt, dass

eine Differenzierung nur mit einer der beiden Untersuchungssonden

möglich ist. Auf diese Weise lässt sich der

Einfluss der Frequenz auf das axiale Auflösungsvermögen

einer Ultraschallsonde anschaulich zeigen.

Material







Ergebnisse

Im Versuch wird zunächst mit jeder der beiden Ultraschallsonden

ein wenig gedämpftes Echo gesucht und Frequenz,

Wellenlänge und Pulslänge bestimmt. Danach wird die

Doppelstörung des Testkörpers untersucht. Die Bildschirmkopien

der Messsoftware zeigen aufgezeichnete A-Bilder

der Doppelstörung (oben 1 MHz, unten 4 MHz). Neben dem

höheren Auflösungsvermögen der 4-MHz-Sonde wird aber

auch die stärkere Dämpfung des 4-MHz-Signals deutlich.

So ist im Vergleich zur 1-MHz-Sonde das Bodenecho mit der

4-MHz-Sonde fast nicht mehr sichtbar.





(Mammasonografie)


59


PHY07

Transversalwellen in Festkörpern

Anhand der Ultraschalltransmission durch eine planparallele Platte bei verschiedenen Einfallswinkeln wird die Entstehung

und Ausbreitung longitudinaler und transversaler Schallwellen in Festkörpern untersucht. Aus den bestimmten

longitudinalen und transversalen Schallgeschwindigkeiten werden die elastischen Materialgrößen wie Elastizitäts- und

Schermodul und Poissonzahl für die verwendeten Plattenmaterialien abgeleitet.

Lernziele

Ultraschallausbreitung in Festkörpern, Transmission,

Reflexion, longitudinale und transversale Wellen und

Schallgeschwindigkeiten, Elastizitätsmodul, Schermodul,

Poissonzahl

Gegenüber Gasen und Flüssigkeiten können in Festkörpern

auf Grund ihrer elastischen Materialeigenschaften neben

longitudinalen auch transversale Wellen angeregt werden.

Beim Durchgang durch eine planparallele Platte werden

in Abhängigkeit vom Schalleinfallswinkel longitudinale

und/oder transversale Wellen angeregt. Dabei korrespondieren

die Winkel der Totalreflexion für die Longitudinalund

die Transversalwelle sowie der Winkel, bei dem die

Transversalwelle ihr Maximum zeigt, mit der jeweiligen

Schallgeschwindigkeit. Durch das Erfassen der Amplituden

der longitudinalen und transversalen Transmissionssignale

über einen entsprechenden Bereich des Einfallswinkels

können diese Winkel ermittelt und die zugehörigen Schallgeschwindigkeiten

bestimmt werden. Aus den Schallgeschwindigkeiten

lassen sich die elastischen Materialgrößen

der verwendeten Plattenmaterialien wie Elastizitäts- und

Schermodul sowie die Poissonzahl berechnen.

Ergebnisse

Die Grafik zeigt die Amplituden-Winkel-Kurven zur Bestimmung

der Winkel für Totalreflexion (longitudinal und

transversal) und der Maximalamplitude (transversal). Unabhängig

vom Material aber für verschiedene Winkel kann

die Amplituden-Winkel-Abhängigkeit der Transmission

immer durch drei Bereiche beschrieben werden: nur longitudinales

Signal (1), ein Mischmode aus longitudinalem

und transversalem Signal und nur transversales Signal (2).

Material

60










(Mammasonografie)



PHY08

Ultraschall-B-Bild

Durch die Aufnahme des Ultraschallschnittbildes eines einfachen Testobjektes „von Hand“ mit Hilfe eines Ultraschallechoskops

werden die Grundlagen des B-Bild-Verfahrens anschaulich vermittelt. Es werden Besonderheiten hinsichtlich

der Bildqualität wie Schallfokus, Ortsauflösung oder Abbildungsfehler untersucht und analysiert.

Lernziele

Schallgeschwindigkeit, Reflexion, Transmission, Reflexionskoeffizient,

Ultraschallechografie, A-Bild, Grauwertdarstellung,

B-Bild, laterale Auflösung, Fokuszone, Bildartefakte

Die Umwandlung der Amplitudenwerte eines A-Bild-Scans

in Grau- oder Farbwerte und die Darstellung der Laufzeit

als Eindringtiefe liefert eine Linie aus Punkten mit unterschiedlichen

Helligkeits- bzw. Farbwerten. Das Aneinanderreihen

solcher nebeneinanderliegender Tiefenscans

einer Ultraschallsonde, die längs einer Linie über das Untersuchungsgebiet

geführt wird, ergibt ein Schnittbild, das

so genannte B-Bild. Die Ortszuordnung längs dieser Linie

erfolgt aus der Position der Sonde und ihrer Bewegungsgeschwindigkeit.

Eine einfache Form der B-Bild-Gewinnung

ist die langsame Führung der Ultraschallsonde von Hand

(Compound-Scan). Dabei ist die Bildqualität von der koordinatengetreuen

Bildpunktübertragung, der axialen und lateralen

Auflösung der Ultraschallsonde, der Grauwert- bzw.

Farbwertauflösung, der Zeilenzahl und Abbildungsfehlern

abhängig. Um z. B. eine exakte laterale Auflösung zu erzielen,

ist ein zusätzliches Koordinatenerfassungssystem wie

etwa ein Linearscanner erforderlich.

Material







Ergebnisse

Die Bildschirmkopie der Messsoftware zeigt das B-Bild

der Untersuchung eines Probekörpers mit definiert eingebauten

Defekten. Die manuelle Abtastung des Körpers

macht die Funktionsweise des B-Bild-Verfahrens anschaulich

„begreifbar“. Durch eine mechanische Abtastung

(PHY16) können die „von Hand“ verursachten Probleme der

Bewegungsartefakte hinsichtlich der lateralen Auflösung

vermindert werden.







61


PHY09

Ultraschall-Computertomografie

Im Versuch wird anschaulich die Entstehung eines Ultraschall-CT-Bildes gezeigt. Es werden Relevanz und Unterschiede

einzelner Messparameter wie Dämpfung und Schallgeschwindigkeit analysiert und es wird der Einfluss von Filtern und der

Bildbearbeitung untersucht.

Lernziele

Reflexion, Streuung, Transmission, Absorption, Schallschwächung,

Schallgeschwindigkeit, Auflösung, Ultraschallechografie

(A-Bild, B-Bild), Tomografie, CT-Bild,

Bildbearbeitung, Filter

Röntgen-CT, MRT und PET sind computergestützte, bildgebende

Verfahren, die in der medizinischen Diagnostik, der

Industrie und der Forschung Anwendung finden. Prozesse

wie Strahlungsabsorption, Kernspinresonanz oder Teilchenemission

werden genutzt, um mittels entsprechend

messbarer physikalischer Größen Schnittbilder zu erzeugen.

Die Ultraschall-Computertomografie ist ein weiteres

CT-Verfahren. Sie unterscheidet sich von der Röntgen-CT

dadurch, dass anstelle der Dämpfung von Röntgenstrahlen

die Schwächung und die Laufzeiten von Ultraschallsignalen

im Untersuchungsobjekt gemessen werden. Bei unserem

Ultraschall-CT werden Linienscans unter verschiedenen

Winkeln aufgenommen und zu einem Schnittbild zusammengesetzt.

Dabei wird die zwischen Sende- und Empfangssonde

angeordnete Probe computergesteuert bewegt und

gedreht. Das Überlagern der Projektionen von Einzelscans

kann am PC Schritt für Schritt verfolgt werden.

Ergebnisse

Im Versuch werden CT-Bilder für verschiedene Einstellungen

der Sendeleistung und Verstärkung aufgenommen

und vergleichend analysiert. Die Dämpfungs- und Laufzeittomogramme

werden links in der Mess- und Steuersoftware

dargestellt, oben ungefiltert und unten mathematisch

gefiltert (konturenverstärkt). Durch Änderung von Helligkeit,

Kontrast und Farbe ist eine einfache Bildbearbeitung

durchführbar.

Material

62


CT-Scanner 60200



CT-Probe 60121

CT-Messwanne 60120









PHY10

Schallfeldcharakteristik

Im Versuch werden das Schallfeld einer Ultraschallsonde in Wasser durch Bestimmung der Schalldruckverteilung in axialer

und lateraler Richtung mit Hilfe eines Hydrofons untersucht und charakterisierende Schallfeldgrößen diskutiert.

Lernziele

Schallfeld, Nahfeld, Fernfeld, Fokuszone, Schalldruck,

Schalldruckverteilung, Schallgeschwindigkeit, Schallintensität

Der Bereich in einem Medium, in dem sich Schallwellen ausbreiten,

wird als Schallfeld bezeichnet. Es besitzt abhängig

vom Material und der Schallerzeugung bzw. –einkopplung

eine bestimmte Geometrie, begrenzt maßgeblich das laterale

Auflösungsvermögen einer Ultraschallsonde und kann

Einfluss auf die Schalldämpfung haben. Das Schallfeld kann

durch Schallfeldgrößen wie Schalldruck und Schallschnelle

oder Schallenergiegrößen wie Schallenergie und Schallintensität

beschrieben werden. Mit Hilfe eines Hydrofons

kann das Schallfeld in einer Flüssigkeit durch Bestimmen

der Schalldruckamplitude längs und quer zur Schallfeldachse

untersucht werden. Aus der Amplitudenverteilung

sind charakteristische Merkmale wie Nahfeldlänge und

Schallfeldbreite ableitbar.

Material


CT-Scanner 60200


CT-Messwanne 60120


Hydrofon 10450



Ergebnisse

Für eine 2-MHz-Sonde (16 mm Durchmesser) ergibt sich in

Wasser (c = 1497 m/s, T =25 °C) eine theoretische Nahfeldlänge

von 85 mm. Die Hydrofonmessung entlang der Schallfeldachse

(oberes Diagramm) zeigt ein etwas nach hinten

verschobenes Maximum bei ca. 100 mm. Die Messungen

der lateralen Schallfeldverteilung in verschiedenen Sondenabständen

(unteres Diagramm) zeigen im Bereich des

Nahfeldes eine lokale Modulationen der Signalamplitude.






63


PHY11

Debye-Sears-Effekt

Der Versuch zeigt die Beugung von Licht an einer stehenden Ultraschallwelle (Debye-Sears-Effekt) in einer Flüssigkeit.

Über die Abhängigkeit der Beugungsmaxima von der Wellenlänge des gebeugten Laserlichts und der Frequenz der Ultraschallwelle

wird die Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit (Wasser) bestimmt.

Lernziele

Debye-Sears-Effekt, Beugung von Licht, Beugungsgitter,

Beugungsmaxima, Wellenlänge, Schallgeschwindigkeit,

stehende und laufende Welle

1932 zeigten Debye und Sears, dass Licht beim Durchgang

durch eine Flüssigkeit, die zu hochfrequenten Schwingungen

angeregt wird, eine Beugung erfährt. Mit Hilfe

dieses Effektes kann Ultraschall quasi „sichtbar“ gemacht

werden. Die von einer stehenden oder laufenden Ultraschallwelle

in der Flüssigkeit erzeugten Dichtemaxima und

Dichteminima wirken hierbei wie ein optisches Beugungsgitter.

Die Gitterkonstante eines solchen von einer Ultraschallwelle

erzeugten Gitters entspricht der Wellenlänge

dieser Ultraschallwelle. Sie kann mit Hilfe der Beugungsbilder

des Lichtes eines Laserstrahls bekannter Wellenlänge

bestimmt werden. Da die Wellenlänge durch Frequenz

und Schallgeschwindigkeit definiert wird, kann der Debye-

Sears-Effekt in diesem Versuchsaufbau verwendet werden,

um die Schallgeschwindigkeit in der durchschallten Flüssigkeit

(z. B. Wasser) mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.

Material




- optional: Lasermodul (blau) 20212


Deckel für AOM-Probenwanne 20223

Ergebnisse

Die Grafik zeigt typische Beugungsbilder für grünes und

rotes Laserlicht an einer stehenden Ultraschallwelle in Wasser

bei Schallfrequenzen von 3 MHz bis 10 MHz (Schrittweite:

1 MHz). Mit steigender Ultraschallfrequenz vergrößern

sich die Abstände der einzelnen Beugungsmaxima, wobei

das längerwellige rote Laserlicht stärker gebeugt wird. Die

Anzahl der Beugungsordnungen ist im Wesentlichen durch

die Übertragungseigenschaften der Schallsonde und die

frequenzabhängige Dämpfung bestimmt.




Ultraschallwellen


64



PHY12

Projektion stehender Wellen

Im Versuch wird eine stehende Ultraschallwelle in einer Flüssigkeit mit Hilfe von divergentem Laserlicht abgebildet. Es

wird die Abhängigkeit der Helligkeitsmodulation der erzeugten Projektionsbilder von der Wellenlänge des Lichts und der

Frequenz der Ultraschallwelle untersucht und die Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit (Wasser) bestimmt.

Lernziele

Schallwellenlänge, Schallgeschwindigkeit, stehende und

laufende Welle, divergentes monochromatisches Licht,

Brechungsindizes, Brennweite einer optischen Linse

2,8 MHz, 3,5 MHz und 4,5 MHz) zeigen die mit zunehmender

Schallfrequenz zu erwartende Verringerung des Abstands

der Helligkeitsmaxima. Der Unterschied zwischen grünem

und rotem Laser ist dabei in der Wellenlängenabhängigkeit

Eine stehende Ultraschallwelle in einer Flüssigkeit kann

mit Hilfe von divergentem monochromatischen Licht

abgebildet werden. Durch die stehende Welle werden in

der Flüssigkeit Schalldruckunterschiede erzeugt, die sich

entlang der Schallachse periodisch wiederholen. Die dadurch

bewirkten örtlichen Dichteunterschiede haben längs

der Schallachse örtlich differierende und sich periodisch

wiederholende Brechungsindizes zur Folge. Die Projektion

der stehenden Welle zeigt daher bei der Verwendung von

monochromatischem Licht eine Hell-Dunkel-Modulation

mit sich periodisch wiederholenden Helligkeitsmaxima, die

den Dichteunterschieden entsprechen. Der Abstand dieser

Helligkeitsmaxima kann zur Bestimmung der Schallwellenlänge

und somit der Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit

verwendet werden.

Material




- optional: Lasermodul (blau) 20212

Projektionslinse 20230

Absorbermatte 20227

der Brechungsindizes begründet.




Ultraschallwellen

Ergebnisse

Die mit grünem und rotem Laserlicht gewonnenen Projektionsbilder

stehender Ultraschallwellen in Wasser (hier bei


65


PHY13


Der Versuch führt in die Grundlagen der Durchflussmessung auf Basis des akustischen bzw. Ultraschall-Doppler-Effekts

ein und untersucht dessen Abhängigkeit von Strömungsgeschwindigkeit und Doppler-Winkel.

Lernziele

Frequenzverschiebung, Streuung, Doppler-Effekt, Dopplersonografie,

Durchflussmessung

Als Doppler-Effekt wird die Änderung der wahrgenommenen

Frequenz von Wellen bezeichnet, während sich

Sender und Empfänger relativ zueinander bewegen. Dieser

Effekt wird genutzt, um bewegte Strukturen abzubilden.

So kann z. B. mit Ultraschall die Strömungsgeschwindigkeit

bzw. die Durchflussmenge eines Flüssigkeitsstroms

bestimmt werden. Hierbei wird die Frequenzverschiebung

einer Ultraschallwelle, die unter einem bestimmten Doppler-Winkel

in den Flüssigkeitsstrom eingekoppelt wird,

bei Streuung der Welle an kleinen Partikeln, wie etwa

Verunreinigungen, gemessen. Im Versuch wird durch eine

Variation der Pumpenleistung, der Sendefrequenz und des

Einfallswinkels die Abhängigkeit der Dopplerfrequenzverschiebung

Δf von der Strömungsgeschwindigkeit v (Bewegungsgeschwindigkeit

der Streupartikel) und dem Doppler-

Winkel α für verschiedene Grundfrequenzen f 0 untersucht.

Für ein Impuls-Echo-System mit einem Ultraschallwandler

gilt vereinfacht folgender Zusammenhang: Δf ~ f 0 v cos(α).

Material





Strömungsset 50201




Ergebnisse

Die Grafiken zeigen die Frequenzverschiebung und das Verhältnis

Δf/cos(α) in Abhängigkeit von der Pumpenleistung

für verschiedene Dopplerwinkel bei der Sendefrequenz

2 MHz. Die bestimmte Dopplerfrequenzverschiebung nimmt

mit steigender Drehzahl und kleiner werdendem Doppler-

Winkel zu. Der Quotient Δf/cos(α) (die Strömungsgeschwindigkeit

v) ist für gleiche Pumpenleistungen konstant, d. h.

es tritt keine winkelabhängige Fehlmessung auf.







66



PHY15

Strömungsgesetze

Durch Strömungsmessungen nach dem Ultraschall-Doppler-Verfahren werden grundlegende Gesetzmäßigkeiten der

Strömung von Flüssigkeiten in Rohren und deren Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit und der Rohrgeometrie

demonstriert.

Material



Strömungsset 50201

Steigrohre 50150




Ergebnisse

Aus den gemessenen Strömungsgeschwindigkeiten und den

jeweiligen Querschnittsflächen kann der entsprechende

Fluss berechnet werden. Dieser ist bei diesem Versuchsaufbau

für alle Rohrdurchmesser bei gleichen Einstellungen

der Zentrifugalpumpe nahezu gleich und erfüllt somit die

Kontinuitätsgleichung.

Als ein weiteres Ergebnis ist im Diagramm unten der für verschiedene

Rohrdurchmesser und für verschiedene Flüsse

bestimmte Strömungswiderstand R abgebildet. Dieser zeigt

die nach dem Gesetz von Hagen-Poiseuille zu erwartende

starke Abhängigkeit vom Rohrradius r: R ~ 1/r 4 .

Lernziele

Laminare und turbulente Strömung, Kontinuitätsgleichung,

Bernoullische Gleichung, Gesetz von Hagen-Poiseuille,

Strömungsgeschwindigkeit, Strömungswiderstand,

Druckskalen, statischer und dynamischer Druck, Viskosität

Mit dem Versuchsaufbau kann die Dopplerfrequenzverschiebung

für verschiedene Pumpgeschwindigkeiten an

Messstrecken mit unterschiedlichen Rohrdurchmessern

gemessen werden. Gleichzeitig können mit Hilfe von

Steigrohren die entsprechenden Druckabfälle bestimmt

werden. Auf diese Weise ist ein anschaulicher Nachweis

der Gesetzmäßigkeiten möglich, die für eine Flüssigkeit

mit laminarer Strömung gelten. Aus den nach dem Doppler-Verfahren

bestimmten Strömungsgeschwindigkeiten,

den Rohrgeometrien und den gemessenen Druckabfällen

können durch formelmäßige Anwendung der Kontinuitätsgleichung,

der Bernoullischen Gleichung und dem Gesetz

von Hagen-Poiseuille Flussraten, Strömungswiderstände

und die dynamische Viskosität der Doppler-Flüssigkeit ermittelt

werden. Durch die Berechnung der Reynoldszahlen

für die verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten und

Rohrdurchmesser kann überprüft werden, ob während

der Messungen stationär laminare Strömungszustände

herrschten.









67


PHY16

Mechanische Scanverfahren

Mit Hilfe eines computergesteuerten Scanners werden Ultraschall-B-Bilder eines einfachen Probekörpers mit 2 Ultraschallsonden

unterschiedlicher Frequenz aufgenommen. Die Bildqualität der B-Bilder wird hinsichtlich Fokuszone, Auflösungsvermögen

und möglicher Artefakte analysiert.

Lernziele

Ultraschall-Echografie, A-Bild, B-Bild, Auflösungsvermögen,

Bildartefakte

Zur Gewinnung eines B-Bildes mit einem Ultraschallwandler

ist dessen Verschiebung bzw. die des Schallstrahls entlang

der gewünschten Schnittlinie erforderlich. Gegenüber

einer handgeführten Vorgehensweise der Abtastung bieten

mechanische und elektronische Abtastverfahren eine bessere

Bildqualität durch ein gutes Auflösungsvermögen und

eine frei wählbare Liniendichte. Auf Grund der niedrigen

Bildfolgefrequenz werden für real-time-Bilder und bewegte

Strukturen allerdings elektronische Multielementscanner

eingesetzt. Durch die Verwendung von Ultraschallsonden

unterschiedlicher Frequenz in Kombination mit der mechanisch

geführten gleichförmigen Abtastung kann im Versuch

neben dem axialen auch das laterale frequenzabhängige

Auflösungsvermögen untersucht und bewertet werden.

Material


CT-Scanner 60200






CT-Messwanne 60120


Ergebnisse

Die Abbildung zeigt das B-Bild eines Acrylblocks mit Bohrungen

unterschiedlicher Größe und Anordnung, aufgenommen

mit einer 2-MHz-Sonde. Durch die Untersuchung

im Wasserbad, die Bohrungen sind mit Wasser gefüllt, sind

sowohl Echos von der Oberkante als auch der Unterkante

der Bohrungen zu erkennen. Im Bodenecho sind die Schallschatten

der darüber liegenden Löcher sichtbar.







68



PHY17

Akustooptische Modulation

an stehenden Ultraschallwellen

Es wird der akustooptische Effekt der Amplituden- und Phasenmodulation von Licht untersucht, das an einer stehenden

Ultraschallwelle gebeugt wird. Der Effekt wird verwendet, um die Schallgeschwindigkeit in Wasser zu bestimmen.

Lernziele

akustooptischer Effekt, stehende Ultraschallwelle, Schallwellenlänge,

Beugung, optisches Gitter, Gitterkonstante,

Amplitudenmodulation, Phasenverschiebung

Entsprechend dem Debye-Sears-Effekt (PHY11) wird Licht

an einer stehenden oder laufenden Ultraschallwelle in einer

Flüssigkeit oder einem Festkörper gebeugt. Die bei der

Beugung an einer stehenden Ultraschallwelle erzeugten

Beugungsmaxima sind amplitudenmoduliert, wobei zwischen

dem Maximum 0-ter und einem n-ter Ordnung eine

Phasenverschiebung von 180° auftritt. Dieser Effekt wird in

akustooptischen Modulatoren (AOM) genutzt. Mit Hilfe von

Photodioden und einem Oszilloskop lassen sich Amplitudenmodulation

und Phasenverschiebung nachweisen.

Eine Veränderung der Schallfrequenz beeinflusst die Modulationsamplitude.

Dabei ist die Modulationsamplitude

immer dann am größten, wenn der Abstand h zwischen Ultraschallwandler

und Schallreflektor einem Vielfachen m

der halben Schallwellenlänge entspricht. Dies ermöglicht

eine Bestimmung der Schallgeschwindigkeit c im Medium

nach c = 2 h Δf / Δm (Δf: Frequenzdifferenz zwischen maximalen

Modulationsamplituden).

Material



Strahlteiler 20301

2 justierbare Spiegel 20302

2 Photodiodenempfänger 20303

Oszilloskop -

Ergebnisse

Zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Wasser wird

die 0-te Beugungsordnung auf eine Photodiode justiert und

eine erste maximale Amplitude gesucht. Danach werden die

Schallfrequenz schrittweise erhöht und die Frequenzen der

folgenden maximalen Amplituden bestimmt. Für die im Diagramm

aufgetragenen Messpunkte ergibt sich eine Schallgeschwindigkeit

in Wasser von (1498 ± 7) m/s (T = 25 °C).

Zur Bestimmung der Phasenverschiebung wird der Laserstrahl

mit einem Strahlteiler geteilt. Der zweite Teilstrahl

wird so auf eine zweite Photodiode justiert, dass mit ihr ein

weiteres Beugungsmaximum erfasst wird. Am Oszilloskop

kann dann die Phasenverschiebung zwischen den beiden

unterschiedlichen Beugungsordnungen bestimmt werden.





69


70



PHY19

Phasen- und Gruppengeschwindigkeit

Im Versuch werden die Phasen- und die Gruppengeschwindigkeit einer Ultraschallwelle in Wasser untersucht. Die Phasengeschwindigkeit

wird für mehrere Frequenzen in Abhängigkeit von der Wellenlänge gemessen. Die Bestimmung der

Gruppengeschwindigkeit erfolgt durch die Messung der Laufzeit eines kurzen Ultraschallimpulses.

Lernziele

Wellenlänge, Frequenz, Phasengeschwindigkeit, Schalllaufzeit,

Schallimpuls, Gruppengeschwindigkeit, Frequenzabhängigkeit,

Dispersion

Der Begriff Dispersion beschreibt die Abhängigkeit einer

Welleneigenschaft von der Wellenlänge bzw. Frequenz.

Die im Versuch untersuchte Eigenschaft bzw. Größe ist die

Phasengeschwindigkeit einer Ultraschallwelle in Wasser.

Dazu wird ein Hydrofon entlang der Schallachse einer Ultraschallsonde

bewegt. Das Hydrofon-Signal wird auf ein

Oszilloskop gelegt. Über die Messung der Änderung des

Sonden-Hydrofon-Abstandes und die zugehörige Anzahl

von Phasendurchgängen bei einer festen Frequenz f kann

die Wellenlänge λ und damit die Phasengeschwindigkeit

c P = λ · f ermittelt werden. Diese Messung wird für mehrere

Abstände und verschiedene Frequenzen durchgeführt.

Zur Bestimmung der Gruppengeschwindigkeit wird der

Ultraschallgenerator im Impulsmodus betrieben, so dass

von der Multifrequenzsonde kurze Ultraschallimpulse

erzeugt werden. Durch die Messung der Laufzeit t eines

Ultraschallimpulses für einen bestimmten Abstand s zwischen

Ultraschallsonde und Hydrofon kann die Gruppengeschwindigkeit

c G = s / t ermittelt werden.

Material


Hydrofonset 10451



Oszilloskop -

Ergebnisse

Für das im Diagramm dargestellte Messergebnis wurde die

Phasengeschwindigkeit bei 6 verschiedenen Frequenzen für

jeweils 5 verschiedene Abstände zwischen Multifrequenzsonde

und Hydrofon bestimmt. Für Wasser wird im untersuchten

Frequenzbereich (5-10 MHz) keine Abhängigkeit

der Phasengeschwindigkeit von der Wellenlänge gefunden.

Als Gruppengeschwindigkeit konnte ein Wert von 1485 m/s

ermittelt werden (Laufzeit des Schallimpulses: 67,3 μs,

Abstand Sonde-Hydrofon: 10 cm).






71


PHY20

Bestimmung der Fokuszone

Im Versuch werden zwei Ultraschallsonden unterschiedlicher Frequenz durch eine Abtastung ihrer Schallfelder mit einem

Hydrofon in Bezug auf ihre Nahfeldlänge, die Fokuszone und das axiale Auflösungsvermögen charakterisiert.

Lernziele

Schallgeschwindigkeit, Wellenlänge, Huygenssches Prinzip,

Interferenz, Nahfeld, Fernfeld, Nahfeldlänge, Fokuszone,

axiales Auflösungsvermögen, Hydrofon

Ultraschallsonden zeigen in Abhängigkeit von ihrer Frequenz

ein unterschiedliches axiales und laterales Auflösungsvermögen.

Während das axiale Auflösungsvermögen

durch die Frequenz der Ultraschallsonden limitiert wird,

sind die laterale Auflösung sowie der Ort der Fokuszone

durch die Geometrie der Schallfelder vorgegeben. Infolge

von Interferenzen gemäß dem Huygensschen Prinzip

entsteht an einer runden Ultraschallsonde ein Schallfeld,

das in zwei Bereiche einteilbar ist: das Nahfeld, das komplizierte

Verhältnisse mit starken Amplitudenmodulationen

aufweist, und das Fernfeld, das sich als Schallbündel mit

abfallender Amplitude darstellt. Die Nahfeldlänge ist als

das letzte Maximum der Schalldruckamplitude auf der

akustischen Achse definiert. Im Versuch werden für zwei

Ultraschallsonden (1 MHz und 2 MHz) die Schalldruckamplituden

entlang der Schallausbreitungsachse mit einem

Hydrofon gemessen. Aus den Messkurven werden die Fokuszonen

der Sonden bestimmt und mit den theoretisch

aus den Radien der Wandlerkeramiken und der Wellenlängen

der Ultraschallfrequenzen berechenbaren Werten für

die Nahfeldlänge verglichen.

Material




Hydrofonset 10451


Ergebnisse

Die berechneten Nahfeldlängen bei einer gemessenen

Schallgeschwindigkeit in Wasser von 1477,64 m/s (18,5 °C)

betragen 43,3 mm (1 MHz) und 86,6 mm (2 MHz). Die aus

den Messkurven ermittelten Werte für die Maxima der Signalamplituden

betragen ca. 30 mm (1 MHz) und 100 mm

(2 MHz). Exaktere Ergebnisse sind auf Grund des relativ einfachen

Versuchsaufbaus kaum zu erwarten. Allerdings zeigen

die Messungen, dass die Fokuszone der 2-MHz-Sonde

deutlich weiter von der Sonde entfernt liegt. Zur Abschätzung

des Fokusbereiches einer Sonde sind die Messungen

also durchaus ausreichend.





72



PHY21

Reflexion und Transmission an

Grenzflächen

Im Versuch werden die Effekte der Reflexion und Transmission von Ultraschallwellen an Grenzflächen untersucht. Für

verschiedene Kombinationen der Materialien Acryl, PVC und Messing wird der Reflexionskoeffizient bestimmt.

Lernziele

Ausbreitung von Ultraschallwellen in Festkörpern, Impuls-

Echo-Verfahren, Reflexion/Transmission an Grenzflächen,

Reflexionskoeffizient, Schallimpedanz, Schalldämpfung

Trifft eine Ultraschallwelle auf die Grenzfläche zweier Materialien

mit unterschiedlicher Schallkennimpedanz, wird

sie teilweise oder fast vollständig reflektiert. Der Anteil der

reflektierten Schallenergie ist von der Größe des Unterschieds

der Schallkennimpedanzen der jeweiligen Materialien

abhängig und wird durch den Reflexionskoeffizienten

beschrieben. Auf Grund der geringen Dichte und Schallgeschwindigkeit

von Luft ist der Reflexionskoeffizient an einer

Festkörper-Luft-Grenzfläche nahezu 1. Dadurch können

im Versuch die Reflexionskoeffizienten für verschiedene

Kombinationen der Materialien Acryl, PVC und Messing

durch Vergleichsmessungen mit dem Reflexionskoeffizienten

gegen Luft bestimmt werden. Des Weiteren ist eine

qualitative Beschreibung der Dämpfungseigenschaften der

Materialien durch den Vergleich der untersuchten Reflexionsechos

möglich.

Material



Impedanzproben 10208


Ergebnisse

Die Reflexionskoeffizienten für Acryl/PVC-Messing und

Messing-PVC/Acryl sind nahezu gleich und liegen wahrscheinlich

infolge einer nicht 100%-tigen Kopplung an den

Materialübergängen über den theoretischen Werten. Die

Koeffizienten für Acryl/PVC und PVC/Acryl sind fast gleich

und auf Grund des geringen Unterschieds ihrer Schallkennimpedanzen

nahezu Null. Die Dämpfung ist in Messing am

kleinsten. Hier tritt die größte Anzahl an Mehrfachreflexionen

auf. PVC zeigt die größte Dämpfung, da der Reflexionspeak

der PVC-Acryl-Messung bei gleichem Reflexionskoeffizienten

deutlich kleiner ausfällt als der Reflexionspeak

bei der Acryl/PVC-Messung.






(Mammasonografie)


73



Im Versuch werden Ultraschallsignale von Reflexionen an Grenzflächen unterschiedlicher Materialien aufgezeichnet und

hinsichtlich ihrer Phasenlage analysiert. Ferner wird mit Hilfe von λ/4- und λ/2-Plättchen der Einfluss dünner Schichten

auf die Reflexion und Transmission von Ultraschallwellen untersucht.

Lernziele

Reflexion, Transmission, Reflexionskoeffizient, Schallkennimpedanz,

Phasensprung, λ/4- und λ/2-Schicht

Trifft eine ebene Ultraschallwelle aus einem Medium mit

der Schallkennimpedanz Z 1 auf eine ebene Grenzfläche zu

einem zweiten Medium mit der Impedanz Z 2 , wird sie an

dieser teilweise oder ganz reflektiert. Der reflektierte Anteil

der Schallenergie ist vom Verhältnis der Impedanzen abhängig

und wird durch den Reflexionsfaktor beschrieben.

Die reflektiert Welle hat i. A. auch eine andere Phase. Bei

senkrechtem Schalleinfall nimmt die Phasenänderung nur

zwei Werte an: 0° für Z 1 < Z 2 und 180° für Z 1 > Z 2 . Anhand

eines solchen Phasensprungs kann das Impedanzverhältnis

zweier aneinander grenzender Materialen qualitativ

beschrieben werden. Besonders interessante Effekte treten

beim Schalldurchgang durch dünne Schichten auf, deren

Dicke ein Viertel oder die Hälfte der Schallwellenlänge

aufweist. λ/4-Schichten werden z. B. als „Anpassungs“-

Schichten verwendet, um Reflexionen zu minimieren und

einen möglichst großen Anteil der Schallenergie von einem

Medium in das andere Medium zu übertragen.

Material





Impedanzproben 10208

Lambdaplatten 10209


Ergebnisse

Die erste Grafik zeigt Echosignale von einer Acryl-Messingbzw.

Messing-Acryl-Grenze bei senkrechtem Schalleinfall.

Die über die Schallgeschwindigkeit c und die Materialdichte

ρ bestimmte Schallkennimpedanz Z = c ρ betrug für Messing

36,8 Mrayl und für Acryl 3,25 Mrayl. Die zweite Grafik zeigt

Messungen in Transmission an einem Acrylzylinder. Zwischen

der sendenden Sonde und dem Zylinder war jeweils

eine dünne Aluminiumplatte (c L ≈ 6309 m/s) mit einer Dicke

von λ/4 (ca. 1,5 mm) bzw. λ/2 (ca. 3,1 mm) angeordnet.




74



PHY23 Dispersion von Ultraschallwellen

(Lambwellen)

Im Versuch wird das Phänomen der Entstehung und Ausbreitung geführter Ultraschallwellen (Lambwellen) untersucht.

Es wird die frequenzabhängige Geschwindigkeit (Dispersion) von Lambwellen in dünnen Glasplatten gemessen, die mit

Hilfe von Winkelprüfköpfen angeregt und erfasst werden.

Lernziele

Longitudinalwellen, Transversalwellen, Lambwellen, Wellenmoden,

Phasengeschwindigkeit, Gruppengeschwindigkeit,

Dispersion, Brechungsgesetz

Das Phänomen der Lambwellen entsteht durch die Überlagerung

von longitudinalen und transversalen Schallwellen

in dünnen Platten, deren Dicke kleiner als die Wellenlänge

ist. Interessant ist, dass Lambwellen zum Einen eine frequenzabhängige

Änderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit

(Dispersion) zeigen. Zum Anderen treten Lambwellen

in Form von symmetrischen und antisymmetrischen Moden

auf, die sich unabhängig voneinander im Material ausbreiten.

Im Experiment werden in dünnen Glasplatten unterschiedliche

Lambwellen-Moden mit speziellen Winkelaufsätzen

angeregt und jeweils Frequenz und Gruppengeschwindigkeit

bestimmt. Es werden die Entstehung der verschiedenen

Schwingungsmoden einer Platte, der Einfluss der

Plattendicke und der Zusammenhang der Lambwellen mit

Longitudinal- und Transversalwellen in Verbindung mit

den elastischen Konstanten des Materials diskutiert.

Material





Lambwellenset 10300


Ergebnisse

Durch die Kombination verschiedener Einschallwinkel und

Schallfrequenzen wurden in den Glasplatten des Lambwellensets

die S0-, A1- und S2-Moden angeregt. Im Dispersionsdiagramm

sind die bestimmten Gruppengeschwindigkeiten

in Abhängigkeit vom Frequenz-Dicken-Produkt aufgetragen.

Das Diagramm zeigt außerdem den theoretischen Kurvenverlauf

(numerische Lösung) des Dispersionsverhaltens

der angeregten Lambwellenmoden.








75


PHY24

Thermoakustischer Sensor

Der Versuch ist eine Einführung in die Problematik der Leistungsmessung von Ultraschall am Beispiel des Thermoakustischen

Sensors. Es werden die Zusammenhänge zwischen den Schallkenngrößen und die Bedeutung von Schallleistungsmessungen

für die Dosimetrie bei diagnostischen und therapeutischen Ultraschallanwendungen diskutiert.

Lernziele

Schallenergiegrößen, Schalldruck, Schallschnelle, Schallintensität,

Schallleistung, Ultraschalldosimetrie, Thermoakustischer

Sensor

Ultraschallintensitätsmessungen sind bei der Qualitätssicherung

von therapeutischen Ultraschallquellen von

entscheidender Bedeutung für die Patientensicherheit. Der

Thermoakustische Sensor bietet eine einfache Möglichkeit

der sonst aufwendigen Messungen der Schallintensitäten

mittels Hydrofonen und Schalldruckwaagen. Der Sensor basiert

auf der Umwandlung der einfallenden Schallenergie

in Wärme im Inneren eines kleinen Absorbers. Damit kann

die Schallintensität als Temperaturänderung im Absorbermaterial

mittels eines Thermoelements gemessen werden.

Der Sensor ist als Brückenschaltung aufgebaut, damit

äußere Temperatureinflüsse kompensiert werden können.

Über eine Verstärkerschaltung wird die Temperaturänderung

als Spannungswert ausgegeben. Im Experiment wird

die abgegebene Schallintensität einer Ultraschallsonde

bei verschiedenen Frequenzen und unterschiedlichen Anregespannungen

gemessen. Dabei werden Probleme der

Schallerzeugung mit Piezokeramiken, Resonanzeffekte und

Ausbreitungsphänomene wie Nahfeldlänge und stehende

Wellen diskutiert. Die abgegebene Schallintensität der Sonde

wird anhand der Kalibrierkurve des Sensors berechnet.

Da die Energieumwandlung im Sensor frequenzabhängig

ist, müssen die Messwerte entsprechend korrigiert werden.

Absorbermatte 20227

Rührer für SC500/SC600 20450

Stativset 10310

Ergebnisse

Für die Multifrequenzsonde wurden die Schallintensitäten

bei verschiedenen Frequenzen bestimmt. Die Messung zeigt

zwei Intensitätsmaxima, die aus der Überlagerung der Frequenzgänge

der Sonde und des Generators resultieren. Für

beide Resonanzstellen wurden die Ultraschallintensitäten

in Abhängigkeit von der Anregespannung gemessen.

Material

76



Thermoakustischer Sensor 20400

Messwanne 20430





Experimente · Industrie

IND01

Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung

(ZfP/NDT)

Zur Ortung und Größenbestimmung von Ungänzen nach dem Impuls-Echo-Verfahren wird für einen Normalprüfkopf das

Ultraschallgerät kalibriert. Dazu wird ein AVG-Diagramm aufgenommen und für eine Reihe gleichgroßer Ersatzreflektoren

unterschiedlicher Tiefe mit Hilfe der laufzeitabhängigen Verstärkung eine horizontale Bewertungslinie im AVG-Diagramm

eingestellt.

Lernziele

Schallgeschwindigkeit, Reflexion, Impuls-Echo-Verfahren,

Ungänze, Ersatzreflektor, Normalprüfkopf, AVG-Diagramm,

laufzeitabhängige Verstärkung

Für Ultraschallprüfungen nach dem Impuls-Echo-Verfahren

mit senkrechter Schalleinkopplung werden Standard-

Normprüfköpfe verwendet. Die Ungänzenortung erfolgt

dabei durch Reflexion der Schallwelle, wobei die Schalllaufzeit

ein Maß für die Tiefe der Ungänze ist. Dagegen ist eine

exakte Größenbestimmung bedingt durch Materialdämpfung

und Schallfeldcharakteristik meist problematisch. Die

Größe von Ungänzen großer räumlicher Ausdehnung kann

durch Abtasten ermittelt werden. Die Größe kleiner Ungänzen

wird durch Vergleich mit idealisierten Ersatzreflektoren

aus einem Abstand-Verstärkung-Größe-Diagramm

bestimmt. Im Versuch soll mit Hilfe eines Prüfkörpers mit

definierten Ersatzreflektoren (Bohrungen unterschiedlicher

Größe und Tiefe) ein solches AVG-Diagramm erstellt

werden.

Material






Ergebnisse

Im AVG-Diagramm sind die Echoamplituden der Ersatzreflektoren

relativ bezogen auf die Amplitude eines unendlich

ausgedehnten Reflektors im Abstand Null und ihre

Abstände x relativ zur Nullfeldlänge x N dargestellt. Für die

Reihe der diagonal angeordneten gleichgroßen Ersatzreflektoren

wurde mittels tiefenabhängiger Verstärkung eine

horizontale Bewertungslinie ermittelt und eingetragen.






GAMPT mbH · Hallesche Straße 99F · D-06217 Merseburg · Germany · Fon: +49 - 34 61 - 2 78 69 10 · Fax: +49 - 34 61 - 2 78 69 11 01 · www.gampt.

77


IND02

Rissprüfung mit Rayleighwellen

Im Versuch wird die Entstehung und Ausbreitung von Rayleighwellen untersucht. Es wird die Schallgeschwindigkeit

der Rayleighwellen ermittelt und an Rissen unterschiedlicher Tiefe die Abhängigkeit der Transmissionsamplitude der

Rayleighwellen von der Risstiefe bestimmt.

Lernziele

Longitudinalwelle, Grenzflächenwelle, Rayleighwelle,

Schallgeschwindigkeit, Schallwellenlänge, Risstiefe, Reflexion,

Transmission, Modenkonversion

Rayleighwellen sind Oberflächenwellen, die sich entlang

der freien Grenzfläche eines Festkörpers ausbreiten. Sie

repräsentieren eine Kombination longitudinaler und

transversaler Teilchenverschiebungen. Mit ihrer Hilfe

können Oberflächenfehler nachgewiesen werden. Im

Versuch wird ein Prüfkörper mit definierten Rissen als

Oberflächenfehler untersucht. Die Rayleighwellen werden

mittels 90°-Prüfkopf durch Modenkonversion von Longitudinalwellen

erzeugt, wobei ein spezieller Aufsatz mit

kammartiger Struktur zum Einsatz kommt. Die Geschwindigkeit

der Rayleighwellen wird als Differenzberechnung

aus Laufzeitmessungen für verschiedene Prüfkopfabstände

ermittelt. Die Reflexions- oder Transmissionsamplitude

einer Rayleighwelle kann bei Risstiefen im Bereich ihrer

Wellenlänge in Bezug zur Risstiefe gesetzt werden. Durch

den Vergleich von Transmissionsamplituden ohne und mit

Riss kann die Risstiefe abgeschätzt werden.

Material



2 Rayleighwellenaufsätze 10231

Rayleighwellentestkörper 10232


Ergebnisse

Für den Aluminiumprüfkörper wurde eine Geschwindigkeit

der Rayleighwellen von ca. 2920 m/s ermittelt. Bei der

Prüfkopffrequenz von 1 MHz ergibt sich eine Wellenlänge

von ca. 2,92 mm. Zur Risstiefenbestimmung wurden die

als Sender bzw. Empfänger dienenden Prüfköpfe jeweils in

einem Abstand von 5 cm vom untersuchten Riss platziert.

Im Diagramm ist die Dämpfung des Transmissionssignals für

verschiedene Risstiefen aufgetragen, wobei die Risstiefe relativ

zur Wellenlänge angegeben ist. Für den untersuchten

Risstiefenbereich ergibt sich entsprechend dem exponentiellen

Amplitudenabfall der Rayleighwelle mit der Eindringtiefe

ein nahezu linearer Zusammenhang zwischen

Risstiefe und Dämpfung der Transmissionsamplitude.






78



IND03

Füllstandsmessung

Im Versuch wird eine Ultraschall-Füllstandsmessung für einen beliebig geformten 2-Phasen-Flüssigkeitstank aufgebaut.

Es wird eine Kalibrierkurve für die Füllvolumina aufgenommen und anhand einer definierten Betankung geprüft. Für die

maximale Tankbefüllung wird ein Ultraschallgrenzwertschalter getestet.

Lernziele

Schallgeschwindigkeit, Laufzeit, Schallimpedanz, Impuls-

Echo-Verfahren, Initialecho, Mehrfachreflexion, kontinuierliche

Messung, Grenzwertüberwachung

Bei einer Vielzahl industrieller Prozesse, insbesondere der

Automatisierung industrieller Abläufe, werden Füllstandsmesser

z. B. an Tankanlagen, Reaktoren, Sammelbecken

usw. benötigt. Neben verschiedenen mechanischen,

kapazitiven, optischen und elektromagnetischen Sensoren

werden in vielen Bereichen Ultraschallsensoren

zur Füllstandsmessung eingesetzt. Sie sind bei nahezu

jedem beliebigen Medium, bei Überschichtung mehrerer

Medien, bei Schaumbildung und auch bei sehr aggressiven

Flüssigkeiten einsetzbar, da die Messung von außen durch

die Behälterwand erfolgen kann. Im Versuch wird eine

Füllstandsmessanordnung für kontinuierliche Messungen

aufgebaut. Für zwei verschiedene Flüssigkeiten (Wasser und

Öl) wird der minimal erfassbare Füllstand bestimmt und

jeweils eine Volumenkalibrierung durchgeführt. Mit Hilfe

der Kalibrierung wird eine Füllstandsmessung an einem 2-

Schicht-System aus den beiden Flüssigkeiten durchgeführt.

Zusätzlich sollen geeignete Ultraschallsignale für einen

Grenzwertschalter aufgezeichnet und analysiert werden.

Material



Stativset 10310

Erlenmeyerkolben 10330


Ergebnisse

Für die Kalibrierung der Füllstandsmessung wurden die

Schalllaufzeiten für verschiedene Füllvolumina von Wasser

bzw. Öl gemessen. Zur Bestimmung beliebiger Füllvolumen

wurden Kalibrierkurven an die Messwerte angepasst. Als

Kurvenfits waren Polynome 2. Ordnung ausreichend. Infolge

des geringen Unterschiedes der Schallgeschwindigkeiten

von Wasser und verwendetem Öl haben die Kalibrierkurven

hier einen sehr ähnlichen Verlauf.






79


IND04

Konzentrationsmessung mit

Resonanzzelle

Es wird die Abhängigkeit der Schallgeschwindigkeit in einer Salzlösung von der Konzentration untersucht. Die Schallgeschwindigkeit

in einer Resonanzzelle wird mit Hilfe des akustooptischen Effekts der Beugung von Licht an einer stehenden

Ultraschallwelle gemessen.

Lernziele

Schallausbreitung, Debye-Sears-Effekt, stehende Schallwelle,

optisches Beugungsgitter, Wellenlänge, Schallfrequenz,

Schallgeschwindigkeit, Amplitudenmodulation,

Resonanzzelle

In Elektrolyten kommt es bei einer Konzentrationserhöhung

zu einer Verringerung der Kompressibilität und zu

einer Zunahme der Dichte. Dies führt zu einer konzentrationsabhängigen

Erhöhung der Schallgeschwindigkeit. Die

Schallgeschwindigkeit im Elektrolyten kann mittels der

Beugung von Licht an einer stehenden Ultraschallwelle

bestimmt werden (PHY17). Die Interferenzmaxima, die bei

der Beugung erzeugt werden, sind infolge der periodischen

Änderung der Welle amplitudenmoduliert. Die Amplitudenmodulation

erfolgt mit der doppelten Frequenz der

stehenden Welle. Eine Veränderung der Schallfrequenz

beeinflusst die Modulationsamplitude. Diese ist immer

dann am größten, wenn der Abstand h zwischen Ultraschallsonde

und Reflektor einem Vielfachen m der halben

Schallwellenlänge entspricht. Die Schallgeschwindigkeit

c im Medium ergibt sich aus c = 2 h Δf / Δm (Δf: Frequenzdifferenz

zwischen maximalen Modulationsamplituden).

Die Messwerte werden mit Werten verglichen, die mit Hilfe

der empirischen Formel für die Schallgeschwindigkeit in

Seewasser von Mackenzie (JASA, 70, 807-12) berechnet

werden.

Material



justierbarer Spiegel 20302

Photodiodenempfänger 20303

Oszilloskop, Kochsalz, Magnetrührer,

-

Thermometer

Ergebnisse

Im Diagramm sind die Messwerte und die nach der Formel

von Mackenzie berechneten Vergleichswerte aufgetragen.

Im untersuchten Konzentrationsbereich ist eine deutliche

Zunahme der Schallgeschwindigkeit mit steigender Salzkonzentration

zu sehen. Im Bereich von 0-30 g/kg stimmen

die Messwerte gut mit den theoretischen Werten nach

Mackenzie überein.




Ultraschallwellen

80



IND05

Doppler-Durchflussmessung

Im Versuch wird die Abhängigkeit der Dopplerfrequenz vom Fluss für eine feste Messanordnung in Bezug auf Rohrdurchmesser

und Dopplerwinkel untersucht. Mit der bestimmten Abhängigkeit wird ein einfacher Durchflussmesser kalibriert

und der Fluss bei Verwendung einer Pumpe gemessen.

Lernziele

Doppler-Effekt, Dopplerfrequenzverschiebung, Dopplerwinkel,

Durchflussmessung

Durch die Abhängigkeit der Dopplerfrequenzverschiebung

von der Strömungsgeschwindigkeit und die Proportionalität

zwischen Volumenfluss und mittlerer Geschwindigkeit in

einem festen Querschnitt kann der Dopplereffekt zur Flussmessung

genutzt werden. Die Voraussetzung ist, dass die

Flüssigkeit eine ausreichende Anzahl an Streuern aufweist,

bei denen der Streuwinkel ungleich 90° ist. Im ersten Teil

des Versuches wird die Dopplerfrequenzverschiebung für

verschiedene Flüsse der festen Messanordnung bestimmt,

die mit Hilfe der Pumpendrehzahlen erzeugt werden. Aus

der gefundenen Abhängigkeit zwischen Fluss und Dopplerfrequenzverschiebung

ergibt sich ein Kalibrierungsfaktor

für einen einfachen Durchflussmesser. Im zweiten Teil des

Versuches werden mit der Pumpe verschiedene Flüsse erzeugt,

die jeweilige Dopplerfrequenzverschiebung gemessen

und mit Hilfe des Kalibrierungsfaktors der Volumenfluss

für die jeweilige Pumpeneinstellung berechnet.

Material



Doppelgefäß 50170

Doppler-Prisma 3/8“ 50112

Strömungsrohr 3/8“ 50152



Stoppuhr -

Ergebnisse

Im Versuch wurde ein linearer Zusammenhang zwischen

Dopplerfrequenzverschiebung und Volumenstrom gefunden.

Aus dem Anstieg der linearen Regressionsgeraden

kann ein Kalibrierungsfaktor abgeleitet werden, über den

sich der Volumenstrom bei einer beliebigen gemessenen

Dopplerfrequenzverschiebung berechnen lässt.








81


IND06

Winkelkopfprüfung

Der Versuch veranschaulicht die Verwendung von Ultraschall-Winkelprüfköpfen zur Ungänzenortung. Es werden Messungen

mit Vorlaufstrecken unterschiedlicher Einfallswinkel ausgeführt, wobei eine Vorlaufstrecke für die Ungänzenortung

in Aluminium justiert wird.

Lernziele

Impuls-Echo-Verfahren, A-Mode, Reflexion, Einfalls- und

Einschallwinkel, Schallgeschwindigkeit, Longitudinalwelle,

Transversalwelle, Brechung, Winkelecho, Sprungabstand

Ungänzen liegen oft nicht parallel zur Oberfläche des

Prüfkörpers, so dass eine Einschallung unter einem bestimmten

Winkel, d. h. eine Untersuchung mit Winkelprüfköpfen,

praktischer oder sogar erforderlich ist. Während

die Kalibrierung von Normalprüfköpfen zur Tiefenmessung

lediglich die Laufzeit und die Schallgeschwindigkeit benötigen,

müssen bei Winkelprüfköpfen weitere geometrische

Faktoren wie der Einschallwinkel, die Länge der Vorlaufstrecke,

die Schallaustrittsstelle sowie die zusätzliche

Anregung von Transversalwellen infolge der schrägen

Schalleinkopplung berücksichtigt werden. Im Unterschied

zur Praxis, wo zur Kalibrierung genormte Kalibrierkörper

verwendet werden, wird im Versuch ein vereinfachter Prüfkörper

aus Aluminium verwendet. Durch die Verwendung

verschiedener Winkelvorlaufstrecken in Kombination mit

einem Normalprüfkopf können die Ultraschallechos für

verschiedene Einschallwinkel untersucht werden.

Material




- optional: Winkelvorlaufstrecke 17° 10233

- optional: Winkelvorlaufstrecke 56° 10235

Testblock für Winkelkopfprüfung 10240


Ergebnisse

Für die 38°/17°-Winkelvorlaufstrecken und den Aluminiumprüfkörper

ergeben sich bei einer Messanordnung,

wie sie in der Grafik schematisch dargestellt ist, in etwa

folgende Werte.

Wellenmode trans. trans. long. Einheit

Einfallswinkel 38 17 17 °

Schallaustrittsstelle 16,8 14,7 16,0 mm

Sprungabstand 48,9 36,8 46,0 mm

Einschallwinkel 44,5 18,5 40,7 °

Schallgeschwindigkeit 3091,2 3093,2 6436,6 m/s

Vorlaufstrecke 18,9 12,9 13,0 mm






82



IND07

Risstiefenbestimmung (TOFD)

An einem Aluminiumprüfkörper mit definierten Rissen wird eine Risstiefenbestimmung vorgenommen. Die beiden verwendeten

Verfahren, das Echoamplituden- und das TOFD-Verfahren (time-of-flight diffraction), werden hinsichtlich ihrer

Leistungsfähigkeit und ihrer Nachweisgrenzen vergleichend beurteilt.

Lernziele

Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung (ZfP/NDT), Schallgeschwindigkeit,

Transversalwellen, Ultraschallbeugung,

Winkelkopfprüfung, Winkelecho, Sprungabstand, TOFD-

Verfahren, Ultraschall-B-Bild

Bei der bruchmechanischen Bewertung von Bauteilen bezüglich

flächiger Trennungen (Risse) sind genaue Angaben

zur Fehlergeometrie wie Risstiefe, Risslänge und Risstiefenlage

gefragt. Oberflächenrisse können sehr empfindlich mit

Winkelprüfköpfen nachgewiesen werden. Dabei wird nach

Echos gesucht, die im Winkel zwischen Riss und Oberfläche

entstehen. Abhängig von Rissgröße und Risstiefe kommen

zwei verschiedene Verfahren zum Einsatz, die im Versuch

untersucht und beurteilt werden sollen. An einem Prüfkörper

werden a) eine Nutkennlinie für die Risstiefenbestimmung

nach dem Echoamplitudenverfahren bestimmt und

b) die Risstiefen mit dem TOFD-Verfahren (time of flight

diffraction) ermittelt. Anhand der Ergebnisse können Eignung

und Empfindlichkeit der beiden Verfahren bezüglich

der Rissgeometrie abgeschätzt werden. Zusätzlich soll eine

weitere Risstiefenabschätzung durch die Aufnahme eines

TOFD-B-Bildes mittels des TOFD-Prüfkopfs erfolgen und

analysiert werden.

Ergebnisse

Mit dem Echoamplitudenverfahren können mit Hilfe

einer Amplituden-Tiefen-Kennlinie (Vergleichskörper)

Risstiefen abgeschätzt werden, die kleiner als der halbe

Sondendurchmesser (8 mm) sind. Für größere Risse geht

die Echoamplitude in die Sättigung und zeigt keine Risstiefenabhängigkeit

mehr. Mit dem TOFD-Verfahren können

tiefere Risse analysiert werden. Es liefert jedoch keine Ergebnisse

für kleine Risstiefen (1 und 2 mm). Eine vollständige

Risstiefenprüfung ergibt sich durch die Kombination

beider Verfahren.

Material





Risstiefentestkörper 10241








83


IND08

Fehlstellenprüfung

An einem Prüfkörper mit unterschiedlichen Typen von Ungänzen (Fehlstellen) wird die Anwendbarkeit und Leistungsfähigkeit

verschiedener Ungänzenortungstechniken der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit Ultraschall analysiert und

die Wahl der richtigen Ortungstechnik für spezielle Prüfaufgaben diskutiert.

Lernziele

Ultraschallechografie, Ungänze, Reflexion, Einschallwinkel,

A-Mode, B-Mode, Normalprüfkopf, Winkelprüfkopf,

Signal-Rausch-Abstand

Abhängig vom Typ einer Ungänze sind verschiedene Verfahren

zur Ortung und Größenbestimmung erforderlich.

Im Versuch wird ein Prüfkörper mit idealisierten Ungänzen

mit einem Normalprüfkopf, einem Winkelprüfkopf und

einem Sender-Empfänger-Prüfkopf untersucht. Es werden

mit jedem Prüfkopf B-Bilder des Prüfkörpers aufgenommen

und analysiert. In einem zweiten Prüfgang wird mit jedem

Prüfkopf der Signal-Rausch-Abstand für die gefundenen

Ungänzen bestimmt. Ausgehend von den Ergebnissen wird

die Nachweisbarkeit der Ungänzetypen mit den einzelnen

Ortungsverfahren beurteilt und ihre Auswahl hinsichtlich

spezieller Prüfaufgaben der praktischen Anwendung diskutiert.

Material





Ungänzentestkörper 10242


Ergebnisse

Die im Diagramm zusammengefassten Ergebnisse zeigen,

dass verschiedene Ungänzetypen differenzierte Ortungsverfahren

erfordern. So sind kleine Ungänzen nur durch

die Auswertung der Streusignale mit dem Sender-Empfänger-Prüfkopf

zu orten. Vom schräg liegenden Riss erhält

man nur mit dem Winkelprüfkopf ein Echosignal und von

der Rückwand nur mit dem Normalprüfkopf. Außerdem

werden die Grenzen der modellierten Ungänzen deutlich.

So wird in der Praxis ein senkrechter Riss mit dem Normalprüfkopf

nicht oder deutlich schwerer erfassbar sein als der

Sägeschnitt im Prüfkörper, der einen solchen Riss modellieren

soll.






84



IND09

Transit-Time-Durchflussmessung

(Ultraschall-Laufzeitverfahren)

Der Versuch vermittelt die Durchführung von Durchflussmessungen mit Hilfe des Ultraschall-Transit-Time-Verfahrens.

Dabei wird der Zusammenhang zwischen Ultraschalllaufzeitdifferenz bei Messung mit und entgegen der Strömungsrichtung

und der Strömungsgeschwindigkeit ermittelt und mittels Ausliterns der Volumenfluss kalibriert.

Lernziele

Ultraschallgeschwindigkeit, Laufzeitmessung, Transmissionsverfahren,

Kontinuitätsgleichung, Flussgeschwindigkeit,

Volumenfluss

Ergebnisse

Im Diagramm ist die gemessene Laufzeitdifferenz für

Messungen mit und entgegen der Strömungsrichtung in

Abhängigkeit von der Pumpendrehzahl dargestellt.

Läuft eine Ultraschallwelle durch ein bewegtes Medium,

überlagern sich die Geschwindigkeiten der Schallwelle und

des Mediums vektoriell. Bewegt sich das Medium vom Ultraschallsender

zum Empfänger, addieren sich die Geschwindigkeiten

und die Schalllaufzeit ist kürzer als im ruhenden

Medium. Fließt das Medium vom Empfänger zum Sender,

verlängert sich die Laufzeit. Aus der Laufzeitdifferenz kann

für eine bekannte Schallgeschwindigkeit die mittlere Strömungsgeschwindigkeit

der Flüssigkeit berechnet werden.

Mit dieser lässt sich der Volumenfluss berechen.

Im Versuch wird für eine vorgegebene Messstrecke die

Abhängigkeit der Laufzeit und damit des Volumenflusses

von der Pumpendrehzahl und so die Gerätekonstante des

Transit-Time-Durchflussmessers ermittelt. Das Verfahren

ist für beliebige Gase und Flüssigkeiten geeignet, ohne dass

diese streuende Partikel aufweisen müssen, wie sie für die

Dopplermessung notwendig sind.

Material




Doppelgefäß 50170

Transit-Time-Messstrecke 10180


- optional Oszilloskop -





85

Experimente · Medizin


Im Versuch wird mit einem einfachen Herzmodell die Bewegung der Herzwand simuliert. Diese Bewegung wird mit Hilfe

des Time-Motion-Verfahrens (M-Mode) untersucht. Anhand der M-Mode-Aufzeichnung werden die Herzfrequenz und das

Herzzeitvolumen bestimmt.

Lernziele

Ultraschallechografie, Reflexion, Impuls-Echo-Verfahren,

Time-Motion-Mode, Darstellung von Bewegungsabläufen,

Herzwandbewegung, Echokardiografie

In der Echokardiografie wird zur Untersuchung von Bewegungsabläufen

des Herzes und seiner Strukturen das Time-

Motion-Verfahren, auch als TM-Mode oder kurz M-Mode

bezeichnet, verwendet. Wie bei einem B-Bild werden die

Amplituden der Ultraschallsignalechos eines A-Scans auf

der vertikalen Achse in Grau- oder Falschfarbenwerten

abgebildet. Die bei einer hohen Impulswiederholungsfrequenz

zeitlich versetzten Echos werden nebeneinander auf

einer horizontalen Zeitachse dargestellt. Auf diese Weise

wird ein Kurvenbild erzeugt, das die zeitliche Bewegung

der untersuchten Struktur wiedergibt. Im Versuch wird von

Hand mittels einer Membran eine Bewegung erzeugt. Diese

simuliert die sich periodisch wiederholende Bewegung einer

Herzwand oder Herzklappe. Mit der Messsoftware wird

ein TM-Mode-Bild der simulierten Herzwandbewegung aufgezeichnet.

Dieses kann hinsichtlich der charakteristischen

Größen zur Beschreibung der Herzaktivität analysiert und

ausgewertet werden.

Material



Herzmodell 10220

- optional: Stativset 10310

Ergebnisse

Die Bildschirmkopie der im TM-Mode arbeitenden Messsoftware

zeigt auf der linken Seite die TM-Mode-Aufzeichnung

einer mit dem einfachen Herzmodell simulierten

Herzwandbewegung. Aus dieser Aufzeichnung können die

Pulsdauer und der endsystolische ventrikuläre Durchmesser

bestimmt werden. Aus diesen beiden Werten lassen sich

die Herzfrequenz sowie das endsystolische Herzvolumen

und das Herzzeitvolumen ableiten. Dabei wird im Fall des

Modells das enddiastolische Volumen mit Null angenommen.






86



MED02

Ultraschalluntersuchungen am

Brustmodell (Mammasonografie)

Die Untersuchung eines realistischen Brustmodells mit Tumoren und deren Lokalisierung und Größenabschätzung im

B-Bild-Verfahren vermittelt eine typische Anwendung von Ultraschall in der medizinischen Diagnostik.

Lernziele

Reflexion, Streuung, bildgebende Ultraschallverfahren,

Impuls-Echo-Verfahren, A-Bild, B-Bild, Mammasonografie,

Tumorgröße

Die Mammasonografie - die Ultraschalluntersuchung der

Brust - ist neben der Mammografie (Röntgenuntersuchung)

das wichtigste bildgebende Verfahren zur Diagnostik

gutartiger und bösartiger Veränderungen des Brustgewebes.

Sie findet Anwendung bei der Früherkennung von

Brustkrebs. Die Stärke der Sonografie liegt insbesondere

in der Unterscheidung von aus festem Gewebe oder aus

mit Flüssigkeiten gefüllten Hohlräumen (Zysten) bestehenden

Veränderungen. Mit Hilfe dieser Methode lässt

sich beispielsweise eine Gewebeentnahme aus der Brust

gesteuert durchführen. Unmittelbar vor einer Operation

kann die Ultraschalluntersuchung die genaue Lage des

Befundes zeigen und so dem Arzt einen gezielten Eingriff

ermöglichen. Im Versuch wird ein realistisches Brustmodell

zunächst durch Abtasten mit den Fingern auf etwaige

pathologische Veränderungen untersucht. Dabei können

die beiden enthaltenen Tumoren gefunden und ihre ungefähre

Lage bestimmt werden. Anschließend werden die

gefundenen Bereiche mit der Ultraschallsonde im A-Bild-

Modus untersucht, geeignete Geräteparameter und eine

geeignete Ausrichtung der Ultraschallsonde eingestellt.

Mit den gefundenen Einstellungen wird entlang einer gewählten

Linie ein B-Bild des Brustmodells aufgenommen

und analysiert.

Material



Brustmodell 10221


Ergebnisse

Das mit der Messsoftware aufgenommene Ultraschall-B-

Bild zeigt die Tumoren mit einer ovalen Form und leicht

geneigter Achse. Die Dämpfung im Tumorgewebe ist erhöht,

wodurch ein Schallschatten auf der Rückwand des

Brustmodells entsteht.






87


MED03

Grundlagen der Doppler-Sonografie

Im Versuch werden die physikalischen und signaltheoretischen Grundlagen erarbeitet, die für Blutflussuntersuchungen

mit Hilfe des Ultraschall-Doppler-Verfahrens notwendig sind. An einem realistischen Armmodell werden die Abhängigkeit

der farbcodierten Dopplerspektren von Signalamplitude, Flussgeschwindigkeit, Richtung des Blutflusses und Wahl

des Messfensters beim Puls-Doppler-Verfahren untersucht.

Lernziele

Ultraschallstreuung, Doppler-Effekt, Frequenzverschiebung,

Richtungsabhängigkeit, Puls-Doppler, cw-Doppler,

Doppler-Sonografie, Blutflussgeschwindigkeit

Bei der Doppler-Sonografie wird das Ultraschallstreusignal

von bewegten Teilchen (hier Blutkörperchen) detektiert und

ausgewertet. Auf Grund der Bewegung der Blutkörperchen

relativ zur Ultraschallsonde hat das Signal eine Frequenzverschiebung

und lässt sich so sehr gut von den Signalen

der quasi unbewegten Gefäßwände und Organgrenzflächen

trennen. Die Frequenzverschiebung ist dabei unter anderem

von der Richtung des Blutflusses und seiner Geschwindigkeit

abhängig. Wird im zeitlichen Verlauf der Messung

(Zeit, x-Achse) die Streuintensität (Signalamplitude, Farbe)

in Abhängigkeit von der Größe der Frequenzverschiebung

(Geschwindigkeit, y-Achse) dargestellt, erhält man die sogenannten

Dopplerspektren. Diese zeigen charakteristische

Änderungen in Abhängigkeit von Streuamplitude (Anzahl,

Größe, Art der Blutteilchen), Flussrichtung ( zur Sonde, von

Sonde weg) und Geschwindigkeit der Streuer. Mit einem

Puls-Doppler ist durch Variation des Messfensters zusätzlich

eine Lokalisation des Gefäßes möglich.

Ergebnisse

Mittels der Software wird die Signalverarbeitung vom Dopplershift-Rohsignal

(links oben) über die Fourieranalyse

(rechts oben) hin zum farbkodierten Dopplerfrequenzspektrum

(unten) gezeigt und die qualitative (Pulsform) und

quantitative (mittlere und maximale Frequenz, Signalintensität)

Auswertung der Messungen möglich.

Material

88


Doppler-Sonde 50135


Armmodell 50160











MED04

Biometrie am Augenmodell

Die Messung von Schalllaufzeiten an einem Augenmodell im vergrößerten Maßstab vermittelt eine typische biometrische

Ultraschallanwendung auf Basis des A-Bild-Verfahrens (A-Scan) in der medizinischen Diagnostik der Augenheilkunde.

Lernziele

Ultraschallechografie, Impuls-Echo-Verfahren, Schalllaufzeit,

Schallgeschwindigkeit, Reflexion und Transmission,

Reflexions- und Transmissionskoeffizient, A-Bild, Sonografie

am Auge, Biometrie

Ergebnisse

Die Abbildung zeigt eine schematische Darstellung des Augenmodells

und ein mit der Messsoftware aufgenommenes

A-Bild. Dabei sind die einzelnen Ultraschallechos den Orten

ihrer Entstehung im Augenmodell zugeordnet.

Die Ophthalmologie (Augenheilkunde) ist ein weiterer

medizinischer Bereich, in dem Ultraschall zur Anwendung

kommt. Hier fällt Ultraschall insbesondere bei der biometrischen

Erfassung des Auges, d. h. der Messung von Abständen

im Auge, eine große Bedeutung zu. So ist beispielsweise

der Abstand zwischen Hornhaut und Iris sehr wichtig für die

Berechnung der Eigenschaften einer künstlichen Linse, wie

sie Patienten mit grauem Star implantiert wird. Da die Hornhaut

oder die Linse hinsichtlich optischer Methoden zu trüb

sind, ist hier der Einsatz von Ultraschall-Verfahren gefragt.

Auch wenn heute neue Methoden mit Laserlicht oder das

Ultraschall-B-Bild-Verfahren zum Einsatz kommen, bieten

Laufzeitmessungen der Ultraschallechos eines A-Scans am

Auge eine einfache Möglichkeit zur Vermessung des Auges.

Bei der Berechnung der Schallwege aus den gemessenen

Schalllaufzeiten ist zu beachten, dass in der Hornhaut,

der Linse, der Glaskörperflüssigkeit oder den anderen

Bereichen des Auges unterschiedliche Schallgeschwindigkeiten

auftreten. Im bereitgestellten Augenmodell beträgt

die Schallgeschwindigkeit in der Linse etwa 2500 m/s und in

der Glaskörperflüssigkeit etwa 1410 m/s.

Material



Augenmodell 10222






(Mammasonografie)


89


MED05

Gefäßdiagnostik mit Ultraschall

(Angiologie)

Der Versuch vermittelt die Durchführung von Blutflussuntersuchungen mit Hilfe des Ultraschall-Doppler-Verfahrens. An

einem realistischen Armmodell werden die Unterschiede zwischen kontinuierlichem venösen und pulsatilem arteriellen

Fluss dargestellt. Ferner werden der Einfluss einer Stenose und der Windkesselfunktion auf die Pulsatilität untersucht.

Lernziele

Ultraschallstreuung, Frequenzverschiebung, Doppler-Effekt,

Doppler-Sonografie, Kontinuitätsgleichung, Pulskurven,

Stenose, Windkesselfunktion

Die Doppler-Sonografie beruht auf dem Effekt der Frequenzverschiebung

zwischen dem gesendeten und dem

empfangenen Ultraschallsignal in einem Sender-Empfänger-System,

in dem sich Sender und Empfänger relativ zueinander

bewegen. Unter Ausnutzung des Doppler-Effektes

können bewegte Strukturen, wie zum Beispiel strömendes

Blut, untersucht und deren relative Geschwindigkeiten

bestimmt und visualisiert werden.

Im Versuch wird der Blutfluss mit Hilfe einer Doppler-Sonde

an einem realistischen Armmodell untersucht. In das

Armmodell ist eine Gefäßverengung eingebaut, um den

Einfluss einer Stenose zu simulieren. Damit können die

Unterschiede zwischen gesunden und veränderten Gefäßen

im Spektralbild deutlich dargestellt werden.

Neben dem kontinuierlichen Betrieb kann die verwendete

Pumpe auch pulsatil betrieben werden, um eine arterielle

Blutströmung zu simulieren. Im Versuch wird der Einfluss

der Stenose und der Windkesselfunktion auf die Pulsatilität

untersucht.

Ergebnisse

Die Messsoftware stellt verschiedene Fenster zur Auswertung

und Visualisierung der aufgenommenen Doppler-

Signale bereit. Die beispielhaften Bildschirmkopien der

Messsoftware zeigen vergleichend die typischen Doppler-

Spektralbilder für einen kontinuierlichen venösen Fluss

(oben) und den Fluss im Bereich einer Stenose (unten).

Material

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Doppler-Sonde 50135


Armmodell 50160











MED06

Blutdruckmessung mit Ultraschall


Der Versuch vermittelt den Zusammenhang von Blutdruckmessungen und Blutflussuntersuchungen mit Hilfe des Ultraschall-Doppler-Verfahrens.

Dazu wird an einem realistischen Armmodell mittels einer modifizierten Blutdruckmanschette

das Gefäß mit definiertem Druck belastet und die Blutflussparameter (mittlere und maximale Frequenz) gemessen.

Lernziele

Doppler-Sonografie, Blutflussgeschwindigkeit, Pulskurven,

indirekte, nichtinvasive Blutdruckmessung, periphere Verschlusskrankheiten

Ultraschall-Doppler-Verfahren (Doppler-Sonografie) sind

die wichtigsten Verfahren in der nichtinvasiven Diagnostik

peripherer Gefäßerkrankungen. Die Bestimmung des Gefäßverschlussdruckes

(Blutdruckmessung) erfolgt analog

zur herkömmlichen Blutdruckmessung nach Riva-Roci und

Korotkoff. Allerdings ist es mit dem Doppler-Verfahren

möglich, die Strömungsverhältnisse quantitativ genauer,

an verschiedenen Gefäßen und auch bei Verschlüssen zu

erfassen. Damit lässt sich der zur Diagnose verwendete

systolische Verschlussdruck deutlich genauer bestimmen.

Anwendung findet das Verfahren hauptsächlich in der Diagnose

peripherer arterieller Verschlusskrankheiten. Im

Versuch sollen die technische Durchführung der Messung

und die qualitative und quantitative Änderung der Blutflusskurven

für verschiedene Verschlussdrücke untersucht

werden. Dabei ist es mit der Zentrifugalpumpe möglich,

sowohl kontinuierliche als auch pulsatile Strömungen zu

untersuchen.

Material


Doppler-Sonde 50135


Armmodell 50160

Blutdruckmanschette mit Manometer 50300


Ergebnisse

Das Diagramm zeigt die Abhängigkeit der mittleren und

maximalen Frequenz vom Druck auf das Blutgefäß für eine

feste Flussgeschwindigkeit.






91


92




93

GAMPT-Katalog

INHALT

Versuchssets

Set 1 Grundlagen des Ultraschalls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Set 2 Ultraschall in der Medizin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Set 3 Ultraschall in den Material- und Ingenieurwissenschaften

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Set 4 Transversal- und Oberflächenwellen . . . . . . . . . . . . 6

Set 5 Debye-Sears-Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Set 6 Ultraschall-Doppler-Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Set 7 Doppler-Sonografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Set 8 Akustooptische Effekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Set 9 Ultraschall-Computertomografie und Scan-

Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Set 10 Ultraschall-Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12


Echoskopie 16-33

Ultraschallechoskop GS200 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

Ultraschallechoskop GS200i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

Ultraschallsonde 1 MHz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20



Hydrofon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

Testblock (transparent) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

Testblock (schwarz) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

Testzylinderset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23

Transversalwellenset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23

Acrylprobe für Transversalwellenset . . . . . . . . . . . . . . . .24

Aluminiumprobe für Transversalwellenset . . . . . . . . . . .24

POM-Probe für Transversalwellenset . . . . . . . . . . . . . . . .24

Reflexionsplattenset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

Rayleighwellentestkörper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

Prüfkörper für Winkelprüfkopf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

Winkelvorlaufstrecke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

Risstiefentestkörper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

Ungänzentestkörper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

SE-Vorlaufstrecke (TOFD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27

Impedanzproben. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27

Rayleighwellenaufsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27

Hydrofonset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

Lambwellenset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

Lambdaplatten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

Transit-Time-Messstrecke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

Brustmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30

Augenmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30

Herzmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30

Stativset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

Erlenmeyerkolben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

Adapter BNC/LEMO für GAMPT-Scan . . . . . . . . . . . . . . . .31

Ultraschall-Test-Phantom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32

Ultraschall-Fetus-Phantom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33

CW (Continuous Wave) 34-41

CW-Generator SC600 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Debye-Sears-Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Multifrequenzsonde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Lasermodul (rot) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Lasermodul (grün) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Lasermodul (blau). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

AOM-Probenwanne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Deckel für AOM-Probenwanne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Projektionslinse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

AOM-Sondenjustierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Absorbermatte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Strahlteiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Justierbarer Spiegel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Photodiodenempfänger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Thermoakustischer Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Rührer für SC500 und SC600 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Messwanne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Adapter BNC/LEMO für SC500 oder SC600 . . . . . . . . . . . . 41

Adapter LEMO/BNC für Multifrequenz- und

GS200-Sonden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Adapter LEMO/BNC für GAMPT-Scan-Sonden . . . . . . . . . . 41

Doppler 42-47

Ultraschall-Puls-Doppler FlowDop . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Doppler-Prisma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Strömungsset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Steigrohre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Zentrifugalpumpe MultiFlow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Doppelgefäß . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Schlauchset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Doppler-Flüssigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

94


GAMPT-Katalog

INHALT

Armmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Blutdruckmanschette mit Manometer . . . . . . . . . . . . . . . 46

Doppler-Sonde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Scan-Verfahren 48-50

CT-Scanner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

CT-Steuerung UCT200 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

CT-Messwanne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

CT-Probe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Hydrofonhalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Industrie 77-85

IND01 Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung (ZfP/NDT). . . . 77

IND02 Rissprüfung mit Rayleighwellen . . . . . . . . . . . . . . 78

IND03 Füllstandsmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

IND04 Konzentrationsmessung mit Resonanzzelle . . . . . 80

IND05 Doppler-Durchflussmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

IND06 Winkelkopfprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

IND07 Risstiefenbestimmung (TOFD) . . . . . . . . . . . . . . . . 83

IND08 Fehlstellenprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

IND09 Transit-Time-Durchflussmessung (Ultraschall-Laufzeitverfahren)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

Ultraschallgel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Experimente

Physik 54-76

PHY01 Grundlagen der Ultraschallechografie (A-Bild) . . 54

PHY02 Schallgeschwindigkeit in Festkörpern . . . . . . . . . 55

PHY03 Schallschwächung in Festkörpern . . . . . . . . . . . . . 56

PHY04 Schallschwächung in Flüssigkeiten . . . . . . . . . . . . 57

PHY05 Spektrale Untersuchungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

PHY06 Frequenzabhängigkeit des Auflösungsvermögens 59

PHY07 Transversalwellen in Festkörpern . . . . . . . . . . . . . 60

PHY08 Ultraschall-B-Bild . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

PHY09 Ultraschall-Computertomografie . . . . . . . . . . . . . 62

PHY10 Schallfeldcharakteristik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

PHY11 Debye-Sears-Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

PHY12 Projektion stehender Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . 65

PHY13 Ultraschall-Doppler-Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

PHY15 Strömungsgesetze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

PHY16 Mechanische Scanverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

PHY17 Akustooptische Modulation an stehenden Ultraschallwellen

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

PHY19 Phasen- und Gruppengeschwindigkeit . . . . . . . . . 71

PHY20 Bestimmung der Fokuszone . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

PHY21 Reflexion und Transmission an Grenzflächen . . . . 73

PHY22 Phasensprung und Resonanzeffekte . . . . . . . . . . . 74

PHY23 Dispersion von Ultraschallwellen (Lambwellen) . 75

PHY24 Thermoakustischer Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

Medizin 86-93

MED01 Ultraschall TM-Mode (Echokardiografie) . . . . . . .86


(Mammasonografie) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87

MED03 Grundlagen der Doppler-Sonografie . . . . . . . . . .88

MED04 Biometrie am Augenmodell . . . . . . . . . . . . . . . . .89

MED05 Gefäßdiagnostik mit Ultraschall (Angiologie) . . .90

MED06 Blutdruckmessung mit Ultraschall (Doppler-

Verschlussdruckmessung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91


95

GAMPT-Katalog

Firmenprofil

Gesellschaft für Angewandte Medizinische Physik

und Technik

Im Jahr 1998 von Mitarbeitern des Instituts für Medizinische Physik und Biophysik der

Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg gegründet, steht der Name GAMPT heute für

umfassende Expertise auf dem Gebiet der Ultraschallmesstechnik. Wir entwerfen eigene

Projekte und arbeiten mit Partnern aus Wirtschaft und Forschung gemeinsam an Lösungen.

Ein wachsendes Netzwerk von Kunden und Partnern in Deutschland, Europa, Asien und

den USA ist Ausdruck zahlreicher erfolgreicher Kooperationen.

Top-Produkte für die praxisnahe Ausbildung

Aufbauend auf langjährigen Erfahrungen bei der Betreuung von Studenten verschiedenster

Fachrichtungen im physikalischen Praktikum entwickeln und fertigen wir Geräte

und Versuchsaufbauten, an denen praktische Anwendungen von Ultraschalltechnik in der

Medizin, der Physik und der Werkstoffwissenschaft anschaulich trainiert werden können.

Modernste Ultraschallmesstechnik

Über Jahre gewachsenes Know-how auf dem Gebiet der Ultraschallmessung qualifiziert

uns dazu, auch sehr komplexe und hochsensible Messmethoden und Geräte zu projektieren

und zu realisieren – Beispiele sind der „BubbleCounter“ im Bereich der Medizintechnik

und das Membranhydrofon zur Vermessung von Schallfeldern.

Forschung im Auftrag des Kunden

Neben unseren eigenen Geräten entwickeln wir auf Wunsch auch individuelle Ultraschall-

Lösungen. Vom Schaltungsentwurf, über den Bau von Sensoren, die Entwicklung passender

Softwarelösungen bis hin zur Anfertigung kompletter Geräte – die Köpfe von GAMPT finden

für hochspezialisierte Anforderungen die passenden Konzepte.

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© 2016 GAMPT mbH

Produktabbildungen in diesem Katalog dienen der besseren Veranschaulichung.

Änderungen in Farbe und Gestalt sind möglich. Alle beschriebenen technischen

und funktionalen Eigenschaften werden nicht beeinflusst. Zusätzliche Eigenschaften,

Irrtümer, Satz- und Druckfehler sind möglich.

Bildquellen:

• GAMPT mbH

• Huntstock/ the Agency Collection / Getty Images - Lizenziert für GAMPT mbH

(Umschlag-Vorderseite)

• Universität Stuttgart, Institut für Wasser- und Umweltsystemmodulierung

(Umschlag-Rückseite)

Gestaltungskonzeption:

ackermannundandere kommunikationsdesign

Kontakt:

GAMPT mbH

Hallesche Strasse 99F

D-06217 Merseburg

Germany

Fon: +49 - 34 61 - 2 78 69 10

Fax: +49 - 34 61 - 2 78 69 11 01

info@gampt.de

www.gampt.de

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