Schalldruck in Abhängigkeit von Abstand, Material und Freq.

HansP · Anmeldungsdatum: 14.12.2018 Beiträge: 3

Liebe Community,
ich bin neu hier im Forum. Hallo! Augenzwinkern

Während meiner Bachelorarbeit entwickle ich einen Ultraschall-Durchflusssensor für Flüssigkeiten.
Der Ultraschallwandler, der hierfür verwendet werden soll, hat einen maximalen Schalldruck von 1,6 MPa und eine Frequenz von 1 MHz. Das Ultraschallsignal geht zuerst durch Kunststoff (PE) dann Wasser und dann wieder Kunststoff.
Ich möchte ausrechnen wie viel des ursprünglichen Schalldrucks, der vom Sender ausgestrahlt wird, am Empfänger ankommt.
Das Ultraschallsignal durchläuft zuerst 20 mm PE.
Der Kunststoff PE hat eine Dämpfung von 9,7 dB/cm bei 1 MHz (Taschenbuch der technischen Akustik).

Muss man dann zuerst 1,6 MPa in dB umrechnen und dann davon 2 * 9,7 dB/cm abziehen?

Und gibt es nicht eine allgemeine Formel wie man den Schalldruck in einem bestimmten Abstand ausrechnen kann? Also diese Formel müsste das Material und auch die Frequenz berücksichtigen, da davon auch die Eindringtiefe abhängt.

Danke und viele Grüße
HansP

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7462

Willkommen im Physikerboard!

Ja, Dein Ansatz ist richtig.

Eine Formel kann man ebenfalls angeben, hier geht es um die Schallfeldimpedanz bei Kugelwellen. Diese ist komplex und verknüpft die Schallschnelle

im Ursprung mit dem Schalldruck

im Abstand

:

Dabei ist

die Wellenzahl und

die Schallkennimpedanz.

Viele Grüße
Steffen

HansP · Anmeldungsdatum: 14.12.2018 Beiträge: 3

Hallo Steffen,

danke für die Formel.
Die Werte sind alle gegeben, bis auf die Schallschnelle.
Wie kommt man auf die Schallschnelle, wenn bei meinem Ultraschallwandler nur der Schalldruck von 1,6 MPa gegeben ist?

Laut Wikipedia ist v = p / Z.
Also p = Schalldruck, Z = Schallkennimpedanz.
Ist das richtig?

v = 1 600 000 Pa / (900 kg/m^3 x 1950 m/s)
v = 0,91 m/s

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7462

Ich kenne Deinen Wandler nicht, hätte aber erwartet, dass der angegebene Schalldruck sich auf Luft bezieht, dann müsste man mit

rechnen. Du scheinst aber hier PE genommen zu haben.

HansP · Anmeldungsdatum: 14.12.2018 Beiträge: 3

Ich benutze diesen US-Wandler:
http://chinaultrasound.com/product/1mhz-ultrasonic-transducer-for-flow-meter-tl1000kc/

Ja genau ich habe PE genommen, weil das US-Signal direkt in PE geht. Der US-Wandler wird mit einer dünnen Schicht Klebstoff eingeklebt damit keine Luft zwischen US-Wandler und PE ist.

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7462

Hm, das ist letztlich auch nur ein Piezolautsprecher, der wohl ziemlich hart rangenommen wird. Indem man eine sehr hohe Spannung (wenn auch mit 2% Tastverhältnis) bei der Resonanzfrequenz draufgibt, erreicht man wohl wirklich eine sehr hohe Verformung mit einer entsprechenden Schnelle.

Aber die 1,6 MPa beziehen sich meines Erachtens dennoch auf Luft als Medium. Ich bin nicht so erfahren mit Piezos, aber wenn man danach googelt, bekommt man immer den maximalen Schalldruck in einer bestimmten Entfernung angegeben, der dann offenbar ebenfalls Luft als Medium ansetzt, denn das ist ja der übliche Anwendungsfall.