Strömungs- und Strukturbildgebung durch akustische Multimode-Wellenleiter basierend auf dem Zeitumkehrverfahren
Die ultraschallbasierte Messtechnik ist ein Schlüsselwerkzeug für Untersuchungen in der Magne-tohydrodynamik, da sie eine hochaufgelöste Strömungs- und Strukturbildgebung in opaken Fluiden ermöglicht. Aufgrund der Temperaturempfindlichkeit der Ultraschallwandler sind die Untersuchun-gen in der Regel auf Modellexperimente bei Raumtemperatur beschränkt. Ein Ansatz zur In-Prozessmesstechnik an heißen Schmelzen ist die Separation der Ultraschallwandler vom heißen Medium durch akustische Wellenleiter, die einen Temperaturgradienten aufweisen. Bisher werden dafür Singlemode-Wellenleiter genutzt, welche jedoch akustisch stark dämpfend sind und nur eine geringe Signalqualität ermöglichen.
Weiterhin sind sie mechanisch komplex aufgebaut und erlauben keine unmittelbare Bildgebung. Dieser Forschungsantrag verfolgt nun erstmals das Ziel, Methoden für die ultraschallbasierte Bildgebung durch akustische Multimode-Wellenleiter zu entwickeln und umfassend zu untersuchen. Multimode-Wellenleiter können die Informationen eines vollständigen Bildfeldes übertragen, allerdings führt die komplexe Schallausbreitung zu einer Vermischung der Bildinformationen. Diese soll nun mittels Systemidentifikation
korrigiert werden um quantitative Messungen zu ermöglichen. Im Rahmen des Projektes werden die systemtechnischen Aspekte der ultraschallbasierten Bildgebung durch akustische Multimode-Wellenleiter beleuchtet. Es wird die Methode des „Time Reversal
Virtual Array“ zur Kompensation der komplexen Schallausbreitung im Wellenleiter untersucht, welche basierend auf dem Zeitumkehr-Verfahren eine neuartige Bildgebung ermöglicht. Es sollen Strategien analysiert werden, die die nötige Systemidentifikation ohne Zugang zum Messfeld sowohl unter Laborbedingungen (ex situ) als auch unter Einsatzbedingungen (in situ) ermöglichen. Anschließend wird eine bildgebende Strömungs- und Strukturerfassung systematisch charakterisiert und für die Nutzung an heißen Schmelzen qualifiziert. In diesem Vorhaben werden die Möglichkeiten und Grenzen des neuen Messsystems untersucht und der Transfer der gewonnenen
Erkenntnisse für die Strömungs- und Strukturbildgebung in die Grundlagenforschung der Magnetohydrodynamik verfolgt.
Bearbeiter: A. Klass, R. Nauber,
Zeitraum: 01/19 - 12/21
Partner: Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Dr. Eckert
Principle of time reversal virtual array method for reduced, ex situ calibration (green stars to calibrate) compared to classical time reversal imaging (yellow starts to calibrate).