VVom 6. bis 9. Mai 2025 fand die "Sensor and Measurement Science International" (SMSI2025) Konferenz in Nürnberg statt.
Das Fachgebiet Elektrische Messtechnik war dort mit zwei Beiträgen vertreten.
Tom Nellius gab in seinem Vortrag mit dem Titel "Ultrasonic phased array interface using programmable I/O and microprocessor clock synchronisation" einen Einblick in die Ergebnisse seiner Masterarbeit.
In seinem Vortrag präsentierte er eine skalierbare und kostengünstige Lösung zur gezielten, zeitversetzten Ansteuerung der einzelnen Elemente eines Ultraschallwandlerarrays um damit unter anderem die selektive Anregung geführter Wellen zu ermöglichen.
Das Fachgebiet Elektrische Messtechnik betreibt seit Langem sehr erfolgreich ein eigens entwickeltes Messsystem zur Charakterisierung plattenförmiger Materialproben.
Die Detektion der dabei verwendeten geführten, akustischen Wellen erfolgt über einen eigenes auf diese Anwendung ausgelegten Ultraschallwandler.
In seinem Vortrag "Evaluation of piezoelectric micromachined ultrasonic transducers (PMUT) for the broadband detection of ultrasonic elastic waves" berichtete Henning Zeipert über die Möglichkeit diesen spezial angefertigten Sensor durch eine kommerziell herstellbare Alternative zu ersetzen, um damit die Realisierung des Verfahrens in der Industrie zu ermöglichen.
Nachfolgend finden sich die Kurzfassungen der präsentierten Beiträge. Nach der Veröffentlichung des Tagungsbandes können die vollständigen Artikel den Publikationslisten des Fachgebietes entnommen werden.
Ultrasonic phased array interface using programmable I/O and microprocessor clock synchronisation
Tom Nellius, Kevin Henne, Maximilian Hartinger, Lars Meihost, Tim Hetkämper, Henning Zeipert, Leander Claes, Bernd Henning
This contribution constitutes an approach to ultrasonic phased array excitation using programmable input/output banks for fast, digital signal generation, a method to synchronise a number of microprocessors and a minimalistic analogue frontend.
Exploiting the low-pass characteristic of the array’s transducers, it is assumed sufficient to apply a binary signal to each element.
These signals are generated synchronously by state machines implemented in hardware, a feature present on some microcontrollers designated as programmable input/output.
To increase the number of channels, the clock of a number of microcontrollers is synchronised using a phase detection circuit.
A digital-input MOSFET low-side driver circuit is used for each channel to amplify the digital signals. Synchronous signal generation for a 64-element array is demonstrated using schlieren imaging.
Evaluation of piezoelectric micromachined ultrasonic transducers (PMUT) for the broadband detection of ultrasonic elastic waves
Henning Zeipert, Leander Claes, Chris Stoeckel, Shubham Mulay, Bernd Henning
Elastic waves in solids are frequently used for material characterisation or non destructive testing methods.
For the detection of elastic waves with high sensitivity piezoelectric transducers are commonly used.
This investigation compares the performance of a piezoceramic based ultrasonic transducer and a piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (PMUT) for the detection of broadband acoustic waves in the spatial and temporal regime.