Strömungs- und Strukturbildgebung durch akustische Multimode-Wellenleiter basierend auf dem Zeitumkehrverfahren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen W. Czarske; Dr.-Ing. Sven Eckert
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 411799900

Die ultraschallbasierte Messtechnik ist ein Schlüsselwerkzeug für Untersuchungen in der Magnetohydrodynamik, da sie eine hochaufgelöste Strömungs- und Strukturbildgebung in opaken Fluiden ermöglicht. Aufgrund der Temperaturempfindlichkeit der Ultraschallwandler sind die Untersuchungen 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. Bisher werden dafür Singlemode-Wellenleiter genutzt, welche jedoch akustisch stark dämpfend sind und folglich nur eine geringe Signalqualität ermöglichen. Weiterhin ist ein mechanisches Scanning für die Bildgebung erforderlich. Dieser Forschungsantrag verfolgt erstmals das Ziel, Methoden für die ultraschallbasierte Bildgebung durch akustische Multimode-Wellenleiter umfassend zu untersuchen. Multimode-Wellenleiter können die Informationen eines vollständigen Bildfeldes übertragen, allerdings führt die komplexe Schallausbreitung zu einer Vermischung der Bildinformationen (Streuung). Diese soll 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 ex situ als auch 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 vorgenommen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen