Handbuch SC600 - GAMPT mbH (Gesellschaft für Angewandte
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1. 4BPraktikumsversuche Praktikumsversuche Die folgende Liste enth lt Vorschl ge zu Praktikumversuchen welche mit dem SC600 und entspre chendem Zubeh r durchgef hrt werden k nnen Kurzbeschreibungen sowie Informationen zum ben tigten Equipment zum Aufbau oder zur Durchf hrung finden Sie in unserem Katalog und auf unserer Website Der Debye Sears Effekt und die Projektion stehender Wellen werden im Anschluss in den Abschnitten 5 2 und 5 3 n her beschrieben 5 1 PHY11 Debye Sears Effekt PHY12 Projektion stehender Wellen PHY17 Akustooptische Modulation an stehenden Ultraschallwellen PHY19 Phasen und Gruppengeschwindigkeit PHY24 Thermoakustischer Sensor INDO4 Konzentrationsmessung mit Resonanzzelle Allgemeine Versuchshinweise Folgende Hinweise sollten zum Gelingen der Versuche beachtet werden Es ist m glichst entgastes Wasser zu verwenden da Luftblasen sowohl das Schallfeld als auch den Durchgang des Laserlichtes st ren An der Ultraschallsonde befindliche Luftblasen sind zu entfernen Es sollten m glichst gro e Entfernungen zwischen Probengef und Projektionswand ver wendet werden um so die Abst nde der Beugungsordnungen zu vergr ern und den Mess fehler zu minimieren Wenn nicht gemessen wird ist der Ultraschall auszuschalten um eine Erw rmung der Pro benfl ssigkeit zu vermeiden F r exakte Messungen ist die Temperatur zu bestimmen und zu vergleichen Bei allen Frequenzen bis 9 MHz sollten bei h2. Entfernung s zwischen Ultraschallwelle und Beugungsbild die Anzahl N der Beugungsmaxima der Abstand x zwischen der N ten und N ten Beugungsordnung die Schallfrequenz v und die Wellenl nge A des Laserlichts bekannt k nnen die Wellenl nge des Schalls A und die Schallgeschwindigkeit c in der Fl ssigkeit nach folgenden For meln berechnet werden Abb 31 Schematische Darstellung der geometrischen Verh ltnisse beim Debye Sears Versuch Beispielmessungen Tab 4 Zusammenfassung gegebener gemessener und berechneter Werte Fl ssigkeit gegebene Werte Messwerte berechnete Werte Literaturwerte vinMHz A innm N sinm xincm Asinum cin m s cin m s Wasser 4 650 rot 4 2 9 4 1 367 8 1471 1480 bei 20 C Glycerin 4 650 rot 2 2 9 1 6 471 2 1885 1900 bei 25 C 18 GAMPT mbH Hallesche Stra e 99F D 06217 Merseburg Tel 49 3461 2786910 www gampt de 4BPraktikumsversuche 5 3 Projektion stehender Wellen Eine stehende Ultraschallwelle in einer Fl ssigkeit kann mit Hilfe von divergentem monochromatischen Licht direkt abgebildet werden Durch die stehende Welle werden in der Fl ssigkeit Schalldruckunterschiede erzeugt die sich entlang der Schallachse periodisch wiederholen Die dadurch be Abb 32 Mit rotem Laserlicht gewonnene Projektions bilder stehender Ultraschallwellen in Wasser bei ben l ngs der Schallachse rtlich differie Schallfrequenzen von 2 8 MHz 3 5 MHz und rende und sich periodisch wiederholende 4 5 M
3. divergentem Laserlicht durchstrahlt wird Die sich periodisch wiederholenden Dichteschwan kungen l ngs der Schallachse bewirken eine unterschiedliche Brechung des Laserlichts Das Ergebnis ist eine Abbildung mit einer Hell Dunkel Verteilung die durch die Wellenl nge und somit die Fre quenz des Ultraschall bestimmt ist Informationen zu weiteren Einsatzm glichkeiten und Zubeh r finden Sie in unserem aktuellen Katalog und auf unserer Website 3 Sound Wave Controller SC600 Das Ger t erlaubt die Erzeugung kontinuierlicher Schallwellen cw continous wave mit hoher Leis tung ber einen weiten Frequenzbereich bis 20 MHz und kann au erdem im Burst oder Pulse Mode betrieben werden Neben dem Ultraschallgenerator sind ein Signalgenerator und eine Steuereinheit f r Laserdiodenmodule integriert Alle einstellbaren Ger teparameter und wichtige Ausgangsgr Ren werden auf der zentral angeordneten LCD Anzeige dargestellt SC600 und Ultraschallsonden Lasermodule sind aufeinander abgestimmt Bevor Sie Sonden u anderer Hersteller verwenden pr fen Sie bitte ob die technischen Parameter kompatibel sind 4 GAMPT mbH Hallesche Stra e 99F D 06217 Merseburg Tel 49 3461 2786910 www gampt de 2BSound Wave Controller SC600 3 1 Vorderansicht des SC600 FRECIUENCY GENERATOR LASER ON OFF 9 7 SOUND WAVE LASER 8 CONTROLLER CONTROL Sc600 10 aMPT ON OFF gaMPT TRIGGER 11 12 13 14 15 13 16 17 Abb 2 Frontansicht des SC60
4. es zu Kurzschl ssen oder Stromschl gen kommen kann gt Schlie en Sie an den mit PROBE bezeichneten Ausgang der ULTRASONIC Unit nur die von der Firma GAMPT mbH mitgelieferten Ultraschallwandler an Vorsicht es liegen Spannungen bis zu 50 V und Str me bis zu 1000 mA an gt Betreiben Sie den angeschlossenen Ultraschallwandler nicht ohne Kontakt zu einer Fl ssigkeit da es zur berhitzung und damit zur Zerst rung des Wandlers kommen kann gt Schalten Sie den Ausgang PROBE des SC600 ab wenn die Ultraschallsonde nicht angeschlossen ist oder nicht ben tigt wird gt Damit dem Ger t und dem zugeh rigen Schallwandler Leistungsultraschall erzeugt wird darf der Schallwandler nicht an Personen bzw Lebewesen angewendet werden gt Die aktuell von uns elieferten Lasermodule sind mit Laserdioden der Laser Klassen 2 und 3R g EN 60825 1 mit einer Leistung von lt 1 mW bzw lt 5 mW versehen Informieren Sie sich vor ihrer Verwendung ber die notwendigen Schutzma nahmen Schalten Sie ein am Ausgang LASER des SC600 angeschlossenes Laser Modul nicht ein wenn sich Personen in Strahlrichtung befinden Blicken Sie nicht in den Laserstrahl und richten Sie den Laser generell nicht auf andere Personen oder Lebewesen 2 GAMPT mbH Hallesche Stra e 99F D 06217 Merseburg Tel 49 3461 2786910 www gampt de 1BEinf hrung 2 Einf hrung Im Jahre 1932 wurde von Debye und Sears erstmals gezeigt dass Licht beim Durchgang durch ei
5. nur durch den im Handbuch angegeben Typ Beim Einsetzen fal u scher Sicherungstypen besteht Brandgefahr 6 GAMPT mbH Hallesche Stra e 99F D 06217 Merseburg Tel 49 3461 2786910 www gampt de 2BSound Wave Controller SC600 3 3 LCD Anzeige Zur Einstellung und Darstellung der Ger teparameter ist eine LCD Anzeige mit 4 Zeilen zu je 16 Zei chen vorhanden Etwa 2 Sekunden nach dem Einschalten des Ger tes erscheint in der LCD Anzeige der Begr ungsbildschirm inklusive der Angabe der Versionsnummer der Ger tesoftware Abb 5 GAMPT mbH SC600 Software Version 2 1 Maerz 2013 Abb 5 Begr ungsbildschirm Nach Abschluss der Initialisierung wird der Startbildschirm Abb 6 angezeigt Zeile 1 enth lt jetzt Angaben zum Betriebsmode und zur Signalform Zeile 2 dient der Anzeige der Einstellwerte des Sig nalgenerators In Zeile 3 und 4 werden links die am PROBE Ausgang anliegenden Spannungs und Stromwerte und rechts der am LASER Ausgang anliegende Spannungswert angezeigt MODE cw SIN Zeile 1 Signalmode und Signalform Anzeige Els 1000000 Hz Zeile 2 Einstellwert Anzeige U 45 89V LASER Zeile 3 Ultraschall Spannungsanzeige L20 021A 2 41V Zeile 4 Ultraschall Stromanzeige und Laserspannungsanzeige Abb 6 Startbildschirm Version 2 1 3 4 Bedienung des SC600 3 4 1 Signalgenerator Frequency Generator Der integrierte Signalgenerator kann Signale mit Frequenzen von 1 Hz bis 20 MHz erzeugen die digital in 1 Hz Schrit
6. stehender Ultraschallwellen usw versehen Zur Ver suchsdurchf hrung werden die Lasermodu 14 GAMPT mbH Hallesche Stra e 99F 1 2 3 4 Abb 25 Multifrequenzsonde 1 Schallabstrahlfl che vergossen 2 Sondengeh use 3 Anschlussstecker LEMO 4 Anschlusskabel Abb 26 Lasermodul rot Austrittsfenster Laserstrahl Laserdiodenh lle Hohlstecker zum Anschluss an SC600 Anschlusskabel D 06217 Merseburg Tel 49 3461 2786910 www gampt de 3BZubeh r le in der Laserhalterung des ADM Probengef es Abb 27 befestigt Die Spannungsversorgung der Module erfolgt ber die LASER Einheit des SC600 Dazu wird das Lasermodul ber seinen Hohlste cker 3 mit dem SC600 verbunden 4 3 Probenwanne und Sondenjustierung Abb 27 Schnittdarstellung von Probenwanne Deckel mit Sondenjustierung Sonde und Laserhalterung 1 Justierschrauben zur Sondenausrichtung 2 Deckel 3 Sondenhalterung 4 Ultraschallsonde 5 Feststellschraube f r Lasermodul 6 Aufnahmeschacht f r Projektionslinse 7 Halterung f r Lasermodule 8 Feststellschraube f r Ultraschallsonde 9 Glasgef Sound Wave Controller SC600 Benutzerhandbuch Version 1 0G Die Erzeugung von stehenden Ultraschallwel len erfolgt in einem oben offenen Glasgef 9 Abgedeckt wird das Probengef mit einem speziellen Deckel 2 Der Deckel ist mit einer Halterung 3 f r die Ultraschallsonde 4 ver
7. 0 1 Stromregler Ausgang PROBE 10 Status LED Ausgang LASER 2 Spannungsregler Ausgang PROBE 11 Ein Aus Schalter Ger t 3 LCD Anzeige 12 Ausgang Ultraschallgenerator 4 Einstellung Wert Mode 13 Taster Dezimalstellenauswahl 5 Einstellung Auswahl Signalform 14 Trigger Ausgang 6 Spannungsregler Ausgang LASER 15 TTL Ausgang 7 Ein Aus Taster Ausgang PROBE 16 Signalausgang Signalgenerator 8 Status LED Ausgang PROBE 17 Ausgang Laserspannung 9 Ein Aus Taster Ausgang LASER Sound Wave Controller SC600 Benutzerhandbuch Version 1 0G 5 2BSound Wave Controller SC600 3 2 R ckseite des SC600 Order No GAMPT 20100 BaMPT van sceo menona Geh 13002 Power Rating 200 mA Abb 3 Ansicht der R ckseite des SC600 Auf der R ckseite des Ger tes befindet sich die Steckdose f r den Netzanschluss Im unteren Teil der Steckdose ist ein Sicherungseinschub integriert Dieser nimmt die Sicherung f r das Ger t und eine Reservesicherung auf Sicherungswechsel Zum Wechsel der Ger te Sicherung ist der Sicherungsein schub aus der Steckdose herauszuziehen Abb 4 Erforderlicher Sicherungstyp T1A siehe Abschnitt 6 Be ent nee herausgezogenem Siche rungseinschub Das Ger t arbeitet mit Netzspannung Die Ber hrung spannungsf hrender Teile ist lebensgef hrlich Schalten Sie das Ger t aus und ziehen Sie das Netzkabel aus dem Stecker bevor Sie den Sicherungseinschub herausziehen Ersetzen Sie die Sicherung
8. 000 Hz U 45 89V LASER 1 0 021A 2 41V Abb 23 Spannung U und Strom I am Ultraschallgenerator Sound Wave Controller SC600 Benutzerhandbuch Version 1 0G 11 2BSound Wave Controller SC600 Mit Hilfe des Schalters 7 PROBE ON OFF kann die Leistungsversorgung der Ultraschallsonde ein und ausgeschaltet werden Der Status des PROBE Ausgangs 12 wird durch die Kontroll LED 8 ber dem Anschluss angezeigt Wenn die LED leuchtet ist der Ultraschallgeneratorausgang eingeschaltet und die Ultraschallsonde wird mit Leistung versorgt Vorsicht Am PROBE Ausgang k nnen Spannungen bis 50 V und Str me bis 1000 mA anliegen m Schalten Sie den PROBE Ausgang ab Kontroll LED ist aus wenn die Ultraschallsonde nicht angeschlossen ist oder nicht ben tigt wird In der Ultraschallsonde wird eine hohe Leistung umgesetzt die zur Erw rmung der Sonde f hrt Betreiben Sie die angeschlossene Ultraschallsonde nicht ohne Kontakt zum Untersu chungsobjekt Fl ssigkeit Probenwanne usw da es sonst zur berhitzung und damit zur Zerst rung der Sonde kommt Schalten Sie die Leistungsversorgung der Sonde ber den Schal ter 7 ab wenn die Sonde nicht ben tigt wird 3 4 3 Spannungsversorgung f r Lasermodule LASER F r die akustooptischen Versuche auf Grundlage der Beugung oder Brechung von Licht an einer Ult raschallwelle werden von GAMPT Lasermodule bereitgestellt deren Laserdioden kontinuierlich mo nochromatisches Licht im roten gr
9. 70 mm x 265 mm B x H x T 100 240 V 50 60 Hz max 100 VA T 1A EN 60127 2 3 G Sicherungseinsatz tr ge 1 Ampere 5 x 20 mm Ultraschallgenerator ULTRASONIC UNIT Signalgenerator FREQUENCY GENERATOR Spannungsversorgung f r Lasermodule LASER Signalgenerator FREQUENCY GENERATOR Signalmoden Signalformen Frequenz Pulswiederholfrequenz Burstl nge Ausgang TRIGGER Ausgang TTL Ausgang SIGNAL Display Sound Wave Controller SC600 cw Burst oder Puls Sinus Dreieck oder Rechteck lt 20 MHz einstellbar in 1 Hz Schritten 1 Hz 20 kHz einstellbar in 1 Hz Schritten 1 65000 ps einstellbar in 1 us Schritten Pulsbreite im Puls Mode Burstl nge TTL Puls in Burst oder Puls Mode 0 5 Vss Rechtecksignal Signal entsprechend den Einstellungen des Signalgenerators mit lt 2 5 Vss 4 zeiliges LCD zur Anzeige und Einstellung der Parameterwerte des Sig nalgenerators und des Ultraschallgenerators sowie der Ausgangsspan nung der LASER Einheit Benutzerhandbuch Version 1 0G 21 5BTechnische Details Ultraschallgenerator ULTRASONIC UNIT Signalausgang PROBE Statusanzeige Ausgangsspannung Strombegrenzung LASER Einheit Ausgang LASER Statusanzeige Spannung 6 2 Zubeh r Multifrequenzsonde Frequenz Abmessungen Wandlerelement Kabel LEMO Buchse abschaltbar LED Kontrollleuchte 2 50 Vss kontinuierlich einstellbar 0 1000 mA kontinuierlich einstellbar Mod
10. Hz Brechungsindizes zur Folge Die Projektion der stehenden Welle zeigt daher bei der Verwendung von monochromatischem Licht eine Hell Dunkel Modulation mit sich peri odisch wiederholenden Helligkeitsmaxima die den Dichteunterschieden entsprechen Abb 32 wirkten rtlichen Dichteunterschiede ha HIHN Zur Bestimmung der Wellenl nge aus dem Verteilungsbild und der Geometrie m ssen au er der Brennweite f der Linse in Luft m noch Brechungskorrekturen durch die Abb 33 Schematische Darstellung der geometrischen Glasw nde und die Messfl ssigkeit ber ck Verh ltnisse bei der Projektion einer stehenden sichtigt werden Abb 33 Zur exakten Be Ultraschallwelle stimmung der Wellenl nge empfiehlt sich daher die Methode der Lichtbeugung wie in Abschnitt 5 2 beschrieben f 81_ a 2X ne N m s Bi 8 ata ng n 3 Die exakte Berechnungsvorschrift f r die Schallwellenl nge s aus der Projektions darstellung gibt die Formel 3 an Der Ab stand a zwischen Schallfeld und Glaswand auf der Linsenseite und der Abstand a k nnen n herungsweise mit jeweils der H lfte des Innenma Res angenommen werden Die Glasst rke g entspricht der Summe aus Wanddicke des Glasgef es und der Dicke des Glastr gers der Projektionslinse Die Brechungsindexe n der Messfl ssigkeit und ng des Glases m ssen bestimmt oder aus der Literatur entnommen werden N ist die Anzahl der Hel ligkeitsmaxim
11. Lehrmittel SOUND WAVE CONTROLLER SC600 Ultraschallgenerator mit Zubeh r f r den Debye Sears Versuch und zur Projektion stehender Ultraschallwellen u T E o D Ro g z a Benutzerhandbuch www gampt de gaMPT ULTRASONIC SOLUTIONS Erstausgabe Version 1 0 Mai 2013 Gesellschaft f r Angewandte Medizinische Physik und Technik mbH Hallesche Strasse 99F 06217 Merseburg Telefon 49 3461 278691 0 Fax 49 3461 278691 101 E Mail info gampt de Besuchen Sie uns im Internet www gampt de 2014 GAMPT mbH Alle Rechte sind der GAMPT mbH vorbehalten Kein Teil dieses Handbuchs darf in irgendeiner Form ohne die Genehmigung der GAMPT mbH reproduziert oder verarbeitet vervielf ltigt oder verbreitet werden Die GAMPT mbH haftet nicht f r Sch den infolge von Fehlgebrauch sowie Reparaturen und Ab nderungen die von dritter nicht von der GAMPT mbH autorisierter Seite vorgenommen werden Technische nderungen vorbehalten Irrt mer vorbehalten Druck 13 03 2014 Version 1 0G Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 Sicherheitshinweise 2 2 222 0 2er keine 2 2 IENTohrunE east 3 3 Sound Wave Contr ller SC600 neun ee 4 3 1 Vorderansicht desSsc600 2 essen 5 3 2 R ckseiterdes SC600 nur Babe ae nie Be ne 6 3 3 LCDF NZEIBE nee Be ee sales nenne aan nerseee des este 7 3 4 Bedienung d s SC60O energie 7 3 4 1 Sienalgenerator Frequency Generator anne 7 3 4 2 Ultraschallge
12. ODE Cw SIN E 1000000 Hz U 45 89V LASER 1 270 70 25 Annn 2 A y Abb 10 Sinus Ausgangszustand MODE cw sau ER 1000000 Hz U 45 89V 2 LASER NEO RO ZT A Er Fre KAT V Abb 11 1 x dr cken Auswahl Rechteck Signal MODE cw TRI Eis 1000000 Hz U 45 89V LASER 1279 c 021A E 2a AV Abb 12 2 x dr cken Auswahl Dreieck Signal GAMPT mbH Hallesche Stra e 99F D 06217 Merseburg Tel 49 3461 2786910 www gampt de 2BSound Wave Controller SC600 Auswahl und Anzeige der Signalgr en des Genratorsignals Am Frequenz bzw Signalgenerator k nnen folgende Signalgr en entsprechend Tabelle 1 angezeigt und ver ndert werden Signalfrequenz Signalamplitude Pulswiederholfrequenz und Burstl nge Die Auswahl der anzuzeigenden bzw einzustellenden Signalgr e erfolgt durch Drehen des Drehknopfs 5 SELECT WAVEFORM MODE cw SIN F 1000000 Hz U 45 89V LASER 1 2210 O2 TA nE 2 AV Abb 13 Frequenz Ausgangszustand MODE cw SIN AMP 1000 mVs ss U 45 89V LASER 1 0 021I1A A Abb 14 Drehen rechts Amplitude des SIGNAL Ausgangs MODE cw SIN PIREN 1000 Hz U 45 89V LASER I 02 02TA P 2n EV Abb 15 Drehen rechts Pulswiederholfrequenz bei Burst und Puls MODE Cw SIN BuL 10 mys U 45 89V LASER 12002 A 24N Abb 16 Drehen rechts Burstl nge ist auch gleich der doppelten Pulsbreite im Pulsmode Sound Wave Controller SC600 Benutzerhandbuch Version 1 0G 9 10 2BSound Wave Controlle
13. a und x der dazugeh rende Abstand Die Schallgeschwindigkeit in der Fl ssigkeit er gibt sich wieder nach Gleichung 2 Sound Wave Controller SC600 Benutzerhandbuch Version 1 0G 19 4BPraktikumsversuche Anmerkung Eine gute Projektion der stehenden Ultraschallwelle l sst sich mit dem mitge lieferten Glasprobengef meist nur f r 4 MHz realisieren Besonders f r 1 MHz kommt es zu destruktiven berlagerungen der eingestrahlten Ultraschallwellen mit den an der Untersei te des Gef bodens reflektierten Ultraschallwellen F r 8 MHz ist die Amplitude der abge strahlten Ultraschallwelle zu gering und zus tzlich die Absorption deutlich h her der Ab sorptionskoeffizient ist proportional zum Quadrat der Frequenz so dass es zu keiner deut lich ausgepr gten stehenden Welle kommt Beispielmessung f r Wasser Gegebene Werte Brennweite der Linse in Luft f 10cm Brechungsindex von Glas ng 1 45 Brechungsindex von Wasser n 1 33 Schallfrequenz v 4MHz Tab 5 Zusammenfassung der Messwerte und Ergebnisse gemessene Werte berechnete Werte Literatur azincm g incm gincm sinm xinem N sinum cinm s cin m s 4 8 0 5 0 4 3 03 8 9 9 397 1590 1480 bei 20 C 20 GAMPT mbH Hallesche Stra e 99F D 06217 Merseburg Tel 49 3461 2786910 www gampt de 5BTechnische Details 6 Technische Details 6 1 Sound Wave Controller SC600 Allgemein Abmessungen Netzspannung Leistungsaufnahme Absicherung Module 255 mm x 1
14. e Frequenz Pulswiederholfrequenz und Burstl nge entsprechen den am Signalgenerator eingestellten Werten Hohlstecker Buchse f r Stecker mit 5 5 mm Au endurchmesser und 2 5 mm Innendurchmesser abschaltbar LED Kontrollleuchte 1 7 3 5 V DC kontinuierlich einstellbar 1 MHz bis ca 13 MHz 65 mm x 27 mm L x D ohne Kabel Kreisscheibe mit 16 mm Durchmesser L nge ca 1 5 m LEMO Stecker zum Anschluss an PROBE Ausgang des SC600 22 GAMPT mbH Hallesche Stra e 99F D 06217 Merseburg Tel 49 3461 2786910 www gampt de Probenwanne Abmessungen Material Laserhalterung Sondenjustierung Abmessungen Material Sondenhalterung Lasermodule Strahlfleck Wellenl ngen Leistung Versorgungsspannung Stromaufnahme Modulabmessungen Anschlusskabel Projektionslinse Glastr ger Linse Sound Wave Controller SC600 5BTechnische Details 123 mm x 115 mm x 144mm B x H x T Glas Wanddicke 4 mm 17 mm Aufnahme ffnung f r Lasermodule Aufnahmeschacht f r Projek tionslinse 123 mm x 52 mm x 105 mm B x H x T POM passend f r GAMPT Ultraschallsonden Dreipunktjustiervorrichtung lt 6 mm in Abstand von 3 m 650 nm rot 532 nm gr n 405 mm blau rot gr n lt 5 mW Laser Klasse 3R EN 60825 1 blau lt 1 mW Laser Klasse 2 EN 60825 1 max 3 5 V DC rot max 40 mA gr n max 375 mA blau max 90 mA L nge ca 90 mm Durchmesser 17 mm Kabell nge ca 1 m Hohlstec
15. heren Spannungen mit guter Ausrichtung des Wandlers mindestens zwei bis drei Beugungsmaxima sichtbar sein Der Projektionsversuch ist wesentlich kritischer gegen Verkippen des Wandlers als die Licht beugung Bei der Projektion m ssen die Bedingungen zum Erzeugen einer stehenden Welle besser eingehalten werden Sound Wave Controller SC600 Benutzerhandbuch Version 1 0G 17 4BPraktikumsversuche 5 2 Debye Sears Effekt 1932 zeigten Debye und Sears dass Licht beim Durchgang durch eine Fl ssigkeit die zu hochfrequenten Schwingungen angeregt wird eine Beugung erf hrt Mit Hilfe dieses Effektes kann Ultraschall quasi sichtbar gemacht werden Die von einer stehenden oder laufenden Ultraschallwelle in der Fl ssigkeit erzeugten Dichtemaxima und Abb 30 Beugungsbilder f r rotes Laserlicht bei Schall Dichteminima wirken hierbei wie ein opti Jrequenzen von 3 10 MHz in 1 MHz Schritten sches Beugungsgitter Die Gitterkonstante eines solchen von einer Ultraschallwelle erzeugten Gitters entspricht der Wellenl n ge dieser Ultraschallwelle Abb 31 Sie kann mit Hilfe der Beugungsbilder des Lich tes eines Laserstrahls bekannter Wellenl n ge bestimmt werden Abb 30 Da die Wel lenl nge durch Frequenz und Schallge schwindigkeit definiert wird kann der De bye Sears Effekt in diesem Versuchsaufbau verwendet werden um die Schallgeschwin digkeit in der durchschallten Fl ssigkeit mit hoher Genauigkeit zu bestimmen Sind die
16. ichtung E befinden Blicken Sie nicht in den Laserstrahl und richten Sie den Laser generell nicht auf ande re Personen oder Lebewesen Schalten Sie das Lasermodul ab wenn Sie es nicht ben tigen Sound Wave Controller SC600 Benutzerhandbuch Version 1 0G 13 3BZubeh r 4 Zubeh r Im Folgenden wird das f r den Debye Sears Versuch und die Projektion stehender Ultraschallwellen ben tigte Zubeh r beschrieben Information ber weiteres Zubeh r finden Sie im GAMPT Katalog Ausbildung und auf unserer Website 4 1 Ultraschallsonde Speziell f r den Einsatz mit den cw Generatoren SC500 und SC600 wurde von GAMPT eine Multifrequenzsonde entwickelt die sich durch sehr gute Schallerzeugungs eigenschaften in einem Frequenzbereich von 1 MHz bis ber 10 MHz auszeichnet Sie ist mit einem robusten Metallgeh use ver sehen wobei die Schallabstrahlungsfl che wasserdicht vergossen ist ber einen spe ziellen LEMO Stecker kann die Sonde direkt an den Ausgang PROBE des Ultraschallgene rators des SC600 angeschlossen werden Achtung Betreiben Sie den Ultra u schallwandler nie ohne Kontakt zu einer Fl ssigkeit um eine berhit zung und damit seine Zerst rung zu vermeiden siehe auch Kapitel 3 4 2 Seite 11 f 4 2 Lasermodule Die Lasermodule von GAMPT sind mit roten gr nen oder blauen Laserdioden der Laser Klassen 3R gr n und rot bzw 2 blau zur Durchf hrung akustooptischer Versuche Debye Sears Effekt Projektion
17. ker mit 5 5 mm Au endurchmesser und 2 5 mm Innendurchmesser 25 mm x 75 mm angeraute Grifffl che plankonvex Durchmesser 16 mm Brennweite 100 mm Benutzerhandbuch Version 1 0G 23
18. leinstm gliche angegeben Die tats chliche Schrittweite ist von der De zimalstelle abh ngig die zuvor bei der Einstellung ausgew hlt wurde Tab 1 Einstellwerte f r die Signalgr en des Signalgenerators Signalgr e Einheit Minimum Maximum Schrittweite Frequenz Hz 1 20 000 000 1 Amplitude mVss 0 2 500 1 Pulswiederholfrequenz Hz 1 20 000 1 Burstl nge ps 1 65 000 1 3 4 2 Ultraschallgenerator ULTRASONIC UNIT Anschl sse und Bedienelemente des Ultraschallgenerators befinden sich auf der linken Seite des Ger tes Am mit PROBE bezeichneten Ausgang 12 wird die Multifrequenzsonde von GAMPT ange schlossen Die Einstellung der Schallleistung erfolgt ber zwei Drehkn pfe Mit dem linken Dreh knopf 1 wird der Grenzwert f r den Sendestrom CURRENT geregelt Die Einstellung der Sende spannung VOLTAGE erfolgt mit dem rechten Drehknopf 2 Die m glichen Einstellwerte f r Strom und Spannung sind in Tabelle 2 zusammengefasst Die Einstellung aller anderen Parameter wie Mode Signalfrequenz Pulsfrequenz Pulswiederholfrequenz oder Burstl nge erfolgt ber den Sig nalgenerator wie oben beschrieben Abschnitt 3 3 1 Tab 2 Einstellwerte Sendespannung und Stromlimit am Ultraschallgenerator Gr e Einheit Minimum Maximum Schrittweite Spannung V 2 50 kontinuierlich Strom mA 0 1000 kontinuierlich Die aktuellen Werte von Sendespannung und Strombegrenzung sind in Zeile 3 und 4 der LCD Anzeige 3 ablesbar MODE cw SIN F 1000
19. ne zu hochfrequenten Schwingungen angeregte Fl ssigkeit eine Beugung erf hrt Dabei wirken die von einer stehenden oder laufenden Ultraschallwelle verursachten Dichteschwankungen wie die Gitter elemente eines optischen Beugungsgitters Die Gitterkonstante entspricht dann der Wellenl nge des Ultraschalls und h ngt folglich von dessen Frequenz sowie seiner Geschwindigkeit im durchschallten Medium ab Mit dem cw Ultraschallgenerator SC600 4 der Firma GAMPT mbH der breitbandigen Ultraschall sonde 2 der Probenwanne 3 mit Justiereinrichtung und integrierter Laserhalterung sowie einem Lasermodul 1 ist ein Ger teset vorhanden mit dem dieses Ph nomen einfach und kompakt den Auszubildenden an Schulen und Hochschulen demonstriert werden kann Abb 1 Dabei l sst sich sowohl die Frequenzabh ngigkeit demonstrieren als auch die Wellenl nge des Ultraschalls in ver schiedenen Fl ssigkeiten und damit die materialspezifische Schallgeschwindigkeit bestimmen Abb 1 SC600 und Debye Sears Set 1 2 3 4 Lasermodul Ultraschallsonde Probenwanne mit Sondenjustierung und Laserhalterung 4 Sound Wave Controller SC600 at Sa aaa Sound Wave Controller SC600 Benutzerhandbuch Version 1 0G 3 2BSound Wave Controller SC600 Ferner ist in einfacher Weise die Projektion einer stehenden Ultraschallwelle m glich Hierzu wird eine optische Linse zwischen Laserquelle und Ultraschallwelle gebracht so dass die stehende Welle von
20. nen oder blauen Bereich des sichtbaren Spektrums abgeben Anschluss und Bedienelemente f r die Lasermodule finden Sie auf der rechte Seite der Ger tefront unter LASER Das zu verwendende Lasermodul wird am mit LASER bezeichneten Ausgang 17 ange schlossen Die Versorgungsspannung Tab 3 wird ber den Drehschalter 6 eingestellt und gere gelt Tab 3 Einstellwerte Versorgungsspannung Laser Gr e Einheit Minimum Maximum Schrittweite Spannung V 1 7 3 5 kontinuierlich Der aktuelle Spannungswert am LASER Ausgang 17 ist in Zeile 4 der LCD Anzeige 3 ablesbar MODE cw SIN Poi 1000000 Hz U 45 89V LASER 1 0 021I1A 2 41V Abb 24 Anzeige der Spannung am LASER Ausgang 12 GAMPT mbH Hallesche Stra e 99F D 06217 Merseburg Tel 49 3461 2786910 www gampt de 2BSound Wave Controller SC600 Unterhalb des Drehschalters 6 befindet sich der Ein Aus Schalter f r den LASER Ausgang 17 Der Status des Ausgangs wird ber die Kontroll LED 10 unterhalb des Ein Aus Schalters 9 angezeigt Wenn die LED leuchtet ist der LASER Ausgang eingeschaltet und das angeschlossene Lasermodul wird mit Leistung versorgt Die von GAMPT gelieferten Lasermodule sind mit Laserdioden der Laser Klassen 2 und 3R EN 60825 1 mit einer Leistung von lt 1 mW bzw lt 5 mW versehen Informieren Sie sich vor ihrer Verwendung ber die notwendigen Schutzma nahmen Schalten Sie ein angeschlossenes Lasermodul nicht ein wenn sich Personen in Strahlr
21. nerator ULTRASONIC UND ae 11 3 4 3 Spannungsversorg ng f r Lasermodule LASER nn en 12 4 Zubeh r se see ae tele nina 14 4 1 Ultraschalls ndes usu2sns ee 14 4 2 Lasermodule sn een arena A ESEE E S EDENA 14 4 3 Probenwanne und sondenjustierine aaa 15 4 4 Pirojektionslinse o eeeeeeeeenseie 16 5 Praktikumsversuche uuusHe ale een le 17 5 1 Allgemeine Versuchehinwere ansehen 17 5 2 Debyesse rs Effekt ehe RE Ea ER E E EEE EREE hehe 18 33 Projektion st hend r Wellen aussen 19 6 Technische Details u r 22 ee aaa 21 6 1 Sound Wave Controller SC600 u nennen 21 6 2 ZUEN Meer er en a e a a Eee eat 22 Bitte lesen Sie das Handbuch vollst ndig vor der Benutzung des Ger tes und des Zubeh rs Sound Wave Controller SC600 Benutzerhandbuch Version 1 0G 1 0BSicherheitshinweise 1 Sicherheitshinweise Lesen Sie vor Inbetriebnahme des Ultraschallgenerators und des Zubeh rs die folgenden Hinweise zu Ihrer eigenen sowie zur Betriebssicherheit des Ger tes gr ndlich durch gt Die ffnungsschlitze am Ger t dienen der Ventilation und m ssen unbedingt freigehalten wer den um einer berhitzung des Ger tes vorzubeugen Es wird empfohlen die am Ger t vorhandenen Aufstellf e zu benutzen Achten Sie darauf dass die f r das Ger te angegebenen Spannungswerte und Absicherungen bei der Stromversorgung eingehalten werden gt Versuchen Sie niemals Gegenst nde durch die ffnungen am Ger t einzuf hren da
22. r SC600 Einstellen der Werte der Signalgr en Nach der Auswahl der einzustellenden Signalgr e Abb 13 16 kann der Wert der Signal gr e mit Hilfe des Drehknopfs 4 VALUE MODE und der beiden Taster gt 13 eingestellt werden Durch Drehen des Drehknopfs 4 wird der Werte der selektierten Dezimalstelle ver ndert Ein Drehen nach links verringert den Wert und ein Drehen nach rechts erh ht den Wert MODE cw SIN F 1000000 Hz U 45 89V LASER 1 2210 20 2 A 2 a V Abb 17 Ausgangszustand MODE cw SIN F 1100000 Hz U 45 89V LASER oroe A 2 aiy Abb 18 Erh hen des Wertes durch Drehen nach rechts MODE cw SIN ER 900000 Hz U 45 89V LASER NEO LO ZT AZ NV Abb 19 Verringern des Wertes durch Drehen nach links Mit den Tastern gt 13 kann die zu ver ndernde Dezimalstelle ausgew hlt werden MODE cw SIN Es 1000000 Hz U 45 89V LASER E AT ZEN Aa V Abb 20 Ausgangszustand MODE cw SIN F 1000000 Hz U 45 89V LASER iko o2 2 aiy Abb 21 rechter Taster gt eine Stelle nach rechts MODE cw SIN Eks 1000000 Hz U 45 89V LASER ZOTO TA TE ARAN Abb 22 linker Taster eine Stelle nach links GAMPT mbH Hallesche Stra e 99F D 06217 Merseburg Tel 49 3461 2786910 www gampt de 2BSound Wave Controller SC600 Einstellwerte Signalgenerator Signalgr en In Tabelle 1 sind die m glichen Einstellwerte der Signalgr en zusammengefasst Als Schrittweite ist die k
23. sehen Deckel und Sondenhalterung sind ber drei Spannfedern und drei Justierschrauben 1 so miteinander verbunden dass die Schallachse der eingesetzten Ultraschallsonde exakt senkrecht auf den Wannenboden ausge richtet werden kann Durch die M glichkeit der Dreipunktjustierung k nnen die einfal lende und die am Gef boden reflektierte Schallwelle genau berlagert und somit eine stehende Ultraschallwelle eingestellt werden An einer Wand des Probengef es ist eine Hal terung 7 f r ein Lasermodul angebracht so dass die Schallwelle senkrecht durchstrahlt werden kann Die Halterung ist zus tzlich mit einem Aufnahmeschacht 6 f r eine Projekti onslinse f r den Versuch zur Projektion einer stehenden Ultraschallwelle versehen 15 3BZubeh r 4 4 Projektionslinse Die Projektionslinse besteht aus einem rechteckigen Glastr ger 2 mit Grifffl che 3 und der eigent lichen optischen Linse 1 Die Linse ist plankonvex und auf den Glastr ger aufgeklebt F r den Pro jektionsversuch wird die Projektionslinse in den daf r vorgesehenen Aufnahmeschacht der Laserhal terung am Probengef geschoben Die richtige Platzierung der Projektionslinse ist in Abb 29 darge stellt 1 2 3 Abb 28 Draufsicht Projektionslinse 1 Plankonvexlinse 2 Glastr ger 3 Grifffl che Abb 29 Positionierung der Projektionslinse 16 GAMPT mbH Hallesche Stra e 99F D 06217 Merseburg Tel 49 3461 2786910 www gampt de 5
24. ten ver nderbar sind Neben dem cw Mode CW kann das Ger te auch im Burst und Pulsmode BURST PULSE betrieben werden Es k nnen Sinus Dreieck und Rechtecksignale SIN TRI SQU generiert werden Die Einstellungen erfolgen ber zwei Drehkn pfe mit Druckfunktion 4 VALUE MODE und 5 SE LECT WAVEFORM sowie die beiden Taster gt 13 zur Dezimalstellenauswahl Die Signalfrequenz kann am TTL Ausgang 15 als Rechtecksignal 0 5 V abgegriffen werden Am SIGNAL Ausgang 16 wird das Generatorsignal entsprechend den eingestellten Parametern bereitge stellt Sound Wave Controller SC600 Benutzerhandbuch Version 1 0G 7 2BSound Wave Controller SC600 nderung der Betriebsart Der aktuell eingestellte Mode cw Burst oder Puls wird in der ersten Zeile des LCD ange zeigt Der Wechsel zwischen den Betriebsarten erfolgt durch Dr cken des Drehknopfs 4 VA LUE MODE MODE CW SIN RE 1000000 Hz U 45 89V LASER 1 210 E30 201 AR 2 AV Abb 7 cw Mode Ausgangszustand MODE BURST SIN E 1000000 Hz U 45 89V LASER 220 0 ZI ATEA AV Abb 8 1x dr cken Wechsel in den Burstmode MODE PULSE SIN ER 1000000 Hz U 45 89V LASER Misio 0 ZT AZ AN Abb 9 2x dr cken Wechsel in den Pulsmode Auswahl der Signalform Die aktuell eingestellte Signalform Sinus Rechteck oder Dreieck wird ebenfalls in Zeile 1 des LCD angezeigt Sie kann durch Dr cken des Drehknopfs 5 SELECT WAVEFORM ge ndert werden M
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