FAQ-L.2: Wie werden Prüfgeräte mit Luft-Ultraschallsensoren kalibriert und justiert?

Sind die von analogen Ultraschall-Prüfgeräten angezeigten Pegelwerte dBµV mit dem SONAPHONE Pegel in dB vergleichbar bzw. umrechenbar?

Bei der Prüfung mit Luft-Ultraschallsensoren wird der Schalldruck in der Regel über einen Pegelwert in dB oder dBµV angegeben. Durch die Verwendung des Pegels (Einheit dB) werden die Messwerte über einen Bezugswert in ein logarithmisches Verhältnismaß gebracht, wodurch die Angabe von Messwerten über einen großen Dynamikbereich darstellbar ist. Welcher Pegelwert ausgegeben wird, ist durch die Art des Prüfgeräts und der verwendeten Kapsel bestimmt.

SONAPHONE

In den Luft-Ultraschallsensoren BS10 und BS30 für das SONAPHONE ist eine breitbandig empfindliche Mikrofonkapsel verbaut, die den Schalldruck in eine Wechselspannung umwandelt. Der Schalldruckpegel wird dabei auf die in der Akustik übliche physikalische Vergleichsgröße von 20 µPa bezogen. 20 µPa entsprechen dabei einem Schalldruck von 0 dB, weitere Beispiele sind:

20 µPa = 0 dB

1 Pa =   94 dB

2 Pa = 100 dB

Die Kalibrierung und Justierung der SONAPHONE Mikrofonkapsel erfolgt durch den Abgleich mit einem Referenzmikrofon (Abgleich der anliegenden Mikrofonspannungen) bei einem 40 kHz - Referenzsignal(*1). Während der Justierung wird die Kennlinie der breitbandig empfindlichen Mikrofonkapsel anhand des Referenzsignals im kompletten Messbereich von 20…100 kHz verschoben.)
Im SONAPHONE werden die Pegelwerte aus der breitbandigen Schalldruck zwischen 20…100 kHz gebildet. Die Bedeutung der verschiedenen Pegelwerte wird in der FAQ (Bedeutung Pegelwerte) erläutert.

SONAPHONE Pocket (und vergleichbare analoge Prüftechnik)

Bei analogen Ultraschall-Prüfgeräten, die auf dem Markt verfügbar sind (z.B. auch SONAPHONE Pocket), ist eine derartige Signalkalibrierung nicht sinnvoll. Grund dafür ist die Verwendung einer Ultraschallkapsel (Murata-Kapsel), die für Ultraschallfrequenzen in einem relativ engen Frequenzbereich um 40 kHz empfindlich ist. Die Pegelwerte, die auf diesen Geräten angezeigt werden, müssen anders referenziert werden. Der Bezugswert ist 0 dBµV bei einer anliegenden Spannung von 1 µV (Effektivwert) und variiert demzufolge je nach Eigenschaft der einzelnen Ultraschallkapsel. Auf dem Gerätedisplay wird die Mikrofonspannung in dBµV angezeigt, bei Negativwerten liegt die Spannung unter 1 µV.

1 µV = 0 dBµV

Aufgrund der Verwendung von verschiedenen Kapseln und Kalibrierverfahren, unterschiedlichen Kennlinien sowie der Betrachtung verschiedener Frequenzbereiche (Schmalband/Breitband) können die angezeigten Werte der analogen Prüfgeräte in dBµV und des SONAPHONE in dB nicht auf einfache Weise miteinander verglichen bzw. umgerechnet werden. Die Gründe nochmals im Überblick:

 

Digitale Geräte (SONAPHONE)

Analoge Geräte (SONAPHONE Pocket)

Kalibrierung des Pegels über physikalischen Bezug / Schalldruck
(Referenz: 20 µPa = 0 dB)

Kalibrierung des Pegels über anliegende Spannung / abhängig vom Sensor
(Referenz: 1 µV = 0 dBµV)

Spezifische Kennlinie der verbauten Mikrofonkapsel (Breitband)

Spezifische Kennlinie der verbauten Ultraschallkapsel (um 40 kHz)

Spezifische Berechnung der Pegelwerte

Spezifische Berechnung der Pegelwerte (Anbieterabhängig)

Anzeige eines Breitbandpegels (20 … 100 kHz)

Anzeige eines Schmalbandpegels (um 40 kHz)

*1 In der Akustik wird ein 1 kHz - Referenzsignal verwendet

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