Wie lässt sich die Ausbreitung von Ultraschall auch bei hohen Frequenzen und großen Simulationsgebieten effizient berechnen? Mit dieser Frage beschäftigt sich eine neue Veröffentlichung aus dem MSE Lab - und zugleich die erste wissenschaftliche Publikation unseres Mitarbeiters Sebastian Stahl.
Simulationen sind ein wichtiges Werkzeug für die Entwicklung und Optimierung von Ultraschall-Messsystemen. Sie helfen beispielsweise dabei, Ultraschallwandler auszulegen, Messsignale besser zu verstehen oder neue Messverfahren zu untersuchen. Anwendungen reichen von medizinischem Ultraschall und zerstörungsfreier Prüfung bis hin zur hochauflösenden Ultraschallmikroskopie.
Herausforderung: Hohe Frequenzen und große Simulationsgebiete
Für die Simulation von Ultraschall stehen heute leistungsfähige numerische Verfahren zur Verfügung. Mit steigenden Frequenzen und größeren dreidimensionalen Simulationsgebieten nimmt jedoch auch der Rechenaufwand erheblich zu. Gerade für Anwendungen der Ultraschallmikroskopie mit Frequenzen oberhalb von 10 MHz kann dies schnell zur Herausforderung werden.
Sebastian untersucht deshalb einen alternativen Ansatz für geschichtete Materialien. Anstatt die Wellenausbreitung für jedes Ultraschallsignal vollständig numerisch zu berechnen, wird die Impulsantwort des Systems bestimmt. Diese kann anschließend mit unterschiedlichen Anregungssignalen kombiniert werden.
Damit lassen sich verschiedene Wandler, Signale und Messkonfigurationen effizient untersuchen, ohne die gesamte Wellenausbreitung für jede Anregung erneut simulieren zu müssen.
Grundlage für die Ultraschallmikroskopie
Am MSE Lab ist die Methode insbesondere für unsere Forschung im Bereich Scanning Acoustic Microscopy (SAM) interessant. Die Ultraschallmikroskopie ermöglicht hochauflösende Einblicke in Materialien und Strukturen und kommt unter anderem bei Fragestellungen in der Mikroelektronik und in biomedizinischen Anwendungen zum Einsatz.
Die neue Arbeit schafft eine wichtige methodische Grundlage, um solche Messungen künftig effizienter zu simulieren, besser zu verstehen und Messsysteme gezielt zu optimieren.
Wir gratulieren Sebastian Stahl zu seiner ersten wissenschaftlichen Veröffentlichung und freuen uns darauf, den Ansatz in unserer weiteren Forschung zur Ultraschallmikroskopie auszubauen.
Hier gibt’s das Paper: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0041624X26003057?casa_token=U5IKzFzI6zwAAAAA:cxNfabJIngqhozqyNUrfzaMWmc6S6EsyPeJKlg0PgK7UKCcPLELWGXglLXdjE2zLvwwTl4FlVX4
