Ultraschallbasierte Geschwindigkeitsmessung nach dem Sing-around-Verfahren

In dieser Arbeit wurde ein Messsystem zur Messung sehr kleiner Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich von 50 µm/s zur Leckageerkennung in Wasserleitungen in Haushalten aufgebaut und untersucht. Dafür wird das Prinzip des Ultraschall-Laufzeitverfahrens verwendet. Diese Methode beruht auf durch die Strömung bedingten unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten und demzufolge verschiedenen Ausbreitungszeiten der Schallwellen mit und entgegen der Strömungsrichtung. Dieses Verfahren erfordert zur Messung kleiner Strömungsgeschwindigkeiten eine sehr hohe Zeitauflösung, da sich die Laufzeiten in den entgegengesetzten Richtungen nur minimal unterscheiden. Eine Möglichkeit die Anforderung an die Zeitauflösung zu verringern bzw. die Messung von kleineren Fließgeschwindigkeiten für eine gegebene Zeitauflösung zu ermöglichen, ist die Nutzung des sogenannten Sing-around-Verfahrens. Bei diesem Verfahren wird die Länge des Ausbreitungsweges virtuell verlängert, indem unmittelbar nach Empfang eines Ultraschallimpulses ein neuer Impuls in dieselbe Richtung ausgesendet wird. Dies geschieht N Mal für beide Ausbreitungsrichtungen, wodurch sich die Laufzeitdifferenz, aus welcher die unbekannte Strömungsgeschwindigkeit berechnet wird, um diesen Faktor erhöht. In dieser Arbeit wurde das Sing-around-System aufgebaut. Dazu wurden eine Messstrecke und eine verarbeitende Elektronik entworfen und aufgebaut. Des Weiteren wurde das gesamte System mit seinen Komponenten charakterisiert. Dabei hat sich im Laufe der Arbeit herausgestellt, dass die für die Anregung verwendete vorgegebene Komponente, aufgrund ihrer Taktung die Auflösung der Zeitmessung auf etwa 25 ns beschränkt. Damit ist eine Messung der Strömungsgeschwindigkeit mit der gewünschten Genauigkeit nicht möglich.