Sensorsystem für die Bildgebung in extrem harscher Umgebung

Im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts »eHarsh«, hat das Fraunhofer ENAS kapazitive mikromechanische Ultraschallwandler (CMUTs) entwickelt. CMUTs können in Bohrloch-Televiewern verwendet werden und sind in der Lage, bei erhöhter Temperatur (200 °C bzw. höher) Aufgaben für die Bildgebung und Materialanalyse im Bohrloch zu übernehmen.

Bei den eingesetzten Wandlern handelt es sich um Single-Element 2D-Arrays aus CMUT-Zellen, die am Fraunhofer ENAS unter Verwendung einer Wafer-Bonding-Technologie hergestellt werden. Zu Testzwecken wurden die Ultraschallwandler auf eine Leiterplatte montiert und in ein ölgefülltes Aluminiumgehäuse mit akustischem Fenster aus Teflon integriert.

Die Komponentenbewertung wurde getrennt für die Sende- und Empfangsleistung in Öl und in einem im Labor hergestellten Bohrschlamm (normalerweise eine Mischung aus Bentonit und Wasser) durchgeführt. Im Sendemodus wurde ein kalibriertes Hydrophon verwendet, um den vom Wandler erzeugten Schalldruck zu messen. Die Ergebnisse belegten, dass der Wandler messbare Signale in Entfernungen von mehr als 5 cm bereitstellen konnte, wenn er im Bohrschlamm betrieben wurde. Im Empfangsmodus wurde ein kalibrierter Schallwellensender (eine Piezo-Disk) verwendet und die Signale des Wandlers aufgezeichnet, die durch eine angepasste Empfangsschaltung verstärkt wurden.