Neue Komponenten

Konventionelle piezoelektrische Wandler, die in akustischen Bohrloch-Televiewern verwendet werden, sind in der Regel mehrere Zentimeter groß, haben eine hohe akustische Impedanz und eine schmale Bandbreite und sind temperaturabhängig.

In rauen Umgebungen, wie z. B. bei geothermischen Erkundungen mit hohen Temperaturen, haben diese Wandler thermische Einschränkungen. Im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojektes »eHarsh« untersucht das Fraunhofer ENAS die Machbarkeit des Einsatzes eines kapazitiven mikromechanischen Ultraschallwandlers (CMUT), der aufgrund seiner Struktur bei hohen Temperaturen arbeiten kann und zur Bildgebung im Bohrloch eingesetzt wird.

Bei den in diesem Projekt getesteten Wandlern handelte es sich um einzelelementige 2D-Arrays aus CMUT-Zellen, die am Fraunhofer ENAS mit einem Waferbond-Prozess hergestellt wurden. Zu Testzwecken wurde der Ultraschallwandler (3 x 3 mm groß) auf einer Leiterplatte montiert und in ein ölgefülltes Aluminiumgehäuse mit einem akustischen Fenster aus Teflon integriert.

Die Charakterisierungen wurden separat für Sende- und Empfangsleistung in Öl und in einem im Labor hergestellten Bohrschlamm (typischerweise eine Mischung aus Bentonit und Wasser) durchgeführt. Im Sendemodus wurde ein kalibriertes Hydrofon verwendet, um den Schalldruck zu messen, den der Wandler erzeugt. Die Ergebnisse zeigten, dass der Wandler messbare Signale in Entfernungen von mehr als 5 cm liefern konnte, selbst wenn er in einem nachgebildeten Bohrschlamm eingetaucht war. Im Empfangsmodus wurde ein kalibrierter Schallwellensender (eine Piezo-Scheibe) eingesetzt und die Antwort des Aufnehmers wurde, verstärkt durch eine angepasste Empfangsschaltung, aufgezeichnet. Die erzielten experimentellen Ergebnisse sind vielversprechend und deuten darauf hin, dass eine CMUT-basierte Messsonde optimal für den Einsatz in Bohrloch-Bildgebungsanwendungen ausgelegt werden kann.