Ultraschall

Ultraschall ist eine Schwingung, genau wie Schall, aber mit einer Frequenz, die zu hoch ist, um vom menschlichen Ohr wahrgenommen zu werden. Tatsächlich nimmt das menschliche Ohr nur Töne mit einer Frequenz zwischen 16 Hz und 20 kHz (Kilohertz) wahr. Darunter spricht man von Infraschall, und über 20 kHz von Ultraschall. Unser Ohr kann zwar diesen Ultraschall nicht erkennen, aber er ist durch den Wissenschaftler Francis Galton seit dem 19. Jahrhundert bekannt; das Militär hat sie seit dem Ersten Weltkrieg genutzt, um feindliche U-Boote mit einem Sonar zu lokalisieren.

Ultraschall und Tiere

Im Gegensatz zu vielen Tieren kann das menschliche Ohr Ultraschall nicht hören. Beispiel sind Hunde oder Delfine. Manche Tiere senden sogar diese hohen Schallwellen aus und nutzen sie zur Kommunikation und zur Orientierung im Raum. Fledermäuse, Wale und Mäuse verwenden immer Ultraschall.

Es gibt übrigens auch Ultraschall-Sender, die als Abwehrmittel gegen schädliche Tierarten wirken. Es gibt Geräte, die Ultraschall erzeugen, um Insekten (Ameisen, Schaben, Mücken usw.), Katzen und Nagetiere usw. abzuhalten. Diese Sender verwendet man in Innenräumen, im Garten (zum Fernhalten von Wühlmäusen, Mäusen oder Kaninchen), um den Motorraum von Fahrzeugen zu schützen oder um bestimmte Gebäude vor Schäden durch Vögel, insbesondere Tauben, zu schützen.

Die Erzeugung von Ultraschall

Um Ultraschall nutzen zu können, werden verschiedene Sender zum Erzeugen hoher Frequenzen eingesetzt. Alle Geräte basieren auf demselben Prinzip: die Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie.

• Piezoelektrische Generatoren: Quarzlamellen zwischen zwei Stahlscheiben werden an Wechselstrom angeschlossen. Der Strom verformt die Lamellen und erzeugt Schwingungen mit derselben Frequenz wie die angelegte Spannung.
• Magnetostriktive Generatoren: Die Abmessungen der ferromagnetischen Körper verformen sich in Abhängigkeit von einem Magnetfeld. Das nennt man Magnetostriktion Die daraus resultierende Kontraktion erzeugt eine hochfrequente Schwingung von bis zu 50 kHz.
• Elektrostriktive Sender: Sie nutzen das Phänomen der Elektrostriktion, d.h. die Variation der Abmessungen bestimmter Keramiken unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes. Diese Variationen haben die Form einer hochfrequenten mechanischen Schwingung (Ultraschall).

Ultraschall kann mit denselben Prinzipien erkannt und gemessen werden, die dann in Ultraschallempfängern verwendet werden. In diesem Fall wird die durch Ultraschallschwingungen erzeugte elektrische Spannung gemessen.

Die Eigenschaften von Ultraschall

Ultraschall hat eine große Vielfalt an Anwendungen; dank seiner vielseitigen Eigenschaften breitet er sich in Luft, Gasen und Flüssigkeiten aus. Frequenz- und Druckschwankungen führen je nach Ausbreitungsmedium zu unterschiedlichen Effekten: Änderung des Brechungsindex, Lumineszenz, Ultraschallkavitation, Materialtrennen, Stoppen von Fermentationen, Entpolymerisierung und Fragmentierung der Moleküle… Alle diese Begriffe klingen unverständlich, sie erklären aber die Einsatzmöglichkeiten von Ultraschall auf vielen Bereichen: Industrie, Gesundheit, Chemie, Medizin usw. Entdecken Sie all unsere Produkte

Die verschiedenen Ultraschall-Anwendungen

Ultraschall ist ein sehr häufig verwendetes Mittel in den Bereichen Technik, Medizin, Industrie, Militär, Meteorologie, usw.

• Ultraschall- und Hinderniserkennung

Durch die Aussendung hochfrequenter Wellen und die Messung der Zeit zwischen der Aussendung von Ultraschall und dem Empfang des Echos nach Reflexion an einem Hindernis können wir Körper in der Umgebung erfassen. Diese Technik wird häufig bei der Unterwasserortung eingesetzt, sei es zum Lokalisieren feindlicher U-Boote oder von Eisbergen, wobei diese Technik Geräte verwendet, die Sonar heißen.

• Industrielle Anwendungen von Ultraschall

Ultraschall wird im Maschinenbau bei der Bearbeitung, beim Bohren und Schweißen bestimmter Teile eingesetzt. Ultraschall ist auch sehr nützlich, um die Oberfläche von Werkstoffen zu untersuchen, unsichtbare Bearbeitungsfehler (innerhalb eines Teils) zu erkennen und die Dicke von Werkstoffen zu messen oder zu überprüfen. Ultraschallwellen werden auch zur Bearbeitung von Teilen für Luftfahrt oder Maschinenbau sowie zur Reinigung von Präzisionsinstrumenten in der Schmuck- oder Uhrenindustrie eingesetzt. Auch in der Lebensmittelindustrie wird die Ultraschalltechnologie zur Reinigung von Geräten eingesetzt.

• Medizinische Anwendungen des Ultraschalls

Ultraschall ist die Grundlage der Echographie: Sie ermöglicht die nicht-invasive Untersuchung der weichen Organe des menschlichen Körpers über eine auf der Haut angebrachte Sonde. Die Echographie ist ein sehr verbreitetes Diagnose-Instrument, das an verschiedenen Körperteilen (Harnwege, Gynäkologie, Gelenke usw.) eingesetzt wird, um Anomalien und Verletzungen wie Zysten, Steine oder Fibrome zu erkennen. Die Echographie ist eine bildgebende Technologie, die für Ärzte und Forscher sehr nützlich ist, um eine Diagnose zu stellen, aber auch um Referenzbilder zu erstellen.

Eine weitere medizinische Technik mit Ultraschall ist der Doppler, mit dem der Blutkreislauf in Arterien und Venen beobachtet werden kann.

Die medizinischen Anwendungen des hochfrequenten Ultraschalls enden aber nicht bei der Gesundheitsdiagnose. Ultraschalltechnologie wird auch zur Behandlung einer Vielzahl von Erkrankungen eingesetzt. Ultraschall kann unerwünschte Gewebe (z.B. Adenofibrome oder Tumore) zerstören, Harnsteine auf nicht-invasive Weise durch Lithotripsie zerstören und ihr Ausscheiden erleichtern.

Ultraschallwellen werden auch in der Physiotherapie zu therapeutischen Zwecken eingesetzt, um lokale Entzündungen von Muskeln, Bändern oder Sehnen zu verringern. Ein Ultraschallgenerator verbessert die Durchblutung und reduziert durch die entstehende Wärme die Schmerzen.

Schließlich werden mit Ultraschall bestimmte Medizinprodukte in einem Ultraschallbad gereinigt: Die in der Reinigungslösung entstehenden Mikrobläschen lösen den Schmutz. Diese Reinigung ersetzt jedoch nicht die eventuell notwendige Sterilisierung bestimmter Geräte.

Ultraschall und Windmessung

Hochfrequente Töne werden auch in der Meteorologie eingesetzt, insbesondere zum Messen von Windrichtung und -stärke. Die Anemometer, Messgeräte in Wetterstationen als Ergänzung von Thermometer, Regenmesser und Windfahnen, sind mit Ultraschallwandlern ausgestattet. Ein Ultraschallsignal wird an den Nord-Süd- und West-Ost-Achsen ausgerichtet gesendet, die Geschwindigkeit und Orientierung des Empfangs des Empfangssignals bestimmt die Windgeschwindigkeit und -richtung.

Weitere Ultraschall-Anwendungen

Die genannten Anwendungen sind jedoch nicht die einzigen; Ultraschallwellen sind Lösungen in vielen anderen Bereichen: Sie werden zur Erkundung von Erzvorkommen verwendet, zur Herstellung stabiler Emulsionen in Biologie oder Fotografie, zum Erstellen von Hologrammen… Einige Produkte beinhalten sogar Ultraschalltechnologie, um die Mobilität von Sehbehinderten oder Blinden zu erleichtern: Die Hinderniserkennung löst Geräusche aus, die den Benutzer über seine Umgebung informieren.