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Ultrasuoni

Gli ultrasuoni sono onde vibratorie come i suoni, ma con una frequenza troppo elevata per essere udibile dall’orecchio umano. Questo infatti, percepisce solo i suoni la cui frequenza è compresa tra 16 e 20 kHz (kilohertz). Sotto i 16 kHz si parla di infrasuoni, sopra i 20 kHz, di ultrasuoni. Il nostro orecchio non è in grado di distinguere gli ultrasuoni, ma se ne conosce l’esistenza dal XIX secolo grazie allo scienziato Francis Galton; saranno poi utilizzati durante la Prima guerra mondiale per individuare i sottomarini nemici con un sonar.

Ultrasuoni e animali

L’uomo non può percepire gli ultrasuoni, ma numerosi animali sì, come ad esempio i cani e i delfini. Alcuni animali, come pipistrelli, balene e topi, queste alte frequenze le emettono persino, utilizzandole ogni giorno per comunicare e orientarsi nello spazio.

Del resto, esistono emettitori di ultrasuoni che agiscono da repellenti contro specie di animali considerate dannose. Si tratta di apparecchi che producono ultrasuoni per allontanare insetti (formiche, scarafaggi, zanzare, ecc.), gatti, roditori, ecc. Tali emettitori sono utilizzati in luoghi chiusi, in giardino (per allontanare talpe, topi o conigli), per proteggere il vano motore dei veicoli o determinati edifici dal deterioramento causato da uccelli, in particolare i piccioni.

La produzione di ultrasuoni

Per produrre le alte frequenze degli ultrasuoni si utilizzano emettitori di vario tipo. Tutti si basano su uno stesso principio: trasformare l’energia elettrica in energia meccanica.
  • Generatori piezoelettrici Lamine di quarzo sono incollate tra due dischi di acciaio a cui è applicata corrente alternata. La corrente deforma le lamine e produce vibrazioni con una frequenza identica alla tensione applicata.
  • Generatori magnetostrittivi Le dimensioni dei corpi ferromagnetici variano in presenza di un campo magnetico. Questo fenomeno è chiamato magnetostrizione. La contrazione produce una vibrazione ad alta frequenza che può raggiungere i 50 kHz.
  • Emettitori elettrostrittivi Questi dispositivi sfruttano il fenomeno dell’elettrostrizione, ovvero la variazione delle dimensioni di alcune ceramiche in presenza di un campo elettrico variabile. Tali variazioni producono vibrazioni ad alta frequenza, cioè ultrasuoni.
Gli ultrasuoni possono essere rilevati e misurati da questi stessi dispositivi, che fungono quindi da ricevitori di ultrasuoni. In questo caso viene misurata la tensione elettrica generata dalle vibrazioni meccaniche ultrasoniche.

Le proprietà degli ultrasuoni

Gli ultrasuoni sono utilizzati in campi di applicazione molto vari grazie alla versatilità delle loro proprietà: si propagano nell’aria, nei gas e nei liquidi. Le variazioni di frequenza e pressione generano effetti diversi a seconda dell’ambiente di propagazione: variazione dell’indice di rifrazione, luminescenza, cavitazione ultrasonica, disgregazione della materia, arresti di fermentazione, depolimerizzazione e frammentazione molecolare… Questi termini possono sembrare oscuri, ma spiegano le applicazioni degli ultrasuoni in diversi settori: industriale, sanitario, chimico, medico, ecc. Scopri tutti i nostri prodotti

Le diverse applicazioni degli ultrasuoni

Gli ultrasuoni sono strumenti molto utilizzati in ambito tecnico, medico, industriale, militare, meteorologico…
  • Ultrasuoni e rilevamento di ostacoli
Attraverso l’emissione di onde ad alta frequenza e la misurazione del tempo che separa l’emissione di ultrasuoni e la ricezione del loro eco riflesso contro un ostacolo, è possibile individuare i corpi presenti in quell’ambiente. Questa tecnica, ampiamente utilizzata nel rilevamento subacqueo per localizzare sottomarini nemici o iceberg, è sfruttata da apparecchiature chiamate sonar.
  • Applicazioni industriali degli ultrasuoni
I suoni ad alta frequenza sono utilizzati nel settore meccanico per la lavorazione, la foratura e la saldatura di determinati pezzi. Gli ultrasuoni sono molto utili anche per esplorare la superficie di materiali, individuare invisibili difetti di lavorazione (come all’interno di un pezzo) e misurare o verificare lo spessore di materiali. Le onde ad alta frequenza sono utilizzate anche per il trattamento di pezzi per l’aeronautica o la meccanica, oltre che per la pulizia di strumenti di precisione nel campo dell’oreficeria e dell’orologeria. Anche l’industria agroalimentare può ricorrere alla tecnologia ad ultrasuoni per la pulizia di macchinari.
  • Applicazioni mediche degli ultrasuoni
Gli ultrasuoni stanno alla base dell’ecografia: mediante una sonda a contatto con la pelle del paziente permettono di esplorare, in modo non invasivo, gli organi molli dell’anatomia umana. L’ecografia è uno strumento diagnostico molto diffuso, utilizzato su diverse parti del corpo (apparato urinario, ginecologico, articolazioni, ecc.), per individuare anomalie e lesioni quali cisti, calcoli o fibromi. L’ecografia è una tecnologia diagnostica molto utile per medici e ricercatori, per stabilire una diagnosi e per produrre immagini di riferimento.

Un’altra tecnica che sfrutta gli ultrasuoni è l’ecoDoppler, che permette di osservare la circolazione arteriosa e venosa.

Le applicazioni degli ultrasuoni ad alta frequenza in campo medico, tuttavia, non si limitano alla diagnostica sanitaria. La tecnologia ad ultrasuoni è utilizzata anche per il trattamento di diverse patologie. Gli ultrasuoni possono così distruggere tessuti indesiderati (ad esempio adenofibromi e tumori) o frammentare calcoli urinari mediante la tecnica della litotrissia, per facilitarne l’eliminazione in modo non invasivo.

Le onde ad alta frequenza sono utilizzate anche per scopi terapeutici in fisioterapia, per ridurre alcune infiammazioni locali di muscoli, legamenti e tendini: un generatore di ultrasuoni è utilizzato per migliorare la circolazione e diminuire il dolore grazie al calore generato.

Infine, gli ultrasuoni sono applicati alla pulizia di dispositivi medici mediante il bagno ad ultrasuoni: le microbolle che vanno a formarsi nella soluzione pulente eliminano le impurezze. Questa tecnica di pulizia però non esenta dallo sterilizzare l’attrezzatura specifica quando necessario.

Ultrasuoni e misurazione del vento

I suoni ad alta frequenza sono utilizzati anche in meteorologia, soprattutto per misurare la direzione e la forza del vento. Gli anemometri, strumenti di misura in dotazione alle stazioni meteorologiche da abbinare a termometri, pluviometri e altri segnavento, sono dotati di trasduttori ad ultrasuoni. Un segnale ultrasonico viene trasmesso in base agli assi nord-sud ed ovest-est, la velocità e l’orientamento del segnale di ritorno determinano di conseguenza la velocità e la direzione del vento.

Altre applicazioni degli ultrasuoni

Le applicazioni non si limitano a quelle elencate, poiché le onde ultrasoniche rappresentano una soluzione in svariati altri settori: prospezione geomineraria, produzione di emulsioni stabili in biologia, creazione di ologrammi, in fotografia… Alcuni prodotti integrano la tecnologia ad ultrasuoni per agevolare la mobilità delle persone ipo e non vedenti: il rilevamento di un ostacolo produce dei suoni che informano il disabile sull’ambiente circostante.

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