Ultraschall

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Inhaltsverzeichnis 1 Definition 2 Erzeugung 3 Anwendungen 4 Siehe auch 5 Weblinks

Definition

Mit Ultraschall bezeichnet man Schall oberhalb der menschlichen Hörschwelle, mit Frequenzen zwischen 20 kHz und 1 GHz. (Töne noch höherer Frequenz werden als Hyperschall bezeichnet, unterhalb des für Menschen hörbaren Schalls spricht man dagegen von Infraschall).
Ultraschallwellen sind elastische, harmonische, dreidimensionale, laufende Longitudinalwellen.
Sie können sich in Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern ausbreiten. Festkörper besitzen neben der Volumenelastizität zusätzlich Formelastizität. Dadurch können in Festkörpern weitere Wellenarten auftreten: die Transversalwellen und die Torsionswellen.
Der Übergang von Luftschall in Festkörper oder Flüssigkeiten erfolgt nur, wenn die Schallwellen in unmittelbarer Nähe abgestrahlt werden oder ein Koppelmedium ähnlicher akustischer Eigenschaften dazwischen ist. Luft-Ultraschall wird je nach Material eines Hindernisses an diesem reflektiert oder absorbiert (gedämmt, verschluckt).

Erzeugung

Zur Erzeugung eignen sich Schwingquarze, die durch Umkehr des Piezo-Effekts zu Schwingungen angeregt werden. An einen Quarz wird eine Wechselspannung mit der gewünschten Schwingfrequenz angelegt. Die Schwingungen werden dann z.B. an den Boden eines Reinigungsgefäßes übertragen.

Weiterhin gibt es Ultraschallschwinger auf Basis weichmagnetischer Werkstoffe. Diese basieren auf dem Effekt der Magnetostriktion. Dieser Effekt bewirkt eine merkliche Änderung der Ausdehnung (Längsmagnetostriktion) bei Änderung des äußeren magnetischen Feldes. Der magnetostriktive Wandlerwerkstoff wird durch das magnetische Wechselfeld zu mechanischen Schwingungen angeregt. (Ein im Bereich der induktiven Bauteile unerwünschter Effekt--"Trafobrummen")

Anwendungen

Ultraschall findet in der Technik und Medizin diverse Anwendungen:

• Echolot, Sonar: Tiefenmessung und Meeresbodenuntersuchung aus Wasserfahrzeugen heraus
• Ultraschallschweißen
• zur kontinuierlichen, berührungslosen Füllstandmessung bei flüssigen und festen Medien unterschiedlichster Konsistenz und Oberflächenbeschaffenheit
• Ultraschallmikroskop
• Informationsübertragung; heute allerdings mit geringer technischer Bedeutung, z.B. in Fernbedienungen (1970er Jahre) für Fernsehgeräte oder Entfernungsmessgeräten.
  • Kommunikation mit U-Booten und Unterwassergeräten
• Werkstoffprüfungen mit Ultraschallprüfgeräten; über die Laufzeit des Signals können unbeabsichtigte Einschlüsse, Lunker oder Risse entdeckt werden
• Sonografie zur Untersuchung von Mensch und Tier
  • M-Mode ("motion mode"), beispielsweise zur Darstellung von fetalen Herzrhythmusstörungen
  • B-Mode ("brightness mode") um zweidimensionale Schnittbilder zu erhalten
  • Doppler: Messung der Blutstromgeschwindigkeit mittels Dopplereffekt
  • Farbdoppler: Farbig codierte flächige Darstellung der Blutstromgeschwindigkeit in Gefäßen,
• Industrielle Teilereinigung bis hin zum Auflösen, Herauslösen und Zerstören von Material in Ultraschall-Reinigungsgeräten
• Ultraschall-Schneiden (biologische Gewebe)
• Ultraschall-Motoren in Autofokus-Objektiven
• Zerstäuben, Vernebeln, Emulgieren und Mischen von Flüssigkeiten (beispielsweise bei Luftbefeuchtern, Nebelmaschinen)
• Geräte zur Abschreckung von Mardern (Marderabwehr) und anderen Tieren, die vor Ultraschall flüchten sollen; eine Wirkung konnte wissenschaftlich bisher nicht nachgewiesen werden, dennoch scheinen Geräte mit einer sehr kräftigen Schallkeule die Tiere erfolgreich fernzuhalten.
• Hundepfeifen
• Anwendungen bei Fledermaus- und Delphinforschung, da diese mit sich mit Ultraschall orientieren beziehungsweise kommunizieren
• Die Aufzeichnung der Ultraschallvokalisation von Ratte und Maus (ultrasonic vocalization) wird in der psychopharmakologischen Forschung wie auch in der neurowissenschaftlichen Verhaltensforschung genutzt [1].
• Auch die Nierensteinzertrümmerung (Lithotripsie) basiert auf der Wirkung von kurzen Ultraschallimpulsen, sog. akustischen Stoßwellen.

Siehe auch

• Akustik
• Dezibel
• Dopplereffekt
• Hörfläche
• Infraschall
• Piezoeffekt
• Schall
• Sonografie

Weblinks

• WegWinkelSensoren (3)- Erläuterungen zum Prinzip Ultraschall (Empfänger & Sender)
• (Part 3) - Erläuterungen zum Prinzip Ultraschall (Empfänger & Sender)
• Ultraschall-Atlas mit über 600 Bilder der internistischen Sonografie
• www.Notfallmedizintechnik.de Anwendung mobiler Ultraschalltechnik im Rettungsdienst: Präklinische Sonographie
• Aktuelle Übersicht über die Bedeutung der Ultraschallvokalisation der Ratte in der psychopharmakologischen und in der neurowissenschaftlichen Forschung