Ultraschallwandler
Schall besteht aus Schwingungen, die von Menschen und anderen Tieren gehört werden können. Ultraschall ist eine Art Schallfrequenz, die nicht von Menschen gehört werden kann. Da „Ultraschall“ ein Wort ist, das verwendet wird, um Ultraschallfrequenz zu beschreiben, werden die Begriffe Ultraschallwandler und Ultraschallwandler (ultrasonic transducer) synonym verwendet.
Ein Ultraschall- oder Ultraschallwandler ist ein Gerät, das Energie -- wie Elektrizität -- in Ultraschallschwingungen umwandelt. Diese Schwingen prallen auf Material ab, wie Körpergewebe und Wasser, um Echos oder computergenerierte Bilder für medizinische oder industrielle Analysen zu erzeugen.
Allgemeine Varianten
- Es gibt viele Arten von Ultraschallwandlern, die im Allgemeinen nach ihrem Design oder ihrer beabsichtigten Verwendung gekennzeichnet werden. Zum Beispiel werden Kontaktwandler verwendet, indem sie direkt auf eine feste Oberfläche aufgetragen werden oder mit dieser in Kontakt stehen, zur Analyse. Einige Kontaktwandler werden nach ihrem allgemeinen Design benannt, wie ein Dual-Element-, ein Linear-Array- oder ein konvexer Wandler. Kontaktwandler können auch nach ihrem Verwendungszweck benannt werden, wie transvaginale Wandler.
- Im Gegensatz zu Kontaktwandlern, die direkt auf feste Oberflächen aufgetragen werden, werden Immersionwandler in Flüssigkeiten wie Wasser und Öl zur Analyse eingetaucht.
- Unabhängig von den allgemeinen Namen und spezialisierten Varianten von Ultraschallwandlern werden alle Ultraschallwandler letztendlich in eine von zwei grundlegenden Gruppen eingeteilt: piezoelektrisch oder magnetostriktiv.
Piezoelektrische Wandler
- Piezoelektrische Wandler arbeiten aufgrund des piezoelektrischen Effekts. Der piezoelektrische Effekt tritt auf, wenn Energie durch die Anwendung von mechanischer Spannung zwischen zwei nicht leitenden Oberflächen erzeugt wird. Nicht leitende Oberflächen sind Oberflächen, die keinen Strom leiten oder resistent gegen Strom sind. Die nicht leitenden Oberflächen, die in piezoelektrischen Wandlern verwendet werden, sind Kristalle, die hauptsächlich aus Quarz, Rochelle-Salz oder Keramik bestehen.
- Piezoelektrische Wandler gelten als der vielseitigste Typ von Ultraschallwandlern. Einige piezoelektrische Wandler werden für Vibrationskontrolle und Drucksensoren verwendet. Diese finden sich in Audio-Lautsprechern, Druckgeräten, Raumplattformen und Flugzeugen. Die Medizinindustrie verwendet piezoelektrische Wandler üblicherweise für diagnostische Bildgebung, wie in Sonogrammen.
Magnetostriktive Wandler
- Magnetostriktive Wandler verwenden oszillierende Magnetfelder, um verschiedene Arten von magnetischen Materialien im Wandler zu dehnen und zu zusammenziehen. Die hauptsächlich in diesen Wandlern verwendeten magnetischen Materialien sind Nickel und Nickellegierungen. Die magnetische Ausdehnung und Zusammenziehung dieser Materialien erzeugt hochfrequente mechanische Schwingungen.
- Magnetostriktive Wandler werden in zahlreichen industriellen Umgebungen verwendet, wie Stahl- und Papierfabriken. Diese Wandler werden auch für Ultraschallreiniger, Unterwasser-Sonar und chirurgische Werkzeuge genutzt.
Vergleiche
- Die meisten Hersteller von Ultraschallsystemen verwenden piezoelektrische Wandler. Befürworter piezoelektrischer Wandler führen an, dass magnetostriktive Wandler größer, weniger energieeffizient sind und spezielle Kühlmethoden erfordern könnten. Andere entgegnen jedoch, dass magnetostriktive Wandler langlebiger sind, bessere Mehrfachpositionsmessungen erleichtern und dass piezoelektrische Wandler eine größere Neigung haben, über einen längeren Zeitraum an Leistung zu verlieren.
