Ultraschall - Dopplerverfahren

Der Effekt, den ein vorbeifahrendes Motorrad, ein vorbeifahrender Zug oder auch ein startendes Flugzeug erzeugt, ist allgemein bekannt. Mit zunehmender Entfernung des Hörers von der Schallquelle werden die Geräusche tiefer und natürlich auch schwächer, mit abnehmender Entfernung dagegen höher und stärker.

Grund hierfür ist, dass der Abstand der Wellenberge in Bewegungsrichtung kleiner und entgegen der Bewegungsrichtung der Schallquelle größer wird. Der Schall wird also vor der Schallquelle kontinuierlich höherfrequenter und hinter ihr niederfrequenter.

Frequenzverschiebung

Nähert oder entfernt sich eine Schallquelle verändert sich während des Vorbeifahrens der Winkel zwischen der Bewegungsrichtung der Schallquelle und der Verbindungslinie zwischen Hörer und Schallquelle. Dieser Effekt wird Frequenzverschiebung genannt. Befinden sich beide gedachten Verbindungen auf einer Linie, hört der Hörer den nicht verschobenen Originalton der Schallquelle. Die Größe der Frequenzverschiebung ist von der Geschwindigkeit der Schallquelle abhängig.

Die gemessene Frequenzverschiebung kann daher zur Berechnung der Geschwindigkeit verwendet werden.

Reflektionsobjekte

Das Dopplerprinzip ist auch anwendbar auf Reflektionsobjekte, die nicht aktiv Schall aussenden sondern Schall reflektieren. In diesem Fall ist dann das Echo, jeweils abhängig von der Bewegungsrichtung, in seiner Frequenz verschoben.

cw-Doppler und pw-Doppler

Für Messungen an Rohleitungssystemen kommen prinzipiell zwei verschiedene Dopplerverfahren zum Einsatz. Es handelt sich hierbei um das continuous-wave Dopplerverfahren (cw-Doppler) oder um das pulsed-wave Dopplerverfahren (pw-Doppler). Der cw-Doppler beschallt das Medium kontinuierlich während der pw-Doppler einen kurzen Schallimpuls abgibt und dann in den Empfangsbetrieb umschaltet und die reflektierten Schallechos empfängt.

Die Instrumente, die nach dem pw-Doppler-Prinzip arbeiten, benötigen nur einen Wandler. Es erfolgt eine zeitlich zugeordnete, momentane Messung der Frequenzverschiebung und Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit oder des Volumenflussess. Instrumente, die nach dem cw-Doppler-Prinzip arbeiten, benötigen hingegen zwei Wandler.

Voraussetzung für die Anwendung des Verfahrens sind Partikel im Medium, die ohne Verzögerung (Schlupf) mittransportiert werden.