Il doppler ad ultrasuoni è una tecnica utilizzata per misurare il flusso di liquidi riflettendo le onde sonore. L’astronomo Christian Doppler suggerì per la prima volta l’effetto Doppler nel 1840, quando scoprì che alcune stelle avevano colori diversi dal previsto. Ha proposto che le differenze di colore fossero dovute al fatto che le stelle si stavano avvicinando o allontanandosi dall’osservatore, cambiando i loro colori visibili. Sebbene Doppler stesse studiando la luce delle stelle, gli scienziati credevano che l’effetto si verificasse anche con il suono.
Un esperimento successivo utilizzando musicisti su un treno in movimento e osservatori in piedi su una piattaforma del treno ha confermato la teoria di Doppler utilizzando il suono. Quando un oggetto si muove verso un osservatore fisso o immobile, le onde sonore vengono compresse leggermente, risultando in un tono più alto rispetto al suono effettivo. Dopo che l’oggetto raggiunge l’osservatore e si allontana, il suono apparente diventa più basso di tono, perché le onde sonore sono leggermente allungate.
Le onde sonore più lunghe hanno un tono più basso e il risultato è un suono che appare più basso di quello reale. L’esperimento è facile da riprodurre, ascoltando un veicolo che si avvicina a un osservatore, poi passa e si allontana. Se il veicolo suona il clacson, il clacson del veicolo in avvicinamento ha un tono più alto, che cambierà in un tono più basso quando il veicolo passa e si allontana.
Questo effetto Doppler può essere utilizzato in un dispositivo di misurazione del flusso ad ultrasuoni. I suoni ultrasonici sono frequenze molto alte al di sopra della gamma dell’udito umano. Possono passare attraverso molti liquidi e tessuti umani prima di essere assorbiti, il che li rende utili nella diagnostica medica e nelle applicazioni industriali. Una misurazione della velocità del doppler ultrasonico sfrutta lo spostamento di frequenza quando le onde sonore vengono riflesse dai liquidi in movimento.
I migliori risultati si ottengono quando un’unità doppler ad ultrasuoni misura un liquido contenente bolle o particelle solide. I suoni ultrasonici non si riflettono bene da liquidi chiari o molto densi, perché è necessaria una riflessione del suono verso un ricevitore per misurare la velocità del flusso di liquido. Il dispositivo emette brevi impulsi di suono ad alta frequenza e confronta il segnale di ritorno con quello in uscita. Qualsiasi differenza di frequenza può essere calcolata per ottenere la velocità del liquido.
Le prime applicazioni della misurazione doppler ultrasonica erano in campo medico, dove le misurazioni del suono venivano utilizzate per controllare il flusso sanguigno nelle arterie e nelle vene senza dover eseguire interventi chirurgici. Sono state sviluppate anche applicazioni per controllare un feto durante la gravidanza osservando il battito cardiaco e i vasi sanguigni. I dispositivi sviluppati alla fine del XX secolo potrebbero mostrare il movimento visibile delle valvole cardiache per diagnosticare difetti e blocchi.
In un’applicazione industriale, la misurazione doppler ad ultrasuoni funziona meglio se il suono viene inviato nel liquido con un angolo diverso da 90°. Le particelle o le bolle nel liquido devono avvicinarsi o allontanarsi dal dispositivo affinché possa misurare con precisione la velocità. Un tubo pieno è necessario per una misurazione corretta, perché un sistema parzialmente pieno non restituirà un segnale sonoro utilizzabile per misurare la velocità.