Ultraschall-Doppler ist eine Technik zur Messung des Flüssigkeitsflusses durch Reflexion von Schallwellen. Der Astronom Christian Doppler schlug den Doppler-Effekt erstmals in den 1840er Jahren vor, als er feststellte, dass bestimmte Sterne andere Farben als erwartet hatten. Er schlug vor, dass die Farbunterschiede darauf zurückzuführen waren, dass sich Sterne auf den Beobachter zu oder von ihm weg bewegten und ihre sichtbaren Farben änderten. Obwohl Doppler Sternenlicht untersuchte, glaubten Wissenschaftler, dass der Effekt auch mit Schall auftrat.
Ein späteres Experiment mit Musikern in einem fahrenden Zug und Beobachtern, die auf einem Bahnsteig standen, bestätigte Dopplers Theorie mit Klang. Wenn sich ein Objekt auf einen stationären oder sich nicht bewegenden Beobachter zubewegt, werden die Schallwellen leicht komprimiert, was zu einer höheren Tonhöhe als dem tatsächlichen Schall führt. Nachdem das Objekt den Betrachter erreicht und sich entfernt hat, wird der scheinbare Schall tiefer, da die Schallwellen leicht gestreckt werden.
Längere Schallwellen haben eine tiefere Tonhöhe und das Ergebnis ist ein Klang, der tiefer erscheint als der tatsächliche. Das Experiment lässt sich leicht reproduzieren, indem man einem Fahrzeug zuhört, das auf einen Beobachter zukommt, dann vorbeifährt und sich entfernt. Wenn das Fahrzeug seine Hupe ertönt, hat die Hupe des sich nähernden Fahrzeugs eine höhere Tonhöhe, die sich in eine niedrigere Tonhöhe ändert, wenn das Fahrzeug vorbeifährt und sich entfernt.
Dieser Doppler-Effekt kann in einem Ultraschall-Durchflussmessgerät genutzt werden. Ultraschalltöne sind sehr hohe Frequenzen oberhalb des menschlichen Hörbereichs. Sie können viele Flüssigkeiten und menschliches Gewebe passieren, bevor sie absorbiert werden, was sie für die medizinische Diagnostik und industrielle Anwendungen nützlich macht. Eine Ultraschall-Doppler-Geschwindigkeitsmessung nutzt die Frequenzverschiebung, wenn Schallwellen von sich bewegenden Flüssigkeiten reflektiert werden.
Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn ein Ultraschall-Doppler-Gerät eine Flüssigkeit misst, die Blasen oder feste Partikel enthält. Ultraschalltöne werden von klaren oder sehr dicken Flüssigkeiten nicht gut reflektiert, da eine gewisse Reflexion des Schalls zurück zu einem Empfänger erforderlich ist, um die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstroms zu messen. Das Gerät sendet kurze Hochfrequenzimpulse aus und vergleicht das zurückkommende Signal mit dem abgehenden. Jeder Frequenzunterschied kann berechnet werden, um die Geschwindigkeit der Flüssigkeit zu erhalten.
Frühe Anwendungen der Ultraschall-Doppler-Messung waren im medizinischen Bereich, wo Schallmessungen verwendet wurden, um den Blutfluss in Arterien und Venen zu überprüfen, ohne dass eine Operation durchgeführt werden musste. Es wurden auch Anwendungen entwickelt, um einen Fötus während der Schwangerschaft anhand des schlagenden Herzens und der Blutgefäße zu überprüfen. Geräte, die Ende des 20. Jahrhunderts entwickelt wurden, konnten eine sichtbare Bewegung von Herzklappen zeigen, um Defekte und Blockaden zu diagnostizieren.
In einer industriellen Anwendung funktioniert die Ultraschall-Doppler-Messung am besten, wenn der Schall in einem anderen Winkel als 90° in die Flüssigkeit geleitet wird. Die Partikel oder Blasen in der Flüssigkeit müssen sich auf das Gerät zu oder von ihm weg bewegen, damit es die Geschwindigkeit genau messen kann. Für eine ordnungsgemäße Messung ist ein volles Rohr erforderlich, da ein teilweise gefülltes System kein brauchbares Schallsignal zur Geschwindigkeitsmessung liefert.