Le doppler à ultrasons est une technique utilisée pour mesurer le débit de liquides en réfléchissant les ondes sonores. L’astronome Christian Doppler a suggéré pour la première fois l’effet Doppler dans les années 1840, lorsqu’il a découvert que certaines étoiles avaient des couleurs différentes de celles attendues. Il a proposé que les différences de couleur étaient dues au fait que les étoiles se rapprochaient ou s’éloignaient de l’observateur, changeant leurs couleurs visibles. Bien que Doppler étudiait la lumière des étoiles, les scientifiques pensaient que l’effet se produisait également avec le son.
Une expérience ultérieure utilisant des musiciens sur un train en mouvement et des observateurs debout sur un quai de train a confirmé la théorie de Doppler en utilisant le son. Lorsqu’un objet se déplace vers un observateur immobile ou immobile, les ondes sonores sont légèrement compressées, ce qui entraîne une tonalité plus élevée que le son réel. Une fois que l’objet a atteint l’observateur et s’est éloigné, le son apparent diminue en hauteur, car les ondes sonores sont légèrement étirées.
Les ondes sonores plus longues sont plus basses et le résultat est un son qui apparaît plus bas que le réel. L’expérience est facile à reproduire, en écoutant un véhicule s’approcher d’un observateur, puis passer et s’éloigner. Si le véhicule fait retentir son klaxon, l’avertisseur sonore du véhicule en approche a une tonalité plus élevée, qui passera à une tonalité plus basse au fur et à mesure que le véhicule passe et s’éloigne.
Cet effet Doppler peut être utilisé dans un appareil de mesure de débit à ultrasons. Les sons ultrasonores sont des fréquences très élevées au-dessus de la gamme de l’audition humaine. Ils peuvent traverser de nombreux liquides et tissus humains avant d’être absorbés, ce qui les rend utiles dans les diagnostics médicaux et les applications industrielles. Une mesure de vitesse Doppler par ultrasons tire parti du décalage de fréquence lorsque les ondes sonores sont réfléchies par les liquides en mouvement.
Les meilleurs résultats sont obtenus lorsqu’une unité doppler à ultrasons mesure un liquide contenant des bulles ou des particules solides. Les ultrasons ne sont pas bien réfléchis par les liquides clairs ou très épais, car une certaine réflexion du son vers un récepteur est nécessaire pour mesurer la vitesse du flux de liquide. L’appareil envoie de courtes impulsions de son à haute fréquence et compare le signal de retour avec le signal sortant. Toute différence de fréquence peut être calculée pour obtenir la vitesse du liquide.
Les premières applications de la mesure par ultrasons Doppler étaient dans le domaine médical, où les mesures sonores étaient utilisées pour vérifier le flux sanguin dans les artères et les veines sans avoir à effectuer de chirurgie. Des applications ont également été développées pour vérifier un fœtus pendant la grossesse en examinant les battements du cœur et des vaisseaux sanguins. Les dispositifs développés à la fin du 20e siècle pourraient montrer un mouvement visible des valves cardiaques pour diagnostiquer les défauts et les blocages.
Dans une application industrielle, la mesure par ultrasons Doppler fonctionne mieux si le son est envoyé dans le liquide à un angle autre que 90°. Les particules ou les bulles dans le liquide doivent se rapprocher ou s’éloigner de l’appareil pour qu’il puisse mesurer avec précision la vitesse. Un tuyau plein est nécessaire pour une mesure correcte, car un système partiellement rempli ne renverra pas de signal sonore utilisable pour mesurer la vitesse.