Was ist die akustische Oberflächenwellentechnologie?
Abbildung 1: Akustische Oberflächenwellen teilen sich auf, um sich über die Rohroberfläche und durch die durch das Rohr fließenden Medien auszubreiten.
Akustische Oberflächenwellen sind besonders nützlich für die nicht-invasive Messung der Strömung von Flüssigkeiten in verschiedenen Bereichen. Die Vielseitigkeit der SAW-Technologie (Surface Acoustic Waves) geht jedoch weit über die Durchflussmessung hinaus; sie spielt eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung der Sauberkeit in sensiblen Produktionsumgebungen und verbessert die Funktionalität von Alltagsgeräten wie Telefonen und Fernsehern. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die SAW-Technologie für die Durchflussmessung und beschreibt weitere Anwendungen von akustischen Oberflächenwellen.
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Was ist eine akustische Oberflächenwelle?
Eine akustische Oberflächenwelle ist eine Schallwelle, die sich parallel zur Oberfläche eines elastischen Materials ausbreitet. Während sich die Wellen über die Oberfläche bewegen, dringt ihre Auslenkungsamplitude (d. h. der Abstand eines Schallteilchens von seiner Gleichgewichtslage) in das Material ein und bewegt die Teilchen des Materials bis zu einer Tiefe von etwa einer Wellenlänge. Je weiter die Wellen in das Material eindringen, desto weniger Einfluss haben sie auf die Partikel des Materials.
SAWs und Durchflussmessung
SAW-Durchflussmesser verwenden mehrere (mindestens vier) interdigitale Wandler (IDTs), die als Signalsender und -empfänger arbeiten können. Diese IDTs werden an der Außenseite des Rohrs angebracht, wo die Durchflussmessungen vorgenommen werden. Um eine Messung durchzuführen, sendet einer der Wandler ein akustisches Signal. Das Signal teilt sich auf; ein Teil des Signals wandert über die Rohroberfläche direkt zu einem anderen Messwandler, der das Signal empfängt. Ein Teil dieses Signals wird durch die Flüssigkeit auf die gegenüberliegende Seite des Rohrs übertragen. Auf der anderen Seite angekommen, teilt sich das Signal und sendet Teile davon an den zweiten Empfänger und durch die Flüssigkeit, um den Prozess fortzusetzen.
Die absolute Zeit, die die Welle für den Weg vom Sender zum Empfänger benötigt, wird durch den Rohrdurchmesser und die Art der Flüssigkeit beeinflusst. Das Signal wird in beide Richtungen gesendet, und der Unterschied in der Laufzeit zwischen Vorwärts- und Rückwärtsrichtung ist proportional zur Durchflussmenge. Durch die Auswertung von Amplitude, Frequenz und Laufzeit der Signale kann der Durchflussmesser die Qualität der Messung beurteilen und das Vorhandensein von Gasblasen, Feststoffen oder Flüssigkeiten erkennen. Erfahren Sie mehr über die Funktionsweise von SAW-Durchflussmessern, indem Sie unseren Artikel über den Durchflussmesser 8098 von Burkert lesen.
Anwendungen
Da die SAW-Durchflussmesser keine medienberührenden Teile haben, sind sie besonders für hygienische Anwendungen geeignet.
- Brauereiwesen und Getränkeindustrie
- Pharmazeutische Industrie
- Molkereiindustrie
- Clean-in-Place-Systeme
SAW-Durchflussmesser werden auch außerhalb spezifischer hygienischer Anwendungen eingesetzt, weil sie einfach hochgenaue Durchflussmesser sind:
- Kläranlagen
- Automobilbranche
- Verarbeitung von Halbleitern
Andere SAW-Anwendungen
Die akustische Oberflächenwellentechnologie ist vielseitig und findet aufgrund ihrer Empfindlichkeit, Präzision und Zuverlässigkeit in verschiedenen Bereichen Anwendung. Hier sind einige akustische Oberflächenwellengeräte, die SAW-Prinzipien nutzen:
- SAW-Sensoren: SAW-Sensoren nutzen die Empfindlichkeit akustischer Wellen gegenüber Umweltveränderungen, um physikalische Parameter wie Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Dehnung und die Konzentration chemischer Dämpfe zu erfassen. Diese Sensoren werden in der Industrie, im Automobilbau und in der Luft- und Raumfahrt zu Überwachungszwecken eingesetzt.
- SAW-Oszillatoren: In der Elektronik werden SAW-Oszillatoren verwendet, um präzise Frequenzen zu erzeugen. Diese Oszillatoren werden häufig in militärischen und weltraumgestützten Kommunikationsgeräten eingesetzt, bei denen Stabilität und Genauigkeit entscheidend sind.
- Signalverarbeitung: SAW-Geräte können verschiedene Signalverarbeitungsfunktionen ausführen, darunter Modulation, Faltung und Korrelation. Sie werden in speziellen Anwendungen wie der Spreizspektrumskommunikation und der Signalverarbeitung in der Seismologie eingesetzt.
- SAW-Filter: SAW-Filter sind wesentliche Komponenten in der Telekommunikation. Sie wandeln elektrische Signale in akustische Wellen um, filtern selektiv die Frequenzen und wandeln sie dann wieder in elektrische Signale um. Sie werden in Mobiltelefonen, Fernsehern, Radios und anderen Kommunikationsgeräten eingesetzt, um unerwünschte Frequenzen herauszufiltern und die Signalqualität zu verbessern.
- SAW-Touchscreens: Die SAW-Technologie wird in Touchscreen-Displays zur Erkennung von Berührungspunkten eingesetzt. Wenn ein Benutzer den Bildschirm berührt, unterbricht er die akustischen Wellen auf der Oberfläche, und der Punkt der Unterbrechung wird erkannt und in einen Befehl umgesetzt. Diese Technologie bietet hochauflösende Touchscreens, die langlebig sind und ein hohes Maß an Klarheit bieten.
FAQs
Was ist die akustische Oberflächenwellentechnologie?
Die akustische Oberflächentechnologie nutzt akustische Oberflächenwellen, die sich ähnlich wie Erdbebenwellen ausbreiten, für verschiedene Aufgaben wie die Überwachung von Systemen und die Verarbeitung von Signalen.
Wie funktioniert ein akustischer Oberflächenwellensensor?
Ein Sensor für akustische Oberflächenwellen verwendet Wandler, die akustische Wellen senden und empfangen. Die Zeit, die die Wellen für den Weg vom Sender zum Empfänger benötigen, ist proportional zur Durchflussmenge.
