Ohörbara ljud innovation inom mätningstekniken

av Roger Weintraub Forum 1977-15, sida 20-21, 12.10.1977

Taggar: Personer: Mauri Luukkala

Ohörbara ljud innovationinom mätningstekniken

Efter många års intensiva undersökningar har Mauri Luukkala, professor i mätteknik och elektronik vid Helsingfors Universitet, lyckats framställa vissa mätinstrument vilkas funktion baserar sig på ultraljudvågor. Ultraljudsmätningar kommer inom en snar framtid att synas främst inom sjukvård och industri, då det t ex blir fråga om att göra diagnos på ögon och hjärtåkommor, eller då hastigheten på spända ytor i pappersmaskiner skall bestämmas. Pappersindustrin räknar med att kunna spara ansenliga summor så snart mätinstrumenten tas i bruk.

ww» Begreppet ultraljud säger den oinvigde föga. Mauri Luukkala definierar ultraljudet som en mekanisk vågrörelse med en frekvens som överstiger 20 kHz. Det lämpar sig väl för undersökningar av ämnens mekaniska egenskaper, Tilllämpningarna är många. Tack vare ultraljud är till exempel undersökningar i det mera dolda av människokroppen idag mycket lättare att utföra än för bara några år sedan. En av de viktigaste uppfinningarna på området är utan vidare ett instrument, som helt baserar sig på ultraljud och med vars tillhjälp ögat undersöks. Instrumentet får fram en genomskärning av ögat utan att ögat behöver bedövas. Apparaten finns redan på Åbo Universitets Centralsjukhus för kliniska prov, En av upp finningens viktigaste fördelar ligger i att undersökningen kan upprepas hur ofta som helst utan risker för men i ögönen. Dessutom kan de flesta ögonsjukdomar upptäckas med denna ultraljudskägla. Själva ingreppet sker enligt professor Luukkala på några sekunder.

Hjälp åt hjärtsjuka

En liknande tillämpning har hjärtpatienterna på intensivvårdsavdelningen vid Helsingfors Universitetssjukhus (HUCS) kommit i kontakt med. Apparaten ger läkarna en on line-bild av vad som försiggår i hjärtat. Den fungerar som ett ekolod och ger på en oscilloskopskärm ett sidoperspektiv på hjärtklaffarna och de infarktskadade områdena.

Fysikaliska institutionen jobbar i trånga utrymmen. Professor Luukkala (längst t h) med sitt forskarteam.

20

Industriella lösningar

Ett samarbetsprojekt mellan Outokumpu Oy och professor Luukkala ledde till en prototyp på en industriell analysator. Uppgiften gällde att bestämma storleken av pyritmalmkorn. Själva krossningsproceduren är ytterst energidryg och därför strävar man till att optimera den. I undersökningarna kom man fram till att medelstorleken på kornen kan uträknas genom att bestråla pyritslam med ultraljudvågor och sedan observera den dämpning som sker.

Bristande papper dyrt problem

Svårare problem kom <Valmets Rautpohja rabriker med. Problemet är banans hastighet i en pappersmaskin. Vid en viss hastighet börjar papperet nämligen vibrera och kan brista. Det gällde att finna den ur tillverkarens synpunkt optimala hastigheten utan risk för bristning. Man uppfann en ultraljudssändare som kunde placeras ovanför pappersbanan i en viss vinkel och räknade ut hastigheten. I sin patentansökan har professor Luukkala konstaterat: ”Om papperet rör sig från (eller mot) mottagaren R, är ljudfrekvensen Doppler-förskjuten f/f, vilken förskjutning mottagaren R påvisar och registrerar. Denna förskjutning har storleken 2ACp/Cu) cos Ok där Cpär pappersbanans hastighet, Cy ultraljudets hastighet i luft och Ok ä vinkeln som strålen bildar med den löpande banan.”

Pappersfabrikerna har också ett sorgebarn i viran, som lätt brister flere gånger i månaden. En vira kos Sändaren och mottagaren är riktade mot samma punkt på ytan. Båda är i vinkel 9 gentemot ytan som rör sig med hastigheten V från källan.

FORUM 15/7 tar 50 000 mark och därtill kommer dessutom kostnader för ståtiden. En mätare har nu utvecklats som kan ange hur stor spänningen är i viran utan att vidröra den. Att mätaren kan spara in ansenliga summor i året för pappersfabrikanterna är lätt att räkna ut. Samma mätprincip används för övrigt också för mätningar av spända plastytor.

Ultraljud I cementindustrin

Partek har haft kontakt med mannen som botar allt. Hållbarheten på cement ligger i jämn kvalitet. Svårigheten är att mäta kornstorleken på cement då det inte kan göras i vått tillstånd. Uppgiften består i att reda ut hur storleken kan mätas i luft. Tills vidare är det bara några få som känner till metoden, men så fort patent har beviljats kommer den att väcka stor uppmärksamhet inom branschen.

Mikroskop med metallinser

På marknaden finns idag olika slag av mikroskop. Mikroskop som optiskt förstorar partikeln, elektronmikroskop som bestrålar objektet så att det optiskt kan iakttas. Nu har man kommit på ett nytt sätt att studera mindre partiklar utan risk för att optiska fel i ett linssystem förvränger bilden. Hemligheten med det nya linssystemet är att det vanligen är tillverkat av aluminium eller någon annan metall, det behöver helt enkelt inte se mera.

» I mikroskopet placeras objektet ma vill beskåda mellan två av dessa ”metallinser” och man låter det vibrera på en arm, samtidigt som ma omnen voro som Ka Tee

PROVBEHÅLLARE

PIEZOELEKTRISK 2 — ÖVERFÖRING $ PIEZOELEKTRISK INGÅENDE VHF-IMPULS “Anza DVERFÖRING

ULTRASON LINS

UTGÅENDE VHF-IMPULS

PRINCIPEN PÅ ULTRALJUDSMIKROSKOPET

FORUM 15/77

Uppfinnaren och uppfinningen. Mauri Luukkala vid prototypen för det akustiska mikroskopet.

bestrålar det med ultraljud. Ljudvågorna, som träffar objektet, ”ser” objektets struktur som sedan kan beskådas på en oscilloskopskärm. Med detta mikroskop kan man framkalla ett syntetiskt perspektiv. Detta betyder att man kan beskåda partikeln, cellprovet etc, från olika håll utan att vidröra objektet.

Sågarna har haft problem med att sortera olika virkeskvaliteter och i synnerhet olika virkesdimensioner. Man har provkört ett tyskt mätinstrument som skulle ge lösning på problemet. Instrumentet medges vara bra men tillåter inte s k on line-mätningar. Med tillhjälp av ljudvågor kan man nu mäta grovleken på sågat virke. Grundundersökningarna är snart klara i sin helhet. Det första instrumentet har redan beställts till Sverige.

Drill ger rätt vindriktning

Mannen som sysslar med ljudet han inte kan höra är en ivrig seglare. Men han har blivit trött på att titt upp i masten på sin båt för att se vindriktningen. Så han tillverkade en elektronisk vindriktningsvisare som ger en drillande ton från masten när båten håller rätt vinkel till vinden. När de olympiska seglingarna kör igång 1980 i Estland drillar det antagligen redan från en och annan båt!

Nya projekt på gång

Det kanske mest arbetskrävande projektet håller professor Luukkala på med som bäst. Han försöker hitta ett sätt att modulera laserstrålen med tillhjälp av ultraljud. Hur långt man kommit i undersökningarna ville prof Luukkala ännu inte i detta skede berätta för Forum. Dessutom undersöker man hur halvledare beter sig i extremt låga temperaturer. Dessa undersökningar befinner sig emellertid på ett så tidigt stadium att inga närmare detaljer ännu kan ges.

Roger Weintrau 21