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Meßeinrichtung für Ultrasdlallgeräte
Die Erfindung betrifft eine Anordnung
und ein Verfahren zur Messung an Ultraschallgeräten für therapeutische und technische
Zwecke. Zur Feststellung der von einem Ultraschallgerät erzeugten Ultraschalleistung
und zur Ermittlung einer bestimmten Dosis ist man bisher meist derart verfahren,
daß man die dem Ultraschallerreger zugeführte elcktrische Leistung wechselstrommäßig
bestimmt und die Zeitdauer der Einwirkungszeit mißt. Eine solche N{esttng, bei der
nur elektrische Wechselstromleistung gemessen wird, ist aber unvollkommen, weil
die tatsächlich vom Ultraschallerreger auf den zu beschallenden Körpfer abgegebene
wirksame Ultraschalleistung nicht in einer genau definierbaren Bezichung zur elektrischen
Leistung steht.
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Dieser Nachteil wir durch die Erfindung beseitigt. Die Erfindung
ermöglicht es, die auf den zu beschallenden Körper tatsächlich abgegebene wirksame
Ultraschalleistung zu messen und insbesondere diese Ultraschalleistung innerhalb
eines bestimmten Zeitabschnittes, d. h. also die Beschallungsdosis, selbst meßbar
zu erfassen.
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Die Erfindung verwendet einen zwischen Ultraschallerreger und beschalltem
Körper befindlichen Elektrolyten. Wenn man bei einer solchen Anordnung eine Spannungsquelle
an den Elektrolyten anschließt, läßt sich ein bestimmtes Kathodenpotential messen.
Unter dem Einfluß des Ultraschalls, der durch den Elektrolyten hindurchtritt, erfolgt
eine Änderung dieses Kathodenpotentials. Es hat sich gezeigt, daß diese Kathodenpotentialänderung
sprunghaft vor sich geht.
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Aus dieser Erkenntnis heraus besteht die Erfindung darin, bei Verwendung
eines Elektrolyten zwischen Ultraschallerreger und zu beschallenden Körper den Kathodenpotentialsprung
als Maß für die auf den zu heschallenden Körper wirksame Ultraschallenergie zu benutzen.
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Als Elektrolyt kann in vielen Fällen der zu be-
schallende
Körper selbst herangezogen werden. Die Kathode läßt sich in einfacher Weise durch
den Ultraschallerreger bilden. Zur Meßeinrichtung kann eine in der Nähe der Kathode
im Elektrolyten befindliche Fühlelektrode vorgesehen sein, an die ein geeigneter
Spannungsmesser angeschlossen ist.
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Die angelegte Betriebsspannung wird zweckmäßig veränderbar gemacht.
Dabei werden mit Vorteil besondere Mittel vorgesehen, um die wählbaren verschieden
großen Betriebsspannungen, beispielsweise durch Stabilisatoren o. dgl., konstant
zu halten. Die Betriebsströme sind dabei nach Möglich keit klein zu halten und so
gering zu bemessen, daß keine nennenswerte Veränderung des Elektrolyten oder der
Elektroden erfolgt.
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Es hat sich herausgestellt, daß die sprunghafte Änderung des Kathodenpotentials
nicht nur durch Betriebsspannung und Ultraschalleistung bestimmt wird, sondern auch
vom Druck des Elektrolyten abhängt. Gemäß weiterer Erfindung können dementsprechend
Mittel vorgesehen sein, um den Druck des Elektrolyten regelbar zu gestalten. Auf
diese Weise läßt sich leicht eine bestimmte Ultraschallenergie dadurch erreichen,
daß man die Stromdichte durch Wahl der angelegten Betriel>sspannuIlg und den
Druck des Elektrolyten derart bemißt, daß bei den gewünschten Amplitudenverhältnissen
die Erscheinung des Kathodenpotentialsprunges auftritt.
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In diesem Fall kann die Anordnung so getroffen werden, daß einerseits
ein Regelorgan zur Einstellung der Betriebsspannung in Verbindung mit einem elektrischen
Meßinstrument und andererseits eine Einstellvorrichtung für den Druck des Elektrolyten
in Verbindung mit einem Anzeigeinstrument zum Ablesen des Druckes vorgesehen ist.
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Zur leichteren Ermittlung des Kathodenpotentialprunges kann es in
vielen Fällen zweckmäßig sein, l3etriel)sspannung bzw. Elektrolytdruck während des
Betriebes öfters zu ändern. Um ein wechselndes Kathodenpotential zu erhalten, können
solche Äncterungen periodisch vorgenommen werden. Es kann dabei auch die Ultraschallenergie
selbst unregelmäßig oder auch periodisch geändert werden, beispielsweise durch Wobbelung
mit entsprechend kleiner Wobbelfrequenz. Die gleiche Wirkung läßt sich auch durch
periodische Elektrolytdruckänderung oder Betriebsspannungsänderung erzielen, wobei
diese Maßnahmen einzeln für sich oder auch zusammen angewandt werden können.
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Die Erfindung hat noch besondere Bedeutung bei der I Untersuchung
von Amplitudenspektren. Bei Vorhandensein eines Amplitudenspektrums war es bei den
bisher hekannten Meßmethoden nicht möglich. die Maximalamplitude festzustellen.
Hier bietet die Erfindung einen erheblichen Vorteil, indem sie gestattet, aus einer
Vielzahl auftretender Ultraschallamplituden jeweils die größte Amplitude ermitteln
zu können.
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Es sei weiterhin noch darauf hingewiesen, daß bei der Meßvorrichtung
nach der Erfindung nicht unl) edingt stets mit dem gleichen Elektrolyten gearbeitet
werden muß, es ist vielmehr möglich, wechselnde Elektrolyte zu verwenden. Dies kann
beispielsweise dadurch erfolgen, daß an die den Elektrolyten einschließende Kammer
Zur und Abflußwege angeschlossen werden, durch die ein anderer Elektrolyt einströmt.
Die Ausbildung der Fühlelektrode kann auf verschiedene Arten vorgenommen werden.
Es kann in vielen Fällen zweckmäßig sein, die Fühlelektrode verstellbar zu gestalten.
Es ist auf diese \N'eise möglich, sowohl an verschiedenen Stellen in gleichem Abstand
vom Ultraschallerreger zu messen, als auch den Abstand zwischen Fühlelektrode und
Kathode veränderlich zu machen. An Stelle einer einzigen, mechanisch verstellbaren
Fnhlelektrode können aber auch mehrere verstellbare oder feste Fühlelektroden vorgesehen
sein, wobei die Meßeinrichtung von einer zur anderen Fühlelektrode zweckmäßig umschaltbar
gestaltet werden kann. So lassen sich z. 13. eine Reihe von Fühlelektroden, die
in zunehmendem Abstand von der Kathode angeordnet sind, verwenden, wobei dann durch
eine geeignete Umschaltvorrichtung das Meßinstrument jeweils von der einen zur anderen
Fühlelektrode geschaltet werden kann. Bei entsprechend großer Bemessung der Fühlelektrode
oder des Fühlelektrodensystems ist dafür Sorge zu tragen, daß dieselbe genügend
schalldurchlässig ist.
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Gegebenenfalls kann die Fühlelektrode bzw. das Fühlelektrodensystem
als besondere Zwischenschicht ausgebildet sein. Eine solche Zwischenschicht besteht
z. B. aus einem für den Elektrolyten durchlässigen, aber an sich nicht leitenden
Körper, der mit den die Fühlelektrode bildenden Stegen oder gitterförmigen Leitern
versehen ist. Die Fühlelektrode bzw. das Fühlelektrodensystem kann auch siebförmig
ausgebildet sein. Bei allen diesen Ausführungsmöglichkeiten kommt es aber darauf
an, daß durch solche Zwischenschichten keine nennenswerte Störung des Ultraschallfeldes
verursacht wird.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
In Fig. 1 ist es ein Ausführungsbeispiel, für die Erfindung in ihren wesentlichen
Teilen rein schematisch veranschaulicht. Mit I ist dabei die Kathode bezeichnet,
die gegebenenfalls durch den Ultraschallerreger selbst gebildet sein kann. Der Elektrolyt
ist mit 2 beZeichnet. An der Anode 3 liegt die durch die Spannungsquelle 4 gebildete
Betriebsspannung. Hier können in der Zeichnung nicht dargestellte Kegelorgane zur
Einstellung der Betriebsspannung sowie ein als Spannungsmesser arbeitendes, gleichfalls
nicht dargestelltes Anzeigeinstrument vorgesehen sein. Im Innern des Elektrolyten
befindet sich eine Fühlelektrode 5, deren Zuleitung durch ein Röhrchen 6 oder in
einer anderen geeigneten \gleise mit einer Isolation versehen ist. Ein als Spannungsmesser
arbeitendes Anzeigeinstrument 7 gestattet eine klessung des Kathodenpotentials.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist zur Vereinfachung der
Darstellung die Fühlelektrode lediglich als einfacher nadelförmiger Körper veranschaulicht.
An Stelle einer solchen einfachen Fühlelektrode können aber auch, wie dies oben
beschrieben ist, eine oder mehrere in festem Abstand von der Kathode befindliche
oder verstellbare Fühl-
elektroden verwendet werden. Ebenso ist
es möglich, ein Fühlelektrodeiisystem vorzusehen. Schließlich kann auch eine besondere
Zwischenschicht mit einer oder mehreren Fühlelektroden verwendet werden.
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Dabei ergibt sich der Vorteil, daß durch geeignete Ausbildung der
Zwischenschicht stets ein genau definierter Al) stalld zwischen Kathode und Fühlelektrodensystem
erreichbar ist. Bei Verwendung mehrerer, elektrisch miteinander nicht verbundener
Fühlelektroden kann eine in der Zeichnung ebenfalls nicht nadler dargestellte Umschaltvorrichtung
vorgesehen sein, die das Anzeigeinstrument 7 wahlweise an verschiedene Fühlelektroden
anzulegen gestattet.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch eine 1ruckveränderung
des Elektrolyten veranschaulicht. Zur Einstellung des Druckes dient ein geeigneter,
in einem Zylinder 8 verschiebbarer Kolben 9. Ein Anzeigeinstrument Io dient zum
Ablesen des Elektrolytdruckes. Die Fühlelektrode ist in der Nähe der Kathode angeordnet.
Die sich an der Kathode I,ildenden Gasbläschen sind mit 1 1 bezeichnet.
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In manchen Fällen, z. 13. zu therapeutischen Zwecken, kann, wie ollen
erwähnt, der Elektrolyt durch den Körper gebildet werden. Als Fühlelektrode läßt
sich in diesem Fall eine geeignete Nadel in den Körper, z. 13. durch flaches Einschieben
unter die Haut, einführen. Die Nadel ist dementsprechend mit einem isolierenden
Überzug versehen, der lediglich die Spitze frei läßt.
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In Fig. 2 ist die von der Erfindung ausgenutzte Erscheinung des Kathodenpotentialsprunges
graphisch dargestellt. Das Kathodenpotential U ist hier in Al>hängigkeit von
der Ultraschallamplitude N mit Stromdichte bzxv. Elektrolytdruck als Parameter veranschaulicht.
Es ergeben sich bei verschieden großem Druck bzw. verschieden großer Stromdichte
drei Kurven a, b und c, wobei die Kurve a dem kleinsten und c dem größten Druck
entspricht. Mit zunehmendem Druck tritt also die Erscheinung des Kathodenpotentialsprunges
erst bei höheren Ultraschallamplituden auf. Ebenso erfolgt auch bei höherer Stromdichte,
d. h. bei höheren Betriebsspannungen, die sprunghafte Änderung des Kathodenpotentials
bei größeren Ultraschallenergien.