FSK3540 Ultraljudsfysik och tillämpningar 6,0 hp

Föreläsningar
Fysikaliska grunder till akustisk vågutbredning: Vågekvationen. Akustiska storheter så som förskjutning, hastighet och tryck, fashastighet, akustisk impedans, energi och intensitet. Akustiska vågformer så som bulkvågor, Rayleighvågor och Lambvågor. Reflektion, refraktion och transmission. Absorption och dämpning. Diffraktion, närfält och fjärrfält. Icke-linjära effekter. Akustisk strömning. Kavitation. Sonoluminescens. Piezoelektricitet och piezoelektriska material. Biologiska effekter av ultraljud.

Instrumentering: Ultraljudgivare/transducers. Sensorer. Materials akustiska egenskaper. Vågledare och resonatorer. Akustiska linser och speglar.

Tillämpningar av ultraljud: Diagnostik/avbildning. Doppler. Materialprovning och industriella tillämpningar. Högeffektstillämpningar. Sonar. Akustisk mikroskopi. Mikro-rengöring och finfördelning. Borrning. MEMS-tillämpningar. Laserultraljud. Kemiska tillämpningar. Agglomerering och manipulering av partikelsuspensioner.

Laboration
Laborationen utförs normalt i grupper om två personer och uppföljs med en skriftlig laborationsrapport.

Fördjupningsuppgift
En fördjupningsuppgift väljs inom ett valfritt men av kursansvarig godkänt tillämpningsområde. Fördjupningsuppgiften ska redovisas skriftligen samt genom ett föredrag på maximalt 20 minuter inför övriga studenter. De övriga studenterna ska opponera på det muntliga föredraget.

Kursen behandlar grundläggande fysikaliska principer och tekniska tillämpningar av ultraljud. Speciell tonvikt för de tekniska tillämpningarna ligger inom det biomedicinska området. Utöver föreläsningar ingår i kursen en laboration samt en fördjupnings-/redovisningsuppgift.

Efter avslutad kurs ska studenten kunna:

• Beskriva akustiska storheter och deras förhållanden, nämligen, förskjutning, tryck, partikelhastighet, fashastighet, akustisk impedans, absorption, energi och intensitet
• Utföra beräkningar med ovanstående storheter för att kunna designa och optimera funktionen av en ultraljudgivare för givna ställda specifikationer
• Beskriva egenskaperna hos olika akustiska vågtyper så som longitudinella vågor, skjuvvågor, Rayleighvågor och Lambvågor
• Beskriva de fysikaliska principerna bakom, och ge exempel på applikationer av icke-linjära effekter så som akustiskt strålningstryck, akustisk strömning, kavitation och sonoluminescens
• Förklara den fysikaliska bakgrunden till, och beskriva systemdesignen hos olika industriella och biomedicinska tillämpningsområden som behandlas i kursen (se Innehåll)
• Där det är tillämpbart, jämföra och bedöma ultraljudtillämpningarna med alternativa tillgängliga tekniker.

Antagen till forskarstudier i fysik, biologisk fysik eller relaterat ämne.

Utdelat kurskompendium.
Komplement: L. E. Kinsler, A. R. Frey, A. B. Coppens and J. V. Frey, Fundamentals of Acoustics, John Wiley & Sons, Inc.

När kurs inte längre ges har student möjlighet att examineras under ytterligare två läsår.

• INL1 - Inlämningsuppgift, 2,0 hp, betygsskala: P, F
• LAB1 - Laborationer, 1,0 hp, betygsskala: P, F
• TEN1 - Tentamen, 3,0 hp, betygsskala: P, F

Examinator beslutar, baserat på rekommendation från KTH:s handläggare av stöd till studenter med funktionsnedsättning, om eventuell anpassad examination för studenter med dokumenterad, varaktig funktionsnedsättning.

Examinator får medge annan examinationsform vid omexamination av enstaka studenter.

FÖR1 - Fördjupningsuppgift, 2,0 hp, betygsskala: P/F
LAB1 - Laborationskurs, 1,0 hp, betygsskala: P/F
TEN1 - Tentamen, 3,0 hp, betygsskala: P/F

Martin Viklund

• Vid grupparbete har alla i gruppen ansvar för gruppens arbete.
• Vid examination ska varje student ärligt redovisa hjälp som erhållits och källor som använts.
• Vid muntlig examination ska varje student kunna redogöra för hela uppgiften och hela lösningen.