فرکانس‌های بین 16 تا 18000 هرتز که سمعک انسان می‌تواند آن را درک کند، معمولاً فرکانس صدا نامیده می‌شود، به عنوان مثال، صدای جیر جیر پشه 10 کیلوهرتز. اما هوا، اعماق دریاها و روده های زمین مملو از صداهایی است که در زیر و بالای این محدوده قرار دارند - مادون و فراصوت. در طبیعت، اولتراسوند به عنوان جزئی از بسیاری از صداهای طبیعی یافت می شود: در صدای باد، آبشارها، باران، سنگریزه های دریا که توسط موج سواری غلت می زنند، و در طوفان های رعد و برق. بسیاری از پستانداران مانند گربه ها و سگ ها توانایی درک فراصوت با فرکانس تا 100 کیلوهرتز را دارند و توانایی های مکان یابی خفاش ها، حشرات شبانه و حیوانات دریایی برای همه شناخته شده است. وجود صداهای نامفهوم با توسعه آکوستیک در پایان قرن نوزدهم کشف شد. در همان زمان، اولین مطالعات اولتراسوند آغاز شد، اما پایه های استفاده از آن تنها در یک سوم اول قرن بیستم گذاشته شد.
حد پایین محدوده اولتراسونیک ارتعاشات الاستیک با فرکانس 18 کیلوهرتز نامیده می شود. حد بالایی اولتراسوند توسط ماهیت امواج الاستیک تعیین می شود که تنها در شرایطی می توانند منتشر شوند که طول موج به طور قابل توجهی بیشتر از مسیر آزاد مولکول ها (در گازها) یا فواصل بین اتمی (در مایعات و گازها) باشد. در گازها حد بالایی »106 کیلوهرتز، در مایعات و جامدات »1010 کیلوهرتز است. به عنوان یک قاعده، فرکانس تا 106 کیلوهرتز اولتراسوند نامیده می شود. فرکانس‌های بالاتر معمولاً فراصوت نامیده می‌شوند.
امواج مافوق صوت طبیعتاً با امواج در محدوده شنیداری تفاوتی ندارند و از قوانین فیزیکی یکسانی تبعیت می کنند. اما سونوگرافی ویژگی های خاصی دارد که کاربرد گسترده آن در علم و فناوری را مشخص کرده است. در اینجا موارد اصلی وجود دارد:
- طول موج کوتاه برای کمترین محدوده اولتراسونیک، طول موج در اکثر رسانه ها از چند سانتی متر تجاوز نمی کند. طول موج کوتاه ماهیت پرتوی انتشار امواج اولتراسونیک را تعیین می کند. در نزدیکی امیتر، سونوگرافی به شکل پرتوهایی مشابه اندازه امیتر منتشر می شود. هنگامی که پرتو اولتراسونیک به ناهمگنی در محیط برخورد می کند، مانند یک پرتو نور عمل می کند، بازتاب، شکست و پراکندگی را تجربه می کند، که این امکان را ایجاد می کند که تصاویر صوتی را در رسانه های نوری مات با استفاده از جلوه های نوری صرف (فوکوس، پراش و غیره) تشکیل دهد.
- یک دوره کوتاه نوسان، که امکان انتشار اولتراسوند به شکل پالس و انجام انتخاب دقیق زمان سیگنال های انتشار در محیط را فراهم می کند.
- امکان به دست آوردن مقادیر بالای انرژی ارتعاش در دامنه کم، زیرا انرژی ارتعاش متناسب با مجذور فرکانس است. این امکان ایجاد پرتوها و میدان های اولتراسونیک با سطح انرژی بالا را بدون نیاز به تجهیزات بزرگ فراهم می کند.
- جریان های صوتی قابل توجهی در میدان اولتراسونیک ایجاد می شود. بنابراین، تأثیر اولتراسوند بر محیط زیست اثرات خاصی را به دنبال دارد: فیزیکی، شیمیایی، بیولوژیکی و پزشکی. مانند کاویتاسیون، اثر مویرگی صوتی، پراکندگی، امولسیون، گاز زدایی، ضد عفونی، گرمایش موضعی و بسیاری دیگر.
- سونوگرافی قابل شنیدن نیست و برای پرسنل عملیات ناراحتی ایجاد نمی کند.
سابقه سونوگرافی. چه کسی سونوگرافی را کشف کرد؟
توجه به آکوستیک ناشی از نیازهای نیروی دریایی قدرت های پیشرو - انگلیس و فرانسه بود، زیرا آکوستیک تنها نوع سیگنالی است که می تواند در آب حرکت کند. در سال 1826 کولادون دانشمند فرانسویتعیین سرعت صوت در آب آزمایش کولادون را تولد هیدروآکوستیک مدرن می دانند. زنگ زیر آب دریاچه ژنو با اشتعال همزمان باروت زده شد. فلاش باروت توسط کولادون در فاصله 10 مایلی مشاهده شد. او همچنین صدای زنگ را با استفاده از لوله شنوایی زیر آب شنید. کولادون با اندازه گیری فاصله زمانی بین این دو رویداد، سرعت صوت را 1435 متر بر ثانیه محاسبه کرد. تفاوت با محاسبات مدرن تنها 3 متر بر ثانیه است.
در سال 1838، در ایالات متحده آمریکا، برای اولین بار از صدا برای تعیین نیمرخ بستر دریا به منظور کشیدن کابل تلگراف استفاده شد. منبع صدا، مانند آزمایش کولادون، زنگی بود که زیر آب به صدا در می آمد و گیرنده لوله های شنوایی بزرگی بود که از کنار کشتی پایین می آمد. نتایج آزمایش ناامید کننده بود. صدای زنگ (در واقع، انفجار فشنگ های باروت در آب) پژواک بسیار ضعیفی می داد که در میان صداهای دیگر دریا تقریباً نامفهوم بود. لازم بود به منطقه فرکانس‌های بالاتر رفت و امکان ایجاد پرتوهای صوتی هدایت‌شده را فراهم کرد.
اولین ژنراتور اولتراسوندساخته شده در سال 1883 توسط یک انگلیسی فرانسیس گالتون. اولتراسوند مانند یک سوت بر روی لبه چاقو هنگامی که شما بر روی آن می دمید ایجاد شد. نقش چنین نوک در سوت گالتون توسط استوانه ای با لبه های تیز بازی می شد. هوا یا گاز دیگری که تحت فشار از طریق یک نازل حلقوی با قطری برابر با لبه سیلندر خارج می شود، به لبه می رود و نوسانات با فرکانس بالا رخ می دهد. با دمیدن سوت با هیدروژن، نوسانات تا 170 کیلوهرتز ممکن شد.
در سال 1880 پیر و ژاک کوریکشفی انجام داد که برای فناوری اولتراسوند تعیین کننده بود. برادران کوری متوجه شدند که وقتی فشار بر کریستال‌های کوارتز اعمال می‌شود، بار الکتریکی ایجاد می‌شود که مستقیماً با نیروی وارد شده به کریستال متناسب است. این پدیده را "پیزوالکتریک" از کلمه یونانی به معنای "فشار دادن" نامیدند. آنها همچنین اثر پیزوالکتریک معکوس را نشان دادند که زمانی رخ داد که یک پتانسیل الکتریکی در حال تغییر به کریستال اعمال شد و باعث ارتعاش آن شد. از این به بعد، از نظر فنی امکان ساخت فرستنده و گیرنده اولتراسوند با اندازه کوچک وجود دارد.
مرگ تایتانیک در اثر برخورد با کوه یخ و نیاز به مبارزه با سلاح های جدید - زیردریایی ها - مستلزم توسعه سریع هیدروآکوستیک اولتراسونیک بود. در سال 1914، فیزیکدان فرانسوی پل لانگوینآنها به همراه دانشمند با استعداد روسی مهاجر کنستانتین واسیلیویچ شیلوفسکی، برای اولین بار، یک سونار متشکل از یک فرستنده اولتراسوند و یک هیدروفون - گیرنده ارتعاشات اولتراسونیک، بر اساس اثر پیزوالکتریک ایجاد کردند. ردیاب آوایی Langevin - Shilovsky اولین دستگاه اولتراسونیک بود، در عمل استفاده می شود. در همان زمان، دانشمند روسی S.Ya Sokolov مبانی تشخیص عیب اولتراسونیک را در صنعت توسعه داد. در سال 1937، کارل دوسیک، روانپزشک آلمانی، همراه با برادرش فردریش، فیزیکدان، برای اولین بار از امواج فراصوت برای تشخیص تومورهای مغزی استفاده کردند، اما نتایجی که به دست آوردند غیرقابل اعتماد بود. در عمل پزشکی، اولتراسوند اولین بار تنها در دهه 50 قرن بیستم در ایالات متحده آمریکا مورد استفاده قرار گرفت.
دریافت سونوگرافی
فرستنده های اولتراسوند را می توان به دو گروه بزرگ تقسیم کرد:
1) نوسانات توسط موانع در مسیر جریان گاز یا مایع یا قطع جریان گاز یا مایع برانگیخته می شوند. آنها به میزان محدودی عمدتاً برای به دست آوردن سونوگرافی قدرتمند در یک محیط گازی استفاده می شوند.
2) نوسانات با تبدیل به نوسانات مکانیکی جریان یا ولتاژ تحریک می شوند. اکثر دستگاه های اولتراسونیک از تابش کننده های این گروه استفاده می کنند: مبدل های پیزوالکتریک و مغناطیسی.
علاوه بر مبدل های مبتنی بر اثر پیزوالکتریک، مبدل های مغناطیسی برای تولید یک پرتو اولتراسونیک قدرتمند استفاده می شود. انقباض مغناطیسی تغییر در اندازه اجسام زمانی است که حالت مغناطیسی آنها تغییر می کند. یک هسته ساخته شده از یک ماده مغناطیسی که در یک سیم پیچ رسانا قرار می گیرد، طول خود را مطابق با شکل سیگنال جریان عبوری از سیم پیچ تغییر می دهد. این پدیده که در سال 1842 توسط جیمز ژول کشف شد، مشخصه فرومغناطیس ها و فریت ها است. متداول ترین مواد مغناطیسی مورد استفاده آلیاژهای مبتنی بر نیکل، کبالت، آهن و آلومینیوم هستند. بالاترین شدت تابش مافوق صوت را می توان با آلیاژ پرمندور (49٪ Co، 2٪ V، بقیه Fe) بدست آورد که در تابش های مافوق صوت قدرتمند استفاده می شود. به ویژه، آنهایی که توسط شرکت ما تولید می شوند.
کاربرد سونوگرافی.
کاربردهای مختلف سونوگرافی را می توان به سه حوزه تقسیم کرد:
- به دست آوردن اطلاعات در مورد یک ماده
- اثر بر روی ماده
- پردازش و انتقال سیگنال
وابستگی سرعت انتشار و تضعیف امواج صوتی به خواص ماده و فرآیندهای رخ داده در آنها در چنین مطالعاتی مورد استفاده قرار می گیرد:
- مطالعه فرآیندهای مولکولی در گازها، مایعات و پلیمرها
- مطالعه ساختار بلورها و سایر جامدات
- کنترل سیر واکنش های شیمیایی، انتقال فاز، پلیمریزاسیون و غیره
- تعیین غلظت محلول
- تعیین ویژگی های مقاومت و ترکیب مواد
- تعیین وجود ناخالصی
- تعیین سرعت جریان مایع و گاز
اندازه گیری سرعت صوت در جامدات امکان تعیین ویژگی های کشسانی و مقاومتی مصالح ساختاری را فراهم می کند. این روش غیر مستقیم تعیین استحکام به دلیل سادگی و امکان استفاده در شرایط واقعی راحت است.
آنالایزرهای گاز اولتراسونیک بر تجمع ناخالصی های خطرناک نظارت می کنند. وابستگی سرعت اولتراسونیک به دما برای دماسنجی غیر تماسی گازها و مایعات استفاده می شود.
فلومترهای التراسونیک که بر روی اثر داپلر کار می کنند بر اساس اندازه گیری سرعت صوت در مایعات و گازهای متحرک، از جمله موارد ناهمگن (امولسیون ها، سوسپانسیون ها، خمیرها) هستند. تجهیزات مشابهی برای تعیین سرعت و سرعت جریان خون در مطالعات بالینی استفاده می شود.
گروه بزرگی از روش‌های اندازه‌گیری مبتنی بر بازتاب و پراکندگی امواج اولتراسوند در مرزهای بین رسانه‌ها هستند. این روش ها به شما امکان می دهد مکان اجسام خارجی را به طور دقیق در محیط تعیین کنید و در مناطقی مانند:
- ردیاب آوایی
- تست غیر مخرب و تشخیص عیب
- تشخیص پزشکی
- تعیین سطح مایعات و جامدات حجیم در ظروف در بسته
- اندازه محصول
- تجسم میدان های صوتی - دید صدا و هولوگرافی آکوستیک
انعکاس، انکسار و توانایی تمرکز اولتراسوند در تشخیص نقص اولتراسونیک، در میکروسکوپ‌های صوتی اولتراسونیک، در تشخیص‌های پزشکی و برای مطالعه ناهمگنی‌های ماکرو یک ماده استفاده می‌شود. وجود ناهمگنی ها و مختصات آنها توسط سیگنال های منعکس شده یا ساختار سایه تعیین می شود.
روش های اندازه گیری مبتنی بر وابستگی پارامترهای یک سیستم نوسانی تشدید کننده به خواص محیط بارگذاری کننده آن (امپدانس) برای اندازه گیری پیوسته ویسکوزیته و چگالی مایعات و برای اندازه گیری ضخامت قطعاتی که فقط می توان به آنها دسترسی داشت استفاده می شود. از یک طرف همین اصل زیربنای سختی سنج های اولتراسونیک، سطح سنج ها و سوئیچ های سطح است. مزایای روش های تست اولتراسونیک: زمان اندازه گیری کوتاه، توانایی کنترل محیط های انفجاری، تهاجمی و سمی، عدم تاثیر ابزار بر محیط و فرآیندهای کنترل شده.
تاثیر سونوگرافی بر روی ماده
اثر اولتراسوند بر روی یک ماده که منجر به تغییرات غیرقابل برگشت در آن می شود، به طور گسترده ای در صنعت استفاده می شود. در عین حال مکانیسم های عمل سونوگرافی برای محیط های مختلف متفاوت است. در گازها، عامل اصلی کار جریان های صوتی است که فرآیندهای انتقال گرما و جرم را تسریع می کند. علاوه بر این، راندمان اختلاط اولتراسونیک به طور قابل توجهی بالاتر از اختلاط هیدرودینامیکی معمولی است، زیرا لایه مرزی ضخامت کمتری دارد و در نتیجه دما یا گرادیان غلظت بیشتری دارد. این اثر در فرآیندهایی مانند:
- خشک کردن اولتراسونیک
- احتراق در میدان اولتراسونیک
- انعقاد آئروسل
در فراصوت مايعات عامل اصلي عملياتي است کاویتاسیون . فرآیندهای تکنولوژیکی زیر بر اساس اثر کاویتاسیون است:
- تمیز کردن اولتراسونیک
- متالیزاسیون و لحیم کاری
- اثر مویرگی صدا - نفوذ مایعات به کوچکترین منافذ و ترک ها. برای آغشته کردن مواد متخلخل استفاده می شود و در هنگام پردازش اولتراسونیک مواد جامد در مایعات رخ می دهد.
- تبلور
- تشدید فرآیندهای الکتروشیمیایی
- بدست آوردن ذرات معلق در هوا
- تخریب میکروارگانیسم ها و عقیم سازی اولتراسونیک ابزار
جریان های صوتی- یکی از مکانیسم های اصلی تأثیر سونوگرافی بر روی ماده. ناشی از جذب انرژی مافوق صوت در ماده و در لایه مرزی است. تفاوت جریان های صوتی با جریان های هیدرودینامیکی در ضخامت کم لایه مرزی و امکان نازک شدن آن با افزایش فرکانس نوسان است. این منجر به کاهش ضخامت لایه مرزی دما یا غلظت و افزایش دما یا شیب غلظت می شود که سرعت انتقال گرما یا جرم را تعیین می کند. این به تسریع فرآیندهای احتراق، خشک کردن، اختلاط، تقطیر، انتشار، استخراج، اشباع، جذب، تبلور، انحلال، گاززدایی مایعات و مذاب کمک می کند. در یک جریان پر انرژی، تأثیر موج صوتی به دلیل انرژی خود جریان، با تغییر تلاطم آن انجام می شود. در این حالت، انرژی صوتی می تواند تنها کسری از درصد انرژی جریان باشد.
هنگامی که یک موج صوتی با شدت بالا از یک مایع عبور می کند، به اصطلاح کاویتاسیون آکوستیک . در یک موج صوتی شدید، در طول نیم‌دوره‌های نادر، حباب‌های کاویتاسیون ظاهر می‌شوند که هنگام حرکت به ناحیه‌ای با فشار بالا، به شدت فرو می‌ریزند. در ناحیه کاویتاسیون، اختلالات هیدرودینامیکی قدرتمندی به شکل امواج ریز شوک و ریز جریانها بوجود می آیند. علاوه بر این، فروپاشی حباب ها با گرم شدن موضعی قوی ماده و انتشار گاز همراه است. چنین قرار گرفتن منجر به تخریب حتی مواد بادوام مانند فولاد و کوارتز می شود. این اثر برای پراکندگی جامدات، تولید امولسیون های ریز مایعات غیر قابل اختلاط، تحریک و تسریع واکنش های شیمیایی، از بین بردن میکروارگانیسم ها و استخراج آنزیم ها از سلول های حیوانی و گیاهی استفاده می شود. کاویتاسیون همچنین اثراتی مانند درخشش ضعیف مایع را تحت تأثیر اولتراسوند تعیین می کند - سونولومینسانس و نفوذ غیر طبیعی مایع به داخل مویرگها - اثر سونوکاپیلاری .
پراکندگی کاویتاسیون کریستال های کربنات کلسیم (مقیاس) اساس دستگاه های ضد رسوب آکوستیک است. تحت تأثیر امواج فراصوت، ذرات در آب تقسیم می شوند، اندازه متوسط آنها از 10 به 1 میکرون کاهش می یابد، تعداد آنها و سطح کل ذرات افزایش می یابد. این منجر به انتقال فرآیند تشکیل رسوب از سطح تبادل حرارت به طور مستقیم به مایع می شود. سونوگرافی همچنین بر لایه تشکیل‌شده از مقیاس تأثیر می‌گذارد و ریزترک‌هایی در آن ایجاد می‌کند که به جدا شدن قطعات مقیاس از سطح تبادل حرارت کمک می‌کند.
در تاسیسات تمیز کردن اولتراسونیک، با کمک کاویتاسیون و جریانهای میکرو که ایجاد می‌کند، آلاینده‌هایی که به سختی به سطح متصل می‌شوند، مانند رسوب، رسوب، سوراخ‌ها و آلاینده‌های نرم مانند لایه‌های چرب، کثیفی و غیره حذف می‌شوند. از همین اثر برای تشدید فرآیندهای الکترولیتی استفاده می شود.
تحت تأثیر اولتراسوند، چنین اثر عجیبی به عنوان انعقاد صوتی رخ می دهد، یعنی. همگرایی و بزرگ شدن ذرات معلق در مایع و گاز. مکانیسم فیزیکی این پدیده هنوز کاملاً مشخص نیست. انعقاد آکوستیک برای رسوب گرد و غبار صنعتی، دود و مه در فرکانس های پایین برای اولتراسوند، تا 20 کیلوهرتز استفاده می شود. ممکن است تأثیرات مفید به صدا درآوردن ناقوس کلیسا بر این تأثیر باشد.
پردازش مکانیکی جامدات با استفاده از امواج فراصوت بر اساس اثرات زیر است:
- کاهش اصطکاک بین سطوح در هنگام ارتعاشات اولتراسونیک یکی از آنها
- کاهش قدرت تسلیم یا تغییر شکل پلاستیک تحت تأثیر اولتراسوند
- تقویت و کاهش تنش های پسماند در فلزات تحت تاثیر ابزاری با فرکانس اولتراسونیک
- اثرات ترکیبی فشرده سازی استاتیک و ارتعاشات اولتراسونیک در جوشکاری اولتراسونیک استفاده می شود
چهار نوع ماشینکاری با استفاده از اولتراسوند وجود دارد:
- پردازش ابعادی قطعات ساخته شده از مواد سخت و شکننده
- برش مواد سخت برش با کاربرد اولتراسونیک بر روی ابزار برش
- تخلیه در حمام اولتراسونیک
- سنگ زنی مواد چسبناک با تمیز کردن اولتراسونیک چرخ سنگ زنی
اثرات سونوگرافی بر روی اشیاء بیولوژیکیاثرات و واکنش های مختلفی در بافت های بدن ایجاد می کند که در سونوگرافی درمانی و جراحی کاربرد فراوانی دارد. اولتراسوند کاتالیزوری است که برقراری تعادل را از نقطه نظر فیزیولوژیکی تسریع می کند، یعنی وضعیت بدن، یعنی. حالت سالم سونوگرافی بر روی بافت های بیمار تأثیر بسیار بیشتری نسبت به بافت های سالم دارد. از اسپری اولتراسونیک داروهای استنشاقی نیز استفاده می شود. جراحی اولتراسوند بر اساس اثرات زیر است: تخریب بافت توسط خود اولتراسوند متمرکز و اعمال ارتعاشات اولتراسونیک در ابزار جراحی برش.
دستگاه های اولتراسونیک برای تبدیل و پردازش آنالوگ سیگنال های الکترونیکی و برای کنترل سیگنال های نور در اپتیک و اپتوالکترونیک استفاده می شود. سونوگرافی کم سرعت در خطوط تاخیری استفاده می شود. کنترل سیگنال های نوری بر اساس پراش نور توسط اولتراسوند است. یکی از انواع این پراش، به اصطلاح پراش براگ، به طول موج اولتراسوند بستگی دارد، که امکان جداسازی یک بازه فرکانس باریک را از طیف گسترده ای از تابش نور، یعنی. نور فیلتر
اولتراسوند چیز بسیار جالبی است و می توان فرض کرد که بسیاری از کاربردهای عملی آن هنوز برای بشر ناشناخته است. ما سونوگرافی را دوست داریم و می شناسیم و خوشحال خواهیم شد که در مورد هر ایده ای در رابطه با کاربرد آن صحبت کنیم.
محل استفاده از سونوگرافی - جدول خلاصه
شرکت ما، Koltso-Energo LLC، در تولید و نصب دستگاه های ضد مقیاس صوتی "Acoustic-T" مشغول است. دستگاه های تولید شده توسط شرکت ما با سطح فوق العاده بالایی از سیگنال اولتراسونیک متمایز می شوند که به آنها امکان می دهد روی دیگ های بخار بدون تصفیه آب و دیگ های بخار آب با آب آرتزین کار کنند. اما جلوگیری از جرم گیری بخش بسیار کوچکی از کاری است که سونوگرافی می تواند انجام دهد. این ابزار طبیعی شگفت انگیز امکانات بسیار زیادی دارد و ما می خواهیم در مورد آنها به شما بگوییم. کارمندان شرکت ما سال ها در شرکت های روسی پیشرو در زمینه آکوستیک کار کرده اند. ما چیزهای زیادی در مورد سونوگرافی می دانیم. و اگر به طور ناگهانی نیاز به استفاده از اولتراسوند در فناوری شما ایجاد شود،
کاربرد سونوگرافی در صنعت
ارتعاشات التراسونیک ارتعاشات مکانیکی الاستیک با فرکانس بالای 20 کیلوهرتز هستند که توسط گوش انسان درک نمی شوند. کوتاه ترین امواج اولتراسونیک طولی به ترتیب طول موج های نور مرئی دارند. امواج اولتراسونیک مانند امواج نور از موانع منعکس می شود، می توان آنها را متمرکز کرد و غیره.
هنگامی که ارتعاشات اولتراسونیک در یک محیط مایع منتشر می شود، فشرده سازی و کشش متناوب در محیط دوم با فرکانس ارتعاشات عبوری رخ می دهد. در لحظه کشش، پارگی های موضعی مایع رخ می دهد و حفره ها (حباب ها) تشکیل می شوند که با بخار مایع و گازهای حل شده در آن پر می شوند. در لحظه فشرده سازی، حباب ها فرو می ریزند که با شوک های هیدرولیکی قوی همراه است. این پدیده کاویتاسیون نامیده می شود. فشارهای شوک موضعی اغلب از 980 مگاپاسکال فراتر می رود.
منابع اولتراسوند مورد استفاده در صنعت را می توان به دو گروه مکانیکی و الکترومکانیکی تقسیم کرد.
از منابع مکانیکی اولتراسوند، دینامیک (آژیر) و استاتیک (سوت) بیشترین استفاده را دارند. آژیرهاآنها یک استاتور با سوراخ و یک روتور ساخته شده از یک دیسک سوراخ دار دارند. هنگامی که بخار، گاز یا هوای فشرده به محفظه آژیر می رسد، روتور می چرخد و به طور دوره ای سوراخ های استاتور را بسته و باز می کند و ارتعاشات مکانیکی ایجاد می کند. آژیرها به طور گسترده ای استفاده می شوند، به عنوان مثال، برای رسوب غبار اسید سولفوریک و دوده ریز در طول تولید خود.
شناخته شده ترین منبع اولتراسوند استاتیک (ژنراتور) است سوت هارتمن،که در آن ارتعاشات صوتی از برخورد یک جت گاز که با سرعت مافوق صوت از یک نازل به یک تشدید کننده استوانه ای حرکت می کند، ایجاد می شود.
از بین منابع الکترومکانیکی، مبدل های مغناطیسی و پیزوسرامیک بیشترین استفاده را دارند.
بخش اصلی مبدل مغناطیسیموتوری است که به اصطلاح از مواد فرومغناطیسی ساخته شده است که قابلیت تغییر ابعاد خود را در میدان مغناطیسی دارد. به عنوان مثال، یک میله نیکل که در میدان مغناطیسی قرار می گیرد کوتاه می شود، در حالی که میله ای ساخته شده از آلیاژ آهن- کبالت (پرمندور) طولانی می شود.
اثر پیزوالکتریکدر این واقعیت نهفته است که وقتی کریستال های خاصی مانند کوارتز در جهات خاصی کشیده و فشرده می شوند، بارهای الکتریکی روی سطح آنها ایجاد می شود (اثر پیزوالکتریک مستقیم).
اگر بار الکتریکی به چنین صفحه کوارتزی اعمال شود، اندازه آن تغییر می کند (اثر پیزوالکتریک معکوس). هنگامی که یک میدان الکتریکی متناوب روی صفحه عمل می کند، همزمان با تغییر ولتاژ اعمال شده فشرده یا منبسط می شود. اثر پیزوالکتریک مستقیم در گیرنده های ارتعاش اولتراسونیک استفاده می شود، جایی که دومی به جریان متناوب تبدیل می شود.
اثر پیزوالکتریک معکوس در ساخت ساطع کننده‌های ارتعاش اولتراسونیک استفاده می‌شود که ارتعاشات الکتریکی را به ارتعاشات مکانیکی تبدیل می‌کنند که عمدتاً فرکانس‌های بالاتری نسبت به ارتعاشات مغناطیسی دارند.
در سال های اخیر، ویبراتورهای ساخته شده از پیزوسرامیک، که اثر پیزوالکتریک بالاتری نسبت به کوارتز طبیعی دارند، رواج یافته اند.
یکی از کاربردهای تکنولوژیکی اصلی اولتراسوند، تشدید بسیاری از فرآیندهای تکنولوژیکی است.
ارتعاشات اولتراسونیک برای تسریع فرآیندهایی مانند پلیمریزاسیون (به عنوان مثال، درمان اولتراسونیک امولسیون ها در ساخت لاستیک مصنوعی) استفاده می شود.
اولتراسوند تبلور مواد مختلف از محلول های فوق اشباع (اسید تارتاریک، فلوراید آلومینیوم و غیره) را به طور قابل توجهی تسریع می کند.
سونوگرافی همچنین می تواند انحلال جامدات در مایعات را سرعت بخشد. به عنوان مثال، مدت زمان انحلال ویسکوز در فرآیند ساخت الیاف شیمیایی هنگام استفاده از اولتراسوند از 7 به 3 ساعت کاهش می یابد.
سونوگرافی به شما امکان می دهد فرآیندهای استخراج را تسریع کنید، به عنوان مثال، بدون افزایش قابل توجه دما، روغن ماهی را از کبد ماهی بدست آورید، که به شما امکان می دهد تمام ویتامین های ارزشمند موجود در آن را حفظ کنید.
در فرآیندهای شیمیایی، اولتراسوند برای تمیز کردن قطعات (بلبرینگ، کنتاکت های الکتریکی و غیره) و واحدهای مونتاژ از آلودگی استفاده می شود.
کیفیت تمیز کردن اولتراسونیک با روش های دیگر قابل مقایسه نیست. به عنوان مثال، هنگام تمیز کردن قطعات در حلال های آلی مختلف، تا 80٪ از آلاینده ها روی سطح آنها باقی می ماند، با تمیز کردن لرزش - حدود 55٪، و با تمیز کردن اولتراسونیک - بیش از 0.5٪.
روش های اولتراسونیک در اکثر موارد پاکسازی کامل قطعات را از آلودگی های فنی فراهم می کند.
تمیز کردن اولتراسونیک در حلال های آلی یا محلول های آبی مواد شوینده انجام می شود.
در سال های اخیر، آنها گسترش بیشتری یافته اند محلول های آبی مواد شویندهبه دلیل غیر قابل اشتعال بودن و عدم وجود اجزای سمی، هزینه پایین و توانایی نگهداری آلاینده ها به صورت معلق بدون رسوب مجدد آنها بر روی سطح در حال تمیز کردن. محلول های قلیایی و نمک های قلیایی با افزودنی های سورفکتانت ها به عنوان محلول های شستشوی آبی استفاده می شود. هنگام تمیز کردن در چنین محلول هایی، آلاینده ها به طور همزمان امولسیون و صابونی می شوند.
مدت زمان تمیز کردن اولتراسونیک به ماهیت کثیفی و محلول های تمیز کننده بستگی دارد و از 10-15 دقیقه تجاوز نمی کند.
لحیم کاری برخی از فلزات و آلیاژها مانند آلومینیوم، فولادهای زنگ نزن و غیره با استفاده از روش های مرسوم به دلیل وجود یک لایه اکسیدی قوی و غیر قابل حذف بر روی سطوح آنها دشوار است. وارد شدن ارتعاشات اولتراسونیک به لحیم مذاب منجر به تخریب فیلم می شود و خیس شدن سطح مورد نظر برای لحیم کاری یا قلع کاری با لحیم کاری را تسهیل می کند، فرآیند لحیم کاری را تسهیل و سرعت می بخشد و کیفیت اتصالات لحیم کاری را بهبود می بخشد. معرفی اولتراسوند هنگام لحیم کاری آلومینیوم، شدت کار فرآیند را 20 تا 30٪ کاهش می دهد. برای سرویس دهی محصولات سرامیکی می توان از سونوگرافی استفاده کرد.
ماهیت پردازش ابعادی اولتراسونیک این است که یک ماده ساینده بین ابزار متصل به امیتر و قطعه کار وارد می شود که روی سطح در حال پردازش عمل می کند. الماس، کوراندوم، سنباده، ماسه کوارتز، کاربید بور، کاربید سیلیکون و غیره به عنوان دانه های ساینده استفاده می شود.
اولتراسوند را می توان برای پردازش مواد شکننده (شیشه، سرامیک، کوارتز، سیلیکون، ژرمانیوم و غیره) و مواد سخت مقاوم در برابر حرارت (فولادهای سخت شده و نیترید شده، آلیاژهای سخت)، به ویژه برای ساخت فلزات استفاده کرد. ابزار برش.
درمان اولتراسونیک قابل انجام است ساینده با هدایت آزاد،به عنوان مثال برای سنگ زنی تزئینی و برای پاک کردن قطعات کوچک.
پردازش ابعادی توسط ابزاردقت بالایی را ارائه می دهد، به شما امکان می دهد سوراخ های از طریق و کور، برش ها، سنگ زنی، نام تجاری، حکاکی و سایر عملیات ها را تولید کنید.
در کنار مزایا، روش اولتراسونیک دارای معایبی نیز می باشد: مساحت و عمق پردازش نسبتاً کوچک، مصرف انرژی بالا، بهره وری پایین فرآیند و سایش بالای ابزار.
ماشینکاری تخلیه الکتریکی
روش های پردازش تخلیه الکتریکی برای همه مواد رسانا قابل استفاده است. این روش ها مبتنی بر پدیده فرسایش (تخریب) سطح الکترودهای رسانا از تخلیه ها در هنگام عبور جریان الکتریکی پالسی بین آنها هستند.
تخریب این ماده به دلیل ذوب موضعی آن و آزاد شدن مواد مذاب به صورت مخلوط بخار و مایع رخ می دهد.
همه انواع ماشینکاری تخلیه الکتریکی در یک محیط مایع - نفت سفید، روغن نفتی، آب مقطر انجام می شود.
هنگامی که تخلیه جرقه از یک مایع عبور می کند، تشکیل سریع گاز شروع می شود، در نتیجه مایع منفجر می شود، که به حذف محصولات فرسایشی از ناحیه کار کمک می کند. علاوه بر این، سیال عامل از اکسید شدن سطح ماده در حال پردازش جلوگیری می کند.
انواع اصلی روش های تخلیه الکتریکی جرقه الکتریکی و پردازش آندی-مکانیکی است.
ماشین کاری جرقه الکتریکی به طور گسترده در تولید ابزار در ساخت قالب ها، قالب های ریخته گری و قالب ها، و همچنین در تولید پایه برای پردازش ابعادی قطعات کار با پروفیل های پیچیده ساخته شده از مواد رسانای الکتریکی دشوار در ماشین استفاده می شود. با کمک آن می توانید سوراخ هایی از طریق و کور با پیکربندی های مختلف، شکاف ها و شیارهای منحنی ایجاد کنید، خطوط پیچیده ای را برش دهید، قطعات مارک، ابزارهای شکسته را از قطعات کار جدا کنید و غیره.
یک نمودار شماتیک از نصب در شکل نشان داده شده است. 18.57، الف. منبع تغذیه - ژنراتور 3 پالس های تک قطبی خازن را شارژ می کنند 5 تا ولتاژ شکست در شکاف بین الکترود-ابزار 2 و قطعه کار در حال پردازش 1. در هنگام خرابی، انرژی انباشته شده توسط خازن 5 فوراً به شکل تخلیه آزاد می شود.
به دلیل کوتاه بودن مدت زمان تخلیه، قطعه کار و الکترود کار عملاً گرم نمی شوند، اگرچه بخش اصلی انرژی انباشته شده به گرمایی تبدیل می شود که برای ذوب و تبخیر مواد در حال پردازش استفاده می شود.
تحت تأثیر تخلیه های متعدد، شکافی در مواد پردازش شده ایجاد می شود که نشانی از انتهای الکترود-ابزار است. ماشین آلات برای ماشینکاری جرقه الکتریکی مجهز به دستگاه های کنترل نرم افزاری هستند که یک شکاف ثابت بین قطعه کار و ابزار، حرکت طولی ابزار و کنترل تغذیه را فراهم می کند. عملکرد فرآیند به نرخ تکرار پالس، انرژی تخلیه، خواص مواد در حال پردازش، مواد و شکل ابزار الکترود بستگی دارد. با شرایط پردازش بهینه با استفاده از مقاومت متغیر تنظیم شده است 4, پیکربندی قطعه با یک خطا تضمین می شود ± 0.005 میلی متر
در حال پردازش الکترود پروفیلبرای ایجاد سوراخ های از طریق و کور با اشکال مقطع مختلف استفاده می شود.
در حال حاضر پرکاربردترین روش، روش پردازش جرقه الکتریکی است. الکترود سیم بدون پروفیلدر این مورد (شکل 18.57.6) سیم الکترود 2 با قطر 0.02 - 0.5 میلی متر (بسته به دقت پردازش مورد نیاز) با سرعت معینی از قرقره تغذیه باز می گردد. 4 به حلقه برداشتن 1 ، بازتولید هر کانتور داده شده. هنگام برش یک کانتور بسته در یک قطعه کار 3 یک سوراخ تکنولوژیکی ارائه شده است.
عملیات مکانیکی آندی (شکل 18.57، V)هنگام روشن کردن قطعه کار در حال پردازش انجام می شود 1 به یک مدار DC به عنوان یک آند، و یک ابزار کار - یک دیسک 2 به عنوان کاتد یک سیال کار به شکاف وارد می شود (محلول شیشه مایع در حین خشن کردن یا محلول کلرید سدیم یا سولفات سدیم در حین تکمیل). در طی پردازش آندی-مکانیکی، فلز قطعه کار در معرض انحلال آندی (الکتروشیمیایی) و همچنین ذوب موضعی ناشی از اثرات تخلیه، مانند پردازش جرقه الکتریکی، و عملکرد مکانیکی ابزاری است که فیلم اکسید و فلز مذاب را حذف می کند.
بهره وری فرآیند 2 تا 3 برابر بیشتر از ماشینکاری معمولی است. این روش برای سنگ زنی، تراش دادن سوراخ های استوانه ای، پرداخت، برش استفاده می شود. درمان مکانیکی آندی را می توان با عملیات ساینده، با استفاده از یک دیسک ساینده رسانای الکتریکی به عنوان ابزار یا افزودن مواد ساینده به سیال کار ترکیب کرد.
فرآیند سخت شدن جرقه الکتریکی برای سخت کردن سطوح مختلف فلزات و آلیاژها، اغلب تجهیزات قالب استفاده می شود. برخلاف ماشینکاری جرقه الکتریکی ابعادی، در اینجا آند یک ابزار الکترود است که مواد از سطح آن به قطعه کار در حال پردازش - کاتد منتقل می شود.
ماهیت روش این است که وقتی ابزار به قطعه کار نزدیک می شود، یک تخلیه الکتریکی جرقه بین آنها رخ می دهد که مواد آند را ذوب می کند. در مرحله اول، قطره ای از فلز مذاب تا دمای بالا گرم می شود، می جوشد و فلز آند به شکل ذرات ریز به سمت کاتد می رود. پس از رسیدن به کاتد، ذرات مذاب به آن جوش داده می شوند. در مرحله بعد یک پالس جریان دوم از قسمت داغ کاتد عبور می کند که این پالس با ضربه مکانیکی آند به کاتد همراه است که طی آن فلز آند به سطح کاتد جوش داده می شود و با واکنش های شیمیایی همراه است. فرآیندهای انتشار و پدیده های مشخصه آهنگری.
به عنوان یک ماده آند برای سخت شدن ابزارهای برش (برش، فرز، مته، چاقو و غیره)، از آلیاژهای سخت با گریدهای مختلف، فروکروم و گرافیت استفاده می شود. مصرف این مواد کم است.
سونوگرافی
سونوگرافی- ارتعاشات الاستیک با فرکانس فراتر از حد قابل شنیدن برای انسان. معمولاً محدوده اولتراسونیک فرکانس های بالاتر از 18000 هرتز در نظر گرفته می شود.
اگرچه وجود اولتراسوند برای مدت طولانی شناخته شده است، اما استفاده عملی از آن بسیار جوان است. امروزه سونوگرافی در روش های مختلف فیزیکی و تکنولوژیکی کاربرد فراوانی دارد. بنابراین، سرعت انتشار صوت در یک محیط برای قضاوت در مورد ویژگی های فیزیکی آن استفاده می شود. اندازه‌گیری سرعت در فرکانس‌های اولتراسونیک، تعیین ویژگی‌های آدیاباتیک فرآیندهای سریع، ظرفیت گرمایی ویژه گازها و ثابت‌های الاستیک جامدات با خطاهای بسیار کوچک را ممکن می‌سازد.
منابع اولتراسوند
فرکانس ارتعاشات اولتراسونیک مورد استفاده در صنعت و زیست شناسی در محدوده چند مگاهرتز قرار دارد. چنین ارتعاشاتی معمولاً با استفاده از مبدل های پیزوسرامیک ساخته شده از باریم تیتانیت ایجاد می شوند. در مواردی که قدرت ارتعاشات اولتراسونیک اهمیت اولیه دارد، معمولا از منابع مکانیکی اولتراسوند استفاده می شود. در ابتدا، تمام امواج اولتراسونیک به صورت مکانیکی (چنگال تنظیم، سوت، آژیر) دریافت می شد.
در طبیعت، اولتراسوند هم به عنوان اجزای بسیاری از صداهای طبیعی (در سر و صدای باد، آبشار، باران، در صدای سنگریزه های غلتیده شده توسط موج سواری دریا، در صداهای همراه با تخلیه رعد و برق و غیره) و در میان صداها یافت می شود. از دنیای حیوانات برخی از حیوانات از امواج اولتراسونیک برای شناسایی موانع و حرکت در فضا استفاده می کنند.
فرستنده های اولتراسوند را می توان به دو گروه بزرگ تقسیم کرد. اولی شامل تابش‌کننده‌ها-مولدها می‌شود. نوسانات در آنها به دلیل وجود موانع در مسیر یک جریان ثابت - یک جریان گاز یا مایع هیجان زده می شود. گروه دوم از ساطع کننده ها مبدل های الکتروآکوستیک هستند. آنها نوسانات داده شده در ولتاژ یا جریان الکتریکی را به ارتعاشات مکانیکی جسم جامد تبدیل می کنند که امواج صوتی را به محیط منتشر می کند.
سوت گالتون
اولین سوت اولتراسونیک در سال 1883 توسط گالتون انگلیسی ساخته شد. سونوگرافی در اینجا شبیه به صدای بلند روی لبه چاقو هنگام برخورد جریان هوا به آن ایجاد می شود. نقش چنین نوک در سوت گالتون توسط یک "لب" در یک حفره رزونانس استوانه ای کوچک بازی می شود. گازی که تحت فشار زیاد از طریق یک سیلندر توخالی وارد می شود به این "لب" برخورد می کند. نوسانات به وجود می آیند که فرکانس آن (حدود 170 کیلوهرتز است) با اندازه نازل و لبه تعیین می شود. قدرت سوت گالتون کم است. این عمدتا برای دستور دادن به هنگام آموزش سگ و گربه استفاده می شود.
سوت التراسونیک مایع
اکثر سوت های اولتراسونیک را می توان برای عملکرد در محیط های مایع وفق داد. در مقایسه با منابع اولتراسوند الکتریکی، سوت های اولتراسونیک مایع کم قدرت هستند، اما گاهی اوقات، برای مثال، برای همگن سازی اولتراسونیک، مزیت قابل توجهی دارند. از آنجایی که امواج مافوق صوت مستقیماً در یک محیط مایع ایجاد می‌شوند، هیچ اتلاف انرژی از امواج اولتراسونیک هنگام انتقال از یک محیط به رسانه دیگر وجود ندارد. شاید موفق ترین طرح، سوت اولتراسونیک مایع باشد که توسط دانشمندان انگلیسی کوتل و گودمن در اوایل دهه 50 قرن بیستم ساخته شد. در آن، جریانی از مایع پرفشار از یک نازل بیضوی خارج شده و روی صفحه فولادی هدایت می شود. اصلاحات مختلف این طرح برای به دست آوردن رسانه های همگن کاملاً گسترده شده است. به دلیل سادگی و پایداری طراحی آنها (فقط صفحه نوسانی از بین می رود) چنین سیستم هایی بادوام و ارزان هستند.
آژیر
نوع دیگری از منبع سونوگرافی مکانیکی آژیر است. قدرت نسبتا بالایی دارد و در خودروهای پلیس و آتش نشانی استفاده می شود. تمام آژیرهای دوار شامل یک محفظه بسته شده در بالا توسط یک دیسک (استاتور) است که در آن تعداد زیادی سوراخ ایجاد شده است. روی دیسکی که در داخل محفظه چرخانده می شود، همان تعداد سوراخ وجود دارد - روتور. همانطور که روتور می چرخد، موقعیت سوراخ ها در آن به طور دوره ای با موقعیت سوراخ های روی استاتور منطبق می شود. هوای فشرده به طور مداوم به محفظه می رسد، که در آن لحظات کوتاهی که سوراخ های روتور و استاتور بر هم منطبق می شوند، از آن خارج می شود.
وظیفه اصلی در ساخت آژیرها، اولا ایجاد سوراخ تا حد امکان در روتور و ثانیا دستیابی به سرعت چرخش بالا است. با این حال، در عمل انجام هر دوی این الزامات بسیار دشوار است.
سونوگرافی در طبیعت
کاربردهای سونوگرافی
کاربردهای تشخیصی اولتراسوند در پزشکی (سونوگرافی)
با توجه به انتشار خوب اولتراسوند در بافت های نرم انسان، بی ضرر بودن نسبی آن در مقایسه با اشعه ایکس و سهولت استفاده در مقایسه با تصویربرداری تشدید مغناطیسی، سونوگرافی به طور گسترده ای برای تجسم وضعیت اندام های داخلی انسان به ویژه در حفره شکم و لگن استفاده می شود. .
کاربردهای درمانی اولتراسوند در پزشکی
علاوه بر کاربرد گسترده آن برای اهداف تشخیصی (به اولتراسوند مراجعه کنید)، در پزشکی به عنوان یک عامل درمانی استفاده می شود.
سونوگرافی اثرات زیر را دارد:
- ضد التهاب، جاذب
- ضد درد، ضد اسپاسم
- افزایش نفوذپذیری پوست با کاویتاسیون
فونوفورز روشی ترکیبی است که در آن بافت در معرض سونوگرافی و مواد دارویی وارد شده به کمک آن (اعم از داروها و منشاء طبیعی) قرار می گیرد. هدایت مواد تحت تأثیر امواج فراصوت به دلیل افزایش نفوذپذیری اپیدرم و غدد پوست، غشای سلولی و دیواره عروق برای مواد با وزن مولکولی کوچک، به ویژه یون های معدنی بیشوفیت است. راحتی فرافونوفورز داروها و مواد طبیعی:
- در صورت تجویز اولتراسوند، ماده درمانی از بین نمی رود
- هم افزایی بین سونوگرافی و مواد دارویی
موارد مصرف فونوفورز بیشوفیت: استئوآرتریت، استئوکندروز، آرتریت، بورسیت، اپیکوندیلیت، خار پاشنه، شرایط پس از آسیب به سیستم اسکلتی عضلانی. نوریت، نوروپاتی، رادیکولیت، نورالژی، آسیب های عصبی.
ژل Bischofite اعمال می شود و میکروماساژ ناحیه درمان با استفاده از سطح کار امیتر انجام می شود. این تکنیک ناپایدار است، معمول برای اولترافونوفورز (با UVF مفاصل و ستون فقرات، شدت در ناحیه گردنی 0.2-0.4 W/cm2، در ناحیه سینه و کمر - 0.4-0.6 W/cm2 است).
برش فلز با استفاده از امواج فراصوت
در ماشین های برش فلز معمولی، سوراخ کردن یک سوراخ باریک به شکل پیچیده، به عنوان مثال، به شکل یک ستاره پنج پر، در یک قسمت فلزی غیرممکن است. با کمک اولتراسوند این امکان پذیر است؛ یک ویبراتور مغناطیسی می تواند سوراخی به هر شکلی را سوراخ کند. یک اسکنه اولتراسونیک به طور کامل جایگزین ماشین فرز می شود. علاوه بر این، چنین اسکنه ای بسیار ساده تر از دستگاه فرز است و پردازش قطعات فلزی با آن ارزان تر و سریعتر از دستگاه فرز است.
سونوگرافی حتی می تواند برای ساختن برش های پیچ در قطعات فلزی، شیشه، یاقوت و الماس استفاده شود. به طور معمول، نخ ابتدا از فلز نرم ساخته می شود و سپس قسمت سخت می شود. در دستگاه اولتراسونیک می توان رزوه ها را در فلز از قبل سخت شده و در سخت ترین آلیاژها ساخت. در مورد تمبرها هم همینطور است. معمولاً تمبر پس از اینکه با دقت تمام شد سفت می شود. در دستگاه اولتراسونیک، پیچیده ترین پردازش توسط مواد ساینده (سنباده، پودر کوراندوم) در زمینه موج اولتراسونیک انجام می شود. به طور مداوم در میدان اولتراسوند نوسان می کند، ذرات پودر جامد به آلیاژ در حال پردازش بریده می شوند و سوراخی به شکل اسکنه ایجاد می کنند.
تهیه مخلوط با استفاده از سونوگرافی
سونوگرافی به طور گسترده ای برای تهیه مخلوط های همگن (همگن سازی) استفاده می شود. در سال 1927، دانشمندان آمریکایی لیموس و وود کشف کردند که اگر دو مایع غیرقابل اختلاط (مثلاً روغن و آب) در یک لیوان ریخته شوند و با امواج فراصوت تحت تابش امواج فراصوت قرار گیرند، امولسیونی در ظرف تشکیل می‌شود، یعنی یک سوسپانسیون ریز روغن در اب. چنین امولسیون ها نقش مهمی در صنعت دارند: لاک ها، رنگ ها، محصولات دارویی، لوازم آرایشی.
کاربرد سونوگرافی در زیست شناسی
توانایی فراصوت برای پاره کردن غشای سلولی در تحقیقات بیولوژیکی کاربرد پیدا کرده است، به عنوان مثال، زمانی که لازم است یک سلول از آنزیم جدا شود. اولتراسوند همچنین برای ایجاد اختلال در ساختارهای درون سلولی مانند میتوکندری و کلروپلاست برای بررسی رابطه بین ساختار و عملکرد آنها استفاده می شود. یکی دیگر از کاربردهای اولتراسوند در زیست شناسی به توانایی آن در ایجاد جهش مربوط می شود. تحقیقات انجام شده در آکسفورد نشان داد که حتی سونوگرافی با شدت کم نیز می تواند به مولکول DNA آسیب برساند. ایجاد مصنوعی و هدفمند جهش نقش مهمی در اصلاح نباتات دارد. مزیت اصلی اولتراسوند نسبت به سایر جهش زاها (اشعه ایکس، اشعه ماوراء بنفش) این است که کار با آن بسیار آسان است.
استفاده از سونوگرافی برای تمیز کردن
استفاده از اولتراسوند برای تمیز کردن مکانیکی بر اساس وقوع اثرات غیرخطی مختلف در مایع تحت تأثیر آن است. اینها شامل کاویتاسیون، جریانهای صوتی و فشار صوت است. کاویتاسیون نقش اصلی را ایفا می کند. حباب های آن که در نزدیکی آلاینده ها به وجود می آیند و فرو می ریزند، آنها را از بین می برند. این اثر به عنوان شناخته شده است فرسایش حفره ای. سونوگرافی مورد استفاده برای این اهداف فرکانس پایین و افزایش قدرت دارد.
در شرایط آزمایشگاهی و تولیدی برای شستن قطعات کوچک و ظروف از وان های اولتراسونیک پر شده با حلال (آب، الکل و ...) استفاده می شود. گاهی اوقات با کمک آنها حتی سبزیجات ریشه (سیب زمینی، هویج، چغندر و غیره) از ذرات خاک شسته می شوند.
کاربرد اولتراسوند در اندازه گیری جریان
از دهه 60 قرن گذشته، فلومتر اولتراسونیک در صنعت برای کنترل جریان و محاسبه آب و خنک کننده استفاده شده است.
کاربرد سونوگرافی در تشخیص عیب
سونوگرافی در برخی از مواد به خوبی منتشر می شود که استفاده از آن را برای تشخیص عیب اولتراسونیک محصولات ساخته شده از این مواد ممکن می کند. اخیراً جهت میکروسکوپ اولتراسونیک در حال توسعه است و امکان مطالعه لایه زیرسطحی یک ماده با وضوح خوب را فراهم می کند.
جوشکاری اولتراسونیک
جوشکاری اولتراسونیک جوشکاری تحت فشار است که تحت تأثیر ارتعاشات اولتراسونیک انجام می شود. این نوع جوش برای اتصال قطعاتی که حرارت آنها دشوار است یا هنگام اتصال فلزات یا فلزات نامشابه با لایه های اکسید قوی (آلومینیوم، فولادهای ضد زنگ، هسته های مغناطیسی ساخته شده از آلیاژ دائمی و غیره) استفاده می شود. در تولید مدارهای مجتمع از جوشکاری اولتراسونیک استفاده می شود.
کاربرد اولتراسوند در آبکاری
اولتراسوند برای تشدید فرآیندهای گالوانیکی و بهبود کیفیت پوشش های تولید شده با روش های الکتروشیمیایی استفاده می شود.
امواج مکانیکی با فرکانس نوسان بیشتر از 20000 هرتز توسط انسان به عنوان صدا درک نمی شود. از تماس امواج اولتراسونیک یا اولتراسوند. اولتراسوند توسط گازها به شدت جذب می شود و مواد جامد و مایع بسیار ضعیف تر. بنابراین امواج اولتراسونیک تنها در جامدات و مایعات می توانند در فواصل قابل توجهی منتشر شوند.
از آنجایی که انرژی حمل شده توسط امواج متناسب با چگالی محیط و مربع فرکانس است، امواج فراصوت می توانند انرژی بسیار بیشتری نسبت به امواج صوتی حمل کنند. یکی دیگر از ویژگی های مهم اولتراسوند این است که تابش مستقیم آن نسبتا ساده است.همه اینها امکان استفاده گسترده از اولتراسوند در فناوری را فراهم می کند.
ویژگی های توصیف شده اولتراسوند در یک اکوی صدا استفاده می شود - دستگاهی برای تعیین عمق دریا (شکل 25.11). کشتی مجهز به منبع و گیرنده اولتراسوند با فرکانس مشخص است.منبع پالس های اولتراسونیک کوتاه مدت ارسال می کند و گیرنده پالس های منعکس شده را می گیرد. با دانستن زمان بین ارسال و دریافت پالس و سرعت انتشار اولتراسوند در آب، عمق دریا با استفاده از فرمول l=vt/2 تعیین می شود. یک مکان یاب اولتراسونیک نیز به همین صورت عمل می کند که برای تعیین فاصله تا یک مانع در مسیر یک کشتی در جهت افقی استفاده می شود.. در غیاب چنین موانعی، پالس های اولتراسونیک به کشتی باز نمی گردند.
جالب اینجاست که برخی از حیوانات، مانند خفاش ها، اندام هایی دارند که بر اساس یک مکان یاب اولتراسونیک کار می کنند، که به آنها اجازه می دهد در تاریکی به خوبی حرکت کنند. دلفین ها مکان یاب اولتراسونیک عالی دارند.
هنگامی که اولتراسوند از یک مایع عبور می کند، ذرات مایع شتاب زیادی پیدا می کنند و به شدت بر اجسام مختلف قرار داده شده در مایع تأثیر می گذارند. این برای سرعت بخشیدن به طیف گسترده ای از فرآیندهای تکنولوژیکی استفاده می شود.(مثلا تهیه محلول، شستشوی قطعات، دباغی چرم و ...).
با ارتعاشات شدید اولتراسونیک در مایع، ذرات آن چنان شتاب بالایی به دست می آورند که برای مدت کوتاهی در مایع پاره می شوند. پوچی) که به شدت بسته می شود و ضربه های کوچک زیادی ایجاد می کند، یعنی کاویتاسیون رخ می دهد. در چنین شرایطی، مایع دارای یک اثر خرد کننده قوی است که برای تهیه سوسپانسیون های متشکل از ذرات اتمیزه شده یک جامد در مایع و امولسیون ها استفاده می شود. تعلیق قطرات کوچک یک مایع در مایع دیگر.
سونوگرافی برای تشخیص عیوب در قطعات فلزی استفاده می شود. در فناوری مدرن، استفاده از اولتراسوند به قدری گسترده است که حتی فهرست کردن تمام زمینه های استفاده از آن دشوار است.
توجه داشته باشید که امواج مکانیکی با فرکانس نوسان کمتر از 16 هرتز را امواج فروصوت یا فروصوت می نامند. آنها همچنین احساسات شنیداری ایجاد نمی کنند.امواج مادون صوت در هنگام طوفان و زلزله در دریا رخ می دهد. سرعت انتشار مادون صوت در آب بسیار بیشتر از سرعت طوفان یا امواج سونامی غول پیکر است که در اثر زلزله ایجاد می شود. این به برخی از حیوانات دریایی که توانایی درک امواج فروصوت را دارند اجازه می‌دهد تا سیگنال‌هایی درباره نزدیک شدن به خطر از این طریق دریافت کنند.
سونوگرافی- ارتعاشات صوتی الاستیک با فرکانس بالا. گوش انسان امواج الاستیک منتشر شده در محیط را با فرکانس تقریباً 16-20 کیلوهرتز درک می کند. ارتعاشات فرکانس بالاتر اولتراسوند (فراتر از حد قابل شنیدن) است. به طور معمول، محدوده اولتراسونیک محدوده فرکانسی از 20000 تا یک میلیارد هرتز در نظر گرفته می شود. ارتعاشات صوتی با فرکانس بالاتر را فراصوت می گویند. در مایعات و جامدات، ارتعاشات صوتی می تواند به 1000 گیگاهرتز برسد.
اگرچه دانشمندان از مدت ها قبل از وجود اولتراسوند اطلاع داشتند، استفاده عملی از آن در علم، فناوری و صنعت نسبتاً اخیراً آغاز شده است. در حال حاضر سونوگرافی به طور گسترده در زمینه های مختلف فیزیک، فناوری، شیمی و پزشکی استفاده می شود.
کاربرد سونوگرافی [کاربرد تشخیصی سونوگرافی در پزشکی (سونوگرافی)
با توجه به انتشار خوب سونوگرافی در بافت های نرم انسان، بی ضرر بودن نسبی آن در مقایسه با اشعه ایکس و سهولت استفاده در مقایسه با تصویربرداری رزونانس مغناطیسی، سونوگرافی به طور گسترده ای برای تجسم وضعیت اندام های داخلی انسان به ویژه حفره شکم و لگن استفاده می شود.
کاربردهای درمانی اولتراسوند در پزشکی
علاوه بر کاربرد گسترده آن برای اهداف تشخیصی (به اولتراسوند مراجعه کنید)، در پزشکی به عنوان یک عامل درمانی استفاده می شود.
سونوگرافی دارای اثرات زیر است:
ضد التهاب، جاذب
ضد درد، ضد اسپاسم
افزایش نفوذپذیری پوست با کاویتاسیون
فونوفورز روشی ترکیبی است که در آن بافت در معرض سونوگرافی و مواد دارویی وارد شده به کمک آن (اعم از داروها و منشاء طبیعی) قرار می گیرد. هدایت مواد تحت تأثیر امواج فراصوت به دلیل افزایش نفوذپذیری اپیدرم و غدد پوست، غشای سلولی و دیواره عروق برای مواد با وزن مولکولی کوچک، به ویژه یون های معدنی بیشوفیت است. راحتی فرافونوفورز داروها و مواد طبیعی:
در صورت تجویز اولتراسوند، ماده درمانی از بین نمی رود
هم افزایی بین سونوگرافی و مواد دارویی
موارد مصرف فونوفورز بیشوفیت: استئوآرتروز، استئوکندروز، آرتریت، بورسیت، اپیکوندیلیت، خار پاشنه، شرایط پس از آسیب به سیستم اسکلتی عضلانی. نوریت، نوروپاتی، رادیکولیت، نورالژی، آسیب های عصبی.
ژل Bischofite اعمال می شود و میکروماساژ ناحیه درمان با استفاده از سطح کار امیتر انجام می شود. این تکنیک ناپایدار است، معمول برای اولترافونوفورز (با UVF مفاصل و ستون فقرات، شدت در ناحیه گردنی 0.2-0.4 W/cm2، در ناحیه سینه و کمر - 0.4-0.6 W/cm2 است).
11. مادون صوت و تاثیر آن بر بدن
مادون صوت(از لات زیر- زیر، زیر) - امواج الاستیک، شبیه به امواج صوتی، اما دارای فرکانس کمتر از آنچه توسط گوش انسان درک می شود. حد بالایی محدوده فرکانس فروصوت معمولاً 16-25 هرتز در نظر گرفته می شود. حد پایینی محدوده مادون صوت به طور معمول 0.001 هرتز تعریف می شود. نوسانات در محدوده دهم و حتی صدم هرتز، یعنی با دوره های ده ها ثانیه، ممکن است مورد توجه عملی قرار گیرند. ماهیت وقوع نوسانات فروصوت مانند صدای قابل شنیدن است، بنابراین مادون صوت از همان قوانین پیروی می کند. و از همان دستگاه ریاضی برای توصیف آن استفاده می شود، مانند صدای شنیداری معمولی (به جز مفاهیم مربوط به سطح صدا). مادون صوت به طور ضعیفی توسط محیط جذب می شود، بنابراین می تواند در فواصل قابل توجهی از منبع پخش شود. به دلیل طول موج بسیار طولانی، پراش تلفظ می شود. مادون صوت تولید شده در دریا یکی از دلایل احتمالی یافتن کشتی های رها شده توسط خدمه نامیده می شود (به مثلث برمودا، کشتی ارواح مراجعه کنید).