متن کار بدون تصویر و فرمول قرار داده شده است.
نسخه کامل این کار در برگه "پرونده های کار" با فرمت PDF موجود است

قرن بیست و یکم قرن اتم ، تسخیر فضا ، الکترونیک رادیویی و سونوگرافی است. علم سونوگرافی نسبتاً جوان است. اولین کارهای آزمایشگاهی در مطالعه سونوگرافی توسط یک دانشمند روسی انجام شد - P.N. لبدف در پایان قرن نوزدهم ، و سپس J.-D. Colladon ، J. و P. Curie ، F. Galton.

در دنیای مدرن سونوگرافی همه چیز را بازی می کند نقش بزرگ در تحقیقات علمی مطالعات نظری و تجربی در زمینه حفره اولتراسونیک و جریان های صوتی با موفقیت انجام شده است ، که توسعه فرآیندهای جدید فن آوری را که هنگام قرار گرفتن در معرض سونوگرافی در فاز مایع اتفاق می افتد ، امکان پذیر می کند. در حال حاضر ، جهت جدیدی از شیمی در حال شکل گیری است - شیمی التراسونیک ، سرعت بخشیدن به بسیاری از فرایندهای تکنولوژیکی شیمی را امکان پذیر می کند. تحقیقات علمی به تولد شاخه جدیدی از آکوستیک کمک کرد - آکوستیک مولکولی ، که برهمکنش مولکولی امواج صوتی با ماده را مطالعه می کند. زمینه های جدید استفاده از سونوگرافی ظهور کرده است. همراه با تحقیقات نظری و تجربی در زمینه سونوگرافی ، کارهای عملی بسیاری انجام شده است.

وقتی از بیمارستان بازدید کردم ، دستگاه هایی را دیدم که بر اساس سونوگرافی کار می کنند. چنین وسایلی امکان شناسایی همگنی ها یا ناهمگنی های مختلف مواد موجود در بافت های انسانی ، تومورهای مغزی و سایر سازه ها ، شرایط پاتولوژیک مغز را فراهم می کند و امکان کنترل ریتم قلب را فراهم می کند. من تعجب کردم که چگونه این دستگاه ها با کمک سونوگرافی کار می کنند و به طور کلی سونوگرافی چیست. در دوره فیزیک مدرسه چیزی در مورد سونوگرافی و خصوصیات آن گفته نمی شود و من تصمیم گرفتم خودم پدیده های اولتراسونیک را مطالعه کنم.

هدف، واقعگرایانه: مطالعه سونوگرافی ، بررسی تجربی خواص آن ، کاوش در زمینه استفاده از سونوگرافی در فناوری.

وظایف:

از لحاظ نظری دلایل تشکیل سونوگرافی را در نظر بگیرید.

یک فواره اولتراسونیک بگیرید

خواص امواج فراصوت را در آب بررسی کنید.

بررسی وابستگی ارتفاع چشمه به غلظت املاح برای محلولهای مختلف (چسبناک و غیر چسبناک) ؛

معاینه کردن برنامه های مدرن سونوگرافی در فناوری.

فرضیه:فوق العاده امواج صوتی دارای خصوصیات مشابه امواج صوتی (انعکاس ، شکست ، تداخل) هستند ، اما به دلیل توانایی نفوذ بیشتر در ماده ، سونوگرافی از امکانات بیشتری برای استفاده در فناوری برخوردار است. با افزایش غلظت محلول (تراکم مایع) ، ارتفاع چشمه اولتراسونیک کاهش می یابد.

روش های پژوهش:

تجزیه و تحلیل و انتخاب اطلاعات نظری ؛ فرضیه تحقیق؛ آزمایش؛ آزمایش فرضیه.

دوم - قسمت نظری.

1. تاریخچه ظهور سونوگرافی.

توجه به آکوستیک ناشی از نیازهای نیروی دریایی قدرتهای پیشرو - انگلیس و فرانسه بود صوتی تنها نوع سیگنالی است که می تواند تا حد زیادی در آب حرکت کند. در سال 1826 ، دانشمندان فرانسوی J.-D. Colladon و C.-F. حمله با سرعت صدا در آب مشخص شد. آزمایش آنها تولد هیدروآکوستیک مدرن تلقی می شود. وارد شدن زنگ زیر آب در دریاچه ژنو با احتراق همزمان باروت همراه بود. فلاش باروت توسط دانشمندان در فاصله 10 مایلی مشاهده شد. صدای زنگ از طریق لوله شنوایی زیر آب نیز شنیده می شد. با اندازه گیری فاصله زمانی بین این دو رویداد ، سرعت صدا 1435 متر بر ثانیه محاسبه شد. تفاوت با محاسبات مدرن فقط 3 متر بر ثانیه است.

در سال 1838 ، در ایالات متحده آمریکا ، برای تعیین پروفیل بستر دریا برای قرار دادن یک کابل تلگراف ، ابتدا از صدا استفاده شد. منبع صدا ، همانند آزمایش كلادون ، زنگی بود كه زیر آب صدا می كرد و گیرنده آن بزرگ بود لوله های شنواییپایین رفتن از کشتی. نتایج آزمایش ناامید کننده بود. صدای زنگ (و همچنین انفجار کارتریج های باروت در آب) پژواکی بسیار ضعیف می داد ، تقریباً در میان دیگر صداهای دریا قابل شنیدن نیست. لازم بود که به منطقه فرکانس های بالاتر بروید ، اجازه ایجاد پرتوهای صوتی مستقیم را می دهید ، یعنی برای تغییر سونوگرافی.

اولین تولید کننده سونوگرافی در سال 1883 توسط فرانسیس گالتون انگلیسی ساخته شد. سونوگرافی هنگام سوزاندن مانند سوت نوک چاقو ایجاد می شود. نقش چنین نقطه ای در سوت گالتون توسط یک استوانه با لبه های تیز بازی می شد. هوا یا گاز دیگری که تحت فشار از طریق یک نازل حلقوی با قطر همان لبه سیلندر به لبه می رود ، خارج می شود و نوسانات با فرکانس بالا رخ می دهد. با دمیدن سوت با هیدروژن ، می توان ارتعاشاتی تا 170 کیلوهرتز را بدست آورد.

در سال 1880 ، پیر و ژاک کوری کشف قاطعی برای فناوری سونوگرافی کردند. برادران کوری متوجه شدند که وقتی به بلورهای کوارتز فشار وارد می شود ، بار الکتریکی تولید می شود که مستقیماً با نیرویی که به بلور وارد می شود متناسب است. این پدیده از کلمه یونانی به معنی "فشار آوردن" "پیزوالکتریکیت" نامگذاری شد. علاوه بر این ، آنها اثر پیزوالکتریک مخالف را نشان دادند ، که وقتی پتانسیل الکتریکی با سرعت در حال تغییر روی کریستال اعمال می شود و باعث لرزش می شود ، خود را نشان می دهد. این ارتعاش با فرکانس اولتراسونیک رخ داده است. از این به بعد ، امکان تولید قطره چکان های کوچک و گیرنده های سونوگرافی وجود دارد.

پدیده الکتریسیته (اثر پیزوالکتریک معکوس) به دلیل جهت گیری و بسته بندی متراکم بخشی از مولکول های آب در اطراف گروه های یونی اسیدهای آمینه ایجاد می شود و با کاهش ظرفیت گرما و قابلیت فشرده سازی محلول های یون های دو قطبی همراه است. پدیده انقباض الکتریکی شامل تغییر شکل یک بدن معین در یک میدان الکتریکی است. به دلیل پدیده الکتروشکستگی ، نیروهای مکانیکی در داخل دی الکتریک بوجود می آیند. اگرچه پدیده های الکتروشکستگی در بسیاری از دی الکتریک ها مشاهده می شود ، اما در اکثر بلورها ضعیف بیان می شوند. در بعضی از کریستال ها ، به عنوان مثال نمک روشل و تیتانات باریم ، پدیده الکتریسیته ای بسیار شدید است.

III - قسمت عملی.

ایجاد فواره های فراصوت.

برای به دست آوردن سونوگرافی ، از 2 نصب مختلف اولتراسونیک در کار استفاده شده است: 1) نصب اولتراسونیک مدرسه UD-1 و 2) نصب نمایش اولتراسونیک UD-6.

برای بدست آوردن یک فواره ، یک فنجان عدسی گرفته شده و در بالای قطره چکان قرار داده شد تا حباب های هوا بین کف شیشه و عنصر پیزوالکتریک تشکیل نشود ، که این امر آزمایشات را بسیار مختل می کند. برای این کار ، شیشه را با حرکت دادن پایین در امتداد پوشش امیتر قرار دادید تا اینکه شیشه به لبه امیتر برخورد کرد. با نصب صحیح فنجان لنز ، شروع به انجام مشاهدات کردیم و آب آشامیدنی معمولی را در فنجان لنز ریختیم.

تقریباً یک دقیقه پس از اینکه ژنراتور از شبکه برق تغذیه می شود ، یک فواره مافوق صوت مشاهده شد (ضمیمه 1 ، شکل 1) ، که با دکمه کنترل فرکانس و پیچ های تنظیم تنظیم می شود. با چرخاندن دکمه کنترل فرکانس ، چشمه ای با بلندی به دست آوردیم که آب شروع به پاشیدن لبه شیشه کرد (ضمیمه 1 ، شکل 3 ، 12). مجدداً با یک پیچ گوشتی خازن تنظیم را چرخانده ، آبنما را کم کرده و تنظیم پیچ را برای حداکثر آبنمای جدید (حداکثر ارتفاع آبنما 13-15 سانتی متر) ادامه داد. همزمان با ظاهر آبنما ، مه آب ظاهر شد ، که نتیجه یک پدیده کاویتاسیون است (ضمیمه 1 ، شکل 2).

پایین آمدن چشمه با مایع پاششی با خروج صفحه سطح مایع در رگ از کانون عدسی اولتراسونیک ، به دلیل پایین آمدن سطح ، توضیح داده می شود. برای مشاهده طولانی مدت چشمه ، آن را در یک لوله شیشه ای قرار داده اند ، در امتداد دیواره داخلی آن مایع جوشاننده به پایین جریان می یابد ، بنابراین سطح آن در ظرف تغییر نمی کند. برای این منظور ، ما یک لوله به ارتفاع 50 سانتی متر با قطر بیشتر از قطر داخلی جام عدسی (d \u003d 3 سانتی متر) برداشتیم. هنگام استفاده از یک لوله شیشه ای ، مایع را در شیشه عدسی 5 میلی متر زیر لبه بالایی شیشه ریختند تا سطح مایع را به دلیل پاشیدن آن بر دیواره داخلی لوله حفظ کند (ضمیمه 1 ، شکل 4 ، 5 ، 6).

مشاهده خواص سونوگرافی .

به منظور بدست آوردن بازتاب امواج ، یک صفحه فلزی تخت با گلیسیرین و آب ریخته شده از بالا به داخل گلدان وارد شد و با زاویه 45 درجه نسبت به سطح آب قرار گرفت. ما ژنراتور را روشن کرده و به تشکیل امواج ایستاده (ضمیمه 1 ، شکل 10) دست یافتیم که در نتیجه بازتاب امواج از صفحه معرفی شده و دیواره سلول به دست می آیند. در این آزمایش ، تداخل موج نیز به طور همزمان مشاهده شد (ضمیمه 1 ، شکل 8 ، 9). دقیقاً همان آزمایش را انجام داد ، اما محلول قوی پرمنگنات پتاسیم را با آب ریخت (پیوست 1 ، شکل 11) ، سپس گلیسیرین و آب در بالای آن قرار داد. در این آزمایش ، شکست امواج نیز حاصل شد: هنگامی که امواج مافوق صوت از رابط بین دو مایعات عبور کردند ، تغییری در طول موج ایستاده مشاهده شد ؛ در گلیسیرین ، موج آن بیشتر از آب و منگنز محلول در آن است ، که با تفاوت سرعت انتشار سونوگرافی در این مایعات توضیح داده می شود. پدیده انعقاد ذرات نیز به دست آمد: نشاسته به یک کووت با آب تمیز اضافه شد ، کاملا مخلوط شد. پس از روشن کردن ژنراتور ، مشاهده کردیم که چگونه ذرات در گره های امواج ایستاده جمع می شوند و پس از خاموش کردن ژنراتور ، آنها به سمت پایین می افتند و آب را تصفیه می کنند. بنابراین ، در این آزمایشات ، بازتاب ، شکست ، تداخل سونوگرافی و انعقاد ذرات را مشاهده کردیم.

مشاهده وابستگی ارتفاع چشمه به اندازه مولکول املاح و نوع محلول.

ما فرضیه مطرح شده در مورد وابستگی ارتفاع چشمه اولتراسونیک به تراکم مایع (غلظت محلول) و اندازه مولکول را بررسی کردیم. برای این منظور ، با حل شدن مواد با اندازه های مختلف مولکولی (نشاسته ، شکر ، سفید تخم مرغ) در آن ، چگالی تغییر کرد.

به منظور آگاهی از چگونگی بستگی ارتفاع چشمه به تراکم محلول و اندازه مولکول املاح ، آزمایشات زیر انجام شد. در فرکانس ، ولتاژ و حجم مایع ثابت (25 میلی لیتر) ، با آب سونوگرافی ، با نشاسته محلول ، شکر ، سفید تخم مرغ تابش می شود. برای هر ماده ، من 4 آزمایش انجام دادم ، با هر آزمایش بعدی غلظت مواد 2 برابر کاهش می یابد ، یعنی در آزمایش دوم غلظت 2 برابر کمتر است ، در آزمایش سوم - 4 بار کمتر ، در چهارم - 8 بار کمتر. تمام مشاهدات در جدول بالا ثبت و تدوین شده است. در پیوست یک نمودار نیز وجود دارد که به روشنی نحوه کاهش غلظت مواد را نشان می دهد (ضمیمه 2 ، نمودار 1).

بنابراین ، وابستگی ارتفاع چشمه به غلظت مواد به دست آمد (ضمیمه 2 ، نمودار 2) ، و در آزمایشات با سفید تخم مرغ و نشاسته ، ارتفاع چشمه افزایش یافت و در آزمایشات با قند کاهش یافت.

زیرا مولکول های نشاسته و پروتئین از پلیمرهای بیولوژیکی هستند (IUD ها ترکیبات با وزن مولکولی بالا هستند). وقتی در آب حل می شوند ، محلول های کلوئیدی (قطر ذرات کلوئیدی - 100-1 نانومتر) با ویسکوزیته بالا تشکیل می دهند. به دلیل وجود تعداد زیادی از گروههای هیدروکسو (-OH) ، پیوندهای هیدروژن در مولکولهای اینگونه مواد (بین آب و نشاسته ، آب و پروتئین) تشکیل می شود که به توزیع یکنواخت ذرات در محلول کمک می کند ، که بر انتقال امواج تأثیر منفی می گذارد.

شکر یک دیمر است (C 12 H 22 O 11) n ، انحلال آن منجر به تشکیل یک محلول واقعی می شود (اندازه ذرات محلول با اندازه مولکول های حلال قابل مقایسه است) ، غیر چسبناک ، با توانایی نفوذ بالا ، این ساختار محلول به انتقال قوی تر انرژی موج کمک می کند.

بنابراین ، برای مایعات چسبناک با افزایش غلظت محلول ، ارتفاع فواره اولتراسونیک کاهش می یابد و برای مایعات غیر ویسکوز ، با افزایش غلظت محلول ، ارتفاع فواره اولتراسونیک افزایش می یابد.

چهارم کاربردهای فنی سونوگرافی.

کاربردهای مختلف سونوگرافی را می توان تقریباً به سه قسمت 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 خصوصیات ماده و فرآیندهای رخ داده در آنها در مطالعات زیر استفاده می شود:

مطالعه فرآیندهای مولکولی در گازها ، مایعات و پلیمرها ؛

مطالعه ساختار بلورها و سایر مواد جامد ؛

کنترل روند واکنشهای شیمیایی ، انتقال فاز ، پلیمریزاسیون و غیره ؛

تعیین غلظت محلول ها ؛

تعیین مشخصات مقاومت و ترکیب مواد ؛

تعیین وجود ناخالصی ها ؛

تعیین میزان جریان مایع و گاز.

اطلاعات مربوط به ساختار مولکولی ماده با اندازه گیری سرعت و ضریب جذب صدا در آن داده می شود. این امکان را برای اندازه گیری غلظت محلولها و سوسپانسیونها در خمیرها و مایعات ، کنترل روند استخراج ، پلیمریزاسیون ، پیری و سینتیک واکنشهای شیمیایی فراهم می کند. دقت تعیین ترکیب مواد و وجود ناخالصی ها توسط سونوگرافی بسیار زیاد است و به کسری از درصد می رسد.

اندازه گیری سرعت صدا در مواد جامد به شما امکان می دهد مشخصات الاستیک و مقاومت مواد ساختاری را تعیین کند. این روش غیر مستقیم برای تعیین مقاومت برای سادگی و امکان استفاده از آن در شرایط واقعی مناسب است.

آنالایزرهای گاز اولتراسونیک میزان تجمع ناخالصی های خطرناک را کنترل می کنند. از وابستگی سرعت سونوگرافی به دما برای دماسنج بدون تماس گازها و مایعات استفاده می شود.

جریان سنج های التراسونیک که بر روی اثر داپلر کار می کنند بر اساس اندازه گیری سرعت صدا در مایعات و گازهای در حال حرکت ، از جمله ناهمگن (امولسیون ها ، تعلیق ها ، پالپ ها) است. از تجهیزات مشابه برای تعیین میزان و سرعت جریان خون در آزمایشات بالینی استفاده می شود.

گروه بزرگی از روشهای اندازه گیری بر اساس بازتاب و پراکندگی امواج اولتراسوند در مرزهای بین محیط است. این روش ها به شما امکان می دهد مکان اجسام خارجی را با دقت تعیین کنید و در مناطقی مانند:

ردیاب آوایی؛

آزمایش غیر مخرب و تشخیص عیب.

تشخیص پزشکی

تعیین سطح مایعات و مواد جامد فله در ظروف بسته ؛

تعیین اندازه محصولات ؛

تجسم زمینه های صدا - تصویربرداری صدا و هولوگرافی صوتی.

انعکاس ، انکسار و توانایی تمرکز سونوگرافی در تشخیص عیب اولتراسونیک ، در میکروسکوپ های صوتی اولتراسونیک ، در تشخیص پزشکی ، برای بررسی ناهمگنی های یک ماده استفاده می شود. وجود بی نظمی ها و مختصات آنها توسط سیگنال های منعکس شده یا ساختار سایه تعیین می شود.

روش های اندازه گیری بر اساس وابستگی پارامترهای یک سیستم نوسانی تشدید به خصوصیات محیط در حال بارگذاری آن (امپدانس) برای اندازه گیری مداوم ویسکوزیته و چگالی مایعات ، برای اندازه گیری ضخامت قطعات ، دسترسی به آنها فقط از یک طرف امکان پذیر است. همین اصل در قلب آزمایشگرهای سختی مافوق صوت ، اندازه گیرهای سطح ، سوئیچ های سطح وجود دارد. مزایای روشهای کنترل اولتراسونیک: زمان کوتاه اندازه گیری ، توانایی کنترل محیطهای منفجره ، تهاجمی و سمی ، عدم تأثیر ابزار بر محیط و فرآیندهای کنترل شده.

نتیجه گیری:

در حال پیش رفت کار پژوهشی من از لحاظ نظری دلایل تشکیل سونوگرافی را بررسی کردم. برنامه های مدرن سونوگرافی را در فن آوری مطالعه کرد: سونوگرافی به شما امکان می دهد ساختار مولکولی یک ماده را پیدا کنید ، ویژگی های الاستیک و مقاومت مواد ساختاری را تعیین کنید ، روند تجمع ناخالصی های خطرناک را کنترل کنید این در تشخیص عیب اولتراسونیک ، در میکروسکوپ های صوتی مافوق صوت ، در تشخیص پزشکی ، برای مطالعه ناهمگنی کلان ماده ، برای اندازه گیری مداوم ویسکوزیته و چگالی مایعات ، برای اندازه گیری ضخامت قطعات ، دسترسی به آن فقط از یک طرف امکان پذیر است. به طور آزمایشی ، یک فواره اولتراسونیک دریافت کردم: متوجه شدم که حداکثر ارتفاع فواره 13-15 سانتی متر است (بسته به سطح آب در لیوان ، فرکانس سونوگرافی ، غلظت محلول ، ویسکوزیته محلول). وی به طور آزمایشی خواص امواج فراصوت در آب را بررسی کرد: او تشخیص داد که ویژگی های یک موج اولتراسونیک همان موج صوتی است ، اما تمام فرآیندها ، به دلیل فراوانی زیاد سونوگرافی ، با نفوذ زیاد به عمق ماده رخ می دهد.

آزمایش های انجام شده ثابت کرده است که می توان از فواره اولتراسونیک برای مطالعه خصوصیات محلول ها مانند غلظت ، چگالی ، شفافیت و اندازه ذرات محلول استفاده کرد. این روش تحقیق با سرعت و سادگی اجرا ، دقت مطالعه ، توانایی مقایسه آسان راه حل های مختلف متمایز است. چنین مطالعاتی در اجرای نظارت بر محیط زیست مرتبط هستند. به عنوان مثال ، هنگام مطالعه ترکیب مخزن باطله استخراج معادن در شهر Olenegorsk در اعماق مختلف یا برای نظارت بر آب در تأسیسات تصفیه.

بنابراین ، من فرضیه خود را تأیید کردم که امواج مافوق صوت دارای ویژگی های مشابه امواج صوتی (انعکاس ، شکست ، تداخل) هستند ، اما به دلیل قدرت نفوذ بیشتر در ماده ، سونوگرافی از امکانات بیشتری برای استفاده در فناوری برخوردار است. فرضیه مربوط به وابستگی ارتفاع چشمه مافوق صوت به چگالی مایع تا حدی تأیید شد: هنگامی که غلظت املاح تغییر می کند ، چگالی تغییر می کند و ارتفاع چشمه تغییر می کند ، اما انتقال انرژی موج اولتراسونیک بیشتر به ویسکوزیته محلول بستگی دارد ، بنابراین ، برای مایعات مختلف (چسبناک و غیر چسبناک) ، وابستگی به ارتفاع فواره غلظت متفاوت بود.

ششم - لیست کتابشناسی:

L.L. میاسنیکوف صدای نامفهوم. لنینگراد "کشتی سازی" ، 1967. 140 ص.

گذرنامه واحد سونوگرافی نمایشی UD-76 3.836.000 PS

هوربنکو I.G. صدا ، سونوگرافی ، سونوگرافی. م. ، "دانش" ، 1978.160 ص. (علم و پیشرفت)

پیوست 1

ضمیمه 2

نمودار 1

اگر در یک محیط پیوسته - گازها ، مایعات یا جامدات ، معلوم شود که ذرات محیط از موقعیت تعادل خارج می شوند ، در این صورت نیروهای الاستیکی که از سایر ذرات بر آنها وارد می شوند ، آنها را به موقعیت تعادل برمی گردانند. در این حالت ذرات حرکت نوسانی را انجام می دهند. انتشار ارتعاشات الاستیک در یک محیط پیوسته یک روند موج مانند است.
ارتعاشات با فرکانس از واحد هرتز (هرتز) تا 20 هرتز نامیده می شود فراصوت، با فرکانس 20 هرتز تا 16 ... 20 کیلوهرتز ، نوسانات ایجاد می شود صداهای شنیدنی. ارتعاشات التراسونیک مربوط به فرکانسهای 16 ... 20 کیلوهرتز تا 10 8 هرتز است و نوسانات با فرکانس بیش از 10 8 هرتز نامیده می شوند زیاد صدا . شکل 1.1 مقیاس فرکانس لگاریتمی را بر اساس عبارت نشان می دهد lg 2 f \u003d 1 ، 2 ، 3 ... ، n ، جایی که 1 ، 2 ، 3 ... ، n - اعداد اکتاو

شکل 1.1 - دامنه ارتعاشات الاستیک در محیط مواد

ماهیت فیزیکی ارتعاشات الاستیک در کل دامنه فرکانس یکسان است. برای درک ماهیت ارتعاشات الاستیک ، اجازه دهید خواص آنها را در نظر بگیریم.
شکل موج شکل جبهه موج است ، یعنی مجموعه ای از نقاط با همان مرحله. ارتعاشات صفحه موج صوتی صفحه ای ایجاد می کند ، اگر یک استوانه به عنوان ساطع کننده عمل کند ، که به طور دوره ای در جهت شعاع آن منقبض و منبسط می شود ، یک موج استوانه ای بوجود می آید. یک ساطع کننده نقطه یا یک توپ ضربان دار که ابعاد آن در مقایسه با طول موج ساطع شده کوچک است ، یک موج کروی تولید می کند.

امواج صوتی بر اساس طبقه بندی می شوند نوع امواج : می توانند طولی ، عرضی ، خمشی ، پیچشی باشند - بستگی به شرایط تحریک و انتشار دارد. در مایعات و گازها ، فقط امواج طولی منتشر می شوند ؛ در جامدات ، امواج عرضی و سایر انواع امواج ذکر شده نیز می توانند رخ دهند. در یک موج طولی ، جهت نوسانات ذرات همزمان با جهت انتشار موج است (شکل 1.2 ، و) ، موج عرضی عمود بر جهت نوسانات ذرات منتشر می شود (شکل 1.2 ، ب) .

الف) حرکت ذرات محیط در طول انتشار یک موج طولی ؛ ب) حرکت ذرات محیط در هنگام انتشار یک موج عرضی.

شکل 1.2 - حرکت ذرات در طول انتشار موج

هر موجی ، مانند یک نوسان که در زمان و مکان پخش می شود ، می تواند مشخص شود فرکانس , طول موج و دامنه (شکل 3) در این حالت طول موج λ به فرکانس مربوط می شود f از طریق سرعت انتشار موج در یک ماده معین ج: λ = c / f.

شکل 1.3 - مشخصات فرایند نوسان

1.6 استفاده عملی از ارتعاشات فراصوت با انرژی کم

زمینه استفاده از ارتعاشات اولتراسونیک با شدت کم (به طور معمول تا 1 W / cm 2) بسیار گسترده است و ما به نوبه خود چندین برنامه اصلی از ارتعاشات اولتراسونیک با شدت کم را در نظر خواهیم گرفت.
1. دستگاه های التراسونیک برای کنترل خصوصیات شیمیایی مواد و محیط های مختلف همه آنها بر اساس تغییر در سرعت ارتعاشات اولتراسونیک در محیط است و اجازه می دهد:
- برای تعیین غلظت مخلوط های دودویی ؛
- تراکم محلول ها ؛
- درجه پلیمریزاسیون ؛
- وجود ناخالصی ها ، حباب های گاز در محلول ها ؛
- تعیین میزان وقوع واکنش های شیمیایی ؛
- محتوای چربی شیر ، خامه ، خامه ترش ؛
- پراکندگی در سیستم های ناهمگن و غیره
وضوح دستگاه های التراسونیک مدرن 0.05٪ است ، دقت اندازه گیری سرعت انتشار در نمونه های 1 متر طول 0.5-1 متر بر ثانیه است (سرعت در فلز بیش از 5000 متر بر ثانیه است). تقریباً همه اندازه گیری ها با مقایسه با یک استاندارد انجام می شود.
2. دستگاههایی برای کنترل خصوصیات فیزیکی و شیمیاییبر اساس اندازه گیری میرایی سونوگرافی. چنین دستگاه هایی امکان اندازه گیری ویسکوزیته ، اندازه گیری چگالی ، ترکیب ، محتوای ناخالصی ها ، گازها و غیره را فراهم می کنند. تکنیک های مورد استفاده نیز بر اساس روش های محک زدن است.
3. جریان سنج التراسونیک برای مایعات در خطوط لوله... عملکرد آنها همچنین بر اساس اندازه گیری سرعت انتشار ارتعاشات فراصوت در طول جریان مایع و بالادست است. مقایسه دو سرعت به شما امکان می دهد تا میزان جریان را تعیین کنید ، و با یک مقطع عرضی شناخته شده از خط لوله ، میزان جریان نمونه ای از یکی از جریان سنج ها (شماره 15183 در ثبت نام دولت از ابزار اندازه گیری) در شکل 1.4 نشان داده شده است.

شکل 1.4 - فلومتر سونوگرافی ثابت "AKRON"

چنین جریان سنجی میزان جریان حجمی و حجم کل (مقدار) مایعات جریان یافته در خطوط لوله فشار آب ، فاضلاب و سیستم های تأمین فرآورده های نفتی را بدون اتصال به خط لوله عملیاتی اندازه گیری می کند. اصل عملکرد جریان سنج اندازه گیری اختلاف زمان انتقال موج اولتراسونیک در امتداد جریان و در برابر جریان مایع کنترل شده ، محاسبه مجدد آن به یک میزان جریان فوری با یکپارچه سازی بعدی است.
خطای ابزار 2٪ از حد اندازه گیری بالایی است. حدود اندازه گیری بالا و پایین توسط اپراتور تنظیم می شود. جریان سنج شامل یک واحد سنسور (متشکل از دو حسگر اولتراسونیک و دستگاهی برای اتصال آنها به یک لوله) و یک واحد الکترونیکی است که توسط کابل RF تا 50 متر طول (10 متر به صورت استاندارد) متصل می شود. سنسورها در یک قسمت مستقیم از خط لوله در سطح خارجی ، بدون آلودگی ، رنگ و زنگ زدگی نصب می شوند. شرط نصب صحیح سنسورها وجود یک قسمت مستقیم لوله با حداقل 10 قطر لوله - قبل و 5 قطر - بعد از سنسورها است.
4. شاخص های سطح
اصل کار بر اساس محل قرار گرفتن سطح مواد مایع یا فله توسط پالس های مافوق صوت در حال عبور از یک محیط گاز و بر اساس پدیده بازتاب این پالس ها از رابط "محیط کنترل شده گاز" است. در این حالت ، اندازه گیری سطح زمان انتشار ارتعاشات صوتی از فرستنده به رابط کنترل شده بین رسانه و برگشت به گیرنده است. نتیجه اندازه گیری با امکان مشاهده و تجزیه و تحلیل بعدی و همچنین اتصال به سیستم جمع آوری و پردازش خودکار داده ، در رایانه شخصی نمایش داده می شود ، جایی که همه اندازه گیری ها به خاطر سپرده می شوند. سطح سنج به عنوان بخشی از سیستم می تواند شامل ماشین آلات حالت ، پمپ ها و سایر دستگاه ها در سطح بالاتر از حداکثر و زیر حداقل مقدار باشد ، که امکان اتوماسیون فرایند فناوری را فراهم می کند. علاوه بر این ، یک خروجی جریان (0.5 میلی آمپر ، 0-20 میلی آمپر) برای ضبط کننده ها تولید می شود.
سوئیچ سطح به شما امکان می دهد تا درجه حرارت محیط را در مخازن کنترل کنید. قالب اصلی خروجی فاصله از بالای مخزن تا سطح ماده حاوی آن است. بنا به درخواست مشتری ، با ارائه اطلاعات لازم ، می توان دستگاه را برای نمایش ارتفاع ، جرم یا حجم ماده در مخزن اصلاح کرد.
5. آنالایزرهای اولتراسونیک ترکیب گاز براساس استفاده از وابستگی سرعت سونوگرافی در مخلوط گازها به سرعت هر یک از گازهای تشکیل دهنده
6. دستگاه های اولتراسونیک امنیتی بر اساس اندازه گیری پارامترهای مختلف زمینه های مافوق صوت (دامنه های ارتعاش هنگامی که فضای بین فرستنده و گیرنده همپوشانی دارد ، فرکانس هنگام بازتاب از یک جسم در حال حرکت و غیره تغییر می کند).
7. کنتورهای دمای گاز و آلارم های حریق بر اساس تغییر در سرعت انتشار در هنگام تغییر دمای محیط یا ظاهر شدن دود.
8. دستگاه های تست غیر مخرب اولتراسونیک. آزمایش غیر مخرب یکی از اصلی ترین روشهای فن آوری برای اطمینان از کیفیت مواد و محصولات است. بیش از یک محصول نباید بدون آزمایش استفاده شود. شما می توانید با آزمایش بررسی کنید ، اما می توانید 1-10 محصول را آزمایش کنید ، اما نمی توانید 100٪ از همه محصولات را بررسی کنید ، زیرا برای بررسی - این به معنی خراب کردن تمام محصولات است. بنابراین ، لازم است بدون از بین بردن آن بررسی شود.
یکی از ارزان ترین ، ساده ترین و حساس ترین روش اولتراسونیک آزمایش غیر مخرب است. مزایای اصلی نسبت به سایر روشهای آزمایش غیر مخرب عبارتند از:

- تشخیص نقص واقع در اعماق مواد ، که به دلیل بهبود توانایی نفوذ امکان پذیر است. معاینه سونوگرافی تا عمق چندین متر انجام می شود. محصولات مختلف تحت بازرسی قرار می گیرند ، به عنوان مثال: میله های فولادی بلند ، مهرهای چرخشی و غیره.
- حساسیت بالا هنگام تشخیص نقص بسیار کوچک به طول چند میلی متر ؛
- تعیین دقیق محل نقص داخلی ، ارزیابی اندازه آنها ، مشخصات جهت ، شکل و ماهیت ؛
- کافی بودن دسترسی به تنها یک طرف محصول ؛
- کنترل فرآیند از طریق ابزار الکترونیکی ، که تقریباً تشخیص فوری نقص را فراهم می کند.
- اسکن حجمی ، که به شما امکان می دهد حجم مواد را بررسی کنید.
- بدون نیاز به اقدامات احتیاطی بهداشتی ؛
- قابلیت حمل تجهیزات

1.7 کاربرد عملی ارتعاشات فراصوت با شدت بالا

امروزه ، فرآیندهای اصلی که توسط ارتعاشات فراصوت با انرژی زیاد اجرا و تشدید می شوند ، بسته به نوع محیطی که در آن اجرا می شوند ، معمولاً به سه زیرگروه اصلی تقسیم می شوند (شکل 1.5).

شکل 1.5 - کاربرد ارتعاشات فراصوت با انرژی بالا

بسته به نوع محیط ، فرایندها به طور متداول به فرایندها تقسیم می شوند در مواد مایع ، جامد و ترموپلاستیک و محیط های گازی (هوا). بخشهای زیر با جزئیات بیشتر فرایندها و دستگاههای تشدید فرآیندهای موجود در مواد مایع ، جامد و ترموپلاستیک ، محیطهای گازی را بررسی می کنند.
در مرحله بعدی ، ما نمونه هایی از فن آوری های اصلی را که با استفاده از ارتعاشات فراصوت با انرژی بالا به کار گرفته می شوند ، بررسی خواهیم کرد.
1. پردازش بعدی.

از ارتعاشات اولتراسونیک برای پردازش مواد و فلزات شکننده و فوق العاده سخت استفاده می شود.
فرآیندهای اصلی تکنولوژیکی که توسط ارتعاشات فراصوت تشدید می شوند ، حفاری ، ضد پاشش ، نخ ، کشیدن سیم ، پرداخت ، سنگ زنی ، حفاری سوراخ های پیچیده است. تشدید این فرآیندهای تکنولوژیکی به دلیل تحمیل ارتعاشات فراصوت به دستگاه رخ می دهد.
2. تمیز کردن التراسونیک.
امروزه روش های زیادی برای پاکسازی سطوح از آلودگی های مختلف وجود دارد. تمیز کردن التراسونیک سریعتر است ، کیفیت بالایی را فراهم می کند و مناطق سخت صاف را شستشو می دهد. این امر جایگزینی حلال های بسیار سمی ، قابل اشتعال و گران قیمت با آب ساده را تضمین می کند.
با استفاده از ارتعاشات فراصوت با فرکانس بالا ، در طی چند دقیقه کاربراتورها و انژکتورهای ماشین تمیز می شوند.
دلیل تسریع در تمیز کردن در حفره حفره است ، پدیده خاصی که در آن حباب های ریز گاز در مایع تشکیل می شود. این حباب ها می ترکند (منفجر می شوند) و جریان های آبی قدرتمندی ایجاد می کنند که تمام آلودگی ها را می شوید. این اصلی است که امروزه ماشین لباسشویی و لباسشویی کوچک وجود دارد. ویژگی های اجرای فرایند کاویتاسیون و پتانسیل های آن به طور جداگانه در نظر گرفته خواهد شد. UZ فلزات را از خمیرهای پرداخت ، محصولات نورد از مقیاس ، سنگ های قیمتی از مکان های پرداخت پاک می کند. تمیز کردن صفحات چاپ ، شستن پارچه ، شستن آمپول. تمیز کردن خطوط لوله پیچیده سونوگرافی علاوه بر تمیز کردن ، قادر به از بین بردن سوراخهای کوچک و پرداخت آن است.
عمل اولتراسونیک در محیط های مایع میکروارگانیسم ها را از بین می برد و بنابراین به طور گسترده ای در پزشکی و میکروب شناسی استفاده می شود.
اجرای دیگری از تمیز کردن اولتراسونیک نیز امکان پذیر است.
- تصفیه دود از ذرات جامد موجود در هوا. برای این منظور ، از عمل اولتراسونیک در مه و دود نیز استفاده می شود. ذرات در میدان اولتراسونیک شروع به حرکت فعال ، برخورد و چسبیدن به یکدیگر می کنند و روی دیواره ها رسوب می کنند. این پدیده را انعقاد فراصوت می نامند و برای مقابله با مه در میادین هوایی ، جاده ها و بنادر دریایی استفاده می شود.
3. جوشکاری التراسونیک.
در حال حاضر ، با استفاده از ارتعاشات فراصوت با شدت بالا ، مواد ترموپلاستیک پلیمری جوش داده می شوند. جوشکاری لوله های پلی اتیلن ، جعبه ها ، قوطی ها تنگی عالی را ایجاد می کند. برخلاف سایر روش ها ، پلاستیک های آلوده ، لوله های مایع و ... را می توان با سونوگرافی پخت. در این حالت ، محتویات عقیم می شوند.
جوشکاری التراسونیک برای جوشکاری باریکترین فویل یا سیم به یک قطعه فلزی استفاده می شود. علاوه بر این ، جوشکاری اولتراسونیک جوشکاری سرد است ، زیرا درز در دمای زیر دمای ذوب تشکیل می شود. بنابراین ، آلومینیوم ، تانتالوم ، زیرکونیوم ، نیوبیوم ، مولیبدن و غیره توسط جوشکاری به هم متصل می شوند.
در حال حاضر ، جوشکاری مافوق صوت بیشترین کاربرد را در فرآیندهای بسته بندی پرسرعت و تولید مواد بسته بندی پلیمری پیدا کرده است.
4. لحیم کاری و قلع بندی
ارتعاشات فراصوت با فرکانس بالا برای لحیم کاری آلومینیوم استفاده می شود. با کمک سونوگرافی ، می توان سرامیک ، شیشه را قلع و سپس لحیم کرد ، که قبلاً غیرممکن بود. فریت ها ، لحیم کاری کریستال های نیمه هادی به موارد روکش طلا امروز با استفاده از فناوری مافوق صوت محقق می شوند.
5. سونوگرافی در شیمی مدرن
در حال حاضر ، همانطور که از منابع ادبی دنبال می شود ، جهت جدیدی در شیمی شکل گرفته است - شیمی اولتراسونیک. دانشمندان با مطالعه تحولات شیمیایی تحت تأثیر سونوگرافی دریافته اند که سونوگرافی نه تنها اکسیداسیون را تسریع می کند ، بلکه در برخی موارد اثر کاهشی نیز ایجاد می کند. بنابراین ، آهن از اکسیدها و نمک ها کاهش می یابد.
نتایج مثبت خوبی در مورد تشدید سونوگرافی فرآیندهای شیمیایی-تکنولوژی زیر بدست آمد:
- رسوب الکتریکی ، پلیمریزاسیون ، دپلیمریزاسیون ، اکسیداسیون ، کاهش ، پراکندگی ، امولسیون ، انعقاد آئروسل ، همگن سازی ، اشباع ، انحلال ، پاشش ، خشک کردن ، احتراق ، دباغی و غیره
رسوب الکتریکی - فلز رسوب یافته دارای ساختاری ریز بلوری است ، تخلخل کاهش می یابد. بنابراین ، آبکاری مس ، قلع کاری ، نقره کاری انجام می شود. روند کار سریعتر و کیفیت پوشش بالاتر از فناوریهای معمولی است.
دریافت امولسیون: آب و چربی ، آب و روغن ضروری، آب و جیوه. ایالات متحده از سد عدم اختلاط عبور می کند.
پلیمریزاسیون (ترکیبی از مولکول ها به یک) - درجه پلیمریزاسیون توسط فرکانس سونوگرافی تنظیم می شود.
پراکندگی - به دست آوردن رنگدانه های عالی برای به دست آوردن رنگ ها.
خشک کردن - بدون گرم شدن بیولوژیکی مواد فعال... در صنایع غذایی ، دارویی.
سمپاشی مایعات و ذوب شدن. تشدید فرآیندهای خشک کن اسپری. به دست آوردن پودر فلز از ذوب. این دستگاه های اسپری قطعات چرخان و مالش دهنده را از بین می برند.
التراسونیک راندمان احتراق را 20 برابر سوخت مایع و جامد افزایش می دهد.
تلقیح. مایع صدها برابر سریعتر از مویرگهای مواد آغشته عبور می کند. مورد استفاده در تولید مواد بام ، خواب ، تخته های سیمان ، تکسولیت ، getinax ، اشباع چوب با رزین های اصلاح شده
6. سونوگرافی در متالورژی.
- شناخته شده است که هنگام ذوب ، فلزات گازهای آلومینیوم و آلیاژهای آن را جذب می کنند. 80٪ کل گازهای موجود در فلز مذاب H2 است. این منجر به افت کیفیت فلز می شود. با استفاده از سونوگرافی می توان گازها را از بین برد ، این امر باعث ایجاد چرخه فن آوری ویژه در کشور ما و استفاده گسترده از آن در تولید فلزات می شود.
- التراسونیک به سخت شدن فلزات کمک می کند
- در متالورژی پودر ، سونوگرافی باعث افزایش چسبندگی ذرات ماده تولیدی می شود. با این کار دیگر نیازی به آب بندی فشار بالا نیست.
7. UZ در معدن.
استفاده از سونوگرافی امکان اجرای فن آوری های زیر را فراهم می کند:
- حذف پارافین از دیواره چاه های روغن ؛
- از بین بردن انفجارهای متان در معادن به دلیل پاشش آن.
- بهره مندی از سنگ معدن با التراسونیک (روش شناور سازی با استفاده از اولتراسونیک).
8. KM در کشاورزی.
ارتعاشات فراصوت بون قبل از کاشت بذرها و دانه ها تأثیر مطلوبی دارند. بنابراین ، درمان بذر گوجه فرنگی قبل از کاشت باعث افزایش تعداد میوه ها ، کاهش زمان رسیدن و افزایش میزان ویتامین ها می شود.
تیمار اولتراسونیک تخمه خربزه و ذرت منجر به افزایش عملکرد 40 درصدی می شود.
هنگام پردازش بذرهای اولتراسونیک ، می توان از ضد عفونی اطمینان حاصل کرد و عناصر کمیاب لازم را از مایع وارد کرد
9. صنایع غذایی.
در عمل ، امروزه فناوری های زیر در حال اجرا هستند:
- فرآوری شیر برای عقیم سازی همگن ؛
- فرآوری برای افزایش ماندگاری و کیفیت شیر \u200b\u200bمنجمد
- دریافت شیر \u200b\u200bخشک با کیفیت بالا ؛
- دریافت امولسیون برای پخت ؛
- فرآوری مخمر 15٪ قدرت تخمیر آن را افزایش می دهد.
- بدست آوردن مواد معطر ، سیب زمینی له شده ، استخراج چربی از کبد.
- تخصیص تارتار ؛
- استخراج مواد اولیه گیاهی و حیوانی.
- تولید عطر (به جای یک سال 6 ... 8 ساعت).
10. سونوگرافی در زیست شناسی.
- دوزهای زیاد سونوگرافی میکروارگانیسم ها (استافیلوکوک ، استرپتوکوک ، ویروس) را از بین می برد.
- شدت کم قرار گرفتن در معرض اولتراسونیک باعث رشد کلنی های میکروارگانیسم ها می شود.
11. نفوذ در شخص.
قرار گرفتن در معرض سونوگرافی با شدت حداکثر 0.1 / 0 ... 0.4 W / cm دارای اثر درمانی است. در آمریكا ، قرار گرفتن در معرض شدت حداكثر 0.8 W / cm درمانی تلقی می شود
12. در پزشکی.
پوست موی اولتراسونیک ، دستگاه های لیپوساکشن خارجی و داخلی ، دستگاه های لاپاراسکوپی ، دستگاه های استنشاقی ، ماساژور بسیار مورد استفاده قرار می گیرند و می توانند بیماری های مختلف را درمان کنند.
دوره سخنرانی های زیر برای آشنایی مقدماتی دانشجویان ، دانشجویان تحصیلات تکمیلی ، مهندسان و تکنسین های صنایع مختلف با اصول فن آوری های اولتراسونیک در نظر گرفته شده است و هدف آن ارائه دانش اساسی در مورد تئوری تشکیل ارتعاشات فراصوت و عمل استفاده از ارتعاشات فراصوت با شدت بالا است.

ارتعاشات اولترازونی، ارتعاشاتی با چنان فرکانس بالا که از آنها به گوش می رسد ، قابل درک نیستند. فرکانس ارتعاشات اولتراسونیک از 15000-20000 هرتز شروع می شود. مدت هاست که وجود ارتعاشات فراصوت شناخته شده است و پس از ظهور سوت گالتون در سال 1883 ، که صداهای نامفهوم از خود ساطع می کند ، نمایش آنها وارد عمل تدریس می شود. با این حال ، تا همین اواخر ، ارتعاشات اولتراسونیک هیچ ارزش عملی نداشت ، زیرا منابع قدرت کافی از ارتعاشات اولتراسونیک وجود نداشت. احیای تحقیقات در مورد ارتعاشات اولتراسونیک در سال 1917-1919 آغاز شد ، زمانی که لانگوین در پاریس موفق شد با استفاده از کوارتز امواج فراصوت قدرتمندی را در آب بدست آورد. به ویژه ، تحقیقات در مورد ارتعاشات اولتراسونیک پس از کار کدی ، که از سال 1922 آغاز شد ، دوباره احیا شد. این احیا در این زمان ادامه دارد.

روش های به دست آوردن ارتعاشات فراصوت بسیار متنوع تقریباً تمام روشهای بدست آوردن ارتعاشات نیز برای ارتعاشات فراصوت مناسب است. صداهای نه چندان قدرتمند به راحتی با سوت گالتون (شکل 1) به دست می آیند ، که نشان دهنده یک تشدید کننده هوا است ، فرکانس طبیعی آن می تواند از 10000 تا 30000 هرتز متغیر باشد و در برابر باز شدن آن جریان هوا هدایت می شود. قدرت چنین سوت کم است و در تمام روش های شرح داده شده در زیر ، منبع انرژی فرکانس اولتراسونیک یک جریان الکتریکی متناوب است که معمولاً از مدارهای الکتریکی خود نوسان با لامپ الکترونیکی بدست می آید. تنها استثنا قوس آواز است که با آن نکلپایف در سال 1911 ارتعاشات و امواج فراصوتی را با فرکانس های تا 3،500،000 هرتز دریافت کرد که مربوط به طول موج حدود 0.1 میلی متر است. امواج در هوا دریافت شدند و معلوم شد که دومی آنها را به شدت جذب می کند. اولین منبع قدرتمند ارتعاشات فراصوت فرستنده پیزوالکتریک لانژوین بود که برای کار در آب طراحی شده بود. قسمت اصلی فرستنده لانژوین یک صفحه کوارتز Q است (شکل 2) ، برش عمود بر محور الکتریکی و مجهز به صفحات A ، A که به آن چسبیده است. جریان متناوب. با انتخاب مناسب فرکانس ، هنگامی که نوسانات طبیعی فرستنده با جریان همخوانی داشته باشد ، بسیار قدرتمند شده و انرژی فراصوت فراوانی از خود ساطع می کنند.

در فرستنده زیر آب لانگوین ، فقط یک صفحه A با آب در تماس است ، در حالی که صفحه دیگر در محفظه نشان داده شده در شکل قرار دارد. 2 شماتیک با یک خط نقطه ای. چنین فرستنده هایی معمولاً برای فرکانس های حدود 30 تا 40 هزار هرتز ساخته می شوند.

Wood و Loomis برای آزمایشات خود از صفحات با صفحات بسیار نازک استفاده کردند ، که عملاً بر فرکانس طبیعی صفحه تأثیر نمی گذارد. از آنجا که ضخامت کل فرستنده برای آنها بسیار کمتر بود ، فرکانس ارتعاشات فراصوت بسیار بالاتر بود ، یعنی از مرتبه 5 · 10 5 هرتز. میاسنیکوف موفق شد به فرکانسهای 10 6 -10 7 هرتز برسد. فرستنده ها در هر دو مورد در حمام روغن قرار گرفتند ، جایی که امواج مافوق صوت منتشر می شود. تلاش های موفقیت آمیزی برای بدست آوردن ارتعاشات التراسونیک با قدرت کافی و با استفاده از ارتعاشات مغناطیسی وجود دارد. گینس با نوسانات مغناطیسی هیجان انگیز در یک لوله نیکل ، سونوگرافی های بسیار قوی دریافت کرد بخش پایینی که در هوا ، توسط یک میدان مغناطیسی متناوب عمل می کند ، و قسمت فوقانی ، واقع در مایع ، صدا را ساطع می کند. جرقه الکتریکی نیز نتایج نامطلوبی را به همراه دارد. روش Langevin در حال حاضر بهترین روش عملی برای تولید فرستنده های اولتراسونیک قدرتمند است. آزمایش های به دست آوردن امواج فراصوت در هوا با همان روش نشان داده است که پس زدن فرستنده های این نوع در هوا بسیار ناچیز است.

انتشار امواج فراصوت در گازها و مایعات به طور کلی از همان قوانینی که امواج صوتی معمولی دارد پیروی می کند ، اما برخی از ویژگی های آن وجود دارد. امواج التراسونیک در هوا و گازها بسیار قابل توجه جذب می شوند و هرچه قوی تر ، فرکانس امواج فراصوت بیشتر باشد. کوتاهترین آنها ، که توسط Neklepaev بررسی شده است ، با ضریب 100 ضعیف می شود ، زیرا قبلاً از 6 میلی متر عبور کرده است. امواج 8 برابر دیگر پس از طی 40 سانتی متر و غیره با همان مقدار ضعیف می شوند. بعلاوه ، برخی از پراکندگی امواج فراصوت نیز مشاهده می شود. در توان بالای فرستنده های اولتراسونیک ، علاوه بر تابش اولتراسونیک ، یک "باد" از آنها وجود دارد که ابتدا توسط مایسنر بر روی صفحات کوارتز کشف شد ، که در فرستنده های زیر آب نیز مشاهده می شود. اگر ، مانند آزمایشات Wood و Lumis ، امواج مافوق صوت در مرز دو محیط قرار گیرند (در آزمایشات آنها روغن - هوا و روغن - آب) ، سطح تماس آنها به دلیل اصطلاح بسیار تحریف می شود. فشار صوتی ، کل چشمه های کوچکترین پاشیده ها تشکیل می شوند و در آزمایشات با روغن و آب ، یک امولسیون روغن در آب تشکیل می شود. امواج فراصوت که در امتداد میله شیشه پخش می شوند هنگام لمس باعث احساس سوزش می شوند ، گرچه دماسنج فقط اندکی افزایش دما را نشان می دهد. فیزیولوژی و عملکرد امواج فراصوت قدرتمند نیز قابل توجه است: سلولهای حیوانی و گیاهی و باکتریها در زمینه امواج اولتراسونیک می میرند ، بنابراین عقیم سازی شیر با استفاده از این روش امکان پذیر است. ماهی ها در حوالی فرستنده های لانگوین در حال مرگ بودند. شاید با پیشرفتهای بعدی، امواج فراصوت ارزش درمانی پیدا می کنند. با توجه به طول موج بسیار کوچک در زمینه امواج مافوق صوت ، پراش امواج نور مانند توری های پراش (Debye و Sears) مشاهده می شود. تداخل سنج های ساخته شده (پیرس) برای امواج مافوق صوت ، برای تعیین سرعت صدا در گازها و مایعات استفاده می شود. کاربردهای مختلف ارتعاشات فراصوت در فناوری، و تقریباً همه براساس خواص تشدید کننده های کوارتز است. از آنجا که میرایی در میله های کوارتز نوسانی ، صفحات و به ویژه حلقه ها بسیار کمتر از مدارهای الکتریکی است ، در مواردی که به تشدید واضح نیاز است ، دومی با اولین جایگزین می شود. بنابراین فراگیر شدند تثبیت کننده های کوارتز برای؛ خاصیت کوارتز برای درخشش هنگام ارتعاش ، از آنجا که بارهای الکتریکی بر روی آن ظاهر می شود ، در شاخص های موج استفاده می شود (Gibet). فرکانس نوسان داده شده توسط حلقه های کوارتز به قدری ثابت است که موریسون از آنها برای یک ساعت الکتریکی استفاده می کند که از نظر دقت تمام از گذشته شناخته شده است ، زیرا کوارتز در حال حاضر بهترین استاندارد فرکانس است.

فرستنده های کوارتز زیر آب برای ارتعاشات اولتراسونیک ، آنها هنوز هم به طور گسترده ای مورد استفاده قرار نمی گیرند ، با این حال ، به دلیل فرکانس بالا ، آنها در مقایسه با فرستنده های الکترومغناطیسی زیر آب دارای دو مزیت هستند: جهت پذیری بالا ، به شما امکان می دهد پرتوی پرتوهای حاصل از آنها را در یک زاویه باریک جامد متمرکز کنید. ثانیا ، آنها (با طراحی خوب ، که هنوز به طور کامل به دست نیامده اند) کارایی بالایی دارند. اول از همه ، آنها به عنوان ابزاری برای تعیین عمق به اصطلاح استفاده می شدند. صدای اکو پرتوی صدا از فرستنده به پایین هدایت می شود. منعکس شده از آن ، به همان فرستنده ای که آن را دریافت می کند بازمی گردد. نصب ضبط کننده زمان حرکت صدا از فرستنده به پایین و عقب را ثبت می کند ، جایی که عمق محاسبه می شود. فرستنده های التراسونیک برای سیم کشی از کشتی به کشتی ، از جمله موارد دیگر ، و برای زیردریایی ها ، که ارتباط صوتی تقریباً تنها ارتباط ممکن برای آنها است ، استفاده می شود. فرستنده اولتراسونیک نیز گیرنده است. تلاش هایی برای استفاده از پرتوهای اولتراسونیک برای باز کردن زیردریایی ها و کوه های یخی (بویل و رید ، 1926) ، به منظور ریزتابش نقص فلزات صورت گرفته است (S. Sokolov) ، اما هنوز نتایج قابل اطمینان برای نصب های مربوطه قابل اطمینان نیستند.

سونوگرافی - این ارتعاشات مکانیکی الاستیک با فرکانس بیش از 18 کیلوهرتز است که آستانه بالایی شنوایی است گوش انسان... با توجه به افزایش فرکانس ، ارتعاشات اولتراسونیک (UZK) دارای تعدادی ویژگی خاص (توانایی تمرکز و جهت پذیری تابش) است ، که تمرکز انرژی صوتی را در مناطق کوچکی از سطح تابش شده امکان پذیر می کند.

از منبع نوسانات ، سونوگرافی در محیط به شکل امواج الاستیک منتقل می شود و می تواند به صورت یک معادله موج برای یک موج صفحه طولی نشان داده شود:

جایی که ل - جابجایی ذرات نوسانی ؛ تی- زمان؛ ایکس- فاصله از منبع ارتعاش ؛ از جانب سرعت صدا در محیط است.

سرعت صدا برای هر محیط متفاوت است و به چگالی و کشش آن بستگی دارد. انواع خاصی از معادله موج به ما اجازه می دهد انتشار موج را برای بسیاری از موارد عملی توصیف کنیم.

شکل موج اولتراسونیک

امواج التراسونیک از یک منبع ارتعاش در همه جهات منتشر می شوند. نزدیک هر ذره از محیط ذرات دیگری نیز در همان فاز با آن ارتعاش دارند. به مجموعه ای از نقاط با همان مرحله نوسان گفته می شود سطح موج

فاصله ای که موج از آن در زمانی برابر با دوره نوسان ذرات محیط انتشار می یابد طول موج

جایی که T - دوره نوسان؛ / - فرکانس ارتعاش

کنار موج مجموعه ای از نقاط نامیده می شود که نوسانات به یک زمان مشخص برسند. در هر لحظه از زمان ، فقط یک جبهه موج وجود دارد و تمام مدت حرکت می کند ، اما سطح موج ثابت می ماند.

بسته به شکل سطح موج ، امواج صفحه ای ، استوانه ای و کروی متمایز می شوند. در ساده ترین حالت ، سطح موج مسطح و امواج نامیده می شوند تخت، و منبع هیجان آنها هواپیما است. استوانه ای امواجی نامیده می شوند که سطح موج آنها استوانه های متحدالمرکز هستند. منابع تحریک اینگونه امواج به صورت یک خط مستقیم یا یک استوانه ظاهر می شوند. کروی امواج توسط منابع نقطه ای یا کروی ایجاد می شوند که شعاع آنها بسیار کوچکتر از طول موج است. اگر شعاع از طول موج بیشتر باشد ، می توان آن را مسطح دانست.

معادله موج صفحه ای که در امتداد محور پخش می شود ایکس،اگر منبع تحریک نوسانات هارمونیکی را با فرکانس زاویه ای ω و دامنه A 0 انجام دهد ، شکل دارد

فاز اولیه یک موج با انتخاب مبدا مختصات تعیین می شود ایکس و زمان تی

هنگام تجزیه و تحلیل عبور یک موج ، مبدا معمولاً به گونه ای انتخاب می شود که و \u003d 0. سپس معادله (3.2) را می توان در فرم نوشت

آخرین معادله موج در حال حرکت را به سمت افزایش (+) یا کاهش (-) مقادیر توصیف می کند. این یکی از راه حل های معادله موج (3.1) برای یک موج صفحه است.

بسته به جهت نوسان ذرات محیط نسبت به جهت انتشار موج ، انواع مختلفی از امواج فراصوت از هم متمایز می شوند (شکل 3.1).

اگر ذرات محیط در امتداد یک خط همزمان با جهت انتشار موج لرزند ، آنگاه چنین امواجی نامیده می شوند طولی (شکل 3.1 ، و) وقتی جابجایی ذرات محیط در جهتی عمود بر جهت انتشار موج اتفاق می افتد ، امواج نامیده می شوند عرضی (شکل 3.1 ، ب)

شکل: 3.1 طرح جابجایی ارتعاشی ذرات متوسط \u200b\u200bبرای انواع مختلف امواج و - طولی ب - عرضی ؛ در - خم شدن

در مایعات و گازها ، فقط امواج طولی می توانند گسترش یابند ، زیرا تغییر شکلهای الاستیک در آنها هنگام فشرده سازی بوجود می آیند و در هنگام برش ایجاد نمی شوند. امواج طولی و عرضی می توانند در مواد جامد پخش شوند ، زیرا مواد جامد دارای کشش شکل هستند ، به عنوان مثال تلاش می کنند شکل خود را در معرض نیروهای مکانیکی حفظ کنند. تغییر شکلها و تنشهای الاستیک نه تنها در هنگام فشرده سازی ، بلکه در هنگام برش نیز در آنها بوجود می آیند.

در جامدات کوچک ، مانند میله ها ، صفحات ، الگوی انتشار موج پیچیده تر است. در چنین اجسامی ، امواجی ظاهر می شوند که ترکیبی از دو نوع اصلی هستند: پیچشی ، خمشی ، سطحی.

نوع موج در یک جامد به ماهیت تحریک نوسانات ، شکل جامد ، ابعاد آن نسبت به طول موج بستگی دارد و در شرایط خاص چندین نوع امواج می توانند به طور همزمان وجود داشته باشند. نمایش شماتیک یک موج خمشی در شکل نشان داده شده است. 3.1 ، ج همانطور که مشاهده می کنید ، جابجایی ذرات محیط هم عمود بر جهت انتشار موج و هم در امتداد آن اتفاق می افتد. بنابراین ، یک موج خمشی دارای ویژگی های مشترک موج های فشاری و برشی است.