اولتراسونیک چیست؟
اولتراسونیک در لغت به معنای مافوق صوت یا فراصوت است. امواج صوتی یا اولتراسونیک به فرکانسی بالاتر از حد شنوایی انسان (بالاتر از 20 کیلوهرتز) گفته می‌شود. طبق قوانین فیزیک، لرزش یک جسم باعث ایجاد امواج صوتی خواهد شد. پس از لرزش جسم مولکول هایی که در هوای اطراف جسم وجود دارد نیز لرزش پیدا می کنند. این لرزش با صدا همراه است و پرده‌ی انسان گوش این صدا را دریافت می کند. این امواج در مغز انسان بعنوان صدا تفسیر می شود. فرکانس امواج صوتی با واحدی به نام هرتز اندازه گیری می شود. به امواجی که فرکانس صوتی بالاتر از 20 هزار هرتز دارند امواج فراصوت، مافوق صوت یا التراسونیک می گویند.
این امواج توسط گوش انسان قابل شنیدن نیستند زیرا گوش انسان قادر به شنیدن امواج صوتی با فرکانس 20 هرتز تا 20 الی 25 هزار هرتز می باشد. این مقدار در حیوانات دیگر متفاوت است. بعضی از حیوانات صداهایی با فرکانس بالا یا پایین تولید و آنرا درک می کنند. در نقطه‌ی مقابل امواج فرو صوت یا مادون صوت وجود دارد که دارای فرکانس کمتر از 20 هرتز می باشند. امواج مافوق صوت در صنعت و علوم مختلف کاربردهای فراوانی دارد. تعیین فشار خون، تخلیه الکتریکی، لیزر، شستشوی دقیق ظروف آزمایشگاهی، جوشکاری مواد تشکیل شده از جنس متفاوت، سنجش فاصله، ریخته گری، عمق مخزن، تراشکاری، فرزکاری، سوراخکاری، همگن کردن مواد مذاب و … از جمله کاربردهای اولتراسونیک می باشد.
طرز کار این تکنولوژی در دستگاه بخور سرد بگونه ای است که همه‌ی بخور سردهای اولتراسونیک دارای یک دیسک سرامیکی می باشند. این دیسک به دلیل پیزوالکتریک یا داشتن اثر فشار برقی در فرکانس اولتراسونیک باعث ایجاد میدان الکتریکی می شود. نوسان دیسک ایجاد موج می کند و بطور خلاصه اگر بگوییم آب داخل مخزن را به بخار سرد تبدیل می کند.
ویژگی‌ها:
فرکانس بالا:
امواج اولتراسونیک فرکانسی بالاتر از 20 کیلوهرتز دارند که بالاتر از محدوده شنوایی انسان است. این فرکانس بالا به آنها اجازه می‌دهد تا برای کاربردهایی که به دقت و ظرافت نیاز دارند، مانند تصویربرداری پزشکی و تمیزکاری التراسونیک، استفاده شوند.
سرعت بالا:
امواج اولتراسونیک در هوا با سرعت حدود 340 متر بر ثانیه و در آب با سرعت حدود 1500 متر بر ثانیه حرکت می‌کنند. این سرعت بالا به آنها اجازه می‌دهد تا مسافت‌های طولانی را به سرعت طی کنند و برای کاربردهایی مانند سنجش فاصله و تست نشت مناسب باشند.
قدرت نفوذ بالا:
امواج اولتراسونیک می‌توانند به راحتی از میان مواد مختلف مانند مایعات، گازها و جامدات عبور کنند. این قدرت نفوذ بالا به آنها اجازه می‌دهد تا برای کاربردهایی مانند تصویربرداری از اعماق اشیاء و تمیز کردن سطوح پیچیده استفاده شوند.
قابلیت انعکاس:
امواج اولتراسونیک به خوبی از سطوح بازتاب می‌شوند. این قابلیت انعکاس به آنها اجازه می‌دهد تا برای کاربردهایی مانند سونوگرافی و تست غیر مخرب استفاده شوند.
ایجاد حفره (کاویتاسیون):
امواج اولتراسونیک می‌توانند در مایعات حفره‌هایی ایجاد کنند. این پدیده کاویتاسیون نامیده می‌شود و می‌تواند برای کاربردهایی مانند تمیز کردن، همگن‌سازی و امولسیون مواد استفاده شود.
کاربردها (کلی):
- پزشکی: سونوگرافی، تصویربرداری از جنین، سنگ‌شکنی کلیه، فیزیوتراپی
- صنعتی: تمیز کردن قطعات، جوشکاری پلاستیک، برشکاری، سنجش ضخامت، تست نشت
- نظافتی: شستشوی ظروف، جواهرات و دندان‌ها
در ادامه بصورت کامل‌تر به کاربردهای جامع‌تر اولتراسونیک می پردازیم.
این امواج کاربردهای متنوعی در صنایع مختلف دارند، از جمله:
- پالایش و گندزدایی: امواج اولتراسونیک می‌توانند برای از بین بردن میکروب‌ها، باکتری‌ها و سایر آلاینده‌ها از مایعات و سطوح استفاده شوند.
- جوشکاری: از امواج اولتراسونیک می‌توان برای جوشکاری مواد مختلف، از جمله فلزات، پلاستیک و ترموپلاستیک‌ها استفاده کرد.
- سنجش فاصله: از حسگرهای اولتراسونیک می‌توان برای اندازه‌گیری فاصله بین اشیاء استفاده کرد.
- تعیین عمق: از امواج اولتراسونیک می‌توان برای تعیین عمق مایعات یا ضخامت مواد استفاده کرد.
- شستشوی دقیق: از حمام‌های اولتراسونیک می‌توان برای شستشوی دقیق قطعات ظریف، مانند جواهرات و ابزارهای پزشکی استفاده کرد.
- تصویربرداری پزشکی: از سونوگرافی برای تصویربرداری از اندام‌های داخلی بدن استفاده می‌شود.
- لیزر: از لیزرهای اولتراسونیک می‌توان برای برش، حکاکی و سوراخ کردن مواد استفاده کرد.
امواج اولتراسونیک به دلیل فرکانس بالا، خواص منحصر به فردی دارند، از جمله:
- جهت‌یابی: امواج اولتراسونیک می‌توانند به طور مستقیم در خطوط مستقیم حرکت کنند و به راحتی خم نمی‌شوند.
- انعکاس: امواج اولتراسونیک به خوبی از جامدات، مایعات و گازها منعکس می‌شوند.
- نفوذ: امواج اولتراسونیک می‌توانند از برخی مواد، مانند مایعات و جامدات نرم عبور کنند.
امواج اولتراسونیک در مقایسه با سایر روش‌ها، مزایای متعددی دارند، از جمله:
- دقت: امواج اولتراسونیک می‌توانند اندازه‌گیری‌های بسیار دقیقی ارائه دهند.
- غیر مخرب: امواج اولتراسونیک به مواد آسیب نمی‌رسانند.
- کارآمد: امواج اولتراسونیک می‌توانند به سرعت و به طور کارآمد عمل کنند.
- ایمن: امواج اولتراسونیک برای انسان و محیط زیست بی‌خطر هستند.
انواع دستگاه‌های اولتراسونیک:
- ژنراتور اولتراسونیک: امواج اولتراسونیک را تولید می‌کند.
- ترانسدیوسر اولتراسونیک: امواج اولتراسونیک را به ارتعاشات مکانیکی تبدیل می‌کند و بالعکس.
- حمام اولتراسونیک: برای تمیز کردن قطعات با استفاده از امواج اولتراسونیک استفاده می‌شود.
- دستگاه جوش اولتراسونیک: برای جوشکاری پلاستیک با استفاده از امواج اولتراسونیک استفاده می‌شود.
- دستگاه سنجش ضخامت اولتراسونیک: برای اندازه‌گیری ضخامت مواد با استفاده از امواج اولتراسونیک استفاده می‌شود.
با توجه به این مزایا، اولتراسونیک به یک فناوری ارزشمند در صنایع مختلف تبدیل شده است.
