انواع التراسونیک | آشنایی با تمام کاربردهای امواج فراصوت
استفاده از امواج فراصوت و انواع التراسونیک، تکنولوژی به کار بردن صداهایی با فرکانس بالا است که ما آن را نمی‌شنویم اما کاربردهای فراوان پزشکی و صنعتی دارند. تکنولوژی التراسونیک در آزمايشگاه‌هاي گوناگون مراكز پژوهشی، پزشکی، آموزشي، غذايي و فاضلاب کارایی فراوانی دارد. در ادامه به توضیحات بیشتر در مورد انواع التراسونیک می‌پردازیم.
اولتراسوند و التراسونیک چیست؟
اولتراسوند، امواج صوتی با فرکانس‌های بالاتر از حد شنیداری انسان است. اولتراسوند از نظر خواص فیزیکی با صدای قابل شنیدن تفاوتی ندارد و تنها تفاوت آن این است که انسان نمی‌تواند آن را بشنود. این محدودیت در افراد مختلف متفاوت است و در جوانان سالم تقریباً 20 کیلو هرتز (20000 هرتز) است. انواع التراسونیک با فرکانس‌های 20 کیلوهرتز تا چند گیگاهرتز کار می‌کنند.
انواع التراسونیک در زمینه‌های مختلف استفاده می‌شوند. دستگاه‌های فراصوت برای تشخیص اجسام و اندازه‌گیری فاصله‌ها استفاده می‌شوند. انواع اولتراسونیک در پزشکی هم استفاده می‌شوند. در آزمایش غیرمخرب محصولات و ساختارها (گیاهان، حیوانات، انسان یا اجسام) هم از انواع اولتراسونیک برای تشخیص عیوب نامرئی استفاده می‌شود. از نظر صنعتی، انواع اولتراسونیک برای تمیز کردن، مخلوط کردن و تسریع فرایندهای شیمیایی استفاده می‌شود. حیواناتی مانند خفاش‌ها و گرازهای دریایی از امواج اولتراسوند برای یافتن طعمه و موانع استفاده می‌کنند.
به زبان ساده‌تر، اولتراسونیک، کاربرد امواج مکانیکی- صوتی با فرکانسی بیشتر از بازه شنوایی ما است؛ امواجی که به آنها اولتراسوند یا فراصوت می‌گوییم. انواع التراسونیک جزو پرمصرف‌ترین سیستم‌ها در حوزه‌های نانوتکنولوژی، دارویی، پزشکی، زیست‌شناسی، مواد غذایی و لوازم آرایشی و بهداشتی هستند. انواع التراسونیک در ساخت و تعمیرات موبایل نیز بسیار پرکاربرد می‌باشند.
بیشتر بخوانید: کاربرد اولتراسوند در پزشکی باورنکردنی است
محدوده امواج صوتی
بسیاری از حیوانات توانایی شنیدن صداهایی در محدوده فرکانسی فراصوت را دارند. حساسیت فرضی سوسک‌ها و جوندگان نسبت به فرکانس‌های بازه 40 کیلوهرتز منجر به تولید کنترل کننده آفات شده است که صداهای بلند را در آن محدوده فرکانسی منتشر می‌کند تا آفات را از بین ببرد. هرچند به نظر نمی‌رسد این دستگاه‌ها همان طور که در تبلیغات گفته می‌شود، کار کنند.
محدوده فرکانس شنوایی برای انسان و برخی حیوانات (فرکانس بر اساس هرتز)
به ترتیب از پایین به بالا:
- انسان 20 تا 20،000
- گربه 100 تا 32000
- سگ 40 تا 46،000
- اسب 31 تا 40،000
- فیل 16 تا 12،000
- گاو 16 تا 40،000
- خفاش 1،000 تا 150،000
- ملخ 100 تا 50،000
- جوندگان 1000 تا 100000
- نهنگ و دلفین 70 تا 150،000
- شیرهای دریایی 200 تا 55،000
4 نوع امواج مافوق صوت
امواج مافوق صوت بسته به خواص ارتجاعی محیط می‌توانند به شیوه‌های گوناگون منتشر شوند. بر اساس جابجایی ذرات محیط، امواج مافوق صوت به چهار نوع یا حالت طبقه‌بندی می‌شوند:
امواج مافوق صوت طولی
در امواج طولی، ذرات متوسط به موازات جهت انتشار موج، به جلو و عقب ارتعاش می‌کنند. این امواج با فشرده‌سازی متراکم از طریق محیط منتشر می‌شوند. این امواج بیشتر در انواع التراسونیک مورد استفاده قرار می‌گیرند. به دلیل انتشار این امواج، فشار و چگالی محیط به طور موقت متغیر است.
امواج فراصوت عرضی
در امواج عرضی، ذرات محیط عمود بر جهت انتشار امواج، ارتعاش می‌کنند. در این حالت محیط به صورت موقت دچار تغییر شکل عرضی می‌شود. این امواج می‌توانند به کمک این تغییرات محیط، منتشر شوند.
امواج سطحی
امواج سطحی در امتداد سطح مسطح یا خمیده جامدات حرکت می‌کنند، بدون این که بر حجم زیر سطح تأثیر بگذارند. عملاً تمام انرژی این امواج در این عمق تضعیف می‌شود. این امواج برای تشخیص ترک یا عیب در سطح یا نزدیک سطح اجسام مورد آزمایش، استفاده می‌شوند. در طول انتشار امواج سطحی، ذرات محیط مدارهای بیضوی را شکل می‌دهند.
امواج صفحه‌ای
امواج صفحه‌ای از فلز نازکی تولید می‌شوند که ضخامت آن به طول موج امواج مافوق صوت شبیه است.
بیشتر بخوانید: ضرورت اولتراسوند در بارداری و ریسک‌های احتمالی آن
کاربردهای انواع امواج التراسونیک
امواج فراصوت، در لیزر، تخلیه الکتریکی، سنجش فاصله، تعیین عمق مخزن، شست‌وشوی ظروف آزمایشگاهی، تعیین فشار خون، همگن کردن مواد مذاب، جوشکاری مواد غیرهمجنس، ریخته‌گری، تراشکاری، فرزکاری و سوراخ‌کاری کاربردهای پرشماری دارند.
کارایی امواج فراصوت
امواج اولتراسوند در تشخیص این مواد کارایی دارند:
- فلز
- پلاستیک
- شیشه
- چوب
- سنگ
- شن
- روغن
- آب
عدم کارایی امواج فراصوت
مواد سخت جاذب، انعکاسی در برخورد با امواج صوتی ایجاد نمی‌کنند، لذا هیچ موجی را از طریق هوا به سمت سنسور انعکاس نمی‌دهند. اشیاء خاصی می‌توانند این ویژگی را داشته باشند. تشخیص این اجسام دشوارتر است؛ مانند سطوح زاویه‌دار که انعکاس امواج را از سنسور دور می‌کنند یا قابل نفوذ هستند، بنابراین انعکاسی ایجاد نمی‌کنند. اهدافی مانند اسفنج، کف و لباس‌های نرم این‌گونه هستند. این مواد انرژی التراسونیک منعکس شده را بیشتر جذب کرده و منعکس نمی‌کنند.
کاربرد التراسوند در صنعت
- آبکاری قطعات
- چربی، زنگ و رسوب‌زدایی از قطعات و فیلترها
- شست‌وشوی مدارهای الکتریکی، ابزار، موتورها و سرسیلندر
- چربی‌گیری قطعات صنایع هوایی
- شست‌وشوی تجهیزات صنایع نساجی
- پاک‌سازی فیلتر و لوله
بیشتر بخوانید: درمان کمردرد چیست؟ روش های معالجه درد کمر
انواع التراسونیک
از انواع التراسونیک می‌توان برای اندازه‌گیری سرعت و جهت باد (بادسنج)، سطح مایع مخزن یا کانال و سرعت هوا یا آب استفاده کرد. برای اندازه‌گیری سرعت یا جهت، دستگاه از آشکارسازهای متعدد استفاده می‌کند و سرعت را از فواصل نسبی گرفته تا میزان ذرات موجود در هوا یا آب محاسبه می‌کند. برای اندازه‌گیری سطح مایع مخزن یا کانال و همچنین سطح دریا (جزر و مد سنج)، سنسور سنجش فاصله تا سنجش سطح سیال از انواع التراسونیک استفاده می‌شود. کاربردهای دیگر عبارت‌اند از دستگاه‌های مرطوب کننده، سونوگرافی پزشکی، دزدگیر، آزمایشات غیر مخرب و شارژرهای بی‌سیم.
انواع التراسونیک معمولاً از مبدلی استفاده می‌کنند که با تبدیل انرژی الکتریکی به صدا، امواج صوتی را در محدوده التراسونیک، بالای 18 کیلوهرتز تولید می‌کند، سپس با دریافت انعکاس، امواج صوتی را به انرژی الکتریکی مبدل می‌سازد که قابل اندازه‌گیری و نمایش است.
این فناوری همچنین می‌تواند اجسام نزدیک را تشخیص داده و موقعیت آنها را ردیابی کند.
انواع اولتراسوند همچنین می‌تواند برای اندازه‌گیری فاصله نقطه به نقطه با انتقال و دریافت انعکاس‌های گسسته اولتراسوند بین مبدل‌ها استفاده کند. این تکنیک به عنوان Sonomicrometry شناخته می‌شود که در آن زمان عبور سیگنال اولتراسوند به صورت الکترونیکی (یعنی دیجیتالی) اندازه گیری می‌شود و از نظر ریاضی به فاصله بین مبدل‌ها تبدیل می‌شود. با این فرض که سرعت صوت محیط بین مبدل‌ها مشخص باشد. این روش می‌تواند از نظر وضوح زمانی و مکانی بسیار دقیق باشد زیرا اندازه‌گیری زمان پرواز را می‌توان از ردیابی شکل موج دریافت شده به دست آورد. این امر باعث می‌شود وضوح اندازه‌گیری بسیار بیشتر از طول موج فرکانس صوتی تولید شده توسط مبدل‌ها باشد.
نمونه‌هایی از انواع التراسونیک:
- پروب‌های تست التراسونیک
- حمام التراسونیک یا التراسونیک کلینر (Ultrasonic Cleaner)
- رطوبت‌ساز التراسونیک صنعتی (دستگاه بخور سرد صنعتی)
- التراسونیک پرابدار (انواع التراسونیک پرابدار با فرکانس‌های مختلف)
- فلومتر التراسونیک پرتابل
- انواع هم‌زن التراسونیک
- نشت یاب گاز شهری
- عیب یاب التراسونیک
- مه ساز التراسونیک
- منبع تغذیه التراسونیک
- دستگاه فراری دهنده پرندگان التراسونیکس
- دستگاه جوش التراسونیک
- تجهیزات تست رنگ و کالیبراسیون
- دستگاه‌های سختی‌سنج
- سنسور التراسونیک
- مبدل‌ها
در ادامه در مورد انواع پرکاربردتر التراسونیک بیشتر توضیح خواهیم داد.
مبدل‌ها
مبدل‌های التراسونیک در سونوگرافی شکم زنان باردار برای دیدن تصویر جنین، (دور شکم) AC را به سونوگرافی و همچنین معکوس تبدیل می‌کنند. انواع التراسونیک معمولاً از مبدل‌های پیزوالکتریک یا مبدل‌های خازنی استفاده می‌کنند.
همین الان با خبر شو : اسپیلاوایزر زانوبند فراصوت بهترین راه برای درمان زانو درد
سنسور التراسونیک چیست؟
سنسورهای التراسونیک یک روش غیرتماسی برای نظارت و اندازه‌گیری موقعیت و جابجایی هستند. آنها برای این کار امواج صوتی ساطع می‌کنند. امواج صوتی به سنسور منعکس می‌شوند و بر اساس سیگنالهای دریافت شده، سنسور التراسونیک می‌تواند اندازه‌گیری‌های دقیقی در تشخیص و اندازه‌گیری فواصل انجام دهد.
آنها برای کاربردهای مختلف بسیار مفید هستند. سنسورهای فراصوت می‌توانند هر جسمی را صرف نظر از اندازه، رنگ، مواد یا بازتاب آن تشخیص دهند.
سنسورهای التراسونیک کاربردهای زیادی دارند و می‌توان آنها را در طیف وسیعی از صنایع یافت. آنها سنسورهایی قوی هستند؛ به این معنی که طول عمر بالایی دارند.
انواع سنسورهای التراسونیک
دو نوع اصلی سنسورهای التراسونیک وجود دارد که عبارت‌اند از:
سنسورهای التراسونیک اندازه‌گیری متغیر
این نوع سنسور التراسونیک فاصله یا جابه‌جایی دقیق جسمی که به سمت سنسور التراسونیک حرکت می‌کند را با استفاده از امواج متناوب صوتی اندازه‌گیری می‌کند.
سنسورهای فراصوت برای تشخیص
این نوع سنسور التراسونیک ناحیه خاصی را رصد می‌کند و هنگامی که یک جسم وارد منطقه تشخیص می‌شود به کاربر هشدار می دهد. سنسورهای التراسونیک می‌توانند یک شی را صرف نظر از اندازه، مواد یا بازتاب آن تشخیص دهند، در حالی که سایر سنسورها نمی‌توانند.
حمام التراسونیک
تمیز کردن و شست‌وشو با کیفیت عالی برای قطعات با زوایا و خلل و فرج زیاد و نقاط غیرقابل دسترس که با شیوه‌های رایج مشکل است، از طریق حمام التراسوند انجام می‌شود. در واقع از حمام التراسوند برای قطعاتی استفاده می‌شود که شوینده‌های رایج موجود تمیز نمی‌شوند. حمام التراسونیک در کارگاه‌های جواهرسازی، خودروسازی، صنایع دریایی، پزشکی، داروئی، مهندسی و صنایع تسلیحاتی کارایی زیادی دارد.
حمام از محدوده فرکانسی امواج فراصوتی برای عملیات شست‌وشو استفاده می‌کند. امواجی با فرکانس بالاتر از ۴۰ کیلو هرتز که گاهی بیشتر هم می‌شوند.
اجزای دستگاه حمام التراسونیک:
- منبع تغذیه
- مبدل (پیزوالکتریک)
- محفظه
دبی سنج یا فلومتر التراسونیک
فلومتر التراسونیک گونه‌ای جریان‌سنج است که سرعت مایعات را اندازه‌گیری می‌کند. فلومتر با استفاده از مبدل امواج فراصوت، سرعت میانگین را در راستای مسیر پرتوی امواج فراصوت، با متوسط تفاوت زمان اندازه‌گیری شده بین پالس‌های التراسونیک یا با اندازه‌گیری تغییر فرکانس، اندازه‌گیری کند.
دستگاه بخور التراسونیک چیست؟
دستگاه بخور التراسونیک یک دستگاه بسیار ساده است. این دستگاه شامل یک مخزن آب و دیافراگم یا نوع دیگر عنصر ارتعاشی است. ارتعاش دیافراگم با فرکانس بسیار بالا، آنقدر زیاد است که از محدوده شنوایی انسان فراتر می‌رود. به همین دلیل به این دستگاه‌ها مرطوب کننده‌های التراسونیک می‌گویند. ارتعاشات، قطرات آب میکروسکوپی را به هوا منتقل می‌کنند.
قطرات هنگامی که در هوا قرار می‌گیرند، تبخیر می‌شوند و رطوبت را به هوای اتاق اضافه می‌کنند. در هیچ نقطه‌ای از این دستگاه آب گرم نمی‌شود. بنابراین این مرطوب کننده‌ها گاهی به عنوان بخور سرد شناخته می‌شوند. با این حال، توجه داشته باشید که برخی از مرطوب کننده‌های تبخیری هم تبخیر را بدون گرم کردن انجام می‌دهند و ممکن است به آنها هم دستگاه بخور سرد گفته شود. اصطلاحات مهم برای تمایز دستگاه‌های مرطوب کننده؛ التراسونیک و تبخیری است.
مرطوب‌کننده‌های التراسونیک در مقایسه با تبخیری
رطوبت‌ساز تبخیری با دستگاه التراسونیک چه تفاوتی دارد؟ برای درک بهتر، ابتدا باید تفاوت بخار آب در هوا و قطرات آب در هوا را توضیح دهیم. وقتی آب بخار می‌شود، از حالت مایع به حالت گاز تبدیل می‌شود. در حالت گاز، مولکول‌های آب همراه با مولکول‌های دیگر گازهای تشکیل‌دهنده هوا، در محیط پراکنده می‌شوند.
از طرف دیگر، قطرات آب، قطرات کوچکی از آب مایع هستند که به قدری سبک هستند که به طور موقت در هوا معلق می‌شوند. این تفاوت برای دستگاه‌های مرطوب‌کننده مهم است زیرا قطرات آب می‌توانند موادی را که در آب وجود دارد با خود حمل کنند، در حالی که بخار آب نمی‌تواند این کار را انجام دهد.
کمربند طبی فراصوت
کمربند طبی فراصوت همانطور که از اسمش پیداست، با انرژی فراصوت فعالیت می‌کند. کمربند طبی فراصوت می‌تواند انواع دردها و التهاب‌های کمر مثل تنگی کانال نخاع و گرفتگی عضلانی را تسکین دهد. این کمربند سرعت خون‌رسانی و گردش خون را در ناحیه کمر را می‌افزاید. این روند سبب تقویت بافت‌های آسیب‌دیده می‌شود.
زانوبند طبی فراصوت
زانوبند طبی فراصوت یکی از اقسام شیوه‌های درمانی جهت کاستن درد و التهاب به وجود آمده در زانوی آسیب‌دیده است. این زانوبند، با کمک امواج فراصوت سبب بروز لرزش و ارتعاش در بافت‌های آسیب دیده و افزودن خون‌رسانی به آن ناحیه می شود. این فرآیند منجر به کاستن درد در زانو و دردهای آرتروز می‌گردد.
همین الان با خبر شو : تیلاکس پرو | تاثیر کمربند فراصوت تیلاکس بر روی انواع کمر درد
خلاصه انواع التراسونیک
انواع التراسونیک از امواج مافوق که فرکانس آنها بیش از 20 کیلوهرتز است، استفاده می‌کنند. امواج التراسوند با سرعت صدا یا گاهی بیش از آن حرکت می‌کنند. این امواج دارای تعدادی از ویژگی‌های امواج صوتی هستند و ویژگی‌های متفاوتی هم دارند.
تکنیک‌های تست التراسونیک برای کنترل کیفیت و آزمایش مواد در بسیاری از صنایع، از جمله تولید برق، تولید فولاد، آلومینیوم و تیتانیوم، در ساختن هواپیما، ساخت موتور جت و کشتی‌سازی، به طور گسترده‌ای انجام می‌شود.
همانگونه که در این مقاله خواندید، انرژی فراصوت یک فناوری موثر است که برای تمیز کردن وسایل در صنعت یا پزشکی مثل لوازم جراحی و دندان‌پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در کاربردهای صنعتی، آزمایش التراسونیک به طور گسترده‌ای روی فلزات، پلاستیک‌ها ، کامپوزیت‌ها و سرامیک‌ها استفاده می‌شود. در واقع می‌توان گفت که انواع التراسونیک کمک‌های شایانی به زندگی ما می‌کنند و کاربردهای زیادی دارند؛ در حالی که ما ممکن است این کاربردها و کمک‌ها را ندانیم.