ترنسدیوسر التراسونیک
ترانسدیوسر وسیله ای است که انرژی را از یک نوع به نوع دیگر تبدیل می کند. ترنسدیوسر التراسونیکی انرژی الکتریکی با فرکانس بالا را به موج صوتی (حرکت مکانیکی) که به صورت پالس آکوستیک یا موج فشار نامیده می شود، تبدیل میکند. نمونه هایی از ترنسدیوسرهای شستشوی التراسونیکی در شکل روبرو نشان داده شده است. دو نوع عمده ترنسدیوسر التراسونیکی وجود دارد:
- با محرکه مغناطیسی
- با محرکه پیزوالکتریک
که هر دو انرژی الکتریکی را به ارتعاشات مکانیکی تبدیل می کنند که تفاوت آنها در روش تبدیل است.
- ترنسديوسر مگنتواستراکتيو (Magnetostrictive Transducer)
ترنسدیوسر با محرکه مغناطیسی از اصل مغناطیس شدن استفاده میکند که طبق آن مواد فرومغناطیس در اثر میدان مغناطیسی متناوب تغییر ابعاد میدهند. در ابتدا انرژی الکتریکی متناوب توسط کویل به میدان مغناطیسی متناوب تبدیل شده و این میدان با ایجاد تغییرات ابعادی در ورقه نیکلی یا سایر مواد فرومغناطیس به موج صوتی تبدیل میشود یعنی ارتعاشات مکانیکی با فرکانس التراسونیکی تولید میکند. در این حالت فرکانس ارتعاشی نصف فرکانس انرژی الکتریکی منبع است.
به علت محدودیتهای مکانیکی از ترنسدیوسرهای با محرکه مغناطیسی (مگنتواستریکتیو) به ندرت در فرکانسهای بالای 20 کیلوهرتز استفاده میشود. همچنین ترنسدیوسرهای مگنتواستریکتیو نسبت به نوع پیزوالکتریک راندمان کمتری دارند که دلیل اصلی این امر ناشی از دو تبدیل انرژی یعنی ابتدا انرژی الکتریکی به مغناطیسی و سپس مغناطیسی به مکانیکی است که مقدار راندمان در این تبدیلات کاهش مییابد. به عبارتی در این نوع ترنسدیوسر حدود 50% از انرژی اعمالی به صورت حرارت از دست میرود. همچنین این ترنسدیوسرها با شدت ولتاژ کم و جریان بالا به علت نیاز به پلاریزاسیون کار میکنند.
- ترنسديوسر پیزوالکتریکي (Piezoelectric Transducer)
ترنسدیوسر پیزوالکتریک با استفاده از اثر پیزوالکتریکی که در آن برخی از مواد تحت تاثیر میدان الکتریکی تغییر ابعاد میدهند، بطور مستقیم انرژی الکتریکی را به مکانیکی تبدیل میکند. انرژی الکتریکی با فرکانس التراسونیکی به کریستالهای سرامیکی پیزوالکتریکی اعمال میشود و موجب تغییر ابعادی آن میشود. با قطع انرژی الکتریکی اعمالی، سرامیک به ابعاد اولیه خود بر میگردد و به انبساط و انقباض تا دمپ کامل ادامه میدهد. در زمان انبساط ترنسدیوسر، موج صوتی یا موج فشار منتشر میشود. فرکانس موج فشار توسط فرکانس تشدید ترنسدیوسر (مشخصه ساخت) و فرکانس خروجی ژنراتور تعیین میشود.
از پیزوالکتریکها میتوان به کریستالهای کوارتز، تیتانات باریم، تیتانات زیرکونات سرب و PZT اشاره کرد. برخلاف ترنسدیوسرهای نوع مگنتواستریکتیو، نوع پیزوالکتریکی به راحتی در فرکانسهای بالا حدود MHz نیز کار میکند. اکثر ترنسدیوسرهایی که برای مقاصد شستشو به کار میرود، از نوع پیزوالکتریکی است.
اگر ترنسدیوسر در معرض دمایی بیشتر از دمای کیوری (Curing) سرامیک قرار بگیرد، پیزوالکتریک دیپلاریزه شده و خاصیت خود را از دست می دهد و به خوبی کار نمی کند. اگر ترنسدیوسر شستشوی التراسونیک بطور خشک به کار گرفته شود یعنی بدون مایع برای انتقال موج صوتی با شدت بالا، موجب شکستن یا تراشه شدن آن می شود.
- مراحل ساخت ترنسدیوسر التراسونیک
- نمونه های ترانسدیوسر التراسونیک