- آگوست 27, 2024
- زمان مطالعه: 10 دقیقه
آنچه در این مقاله می‌خوانید
ماهیت امواج صوتی
امواج صوتی در اثر جابجایی متناوب یا یک جابجایی منفرد در محیط هادی صوت تولید می¬شوند نظیر حرکت ضربه‌ای یا حرکت نوسانی. جابجایی هوا توسط مخروطی اسپیکر یک مثال مناسبی از امواج نوسانی تولید شده توسط حرکات مکانیکی است. با حرکت جلو و عقب مخروطی اسپیکر، هوای موجود در مقابل مخروطی اسپیکر بطور متناوب فشرده و رقیق شده و منجر به تولید امواج صوتی می‌گردد که این امواج تا زمان میرا شدن در هوا منتقل می‌شوند. امواج صوتی گاهی توسط حرکت مکانیکی منفرد ایجاد می‌شوند مثل رعد و برق که منجر به تغییرات لحظه‌ای حجم هوا در اثر تخلیه الکتریکی می‌شود.
شماتیک تشکیل امواج صوتی
نحوه عبور امواج صوتی از محیط
امواج صوتی از هر محیطی (جامد، مایع، یا گاز) که خواص الاستیک داشته باشد عبور می‌کنند. در مولکولهای منفرد و مجزای محیط هادی، صوت به صورت حلقه‌های فنر شبیه‌سازی شده‌اند. مولکولهای محیط از مولکولهای مجاور خود همانند حلقه‌های فنر تحت تاثیر قرار می‌گیرند. منبع صوت در شکل در قسمت چپ قرار دارد. جبهه فشار تولیدی توسط منبع صوتی همانند انتشار حرکت در امتداد فنر، موجب هل دادن حلقه‌های مجاور می‌گردد و حرکت را به مولکول مجاور خود منتقل می‌کند. لازم به اشاره است که علیرغم عبور موج از یک انتها به انتهای دیگر فنر، هر یک از حلقه‌ها در موقعیت نسبی خود باقی مانده و فقط با انتشار موج جابجا شده و با گذر موج به موقعیت خود برمی‌گردند. در نتیجه هر حلقه هنگامی که به سمت حلقه مجاور هل داده می‌شود، در حالت فشار و هنگامی که از سمت حلقه مجاور برمی‌گردد، در حال انبساط است. به همین ترتیب، هر نقطه در محیط هادی صوت در معرض تراکم و انبساط قرار دارد. در ناحیه فشار، فشار محیط مثبت و در ناحیه انبساط، فشار محیط منفی است.
انتقال صوت در محیط الاستیک
فرکانس و دامنه موج صوتی (التراسونیک)
فرکانس و دامنه از مشخصات امواج صوتی است. دامنه بیانگر میزان جابجایی ذرات از موقعیت تعادلی است. اگر در شکل قسمت A، نشانگر موج اصلی باشد، قسمت ،B موجی با دامنه کم یعنی جابجایی کمتری ناشی از انبساط و انقباض در هنگام عبور موج است. فرکانس تعداد تکرار موج در یک ثانیه است و قسمت C موجی را با فرکانس بیشتر نسبت به موج A نشان می‌دهد که بیانگر عبور جبهه موج بیشتر از یک نقطه در یک پریود مشخص است.
تعریف دامنه و فرکانس
اکنون که با امواج صوتی به صورت مختصر آشنا شدید، به سراغ معرفی و کاربرد امواج التراسونیک می رویم.
التراسونیک چیست؟
التراسونیک یا فراصوت شاخه‌ای از علم آکوستیک است که شامل تولید و استفاده از امواج آکوستیکی فراتر از محدوده شنوایی انسان می‌شود. با توجه به اینکه آستانه شنوایی انسان بر حسب سن و شرایط، متفاوت است، عموما به امواج صوتی بالای 20 کیلوهرتز، التراسونیک (فراصوت) گفته می‌شود. این امواج در حوزه‌های مختلف نظیر ارتباطات زیرآب، صنایع دارویی، الکتریکی، شیمیایی و کاربردهای مهندسی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
دسته بندی امواج التراسونیک یا فراصوت
حوزه التراسونیک به دو بخش الف) التراسونیک توان بالا یا التراسونیک قدرت و ب) التراسونیک توان پایین یا التراسونیک سیگنال تقسیم‌بندی می‌شود. تفاوت این دو حوزه بر حسب محدوده فرکانس کاری و شدت امواج التراسونیک است.
التراسونیک سیگنال یا توان پایین
التراسونیک سیگنال یا توان پایین در مواردی نظیر آزمون‌های غیرمخرب در صنعت و سونوگرافی در حوزه پزشکی شناخته شده هستند. محدوده توانی این دسته در حدود میلی وات است ولی فرکانس‌های این محدوده بالا در حدود مگاهرتز و بالاتر است که به عنوان مثال، از امواج با فرکانس 2 مگاهرتز و بالاتر در آزمون‌های غیرمخرب استفاده می‌شود. کاربری کلی این حوزه در خصوص شناسایی است؛ به عبارتی، در آزمون‌های غیرمخرب برای تشخیص و تعیین ترک، در سونوگرافی برای تشخیص فرم اندامی انسان و نیز در الکترونیک برای انتقال اطلاعات نظیر فاصله‌سنج رباتیک یا سونار زیردریایی و سنسورهای مجاورتی التراسونیک استفاده می‌شود. خفاش‌ها و دلفین‌ها نیز از التراسونیک توان پایین برای ارتباط‌گیری استفاده می‌کنند.
التراسونیک توان بالا
التراسونیک توان بالا در محدوده فرکانسی 20-100 کیلوهرتز و توان در حدود چند ده الی چند کیلووات است که محدوده فعالیت شرکت دانش بنیان فراصوت تجهیز ایرانیان نیز در این زمینه می‌باشد. در این زمینه التراسونیک برای ایجاد تغییر دائمی در خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی مواد استفاده می‌شود. کاربردهای این حوزه مبتنی بر اثر غیرخطی امواج با شدت بالا است که بر حسب اعمال بر مواد جامد یا مایع اثرات متفاوتی دارند.
کاربردهای امواج التراسونیک توان بالا
از کاربردهای این دسته می‌توان به جوشکاری قطعات پلاستیک، جوشکاری فلزات، اتصال سیم‌ها، دوخت منسوجات، برش کیک، برش لاستیک، پینینگ (چکش‌کاری)، برش مواد نرم در محیط جامد و هموژنایز یا همگن‌سازی، عصاره‌گیری، لیچینگ، شستشو در صورت اعمال به محیط مایع اشاره کرد که شرکت دانش بنیان فراصوت تجهیز ایرانیان با دارا بودن گسترده‌ترین سبد محصول التراسونیک توان بالا در ایران، توانسته است تا متناسب با نیازهای کارفرمایان، این محصولات را طراحی و تولید نماید. برای مشاهده و دانلود کاتالوگ محصولات کلیک فرمایید.
در محیط جامد یا مایع اثر التراسونیک توان بالا متفاوت است. اعمال امواج التراسونیک توان بالا در مواد جامد فلزی نظیر آلومینیوم، تیتانیوم، فولاد ابزار می‌تواند منجر به نرم‌شوندگی موضعی و کاهش ضریب اصطکاک در سطوح تماسی می‌شود. از این ویژگی برای فرم دادن راحت فلزات استفاده می‌شود که سبب به کارگیری التراسونیک به عنوان ابزار جانبی در فرآیندهای تولید نظیر فشردن پودر، ماشینکاری با کمک التراسونیک، فرم‌دهی به کمک التراسونیک استفاده می‌شود. همچنین، از ویژگی نرم‌شوندگی موضعی ناشی از امواج التراسونیک توان بالا برای اتصال ورق‌های نازک فلزی، اتصال سیم‌های فلزی، کور کردن لوله‌های فلزی و برش مواد نظیر لاستیک، مواد لبنی، کیک و بافت بدن استفاده می‌شود. در صورتی که دو قطعه پلاستیکی ترموپلاستیک بر روی هم قرار گیرد و ارتعاشات التراسونیک به آنها اعمال شود، در صورت تماسی در اثر اعمال ارتعاشات التراسونیک، حرارت موضعی ایجاد شده و با اعمال فشار همزمان می‌توان برای اتصال مواد ترموپلاستیک استفاده کرد که در محصولات شرکت دانش بنیان فراصوت ایرانیان دستگاه‌های مرتبط ساخته شده است. همچنین از ارتعاشات التراسونیک توان بالا برای ماشینکاری مواد ترد و سخت نظیر سرامیک‌ها و شیشه‌ها استفاده کرد.
اعمال ارتعاشات توان بالای التراسونیک به محیط مایع منجر به پدیده کاویتاسیون می‌گردد که به صورت جزئی در مقاله دیگری مورد بررسی قرار می‌گیرد. از حرارت و ضربه‌های ناشی از انفجار حباب‌های کاویتاسیون برای همگن و ریزسازی ذرات و محلول‌ها، خارج کردن چربی از بدن انسان، عصاره‌گیری از گیاهان نظیر زعفران، آویشن، گلمحمدی، برگ درخت زیتون، نعناع استفاده کرد که شرکت دانش بنیان فراصوت تجهیز ایرانیان در زمینه طراحی و ساخت سیستم‌های هموژنایزر فعالیت می‌کند. همچنین کاربرد دیگر این حالت، سیستم‌های شستشوی التراسونیک صنعتی است که برای تمیزکردن قطعات استفاده می‌شود.
برای کسب اطلاعات بیشتر و مشاوره می‌توانید با متخصصین شرکت فراصوت تجهیز ایرانیان تماس بگیرید تا با کاربردهای مهندسی التراسونیک در صنایع آشنا شوید.
