Sóng siêu âm và những ứng dụng thực tế của chúng (Phần 1)

Sóng siêu âm và những ứng dụng thực tế của chúng

Sóng siêu âm là những rung động có tần số lớn hơn giới hạn trên của phạm vi có thể nghe được đối với con người — nghĩa là lớn hơn khoảng 20 kilohertz. Thuật ngữ âm thanh được áp dụng cho các sóng siêu âm có biên độ rất cao. Hypersound, đôi khi được gọi là pháp quan hoặc sóng siêu âm, là sóng âm thanh có tần số lớn hơn 10 ¹³ hertz. Ở tần số cao như vậy, rất khó để sóng âm có thể lan truyền một cách hiệu quả; thực tế, trên một tần số khoảng 1,25 × 10 ¹³ hertz thì sóng dọc không thể lan truyền hoàn toàn, ngay cả trong chất lỏng hoặc chất rắn, bởi vì các phân tử của vật liệu mà sóng truyền đi không thể truyền dao động theo một cách đủ nhanh.

Nhiều động vật có khả năng nghe được âm thanh trong dải tần số siêu âm của con người. Gián và những loài gặm nhấm thường nhạy cảm với sóng siêu âm 40 kilohertz, dựa trên đặc điểm đó, các nhà khoa học đã cho ra đời các thiết bị kiểm soát dịch hại bằng cách sản sinh luồng âm thanh lớn trong dải tần số đó để xua đuổi động vật hây hại. Tuy nhiên, hiệu quả của sản phẩm nằm ở giới hạn nhất định. nhưng chúng dường như không hoạt động như quảng cáo.

Bảng dưới đây trình bày cụ thể hơn về phạm vi thính giác của một số loài động vật có vú, côn trùng và con người

Bộ Biến Đổi Nguồn

Đầu dò siêu âm là một thiết bị được sử dụng để chuyển đổi một số dạng năng lượng khác thành một rung động siêu âm. Có một số loại cơ bản, được phân loại theo nguồn năng lượng và theo môi trường mà sóng được tạo ra. Các thiết bị cơ khí bao gồm đầu dò điều khiển bằng khí, hoặc khí nén và các bộ chuyển đổi hướng chất lỏng.

Bộ chuyển đổi từ tính sử dụng một loại vật liệu từ trong đó từ trường dao động tác dụng ép các nguyên tử của vật liệu lại với nhau, tạo ra sự thay đổi tuần hoàn về chiều dài của vật liệu và do đó tạo ra dao động cơ học tần số cao. Đầu dò từ tính được sử dụng chủ yếu ở dải tần số thấp hơn và phổ biến trong các ứng dụng tẩy rửa siêu âm và gia công siêu âm.

Cho đến nay, loại đầu dò siêu âm phổ biến và linh hoạt nhất là tinh thể áp điện, biến điện trường dao động đặt vào tinh thể thành dao động cơ học. Tinh thể áp điện bao gồm thạch anh, muối Rochelle và một số loại gốm. Các đầu dò điện áp được sử dụng dễ dàng trên toàn bộ dải tần và ở tất cả các mức đầu ra. Các hình dạng cụ thể có thể được chọn cho các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, đầu tạo sóng hình đĩa cung cấp sóng siêu âm mặt phẳng, đầu dò uốn cong bề mặt bức xạ theo hình dạng hơi lõm hoặc hình bát tạo ra sóng siêu âm hội tụ tại một điểm cụ thể.

Các đầu dò áp điện và từ trở cũng được sử dụng như máy thu siêu âm, thu nhận rung động siêu âm và chuyển nó thành dao động điện.

Ứng dụng sóng siêu âm trong nghiên cứu

Một trong những lĩnh vực nghiên cứu khoa học quan trọng của sóng siêu âm đó là hiện tượng xâm thực. Khi nước sôi, bọt khí hình thành ở đáy bình, nổi lên trong nước, sau đó xẹp xuống, dẫn đến tiếng nước sôi. Quá trình sôi và những âm thanh thu được đã thu hút mọi người kể từ lần đầu tiên chúng được quan sát, và hiện tượng này đã được các nhà Vật lý học nghiên cứu để cho ra đời nhiều thiết bị khác nhau. Những cái tên nổi tiếng hơn cả có thể kể đến như nhà khoa học người Anh Osborne Reynolds và Lord Rayleigh , những người này đã áp dụng thuật ngữ “cavitation” vào quá trình hình thành bong bóng. Bởi vì sóng siêu âm có thể được sử dụng một cách cẩn thận để kiểm soát sự xâm thực, siêu âm đã là một công cụ hữu ích trong việc khảo sát quá trình này. Nghiên cứu về cavitation cũng đã cung cấp thông tin quan trọng về lực giữa các phân tử.

Nghiên cứu đang được thực hiện trên các khía cạnh của quá trình xâm thực và các ứng dụng của nó. Một chủ đề nghiên cứu đương đại liên quan đến sự phát xạ ánh sáng khi khoang tạo ra bởi sóng siêu âm cường độ cao sụp đổ cũng được thực hiện. Hiệu ứng này, được gọi là quá trình phát quang, có thể tạo ra nhiệt độ tức thời nóng hơn bề mặt của Mặt trời.

Tốc độ lan truyền của sóng siêu âm phụ thuộc nhiều vào độ nhớt của môi trường. Tính chất này có thể là một công cụ hữu ích trong việc khảo sát độ nhớt của vật liệu. Bởi vì các bộ phận khác nhau của tế bào sống được phân biệt bằng độ nhớt khác nhau, kính hiển vi âm học có thể sử dụng đặc tính này để “nhìn” vào tế bào sống.

Kiểm Soát Và Điều Hướng

Sonar (định vị âm thanh và phạm vi) có các ứng dụng hàng hải rộng rãi. Bằng cách phát ra các xung âm thanh hoặc siêu âm và đo thời gian cần thiết để các xung phản xạ khỏi một vật thể ở xa và quay trở lại nguồn, vị trí của vật thể đó có thể được xác định và theo dõi chuyển động của nó. Kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi để xác định vị trí và theo dõi tàu ngầm trên biển; xác định vị trí mìn nổ dưới mặt nước. Hai tàu thuyền tại các địa điểm đã biết cũng có thể sử dụng phương pháp tam giác để xác định vị trí và theo dõi chiếc thuyền hoặc tàu ngầm thứ ba. Khoảng cách mà các kỹ thuật này có thể được sử dụng bị giới hạn bởi độ dốc nhiệt độ trong nước, làm cong chùm tia ra khỏi bề mặt và tạo ra các vùng bóng tối. Một trong những ưu điểm của sóng siêu âm so với sóng âm thanh trong các ứng dụng dưới nước là do tần số cao hơn (hoặc bước sóng ngắn hơn), sóng siêu âm sẽ truyền đi khoảng cách xa hơn với ít nhiễu xạ hơn.

Ranging cũng đã được sử dụng để lập bản đồ đáy đại dương, cung cấp các biểu đồ độ sâu thường được sử dụng trong hàng hải, đặc biệt là gần bờ biển và ở các vùng nước nông. Ngay cả những chiếc thuyền nhỏ hiện nay cũng được trang bị các thiết bị đo âm thanh xác định và hiển thị độ sâu của nước để người điều hướng có thể giữ cho thuyền không lao vào các bãi cát ngập nước hoặc các điểm nông khác. Các tàu đánh cá hiện đại sử dụng các thiết bị sóng siêu âm để xác định vị trí các trường cá, làm tăng sản lượng thu hoạch.

Xem thêm: bể rửa siêu âm công nghiệp

Ngay cả khi không có ánh sáng nhìn thấy, dơi có thể hướng dẫn đường đi cho những chiếc máy bay, thậm chí có thể xác định vị trí của côn trùng khác thông qua việc sử dụng các loại âm thanh. Siêu âm định vị bằng tiếng vang cũng đã được sử dụng trong các ứng dụng điều khiển lưu lượng để đếm và phân loại các mặt hàng trên dây truyền lắp ráp. Phạm vi siêu âm cung cấp nền tảng của hệ thống mắt và thị lực cho robot, và nó có một số ứng dụng y tế quan trọng.

Thông tin liên hệ

• Facebook: Rama Việt Nam
• Hoặc liên hệ ngay tới số Hotline: 098.676.5115 để được tư vấn và báo giá chi tiết nha!
• Ngoài ra, bạn có thể đến xem trực tiếp sản phẩm tại các cơ sở sản xuất máy sau đây:

• Miền Bắc: Lô 33 khu công nghiệp Lại Yên, xã Lại Yên Hoài Đức, tp. Hà Nội.
• Miền Nam: Số 55 Đường 12C, P Long Thạnh Mỹ, Quận 9, Tp. HCM.