Ultralyd er en del av lydbølgene, det menneskelige øre kan ikke høre lydbølgene, frekvensen er høyere enn 20 KHz, det og lydbølger har til felles, som er produsert av materiale og vibrasjon, og overføres kun i mediet ; Samtidig eksisterer det også mye i naturen, mange dyr kan overføre og motta ultralyd, hvorav de fleste flaggermusene er fremragende, det bruker ultralydseko av svakt fly og fanger mat i mørket. Men ultralyd har også spesielle egenskaper, som høyere frekvenser og kortere bølgelengder, slik at det ligner lysbølger med kortere bølgelengder.
egenskaper
Ultralydbølge er en elastisk mekanisk vibrasjonsbølge, som har noen egenskaper sammenlignet med hørbar lyd. Vibrasjonens akselerasjon ved massepunktet til overføringsmediet er meget stort. Kavitasjon oppstår i flytende medier når ultralydintensiteten når en viss verdi.
Beam egenskaper
Lydbølger fra en lydkilde reiser i en retning (svak i andre retninger) kalt en stråle. På grunn av sin korte bølgelengde viser ultralydbølger en konsentrert stråle som beveger seg i en bestemt retning når de passerer gjennom hullet, som er større enn bølgelengden. På grunn av den sterke retningen for ultralyd, kan informasjonen samles inn. Også når diameteren av et hinder er større enn bølgelengden i retning av ultralydutbredelse, vil "lydskyggen" bli generert bak hindringen. Disse er som lys som passerer gjennom hull og hindringer, så ultralydbølger har stråleegenskaper som ligner lysbølger.
Strålekvaliteten til ultralydbølgen måles vanligvis ved størrelsen på divergensvinkelen (vanligvis)
Dette er vist som et semi-overførende acetabulum. Ved å ta en plan sirkulær stempeltype lydkilde som et eksempel, bestemmer størrelsen
Grunnleggende prinsipper for ultralyd
Grunnleggende prinsipper for ultralyd (4 bilder)
Den passende diameteren (D) av lydkilden og bølgelengden til lydbølgen er vist nedenfor. For å få lydlegemet til å gi en riktig god ultralyd, må du gjøre at Theta Angle er liten, så langt som mulig, direkte spasme, D-emitteren (kilde) må være stor eller frekvens. F må også være høy for å bli sparket, ellers vil det komme tilbake. Som ultralydets bølgelengde, kortere enn bølgelengden til hørbar lyd, så den har bedre enn hørbar lydbølge-stråleegenskaper, jo høyere er frekvensen av ultralyd, jo kortere bølgelengden er, forplantningsegenskapene er signifikante til en bestemt retning.
Absorptjonsegenskaper
Når ultralydbølger reiser i ulike medier, med økningen av forplantningsavstanden, vil ultralydintensiteten gradvis svekkes og energien vil gradvis bli konsumert. Denne typen energi absorberes av media, som kalles lydabsorbering. 1845 Stoke. GG) Funnet: Når lydbølger gjennom væsken, på grunn av væskepartikkelens relative bevegelse og den indre friksjonen (det vil si den viskøse effekten), fører til lydabsorpsjon, således utledes forårsaket av indre friksjon av mediet eller viskøs væske ved lydabsorpsjon formel. Også når lydbølgene beveger seg gjennom væskemedier, vil temperaturen på kompresjonssonen være høyere enn gjennomsnittstemperaturen. Tvert imot er temperaturen lavere enn gjennomsnittstemperaturen på det sparsomme området, derfor på grunn av varmeoverføringen mellom kompresjonen og sparsom del av lydbølgene til varmeveksling, og dermed reduksjonen av akustisk energi i 1868 Kirchhoff (Kirchhoff g .) forårsaket av lydabsorbering av varmeledningsformelen er utledet.
Det kan sees at absorpsjonskoeffisienten a er proporsjonal med kvadratet av lydbølgefrekvensen, og når frekvensen øker med 10 ganger, øker absorpsjonskoeffisienten med 100 ganger. Det er jo jo høyere frekvensen, desto større er absorpsjonen, så lydbølgeutbredelsesavstanden er mindre. I gass foreslo Einstein i 1920 av lydfrekvensdispersjonen for å bestemme reaksjonshastigheten av tilhørende gass, og dermed fremme opptaket av gassmolekylær termisk avspenningsmekanisme strekker seg til væsken, fordi molekylene i medium oppnås ved sammenstøtene mellom molekyler absorberer termisk avslapning. Så lavfrekvente lydbølger kan bevege seg langt i luften, og høyfrekvente lydbølger faller raskt i luften.
I faststoffer avhenger lydabsorpsjon i stor grad av den faktiske strukturen av faste stoffer.
Forårsaget av det ovennevnte for å se noen av årsakene til forskjellig medium på lydabsorpsjonen, men hovedårsaken er at middelsviskositeten, varmeledningen, mediumets virkelige struktur og mediet av mikroskopisk dynamikk forårsaket av avslapningseffekten osv. . I prosessen med lydabsorbering av mediet endres med lydens frekvens. Ultralydbølge er en høyfrekvent lydbølge, når forplantning i samme medium, etter hvert som frekvensen øker, øker energien absorbert av mediet. F.eks. Er frekvensen
Forholdet mellom energi absorbert av Hz ultralyd i luften er
Lydbølgene på Hz er 100 ganger større. For samme frekvens av ultralydtransmisjon på grunn av forskjellige medier. For eksempel, når den propagerer i gass, flytende og fast, er absorpsjonen den sterkeste, svakere og minste henholdsvis. Så ultralydbølger reiser den korteste avstanden i luften.
Når ultralydbølger forplantes i et jevnt medium, svekkes akustisk intensitet med økning av avstand på grunn av mediumets absorpsjon, som er demping av lydbølger.
Når den første intensiteten til ultralydbølgen er J0, etter en avstand på x meter, er dens intensitet
Jx Joe - 2 ax = ""
Hvor a er absorpsjonskoeffisienten (dempningskoeffisienten).
Opptakskoeffisienten av lydbølger i forskjellige medier kan fås fra oven.
Det kan sees herfra at ultralydstyrken minker eksponentielt. For eksempel vil intensiteten til ultralydbølge med en frekvens på 106Hz bli redusert med halvparten etter at den forlater lydkilden og passerer 0,5m i luften. Den reiser i vann, det kommer til å være 500 millioner miles før det kommer til å bli halvt så sterkt.
Det kan sees at avstanden som er reist i vann er 1000 ganger avstanden som er reist i luften. Jo høyere frekvensen, desto raskere blir forfallet. Hvis ultralyd med en frekvens på 1011Hz overføres gjennom luften, vil den forsvinne uten spor i et øyeblikk når det forlater lydkilden. I viskøse væsker absorberes ultralyd raskere. For eksempel, ved 200C, blir intensiteten til ultralydfrekvensen på 300kHz redusert til halvparten. Bare 0,4m tykk luft er nok
I vann vil det passere gjennom 440m. I transformerolje vil den spre seg om 100m. I parafinvoks vil det spre seg om 3m. Derfor er materialer med stor størrelse (gummi, bakelitt, asfalt) gode isolatorer for ultralyd lyd.
Stor energi
Ultralydbølger overfører mye mer energi enn hørbare lyder. Fordi når lydbølgene kommer til et bestemt materiale, på grunn av effekten av lydbølge, gjør molekylene i et materiale også vibrasjonene, er vibrasjonsfrekvensen og akustisk frekvens den samme, slik at molekylvibrasjonsfrekvensen bestemmer hastigheten på molekylære vibrasjoner , jo høyere frekvens jo større er hastigheten. Dermed er stoffmolekyler ved vibrasjon og energi, energien i tillegg, knyttet til molekylernes masse, og molekylene er proporsjonale med kvadratet av vibrasjonshastigheten, og vibrasjonshastigheten er relatert til molekylær vibrasjonsfrekvens, så jo høyere frekvensen av lydbølger, nemlig materiale får jo høyere molekylernes energi. Ultralydbølger er mye hyppigere enn lydbølger, slik at de gir materielle molekyler mer energi. Dette viser at ultralyd selv kan være
Å levere materie med nok energi.
Det normale menneskelige øre kan høre lydbølger med lav frekvens og lav energi. For eksempel er den høye stemmen omtrent 50uW / cm2. Men ultralydbølger har mye mer energi enn lydbølger. F.eks. Er frekvensen
Ultralydsvibrasjonen til Hz har samme energi enn amplitude og frekvens
Hz-bølger vibrerer en million ganger mer energi fordi energien til lydbølgene er proporsjonal med frekvensen av frekvensen. Det kan ses at det hovedsakelig er den enorme mekaniske energien til ultralydbølge
Massepunktet av materie gir en stor akselerasjon.
Ved normal drift er den normale lydstyrken på høyttalerens lydintensitet
W / cm2. Pistolen skutt høyt
W / cm2. Lyden av moderat lydstyrke gjør at massen av vann mottar bare noen få prosent av tyngdekraften (980cm / s2), så det vil ikke påvirke vann. Men hvis ultralyd påføres vann, kan akselerasjonen av vannpunktet være hundretusener eller til og med millioner av ganger større enn for kraften, så det vil være
Vannpunktet gir rask bevegelse. Det spiller en viktig rolle i ultralydutvinning.
Cavitation fenomen
Kavitation er et vanlig fysisk fenomen i væsker. I en væske på grunn av fysisk effekt, slik som virvelstrøm og ultralyd for noen deler av væskefasen av lokal negativt trykksone, derved forårsake brudd av væske eller et fast grensesnitt, dannes små hulrom eller luftbobler. Kavitasjonen eller boblene i væsken i ustabilt tilstand, er født, utviklingsprosessen, så fort lukket, når de raskt lukkes, skaper en sjokkbølge, gjør lokalsamfunnet mye press. Slike kavitasjoner oppstår når bobler eller bobler dannes i en væske og så lukkes raskt.
Om den grunnleggende kavitasjonsprosessen og forskjellen mellom kavitasjonen og koking kort som følger: Når væsken ved konstant trykkoppvarming eller konstant temperatur ved statisk eller dynamisk metode under redusert trykk kan oppnå 茌 væskeformig hulrom eller hulrom fylt med gass (eller hull) begynte å dukke opp og utvikle, og deretter stengt. Hvis denne tilstanden skyldes temperaturstigning, kalles den "kokende". Hvis temperaturen er i utgangspunktet konstant og det lokale trykket faller, kalles det "kavitasjon".
Det kan ses fra den grunnleggende prosessen med overliggende kavitasjon at kavitasjon har følgende egenskaper: Kavitasjon er et fenomen som forekommer i væske, som ikke vil forekomme i et normalt miljø. Kavitasjon er et resultat av væskedekomprimering, slik at kavitasjonen kan styres ved å kontrollere graden av dekompresjon. Kavitasjon er et dynamisk fenomen som innebærer utvikling og lukning av kavitasjon.
Ultralydkavitasjon er sterk ultralydutbredelse i væsken, forårsaket av en slags særegne fysiske fenomener, også produksjonen av hul væskeformet hulrom forårsaket, vokste opp, komprimering, lukket, sprett raskt repeterende bevegelse av den spesielle fysiske prosessen. Lokalt høytrykk generert i boblen kollapser når lukket, høy temperatur, på grunn av lydfeltet av frekvens, lydintensitet og væskeoverflatespenning, viskositet og det omgivende miljøet av temperatur- og trykkeffekter, slik som flytende partikler av gaskjerne i lydfelt under virkningen av responsen kan være moderat, kan også være sterk. Derfor er lydkavitasjon delt inn i steady state og forbigående kavitasjon.
Fast kavitasjon refererer til den dynamiske oppførselen til kavitasjonsbobler som inneholder gasser og damper. Denne kavitasjonsprosessen produseres vanligvis når lydintensiteten er mindre enn 1 W / cm2. Kavitasjonsbobler vibrerer i lang tid og varer for flere lydbølger. De vibrerende luftbobler i lydfeltet, på grunn av utvidelsen av bobleflatearealet enn kompresjonen til de store, sprer seg ut til gassen inne i boblen, spredt til utsiden av boblen, mer enn når kompresjonen og bobler inn prosessen med vibrasjon øker. Når vibrasjonsamplituden er stor nok, vil boblen skifte fra stabil tilstand til forbigående kavitasjon og deretter kollapse.
Transient kavitasjon refererer generelt til kavitasjonsboblene som genereres når lydintensiteten er større enn 1 W / cm2, og vibrasjonen utføres bare innen en lydperiode. Når lydintensiteten er høy nok og lydtrykket er negativt i en halv uke, blir væsken utsatt for stor spenning. Boblekjernen utvides raskt og kan nå flere ganger sin opprinnelige størrelse. Så når lydtrykket er en halv uke, blir boblene komprimert og brast inn i mange små bobler for å danne nye kavitasjonskjerner. Når boblen treffer seg raskt, komprimeres gassen eller dampen i boblen, og i løpet av en veldig kort tid med kavitasjonsboblekollaps genererer boblen en høy temperatur på omtrent 5000K, som er lik temperaturen på solens overflate. Lokalt trykk på ca. 500 atmosfærer, som tilsvarer trykket i dyp havbunn; Temperaturendringen er så høy som 109K / s. Ledsaget av en sterk støtbølge og en 400km / h stråle, luminescens fenomen, kan også høres små brister. Det kan sees at energien fra kavitasjon gjør den lokale strømmen av høytrykk, høy temperatur og høy gradient, og gir en ny måte å trekke ut de vanskelige komponentene av medisinske materialer.
Studiet av ultralydkavitasjon, startet i 1930-tallet, funnet i Monnesco og Frenzel sonoluminescence (SL), forårsaket av returlys, forårsaker studiet av ultralyd kavitasjonsboblerbevegelse og en undersøkelse av den grunnleggende effekten. De brukte ultralyd kavitasjonsgruppebobbelmåling i væske for å studere "kavitasjon av flere bobler". For å cheng-hao wang, de-juni zhang av den kinesiske vitenskapsakademiet i 1960 s skulle tilbede under veiledning av akademikeren, er strømtypen brukt til å studere metoden for fullstendig bevegelsesprosess av en enkelt kavitasjonsboble, og eksperimentet viste seg at kavitasjonsstrålingen og elektromagnetisk stråling i boble-sluttidspunktet, studerte de også kavitasjonen
Emulgerende og mekaniske effekter. På 1980-tallet vil USA Gaitan og Crum ved hjelp av akustisk levitateknologi være en enkelt boble "fengslet" i beholderens stående bølgefeltbølge underlivssted, med pluss ultralydfelt synkron syklisk prosess med kavitasjon og målt. Disse resultatene gir et teoretisk grunnlag for anvendelse av ultralyd i industri, landbruk, medisin og andre felt, og gir også betingelser for måling av ultralydkavitasjon.
Måling av kavitasjonsintensitet
Ifølge en rapport i dagens er intensiteten til ultralydkavitasjon ikke en absolutt målemetode, men anvendelsen av ultralyd i den faktiske effekten er på noen måter har et direkte forhold til intensiteten av kavitasjon, så se etter måter å måle kavitasjon på styrke har viktig betydning i praktisk anvendelse. Og intensiteten til kavitasjons- og kavitasjonsboblen er ikke bare lukket når trykket fra størrelsen, antall kavitasjonsbobler i enhetsvolum, også er relatert til de forskjellige typer kavitasjonsboble, så kan bare måle den relative intensiteten. For tiden er det hovedsakelig studert fra ultralydsrensing, for direkte å måle effekten av ultralydrengjøring, og metodene er som følger:
Korrosjonsmetode: vil være ca 20 um tykkelse av aluminium, tinn eller blyfolie i lydfeltet i en viss avstand, kavitasjonskorrosjonen, i en viss tidsperiode, i henhold til korrosjonen, vekten av prøven for å måle relativ kavitasjon intensitet, kalles denne metoden pseudokorrosjonsmetode. Denne metoden kan måle den relative kavitationsintensiteten fra væskeoverflaten til forskjellige dybder. Metoden for måling er å spørre metallprøve overflatefinish er konsekvent, utfør flere målinger for å finne ut gjennomsnittverdien.
Kjemisk metode: Når natriumjodid blir plassert i karbontetraklorid, blir den relative kavitationsintensiteten målt ved mengden av jod frigjort under akustisk kavitasjon. Denne metoden kalles kjemisk metode. Denne metoden er å bruke spektrofotometer eller radioaktiv sporingsmetode for kvantitativ bestemmelse av jodfrigivelse. Fordi i ultralydintensitet 5-30 W / cm2, økte mengden av jod med økning av lydintensitet etter 1 min behandling, ble kavitationsintensiteten målt med størrelsen på frigjort mengde.
Scavenge metode: Rengjør med radioaktive forurensning gjenstander som en prøve, bruk etter ultralyd rengjøring, kvantitativ måling av mengden smuss fjernet, for å måle effekten av ultralyd rengjøring eller relativ kavitasjon intensitet, kalles denne metoden for å fjerne smuss. I den praktiske applikasjonen er det også målemetoder for kavitasjonsstøy, som ikke er beskrevet her.
Den negative effekten og anvendelsen av ultralydkavitasjon
På grunn av den ikke-lineære vibrasjonen av bobler forårsaket av akustisk kavitasjon og sprengstrykket når de brister, kan mange fysiske og kjemiske effekter produseres med kavitasjon. Disse effektene har negative effekter, men de har også applikasjoner innen ingeniørteknologi. For eksempel blir overflaten av høyhastighets roterende propellbladene som brukes av skip ofte rammet av kavitasjonstrykk, og "korroderer" til noen merker. Når kavitasjonen er alvorlig, vil tilstedeværelsen av et stort antall luftbobler påvirke propellens trykk. I sivil industri kan kavitasjon "korrosjon" skade rør og enheter. Bruken av kavitasjonsjokkbølger eller den lokale høye temperaturen på de lukkede boblene kan imidlertid være gunstig i industrien. For eksempel refererer ultralydrengjøring til den komplekse konstruksjonen av unormale kanaler ved lydbølger, og rengjøring av maskindeler og mikrodatordeler plassert i vaskemiddel ved ultralydkavitasjon. Ultralydavkalkning og avkalking kan også utføres i kjelen. Emulgeringsprosessen med farmasøytisk produksjon kan også oppnås ved kavitasjon. Emulsjoner av blandede løsninger som olje og vann kan fremstilles i industrien. Ultrasonisk sveising (bryte oksidlaget av metalloverflate og lette metall sveising); Ultralydkavitasjon brukes til å fremme noen kjemiske reaksjonsprosesser. Bryter ned plantens fine vegg, fremmer oppløsningen av kjemiske komponenter i løsemidler, og forbedrer mengden av kjemisk sammensetning. [2]
Prinsippet om ultralydrengjøring er det høyfrekvente oscillerende elektriske signalet som produseres av generatoren. Den høyfrekvente mekaniske vibrasjonen omdannes til høyfrekvens av transduseren, som overføres til rengjøringsvæsken, og arbeidsemnet rengjøres effektivt. Dens arbeidsmekanisme er å bruke kavitasjonseffekt til å doble eller mer enn ti salg for å forbedre rengjøringseffekten. Når væsken settes inn i rengjøringsmaskinen og ultralydbølgen påføres, er ultralydbølgen i rengjøringsvæsken en slags høyfrekvent bølge med tett fase- og strålingsoverføring, noe som gjør væsken til å vibrere frem og tilbake med høy hastighet. I det negative trykket området av vibrasjon på grunn av den omkringliggende væsken for å supplere, utallige små vakuumbobling formasjon, og i positivt trykk område, små luftbobler plutselig lukket, under trykk i ferd med å lukke på grunn av kollisjon mellom væske har et kraftig sjokk bølger dannet opp til tusenvis av atmosfærer med øyeblikkelig høytrykk, effekt på rengjøring av arbeidsstykket. De fettete og urenheter som er adsorbert på arbeidsstykket, skilles raskt fra arbeidsstykket under kontinuerlig øyeblikkelig høytrykk. For å oppnå målet om rengjøring. To hovedparametere for ultralydbølge: frekvens: F> 20KHz; Strømtetthet: p = overføringseffekt (W) / overføringsområde (cm2); Vanligvis p skarphet 0,3 w / cm2; I en væske for spredning av ultralydsrengjøring av smuss på overflaten av objektet, og dens prinsipp kan brukes til å forklare fenomenet kavitasjon at ultralyd vibrasjonsutbredelse i et flytende sonisk trykk når et atmosfærisk trykk, er strømtettheten 0,35 w / cm2, så kan ultralyd lydbølgen oppnå vakuum eller negativt trykk, trykkstoppen, men faktisk har det ikke noe negativt trykk, så det gir mye press i væsken, den væskeformige molekylære nukleare ripping i tomme hyller. Hulrommet ligger svært nær et vakuum, og det brister når ultralydstrykket når sitt maksimum når ultralydstrykket er reversert. Fenomenet støtbølger forårsaket av brudd på mange små kavitasjonsbobler kalles kavitasjon. For liten lyd kan ikke produsere kavitasjon. Ultrasonisk rengjøringsmaskin består av tre hoveddeler: (1) Rengjøringsvannets rensing av rustfritt stålsylinder (2) (3) Ultralydsensor ultralydsrensemaskin ultralydsgenerator med høy renslighet, maskinens fordeler med lav støy og lang levetid på utstyr. Og kan være mer komplisert geometrisk form, for eksempel en rekke blindhull, mikrohull, dype hull osv. Med andre rengjøringsmetoder, er det vanskelig å rengjøre deler for effektiv rengjøring. Som et resultat av den unike ytelsen ovenfor, gjenkjenner flere og flere mennesker og aksepterer. For det andre, egenskapene til utstyret når ultralydrensemaskinen fylt med vann, etter at strømforsyningskretsen er slått om, konverterer vekselstrømmen (ac) på 50 Hz til ultralydfrekvens vekselstrøm, genererer svingning, dannes oscillasjonens dannelse av induktans og kapasitans transduser resonans krets, og oscillation signalet gjennom til den konstante tilbakemelding å fortsette. Transistoren forsterker og sender den deretter til serie resonanskretsen. Denne resonansfrekvensen justeres nøyaktig på transduserens naturlige resonansfrekvens før maskinen forlater fabrikken for å gi transduseren den beste effekten. Transduseren er gjennom studen og sterk liming på rustfritt stål rensetank bunnen, transduseren ultralyd mekanisk energi gjennom bunnen av kanalen for å passere til væsken i tanken, og deretter påføres væske av gjenstander som skal rengjøres, slik som å realisere funksjonen for ultralydrengjøring. Høy effekt transistoren fungerer ved svitsjemetning, så dens utgangsbølgeform er firkantet. Når firkantbølgen kommer inn i resonanskretsen og blir filtrert av induktans og kapasitans, blir den sinusbølge. Derfor er den nåværende bølgeform som virker på transduseren blitt sinusbølge. Det er to typer ultralyd kraftgenerator av ultralyd rengjøringsmaskin, en er selvopplevd krets, den andre er separat opphisset krets. Den selvopplevende kretsen er enkel, praktisk og økonomisk. Andre spennende kretser har høy effekt, med frekvenssporing og nåværende begrensning, oppvarming og annen form for beskyttelse. De to kretsene passer for bedrifter på ulike nivåer og flere kunder. 1. Koble generatoren til kabelen i rengjøringssporet. 2. Injiser den valgte rengjøringsløsningen i tanken. 3. Koble generatoren til 220V pluss eller minus 10% 50Hz strømforsyning. 4. Slå på generatorens strømbryter, og strømindikatorlampen lyser (på dette tidspunktet begynner væsken i tanken å vibrere og kavitere). 1. For å forlenge levetiden, anbefales det å plassere utstyret i et ventilert og tørt område, og viftehullet på baksiden av generatoren skal rengjøres regelmessig. Generatoren har luftventiler på alle sider for å holde luften uhindret. 2. (1) Rengjøringstanken må settes inn i væsken for å starte opp, det laveste vannet> 100 mm (bunn) av samvibrerende type og horisontal, transduser i siden, for tankrengjøringen langs 100 mm, som i luftkondisjoneringen åpner en sjanse til å skade maskinen. (2) Når rensesylinderens kroppstemperatur er normal temperatur, må du ikke injisere høytemperatur væsken direkte inn i sylinderen for å unngå å løsne transduseren og påvirke normal bruk av maskinen. (3) når rengjøringsløsningen må byttes ut på grunn av forurensning, ikke til kryogen væske direkte inn i høy temperatur inne i sylinderen, kan det også føre til transduser, bør lukke varmeveksleren på samme tid for å unngå varmeapparatet skadet av sporet uten væske. (4) Kontroller omformeren regelmessig for å unngå fuktighet og støt, for å unngå unødvendig tap. 3. Etter bruk skal hovedstrømmen slås av. 4. Ikke start maskinen på nytt umiddelbart etter at strømmen er slått av, og klokkeslettet skal være mer enn ett minutt.
