- Визначення і формули інтенсивність звуку
- Рівень інтенсивності звуку
- Звукова потужність
- Закон зворотних квадратів для звуку в газах
- Загальні відомості
- Історична довідка
- Ультразвук. Визначення і фізика явищ
- Ультразвук в тваринному світі
- техногенний ультразвук
- Застосування ультразвуку в промисловості
- Загартування матеріалів ультразвуком
- Ультразвукове зварювання
- Механічна обробка ультразвуком
- Ультразвукове очищення
- Сонохімія
- Застосування ультразвуку в датчиках руху і при вимірах різних величин
- Ультразвукові датчики руху і витрати
- Ультразвукові датчики виявлення
- Ультразвуковий генератор туману
Визначення і формули інтенсивність звуку
Інтенсивність звуку I визначається як кількість енергії в одиницю часу, переноситься в напрямку поширення звукових хвиль через одиничну площадку, перпендикулярну напрямку поширення звукових хвиль. Іншими словами, інтенсивність звуку - це швидкість проходження звукової енергії через одиничну площадку і вимірюється вона в одиницях потужністю не одиницю площі. В СІ інтенсивність звуку вимірюється в ватах на квадратний метр (Вт / м²). Поріг чутності людського вуха за інтенсивністю приблизно дорівнює 1 · 10⁻¹² Вт / м². Больовий поріг людини приблизно дорівнює 1 Вт / м².
Інтенсивність звуку не слід плутати з його гучністю. Інтенсивність звуку - його об'єктивна фізична характеристика, яку можна виміряти за допомогою відповідних вимірювальних приладів. З іншого боку, гучність звуку - це суб'єктивна оцінка інтенсивності звуку. Різні люди чують один і той же звук з різною гучністю в залежності від їх фізичного здоров'я, психологічного стану і безлічі інших чинників. Наприклад, людині, яка розмовляє про себе, зовнішні звуки здаються тихіше.
Інтенсивність звуку є векторною величиною і, отже, має як величину, так і напрямок. У зв'язку з цим вимір інтенсивності допомагає визначає напрямок, з якого поширюється шум. Це корисно, наприклад, якщо потрібно проаналізувати джерело шуму в цеху механічної обробки. Вимірювач інтенсивності звуку дозволяє визначити напрямок на джерело звуку.
Для вимірювання інтенсивності звуку зазвичай використовують пару ідентичних мікрофонів. Іноді в вимірювальної голівці їх буває і більше. У найпоширенішому вимірювальному пристрої два ідентичних мікрофона встановлюються поруч один з одним на опорі. Два мікрофона можуть бути встановлені на тримачі «торець до торця» (найчастіше), один поруч з іншим, тандемом, тобто один за іншим співвісно і «спина до спини».
Рівень інтенсивності звуку
Рівень інтенсивності звуку (англ. Sound intensity level - SIL) являє собою абсолютну логарифмічну величину інтенсивності звуку щодо опорного значення 10⁻¹² Вт / м² (1 пВт / м²) - порога чутності людини в повітрі. В контексті логарифмічних величина «абсолютна величина» означає можливість конвертації її значення в децибелах в рівень звуку в Вт / м². Рівень інтенсивності звуку в дБ або в дБ SIL (дБSIL) визначається як відношення по потужності інтенсивності звуку в В / м² I до опорного значенням інтенсивності звуку I ₀, яке зазвичай приймається рівним 10⁻¹² Вт / м², що відповідає рівню 0 дБ:
З цієї формули можна визначити інтенсивність звуку I, якщо відомі опорна інтенсивність і SIL:
Детальну інформацію про різні абсолютних і відносних логарифмічних одиницях ви знайдете в нашому Конвертері логарифмічних одиниць
Звукова потужність
Звукова потужність - фізична величина, що характеризує швидкість випромінювання, передачі або відображення акустичної енергії і чисельно дорівнює відношенню кількості енергії до інтервалу часу, за який вона випромінюючи, передана або відображена. Звукова потужність - абсолютна величина, що описує джерело звуку і не залежна від приміщення, в якому він знаходиться, навколишніх предметів і відстані від джерела звуку до слухача. Звукова потужність - це характеристика лише джерела звуку.
Звукову потужність можна порівняти з потужністю електронагрівача, яка визначає кількість енергії, який нагрівач може створити протягом одиниці часу. Потужність електронагрівача також не залежить від відстані між нагрівачем і тим, хто ним користується. Звукова потужність вимірюється в ватах (Вт).
У зв'язку з тим, що діапазон звуків в реальному житті дуже великий, для вираження звукової потужності зазвичай використовують логарифмічну шкалу в децибелах щодо дуже малої потужності 1 · 10⁻¹² Вт або 1 пВт. Джерело такої потужності людина з хорошим слухом здатний почути, якщо він знаходиться біля вуха.
Рівень звукової потужності в децибелах L W вимірюється в дБ SWL (dBSWL) і визначається як
де
P - звукова потужність;
P 0 - опорна звукова потужність, зазвичай P 0 = 1 · 10⁻¹² Вт = 1 пВт.
Закон зворотних квадратів для звуку в газах
Інтенсивність звуку I залежить від звукової потужності P джерела сигналу і відстані r від нього до слухача. Якщо ми розглянемо найпростіший теоретичний випадок точкового джерела, що випромінює сферичну звукову хвилю на відкритому повітрі, то співвідношення між описаними вище трьома фізичними величинами описується наведеної нижче формулою, яка і використовується в цьому калькуляторі:
тут
I - інтенсивність звуку,
P - звукова потужність, і
4πr² площа поверхні сфери радіусом r.
Ця формула показує, що інтенсивність звуку обернено пропорційна квадрату відстані від джерела звуку.
Ультразвук широко застосовується в медицині
Загальні відомості
Історична довідка
Ультразвук. Визначення і фізика явищ
Ультразвук в тваринному світі
техногенний ультразвук
Застосування ультразвуку в промисловості
Загартування матеріалів ультразвуком
Ультразвукове зварювання
Механічна обробка ультразвуком
Ультразвукове очищення
Сонохімія
Застосування ультразвуку в датчиках руху і при вимірах різних величин
Ультразвукові датчики руху і витрати
Ультразвукові датчики виявлення
Ультразвуковий генератор туману
Загальні відомості
Ми живемо в океані нечутні нами еле. Шелест трави у нас під ногами, шерех перекочується морським прибоєм гальки, беззвучні сигнали кажанів і навіть докучливий писк комарів - у всіх цих звуках є ультразвукова компонента. Людство ознайомилося з ультразвуком задовго до усвідомлення його як явища, освоївши вогонь. Тріск гілок в багатті, шипіння виділяються речовин і води під впливом високої температури з дров - все це генерує ультразвук. І взагалі, будь-які імпульсні звуки містять ультразвукову складову.
Свисток гарний ще й тим, що собаки його чують на значно більшій відстані, ніж найсильніший крик
Ще навіть до початку писаної історії люди використовували методи дресури приручених тварин (собак і коней) за допомогою ультразвукового свистка, винахід якого часом незаслужено приписують чудовому англійському вченому, лікаря і винахіднику Ф. Гальтону. Але треба віддати належне і Гальтону - саме його конструкція свистка виявилася на рідкість вдалою і циркові артисти різних країн з часів позаминулого століття з незмінним успіхом пред'являли неосвіченої публіці собак - «математиків» і коней - «вчених».
Нині звуки, що лежать по інший бік звукового діапазону (мається на увазі тільки ультразвук), вже зараз дали нам в руки потужні методи неруйнівного контролю матеріалів. Лікарі отримали нові методи діагностики захворювань і нові інструменти, зокрема, ультразвукову діагностику, що дозволяє спостерігати в реальному часі біологічні процеси, в тому числі і розвиток людського плоду, а також можливість робити безкровні операції за допомогою ультразвукових скальпелів, які розрізають тканини внаслідок вібрації з частотою 55 кГц.
Сучасні інженери мають у своєму розпорядженні методами розплавлення і зварювання матеріалів ультразвуком, створення гомогенних сумішей з вже зовсім здавалося б несумісних матеріалів, і синтезу раніше немислимих ліків і матеріалів майбутнього. Існують методи ультразвукової кавітації і ультразвукової стерилізації, навіть є явище ультразвукової левітації. Нехай одне залишиться методом очищення виробів від забруднень або їх дезінтеграції, інше - високотехнологічним методом обробки медичного обладнання та інструментів, а третє поки залишається просто цікавим фізичним досвідом.
Історична довідка
Зліва направо: Петро Лебедєв, П'єр Кюрі, Жак Кюрі, Поль Ланжевен, Фелікс Савар, Френсіс Гальтон
Дослідження звуків, що лежать в ультразвуковому діапазоні і пов'язаних з ними фізичними явищами, найбільш бурхливо почалося з розвитком електротехніки, радіотехніки, електроніки та матеріалознавства.
Дисплей ехолота - спеціалізованого гідролокатора (праворуч)
Безумовно, самі дослідження були б неможливі без генерації власне ультразвуку. Хоча ультразвук часто присутній при взятті високих нот у вигляді обертонів багатьма музичними інструментами, перший крок до наукового вивчення ультразвуку зробив на початку 19-го століття французький учений Фелікс Савар, що дав визначення діапазону чутного звуку. Савар вивчав діапазон чутного звуку за допомогою зубчастого колеса з встановленим на його осі тахометром, який використовувався для вимірювання частоти звуку, який виникав, коли картонну картку притискали до зубців.
Англійський учений Френсіс Гальтон в 1876 році винайшов конструкцію ультразвукового свистка, який знайшов досить широке застосування, як в наукових дослідженнях, так і в техніці. Надалі дослідженнями ультразвуку займалися різні групи вчених різних країн, в тому числі і російський фізик-експериментатор П. Н. Лебедєв з колегами, які вивчали генерацію і поширення ультразвукових коливань у повітрі.
Зліва направо: Вільям Шоклі, Уолтер Браттейн, Джон Бардін, Лі де Форест, Едвін Армстронг
1. Кремнієвий потужний транзистор загального призначення 2N3055, що випускається з початку 60-х рр. минулого століття
2. Транзистор 2N3055 зі знятою кришкою
3. збільшення відображення кристала транзистора 2N3055
З появою під час Першої світової війни нового класу озброєнь у вигляді підводних човнів перед військовими інженерами постало невідкладне завдання їх виявлення. Британські вчені створили пасивні пристрої для виявлення підводних об'єктів - гідрофони. У той же час, французький інженер Поль Ланжевен спільно з російським ученим-емігрантом Костянтином Шиловським працювали над створенням активного акустичного пристрою для виявлення підводних човнів в підводному положенні. У наш час їх називають гідролокаторами або сонарами. Для генерації ультразвука Ланжевен з Шиловським використовували пристрої як на електростатичному (конденсаторного типу), так і на п'єзоелектричному принципі (кристал кварцу). Однак працюючі гідролокатори з'явилися тільки в 20-х рр. минулого століття, після закінчення Першої світової війни.
Поворотним моментом в дослідженні і генерації ультразвука з'явився винахід електронних підсилювачів на трёхелектродной лампі триоде, винайденому в 1906 році американським інженером де Форестом. У 1912 році іншим американським інженером Едвіном Армстронгом і незалежно від нього в 1913 р австрійським інженером Олександром Мейснером на основі тріода був створений перший автогенератор.
Справжнім проривом у справі застосування ультразвуку стало винахід точкового транзистора в 1947 році групою американських вчених. У 1956 році за відкриття транзисторного ефекту Джон Бардін, Уолтер Браттейн і Вільям Шоклі були удостоєні Нобелівської премії з фізики. На базі транзисторів, а потім і на інтегральних схемах були створені більш досконалі і економічні схеми посилення і генерації низькочастотного діапазону. Верхи цього процесу можна вважати розробку цифрових методів аналізу і синтезу ультразвуку будь-якого можливого діапазону і потужності аж до летальної за допомогою сучасних комп'ютерних технологій, яким піддаються навіть методи візуалізації звуку.
У міру вдосконалення техніки гидролокациі, ехолоти стали доступні і в цивільній діяльності і нині успішно застосовуються в такій важливій справі, як мореплавання, наукових дослідженнях по картографії морського дна і в промисловому рибальстві.
Сьогодні ця техніка стала доступною широким масам - найбільш просунуті любителі спортивної риболовлі, озброєні портативними ехолотом з GPS- навігацією, часто своїми уловами викликають чорну заздрість у інших любителів-рибалок, годинами просиджують на березі в надії виловити хоч якусь рибу.
Ультразвук. Визначення і фізика явищ
До ультразвуку відносяться звуки з частотами вище сприймаються людським слухом. Зазвичай до ультразвуку відносять коливання з частотою вище 20 кГц, верхня межа ультразвуку умовно приймається рівною 1000 МГц або 1 ГГц. Звук з частотою понад 1 ГГц в російськомовній технічній літературі прийнято називати гіперзвуком.
При поширенні в різних середовищах, ультразвук в загальному підпорядковується законам акустики, тобто здатний затухати, відбиватися, фокусуватися і переломлюватися. Але є деякі відмінності:
- Модульований ультразвук, для сприйняття людиною через вібрації поверхні тіла, повинен мати вищу амплітуду коливань в порівнянні з аудіосигналом.
- Ультразвук набагато сильніше, ніж звичайний звук поглинається атмосферою і газами.
- Через малу довжини хвиль, ультразвуку більш, ніж звичайному звуку, притаманне прояв фокусування, особливо в високочастотної частини спектра.
Ультразвук добре поширюється в більш щільних середовищах, таких як вода та інші рідини, а також в твердих тілах. У природі ультразвук виникає під дією вітру, при шереху сухих опалого листя під ногами і шурхіт перекочуються морським прибоєм гальки, трісці сухих гілок і при розколюванні кори дерев під дією морозу. Шум дощу і водоспаду, грозові розряди і лісові пожежі також виробляють ультразвук. Крім цього природний ультразвук генерують багато представників тваринного світу.
Ультразвук в тваринному світі
Цикади здатні чути і випускати ультразвукові коливання
Біологи встановили незаперечний факт, що багато видів різних тварин використовують ультразвук для ехолокації і навігації. Майже всі зубаті кити і дельфіни здатні генерувати і сприймати ультразвук з метою орієнтації в просторі, пошуку і загороди видобутку і для комунікації. Особливо це відноситься до підсліпуватим білим річковим дельфінам - ініям - мешкають в каламутних водах Амазонки і її притоках. Приручені людиною кішки, коні і собаки теж прекрасно сприймають ультразвук, те ж саме відноситься і до їх диких родичів. Дуже віртуозно застосовують ультразвук нічні мисливці на літаючих комах - кажани. Вони мають настільки досконалий апарат для генерації і прийому ультразвуку в діапазоні від 14 до понад 100 кГц, що здатні в абсолютній темряві уникати в польоті перешкоди і точно локалізувати свою здобич аж до дрібних комарів і москітів. Втім, деякі види комах не такі вже й беззахисні перед ними. Маючи відмінний слух в цьому діапазоні хвиль, нічні літаючі комахи, при опроміненні ультразвуковим сигналом кажана, різко змінюють напрямок польоту, а деякі види навіть мають контроружіем. Тигрова моль, наприклад, сама у відповідь генерує ультразвук приблизно з тими ж характеристиками, тим самим граючи роль постановника перешкод для системи ехолокації кажанів.
Але найстрашнішим чином ультразвуком володіють деякі види ракоподібних -креветкі виду Alpheus randalli, інакше називаються креветками-Щелкунов або раками-Щелкунов. Вони з такою швидкістю зачиняють свою клешню, що викликають у водному середовищі кавітацію, генеруючи при цьому ультразвук такої сили і потужності, яка достатня для оглушення їх видобутку у вигляді дрібних рибок, креветок та інших мешканців моря. Ультразвук паралізує і часом навіть умертвляє їх. Клацання при закритті клешні використовуються креветками також для зв'язку між собою.
На щастя, подібний метод використання ультразвуку обмежується тільки цим видом, інші види тварин, на зразок комах, застосовують його для комунікації. Досить згадати скрекіт коників і цвіркунів літніми вечорами, що виникає при терті щетинок на їх задніх лапках, а також співочих цикад, які видають звуки за допомогою спеціалізованих тімбальних органів.
техногенний ультразвук
З моменту оволодіння наступним після смаження, але першим за значимістю, процесом приготування їжі за допомогою варіння, людство мимоволі стало генерувати ультразвук в масовому порядку. Справа в тому, що в момент закипання води в її обсязі з'являється безліч дрібних бульбашок водяної пари, які, схлопиваясь, генерують ультразвук. Це явище ми можемо спостерігати в повсякденному житті, коли включаємо електрокофейнік або встановлюємо чайник з водою на газову плиту для кип'ятіння - початковий шум закипає води стає тихіше перед моментом безпосереднього закипання, так як шум зміщується в ультразвукову частина акустичного спектру.
Цілеспрямовано віробляті ультразвук для різноманітніх технічних ЗАСТОСУВАННЯ начали в кінці 19-го століття. При цьом застосовуються Різні методи генерації: механічний и електроакустічній. Механічний метод вікорістовує потоки середовища, что переріваються тім чи іншім способом. Типовим пристроєм такого роду є ультразвукова сирена, що представляє собою камеру з нерухомим статором з отворами для проходження відповідної газової або рідинного середовища, і обертовим з певною частотою ротором, також має такі ж отвори. У момент збігу отворів статора і ротора потік проривається, при цьому генерується ультразвук. Потужність випромінювання подібних пристроїв може досягати десятків кіловат акустичної потужності.
Більш просту конструкцію мають ультразвукові свистки, які схожі на знайомі нам з дитинства звичайні звукові свистки. У них ультразвук виникає при проходженні кругового потоку повітря в резонуючі камеру циліндричної форми. Довжина камери змінна, що дозволяє отримувати частоти до 50 кГц. Підкуповує простота конструкції і що випливають з цього високі надійність і ефективність.
Магнітострикційний ефект і ультразвукові коливання використовуються в цьому ярлику акустомагнітної системи захисту від крадіжок. У ньому є дві тонкі вільно переміщаються пластинки з феромагнітного сплаву і закріплений слабкий постійний магніт. Розміри пластинок підібрані таким чином, що при проходженні повз передавальної і приймальні котушок на вході в магазин пластинки вібрують на частоті власного резонансу (приблизно 58 кГц) і продовжують вібрувати після закінчення імпульсу, таким чином посилюючи коливання в приймальній котушці, що і виявляється приймачем системи контролю . Незрозуміло тільки як запобігти зняття цього ярлика тими, хто хоче вкрасти товар.
При використанні електроакустичного методу генерації ультразвука застосовують магнітострикційні, електрострикційних і зворотний п'єзоелектричний ефекти, властиві різних матеріалів.
Суть магнитострикционного ефекту полягає в зміні геометричних розмірів феромагнітних матеріалів під впливом зміни величини магнітного поля в ньому. Необхідно відзначити, що для отримання більш точної відповідності закону зміни розмірів прикладеному магнітному полю необхідно застосовувати феромагнітні матеріали з малою петлею гистерезиса і докладати до них постійне магнітне поле зміщення. В іншому випадку ультразвукової акустичний сигнал, одержуваний за рахунок магнитострикции, матиме високу нелінійність. Технічно такий режим роботи виходить при протіканні змінного струму високої частоти через обмотку, намотану на магнітопровід і введенням в схему якої додаткової обмотки з постійним струмом, або створенням смещающего поля додатковим зовнішнім магнітом.
П'єзоелектричний перетворювач, що працює в діапазоні 2,4-7,5 МГц і використовуваний в системах ультразвукової діагностики; один і той же п'єзоелектричний датчик використовується в якості генератора і детектора ультразвукових хвиль; відносно висока частота дозволяє підвищити точність дослідження, але, в той же час, чим вище частота, тим менше глибоко проникає сигнал в тіло пацієнта
Суть електрострикційних ефекту полягає в зміні геометричних розмірів діелектричних матеріалів під впливом зміни величини електричного поля в ньому. Точно так же, для зниження нелінійності, необхідно створювати зміщує електричне поле.
Суть зворотного п'єзоелектричного ефекту полягає в зміні геометричних розмірів п'єзоелектричних матеріалів, під дією зміни величини електричного поля в ньому. Прямий п'єзоелектричний ефект призводить до накопичення заряду в матеріалі пьезоелектрика при дії на нього механічної напруги. На відміну від попередніх ефектів, зміна розмірів п'єзоелектричних матеріалів відбувається за лінійним законом.
Необхідно також зауважити, що і магнітострикційні, електрострикційних і п'єзоелектричний ефекти носять зворотний характер - зміна геометричних розмірів виробів з таких матеріалів призводить до зміни магнітного і електричного полів відповідно. Тобто магнітострикційна, діелектрична і п'єзоелектричний головки можуть служити не тільки випромінювачами, але і приймачами ультразвуку. Ця особливість знаходить застосування в різних пристроях, призначених для вимірювання відстаней, глибин залягання і товщини шарів досліджуваного об'єкта. Характерна акустична потужність таких пристроїв становить від сотих часток вата (пристрою управління і виявлення) до десятка кіловат (промислова обробка матеріалів ультразвуком). Для підвищення точності вимірювань застосовують більш високочастотний ультразвук.
Застосування ультразвуку в промисловості
Ультразвук, в силу особливостей його поширення в різних середовищах, знаходить широке застосування при фізичних, медичних і біологічних дослідженнях. Він використовується в різних технологіях промислового виробництва. У зв'язку з широким застосуванням ультразвуку в різних областях науки і техніки, обмежимося розглядом тільки найбільш цікавих додатків.
Загартування матеріалів ультразвуком
Ультразвуковий шов двох шматків пластика
Найчастіше багато сучасних матеріалів отримують з розплавів металів і пластмас, а готові вироби з них - методом лиття під тиском. В ході процесу затвердіння через нерівномірність температур на поверхні і всередині обсягу виникають неоднорідності матеріалів, що знижують механічну та корозійну міцність виробів з металів, сплавів і пластмас. Впливом ультразвуку високої потужності усувають залишкову напругу стиснення, покращують структуру матеріалу за рахунок отримання мелкозернистости (для металів), тим самим підвищуючи механічну міцність виробів в десятки разів. Зазвичай для усунення різних дефектів застосовують комбінації ультразвуку різних частот (15 - 55 кГц) і амплітуд зміщень (20 -80 мкм) для отримання ефекту резонансу. Для отримання ультразвукових коливань великої потужності застосовують магнітострикційні перетворювачі.
Ультразвукове зварювання
Ультразвук застосовується для зварювання виробів з пластмас і різнорідних металів. При цьому акустична енергія ультразвуку перетворюється на теплову енергію за рахунок тертя, хто вагається частинок матеріалу. Такий процес є прецизійним через високої точності експозиції та малої теплової інерційності зварюють головки. Широко використовується в мікроелектроніці при виготовленні мікросхем і електронних елементів. Характерні частоти ультразвукових зварювальних установок можуть варіюватися від 15 до 40 кГц, що додається потужність - від одиниць до сотень ват. Метод дозволяє зварювати матеріали з міцної оксидної плівкою на поверхні, наприклад, з алюмінію і пермаллоя.
Коробка для цього набору інструментів була виготовлена методом ультразвукового зварювання.
Механічна обробка ультразвуком
Обробка виробів з різних (в тому числі і з високою твердістю) матеріалів ультразвуком дозволяє отримувати складні форми отворів і виконувати різьбову нарізку не тільки в металах, але і в склі, рубіні, карбідах і навіть в алмазі. Долото складної форми магнитострикционного вібратора змушує коливатися дрібнодисперсний абразивний порошок з корунду або твердих карбідів в складі абразивної суспензії, тим самим отримуючи відповідну форму виробу. Постійний потік суспензії дозволяє видаляти частинки знятого матеріалу з робочої зони. Завдяки високій точності процесу, механічна обробка ультразвуком застосовується при виготовленні мікроелектромеханічних приладів, таких як акселерометри, які можна знайти в будь-якому смартфоні.
Ультразвукове очищення
Це той випадок, коли не можна вірити написаному; це безумовно не ультразвукова ванночка для чищення ювелірних виробів; всередині стоїть моторчик з ексцентриком, такий же, як в телефонах, з частотою обертання близько 6000 об / хв або всього 100 Гц
Виникаючі при обробці ультразвуком в ванні для ультразвукового очищення акустичні хвилі в рідинних середовищах призводять до утворення і хляпанню мільйонів найдрібніших бульбашок газу, що викликає утворення мікроструек рідини. Це явище називається кавітацією. Бульбашки кавітацій, а також звуковий тиск і проникнення рідини в пори і щілини руйнують забруднення. Ультразвукове очищення виробів від забруднень і оксидних плівок застосовується в ювелірній справі, в оптиці і точної механіки - в процесі виготовлення лінз і інших оптичних деталей, деталей механічних годинників, для очищення і стерилізації стоматологічних та хірургічних інструментів, а також деталей інших точних приладів. Характерні частоти ультразвукових очищувачів складають від 20 до 40 кГц. Потужність випромінювання може варіюватися в залежності від обсягу очисної камери.
Сонохімія
Сонохімія - відносно молода наука, що з'явилася в 80-х роках минулого століття в результаті винаходу відносно дешевих, потужних і надійних генераторів ультразвуку. Сонохімія займається питаннями впливу ультразвуку в рідинах на хімічну активність речовин в розчинах.
Ультразвук сам по собі не робить ніякого хімічного впливу на міжмолекулярні або атомні зв'язку, оскільки властиві йому довжини хвиль набагато більше характерних відстаней між атомами в молекулах. Тому ультразвукова хвиля не впливає на коливальну енергію міжатомних зв'язків і, отже, не може збільшити внутрішню енергію молекул. Але, за рахунок явища кавітації, ультразвук збільшує поверхню взаємодії реагентів, а сам процес освіти і вибухового схлопування мікропухирців ініціює високу температуру і надтиску в мікрообластях розчинів. За рахунок цього процесу з'являються вільні радикали, що прискорюють протікання хімічних реакцій. Ультразвук дозволяє збільшити вихід речовин в результаті реакції, а також більш ефективно використовувати енергію.
Ультразвук широко застосовується в фототехніку в двигунах управління фокусуванням об'єктивів; ультразвукові двигуни працюють швидше, точніше й тихіше, ніж звичайні мікромотори
Величезну роль ультразвук грає в ході хімічних і фізичних процесів в колоїдних розчинах. Мало того, що вплив ультразвуком дозволяє отримати емульсійні розчини з зовсім вже несумісних і не розчиняються одна в одній хімічних речовинах, він також сприяє більш високому коефіцієнту вилучення корисних складових з різноманітних носіїв шляхом екстрагування. І навіть бере участь в перетворенні за рахунок переетерифікації екстрагованих масел з різних олійних сільгоспкультур в біодизельне паливо, що знижує залежність людства від традиційного викопного палива у вигляді нафти. Обробка стічних вод ультразвуком може на порядки знизити вміст особливо небезпечних хлорвмісних органічних продуктів в стічних водах.
Застосування ультразвуку в датчиках руху і при вимірах різних величин
Особливості поширення ультразвуку в різних середовищах грають істотну роль в його застосуванні, в першу чергу в областях виявлення, локації, ідентифікації та визначення властивих станів різних об'єктів.
Ультразвукові датчики руху і витрати
У допплеровском витратомірі передавач А (помаранчевий) опромінює рідина ультразвуковими хвилями, які відображаються і приймаються приймачем В (також помаранчевий); масова витрата визначається по різниці частот переданого і прийнятого сигналів
Ультразвукові датчики не вимагають безпосереднього контакту з вимірюваним середовищем, тому знаходять широке застосування в різних областях науки і техніки. Крім вимірювання статичних характеристик, ультразвукові датчики можуть фіксувати фізичні стану досліджуваного середовища в динаміці, що вельми важливо при вивченні швидкоплинних процесів. Крім іншого, за рахунок ефекту Доплера, ультразвукові датчики цілком адекватно працюють при вимірах в Витратометрія, измерителях рівня і інших додатках, пов'язаних з контролем параметрів різних динамічних процесів.
Ультразвукові датчики виявлення
Акустичний паркувальний датчик і дисплей
Здатність ультразвуку ефективно відбиватися від різних перешкод знайшла широке застосування в техніці. На цьому принципі побудовані різноманітні прилади від ультразвукових дістанціометров до систем автофокусування для кіно і фотозйомки із застосуванням ультразвукових моторів для підстроювання оптичних лінз. Чималу роль відіграє цей принцип в системах неруйнівного контролю зварних швів, контролю товщини продукції, що випускається в бумагопроізводящей промисловості, і у виробництві тонких виробів з пластиків.
Ультразвук широко використовується в цілях ехолокації дна водойм при проведенні судів, в рибній промисловості для виявлення косяків риб і у військовій справі - для виявлення як стаціонарних загроз у вигляді постановочних мінних загороджень, так і для виявлення динамічних об'єктів у вигляді підводних човнів противника, і, в крайньому випадку, виявлення засобів ураження у вигляді торпед і глибинних бомб. Крім іншого, ультразвукові датчики руху широко використовуються в системах контролю об'єктів від вторгнення і в акустичних паркувальних пристроях.
Ультразвуковий генератор туману
Для демонстрації цього експерименту ми придбали на eBay за 3 долари (з доставкою) генератор туману, що працює на частоті 1,7 МГц і створює близько 400 мл водяного туману на годину. Робоча напруга генератора 24 В постійного струму. Споживання 0,6 А. Блок живлення - лабораторний. У корпусі пристрою є залитий компаундом генератор на 1,7 МГц, схема включення світлодіодів, що блимали, три світлодіода і утримувач для таблетки з пружиною, прокладкою і гайкою.
П'єзоелектрична таблетка вібрує з ультразвуковою частотою з амплітудою, достатньою для закипання води, в яку вона занурена, і розбризкування її на дрібні краплі туману. Для кращої роботи шар води над таблеткою повинен бути невеликий - не більше 10 мм. Над поверхнею води в цьому випадку утворюється димлячий фонтанчик, який приблизно через хвилину заповнює посудину. Якщо такий посудину забезпечити кришкою і вентилятором з гнучким шлангом, то туман буде виходити зі шланга. Щоб генератор почав працювати, рівень води повинен бути вище датчика. Якщо він нижчий, то світлодіоди горять, але високочастотний сигнал на п'єзоелектричну таблетку не подається.
Термін служби керамічних дисків приблизно 3000 годин. Змінні керамічні диски є в продажу і коштують один долар за пару дисків з доставкою.
Автор статті: Сергій Акішкін
Unit Converter articles were edited and illustrated by Анатолій Золотков