Princíp ultrazvukového testovania

Kratšie ako obyčajné zvukové vlny, vlnové dĺžky ultrazvuku robia dobrý smer, ale aj cez nepriehľadný materiál, táto vlastnosť bola široko používaná pri ultrazvukovom testovaní, hrúbke, meraní vzdialenosti, diaľkovom ovládaní a technológii ultrazvukového zobrazovania. Ultrazvukové zobrazovanie je technológia, ktorá používa ultrazvuk na prezentáciu vnútorného obrazu nepriehľadných objektov. Z prevodníka ultrazvukovej akustickej šošovky zameranej na nepriehľadnú vzorku prechádzal ultrazvukom prenášaný zo vzorky ako súčasť informácie (ako je schopnosť odrazu, absorpcia a rozptyl zvukových vĺn), akustické šošovky konvergujú na piezoelektrický prijímač, elektrický signálny vstupný zosilňovač, pomocou skenovacieho systému môže premeniť neprístupný vzorový obraz zobrazený na obrazovke. Zariadenie sa nazýva ultrazvukový mikroskop. Ultrazvuková zobrazovacia technológia bola široko používaná v lekárskej prehliadke, pri výrobe mikroelektronických zariadení používaných na kontrolu vo veľkom meradle integrovaného obvodu, slúži na zobrazovanie zliatin rôznych kompozícií v oblasti vedy o materiáloch a hraniciach obilia atď. Akustická holografia je ultrazvukový interferenčný princíp záznamu a reprodukciu trojrozmerného obrazu nepriehľadnej akustickej zobrazovacej techniky, jeho princíp a optická holografia sú v podstate rovnaké, len záznamové znamená odlišné (pozri holografiu). S rovnakou motiváciou zdroja ultrazvukového signálu sa dva meniče umiestnili do kvapaliny a spustili dva koherentné ultrazvukové lúče: lúč cez objekt, ktorý sa študoval po tom, ako sa stal vlnou, zväzok referenčnej vlny. Objektová vlna a koherentný superpozičný akustický hologram vytvorený na povrchu kvapaliny s akustickým hologramom laserového lúča pomocou laserového odrazu na akustickom hologramovom difrakčnom efekte a spätné získavanie späť, ako je to zvyčajne s kamerou a televíznymi prijímačmi na sledovanie v reálnom čase ,

Význam ultrazvukového čistenia

Ultrazvukový čistiaci efekt je viac než ľudská sluchová vlna v kvapaline. Keď je ultrazvukové rozširovanie v umývadle kvôli zvuku je pozdĺžna vlna, pozdĺžna vlna podporujúca úlohu média môže spôsobiť zmeny tlaku v kvapaline, čo vedie k mnohým malým vákuovým bublinám, označovaným ako "kavitačný efekt". Keď sa otryskávanie bublinou stláča, môže spôsobiť silný náraz, môže byť pri fixácii predmetov v rozptýlených rohoch špiny a zvyšuje efekt prania pri umývaní, vzhľadom k dĺžke ultrazvukových frekvencií takanami, silnej penetračnej sily, takže má trhlinu alebo skrytá zložitá štruktúra čistenia, môže dosiahnuť úžasný efekt prania

Ultrazvukové čistenie je založené na kavitácii, to znamená v čistiacej kvapaline v rýchlej tvorbe početných bublín a rýchleho implozia. Výsledný šok odstráni nečistoty z vnútorného a vonkajšieho povrchu obrobku ponoreného do čistiaceho roztoku. S nárastom ultrazvukovej frekvencie sa zvyšuje počet bublín a nárazuvzdornosť je oslabená. Preto je vysokofrekvenčný ultrazvuk vhodný najmä na čistenie malých častíc nečistôt bez porušenia povrchu obrobku. Rozšírenie kavitačných bublín a bublín burzy (impulzov) sa vytvára použitím vysokofrekvenčných (ultrazvukových) zvukových vĺn s vysokou intenzitou na kvapaliny. Každý ultrazvukový čistiaci systém preto musí mať tri základné prvky: Čistiaca kvapalina v nádrži, prevádza elektrickú energiu na mechanickú energiu vysokofrekvenčného elektrického signálu a ultrazvukového generátora.

Prevodníky a generátory

Najdôležitejšou súčasťou ultrazvukového čistiaceho systému je snímač. Existujú dva druhy meničov, jeden je magnetický prevodník, ktorý je vyrobený z niklu alebo zliatiny niklu. Piezoelektrický menič vyrobený z titanátu zirkoničitanu olovnatého alebo inej keramiky.

Keď sa piezoelektrický materiál umiestni do elektrického poľa s meniacim sa napätím, deformuje sa. Toto sa nazýva "piezoelektrický efekt". Magnetické snímače sú naopak vyrobené z materiálov, ktoré sa deformujú v meniacom sa magnetickom poli. Bez ohľadu na to, aký druh snímača sa používa, najzákladnejším faktorom je zvyčajne intenzita kavitácie.

Ultrazvukové vlny, rovnako ako iné zvukové vlny, sú sériou tlakových bodov, vlna, ktorá striedavo stláča a rozširuje (ako je uvedené nižšie). Ak je energia zvuku dostatočne silná, kvapalina sa vytlačí v rozpínacom stupni vlny a vytvoria sa bubliny. V stlačovacom štádiu vlny tieto bubliny okamžite roztrhnu alebo implodujú v kvapaline, čo vytvára veľmi účinnú rázovú silu, obzvlášť vhodnú na čistenie. Tento proces sa nazýva kavitácia. Zvuková vlna kompresie a expanzie sa teoreticky analyzujú, praskanie kavitačnej bubliny bude produkovať tlak viac ako 10000 psi a vysokú teplotu 11000 ° C a pri okamžitom výbuchu bude rýchlo roztrhané vonkajšie žiarenie. Energia uvoľnená jednou kavitatívnou bublinou je veľmi malá, ale každú sekundu narazia na milióny kavitatívnych bublín, kumulatívny efekt bude veľmi silný, spôsobí silný vplyv kontaminácie povrchového povrchu obrobku, to sú všetky charakteristiky ultrazvukové čistenie. Ak je ultrazvuková energia dosť veľká, kavitácia sa objaví všade v čistiacom roztoku, takže ultrazvuk môže účinne čistiť malé trhliny a otvory. Kavitácia tiež podporuje chemické reakcie a urýchľuje rozpúšťanie povrchových membrán. Ale iba v určitej oblasti tlaku kvapaliny je nižšia ako tlak plynu vo vnútri bubliniek, čo spôsobí kavitačný jav v oblasti, takže generovaný snímačom amplitúdy ultrazvukových vĺn je dostatočne veľký, aby uspokojil tento stav. Minimálny výkon potrebný na vytvorenie kavitácie sa nazýva krivkou pre kavitáciu. Rôzne kvapaliny majú rôzne kritické body kavitácie, takže ultrazvuková energia musí prekročiť kritický bod na dosiahnutie čistiaceho efektu. To znamená, že kavitačné bubliny sa môžu vyrábať len vtedy, ak energia prekročí kritický bod pre ultrazvukové čistenie.

Dôležitosť frekvencie

Hluk vzniká, keď je pracovná frekvencia nízka (v rozsahu ľudského sluchu). Ak je frekvencia menšia ako 20 kHz, pracovný hluk nie je len veľmi vysoký, ale môže prekročiť hranicu bezpečnosti hluku stanovenú zákonom o bezpečnosti a zdraví pri práci alebo inými predpismi. V aplikáciách, kde je potrebný vysoký výkon na odstránenie nečistôt bez ohľadu na povrchové poškodenie obrobku, sa zvyčajne zvolí spodná čistiaca frekvencia od 20kHz do 30kHz. Frekvencia čistenia v rámci tohto frekvenčného rozsahu sa často používa na čistenie veľkých, ťažkých alebo vysoko hustých materiálov. 20 kHz magnetický menič a 25 kHz piezoelektrický menič Kavitácia Relatívna pevnosť na 40 kHz frekvencie sa bežne používajú na čistenie menších, sofistikovanejších častí alebo na odstránenie drobných častíc. Vysoké frekvencie sa používajú aj v aplikáciách, kde nie je poškodenie povrchu obrobku. Použitie vysokých frekvencií zlepšuje čistiaci výkon viacerými spôsobmi. Keď sa frekvencia zvyšuje, počet kavitatívnych bublín sa zvyšuje lineárne a vytvára intenzívnejšie rázové vlny, ktoré im umožňujú vstupovať do menších medzier. Ak výkon zostane konštantný a kavitačné bubliny klesnú, energia uvoľnená kavitačnými bublinami zodpovedajúcim spôsobom klesá, čo účinne znižuje poškodenie povrchu obrobku. Ďalšou výhodou vysokých frekvencií je, že redukujú viskóznu hraničnú vrstvu (efekt Bernoulliho), čo umožňuje ultrazvuku detegovať extrémne malé častice. Táto situácia je podobná situácii malých hornín na dne čistého prúdu, keď klesne hladina vody v prúde. Spoločnosť ponúka rozsah stredných frekvencií 40 kHz, 80 kHz, 120 kHz a 170 kHz. Pri čistení extrémne malých častíc je možné zvoliť výrobky s frekvenciou 350 kHz. Spoločnosť nedávno spustila systém MicroCoustics pre takéto príležitosti vo frekvencii 400 kHz.