التراسونیک چیست؟
موج صوتی با فرکانسی بالاتر از محدوده شنوایی انسان التراسونیک نامیده میشود. به عبارت دیگر فرکانس التراسونیک بالاتر از kHz 20 میباشد. فرکانس شستشوی التراسونیک در محدود kHz 100-20 است که برای اکثر کاربردهای صنعتی محدوده فرکانسی kHz50-20 است. فرکانسهای بالای kHz50 بطور معمول در واحدهای شستشوی کوچک نظیر صنایع جواهر سازی و دندانپزشکی مورد استفاده قرار میگیرد.
امواج صوتی
1-3-تئوری امواج صوتی
امواج صوتی در اثر جابجایی متناوب یا یک جابجایی منفرد در محیط هادی صوت تولید میشوند 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 می گردد که این امواج تا زمان میرا شدن در هوا منتقل میشوند (شکل1). 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.
شکل 1- شماتیک تشکیل امواج صوتی
2-3- طبیعت امواج صوتی
امواج صوتی از هر محیطی (جامد، مایع، یا گاز) که خواص الاستیک داشته باشد عبور میکنند. در شکل 2 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 می کند. 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 بر میگردند. در نتیجه هر حلقه هنگامی که به سمت حلقه مجاور هل داده میشود، در حالت فشار و هنگامی که از سمت حلقه مجاور بر میگردد، 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.
شکل 2- شبیه سازی انتقال صوت در محیط الاستیک
3-3- فرکانس و دامنه موج
فرکانس و دامنه از مشخصات امواج صوتی است. دامنه بیانگر میزان جابجایی ذرات از موقعیت تعادلی است. اگر در شکل 3 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 شکل 3-2 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.
شکل 3- تعریف دامنه و فرکانس
4-3- تشکیل امواج ساکن
اگر مانعی در برابر مسیر موج وجود داشته باشد، موج صادر شده از منبع، پس از برخورد با مانع منعکس میشود و در مسیر برگشت با موج اولیه تداخل میکند. در اثر تداخل، نقاط گره و شکم ارتعاشی تشکیل میشود (شکل4). در موج ساکن هم، شکم و گره جابجایی با شکم و گره فشار، به اندازه ½ π اختلاف موقعیت مکانی دارند.
شکل 4- تشکیل میدان امواج ساکن در تانک. در این شکل محل گره و شکم جابجایی نشان داده شده است