haihoang_boy
25-10-2016, 09:52 AM
Trong tự nhiên chúng ta thường gặp hai dạng truyền sóng cơ bản: sóng điện từ truyền trong không gian và sóng đàn hồi 3 dạng thay đổi tuần hoàn trạng thái của môi trường theo không gian và thời gian. Đối với sóng điện từ, sự có mặt của liên kết đàn hồi của các hạt vật chất là không cần thiết.
- Trong khi đó, sự truyền sóng đàn hồi chỉ có được khi có mặt liên kết đàn hồi của môi trường. Hơn nữa, dải tần số của hai loại sóng này cũng rất khác nhau. Sóng điện từ tần số thấp (dãi sóng vô tuyến), chúng ta không cảm nhận được.
- Khi tần số tăng, nó chuyển đến vùng nhìn thấy và sau đó là đến vùng của bức xạ tia X. Sóng đàn hồi tần số rất cao đồng nhất với chuyển động nhiệt trong vật chất. Chúng ta có thể cảm nhận được các dao động đàn hồi tần số đủ thấp nằm tương vùng từ 16 đến 16000HZ.
Có thể chia sóng âm thành các miền sau:
- Hạ âm ..................... <16Hz
- Nghe được .............. 16-1600Hz
- Siêu âm ................... > 16000Hz
- Cực siêu âm ............ .. >10GHz
Sóng siêu âm ngày càng được Sử dụng rộng rãi trong những lĩnh vực khác nhau của đời
sống, khoa học và công nghệ. Dưới đây, là một số ứng dụng quan trọng nhất trong công nghiệp, nông nghiệp và y học.
[Only registered and activated users can see links]
1.1 Dùng siêu âm để kiểm tra chất lượng sản phẩm
Ngày nay, nhờ những tiến bộ về khoa học kỹ thuật mà các thiết bị kiểm tra bằng siêu âm được phát triển rất đa dạng và trong nhiều lĩnh vực như: Siêu âm kiểm tra chiền dày, độ đồng đều, phát hiện khuyết tật trong kim loại và mối hân kim loại, siêu âm phát hiện vị trí, đường kính cốt thép và chiều dày lớp bê tông bảo vệ trong bê tông cốt thép, siêu âm kiểm tra độ đồng nhất, phát hiện vết nứt, đo chiều sâu vết nứt và tính cường độ của bê tong, siêu âm kiểm tra chất lượng bê tông cọc khoan nhồi. . .
Nguyên lý kiểm tra bằng sóng siêu âm :
- Sử dụng sóng siêu âm để tiến hành kiểm tra và thực hiện các phép đo. Hệ kiểm tra bằng siêu âm điển hình gồm bộ phát xung, biến từ, bộ phận hiển thị.
- Bộ phát xung là thiết bị điện tử có thể tạo ra xung điện áp, kích thích biến tứ phát ra sông siêu âm. Năng lượng siêu âm được hình thành và lan truyền qua vật liệu ở dạng sóng.
- Khi có sự không liên tục (như nứt, rỗ) trên đường truyền song, một phần năng lượng sẽ bị phẩm xạ trở tại từ bề mặt khuyết tật. Tín hiệu sóng phản xạ sẽ được chuyển thành tín hiệu điện nhờ biến từ và thể hiện trên màn hình.
- Thời gian huyền tín hiệu gắn liền với khoảng cách truyền qua. Từ thông tin nhân được này người ta có thể biết được vị trí, kích thước của khuyết tật và độ chắc đặc của Vật ltiệu đang kiểm tra.
1.2. Gia công vật liệu cũng bằng siêu âm
Các Vật liệu cũng thường rất dòn, nên việc gia công chúng rất khó khăn, nhất là với những hình dạng phức tạp và đòi hỏi độ chính xác cao. Người ta đã dùng sóng siêu âm để giải quyết các khó khăn đặt ra khi gia công các vật liệu gia công trên. Có thể nói, đây là phương pháp rất độc đáo. Sóng siêu âm có thể khoan sâu vào các vật liệu cứng, ròn theo những hình dạng bất kỳ mang lại độ chính xác cao với quy trình tương đổi đơn giản.
1. 3. Hàn bằng siêu âm
Hàn bằng Siêu âm tương tự như hàn ma Sát. Các dao động Siêu âm (tần số cỡ 20 kHz được kích thích bởi tín hiệu từ máy phát dao động điện công suất lớn) tác động vào một vùng nhỏ của mổi bàn làm cho vùng cần hàn trở nên dẻo, sau đó dùng lực ép (cơ học hoặc khí nén) đẩy các chi tiết cần nối lại với nhau tới khoảng cách tương tác của lực giữa các nguyên tử sẽ phát sinh mối liên kết chặt chẽ thành mối hàn có cấu trúc kim loại thay đổi ít nhất.
So với các phương pháp hàn khác, hàn bằng siêu âm có khả năng nối được các tấm rất mỏng (cỡ vài µm với các tấm rất dày. hàn được các chi tiết tinh vi, nhỏ bé mà không đòi hỏi làm sạch đặc biệt. Trong trường hợp này, sóng siêu âm vừa làm sạch, vừa hàn, vì vậy giảm được đáng kể điện năng tiêu thụ.
1.4. Tăng nhanh quá trình sản xuất bằng siêu âm
Suốt một thời gian dài, người ta cho rằng một số chất lỏng không thể hòa tan vào nhau (nước với dầu hóa, nước với thủy ngân, nước và nhiềư dung môi hữu cơ quan trọng khác). Yêu cầu sản xuất của ngành công nghiệp thực phẩm, hóa được, hóa học,... đòi hỏi phải chế tạo những bình chứa của các chất lỏng đó. Và sóng siêu âm đã giúp giải quyết những khó khăn tưởng chừng như không thể đó.
Cho các chất lỏng không trộn lẫn được với nhau vào một bình chứa. Rất tự nhiên, giữa chúng hình thành một ranh giới phân chia rất rõ ràng: Chất lỏng nặng hơn sẽ nằm phía dưới chất lỏng nhẹ hơn. Một chùm siêu âm công suất lớn tác động vào chúng sẽ gây ra hiệu ứng cnvitacy hoặc hiệu ứng gió âm. làm cho các chất lỏng bị xé ra. Kết quả là biên giới phân chia giữa chúng bị xóa bỏ, các phần tử nhỏ bé của các chất lỏng khuếch tán hoàn toàn vào nhau, nghĩa là, chúng đã trộn đều với nhau.
Nhờ sức mạnh của sóng siêu âm đối với các phản ứng hóa học mà nó được dùng rất phổ biến trong nhiều ngành kỹ thuật. Sóng siêu âm làm tăng quá trình polymer hóa, phá trùng hợp, quá trình kết tủa, đuổi tinh thể hóa các đơn tinh thể và các quá trình tinh thể hóa trong luyện kim màu, luyện kim đen. Sóng siêu âm còn làm tăng nhanh quá trình nghiền nhỏ hạt trong công nghiệp luyện kim, quá trình chổng lắng đọng ở thành hình. Trong công nghiệp hóa sóng siêu âm có những đóng góp rất độc đáo, và gần như là không thể thay thế ở một số trường hợp.
1. 5. Sấy khô bằng siêu âm
Trong kỹ thuật, sấy khô các loại vật liệu là một khâu không thể thiếu. Trước đây, có nhiều phương pháp sấy, xong hầu hết là sấy nóng. Tuy nhiên, có nhiều loại vật liệu, vật phẩm không thể được sấy khô hằng nhiệt vì nhiệt độ cao sẽ làm thay đổi các tính chất hóa, lý của chứng. Vì vậy, sấy khô hằng Siêu âm được lựa chọn như là một phương pháp tối ưu.
Sóng siêu âm có cường độ đủ mạnh làm các hạt của môi trườn g dao động với biên độ khá lớn. Các hạt môi trường tác động lên bề mặt vật liệu làm cho các phẩm từ ở đây dao động theo. Kết quả là, các liên kết yếu bị vỡ, cho nên hơi ấm và hơi nước dễ dàng thoát ra ngoài.
1.6. Siêu âm trong công nghiệp thực phẩm
Trong các ngành công nghiệp thực phẩm, sông siêu âm cũng được ứng dụng để bảo quản, năng 0le chất lượng sản phẩm. Dưới tác dụng của siêu âm có tần số, cường độ xác định trong một thời gian phù hợp, chất lượng của một số loại thực phẩm tăng lên rõ rệt. N goài ra, Siêu âm còn dùng để tiệt trùng tâm cho thực phẩm được báo quản lâu hơn với chất lượng cao hơn.
1. 7. Siêu âm trong y học
Sóng siêu âm đã trở thành lình hồn của các thiết bị y học hiện đại. Từ việc chẩn đoán, điều trị đến phòng bệnh, Sóng siêu âm đều có những đóng góp quan trọng.
Trước hết, sóng siêu âm cho phép chẩn đoán được các khối u trong các tổ chức của cơ thể ở giai đoạn đầu phát triển. Khi các khối u bắt đầu hình thành, các tế bào đó có sự thay đổi kích thước so với tế bào lành, làm thay đổi vận tốc của sóng âm khi truyền qua. Do sự không đồng nhất trong tổ chức cơ thể gây ra bởi các khối u này, người ta chiếu một chùm siêu âm định hướng rất hẹp vào cơ thể và ghi nhận tín hiệu phản xạ, từ đó xác định được khối u và vị trí cũng như mức độ phát triển của nó.
Sóng siêu âm còn dùng để điều trị bệnh rất hữu hiệu. Các nghiên cứu cho thấy, sóng siêu âm điều trị được khá nhiều bệnh, chẳng hạn như viêm dây thần kinh, viêm khớp, các bệnh về mắt (kể cả cận thị),... Hầu hết các bệnh viện lớn, hiện nay, đều có khoa trị liệu, trong đó đã dùng Siêu âm để điều trị.
Trong phẫu thuật, sóng siêu âm cũng có những đóng góp đáng kể. Sóng siêu âm được dùng để phá hủy các tế bào của khối u mà không ảnh hưởng đến các tế bào lành. Một chùm són g siêu âm rất hẹp có cường độ tương đối lớn (hàng chục W/cml) qua bộ phận tập trung năng lượng được tập trun g vào một phạm vì rất nhỏ, nên sau một thời gian rất ngắn chúng có thể phá hủy các tế bào mang bệnh. Ngoài tác dụng chẩn đoán và điều trị bệnh, tác dụng sinh lý của sóng siêu âm , trong nhiều trường hợp còn có khả năng phòng bệnh một cách chủ động.
1. 8. Siêu âm trong nông nghiệp
Một trong những khâu quan trọng nhất, quyết định năng suất của cây trồng là việc xử lý giống. Người ta đã dùng sóng siêu âm như là một phương pháp đặc biệt hiệu quả để xử lý hạt giống.
Sóng siêu âm có thể làm thay đổi cấu trúc phân tư, thay đổi các thành phần của các acide amyl, đồng thời làm tăng nhanh quá trình oxy hóa hạt giống.
Vì thế, sóng siêu âm làm cho sản lượng của nhiều loại cây trồng tăng lên đáng kể. Ngoài ra, sông siêu âm còn có thể xử lý đất trống và cho kết quả rất tốt đẹp. Các nhà khoa học cho biết, có thể sóng siêu âm đã tác dụng lên vi sinh vật trong đất, kích thích chúng phát triển làm tỷ lệ mùn tăng lên, hoặc sóng siêu âm đã tiêu diệt các ký sinh trùng có hại cho cây trồng.
- Trong khi đó, sự truyền sóng đàn hồi chỉ có được khi có mặt liên kết đàn hồi của môi trường. Hơn nữa, dải tần số của hai loại sóng này cũng rất khác nhau. Sóng điện từ tần số thấp (dãi sóng vô tuyến), chúng ta không cảm nhận được.
- Khi tần số tăng, nó chuyển đến vùng nhìn thấy và sau đó là đến vùng của bức xạ tia X. Sóng đàn hồi tần số rất cao đồng nhất với chuyển động nhiệt trong vật chất. Chúng ta có thể cảm nhận được các dao động đàn hồi tần số đủ thấp nằm tương vùng từ 16 đến 16000HZ.
Có thể chia sóng âm thành các miền sau:
- Hạ âm ..................... <16Hz
- Nghe được .............. 16-1600Hz
- Siêu âm ................... > 16000Hz
- Cực siêu âm ............ .. >10GHz
Sóng siêu âm ngày càng được Sử dụng rộng rãi trong những lĩnh vực khác nhau của đời
sống, khoa học và công nghệ. Dưới đây, là một số ứng dụng quan trọng nhất trong công nghiệp, nông nghiệp và y học.
[Only registered and activated users can see links]
1.1 Dùng siêu âm để kiểm tra chất lượng sản phẩm
Ngày nay, nhờ những tiến bộ về khoa học kỹ thuật mà các thiết bị kiểm tra bằng siêu âm được phát triển rất đa dạng và trong nhiều lĩnh vực như: Siêu âm kiểm tra chiền dày, độ đồng đều, phát hiện khuyết tật trong kim loại và mối hân kim loại, siêu âm phát hiện vị trí, đường kính cốt thép và chiều dày lớp bê tông bảo vệ trong bê tông cốt thép, siêu âm kiểm tra độ đồng nhất, phát hiện vết nứt, đo chiều sâu vết nứt và tính cường độ của bê tong, siêu âm kiểm tra chất lượng bê tông cọc khoan nhồi. . .
Nguyên lý kiểm tra bằng sóng siêu âm :
- Sử dụng sóng siêu âm để tiến hành kiểm tra và thực hiện các phép đo. Hệ kiểm tra bằng siêu âm điển hình gồm bộ phát xung, biến từ, bộ phận hiển thị.
- Bộ phát xung là thiết bị điện tử có thể tạo ra xung điện áp, kích thích biến tứ phát ra sông siêu âm. Năng lượng siêu âm được hình thành và lan truyền qua vật liệu ở dạng sóng.
- Khi có sự không liên tục (như nứt, rỗ) trên đường truyền song, một phần năng lượng sẽ bị phẩm xạ trở tại từ bề mặt khuyết tật. Tín hiệu sóng phản xạ sẽ được chuyển thành tín hiệu điện nhờ biến từ và thể hiện trên màn hình.
- Thời gian huyền tín hiệu gắn liền với khoảng cách truyền qua. Từ thông tin nhân được này người ta có thể biết được vị trí, kích thước của khuyết tật và độ chắc đặc của Vật ltiệu đang kiểm tra.
1.2. Gia công vật liệu cũng bằng siêu âm
Các Vật liệu cũng thường rất dòn, nên việc gia công chúng rất khó khăn, nhất là với những hình dạng phức tạp và đòi hỏi độ chính xác cao. Người ta đã dùng sóng siêu âm để giải quyết các khó khăn đặt ra khi gia công các vật liệu gia công trên. Có thể nói, đây là phương pháp rất độc đáo. Sóng siêu âm có thể khoan sâu vào các vật liệu cứng, ròn theo những hình dạng bất kỳ mang lại độ chính xác cao với quy trình tương đổi đơn giản.
1. 3. Hàn bằng siêu âm
Hàn bằng Siêu âm tương tự như hàn ma Sát. Các dao động Siêu âm (tần số cỡ 20 kHz được kích thích bởi tín hiệu từ máy phát dao động điện công suất lớn) tác động vào một vùng nhỏ của mổi bàn làm cho vùng cần hàn trở nên dẻo, sau đó dùng lực ép (cơ học hoặc khí nén) đẩy các chi tiết cần nối lại với nhau tới khoảng cách tương tác của lực giữa các nguyên tử sẽ phát sinh mối liên kết chặt chẽ thành mối hàn có cấu trúc kim loại thay đổi ít nhất.
So với các phương pháp hàn khác, hàn bằng siêu âm có khả năng nối được các tấm rất mỏng (cỡ vài µm với các tấm rất dày. hàn được các chi tiết tinh vi, nhỏ bé mà không đòi hỏi làm sạch đặc biệt. Trong trường hợp này, sóng siêu âm vừa làm sạch, vừa hàn, vì vậy giảm được đáng kể điện năng tiêu thụ.
1.4. Tăng nhanh quá trình sản xuất bằng siêu âm
Suốt một thời gian dài, người ta cho rằng một số chất lỏng không thể hòa tan vào nhau (nước với dầu hóa, nước với thủy ngân, nước và nhiềư dung môi hữu cơ quan trọng khác). Yêu cầu sản xuất của ngành công nghiệp thực phẩm, hóa được, hóa học,... đòi hỏi phải chế tạo những bình chứa của các chất lỏng đó. Và sóng siêu âm đã giúp giải quyết những khó khăn tưởng chừng như không thể đó.
Cho các chất lỏng không trộn lẫn được với nhau vào một bình chứa. Rất tự nhiên, giữa chúng hình thành một ranh giới phân chia rất rõ ràng: Chất lỏng nặng hơn sẽ nằm phía dưới chất lỏng nhẹ hơn. Một chùm siêu âm công suất lớn tác động vào chúng sẽ gây ra hiệu ứng cnvitacy hoặc hiệu ứng gió âm. làm cho các chất lỏng bị xé ra. Kết quả là biên giới phân chia giữa chúng bị xóa bỏ, các phần tử nhỏ bé của các chất lỏng khuếch tán hoàn toàn vào nhau, nghĩa là, chúng đã trộn đều với nhau.
Nhờ sức mạnh của sóng siêu âm đối với các phản ứng hóa học mà nó được dùng rất phổ biến trong nhiều ngành kỹ thuật. Sóng siêu âm làm tăng quá trình polymer hóa, phá trùng hợp, quá trình kết tủa, đuổi tinh thể hóa các đơn tinh thể và các quá trình tinh thể hóa trong luyện kim màu, luyện kim đen. Sóng siêu âm còn làm tăng nhanh quá trình nghiền nhỏ hạt trong công nghiệp luyện kim, quá trình chổng lắng đọng ở thành hình. Trong công nghiệp hóa sóng siêu âm có những đóng góp rất độc đáo, và gần như là không thể thay thế ở một số trường hợp.
1. 5. Sấy khô bằng siêu âm
Trong kỹ thuật, sấy khô các loại vật liệu là một khâu không thể thiếu. Trước đây, có nhiều phương pháp sấy, xong hầu hết là sấy nóng. Tuy nhiên, có nhiều loại vật liệu, vật phẩm không thể được sấy khô hằng nhiệt vì nhiệt độ cao sẽ làm thay đổi các tính chất hóa, lý của chứng. Vì vậy, sấy khô hằng Siêu âm được lựa chọn như là một phương pháp tối ưu.
Sóng siêu âm có cường độ đủ mạnh làm các hạt của môi trườn g dao động với biên độ khá lớn. Các hạt môi trường tác động lên bề mặt vật liệu làm cho các phẩm từ ở đây dao động theo. Kết quả là, các liên kết yếu bị vỡ, cho nên hơi ấm và hơi nước dễ dàng thoát ra ngoài.
1.6. Siêu âm trong công nghiệp thực phẩm
Trong các ngành công nghiệp thực phẩm, sông siêu âm cũng được ứng dụng để bảo quản, năng 0le chất lượng sản phẩm. Dưới tác dụng của siêu âm có tần số, cường độ xác định trong một thời gian phù hợp, chất lượng của một số loại thực phẩm tăng lên rõ rệt. N goài ra, Siêu âm còn dùng để tiệt trùng tâm cho thực phẩm được báo quản lâu hơn với chất lượng cao hơn.
1. 7. Siêu âm trong y học
Sóng siêu âm đã trở thành lình hồn của các thiết bị y học hiện đại. Từ việc chẩn đoán, điều trị đến phòng bệnh, Sóng siêu âm đều có những đóng góp quan trọng.
Trước hết, sóng siêu âm cho phép chẩn đoán được các khối u trong các tổ chức của cơ thể ở giai đoạn đầu phát triển. Khi các khối u bắt đầu hình thành, các tế bào đó có sự thay đổi kích thước so với tế bào lành, làm thay đổi vận tốc của sóng âm khi truyền qua. Do sự không đồng nhất trong tổ chức cơ thể gây ra bởi các khối u này, người ta chiếu một chùm siêu âm định hướng rất hẹp vào cơ thể và ghi nhận tín hiệu phản xạ, từ đó xác định được khối u và vị trí cũng như mức độ phát triển của nó.
Sóng siêu âm còn dùng để điều trị bệnh rất hữu hiệu. Các nghiên cứu cho thấy, sóng siêu âm điều trị được khá nhiều bệnh, chẳng hạn như viêm dây thần kinh, viêm khớp, các bệnh về mắt (kể cả cận thị),... Hầu hết các bệnh viện lớn, hiện nay, đều có khoa trị liệu, trong đó đã dùng Siêu âm để điều trị.
Trong phẫu thuật, sóng siêu âm cũng có những đóng góp đáng kể. Sóng siêu âm được dùng để phá hủy các tế bào của khối u mà không ảnh hưởng đến các tế bào lành. Một chùm són g siêu âm rất hẹp có cường độ tương đối lớn (hàng chục W/cml) qua bộ phận tập trung năng lượng được tập trun g vào một phạm vì rất nhỏ, nên sau một thời gian rất ngắn chúng có thể phá hủy các tế bào mang bệnh. Ngoài tác dụng chẩn đoán và điều trị bệnh, tác dụng sinh lý của sóng siêu âm , trong nhiều trường hợp còn có khả năng phòng bệnh một cách chủ động.
1. 8. Siêu âm trong nông nghiệp
Một trong những khâu quan trọng nhất, quyết định năng suất của cây trồng là việc xử lý giống. Người ta đã dùng sóng siêu âm như là một phương pháp đặc biệt hiệu quả để xử lý hạt giống.
Sóng siêu âm có thể làm thay đổi cấu trúc phân tư, thay đổi các thành phần của các acide amyl, đồng thời làm tăng nhanh quá trình oxy hóa hạt giống.
Vì thế, sóng siêu âm làm cho sản lượng của nhiều loại cây trồng tăng lên đáng kể. Ngoài ra, sông siêu âm còn có thể xử lý đất trống và cho kết quả rất tốt đẹp. Các nhà khoa học cho biết, có thể sóng siêu âm đã tác dụng lên vi sinh vật trong đất, kích thích chúng phát triển làm tỷ lệ mùn tăng lên, hoặc sóng siêu âm đã tiêu diệt các ký sinh trùng có hại cho cây trồng.