Johdatus ultraäänitaajuuteen:
Ultraäänen taajuus on kuinka monta kertaa jaksollinen muutos suoritetaan aikayksikköä kohti, ja se on määrä, joka kuvaa jaksollisen liikkeen taajuutta. Sitä edustaa yleensä symboli f, jonka yksikkö on yksi sekunti ja symboli s-1. Saksalaisen fyysikon Hertzin panoksen muistoksi ihmiset nimesivät taajuusyksikön Hertz, lyhennettynä "Hertz", symbolilla Hz. Jokaisella esineellä on sen omien ominaisuuksien määräämä amplitudista riippumaton taajuus, jota kutsutaan ominaistaajuudeksi. Taajuuskäsitettä ei sovelleta vain mekaniikassa ja akustiikassa, vaan sitä käytetään yleisesti myös sähkömagneettisessa, optiikassa ja radiotekniikassa.
Aikaa, joka tarvitaan väliaineessa olevan hiukkasen värähtelyyn edestakaisin tasapainoasennossa kerran, kutsutaan jaksoksi, joka ilmaistaan T:nä ja mitataan sekunteina (s); Sitä, kuinka monta kertaa hiukkanen täydentää värähtelynsä 1 sekunnissa, kutsutaan taajuudeksi, jota edustaa f, jaksoissa sekunnissa, joka tunnetaan myös nimellä hertsi (Hz). Jaksolla ja taajuudella on vastavuoroinen suhde toisiinsa seuraavasti: f=1/T
Ultraäänen aallonpituus väliaineessa( λ) Taajuuksien välinen suhde on: c= λ F
Kaavassa c on äänen nopeus, m/s; λ on aallonpituus, m; F on taajuus, Hz.
Voidaan nähdä, että tietyllä väliaineella ultraäänen etenemisnopeus siinä on vakio. Mitä korkeampi ultraäänen taajuus, sitä lyhyempi aallonpituus; päinvastoin, mitä pienempi ultraäänen taajuus, sitä pidempi on aallonpituus.
Johdatus ultraäänitehoon:
Ultraäänen teholla tarkoitetaan kohteen tekemän työn määrää aikayksikköä kohti, eli teho on fysikaalinen suure, joka kuvaa tehdyn työn nopeutta. Työmäärä on kiinteä, ja mitä lyhyempi aika, sitä suurempi tehoarvo. Tehon laskentakaava on: teho=työ/aika. Teho on fysikaalinen suure, joka kuvaa tehdyn työn nopeutta. Aikayksikköä kohti tehtyä työtä kutsutaan tehoksi, joka ilmaistaan P:nä.
Ultraäänilähetysprosessin aikana, kun ultraääni välitetään aiemmin paikallaan olevaan väliaineeseen, se saa väliaineen hiukkaset värähtelemään edestakaisin lähellä tasapainoasemaa, mikä johtaa väliaineen puristumiseen ja laajenemiseen. Voidaan sanoa, että ultraääni mahdollistaa väliaineen saamaan värähtelykineettistä energiaa ja muodonmuutospotentiaalienergiaa. Ultraäänihäiriöstä väliaineen saama äänienergia on värähtelyn kineettisen energian ja muodonmuutospotentiaalienergian summa.
Kun ultraääni etenee väliaineessa, myös energia etenee. Jos otetaan äänikentässä pieni tilavuuselementti (dV), olkoon väliaineen alkuperäinen tilavuus Vo, paine po ja tiheys ρ {0}} Saatu liike-energia Δ Ek äänenvoimakkuuselementillä (dV) ultraäänivärähtelyn vuoksi; △ Ek=( ρ 0 Vo) u2/2
△ Ek on liike-energia, J; U on hiukkasnopeus, m/s; ρ 0 on keskitiheys, kg/m3; Vo on alkuperäinen tilavuus, m3.
Yksi ultraäänen tärkeä ominaisuus on sen voima, joka on paljon tehokkaampi kuin tavalliset ääniaallot. Tämä on yksi tärkeimmistä syistä, miksi ultraääntä voidaan käyttää laajasti monilla aloilla.
Kun ultraääniaallot saavuttavat tietyn väliaineen, väliaineen molekyylit värähtelevät ultraääniaaltojen vaikutuksesta ja niiden värähtelytaajuus on sama kuin ultraääniaaltojen taajuus. Väliaineen molekyylivärähtelyn taajuus määrää värähtelynopeuden, ja mitä suurempi taajuus, sitä suurempi nopeus. Väliainemolekyylien värähtelyn seurauksena saama energia ei ole vain suhteessa väliainemolekyylien massaan, vaan myös suoraan verrannollinen väliainemolekyylien värähtelynopeuden neliöön. Joten mitä korkeampi ultraäänen taajuus, sitä korkeampi on väliainemolekyylien saama energia. Ultraäänen taajuus on paljon korkeampi kuin tavallisten ääniaaltojen, joten ultraääni voi antaa keskikokoisille molekyyleille paljon energiaa, kun taas tavallisilla ääniaalloilla on vain vähän vaikutusta keskikokoisiin molekyyleihin. Toisin sanoen ultraäänellä on paljon enemmän energiaa kuin ääniaalloilla ja se voi tarjota riittävästi energiaa keskiainemolekyyleille.
Ero ultraäänen taajuuden ja tehon välillä:
Ultraäänen taajuus ja teho ovat kaksi keskeistä parametria sen suorituskyvyn mittaamiseksi. Makronäkökulmasta teho määrittää ultraäänen intensiteetin ja läpäisevyyden, kun taas taajuus määrittää ultraäänen tunkeutumisen syvyyden ja resoluution.
Mitä korkeampi taajuus, sitä lyhyempi aallonpituus, sitä vahvempi tunkeutuminen, mutta sitä suurempi teho, joka voi tuottaa vahvempaa äänienergiaa. Sovelluksissa lääketieteen alalla käytetty ultraääni on pääasiassa pienitehoista ja korkeataajuista, jota voidaan käyttää ultraäänitutkimukseen ja -hoitoon; Teollisuusalalla käytettävät ultraääniaallot ovat pääasiassa suuritehoisia ja korkeataajuisia, joita voidaan käyttää käsittelyyn, puhdistukseen, mittaukseen jne. Ultraäänen taajuus ja teho ovat kaksi ultraäänen suorituskyvyn avainindikaattoria. Sopivien ultraääniparametrien valitseminen voi täyttää sovelluksen vaatimukset paremmin.
