کاربردهای رایج مبدل های اولتراسونیک

عملکرد مبدل اولتراسونیک این است که توان الکتریکی ورودی را به توان مکانیکی (یعنی امواج اولتراسونیک) تبدیل می کند و سپس آن را به بیرون منتقل می کند، در حالی که خود بخش کوچکی از برق را مصرف می کند.

مبدل های اولتراسونیک به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند و با توجه به صنایع کاربردی به صنعت، کشاورزی، حمل و نقل، زندگی، مراقبت های پزشکی و نظامی تقسیم می شوند. با توجه به عملکردهای تحقق یافته، به پردازش اولتراسونیک، تمیز کردن اولتراسونیک، تشخیص اولتراسونیک، تشخیص، نظارت، تله متری، کنترل از راه دور و غیره تقسیم می شود. با توجه به محیط کار، به مایع، گاز، بدن زنده و غیره تقسیم می شود. با توجه به ماهیت، آن را به قدرت اولتراسونیک، تشخیص اولتراسونیک، تصویربرداری اولتراسونیک و غیره تقسیم می‌شود.

1. ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک

ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک از اثر پیزوالکتریک بدنه پیزوالکتریک پس از پلاریزاسیون برای دستیابی به ولتاژ خروجی استفاده می کنند. قسمت ورودی توسط یک سیگنال ولتاژ سینوسی هدایت می شود و از طریق اثر پیزوالکتریک معکوس می لرزد. موج ارتعاش از طریق قسمت های ورودی و خروجی به صورت مکانیکی با قسمت خروجی جفت می شود و قسمت خروجی از طریق اثر پیزوالکتریک مثبت بار الکتریکی تولید می کند تا انرژی الکتریکی بدنه پیزوالکتریک را درک کند. - دو تبدیل انرژی مکانیکی- انرژی الکتریکی برای به دست آوردن بالاترین ولتاژ خروجی در فرکانس تشدید ترانسفورماتور پیزوالکتریک. در مقایسه با ترانسفورماتورهای الکترومغناطیسی، این دارای مزایای اندازه کوچک، وزن سبک، چگالی توان بالا، راندمان بالا، مقاومت در برابر شکست، مقاومت در برابر دمای بالا، عدم ترس از سوختن، بدون تداخل الکترومغناطیسی و نویز الکترومغناطیسی، و ساختار ساده، ساخت آسان است. آسان به تولید انبوه، در برخی مناطق تبدیل به اجزای جایگزین ایده آل برای ترانسفورماتورهای الکترومغناطیسی و مزایای دیگر. چنین ترانسفورماتورهایی در مبدل های سوئیچینگ، رایانه های نوت بوک، درایورهای لامپ نئون و غیره استفاده می شوند.

2. موتور اولتراسونیک

موتور اولتراسونیک از استاتور به عنوان مبدل استفاده می کند، از اثر پیزوالکتریک معکوس کریستال پیزوالکتریک برای ایجاد لرزش استاتور موتور در فرکانس اولتراسونیک استفاده می کند و سپس انرژی را با اصطکاک بین استاتور و روتور منتقل می کند تا روتور را به سمت چرخش سوق دهد. موتورهای التراسونیک دارای اندازه کوچک، گشتاور زیاد، وضوح بالا، ساختار ساده، درایو مستقیم، مکانیسم ترمز و مکانیزم بلبرینگ نیستند. این مزایا برای کوچک سازی دستگاه مفید است. موتورهای التراسونیک به طور گسترده در ابزارهای نوری، لیزر، میکروالکترونیک نیمه هادی، ماشین آلات و ابزار دقیق، رباتیک، پزشکی و مهندسی زیستی استفاده می شود.

3. تمیز کردن اولتراسونیک

مکانیسم تمیز کردن اولتراسونیک به این صورت است که با استفاده از اثرات فیزیکی کاویتاسیون، فشار تشعشع، جریان صدا و غیره در هنگام انتشار امواج اولتراسونیک در محلول تمیزکننده، کثیفی های روی قسمت های تمیز کننده را به صورت مکانیکی جدا کرده و در عین حال، آن را انجام می دهد. می تواند تولید مواد شیمیایی بین محلول تمیز کننده و کثیفی را افزایش دهد. واکنش برای رسیدن به هدف تمیز کردن جسم. فرکانس استفاده شده توسط دستگاه تمیز کننده اولتراسونیک را می توان از 10 تا 500 کیلوهرتز با توجه به اندازه و هدف شی تمیز کننده، به طور کلی 20 تا 50 کیلوهرتز انتخاب کرد. با افزایش فرکانس مبدل اولتراسونیک می توان از اسیلاتور لانژوین، نوسان ساز طولی، نوسان ساز ضخامت و ... استفاده کرد. از نظر کوچک سازی، لرزش شعاعی و ارتعاش خمشی ویبراتور ویفر نیز وجود دارد. تمیز کردن اولتراسونیک به طور فزاینده ای در صنایع مختلف، کشاورزی، تجهیزات خانگی، الکترونیک، خودرو، لاستیک، چاپ، هواپیما، غذا، بیمارستان ها و تحقیقات پزشکی استفاده می شود.

4. جوشکاری اولتراسونیک

جوشکاری اولتراسونیک را می توان به دو دسته تقسیم کرد: جوشکاری فلزات اولتراسونیک و جوش پلاستیک اولتراسونیک. در میان آنها، فناوری جوش پلاستیک اولتراسونیک به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است. از ارتعاش اولتراسونیک تولید شده توسط مبدل برای انتقال انرژی ارتعاش اولتراسونیک به ناحیه جوش از طریق جوش بالایی استفاده می کند. به دلیل مقاومت آکوستیک زیاد در ناحیه جوش، یعنی محل اتصال دو جوش، دمای بالایی محلی برای ذوب پلاستیک ایجاد می‌شود و کار جوشکاری تحت عمل فشار تماس کامل می‌شود. جوش پلاستیک اولتراسونیک می تواند جوشکاری قطعاتی را که با روش های دیگر جوشکاری نمی توان جوش داد، تسهیل کرد. علاوه بر این، هزینه قالب گران قیمت محصولات پلاستیکی را نیز کاهش می دهد، زمان پردازش را کوتاه می کند، راندمان تولید را بهبود می بخشد و ویژگی های اقتصادی، سرعت و قابلیت اطمینان را دارد.

5. پردازش اولتراسونیک

ساینده ریز به همراه ابزار ماشینکاری اولتراسونیک با فشار استاتیکی معینی روی قطعه کار اعمال می شود و می توان به همان شکل ابزار ماشین کاری کرد. در طول پردازش، مبدل نیاز به تولید دامنه 15 تا 40 میکرون در فرکانس 15 تا 40 کیلوهرتز دارد. ابزار اولتراسونیک باعث می شود که ساینده بر روی سطح قطعه کار به طور مداوم با نیروی ضربه قابل توجهی ضربه بخورد، قسمت تشعشع مافوق صوت را از بین ببرد و برای رسیدن به هدف از بین بردن مواد، مواد را بشکند. پردازش اولتراسونیک عمدتاً در پردازش مواد شکننده و سخت مانند سنگ‌های قیمتی، یشم، مرمر، عقیق و کاربید سیمانی و همچنین در پردازش سوراخ‌های خاص و سوراخ‌های ریز و عمیق استفاده می‌شود. علاوه بر این، افزودن مبدل های اولتراسونیک به ابزارهای برش معمولی نیز می تواند در بهبود دقت و کارایی نقش داشته باشد.

6. کاهش وزن اولتراسونیک

با استفاده از اثر کاویتاسیون و ارتعاش میکرو مکانیکی مبدل اولتراسونیک، سلول‌های چربی اضافی زیر اپیدرم انسان شکسته، امولسیون شده و از بدن خارج می‌شوند تا به هدف کاهش وزن و شکل‌دهی دست یابد. این یک فناوری جدید است که در دهه 1990 در سطح بین المللی توسعه یافته است. Zocchi ایتالیایی برای اولین بار در رختخواب از حذف چربی اولتراسونیک استفاده کرد و به موفقیت دست یافت و نمونه ای برای جراحی پلاستیک و زیبایی ایجاد کرد. تکنولوژی حذف چربی اولتراسونیک به سرعت در داخل و خارج از کشور توسعه یافته است.

7. پرورش اولتراسونیک

فرکانس و شدت مناسب تابش اولتراسونیک بر روی بذرهای گیاهی می تواند سرعت جوانه زنی بذرها را بهبود بخشد، سرعت پوسیدگی کپک را کاهش دهد، رشد بذرها را تقویت کند و سرعت رشد گیاهان را بهبود بخشد. بر اساس اطلاعات، سونوگرافی می تواند سرعت رشد برخی از دانه های گیاه را 2 تا 3 برابر افزایش دهد.

8. فشارسنج الکترونیکی

مبدل اولتراسونیک برای دریافت فشار رگ خونی استفاده می شود. هنگامی که بالون فشرده می شود و بر روی رگ خونی فشرده می شود، مبدل اولتراسونیک نمی تواند فشار رگ خونی را احساس کند زیرا فشار اعمال شده بیشتر از فشار اتساع عروق است. وقتی فشار رگ خونی به مقدار مشخصی کاهش می یابد، فشار این دو به تعادل می رسد. در این زمان، مبدل اولتراسونیک می تواند فشار رگ خونی را که فشار سیستولیک قلب است، احساس کند. مقدار فشار خون فشارسنج الکترونیکی می تواند شدت کار پرسنل پزشکی را به دلیل لغو گوشی پزشکی کاهش دهد.

9. تله متری و کنترل از راه دور

در محیط های سمی، رادیواکتیو و سایر محیط های خشن، افراد نمی توانند در نزدیکی آن کار کنند و باید از راه دور کنترل شوند. سوئیچ های الکتریکی مانند تلویزیون، فن ها و چراغ ها نیاز به کنترل از راه دور دارند و می توان مبدل های اولتراسونیک را برای انتقال امواج اولتراسونیک از یک مکان دور نصب کرد. مبدل گیرنده در سیستم کنترل سیگنال صوتی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند تا سوئیچ عمل کند.

10. نظارت بر ترافیک

در ترافیک مدرن، نظارت خودکار بر عبور و مرور وسایل نقلیه برای درک عملکرد وسایل نقلیه بسیار ضروری است. به عنوان مثال، ایستگاه نظارت بر ترافیک یک مبدل اولتراسونیک و تجهیزات کمکی آن را هم برای فرستنده و هم برای انتقال نصب می کند. هنگامی که وسیله نقلیه عبور می کند، یک پالس صوتی برمی گردد و تعداد وسایل نقلیه روزانه را می توان با شمارش و جمع آوری به دست آورد. یک مبدل دو منظوره در عقب خودرو برای جلوگیری از تصادفات برخورد معکوس نصب شده است. نصب ترانسدیوسر اولتراسونیک پیزوالکتریک دریافت کننده در جاده نیز می تواند بر رقم نویز نظارت کند.

11. محدوده

دستگاه ردیابی اولتراسونیک خط کش صدا نیز نامیده می شود. فاصله زمانی پالس را از طریق مبدل دو منظوره اندازه گیری می کند. خط کش صدا می تواند فاصله را در 10 متر اندازه گیری کند و دقت می تواند به چند هزارم برسد.

12. نشت یابی و تشخیص گاز

برای سیستم فشار، در هنگام نشتی، صدای جت ناشی از اختلاف فشار بین داخل و خارج مخزن تحت فشار است. این طیف نویز بسیار گسترده است. برای سیستم های بدون فشار، می توان یک منبع اولتراسونیک را در داخل سیستم بسته قرار داد و از خارج از سیستم بسته دریافت کرد. به طور کلی، دامنه سیگنال اندازه گیری شده در زمانی که نشتی وجود ندارد، بسیار کم است یا وجود ندارد، و دامنه سیگنال به طور ناگهانی در نقطه نشتی افزایش می یابد. تشخیص جریان گاز نیز یکی از ابزارهای مهم در صنایع شیمیایی است. تقویت های مختلفی برای تشخیص جریان وجود دارد، مانند روتامترها و غیره. اما مزیت اصلی استفاده از مبدل اولتراسونیک این است که مانع از جریان سیال نمی شود.

13. جمع آوری اطلاعات

برای تحقق عملکردهایی مانند راه رفتن آزاد در فضا و تشخیص اشیا، روبات‌های هوشمند نه تنها نیاز به استفاده از مبدل‌های اولتراسونیک برای اندازه‌گیری فاصله و هدایت نابینایان دارند، بلکه به تشخیص تصویر نیز نیاز دارند. بنابراین، آرایه‌های مبدل اولتراسونیک کوچک برای دستیابی به عملکردهای متعدد مورد نیاز است و این جنبه به یک موضوع تحقیقاتی مهم تبدیل می‌شود و دانشمندان بسیاری را برای تلاش برای آن جذب می‌کند.