روش‌های تولید امواج التراسونیک

امواج آلتراسونیک را به دو صورت طبیعی و مصنوعی می توان تولید نمود. بصورت مصنوعی می توان با استفاده از مبدل های مغناطیسی  و مبدل های الکتریکی و  در روش طیعی از مواد دارای این خاصیت، مانند کوارتز تولید نمود.

1. بصورت مصنوعی
   

   استفاده از مبدلهای مغناطیسی (Magneto-Strictive Transducer)
   

در این روش از مواد مغناطیسی استفاده می کنیم که خصوصیات آنها به گونه ایی است که هنگامی که داخل میدان مغناطیسی قرار می گیرند، تغییر طول می دهند و با تغییر طول خود میدان مغناطیسی تولید می کنند و با این روش امواج التراسونیک تولید می کنند.

برای مثال اگر بخواهیم نوسانی با فرکانس بیشتر از 20khz تولید کنیم، باید 20000 بار در ثانیه برق را قطع و وصل کنیم. بدین صورت 20000 نوسان صورت می گیرد و امواج التراسونیک تولید می‌شود. این امواج با ذرات برخورد می کنند و موجب نوسان ذرات می‌شوند و امواج صوتی تولید می کنند.

شکل 1- استفاده از مبدل‌های مغناطیسی جهت تولید امواج التراسونیک

استفاده از مبدلهای الکتریکی (Electro-Strictive Transducer)

اولین بار جاس و بیرکوری کوارتز را در آزمایش‌های خود استفاده کردند، امروزه از سرامیک‌های پلاریزه بجای کریستال‌های کوارتز استفاده می‌شود. مواد الکترواستریکتیو موادی هستند که هنگامی که داخل میدان الکتریکی قرار می گیرد، تغییر طول می دهند و همچنین با تغییر طول آنها میدان الکتریکی ایجاد می‌شود مانند پیزو الکتریک ها. در واقع پیزو الکتریک‌ها انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی (ارتعاش) تبدیل می کند.

این وضعیت بخاطر وجود دوقطبی‌های مثبت و منفی ایی (Dipole) است که در حالت عادی در جهت خاصی قرار گرفته اند و با اعمال میدان الکتریکی، جهت می گیرند که باعث افزایش یا کاهش طول می‌شود.

شکل 2- استفاده از مبدل‌های مغناطیسی جهت تولید امواج التراسونیک

با تغییر در ضخامت و در معرض جریان الکتریسیته قرار دادن کریستال‌ها می توان ارتعاشاتی با فرکانس‌های متفاوت بدست آورد. فرکانس بستگی به ضخامت کریستال و سرعت صوت در آن دارد. با فرمول زیر نیز می توان ضخامت کریستال را محاسبه کرد:

T׃ ضخامت کریستال

V׃ سرعت صوت در کریستال

f: فرکانس امواج التراسونیک

در تست‌های التراسونیک امواج تولید شده توسط پیزوالکتریک داخل قطعه با سرعت مشخص منتشر می‌شود که این سرعت بستگی به چگالی و الاستیسیته ی ماده دارد.

شکل 3- استفاده از مبدل‌های پیزوالکتریک جهت تولید امواج التراسونیک

لیتیم سولفات، تیتانات باریم، سرب زیرکونیوم تیتانات و سرامیکهای پلاریزه شده نمونه هایی از پیزوالکتریک‌های مصنوعی می باشند.

1. بصورت طبیعی
   

جهت تولید امواج التراسونیک بصورت طبیعی می توان از پیزوالکتریک‌های طبیعی مانند کوارتز (SiO₂) استفاده کرد.

در کریستال کوارتز سه محور قطبی وجود دارد (X₁, X₂, X₃) که دارای ساختار هگزاگونال است. بار هر اتم سیلیکون 4+ و بار هر اتم اکسیژن 2- می باشد.

شکل 4- ساختار کوارتز