Introduzione agli ultrasuoni di potenza
Le onde ad ultrasuoni sono vibrazioni meccaniche in solidi o fluidi. Sono un tipo di onda meccanica diversa dalle onde elettromagnetiche. La frequenza di vibrazione generalmente supera la gamma udibile dell'orecchio umano di 20000 Hz, da cui le onde ultrasoniche del nome. Il limite di frequenza superiore dell'ecografia è generalmente limitato dalla capacità di elaborazione del segnale del generatore - in alcuni campi sono già state utilizzate le frequenze nella gamma Gigahertz (vibrando più di 1 miliardo di cicli al secondo).
Gli ultrasuoni sono stati ampiamente utilizzati in vari campi, ma per comodità, generalmente li dividiamo in due categorie: ultrasuoni a bassa potenza e ad alta potenza. Le principali applicazioni di ultrasuoni a bassa potenza includono imaging medico (come i feti non nati di scansione) e test non distruttivi (come il rilevamento di routine delle crepe di strutture aeronautiche). Si prega di notare che in entrambi i casi, gli ultrasuoni non avranno alcun impatto significativo sull'oggetto scansionato. Al contrario, la produzione energetica dell'ecografia ad alta potenza sarà molto maggiore. La nostra azienda (Funsonic) produce principalmente questo tipo di prodotto, ma prima diamo un'occhiata a una serie di numeri.
Le applicazioni ad alta potenza tendono a utilizzare frequenze di fascia bassa (cioè da 20 kHz a circa 200 kHz). Questo perché la frequenza limita la dimensione dei componenti vibranti. In generale, più bassa è la frequenza, maggiore è la dimensione e maggiore è la potenza che può essere generata. Al contrario, le frequenze più alte (così come le onde quadrate o le funzioni a gradini contenenti armoniche ad alta frequenza) vengono spesso utilizzate per applicazioni di misurazione, poiché lunghezze d'onda più brevi possono fornire una maggiore precisione e lo stress meccanico non è un problema negli stati a bassa potenza.
Al fine di massimizzare la sua efficacia, l'ecografia ad alta potenza richiede in genere l'uso di quante più ampiezze possibili durante l'applicazione. In particolare, l'ampiezza viene continuamente aumentata fino a quando alcuni oggetti (come materie plastiche, tessuti, particelle) sono danneggiati. L'intervallo di ampiezza tipico è da circa 5 a 5 0 micrometri (0. 005 a 0,05 millimetri). Non importa come lo misuri, questo potrebbe non sembrare molto, ma pensaci: un sistema ad ultrasuoni che opera a una frequenza di 20 kHz (20000 volte al secondo) e 50 micron si muovono ad un'accelerazione ciclica di 80000 g (80000 volte gravità ). C'è qualcos'altro sulla Terra che può competere?
Una piccola domanda sull'ampiezza: c'è una convenzione nel settore degli ultrasuoni per esprimere l'ampiezza di vibrazione usando il termine "picco al picco". Un numero che è il doppio dell'ampiezza definita dalla fisica (cioè il punto medio al picco). Supponendo che la maggior parte delle persone che leggono queste pagine non siano esperti ad ultrasuoni, in realtà, se si tratta di un singolo valore di picco e richiede numeri di picco a picco, allora X2 è sufficiente.
