Az ultrahang

Ultrahangnak nevezzük azokat a hangokat, amelyek az emberi hallásküszöb, azaz 20 kHz feletti frekvenciatartományba esnek. Két csoportra osztjuk az ultrahangot, aszerint, hogy a hang intenzitása 1 W/m2-nél kisebb vagy nagyobb. Eszerint:
  • aktív ultrahangok, 1 W/m2-nél nagyobb intenzitás esetén,
  • passzív ultrahangok, 1 W/m2-nél kisebb intenzitás esetén.


Hangtartományok


Aktív ultrahangokat a műszaki életben megmunkálásra (forgácsolás, vágás, hegesztés, forrasztás, hőfejlesztés, gáztalanítás, tisztítás, stb.) alkalmazzák. Ilyenkor a mechanikus rezgés munkavégző képességét használják ki.
Passzív ultrahangokat elsősorban a mérés- és híradástechnikában, valamint a katonai felderítésben alkalmaznak. Ezek a hullámok a mindennapi életben is megjelennek információhordozóként. A műszaki diagnosztikában az ultrahang azon tulajdonságait használjuk ki, hogy a nagyfrekvenciás hangrezgés nem csak levegőben, hanem szilárd testben és folyadékban is szinte gyengítetlenül terjed.



Az ultrahang forrásai:

Mesterségesen, kristályrezgésekkel állítjuk elő vagy magnetosztrikciós hatással. A magnetosztrikciós hatás nikkel-vas ötvözeteknél (NiFe) jelentkezik változó mágneses tér hatására. Az időben változó mágneses tér hosszirányú megnyúlása, pulzálásként hat az anyagra. Ezeket a rezgéseket csatolóval továbbíthatjuk a rendeltetési helyre. Gyorsan áramló közeggel is kelthetünk ultrahangot. Galton-síppal akár több száz kHz-es nagy intenzitású jelek állíthatóak elő. Ezek a források keskenysávú, meghatározott frekvenciájú jelek. A kvarckristályt és más kristályokat (pl. NbTiO3, BaTiO3) a kristálytani metszettől és vastagságtól függően lehet adott frekvenciára méretezni. A kristályrezgési frekvenciának megfelelő szinusz oszcillátorral gerjesztve, a lapka mechanikai rezgéseket fog végezni. Ezeket a rezgéseket a környezetnek átadva, tovaterjednek a hullámok.

Spontán módon is előállnak ultrahang jelek. Gépek elemeinek súrlódása során, folyadék és gáz közeg áramlási súrlódásából, ilyenek a kavitációs hangok, melyek a folyadékban keletkező kisméretű gáz gömbök robbanási hangjai. Nagynyomású tartályokból, vezetékeken lévő repedésekből kiáramló közeg súrlódási hangjai szélessávú jelként jelentős ultrahang tartalommal bírnak. Ezt akusztikus emissziós tartománynak nevezzük. Ütések, ütközések hangjai is magas frekvenciás komponensekben gazdag, szélessávú jelet adnak. Ilyen módon az elektromos szikrák, ívkisülések is hasonló spektrális tulajdonsággal bírnak.


Az ultrahang terjedése különböző közegekben:

Az ultrahangok longitudinális, azaz hosszirányú hullámok, melyek az átvivő közeg molekuláinak gerjesztésével terjednek. Minden részecske átadja az energiát, a gerjesztést a szomszéd részecskének, elhanyagolhatóan kicsi csillapítással. A levegőben az ultrahang hangsebességgel terjed (20 °C-on 343 m/s). A terjedési sebesség természetesen a közvetítő közegtől függ. Néhány példa az ultrahang terjedési sebességére különböző anyagokban:
  • acél és alumínium: 5100 m/s,
  • beton: 3800 m/s,
  • víz: 1460 m/s.

Elmondható, hogy az ultrahang szilárd testekben és folyadékokban gyorsabban terjed, mint a gáz halmazállapotú közegekben. Légnemű közegek esetén a terjedés sebessége függ a nyomástól, minél magasabb a hőmérséklet és a nyomás, annál gyorsabb a hullám terjedése. A terjedés egyenes vonalú, iránya nem változik. Az ultrahangokat 40 kHz környéki frekvencián ideális megfigyelni.



Az ultrahangos vizsgálatokat szokták akusztikus emissziós vizsgálat néven emlegetni.

Néhány anyagtulajdonság, amelyek növelik az akusztikus emissziós jel amplitúdóját:
  • nagy szilárdság,
  • nagy feszültség-koncentráció,
  • alacsony hőmérséklet (szilárd testek),
  • anizotrópia,
  • inhomogenitás,
  • vastag falú szerkezetek,
  • ridegtörés,
  • martenzites fázisátalakulás,
  • öntött anyag,
  • durva szemcseszerkezet.

Felsorolhatók azok a körülmények is, amelyek mellett alacsony akusztikus aktivitásra számíthatunk:
  • kis szilárdság,
  • alacsony feszültség-koncentráció,
  • magas hőmérséklet (szilárd testek),
  • izotóp közeg,
  • homogén közeg,
  • vékonyfalú szerkezet,
  • szívós törés (nyírás),
  • képlékeny alakváltozás,
  • kovácsolt anyag,
  • finom szemcseszerkezet.

Van olyan jelenség, ami ugyan nem akusztikus emisszió, de az általa produkált hangjelenség nagyon jól megfigyelhető akusztikus emisszió érzékelőkkel:
  • súrlódás, dörzsölés,
  • elektromos kisülés,
  • szivárgás,
  • elszabadult tárgyak felütődése,
  • áramlási jelenségek.

Ultrahangok viselkedése határfelületen:
Két különböző sűrűségű közeg határfelületén az ultrahanggal a következő jelenségek játszódnak le: visszaverődés, szóródás, irányváltoztatás, elnyelődés. Azt, hogy ezek közül mi fog bekövetkezni, azt a két közeg akusztikus impedanciája, a beesés szöge és a hullám fajtája határozza meg.

Az ultrahang alkalmazása:
Az ultrahang rendkívül széles körben alkalmazható az egészségügytől kezdve az ipari alkalmazásokig. Néhány példa az ipari alkalmazásra:
  • roncsolás-mentes anyagvizsgálatok,
  • anyagszerkezet-kutatás,
  • műszaki diagnosztika,
  • stb.

 

Cégünk a CTRL Systems ultrahangos vizsgálóberendezéseit forgalmazza. Ezek alkalmazási területeiről az Ultrahang/Felhasználási területek menüpontban részletesen tájékozódhat.
Delta3N Kft. 1996-2018 © Minden jog fenntartva.
PDM-RCM Termográfia - FLUKE Termokamera - Wuhan Guide Gépvédelem Rezgés Ultrahang szivárgás
Delta-3N Kft. Kastély Mernye Kastély Szentgáloskér
Látogatott weboldalak készítése és keresõoptimalizálás