अल्ट्रासाउंड क्या है और उद्योग में इसका उपयोग कैसे किया जाता है?

अल्ट्रासाउंड को लोचदार तरंगें कहा जाता है (लोचदार बलों की कार्रवाई के कारण तरल, ठोस और गैसीय मीडिया में फैलने वाली तरंगें), जिसकी आवृत्ति मनुष्यों के लिए श्रव्य सीमा के बाहर होती है - लगभग 20 kHz और अधिक से।

प्रारंभ में, अल्ट्रासोनिक और श्रव्य ध्वनियों को केवल मानव कान द्वारा धारणा या गैर-धारणा के आधार पर प्रतिष्ठित किया गया था। विभिन्न लोगों की श्रवण सीमा 7 से 25 kHz तक भिन्न होती है, और यह स्थापित किया गया है कि एक व्यक्ति हड्डी चालन के तंत्र के माध्यम से 30 - 40 kHz की आवृत्ति के साथ अल्ट्रासाउंड को मानता है। इसलिए, अल्ट्रासाउंड आवृत्ति की निचली सीमा पारंपरिक रूप से स्वीकार की जाती है।

अल्ट्रासाउंड आवृत्ति की ऊपरी सीमा 1013 - 1014 हर्ट्ज की आवृत्तियों तक फैली हुई है, अर्थात। आवृत्तियों तक जहां तरंग दैर्ध्य ठोस और तरल पदार्थों में अंतर-आणविक दूरी के बराबर हो जाता है। गैसों में, यह सीमा नीचे स्थित होती है और अणु के मुक्त पथ द्वारा निर्धारित होती है।

अल्ट्रासोनिक तरंगों के उपयोगी कार्य

और यद्यपि शारीरिक रूप से अल्ट्रासाउंड में श्रव्य ध्वनि के समान प्रकृति होती है, केवल सशर्त रूप से (उच्च आवृत्ति) भिन्न होती है, यह उच्च आवृत्ति के कारण ठीक है कि अल्ट्रासाउंड कई उपयोगी दिशाओं में लागू होता है।

इसलिए, जब एक ठोस, तरल या गैसीय पदार्थ में अल्ट्रासाउंड की गति को मापते हैं, तो तेज प्रक्रियाओं का निरीक्षण करते समय, विशिष्ट ताप (गैस) का निर्धारण करते समय, ठोस पदार्थों के लोचदार स्थिरांक को मापते समय बहुत छोटी त्रुटियां प्राप्त होती हैं।

कम एम्पलीट्यूड पर उच्च आवृत्ति ऊर्जा प्रवाह के बढ़े हुए घनत्व को प्राप्त करना संभव बनाती है, क्योंकि एक लोचदार तरंग की ऊर्जा इसकी आवृत्ति के वर्ग के समानुपाती होती है। इसके अलावा, सही तरीके से उपयोग की जाने वाली अल्ट्रासोनिक तरंगें कई विशेष ध्वनिक प्रभाव और घटनाएं उत्पन्न कर सकती हैं।

इन असामान्य घटनाओं में से एक ध्वनिक गुहिकायन है, जो तब होता है जब एक शक्तिशाली अल्ट्रासाउंड तरंग को एक तरल में निर्देशित किया जाता है। एक तरल में, अल्ट्रासोनिक क्रिया के क्षेत्र में, वाष्प या गैस के छोटे बुलबुले (सबमरोस्कोपिक आकार) व्यास में एक मिलीमीटर के अंश तक बढ़ने लगते हैं, तरंग की आवृत्ति के साथ स्पंदित होते हैं और सकारात्मक दबाव चरण में ढह जाते हैं।

ढहने वाला बुलबुला स्थानीय रूप से हजारों वायुमंडलों में मापी गई उच्च दबाव वाली नाड़ी उत्पन्न करता है, जो गोलाकार आघात तरंगों का स्रोत बन जाता है। इस तरह के स्पंदित बुलबुले के पास उत्पन्न ध्वनिक सूक्ष्म प्रवाह पायस तैयार करने, भागों की सफाई आदि के लिए उपयोगी होते हैं।

अल्ट्रासाउंड पर ध्यान केंद्रित करके, ध्वनि छवियों को ध्वनिक होलोग्राफी और ध्वनि दृष्टि प्रणालियों में प्राप्त किया जाता है, और ध्वनि ऊर्जा को परिभाषित और नियंत्रित प्रत्यक्षता विशेषताओं के साथ एक दिशात्मक बीम बनाने के लिए केंद्रित किया जाता है।

प्रकाश के लिए एक विवर्तन झंझरी के रूप में एक अल्ट्रासोनिक तरंग का उपयोग करना, विभिन्न प्रयोजनों के लिए प्रकाश के अपवर्तक सूचकांकों को बदलना संभव है, क्योंकि एक अल्ट्रासोनिक तरंग में घनत्व, जैसा कि एक लोचदार तरंग में होता है, आमतौर पर समय-समय पर बदलता रहता है।

अंत में, अल्ट्रासाउंड के प्रसार की गति से संबंधित विशेषताएं। अकार्बनिक मीडिया में, अल्ट्रासाउंड एक गति से फैलता है जो माध्यम की लोच और घनत्व पर निर्भर करता है।

कार्बनिक मीडिया के लिए, यहां गति सीमाओं और उनकी प्रकृति से प्रभावित होती है, अर्थात, चरण की गति आवृत्ति (फैलाव) पर निर्भर करती है। अल्ट्रासाउंड स्रोत से लहर के सामने की दूरी के साथ घटता है - सामने का विचलन, अल्ट्रासाउंड बिखरा हुआ है, समाया हुआ है।

माध्यम का आंतरिक घर्षण (कतरनी चिपचिपाहट) अल्ट्रासाउंड के शास्त्रीय अवशोषण की ओर जाता है, इसके अलावा अल्ट्रासाउंड के लिए विश्राम अवशोषण शास्त्रीय एक से बेहतर होता है। गैस में, अल्ट्रासाउंड अधिक दृढ़ता से कमजोर होता है, ठोस और तरल पदार्थ में, यह बहुत कमजोर होता है। उदाहरण के लिए, पानी में यह हवा की तुलना में 1000 गुना धीमी गति से टूटता है। इस प्रकार, अल्ट्रासाउंड के औद्योगिक अनुप्रयोग लगभग पूरी तरह से ठोस और तरल पदार्थों से संबंधित हैं।

अल्ट्रासाउंड का उपयोग

अल्ट्रासाउंड का उपयोग निम्नलिखित दिशाओं में विकसित हो रहा है:

• अल्ट्रासाउंड तकनीक, जो किसी दिए गए पदार्थ पर और भौतिक-रासायनिक प्रक्रियाओं के दौरान W / cm2 की सैकड़ों W / cm2 की इकाइयों की तीव्रता के साथ अल्ट्रासाउंड के माध्यम से अपरिवर्तनीय प्रभाव पैदा करने की अनुमति देती है;
• अल्ट्रासोनिक नियंत्रण, उस माध्यम की स्थिति पर अल्ट्रासाउंड के अवशोषण और गति की निर्भरता के आधार पर जिसके माध्यम से यह फैलता है;
• अल्ट्रासोनिक स्थान विधियाँ, सिग्नल विलंब रेखाएँ, चिकित्सा निदान, आदि, रेक्टिलाइनियर बीम (किरणों) में प्रचार करने के लिए उच्च आवृत्तियों के अल्ट्रासोनिक कंपन की क्षमता के आधार पर, ज्यामितीय ध्वनिकी के नियमों का पालन करते हैं और एक ही समय में अपेक्षाकृत कम गति से फैलते हैं।

किसी पदार्थ की संरचना और गुणों के अध्ययन में अल्ट्रासाउंड एक विशेष भूमिका निभाता है, क्योंकि उनकी मदद से भौतिक वातावरण की सबसे विविध विशेषताओं, जैसे कि लोचदार और विस्कोलेस्टिक स्थिरांक, थर्मोडायनामिक विशेषताओं, फर्मी सतहों के रूपों को निर्धारित करना अपेक्षाकृत आसान है। अव्यवस्थाएं, क्रिस्टल जाली की खामियां, आदि। अल्ट्रासाउंड के अध्ययन की संबंधित शाखा को आणविक ध्वनिकी कहा जाता है।

इकोलोकेशन और सोनार में अल्ट्रासाउंड (खाद्य, रक्षा, खनन)

सोनार का पहला प्रोटोटाइप 1912 में फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी लैंगविन के साथ मिलकर रूसी इंजीनियर शिलोव्स्की द्वारा बर्फ के ब्लॉक और हिमखंडों के साथ जहाज के टकराव को रोकने के लिए बनाया गया था।

डिवाइस ध्वनि तरंग प्रतिबिंब और स्वागत के सिद्धांत का उपयोग करता है। संकेत एक निश्चित बिंदु पर लक्षित था, और प्रतिक्रिया संकेत (गूंज) की देरी से, ध्वनि की गति को जानकर, ध्वनि को प्रतिबिंबित करने वाली बाधा की दूरी का अनुमान लगाना संभव था।

शिलोव्स्की और लैंगविन ने जलविद्युत का गहन अध्ययन शुरू किया और जल्द ही 2 किलोमीटर तक की दूरी पर भूमध्य सागर में दुश्मन की पनडुब्बियों का पता लगाने में सक्षम एक उपकरण बनाया। सैन्य समेत सभी आधुनिक सोनार इस डिवाइस के वंशज हैं।

नीचे की राहत का अध्ययन करने के लिए आधुनिक इको साउंडर्स में चार ब्लॉक होते हैं: एक ट्रांसमीटर, एक रिसीवर, एक ट्रांसड्यूसर और एक स्क्रीन।ट्रांसमीटर का कार्य अल्ट्रासोनिक दालों (50 kHz, 192 kHz या 200 kHz) को गहरे पानी में भेजना है, जो पानी के माध्यम से 1.5 किमी / सेकंड की गति से फैलता है, जहाँ वे मछली, पत्थर, अन्य वस्तुओं द्वारा परिलक्षित होते हैं। और नीचे, इसके बाद प्रतिध्वनि रिसीवर तक पहुँचती है, एक कनवर्टर संसाधित होता है और परिणाम दृश्य धारणा के लिए सुविधाजनक रूप में डिस्प्ले पर दिखाया जाता है।

इलेक्ट्रॉनिक और इलेक्ट्रिकल उद्योग में अल्ट्रासाउंड

आधुनिक भौतिकी के कई क्षेत्र अल्ट्रासाउंड के बिना नहीं कर सकते। ठोस और अर्धचालकों की भौतिकी, साथ ही ध्वनि-इलेक्ट्रॉनिक्स, कई तरह से अल्ट्रासोनिक अनुसंधान विधियों से निकटता से संबंधित हैं - 20 किलोहर्ट्ज़ और उससे अधिक की आवृत्ति पर प्रभाव के साथ। यहां एक विशेष स्थान ध्वनिक इलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा कब्जा कर लिया गया है, जहां अल्ट्रासोनिक तरंगें विद्युत क्षेत्रों और ठोस निकायों के अंदर इलेक्ट्रॉनों के साथ बातचीत करती हैं।

सूचना प्रसंस्करण और संचारण के लिए आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों में आवृत्ति को स्थिर करने के लिए वॉल्यूमेट्रिक अल्ट्रासोनिक तरंगों का उपयोग विलंब लाइनों और क्वार्ट्ज गुंजयमान यंत्रों में किया जाता है। सतह ध्वनिक तरंगें टेलीविजन के लिए बैंडपास फिल्टर में, आवृत्ति सिंथेसाइज़र में, ध्वनिक तरंगों को प्रसारित करने के लिए उपकरणों में एक विशेष स्थान रखती हैं। स्मृति और छवि पढ़ने वाले उपकरणों में। अंत में, सहसंबंधी और आक्षेपक अपने संचालन में अनुप्रस्थ ध्वनिविद्युत प्रभाव का उपयोग करते हैं।

रेडियोइलेक्ट्रॉनिक और अल्ट्रासाउंड

अल्ट्रासोनिक विलंब लाइनें एक विद्युत संकेत को दूसरे के सापेक्ष विलंबित करने के लिए उपयोगी होती हैं।एक विद्युत पल्स एक अल्ट्रासोनिक आवृत्ति के साथ एक स्पंदित यांत्रिक कंपन में परिवर्तित हो जाती है, जो विद्युत चुम्बकीय पल्स की तुलना में कई गुना धीमी गति से फैलती है; यांत्रिक कंपन को फिर एक विद्युत नाड़ी में परिवर्तित किया जाता है और एक संकेत उत्पन्न होता है जो मूल इनपुट के सापेक्ष विलंबित होता है।

इस तरह के रूपांतरण के लिए, आमतौर पर पीजोइलेक्ट्रिक या मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर का उपयोग किया जाता है, यही वजह है कि विलंब लाइनों को पीजोइलेक्ट्रिक या मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव भी कहा जाता है।

एक पीजोइलेक्ट्रिक डिले लाइन में, धातु की छड़ से सख्ती से जुड़े क्वार्ट्ज प्लेट (पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर) पर एक विद्युत संकेत लगाया जाता है।

एक दूसरा पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर रॉड के दूसरे सिरे से जुड़ा होता है। इनपुट ट्रांसड्यूसर सिग्नल प्राप्त करता है, यांत्रिक कंपन उत्पन्न करता है जो रॉड के साथ फैलता है, और जब कंपन रॉड के माध्यम से दूसरे ट्रांसड्यूसर तक पहुंचता है, तो एक विद्युत सिग्नल फिर से उत्पन्न होता है।

छड़ के साथ कंपन के प्रसार की गति विद्युत संकेत की तुलना में बहुत कम है, इसलिए विद्युत चुम्बकीय और अल्ट्रासोनिक कंपन की गति में अंतर से संबंधित राशि से रॉड के माध्यम से गुजरने वाले संकेत को इनपुट के सापेक्ष विलंबित किया जाता है।

मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव डिले लाइन में इनपुट ट्रांसड्यूसर, मैग्नेट, साउंड वायर, आउटपुट ट्रांसड्यूसर और अवशोषक शामिल होंगे। इनपुट सिग्नल पहले कॉइल पर लागू होता है, अल्ट्रासोनिक आवृत्ति दोलन - यांत्रिक दोलन - मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव सामग्री से बने रॉड के ध्वनिक कंडक्टर में शुरू होता है - चुंबक यहां परिवर्तन क्षेत्र और प्रारंभिक चुंबकीय प्रेरण में स्थायी चुंबकत्व बनाता है।

रॉड में, कंपन 5000 मीटर / सेकंड की गति से फैलता है, उदाहरण के लिए, 40 सेमी की रॉड लंबाई के लिए, देरी 80 μs होगी। रॉड के दोनों सिरों पर एटेन्यूएटर्स अवांछित सिग्नल प्रतिबिंबों को रोकते हैं। मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव गड़बड़ी दूसरी वाइंडिंग (आउटपुट कन्वर्टर) EMF में इंडक्शन में बदलाव का कारण बनेगी।

विनिर्माण उद्योग में अल्ट्रासाउंड (काटने और वेल्डिंग)

अल्ट्रासाउंड स्रोत और वर्कपीस के बीच एक अपघर्षक सामग्री (क्वार्ट्ज रेत, हीरा, पत्थर, आदि) रखी जाती है। अल्ट्रासाउंड अपघर्षक कणों पर कार्य करता है, जो बदले में अल्ट्रासाउंड की आवृत्ति के साथ भाग को प्रभावित करता है। अपघर्षक अनाज से बड़ी संख्या में छोटे वार के प्रभाव में वर्कपीस की सामग्री नष्ट हो जाती है - इस तरह प्रसंस्करण किया जाता है।

कटिंग को फीड मोशन के साथ जोड़ा जाता है, जबकि अनुदैर्ध्य कटिंग दोलन मुख्य हैं। अल्ट्रासोनिक उपचार की सटीकता अपघर्षक के दानों के आकार पर निर्भर करती है और 1 माइक्रोन तक पहुंचती है। इस तरह, जटिल कटौती की जाती है, जो धातु के हिस्सों, पीसने, उत्कीर्णन और ड्रिलिंग के उत्पादन में आवश्यक होती है।

यदि असमान धातुओं (या यहां तक ​​​​कि पॉलिमर) को वेल्ड करना आवश्यक है या एक पतली प्लेट के साथ एक मोटे हिस्से को जोड़ना है, तो अल्ट्रासाउंड फिर से बचाव में आता है। यह तथाकथित है ठंडा अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग... वेल्डिंग ज़ोन में अल्ट्रासाउंड के प्रभाव में, धातु बहुत प्लास्टिक बन जाती है, किसी भी कोण पर जुड़ने के दौरान पुर्जे बहुत आसानी से घूम सकते हैं। और यह अल्ट्रासाउंड को बंद करने के लायक है - भाग तुरंत जुड़ जाएंगे, पकड़ लेंगे।

यह विशेष रूप से उल्लेखनीय है कि वेल्डिंग भागों के पिघलने बिंदु से नीचे के तापमान पर किया जाता है, और उनका कनेक्शन वास्तव में ठोस अवस्था में होता है। लेकिन स्टील्स, टाइटेनियम और यहां तक ​​​​कि मोलिब्डेनम को इस तरह से वेल्डेड किया जाता है। वेल्ड करने के लिए पतली चादरें सबसे आसान हैं। वेल्डिंग की यह विधि भागों की सतह की विशेष तैयारी नहीं करती है, यह धातुओं और पॉलिमर पर भी लागू होती है।

वेल्डिंग के दौरान धातु में फ्लैट-प्रकार के दोषों (दरारें, प्रवेश की कमी, आसंजन की कमी) का पता लगाने के लिए अल्ट्रासोनिक परीक्षण का उपयोग किया जाता है। फाइन ग्रेन स्टील्स के लिए यह विधि बहुत प्रभावी है।

धातु विज्ञान में अल्ट्रासाउंड (अल्ट्रासोनिक दोष का पता लगाने)

दोषों का अल्ट्रासोनिक पता लगाना - लोचदार, मुख्य रूप से अल्ट्रासोनिक कंपन के प्रसार की स्थिति को बदलने के आधार पर दोषों का पता लगाना।

धातु भागों के गैर-विनाशकारी गुणवत्ता नियंत्रण के लिए अल्ट्रासोनिक दोष का पता लगाना सबसे प्रभावी तरीकों में से एक है।

एक सजातीय माध्यम में, अल्ट्रासाउंड तेजी से क्षीणन के बिना एक दिशा में फैलता है, और प्रतिबिंब माध्यम की सीमा पर इसकी विशेषता है। इसलिए धातु के पुर्जों की जाँच की जाती है कि उनके अंदर की दरारें और दरारें (हवा से धातु इंटरफ़ेस) और बढ़ी हुई धातु की थकान का पता चला है।

अल्ट्रासाउंड 10 मीटर की गहराई पर एक हिस्से में प्रवेश कर सकता है, और पता लगाए गए दोषों का आकार लगभग 5 मिमी है। वहाँ हैं: छाया, नाड़ी, अनुनाद, संरचनात्मक विश्लेषण, दृश्य, - अल्ट्रासोनिक दोष का पता लगाने के पांच तरीके।

सबसे सरल तरीका अल्ट्रासोनिक छाया दोष का पता लगाना है, यह विधि एक अल्ट्रासोनिक तरंग के क्षीणन पर आधारित है जब यह एक भाग से गुजरते समय दोष का सामना करता है, क्योंकि दोष एक अल्ट्रासोनिक छाया बनाता है।दो कन्वर्टर्स काम करते हैं: पहला एक तरंग का उत्सर्जन करता है, दूसरा इसे प्राप्त करता है।

यह विधि असंवेदनशील है, एक दोष का पता तभी चलता है जब इसके प्रभाव से संकेत कम से कम 15% बदल जाता है, इसके अलावा, यह निर्धारित करना असंभव है कि भाग में दोष कहाँ स्थित है। स्पंदित अल्ट्रासाउंड विधि से अधिक सटीक परिणाम प्राप्त होते हैं, यह गहराई को भी दर्शाता है।

उत्सर्जक और प्राप्त करने के लिए लोचदार कंपन का उपयोग किया जाता है पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर, और ध्वनि और कम अल्ट्रासोनिक आवृत्तियों की सीमा में — मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर.

ट्रांसड्यूसर से नियंत्रित उत्पाद और इसके विपरीत लोचदार कंपन को स्थानांतरित करने के लिए निम्नलिखित विधियों का उपयोग किया जाता है:

• संपर्क रहित;
• शुष्क संपर्क (मुख्य रूप से कम आवृत्तियों के लिए);
• एक स्नेहक के साथ संपर्क (परीक्षण से पहले, तेल या पानी की एक परत जिसकी मोटाई लोचदार तरंग दैर्ध्य से बहुत कम होती है, उत्पाद की सफाई से संसाधित सतह पर लागू होती है);
• जेट संपर्क (पीजोइलेक्ट्रिक तत्व और उत्पाद की सतह के बीच एक छोटे से अंतराल में बहने वाले तरल प्रवाह के माध्यम से);
• विसर्जन (नियंत्रित उत्पाद को स्नान में डुबोया जाता है और तरल की एक परत के माध्यम से संपर्क किया जाता है, जिसकी मोटाई उत्पाद की मोटाई का कम से कम 1/4 होना चाहिए)।

विसर्जन, इंकजेट और गैर-संपर्क विधियों का लाभ खोज प्रमुखों पर पहनने की कमी और उच्च स्कैनिंग गति का उपयोग करने की संभावना के साथ-साथ प्रबंधन के स्वचालन की संभावना है।

यह सभी देखें:

धातुओं का अल्ट्रासोनिक काटने

भागों की अल्ट्रासोनिक सफाई के लिए प्रतिष्ठान

स्वचालन प्रणाली के लिए अल्ट्रासोनिक सेंसर

पदार्थों की संरचना और गुणों को निर्धारित करने के लिए सेंसर और मापने वाले उपकरण