Ultrahelimuundurite levinumad rakendused

Ultraheli muunduri ülesanne on muundada sisend elektrienergia mehaaniliseks võimsuseks (st ultrahelilaineteks) ja seejärel edastada see välja, tarbides samal ajal väikese osa võimsusest.

Ultraheli andureid kasutatakse laialdaselt ja need jagunevad vastavalt rakendusharudele tööstuseks, põllumajanduseks, transpordiks, eluks, arstiabiks ja sõjaväeks. Realiseeritud funktsioonide järgi jaguneb see ultrahelitöötluseks, ultrahelipuhastuseks, ultrahelituvastuseks, tuvastamiseks, jälgimiseks, telemeetriaks, kaugjuhtimispuldiks jne; töökeskkonna järgi jaguneb see vedelaks, gaasiks, eluskehaks jne; olemuse järgi jaguneb see võimsus-ultraheli-, tuvastamis-ultraheli-, ultraheli-kujundamiseks jne.

1. Piesoelektriline keraamiline trafo

Piesoelektrilised keraamilised trafod kasutavad väljundpinge saavutamiseks piesoelektrilise keha piesoelektrilist efekti pärast polarisatsiooni. Sisendosa juhib sinusoidne pingesignaal ja see vibreerib läbi pöördpiesoelektrilise efekti. Vibratsioonilaine on mehaaniliselt ühendatud väljundosaga sisend- ja väljundosade kaudu ning väljundosa genereerib positiivse piesoelektrilise efekti kaudu elektrilaengu, et realiseerida piesoelektrilise keha elektrienergia. - Mehaanilise energia-elektrienergia kaks teisendust, et saada kõrgeim väljundpinge piesoelektrilise trafo resonantssagedusel. Võrreldes elektromagnetiliste trafodega on sellel eelised väiksus, kerge kaal, suur võimsustihedus, kõrge efektiivsus, purunemiskindlus, kõrge temperatuuritaluvus, ei karda põlemist, elektromagnetiliste häirete ja elektromagnetilise müra puudumine ning lihtne struktuur, lihtne valmistada, lihtne masstootmine, mõnes piirkonnas muutuvad ideaalsed elektromagnetiliste trafode asenduskomponendid ja muud eelised. Selliseid trafosid kasutatakse konverterites, sülearvutites, neoonlampide draiverites ja mujal.

2. Ultraheli mootor

Ultrahelimootor kasutab staatorit muundurina, kasutab piesoelektrilise kristalli pöördpöördefekti, et panna mootori staator ultrahelisagedusel vibreerima, ning seejärel edastab energiat staatori ja rootori vahelise hõõrdumise kaudu, et rootor pöörlema ​​panna. Ultrahelimootoritel on väike suurus, suur pöördemoment, kõrge eraldusvõime, lihtne struktuur, otseajam, pidurdusmehhanism ja laagrimehhanism. Need eelised on kasulikud seadme miniatuuristamisel. Ultraheli mootoreid kasutatakse laialdaselt optilistes instrumentides, laserites, pooljuhtide mikroelektroonikas, täppismasinates ja -instrumentides, robootikas, meditsiinis ja biotehnikas.

3. Ultraheli puhastamine

Ultrahelipuhastuse mehhanism seisneb selles, et ultrahelilaine levimisel puhastuslahuses kasutatakse ära kavitatsiooni, kiirgusrõhu, helivoolu jms füüsikalisi mõjusid, eemaldatakse mehaaniliselt puhastusosadelt mustus ja samal ajal eemaldatakse see. võib soodustada kemikaalide teket puhastuslahuse ja mustuse vahel. reaktsioon objekti puhastamise eesmärgi saavutamiseks. Ultrahelipuhastusmasina kasutatava sageduse saab valida vahemikus 10 kuni 500 kHz vastavalt puhastusobjekti suurusele ja otstarbele, üldiselt 20 kuni 50 kHz. Ultraheli muunduri sageduse suurenemisega saab kasutada Langevini ostsillaatorit, pikisuunalist ostsillaatorit, paksusostsillaatorit jne. Miniaturiseerimise osas on olemas ka vahvlivibraatori radiaalne vibratsioon ja painutusvibratsioon. Ultrahelipuhastust kasutatakse üha enam erinevates tööstusharudes, põllumajanduses, majapidamisseadmetes, elektroonikas, autotööstuses, kummitööstuses, trükkimises, lennukites, toiduainetes, haiglates ja meditsiiniuuringutes.

4. Ultraheli keevitamine

Ultraheli keevitus võib jagada kahte kategooriasse: ultraheli metallikeevitus ja ultraheli plastikeevitus. Nende hulgas on laialdaselt kasutatud ultraheli plasti keevitamise tehnoloogiat. See kasutab muunduri tekitatud ultraheli vibratsiooni, et edastada ultraheli vibratsioonienergia keevituspiirkonda läbi ülemise keevisõmbluse. Tänu suurele akustilisele takistusele keevituspiirkonnas, st kahe keevisõmbluse ristmikul, tekib plasti sulamiseks lokaalne kõrge temperatuur ja keevitustööd viiakse lõpule kontaktrõhu mõjul. Ultraheli plastikkeevitus võib hõlbustada osade keevitamist, mida ei saa keevitada muude keevitusmeetoditega. Lisaks säästab see ka plasttoodete kallist vormitasu, lühendab töötlemisaega, parandab tootmise efektiivsust ning sellel on säästlikkuse, kiiruse ja töökindluse omadused.

5. Ultraheli töötlemine

Peen abrasiiv kantakse töödeldavale detailile teatud staatilise rõhuga koos ultrahelitööriistaga ja sama kujuga kui tööriista saab töödelda. Töötlemise ajal peab muundur genereerima amplituudi 15–40 mikronit sagedusel 15–40 kHz. Ultrahelitööriist paneb töödeldava detaili pinnal oleva abrasiivi pideva löögi märkimisväärse löögijõuga, hävitades ultrahelikiirguse osa ja purustades materjali, et saavutada materjali eemaldamise eesmärk. Ultraheli töötlemist kasutatakse peamiselt rabedate ja kõvade materjalide, nagu kalliskivid, jade, marmor, ahhaat ja tsementeeritud karbiid, töötlemisel, samuti erikujuliste aukude ning peente ja sügavate aukude töötlemisel. Lisaks võib ultraheliandurite lisamine tavalistele lõikeriistadele mängida rolli täpsuse ja tõhususe parandamisel.

6. Ultraheli kaalulangus

Ultraheli muunduri kavitatsiooniefekti ja mikromehaanilist vibratsiooni kasutades purustatakse, emulgeeritakse ja väljutatakse kehast inimese epidermise all olevad liigsed rasvarakud, et saavutada kehakaalu ja vormimise eesmärk. See on uus tehnoloogia, mis töötati rahvusvaheliselt välja 1990. aastatel. Itaalia Zocchi kasutas esimest korda voodis ultraheli rasvaeemaldust ja saavutas edu, luues pretsedendi plastilise kirurgia ja ilu jaoks. Ultraheli rasvaeemalduse tehnoloogia on kodus ja välismaal kiiresti arenenud.

7. Ultraheli aretus

Taimeseemnete ultrahelikiirguse sobiv sagedus ja intensiivsus võib parandada seemnete idanemiskiirust, vähendada hallituse mädanemise kiirust, soodustada seemnete kasvu ja parandada taimede kasvukiirust. Teabe järgi võib ultraheli mõne taime seemne kasvukiirust tõsta 2–3 korda.

8. Elektrooniline sfügmomanomeeter

Ultraheli andurit kasutatakse veresoonte rõhu vastuvõtmiseks. Kui õhupall on kokku surutud ja surutud vastu veresooni, ei saa ultraheliandur tunda veresoone survet, kuna rakendatav rõhk on suurem kui vasodilatatsioonirõhk. Kui veresoone rõhk langeb teatud väärtuseni, saavutab nende kahe rõhk tasakaalu. Sel ajal võib ultraheliandur tunda veresoonte rõhku, mis on südame süstoolne rõhk. vererõhu väärtus. Elektrooniline sfügmomanomeeter võib stetoskoobi tühistamise tõttu vähendada meditsiinitöötajate töömahukust.

9. Telemeetria ja kaugjuhtimispult

Mürgistes, radioaktiivsetes ja muudes karmides keskkondades ei saa inimesed selle läheduses töötada ja neid tuleb kaugjuhtida; elektrilised lülitid, nagu televiisorid, ventilaatorid ja valgustid, vajavad kaugjuhtimispulti ning ultrahelilainete kaugest asukohast edastamiseks saab paigaldada ultraheliandurid. Juhtsüsteemi vastuvõttev muundur muudab akustilise signaali elektrisignaaliks, et lüliti tööle panna.

10. Liiklusseire

Kaasaegses liikluses on sõidukite toimimise hoomamiseks väga vajalik automaatselt jälgida sõidukite möödumist ja loendamist. Näiteks paigaldab liiklusjärelevalvejaam ultrahelianduri ja selle abiseadmed nii transiiveri kui ka ülekande jaoks. Sõiduki läbimisel naaseb akustiline impulss ning päevaste sõidukite arvu saab lugeda loendamise ja kogumise teel. Auto taha on paigaldatud kaheotstarbeline andur, et vältida tagurpidi kokkupõrkeid. Vastuvõtva piesoelektrilise ultrahelimuunduri paigaldamine teele võib samuti jälgida mürataset.

11. Vahemaa

Ultraheli kaugusmõõtmise seadet nimetatakse ka helijoonlauaks. See mõõdab impulsi ajavahemikku läbi kaheotstarbelise anduri. Helijoonlaud suudab mõõta kaugust 10 m piires ja täpsus võib ulatuda mitme tuhandikuni.

12. Lekke tuvastamine ja gaasi tuvastamine

Survesüsteemi jaoks põhjustab lekke korral joa müra rõhuerinevus surveanuma sise- ja väliskülje vahel. See müraspekter on äärmiselt lai. Survevabade süsteemide puhul saab ultraheliallika paigutada suletud süsteemi ja võtta vastu väljastpoolt suletud süsteemi. Üldiselt on lekke puudumisel mõõdetud signaali amplituud väga väike või puudub ja signaali amplituud kipub lekkepunktis järsult suurenema. Gaasivoolu tuvastamine on ka üks olulisi vahendeid keemiatööstuses. Voolu tuvastamiseks on erinevaid võimendusi, näiteks rotameetrid ja nii edasi. Kuid ultrahelianduri kasutamise peamine eelis on see, et see ei takista vedeliku voolu.

13. Info kogumine

Selleks et realiseerida selliseid funktsioone nagu vaba ruumis kõndimine ja objektide äratundmine, ei pea intelligentsed robotid kasutama kauguse mõõtmiseks ja pimedate juhtimiseks ultraheliandureid, vaid ka pildituvastust. Seetõttu on mitme funktsiooni saavutamiseks vaja väikseid ultrahelianduri massiive ja sellest aspektist saab oluline uurimisteema, mis meelitab paljusid teadlasi selle poole püüdlema.