Ультразвук и его колебания

або послабляти різні ефекти кавітацій, наприклад із зростанням частоти УЗ збільшується роль мікропотоків і зменшується ерозія кавітації, із збільшенням тиску в рідині зростає роль мікроударних дій. Збільшення частоти призводить до підвищення порогового значення інтенсивності, відповідної початку кавітації, який залежить від роду рідини, її газозмісту, температури і т. д. Для води при атмосферному тиску воно зазвичай складає 0,3(1,0 Вт/см2|. Кавітація - складний комплекс явищ. УЗ-вые хвилі, що поширюються в рідині, утворюють області, що чергуються, високих і низьких тисків, що створюють зони високих сжатий| і зони розріджень. У розрідженій зоні гідростатичний тиск знижується до такої міри, що сили, діючі на молекули рідини, стають більше сил міжмолекулярного зчеплення. В результаті різкої зміни гідростатичної рівноваги рідина "розривається", утворюючи численні найдрібніші бульбашки газів і пари. У наступний момент, коли в рідині настає період високого тиску, бульбашки, що утворилися раніше, згортаються. Процес згортання бульбашок супроводжується утворенням ударних хвиль з дуже великим місцевим миттєвим тиском, що досягає декількох сотень атмосфер.

 

 

 

Приймачі ультразвука

 

У природі УЗ зустрічається як як компонента багатьох природних шумів (у шумі вітру, водоспаду, дощу, в шумі гальки, що перекочується морським прибоєм, в звуках, супроводжуючих грозові розряди, і так далі), так і серед звуків тваринного світу. Деякі тварини користуються УЗ-выми хвилями для виявлення перешкод, орієнтування в просторі.

Випромінювачі ультразвука можна підрозділити на дві великі групи. До першої відносяться випромінювачі-генератори; коливання в них збуджуються із-за наявності перешкод на шляхи постійного потоку - струмені газу або рідини. Друга група випромінювачів - електроакустичні перетворювачі; вони перетворять вже задані коливання електричної напруги або струму в механічне коливання твердого тіла, яке і випромінює в довкілля акустичні хвилі.

 

Механічні випромінювачі

 

У випромінювачах першого типу (механічних) перетворення кінетичної енергії струменя (рідини або газу) в акустичну виникає в результаті періодичного переривання струменя (сирена), при натіканні її на перешкоди різного виду (газоцівкові генератори, свистки).

 

УЗ сирена - два диски з великою кількістю отворів, поміщені в камеру (мал

1).

 

 

Рис1.   Ультразвукова механічна сирена.

1 - корпус;      2 - нерухомий диск;

3 - диск, що обертається.

 

Що поступає під великим тиском в камеру повітря виходить через отвори обох дисків. При обертанні диска-ротора (3) його отвору співпадатимуть з отворами нерухомого диска-статора (2) тільки в певні моменти часу. В результаті виникнуть пульсації повітря. Чим більше швидкість обертання ротора, тим більше частота пульсації повітря, яка визначається по формулі:

,

де N - число отворів, равнораспределенных| по колу ротора і статора; ( - кутова швидкість ротора.

Тиск в камері сирен зазвичай складає від 0,1 до 5,0 кгс/см2|. Верхня межа частоти УЗ, випромінюваного сиренами не перевищує 40(50 кГц|, проте відомі конструкції з верхньою межею 500 кГц|. ККД  генераторів не перевищує 60%. Оскільки джерелом випромінюваного сиреною звуку є імпульси газу, витікаючого з отворів, частотний спектр сирен визначається формою цих імпульсів. Для отримання синусоїдальних коливань використовують сирени з круглими отворами, відстані між якими дорівнюють їх діаметру. При отворах прямокутної форми, віддалених один від одного на ширину отвору, форма імпульсу трикутна. У разі застосування декількох роторів (що обертаються з різною швидкістю) з отворами розташованими нерівномірно і різної форми, можна отримати шумовий сигнал. Акустична потужність сирен може досягати десятків кВт. Якщо в полі випромінювання потужної сирени помістити вату, то вона запалиться, а сталеві стружки нагріваються до червоності.

Принцип дії УЗ

1 2 3 4