تفاوت میان فرکانس و قدرت سونوگرافی

مقدمه ای بر فرکانس فراصوت:

فرکانس فراصوت تعداد دفعاتی است که در واحد زمان تغییرات دوره ای را تکمیل می کند و مقداری است که فرکانس حرکت دوره ای را توصیف می کند. معمولاً با نماد f نشان داده می شود که واحد آن یک ثانیه و نماد آن s-1 است. به پاس قدردانی از سهم فیزیکدان آلمانی هرتز، واحد فرکانس هرتز نامیده می شود که به اختصار «Hz» و با نماد Hz نشان داده می شود. هر شیئی دارای فرکانسی است که توسط ویژگی های خود تعیین می شود و مستقل از دامنه است که فرکانس طبیعی نامیده می شود. مفهوم فرکانس نه تنها در مکانیک و آکوستیک کاربرد دارد، بلکه معمولاً در الکترومغناطیس، اپتیک و فناوری رادیویی نیز استفاده می شود.

مدت زمانی که یک ذره در یک محیط برای نوسان رفت و برگشت یک بار در موقعیت تعادل خود نیاز دارد، دوره تناوب نامیده می شود که با T بر حسب ثانیه (s) نشان داده می شود. تعداد دفعاتی که یک ذره در عرض 1 ثانیه ارتعاش را کامل می کند، فرکانس نامیده می شود که بر حسب سیکل در ثانیه نشان داده می شود که به آن هرتز (Hz) نیز می گویند. دوره تناوب و فرکانس با یکدیگر نسبت معکوس دارند که با معادله زیر نشان داده می شود: f=1/T

رابطه بین طول موج (λ) و فرکانس امواج فراصوت در یک محیط: c=λ f

در این فرمول، c سرعت صوت، m/s； λ طول موج، m; f فرکانس، Hz است.

از این می توان دریافت که برای یک محیط معین، سرعت انتشار فراصوت ثابت است. هرچه فرکانس فراصوت بیشتر باشد، طول موج کوتاه تر است. برعکس، هرچه فرکانس فراصوت کمتر باشد، طول موج بلندتر است.

مقدمه ای بر توان فراصوت:

توان فراصوت به مقدار کاری که یک جسم در واحد زمان انجام می دهد اشاره دارد که یک کمیت فیزیکی است که سرعت انجام کار را توصیف می کند. مقدار کار ثابت است و هرچه زمان کوتاه تر باشد، مقدار توان بیشتر است. فرمول محاسبه توان به این صورت است: توان=کار/زمان. توان یک کمیت فیزیکی است که سرعت انجام کار را مشخص می کند. کاری که در واحد زمان انجام می شود، توان نامیده می شود که با P نشان داده می شود.

در فرآیند انتقال فراصوت، هنگامی که امواج فراصوت به یک محیط قبلاً ساکن منتقل می شوند، ذرات محیط در نزدیکی موقعیت تعادل به جلو و عقب نوسان می کنند و باعث فشرده سازی و انبساط در محیط می شوند. می توان در نظر گرفت که فراصوت محیط را قادر می سازد تا انرژی جنبشی ارتعاشی و انرژی پتانسیل تغییر شکل را به دست آورد. انرژی صوتی به دست آمده توسط محیط به دلیل اختلال فراصوت، مجموع انرژی جنبشی ارتعاشی و انرژی پتانسیل تغییر شکل است.

همانطور که فراصوت در یک محیط منتشر می شود، انرژی نیز منتشر می شود. اگر یک عنصر حجم کوچک (dV) را در میدان صوتی در نظر بگیریم، اجازه دهید حجم اصلی محیط Vo، فشار po و چگالی ρ 0 باشد. عنصر حجم (dV) به دلیل ارتعاش فراصوت انرژی جنبشی △ Ek را به دست می آورد; △ Ek=(ρ 0 Vo) u2/2

Δ Ek انرژی جنبشی، J; u سرعت ذره، m/s； ρ 0 چگالی محیط، kg/m3； Vo حجم اصلی، m3 است.

یکی از ویژگی های مهم فراصوت، توان آن است که بسیار قوی تر از امواج صوتی معمولی است. این یکی از دلایل مهمی است که چرا فراصوت می تواند به طور گسترده در بسیاری از زمینه ها مورد استفاده قرار گیرد.

هنگامی که امواج فراصوت به یک محیط معین می رسند، مولکول های محیط به دلیل عمل امواج فراصوت ارتعاش می کنند و فرکانس ارتعاش آنها با فرکانس امواج فراصوت یکسان است. فرکانس ارتعاش مولکول های محیط، سرعت ارتعاش را تعیین می کند و هرچه فرکانس بیشتر باشد، سرعت بیشتر است. انرژی به دست آمده توسط یک مولکول محیط به دلیل ارتعاش نه تنها به جرم مولکول محیط بستگی دارد، بلکه متناسب با مربع سرعت ارتعاش مولکول محیط نیز می باشد. بنابراین، هرچه فرکانس فراصوت بیشتر باشد، انرژی به دست آمده توسط مولکول های محیط بیشتر است. فرکانس فراصوت بسیار بیشتر از امواج صوتی معمولی است، بنابراین فراصوت می تواند انرژی زیادی به مولکول های محیط بدهد، در حالی که امواج صوتی معمولی تأثیر کمی بر مولکول های محیط دارند. به عبارت دیگر، فراصوت انرژی بسیار بیشتری نسبت به امواج صوتی دارد و می تواند انرژی کافی را به مولکول های محیط ارائه دهد.

تفاوت در فرکانس و توان فراصوت:

فرکانس و توان فراصوت دو پارامتر کلیدی برای اندازه گیری عملکرد آن هستند. از نظر ماکروسکوپی، توان، شدت و توانایی نفوذ فراصوت را تعیین می کند، در حالی که فرکانس، عمق نفوذ و وضوح فراصوت را تعیین می کند.

هرچه فرکانس بیشتر باشد، طول موج کوتاه تر و نفوذ قوی تر است، اما هرچه توان بیشتر باشد، انرژی صوتی قوی تری می تواند تولید شود. در کاربردها، فراصوت مورد استفاده در زمینه پزشکی عمدتاً کم توان و فرکانس بالا است که می تواند برای معاینه و درمان سونوگرافی استفاده شود. امواج فراصوت مورد استفاده در زمینه صنعتی عمدتاً پرقدرت و فرکانس بالا هستند که می توانند برای پردازش، تمیز کردن، اندازه گیری و غیره استفاده شوند. فرکانس و توان فراصوت دو شاخص کلیدی عملکرد فراصوت هستند. انتخاب پارامترهای مناسب فراصوت می تواند بهتر نیازهای کاربردی را برآورده کند.