Sóng siêu âm là gì | Những điều cần biết về sóng siêu âm

5/5 – (20 bình chọn)

Sóng siêu âm là gì?

Sóng siêu âm là một rung động được truyền qua một phương tiện, chẳng hạn như không khí, nước, kim loại. Sóng siêu âm là những âm thanh không nghe thấy được với tần số cao hơn giới hạn nghe thấy đối với con người, thường vượt quá 20 kHz cho tới vài Gigahertz.

Sóng siêu âm có tần số cụ thể hoặc số lần dao động trong 1 giây và vận tốc của sóng siêu âm tại một thời điểm, nhiệt độ cụ thể là không đổi trong một môi trường. Công thức thể hiện:

W = C / F (hoặc) W = CT

Trong đó:

• W = Chiều dài sóng
• C = Vận tốc của âm thanh trong môi trường
• F = Tần số của sóng
• T = Khoảng thời gian

Nguyên lý hoạt động của sóng siêu âm

Về bản chất, sóng siêu âm là sóng cơ học do đó nó tuân theo mọi quy luật đối với sóng cơ. Và để tạo ra sóng siêu âm có thể tác động một lực cơ học vào môi trường truyền âm: không khí, chất lỏng, chất rắn giống các âm thanh bình thường. Với tốc độ tương tương với tốc độ của âm thanh, nhưng do có tần số cao hơn nên bước sóng ngắn hơn bước sóng âm thanh.

Sóng siêu âm sẽ được truyền đi dưới dạng hình cầu rỗng đồng tâm, bề mặt của các quả cầu là các phân tử không khí nén, và không gian giữa các quả cầu là phần mở rộng của các phân tử không khí mà sóng âm truyền qua. Mỗi lượt sóng siêu âm nở và nén được gọi là một chu kỳ. Do đó, trong vòng 1 giây, khi sóng siêu âm hoàn thành 50 chu kỳ tức là chúng đã thực hiện 50 lần giãn nở và nén.
Thuật ngữ tần số chỉ số chu kỳ trên một đơn vị thời gian mà sóng âm thanh dao động. Một chu kỳ trên giây được gọi là hertz và được viết tắt là Hz. Các đơn vị khác của thang đo trong siêu âm là kilohertz (kHz), đại diện cho 1.000 Hz; và megahertz (MHz), đại diện cho 1.000.000 Hz hoặc 1.000 kHz.

Các đại lượng đặc trưng của sóng siêu âm

Sóng siêu âm là một tập hợp của các lần nén và dãn thay đổi tuần tự theo dạng hình sin. Trong đó các đỉnh sóng sẽ thể hiện mức áp lực cao nhất còn các đáy sóng thể hiện mức áp lực thấp nhất. Các đại lượng đặc trưng của sóng bao gồm:

• Chu kỳ T: là khoảng thời gian mà sóng thực hiện một lần nén và một lần dãn, đơn vị s.
• Tần số f: số chu kỳ thực hiện được trong 1 giây, đơn vị Hz.
• Vận tốc truyền của sóng âm: quãng đường mà sóng âm truyền được sau một đơn vị thời gian.
• Độ dài bước sóng: quãng đường mà sóng truyền được sau khoảng thời gian bằng một chu kỳ, đơn vị micromet.

Phân loại sóng siêu âm

Theo phương dao động

• Sóng ngang

Có phương dao động của các phần tử của môi trường vuông góc với tia sóng. Sóng ngang thường xuất hiện trong các môi trường có tính đàn hồi về hình dạng, cụ thể là các vật rắn.

• Sóng dọc

Có phương dao động của các phần tử môi trường trùng với tia sóng. Sóng dọc thường xuất hiện trong các môi trường chịu biến dạng về thể tích , cụ thể là môi trường vật rắn, lỏng hoặc khí.

Phân loại theo tần số

• Sóng âm tần số cực thấp: hay còn gọi là sóng hạ âm, tiếng Anh là Infrasound có tần số f < 16 Hz.
• Sóng âm tần số nghe thấy được, tiếng Anh là Audible sound có tần số f = 16 Hz- 20kHz.
• Sóng siêu âm, tiếng Anh là Ultrasound có tần số f > 20 kHz

Ứng dụng của sóng siêu âm

Với những bước sóng ngắn nên độ phân giải của ảnh chụp siêu âm có thể phân biệt các vật thể nhỏ có kích cỡ milimet. Do vậy mà hiện nay sóng siêu âm được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, nổi bật nhất là trong y học. Dưới đây la fmootj số ứng dụng điển hình:

Sóng siêu âm trong y học

Sóng siêu âm đóng vai trò vô cùng quan trọng trong y học, cụ thể được ứng dụng trong hoạt động siêu âm, thăm khám. Nhờ vào công nghệ siêu âm chẩn đoán mà các bác sĩ có thể đưa ra những dự đoán một cách chính xác nhất về tình trạng của người bệnh. Từ đó có phương án, liệu trình điều trị hiệu quả.

Sóng siêu âm trong lĩnh vực tẩy rửa

Sóng siêu âm được dùng để sản xuất, chế tạo dòng máy tẩy rửa chạy bằng sóng siêu âm. Cụ thể khi bộ rung của sóng siêu âm hoạt động sẽ sinh ra các tín hiệu dao động của điện từ và cung cấp nguồn năng lượng cho đầu dò để máy vận hành. Đầu dò sẽ khiến máy phát sóng siêu âm sản sinh tín hiệu rung điện từ và chuyển hóa thành chấn động rung siêu âm cho máy. Đồng thời còn sản sinh ra các bọt bóng khi đó trên bề mặt vật thể cần tẩy rửa sẽ bùng nổ, phát ra luồng xung kích rất mạnh len lõi quét qua toàn bộ bề mặt vật thể.

Sóng siêu âm trong khoa học quân sự

Sóng siêu âm được sử dụng để phát hiện thủy sản, tài nguyên biển; cảnh báo chướng ngại vật trên biển như: đá ngầm, bãi ngầm, núi băng, đôi khi, chúng cũng là công cụ để tìm kiếm các loại tàu ngầm xâm nhập bất hợp pháp. Sóng siêu âm hoàn toàn có thể thay thế ra-da để hoạt động dưới nước.

Sóng siêu âm trong trong công nghiệp

Sóng siêu âm được dùng để sản xuất đồng hồ đo lưu lượng nước siêu âm và được ứng dụng phổ biến trong các nhà máy, khu công nghiệp. Với cơ chế hoạt động sử dụng nguyên lý sóng siêu âm để đo lưu lượng, tính toán lưu lượng thể tích dựa trên khoảng thời gian di chuyển của các âm thanh giữa các cặp sensor gắn trên thiết bị. Và ưu điểm có độ chính xác cao, đáp ứng được tiêu chuẩn đối với lưu lượng sử dụng cho thương mại, sử dụng được trong nhiều loại môi chất khác nhau…

Sóng siêu âm trong xử lý khí thải

Sóng siêu âm đã được sử dụng để kết dính, hoặc đông tụ, các hạt rắn hoặc lỏng có trong bụi, sương mù hoặc khói thành các cục lớn hơn. Kỹ thuật này được sử dụng trong một quá trình được gọi là tẩy rửa bằng sóng siêu âm, bằng cách đó các hạt vật chất được đông tụ trong các túi khí trước khi nó gây ô nhiễm bầu khí quyển. Đông tụ cũng đã được sử dụng tại các sân bay để phân tán sương mù và sương mù.

Ngoài ra, sóng siêu âm còn được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực, môi trường khác như trong thực phẩm, công nghệ…

Tổng kết

Bài viết trên đây chúng tôi đã tổng hợp những thông tin cơ bản về sóng siêu âm cùng những kiến thức liên quan và ứng dụng của sóng siêu âm trong công nghiệp, y học, thực phẩm…Lưu ý, để lựa chọn được thiết bị tạo sóng siêu âm phù hợp người dùng cần tìm hiểu kỹ về tần số siêu âm thích hợp với ứng dụng.

Quý Vị có thể tham khảo thêm một thiết bị sử dụng sóng siêu âm khá phổ biến: Cảm biến siêu âm đo mức chất lỏng – chất rắn