دانلود تحقیق امواج اولتراسوند

تعریف امواج فراصوت

ultrasound از ultra به معنی ماورا و نیز sound به معنی صوت یا صدا گرفته شده‌است. امواج فراصوت به شکلی از انرژی از امواج مکانیکی گفته می‌شود که فرکانس آنها بالاتر از حد شنوایی انسان باشد. گوش انسان قادر است امواج بین ۲۰ هرتز تا ۲۰۰۰۰ هرتز را بشنود. هر موج (شنوایی یا فراصوت) یک آشفتگی مکانیکی در یک محیط گاز، مایع و یا جامد است که به بیرون از چشمه صوتی و با سرعتی یکنواخت و معین حرکت می‌کند. در حرکت یا گسیل موج مکانیکی، ماده منتقل نمی‌شود. اگر ارتعاش ذرات در جهت عمود بر انتشار صوت باشد، موج عرضی است که بیشتر در جامدات رخ می‌دهد و در صورتی که ارتعاش در راستای انتشار امواج باشد، موج طولی است. انتشار در بافتهای بدن به صورت امواج طولی است. از این رو در پزشکی با اینگونه امواج سر و کار داریم.

این امواج از ویژگیهای ذکر شده در ذیل برخوردارند :

1-   موج با فرکانس بالاتر دارای طول موج کوتاه تر است. این بدان معناست که تفرق بآسانی اتفاق نمی افتد. اگر بخواهیم شعاع مستقیم و در یک جهت ثابت و متمرکز از موج تشکیل دهیم با موج اولتراسوند راحت تر به نتیجه می رسیم تا صوت معمولی.

2-   امواج اولتراسوند براحتی از دیوار های فلزی یک ساختمان عبور می کنند. این بدان معناست که در کاربردهای نظیر اندازه گیری سطح سوخت مایع در یک تانک سیستم اندازه گیری را می توان در خارج از تانک نیز نصب کرد.

سنسورهای اولتراسونیک

امواج صوتی با فرکانس‌های بالاتر از فرکانس شنوایی ( امواج التراسونیک) را می‌فرستند و امواج بازگشتی را دریافت می‌کنند. از تاخیر زمانی و سرعت صوت در هوا برای تعریف فاصله از هدف استفاده می‌کنند و همچنین می‌توان تنها برای تشخیص هدف و وجود یا عدم وجود آن مورد استفاده قرار گیرد.

تاریخچه

در سال ۱۸۷۶ میلادی، فرانسیس گالتون برای اولین بار پی بوجود امواج فراصوت برد. در زمان جنگ جهانی اول کشور انگلستان برای کمک به جلوگیری از غرق شدن غم انگیز کشتی‌هایش توسط زیردریاییهای کشور آلمان در اقیانوس آتلانتیک شمالی دستگاه کشف کننده زیردریایی‌ها به کمک امواج صوتی به نام صوت‌یاب (Sonar) ابداع کرد. این دستگاه امواج فراصوت تولید می‌کرد که در پید اکردن مسیر کشتیها استفاده می‌شد. این تکنیک در زمان جنگ جهانی دوم تکمیل گردید و بعدها بطور گسترده‌ای در صنعت این کشور برای آشکار سازی شکافها در فلزات و سایر موارد مورد استفاده قرار می‌گرفت. از کاربرد بخصوصی که انعکاس صوت در جنگ و صنعت داشت صوت‌یاب به علم پزشکی وارد شد و تبدیل به یک وسیله تشخیصی بزرگ در علم پزشکی گردید.

جزئیات سنسورهای التراسونیک

بخش‌های مختلف سنسورهای التراسونیک:

مولد ولتاژ بالا

مبدل پیزوالکتریک (فرستنده و گیرنده)

طبقه پردازش سیگنال

طبقه خروجی

سنسور التراسونیک توسط مولد ولتاژ بالا (1) تحریک می شود, مبدل (فرستنده – گیرنده)(2) یک موج التراسونیک پالسی تولید می کند ( این موج با توجه به نوع فراورده یا کالا  200 تا 500 کیلو هرتز است.) که از طریق هوای اطراف با سرعت صوت حرکت می کند. وقتی موج به یک شیئ برخورد می کند منعکس شده و به سمت مبدل برمی گردد.

یک میکروکنترولر سیگنال دریافت شده را آنالیز می کند(3) و فاصله زمانی بین فرستادن سیگنال و انعکاس آن را اندازه گیری می کند. سپس با مقایسه این زمان با زمان های از پیش تنظیم شده, حالت های خروجی را تعریف و کنترل می کند.(4)

طبقه خروجی (4) یک دابل سویچ حالت جامد

   (ترانزیستور NPN و PNP ) وابسته به یک

  کنتاکت  Normally Open را کنترل می کند.

روشهای تولید امواج فراصوت

روش پیزوالکتریسیته

تأثیر متقابل فشار مکانیکی و نیروی الکتریکی را در یک محیط اثر پیزو الکتریسیته می‌گویند. بطور مثال بلورهایی وجود دارند که در اثر فشار مکانیکی، نیروی الکتریکی تولید می‌کنند و برعکس ایجاد اختلاف پتانسیل در دو سوی همین بلور و در همین راستا باعث فشردگی و انبساط آنها می‌شود که ادامه دادن به این فشردگی و انبساط باعث نوسان و تولید امواج می‌شود. مواد (بلورهای) دارای این ویژگی را مواد پیزو الکتریک می‌گویند. اثر پیزو الکتریسیته فقط در بلورهایی که دارای تقارن مرکزی نیستند، وجود دارد. بلور کوارتز از این دسته مواد است و اولین ماده‌ای بود که برای ایجاد امواج فراصوت از آن استفاده می‌شد که اکنون هم استفاده می‌شود.

اگر چه مواد متبلور طبیعی که دارای خاصیت پیزو الکتریسیته باشند، فراوان هستند. ولی در کاربرد امواج فراصوت در پزشکی از کریستالهایی استفاده می‌شود که سرامیکی بوده و بطور مصنوعی تهیه می‌شوند. از نمونه این نوع کریستالها، مخلوطی از زیرکونیت و تیتانیت سرب (Lead zirconat & Lead titanat) است که به شدت دارای خاصیت پیزوالکتریسیته هستند. به این مواد که واسطه‌ای برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی و بالعکس هستند، مبدل یا ترانسدیوسر (transuscer) می‌گویند. یک ترانسدیوسر فراصوتی بکار می‌رود که علامت الکتریکی را به انرژی فراصوت تبدیل کند که به داخل بافت بدن نفوذ و انرژی فراصوت انعکاس یافته را به علامت الکتریکی تبدیل کند.

(تصاویر در فایل اصلی موجود است)

دانشنامه کلمات:الکتریسیته

الکتریسیته

مجموعه‌ای از پدیده‌های طبیعیست که به حضور و جریان بار الکتریکی وابسته است. الکتریسیته آثار معروف متنوعی چون آذرخش، الکتریسیته ساکن، القای الکترومغناطیسی و جریان الکتریکی دارد