دانلود تحقیق تولید ماورای صوت

تولید ماورای صوت

مقدمه

علم صوت به معنی وسیع کلمه تولید ، تراگسیل و دریافت انرژی بصورت ارتعاش در ماده است. اگر اتمها و مولکولهای شاره یا جامد از اوضاع طبیعی خود تغییر مکان یابند، نیروی الاستیک در آن پدید می‌گردد، که مربوط به سختی جسم است و می‌خواهد جسم را به حالت نخست باز گرداند، این را نیروی برگرداننده گویند. تأثیر این نیروی الاستیک برگرداننده توأم با خاصیت اینرسی دستگاه ، ماده را برای ارتعاشهای نوسانی و در نتیجه تراگسیل موجهای آکوستیکی قابل می‌سازد. امواج صوتی امواج مادی بوده که هم طولی و هم عرضی می‌تواند باشد. در شاره ها بصورت طولی است و در محیطهای دیگر هم بصورت طولی و هم بصورت عرضی است. یعنی فرضا اگر صوت وارد یک ماده جامد شود، به موج طولی و عرضی با سرعتهای متفاوت تجزیه می‌شود.

 

امواج ماورای صوت را به روشهای مکانیکی و الکتریکی و مغناطیسی می‌توان تولید کرد. ابزار مکانیکی تولید ماورای صوت عبارت است از: سیرن ، سوتک گالتن ، مولد الکتریکی ، مولد مغناطیسی ، نوسانگر پیزو الکتریک و نوسانگر مانیتواستریکتیو که در زیر برخی از آنها که کاربرد وسیعی دارند شرح مختصری می‌دهیم.

سیرن

سیرن از یک ظرف محکم ساخته شده است که بوسیله لوله‌ای به تلمبه تراکم هوا مربوط می‌شود و می‌توان در آن هوای با فشار زیاد متراکم کرد. در قسمتی از سطح بالایی این ظرف دو صفحه فلزی گرد محور واحدی قرار دارند که بر روی آنها تعدادی سوراخ به یک فاصله از محور موجود است. صفحه پایین ثابت است و صفحه بالایی می‌تواند بر روی آن با سرعت زیاد دوران کند.

سوراخهایی که بر روی این دو صفحه موجود است، می‌توانند در مقابل یکدیگر قرار گیرند. ولی امتداد آنها در صفحه بالایی و پایینی برهم قرار ندارد و طوری است که وقتی هوایی با فشار زیاد از سوراخهای پایینی به دهانه سوراخهای بالایی می‌رسد، تغییر جهت و امتداد می‌دهد. و همین تغییر جهت حرکت هوا سبب می‌گردد که بر صفحه بالایی نیرویی اثر کند و آن را به چرخش در آورد. فرکانس صوتی که سیرن تولید می‌کند با تعداد سوراخهای صفحه دوّار (p) و نیز تعداد دوری که صفحه گردان سیرن در ثانیه دوران می کند (n) نسبت مستقیم دارد (f = pn). که در آن f فرکانس صوت می‌باشد.

معمولا بر روی سیرنها دستگاهی است که می تواند صوت حاصل را مشخص کند. ولیکن اگر تعداد سوراخها در صفحه بسیار زیاد و نیز فشار هوا یا بخار آب که در ظرف سیرن متراکم شده است، بسیار زیاد باشد، ارتعاشات ماورای صوت تولید می‌شود. به کمک این سیرنها امواجی تا فرکانس200 کیلو هرتز تولید کرده‌اند.

وتک گالتن

در سال 1883 نخستین بار گالتن متوجه امواج ماورای صوت شد. او با استفاده از لوله بسته‌ای که به کمک یک پیچ می‌توانست طول آن را تغییر دهد، ارتعاشات صوتی بسیار ریزی با فرکانس زیاد تولید کرد. و ضمن کاهش تدریجی طول لوله بسته متوجه شد که در هنگام دمیدن در آن صدایی را نمی‌شنود. ولیکن سگی که در نزدیکی وی بود عکس العمل نشان می‌دهد. همین موضوع او را متوجه امواج ماورای صوت کرد.

در سال 1900 میلادی آ. ادلمان سوتک گالین را کامل کرد و آن را به فرکانس حدود 170000 هرتز رسانید. در سال 1916 میلادی هارتمان بر اساس کارهای قبلی سوتکی ساخت که در آن هوای متراکم از یک سوراخ مخروطی شکل خارج و به دهانه لوله استوانه‌ای شکل که طول و قطر آن برابر است وارد می‌گردد و تولید صوت می‌کند. در سوتک هارتمان سرعت خروج هوا و برخورد آن به لوله سوتک بسیار زیاد و بیش از سرعت صوت است.

نوسانگر مغناطیسی

این نوسانگرها براساس خاصیت ماگنتوستریکشن و استفاده از یک میدان الکتریکی متناوب ساخته می‌شود. خاصیت ماگنتوستریکشن عبارت است از تغییر شکل و تغییر حجم یک ماده مغناطیسی (آهن ، نیکل و کبالت) در اثر آهنربا شدن. ساده‌ترین تغییری که در اثر آهنربا شدن یک ماده مغناطیسی بررسی می‌شود تغییر نسبی طول یعنی Δl/l است. که در این رابطه Δl تغییر طول و ا طول اولیه ماده مغناطیسی است.

اگر میله ای از یک ماده مغناطیسی مانند نیکل را انتخاب کنیم و در اطراف آن یک سیم روپوش دار بپیچیم و آن را در یک مدار الکتریکی قرار دهیم، مشاهده می‌شود که هر گاه جریان الکتریکی از سیم پیچ بگذرد طول میله کوتاه می شود و پس از قطع جریان میله به طول اولیه خود باز می گردد. چنانچه بتوانیم به کمک یک رئوستا شدت جریان الکتریکی را افزایش دهیم، تغییر طول میله Δl بیشتر می شود.

ضمنا اگر جهت جریان الکتریکی را تغییر دهیم باز هم میله منقبض خواهد شد. مشخص می‌شود که کاهش طول میله که در اثر میدان مغناطیسی سیم پیچ و آهنربا شدن آن ظاهر می‌شود، به جهت میدان الکتریکی بستگی ندارد. ولیکن اندازه تغییر طول میله به اندازه شدت میدان الکتریکی بستگی دارد. در عمل نوسانگرهای مغناطیسی را به این ترتیب می‌سازند که به جای میله‌های نیکلی ورقه‌های نازک نیکلی که رویه‌ای از یک ماده عایق الکتریکی دارند، بکار می‌برند.

این ورقه ها را مانند آنچه در هسته‌های ترانسفورماتور مشاهده می‌کنیم بر روی یکدیگر قرار می‌دهند و به هم متصل می‌کنند. علت بکار بردن ورقه‌های نیکل به جای میله نیکل جلوگیری از جریانهای گردابی (جریان فوکو) است. ضمنا بجای آنکه فقط از یک سیم پیچ استفاده شود، دو سیم پیچ به دور هسته نیکلی پیچیده می‌شود، که از یکی جریان مستقیم و از سیم پیچ دیگر جریان متناوب عبور می‌کند.

نوسانگر پیزوالکتریک

خاصیت پیزوالکتریک عبارت است از ایجاد اختلاف پتاسیل الکتریکی در دو طرف یک بلور هنگامی که آن بلور تحت فشار یا کشش قرارگیرد و نیز انبساط و انقباض آن بلور هنگامی که تحت تأثیر یک میدان الکتریکی واقع شود.

پدیده پیزوالکتریک که در سال 1880 توسط پیرکوری کشف شد، نه تنها در تولید ارتعاشات ماورای صوت مورد استفاده قرار می‌گیرد، بلکه در بسیاری دیگر از ابزارها از جمله در میکروفونهای کریستالی ، پیک آپ گرامافون ، تولید نوسانهای الکتریکی و فندک بکار می‌رود. خاصیت پیزو الکتریک در بلورهای کوارتز ، تورمالین ، تاتارات سدیم و پتاسیم و تیتانات باریم مشاهده شده است

پیام های دیگران ( نظر بدین )        PermaLink        دوشنبه، 21 خرداد، 1386 - حمید آشوری

۲۸۸) ژنراتورهای اشعه ایکس(X – ray Generator)

وظیفه تولید ولتاژ بالای لازم برای ایجاد اشعه ایکس را درتیوب ژنراتورهای ولتاژ بالا بر عهده دارند. تغذیه این ژنراتورها از برق v 220 شهر به گونه تکفاز و یا سه فاز می باشد که خروجی ای تاحد kv 150 در مدت زمان کوتاهی تولید می کند. این بخش از سیستم رادیولوژی از یک جعبه فلزی متصل به زمین و پر از روغن و ترانسفورماتور ولتاژ پائین برای تغذیه فیلمان ها، همچنین یک ترانسفورماتور ولتاژ بالا و مجموعه ای از دیودهای یکسوکننده ولتاژ بالا و تعدادی کنتاکتور تشکیل شده است. وجود روغن درون جعبه ژنراتور به دلیل عدم بروز جرقه الکتریکی ناشی از ولتاژ بسیار بالا می باشد.

• ژنراتورهای اشعه ایکس(X – ray Generator):
انرژی فوتون های اشعه ایکس تولید شده تابع 1- انرژی جنبشی الکترون ها، 2- اختلاف پتانسیل دو سر تیوپ است. ابتدا ولتاژی حدود kv  150 – 40 به دو قطب تیوپ اشعه ایکس اعمال می شود. الکترون هایی که توسط فیلامان تولید شده اند دراین اختلاف پتانسیل به سمت قطب آند شتاب می گیرند و پس از برخورد به هدف به فوتون هایx – ray تبدیل می شوند. اختلاف پتانسیل در سر تیوپ، موجب افزایش انرژی جنبشی الکترون ها و تولید فوتون های پر انرژی تر می گردد. هر چه ضخامت عضو بیشتر باشد، فوتون های پر انرژی تری لازم است. برای به راه اندازی تیوپ و در تولید اشعه ایکس، از ژنراتور استفاده می شود.
- وظایف ژنراتور:
1- تأمین اختلاف پتانسیل دو سر تیوپ اشعه ایکس.
2- ملتهب کردن فیلامان برای تولید الکترون.
3- کنترل اختلاف پتانسیل دو سر تیوپ.
ولتاژ مورد استفاده در ژنراتورهای اشعه ایکس از نوع ولتاژ متناوب است.
دو نوع ولتاژ متناوب داریم: 1- تکفاز و 2- سه فاز.
- نحوه تولید برق تکفاز:
مبنای کار، قانون القای الکترومغناطیسی است. در نتیجه گردش یک سیم پیچ درون میدان مغناطیسی ثابت با القای ولتاژ در سیم پیچ لازم است.
- نحوه تولید برق سه فاز:
در مولدهای سه فاز، سه سیم پیچ به طور همزمان درون میدان مغناطیسی می چرخند. هر سیم پیچ با اختلاف زاویه ˚120 نسبت به بقیه قرارگرفته است. به علت متفاوت بودن موقعیت سیم پیچ ها، مقدار ولتاژ تولیدی در هر سیم پیچ در یک زمان مشخص متفاوت است.
• ترانسفورماتورها:
وسیله افزایش یا کاهش ولتاژ نسبت به مقدار مبنا هستند و بر دو نوعند:
- ترانسفورماتور افزاینده (step up Transformer).
- ترانسفورماتور کاهنده (step down Transformer).

- اجزای ترانسفورماتور:
1- هسته فلزی.
2- دو سری سیم پیچ که بر روی هسته فلزی پیچیده می شوند.
سیم پیچ متصل به ولتاژ ورودی سیم پیچ اولیه و سیم پیچی که ولتاژ تغییریافته از آن خارج شده سیم پیچ ثانویه نام دارد. سیم پیچ ها نسبت به هم عایق بندی شده است. تشکیل میدان مغناطیسی موجب القای مجدد جریان در سیم پیچ های ثانویه و هسته فلزی می شود. برای آنکه در سیم پیچ ثانویه جریانی القا شود، بایستی ولتاژ ورودی متناوب(AC) باشد. ولتاژ متناوب، ‌میدان مغناطیسی متناوبی را در هسته ایجادکرده و شار در واحد زمان تغییرمی کند. بر مبنای قانون القای فارادی،‌ تغییر در شار مغناطیسی موجب القاء جریان جدید در سیم پیچ ثانویه می گردد.

- انواع ترانسفورماتورها (بر حسب شکل هسته و نحوه پیچیده شدن سیم پیچها)
1- ترانسفورماتور با هسته close – core: این هسته ها به صورت یک مربع بسته ساخته شده اند که هر سیم پیچ جداگانه بر روی یک طرف هسته پیچیده می شود.
2- اتوترانسفورماتور: هسته آنها به صورت میله ای بوده و معمولاً یک سیم پیچ برروی آنها پیچیده می شود.  از این ترانسفورماتورها در مدار اشعه ایکس استفاده می شود.
3- ترانسفورماتور با هسته shell – type: هسته این ترانسفورماتور به صورت دو حلقه چسبیده به هم می باشد و سیم پیچ های اولیه و ثانویه بر روی هم روی ستون وسط پیچیده می شوند. از این نوع نیز در مدارهای اشعه ایکس استفاده می شود.

- مدار ژنراتور اشعه ایکس از دو قسمت تشکیل شده است:
1-  مدار ژنراتور اشعه ایکس.
2- تیوپ اشعه ایکس.
- مدار ژنراتور اشعه ایکس بر حسب مقدار ولتاژ عبوری دارای دو قسمت است:
1- مدار اولیه(Control console): ولتاژ عبوری از مداراولیه در محدوده ولتاژهای معمولی یا فشار ضعیف است. پانل کنترل به عنوان قسمتی از مدار اولیه است.
2-  مدار ثانویه(فشار قویHigh – Voltage): ولتاژ در محدوده ولتاژهای فشار قوی می باشد.• مدار ساده ژنراتور اشعه ایکس:

o مدار اولیه: فشار ضعیف است و دارای ولتاژ حدود V240 تا 415 می باشد.
- اجزای مدار اولیه:
فیوزها، کلید اصلی، قطع کننده های مدار، اتوترانسفورماتور، جبران کننده ولتاژ اصلی، کنترل kv، کلید کنتاکتور اولیه، اندازه گیر kv، سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور فشارقوی، مدار زمان سنج، مدار گرم کننده فیلامنت، مدارات جبران کننده.
o مدار ثانویه: فشار قوی است و ولتاژ بیشتر از kvp 75 دارد.
-  اجزای مدار ثانویه:
سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور فشار قوی، یکسو کننده  های فشارقوی، تیوپ اشعه ایکس، سیم پیچ ثانویه، ترانسفورماتور گرم کننده فیلامنت