Ultrason
Ultrason, insan işitme duyusunun üst duyulabilir sınırından daha yüksek frekanslara sahip ses dalgalarıdır. Ultrason, insanların duyamaması dışında fiziksel özellikleri bakımından "normal" (duyulabilir) sesten farklı değildir. Bu sınır kişiden kişiye değişir ve sağlıklı genç yetişkinlerde yaklaşık 20 kilohertzdir (20.000 hertz). Ultrason cihazları 20 kHz'den birkaç gigahertz'e kadar frekanslarla çalışır. ⓘ
Ultrason birçok farklı alanda kullanılmaktadır. Ultrasonik cihazlar nesneleri tespit etmek ve mesafeleri ölçmek için kullanılır. Ultrason görüntüleme veya sonografi genellikle tıpta kullanılır. Ürünlerin ve yapıların tahribatsız testinde, ultrason görünmez kusurları tespit etmek için kullanılır. Endüstriyel olarak ultrason, kimyasal süreçleri temizlemek, karıştırmak ve hızlandırmak için kullanılır. Yarasalar ve yunuslar gibi hayvanlar avlarını ve engelleri bulmak için ultrason kullanırlar. ⓘ
Ultrason veya yansılanım (İng, ultrasound), insan kulağının işitemeyeceği kadar yüksek frekanslı ses dalgalarına verilen addır,İngilizce Ultrasound sözcüğünden oluşturulmuş bir kelimedir,bu kelimde Yüksek ses anlamına gelir. ⓘ
Ses bir enerji türüdür ve cisimlerin titreşimi sonucunda meydana gelir. X ışınları nın tersine ses elektromanyetik değildir. Ultrases, katı, sıvı veya gaz ortamda akustik bir dalgadır. Sesin iletilebilmesi için bir ortam (madde) gereklidir v yayılımı, bir yerden başka bir yere enerji taşınımı şeklindedir. Ses dalgalarının yayılma hızı, ortamın yoğunluğuna bağlıdır. ⓘ
Tarihçe
Ses bilimi olan akustik, MÖ 6. yüzyılda telli çalgıların matematiksel özellikleri üzerine yazan Pisagor'a kadar uzanmaktadır. Yarasalarda ekolokasyon, 1794 yılında Lazzaro Spallanzani tarafından, yarasaların görerek değil duyulamayan seslerle avlandıklarını ve yönlerini bulduklarını göstermesiyle keşfedilmiştir. Francis Galton 1893 yılında, insanların ve diğer hayvanların işitme aralığını ölçmek için kullandığı ultrason üreten ayarlanabilir bir düdük olan Galton düdüğünü icat etti ve birçok hayvanın insanların işitme aralığının üzerindeki sesleri duyabildiğini gösterdi. Ultrasonun ilk teknolojik uygulaması, 1917'de Paul Langevin tarafından denizaltıları tespit etme girişimiydi. Jacques ve Pierre Curie tarafından 1880'de keşfedilen piezoelektrik etki, hava ve suda ultrasonik dalgalar üretmek ve tespit etmek için dönüştürücülerde kullanışlıdır. ⓘ
Tanım
Ultrason, Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü tarafından "20 kHz'den daha yüksek frekanslarda ses" olarak tanımlanmaktadır. Atmosferik basınçtaki havada, ultrasonik dalgaların dalga boyları 1,9 cm veya daha azdır. ⓘ
Algılama
İnsanlar
İnsanlardaki üst frekans sınırı (yaklaşık 20 kHz) orta kulağın sınırlamalarından kaynaklanmaktadır. Yüksek yoğunluklu ultrason doğrudan insan kafatasına verilirse ve orta kulaktan geçmeden kemik iletimi yoluyla kokleaya ulaşırsa işitsel duyum oluşabilir. ⓘ
Çocuklar, yaşlı yetişkinlerin duyamadığı bazı tiz sesleri duyabilir, çünkü insanlarda işitmenin üst sınır perdesi yaşla birlikte azalma eğilimindedir. Bir Amerikan cep telefonu şirketi bunu kullanarak sadece genç insanların duyabileceği zil sinyalleri oluşturmuştur, ancak birçok yaşlı insan bu sinyalleri duyabilmektedir, bunun nedeni üst işitme eşiğindeki yaşa bağlı bozulmanın önemli ölçüde değişkenlik göstermesi olabilir. Sivrisinek, gençlerin aylak aylak dolaşmasını caydırmak için tiz bir frekans kullanan elektronik bir cihazdır. ⓘ
Hayvanlar
Yarasalar avlarını tespit etmek için çeşitli ultrasonik menzil (ekolokasyon) teknikleri kullanırlar. Frekansları 100 kHz'in ötesinde, muhtemelen 200 kHz'e kadar tespit edebilirler. ⓘ
Birçok böcek iyi ultrasonik işitme duyusuna sahiptir ve bunların çoğu ekolokasyon yapan yarasaları dinleyen gece böcekleridir. Bunlar arasında birçok güve, böcek, peygamberdevesi ve dantel kanadı grubu yer alır. Yarasa sesini duyan bazı böcekler yakalanmamak için kaçınma manevraları yaparlar. Ultrasonik frekanslar, noktuid güvesinde, saldırıdan kaçmak için uçuşunda hafifçe düşmesine neden olan bir refleks eylemini tetikler. Kaplan güveleri de yarasaların ekolokasyonunu bozabilecek tıklamalar yayar ve diğer durumlarda ses yayarak zehirli olduklarının reklamını yapabilirler. ⓘ
Köpeklerin ve kedilerin işitme aralığı ultrasona kadar uzanır; bir köpeğin işitme aralığının üst ucu yaklaşık 45 kHz iken, bir kedininki 64 kHz'dir. Kedi ve köpeklerin vahşi ataları, tercih ettikleri avları olan küçük kemirgenlerin çıkardığı yüksek frekanslı sesleri duymak için bu yüksek işitme aralığını geliştirmiştir. Köpek düdüğü, köpekleri eğitmek ve çağırmak için kullanılan, ultrason yayan bir düdüktür. Çoğu köpek düdüğünün frekansı 23 ila 54 kHz aralığındadır. ⓘ
Yunuslar da dahil olmak üzere dişli balinalar ultrason sesini duyabilir ve bu tür sesleri yön bulma ve avlarını yakalamak için navigasyon sistemlerinde (biyosonar) kullanırlar. Yunuslar yaklaşık 160 kHz ile bilinen en yüksek üst işitme sınırına sahiptir. Çeşitli balık türleri ultrasonu algılayabilir. Clupeiformes takımında, Alosinae (tirsi balığı) alt familyası üyelerinin 180 kHz'e kadar olan sesleri algılayabildiği, diğer alt familyaların (örneğin ringa balıkları) ise sadece 4 kHz'e kadar duyabildiği gösterilmiştir. ⓘ
Ultrason jeneratörü/hoparlör sistemleri, kemirgenleri ve böcekleri korkuttuğu iddia edilen elektronik haşere kontrol cihazları olarak satılmaktadır, ancak cihazların işe yaradığına dair bilimsel bir kanıt yoktur. ⓘ
Tespit ve menzil
Temassız sensör
Ultrasonik seviye veya algılama sistemi hedefle temas gerektirmez. Tıbbi, farmasötik, askeri ve genel endüstrilerdeki birçok işlem için bu, bir kap veya tüp içindeki sıvıları kirletebilecek veya ürün tarafından tıkanabilecek hat içi sensörlere göre bir avantajdır. ⓘ
Hem sürekli dalga hem de darbeli sistemler kullanılmaktadır. Darbeli-ultrasonik teknolojinin arkasındaki prensip, iletim sinyalinin kısa ultrasonik enerji patlamalarından oluşmasıdır. Her patlamadan sonra elektronik sistem, enerjinin kaptan geçmesi için gereken süreye karşılık gelen küçük bir zaman penceresi içinde bir geri dönüş sinyali arar. Yalnızca bu pencere sırasında alınan bir sinyal ek sinyal işleme için uygun olacaktır. ⓘ
Ultrasonik mesafelendirmenin popüler bir tüketici uygulaması, kamerayı otomatik olarak odaklamak için hafif bir dönüştürücü sistemi içeren Polaroid SX-70 fotoğraf makinesiydi. Polaroid daha sonra bu ultrason teknolojisini lisansladı ve çeşitli ultrasonik ürünlerin temeli oldu. ⓘ
Hareket sensörleri ve akış ölçümü
Yaygın bir ultrason uygulaması, ultrasonik bir sensörün bir kişinin yaklaştığını algıladığı ve kapıyı açtığı otomatik bir kapı açıcıdır. Ultrasonik sensörler davetsiz misafirleri tespit etmek için de kullanılır; ultrason tek bir noktadan geniş bir alanı kapsayabilir. Borulardaki veya açık kanallardaki akış, akan sıvının ortalama hızını ölçen ultrasonik akış ölçerler ile ölçülebilir. Reolojide, bir akustik reometre ultrason prensibine dayanır. Akışkanlar mekaniğinde, sıvı akışı bir ultrasonik akış ölçer kullanılarak ölçülebilir. ⓘ
Tahribatsız testler
Ultrasonik test, malzemelerdeki kusurları bulmak ve nesnelerin kalınlığını ölçmek için yaygın olarak kullanılan bir tahribatsız test türüdür. 2 ila 10 MHz frekansları yaygındır, ancak özel amaçlar için başka frekanslar da kullanılır. Muayene manuel veya otomatik olabilir ve modern üretim süreçlerinin önemli bir parçasıdır. Çoğu metalin yanı sıra plastikler ve havacılık kompozitleri de denetlenebilir. Ahşap, beton ve çimento gibi daha az yoğun malzemeleri incelemek için daha düşük frekanslı ultrason (50-500 kHz) da kullanılabilir. ⓘ
Kaynaklı bağlantıların ultrason muayenesi, 1960'lardan beri tahribatsız muayene için radyografiye bir alternatif olmuştur. Ultrasonik muayene, güvenlik ve maliyet avantajları ile iyonlaştırıcı radyasyon kullanımını ortadan kaldırır. Ultrason ayrıca kaynaklı bir bağlantıdaki kusurların derinliği gibi ek bilgiler de sağlayabilir. Ultrasonik muayene, manuel yöntemlerden sürecin çoğunu otomatikleştiren bilgisayarlı sistemlere doğru ilerlemiştir. Bir eklemin ultrasonik testi kusurların varlığını belirleyebilir, boyutlarını ölçebilir ve konumlarını tanımlayabilir. Tüm kaynaklı malzemeler ultrasonik muayeneye eşit derecede uygun değildir; bazı malzemeler ölçümlerde yüksek düzeyde arka plan gürültüsü üreten büyük bir tane boyutuna sahiptir. ⓘ
Ultrasonik kalınlık ölçümü, kaynakların kalitesini izlemek için kullanılan bir tekniktir. ⓘ
Ultrasonik aralık bulma
Ultrasonun yaygın bir kullanımı su altı menzil bulmadır; bu kullanıma Sonar da denir. Belirli bir yönde ultrasonik bir darbe üretilir. Bu darbenin yolunda bir nesne varsa, darbenin bir kısmı veya tamamı vericiye bir yankı olarak geri yansıyacak ve alıcı yolundan tespit edilebilecektir. Gönderilen darbe ile alınan yankı arasındaki zaman farkını ölçerek mesafeyi belirlemek mümkündür. ⓘ
Sonar darbelerinin sudaki ölçülen seyahat süresi, suyun sıcaklığına ve tuzluluğuna büyük ölçüde bağlıdır. Ultrasonik menzil belirleme, havada ve kısa mesafelerde ölçüm için de uygulanmaktadır. Örneğin, elde tutulan ultrasonik ölçüm araçları odaların düzenini hızlı bir şekilde ölçebilir. ⓘ
Su altında menzil bulma, büyük mesafeler (1 ila birkaç kilometre) için hem işitilebilir hem de işitilebilir frekanslarda gerçekleştirilse de, mesafeler daha kısa olduğunda ve mesafe ölçümünün doğruluğunun daha ince olması istendiğinde ultrasonik menzil bulma kullanılır. Ultrasonik ölçümler büyük tuzluluk, sıcaklık veya girdap farklılıkları olan bariyer katmanları ile sınırlandırılabilir. Suda menzil bulma yaklaşık yüzlerce ila binlerce metre arasında değişir, ancak santimetre ila metre hassasiyetle gerçekleştirilebilir ⓘ
Ultrasonla Tanımlama (USID)
Ultrason Tanımlama (USID), nesnelere ve cihazlara takılan veya gömülen basit, ucuz düğümleri (rozetler/etiketler) kullanarak nesnelerin konumunu gerçek zamanlı olarak otomatik olarak izlemek ve tanımlamak için kullanılan bir Gerçek Zamanlı Konumlandırma Sistemi (RTLS) veya İç Mekan Konumlandırma Sistemi (IPS) teknolojisidir ve daha sonra konumlarını mikrofon sensörlerine iletmek için bir ultrason sinyali iletir. ⓘ
Görüntüleme
Optik görüntüyle karşılaştırılabilir çözünürlük üreten 3 GHz ses dalgasıyla nesnelerin ultrasonik görüntülenme potansiyeli 1939'da Sokolov tarafından fark edildi, ancak o zamanki teknikler zayıf hassasiyete sahip nispeten düşük kontrastlı görüntüler üretti. Ultrasonik görüntüleme 2 megahertz ve daha yüksek frekansları kullanır; daha kısa dalga boyu yapı ve dokulardaki küçük iç detayların çözünürlüğünü sağlar. İncelenen nesnede ısınma ve kavitasyon etkilerinden kaçınmak için güç yoğunluğu genellikle santimetrekare başına 1 watt'tan azdır. Akustik mikroskopide 4 gigahertz'e kadar frekanslarda yüksek ve ultra yüksek ultrason dalgaları kullanılır. Ultrasonik görüntüleme uygulamaları arasında endüstriyel tahribatsız testler, kalite kontrol ve tıbbi kullanımlar yer almaktadır. ⓘ
Akustik mikroskopi
Akustik mikroskopi, insan gözü tarafından çözülemeyecek kadar küçük yapıları görselleştirmek için ses dalgalarını kullanma tekniğidir. Akustik mikroskoplarda birkaç gigahertz'e kadar frekanslar kullanılır. Ses dalgalarının mikroskobik yapılardan yansıması ve kırınımı, ışıkla elde edilemeyen bilgiler sağlayabilir. ⓘ
İnsan tıbbı
Tıbbi ultrason, gerçek zamanlı tomografik görüntülerle kasları, tendonları ve birçok iç organı boyutlarını, yapılarını ve herhangi bir patolojik lezyonu yakalamak için görselleştirmek için kullanılan ultrason tabanlı bir tanısal tıbbi görüntüleme tekniğidir. Ultrason, radyologlar ve sonograflar tarafından insan vücudunu görüntülemek için en az 50 yıldır kullanılmaktadır ve yaygın olarak kullanılan bir teşhis aracı haline gelmiştir. Bu teknoloji, özellikle manyetik rezonans görüntüleme (MRI) ve bilgisayarlı tomografi (CT) gibi diğer tekniklerle karşılaştırıldığında nispeten ucuz ve taşınabilirdir. Ultrason, rutin ve acil doğum öncesi bakım sırasında fetüsleri görüntülemek için de kullanılır. Hamilelik sırasında kullanılan bu tür tanısal uygulamalar obstetrik sonografi olarak adlandırılır. Şu anda tıp alanında uygulandığı gibi, uygun şekilde yapılan ultrason hasta için bilinen hiçbir risk oluşturmaz. Sonografi iyonlaştırıcı radyasyon kullanmaz ve görüntüleme için kullanılan güç seviyeleri dokuda olumsuz ısınma veya basınç etkilerine neden olmayacak kadar düşüktür. Tanısal yoğunlukta ultrason maruziyetine bağlı uzun vadeli etkiler hala bilinmemekle birlikte, şu anda çoğu doktor hastalara sağladığı faydaların risklerden daha ağır bastığını düşünmektedir. Ultrason muayenesi için ALARA (As Low As Reasonably Achievable) ilkesi savunulmaktadır - yani tarama süresinin ve güç ayarlarının mümkün olduğunca düşük tutulması, ancak tanısal görüntüleme ile tutarlı olması - ve bu ilkeye göre, tanımı gereği gerekli olmayan tıbbi olmayan kullanımlar aktif olarak cesaretlendirilmemektedir. ⓘ
Ultrason, travma ve ilk yardım vakalarında da giderek daha fazla kullanılmakta ve acil ultrason çoğu EMT müdahale ekibinin vazgeçilmezi haline gelmektedir. Ayrıca ultrason, uzaydaki bilimsel deneyler veya mobil spor takımı teşhisi gibi telekonsültasyonun gerekli olduğu uzaktan teşhis vakalarında da kullanılmaktadır. ⓘ
RadiologyInfo'ya göre, ultrasonlar pelvik anormalliklerin tespitinde faydalıdır ve abdominal (transabdominal) ultrason, kadınlarda vajinal (transvajinal veya endovajinal) ultrason ve ayrıca erkeklerde rektal (transrektal) ultrason olarak bilinen teknikleri içerebilir. ⓘ
Veteriner hekimliği
Tanısal ultrason, atlarda yumuşak doku ve tendon yaralanmalarının değerlendirilmesi için harici olarak ve özellikle üreme çalışmaları için dahili olarak kullanılır - kısrağın üreme yolunun değerlendirilmesi ve gebelik tespiti. Ayrıca aygırlarda testis durumu ve çapının değerlendirilmesi için harici olarak ve üreme değerlendirmesi için dahili olarak (deferent kanalı vb.) kullanılabilir. ⓘ
2005 yılına gelindiğinde, ultrason teknolojisi sığır eti endüstrisi tarafından hayvan sağlığını ve sığır operasyonlarının verimini artırmak için kullanılmaya başlanmıştır. Ultrason, canlı hayvanlarda yağ kalınlığını, kaburga gözü alanını ve kas içi yağını değerlendirmek için kullanılır. Ayrıca doğmamış buzağıların sağlığını ve özelliklerini değerlendirmek için de kullanılır. ⓘ
Ultrason teknolojisi, sığır üreticilerinin sığır yetiştiriciliği ve hayvancılığını geliştirmek için kullanılabilecek bilgileri elde etmeleri için bir araç sağlar. Teknoloji pahalı olabilir ve sürekli veri toplama ve operatör eğitimi için önemli bir zaman taahhüdü gerektirir. Bununla birlikte, bu teknolojinin bir sığır yetiştirme operasyonunun yönetilmesi ve yürütülmesinde yararlı olduğu kanıtlanmıştır. ⓘ
İşleme ve güç
Yüksek güçlü ultrason uygulamaları genellikle 20 kHz ile birkaç yüz kHz arasındaki frekansları kullanır. Yoğunluklar çok yüksek olabilir; santimetrekare başına 10 watt'ın üzerinde, sıvı ortamda kavitasyon indüklenebilir ve bazı uygulamalar santimetrekare başına 1000 watt'a kadar kullanır. Bu tür yüksek yoğunluklar kimyasal değişikliklere neden olabilir veya doğrudan mekanik etkiyle önemli etkiler yaratabilir ve zararlı mikroorganizmaları etkisiz hale getirebilir. ⓘ
Fiziksel terapi
Ultrason 1940'lardan beri fizik ve mesleki terapistler tarafından bağ dokusu tedavisinde kullanılmaktadır: bağlar, tendonlar ve fasya (ve ayrıca yara dokusu). Ultrasonun tedavi için kullanılabileceği durumlar arasında şu örnekler yer almaktadır: bağ burkulmaları, kas gerilmeleri, tendinit, eklem iltihabı, plantar fasiit, metatarsalji, faset tahrişi, sıkışma sendromu, bursit, romatoid artrit, osteoartrit ve yara dokusu yapışması. ⓘ
Biyomedikal uygulamalar
Ultrason, dozaj önlemleri ile kullanıldığında oldukça faydalı olabilen teşhis ve tedavi uygulamalarına sahiptir. Nispeten yüksek güçlü ultrason, taşlı birikintileri veya dokuları parçalayabilir, hedeflenen bir alanda ilaçların etkisini hızlandırabilir, dokunun elastik özelliklerinin ölçülmesine yardımcı olabilir ve araştırma için hücreleri veya küçük parçacıkları ayırmak için kullanılabilir. ⓘ
Ultrasonik darbe tedavisi
Ultrasonik darbe işlemi (UIT), metallerin mekanik ve fiziksel özelliklerini geliştirmek için ultrason kullanır. Ultrasonik enerjinin metal bir nesneye uygulandığı bir metalürjik işleme tekniğidir. Ultrasonik işlem, kontrollü artık basınç gerilimi, tane inceltme ve tane boyutu küçültme ile sonuçlanabilir. Düşük ve yüksek döngülü yorulma iyileştirilir ve UIT uygulanmamış numunelere göre on kata kadar daha fazla artış sağladığı belgelenmiştir. Ayrıca, UIT'nin stres korozyon çatlaması, korozyon yorgunluğu ve ilgili sorunları ele almada etkili olduğu kanıtlanmıştır. ⓘ
Ultrasonik dönüştürücü, pimler ve diğer bileşenlerden oluşan UIT aleti iş parçası ile temas ettiğinde, iş parçası ile akustik olarak çiftleşerek harmonik rezonans oluşturur. Bu harmonik rezonans, metallerin çok olumlu tepki verdiği dikkatlice kalibre edilmiş bir frekansta gerçekleştirilir. ⓘ
İşlemin istenen etkilerine bağlı olarak farklı frekansların ve yer değiştirme genliğinin bir kombinasyonu uygulanır. Bu frekanslar 25 ila 55 kHz arasında değişir ve rezonans gövdesinin yer değiştirme genliği 22 ila 50 µm (0,00087 ila 0,0020 inç) arasındadır. ⓘ
UIT cihazları manyetostriktif transdüserlere dayanır. ⓘ
İşleme
Ultrasonikasyon, çeşitli uygulama ve endüstrilerde karıştırma ve kimyasal reaksiyonları iyileştirerek sıvıların ve bulamaçların işlenmesinde büyük bir potansiyel sunar. Ultrasonikasyon, sıvılarda alternatif düşük basınç ve yüksek basınç dalgaları oluşturarak küçük vakum kabarcıklarının oluşmasına ve şiddetli bir şekilde çökmesine neden olur. Bu fenomen kavitasyon olarak adlandırılır ve yüksek hızda çarpan sıvı jetlerine ve güçlü hidrodinamik kesme kuvvetlerine neden olur. Bu etkiler, mikrometre ve nanometre boyutundaki malzemelerin deaglomerasyonu ve öğütülmesinin yanı sıra hücrelerin parçalanması veya reaktanların karıştırılması için kullanılır. Bu açıdan ultrasonikasyon, yüksek hızlı karıştırıcılara ve karıştırıcı boncuk değirmenlerine bir alternatiftir. Bir kağıt makinesinde hareketli telin altındaki ultrasonik folyolar, selüloz liflerini üretilen kağıt ağında daha homojen bir şekilde dağıtmak için patlayan kabarcıklardan gelen şok dalgalarını kullanacak ve bu da daha düzgün yüzeylere sahip daha güçlü bir kağıt yapacaktır. Ayrıca, kimyasal reaksiyonlar kavitasyonun yarattığı serbest radikallerin yanı sıra enerji girdisi ve sınır katmanlar yoluyla malzeme transferinden de faydalanır. Birçok işlem için bu sonokimyasal (bkz. sonokimya) etki, yağın biyodizele dönüştürülmesinde olduğu gibi reaksiyon süresinde önemli bir azalmaya yol açar. ⓘ
Nano-kristalizasyon, nano-emülsifikasyon, deaglomerasyon, ekstraksiyon, hücre bozulması ve diğerleri gibi birçok işleme uygulaması için önemli ultrasonik yoğunluk ve yüksek ultrasonik titreşim genlikleri gereklidir. Genellikle bir proses, fizibilitesini kanıtlamak ve gerekli ultrasonik maruz kalma parametrelerinden bazılarını belirlemek için önce laboratuvar ölçeğinde test edilir. Bu aşama tamamlandıktan sonra proses, üretim öncesi akış optimizasyonu için pilot (tezgah) ölçeğe ve ardından sürekli üretim için endüstriyel ölçeğe aktarılır. Bu ölçek büyütme adımları sırasında, tüm yerel maruz kalma koşullarının (ultrasonik genlik, kavitasyon yoğunluğu, aktif kavitasyon bölgesinde geçirilen süre, vb) aynı kaldığından emin olmak çok önemlidir. Bu koşul sağlanırsa, nihai ürünün kalitesi optimize edilmiş seviyede kalırken, verimlilik öngörülebilir bir "ölçek büyütme faktörü" ile artırılır. Verimlilik artışı, laboratuvar, tezgah ve endüstriyel ölçekli ultrasonik işlemci sistemlerinin giderek daha büyük ultrasonik boynuzlar içermesi, giderek daha büyük yüksek yoğunluklu kavitasyon bölgeleri oluşturabilmesi ve dolayısıyla birim zamanda daha fazla malzeme işleyebilmesinden kaynaklanmaktadır. Buna "doğrudan ölçeklenebilirlik" denir. Ultrasonik işlemcinin gücünün artırılmasının tek başına doğrudan ölçeklenebilirlikle sonuçlanmadığını belirtmek önemlidir, çünkü buna ultrasonik genlik ve kavitasyon yoğunluğunda bir azalma eşlik edebilir (ve sıklıkla eder). Doğrudan ölçek büyütme sırasında, daha büyük bir ultrasonik boynuzun çalışmasını sağlamak için ekipmanın güç derecesi artırılırken tüm işleme koşulları korunmalıdır. ⓘ
Parçacıkların ultrasonik manipülasyonu ve karakterizasyonu
Endüstriyel Malzemeler Araştırma Enstitüsü'nde araştırmacı olan Alessandro Malutta, ultrasonik sabit dalgaların suda seyreltilmiş odun hamuru lifleri üzerindeki hapsedici etkisini ve eşit uzaklıktaki basınç düzlemlerine paralel olarak yönlenmelerini gösteren bir deney tasarladı. Liflerin eşit düzlemlere yönelme süresi bir lazer ve bir elektro-optik sensör ile ölçülmüştür. Bu, kağıt endüstrisine hızlı bir on-line elyaf boyutu ölçüm sistemi sağlayabilir. Pennsylvania Eyalet Üniversitesi'nde, parçacıkların bir ızgara üzerinde birbirlerine eşit uzaklıkta konumlandırılmasını sağlayan bir çift dik duran yüzey akustik dalgası üreten bir mikroçip kullanılarak biraz farklı bir uygulama gösterilmiştir. Akustik cımbız olarak adlandırılan bu deney, malzeme bilimleri, biyoloji, fizik, kimya ve nanoteknoloji alanlarındaki uygulamalar için kullanılabilir. ⓘ
Ultrasonik temizleme
Bazen yanlışlıkla süpersonik temizleyiciler olarak adlandırılan ultrasonik temizleyiciler, mücevherler, lensler ve diğer optik parçalar, saatler, dişçilik aletleri, cerrahi aletler, dalış regülatörleri ve endüstriyel parçalar için 20 ila 40 kHz frekanslarında kullanılır. Bir ultrasonik temizleyici çoğunlukla kirli yüzeyin yakınındaki milyonlarca mikroskobik kavitasyonun çökmesinden açığa çıkan enerji ile çalışır. Kavitasyon çökmesi ile oluşan kabarcıklar, nesnenin yüzeyindeki kirleticileri parçalayan ve dağıtan küçük şok dalgaları oluşturur. ⓘ
Ultrasonik parçalama
Ultrasonik temizlemeye benzer şekilde, bakteriler de dahil olmak üzere biyolojik hücreler parçalanabilir. Yüksek güçlü ultrason, parçacık parçalanmasını veya reaksiyonları kolaylaştıran kavitasyon üretir. Bunun biyoloji biliminde analitik veya kimyasal amaçlarla (sonikasyon ve sonoporasyon) ve kanalizasyondaki bakterilerin öldürülmesinde kullanımı vardır. Yüksek güçlü ultrason, mısır bulamacını parçalayabilir ve kuru mısır öğütme tesislerinde daha yüksek etanol verimi için sıvılaştırma ve sakarifikasyonu artırabilir. ⓘ
Ultrasonik nemlendirici
Bir tür nebülizör (çok ince sprey oluşturan bir cihaz) olan ultrasonik nemlendirici, popüler bir nemlendirici türüdür. Suyu nebülize etmek (bazen yanlış olarak "atomize etmek" olarak adlandırılır) için metal bir plakayı ultrasonik frekanslarda titreştirerek çalışır. Su buharlaşma için ısıtılmadığından, soğuk bir sis üretir. Ultrasonik basınç dalgaları sadece suyu değil aynı zamanda kalsiyum, diğer mineraller, virüsler, mantarlar, bakteriler ve diğer kirlilikler dahil olmak üzere sudaki maddeleri de nebülize eder. Nemlendiricinin haznesinde bulunan yabancı maddelerin neden olduğu hastalıklar "Nemlendirici Ateşi" başlığı altına girer. ⓘ
Ultrasonik nemlendiriciler aeroponikte sıklıkla kullanılır ve burada genellikle sisleyici olarak adlandırılırlar. ⓘ
Ultrasonik kaynak
Plastiklerin ultrasonik kaynağında, birleştirilecek malzemeler arasında sürtünme yoluyla ısı oluşturmak için yüksek frekanslı (15 kHz ila 40 kHz) düşük genlikli titreşim kullanılır. İki parçanın arayüzü, maksimum kaynak mukavemeti için enerjiyi yoğunlaştırmak üzere özel olarak tasarlanmıştır. ⓘ
Sonokimya
20-100 kHz aralığındaki güçlü ultrason kimyada kullanılır. Ultrason, tipik dalga boyu (milimetre aralığında) moleküllere kıyasla çok uzun olduğundan, kimyasal değişimi tetiklemek için doğrudan moleküllerle etkileşime girmez. Bunun yerine enerji, reaksiyonun gerçekleştiği sıvıda aşırı sıcaklık ve basınç oluşturan kavitasyona neden olur. Ultrason ayrıca katıları parçalar ve reaksiyonun gerçekleşmesi için daha geniş bir yüzey alanı sağlamak üzere inert malzemenin pasifleştirici katmanlarını kaldırır. Bu etkilerin her ikisi de reaksiyonu daha hızlı hale getirir. 2008 yılında Atul Kumar, ultrason kullanarak sulu misellerde çok bileşenli reaksiyon protokolü yoluyla Hantzsch esterlerinin ve polihidrokinolin türevlerinin sentezini bildirmiştir. ⓘ
Ultrason, farklı frekanslar kullanılarak ekstraksiyonda kullanılır. ⓘ
Kablosuz iletişim
Temmuz 2015'te The Economist, Berkeley'deki Kaliforniya Üniversitesi araştırmacılarının grafen diyaframlar kullanarak ultrason çalışmaları yaptıklarını bildirdi. Grafenin inceliği ve düşük ağırlığı, gücüyle birleştiğinde onu ultrason iletişiminde kullanılabilecek etkili bir malzeme haline getiriyor. Teknolojinin önerilen bir uygulaması, radyo dalgalarının tipik olarak iyi seyahat etmediği su altı iletişimi olacaktır. ⓘ
Ultrasonik sinyaller, internet kullanıcılarının cihazlar arası takibi için "ses işaretlerinde" kullanılmıştır. ⓘ
Diğer kullanım alanları
Belirli konfigürasyonlarda uygulandığında ultrason, sonolüminesans olarak bilinen egzotik bir fenomende kısa ışık patlamaları üretebilir. Bu fenomen kısmen kabarcık füzyonu (sonolüminesans sırasında meydana geldiği varsayılan bir nükleer füzyon reaksiyonu) olasılığı nedeniyle araştırılmaktadır. ⓘ
Ultrason, ultrason zayıflama spektroskopisi tekniğiyle partikülleri karakterize ederken veya elektroakustik fenomenleri gözlemleyerek veya transkraniyal darbeli ultrason ile kullanılır. ⓘ
Ses, modüle edilmiş ultrason ile yayılabilir. ⓘ
Ultrasonun eskiden popüler bir tüketici uygulaması, ses seviyesini ayarlamak ve kanalları değiştirmek için televizyon uzaktan kumandalarıydı. Zenith tarafından 1950'lerin sonlarında tanıtılan sistemde, küçük çekiçlerle vurulan kısa çubuk rezonatörler içeren elle tutulan bir uzaktan kumanda ve set üzerinde bir mikrofon kullanılıyordu. Filtreler ve dedektörler çeşitli işlemler arasında ayrım yapıyordu. Başlıca avantajları, elde tutulan kontrol kutusunda pil gerekmemesi ve radyo dalgalarının aksine ultrasonun komşu setleri etkilemesinin mümkün olmamasıydı. Ultrason, 1980'lerin sonlarından itibaren kızılötesi sistemlerle yer değiştirene kadar kullanımda kaldı. ⓘ
Güvenlik
Mesleki olarak 120 dB'den fazla ultrasona maruz kalmak işitme kaybına yol açabilir. Maruziyetin 155 dB'yi aşması insan vücuduna zararlı ısınma etkileri yaratabilir ve 180 dB'nin üzerindeki maruziyetlerin ölüme yol açabileceği hesaplanmıştır. Birleşik Krallık'ın bağımsız İyonize Olmayan Radyasyon Danışma Grubu (AGNIR) 2010 yılında bir rapor hazırlamış ve bu rapor Birleşik Krallık Sağlık Koruma Ajansı (HPA) tarafından yayınlanmıştır. Bu rapor, genel halk için havadan gelen ultrason ses basınç seviyelerine (SPL) 70 dB (20 kHz'de) ve 100 dB (25 kHz ve üzerinde) maruz kalma sınırı tavsiye etmiştir. ⓘ
Dalga boyu ve hız
Ultrasonik frekanslarda belli bir ortamdaki ses hızı sabit olduğu için Hız = Frekans× Dalga boyu denklemine göre frekans artınca sesin dalga boyu kısalmaktadır. Aradaki ilişki ters orantılı olduğu için sert dokuda ses frekansı 888 MHz'den 3 MHz'ye çıkınca dalga boyu da 0,5 mm'den 1 mm'ye çıkar. Ses şiddeti Watt/cm² birimi ile ölçülür. Pratikte ses şiddeti Bel ile ölçülür (1 B = 10 dB). ⓘ
| Madde | Yoğunluk | Ses hızı (m/s) ⓘ |
|---|---|---|
| Hava | 0,001 | 330 |
| Kan | 1,0 | 1560 |
| Kas | 1,06 | 1570 |
| Kemik | 1,85 | 3360 |
| Yağ | 0,93 | 1480 |
Ultrasonografi, yankı temeline dayanması nedeniyle röntgen, tomografi ve manyetik rezonansla aynıdır. Ultrason, farklı akustik yoğunluklu yumuşak doku yapıları arasındaki ara yüzeyleri ayırdedebilir. Yansıyan ekoların yoğunluğu akustik ara yüzeye ve ses demetinin çarptığı açıya bağlıdır. Ses demetinin geliş açısı dik açıya ne kadar yakın ise o kadar az ses yansıması olur. Dik açıdan üç dereceden fazla sapma olması durumunda algılayıcı sensör, yansıyan sesi yakalayamamaktadır. ⓘ
Ultrason, organlardan ve yumuşak dokulardan iyi bir şekilde geçerken dalaktan ve gastrointestinal sistem gibi hava içeren organlarda da nakledilemez. Kemikler de ultrasonu geçirmediklerinden kemiklerin etrafında çevrelenen organlar ultrason ile incelenir. Ultrason dalgasının yoğunluğu absorbsiyon, refleksiyon ve dağılmayla azalır. Doku absorbsiyonu ultrason dalgasının frekansının artmasıyla artar. Ultrason demeti, belli akustik özellikli bir dokudan farklı akustik özellikli bir dokuya geçtiği zaman ses demetinin bir bölümü yansır. Refleksiyon açısı, genellikle gelme açısına eşittir. Yansıma, ses demetinin dalga boyundan daha büyük ve düz bir düzey gerektirmemelidir. Örneğin diyaframa damar duvarları ve birçok eşyaların sınırları bu özellikteki yüzeylerdir. ⓘ