Der Unterschied zwischen Ultraschallfrequenz und -leistung

Einführung in die Ultraschallfrequenz:

Die Frequenz von Ultraschall ist die Anzahl der periodischen Änderungen pro Zeiteinheit und ist eine Größe, die die Häufigkeit periodischer Bewegungen beschreibt. Sie wird üblicherweise durch das Symbol f dargestellt, wobei die Einheit eine Sekunde ist und das Symbol s-1. In Gedenken an den Beitrag des deutschen Physikers Hertz wird die Einheit der Frequenz Hertz genannt, abgekürzt als "Hz", mit dem Symbol Hz. Jeder Gegenstand hat eine durch seine eigenen Eigenschaften bestimmte Frequenz, die unabhängig von der Amplitude ist und als Eigenfrequenz bezeichnet wird. Das Konzept der Frequenz wird nicht nur in der Mechanik und Akustik angewendet, sondern auch häufig in der Elektromagnetik, Optik und Funktechnik verwendet.

Die Zeit, die ein Teilchen in einem Medium benötigt, um einmal an seinem Gleichgewichtspunkt hin und her zu schwingen, wird als Periode bezeichnet, dargestellt durch T in Sekunden (s); Die Anzahl der Schwingungen eines Teilchens innerhalb von 1 Sekunde wird als Frequenz bezeichnet, dargestellt durch f in Zyklen pro Sekunde, auch bekannt als Hertz (Hz). Die Periode und die Frequenz sind umgekehrt proportional zueinander, dargestellt durch folgende Gleichung: f=1/T

Der Zusammenhang zwischen der Wellenlänge (λ) und der Frequenz von Ultraschallwellen in einem Medium ist: c=λ f

In der Formel ist c die Schallgeschwindigkeit, m/s； λ ist die Wellenlänge, m; f ist die Frequenz, Hz.

Daraus ist ersichtlich, dass für ein bestimmtes Medium die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschalls konstant ist. Je höher die Frequenz des Ultraschalls, desto kürzer die Wellenlänge; umgekehrt, je niedriger die Frequenz des Ultraschalls, desto länger die Wellenlänge.

Einführung in die Ultraschallleistung:

Die Ultraschallleistung bezieht sich auf die Arbeitsmenge, die ein Objekt pro Zeiteinheit verrichtet, was eine physikalische Größe ist, die die Arbeitsgeschwindigkeit beschreibt. Die Arbeitsmenge ist konstant, und je kürzer die Zeit, desto größer der Leistungswert. Die Formel zur Berechnung der Leistung lautet: Leistung=Arbeit/Zeit. Leistung ist eine physikalische Größe, die die Arbeitsgeschwindigkeit charakterisiert. Die pro Zeiteinheit verrichtete Arbeit wird als Leistung bezeichnet, dargestellt durch P.

Im Prozess der Ultraschallübertragung, wenn Ultraschallwellen an ein zuvor stationäres Medium übertragen werden, schwingen die Mediumteilchen hin und her in der Nähe der Gleichgewichtsposition, was zu Kompression und Expansion im Medium führt. Es kann davon ausgegangen werden, dass Ultraschall dem Medium ermöglicht, Schwingungskinetische Energie und Verformungspotenzielle Energie zu erwerben. Die akustische Energie, die das Medium aufgrund der Ultraschallstörung erhält, ist die Summe aus Schwingungskinetischer Energie und Verformungspotenzieller Energie.

Wenn sich Ultraschall in einem Medium ausbreitet, breitet sich auch Energie aus. Wenn wir ein kleines Volumenelement (dV) im Schallfeld nehmen, sei das ursprüngliche Volumen des Mediums Vo, der Druck po und die Dichte ρ 0. Das Volumenelement (dV) erhält kinetische Energie △ Ek aufgrund der Ultraschallschwingung; △ Ek=(ρ 0 Vo) u2/2

Δ Ek ist kinetische Energie, J; u ist die Teilchengeschwindigkeit, m/s； ρ 0 ist die Dichte des Mediums, kg/m3； Vo ist das ursprüngliche Volumen, m3.

Ein wichtiges Merkmal von Ultraschall ist seine Leistung, die viel stärker ist als gewöhnliche Schallwellen. Dies ist einer der wichtigen Gründe, warum Ultraschall in vielen Bereichen weit verbreitet eingesetzt werden kann.

Wenn Ultraschallwellen ein bestimmtes Medium erreichen, schwingen die Moleküle des Mediums aufgrund der Einwirkung von Ultraschallwellen, und ihre Schwingungsfrequenz ist die gleiche wie die von Ultraschallwellen. Die Frequenz der Schwingung der Mediummoleküle bestimmt die Geschwindigkeit der Schwingung, und je höher die Frequenz, desto größer die Geschwindigkeit. Die Energie, die ein Mediummolekül aufgrund der Schwingung erhält, hängt nicht nur von der Masse des Mediummoleküls ab, sondern ist auch proportional zum Quadrat der Schwingungsgeschwindigkeit des Mediummoleküls. Je höher also die Frequenz des Ultraschalls, desto höher die Energie, die die Mediummoleküle erhalten. Die Frequenz des Ultraschalls ist viel höher als die von gewöhnlichen Schallwellen, so dass Ultraschall den Mediummolekülen viel Energie geben kann, während gewöhnliche Schallwellen nur wenig Einfluss auf die Mediummoleküle haben. Mit anderen Worten, Ultraschall hat viel mehr Energie als Schallwellen und kann den Mediummolekülen ausreichend Energie liefern.

Der Unterschied in Frequenz und Leistung von Ultraschall:

Die Frequenz und die Leistung von Ultraschall sind zwei Schlüsselparameter zur Messung seiner Leistung. Makroskopisch bestimmt die Leistung die Intensität und das Penetrationsvermögen des Ultraschalls, während die Frequenz die Eindringtiefe und die Auflösung des Ultraschalls bestimmt.

Je höher die Frequenz, desto kürzer die Wellenlänge und desto stärker die Penetration, aber je größer die Leistung, desto stärker kann die Schallenergie erzeugt werden. In Anwendungen wird Ultraschall, der im medizinischen Bereich eingesetzt wird, hauptsächlich mit geringer Leistung und hoher Frequenz verwendet, was für Ultraschalluntersuchungen und -behandlungen genutzt werden kann; Die Ultraschallwellen, die im industriellen Bereich eingesetzt werden, sind hauptsächlich mit hoher Leistung und hoher Frequenz, was für die Verarbeitung, Reinigung, Messung usw. genutzt werden kann. Die Frequenz und die Leistung von Ultraschall sind zwei Schlüsselindikatoren für die Ultraschallleistung. Die Wahl geeigneter Ultraschallparameter kann die Anwendungsanforderungen besser erfüllen.