Optymalna częstotliwość pracy urządzeń ultradźwiękowych

Ogólnie rzecz biorąc, częstotliwość pracy urządzeń ultradźwiękowych powinna być częstotliwością, która daje najlepszy efekt aplikacji. Na przykład spawanie tworzyw sztucznych, metali i materiałów eksploatacyjnych na ogół działa lepiej przy wyższych częstotliwościach, jednak nie jest to jedyny czynnik.

Skalpele ultradźwiękowe mogą zapewnić optymalną szybkość cięcia przy 20 kHz. Jednak urządzenie może być zbyt duże, aby chirurg mógł wygodnie operować. Dlatego nawet jeśli szybkość cięcia zostanie zmniejszona, można wybrać wyższą częstotliwość, aby zmniejszyć rozmiar urządzenia.

Ponieważ przetworniki niskiej częstotliwości są większe, co pozwala na większą objętość ceramiczną, systemy te mogą dostarczać większą moc, co może być konieczne w niektórych zastosowaniach (np. Spawanie dużych części z tworzyw sztucznych).

Niższe częstotliwości mają dłuższe długości fal, co powoduje mniejsze naprężenia przy danej amplitudzie. Dlatego też, jeśli głowica narzędzia musi pracować przy wysokich amplitudach, gdzie może wystąpić zmęczenie, należy preferować niższe częstotliwości.

Amplituda

Jeśli wymagana jest moc wyjściowa o wysokiej amplitudzie, należy zastosować niższą częstotliwość. Wynika to z faktu, że:

Moc wyjściowa przetwornika jest wyższa, więc mniejsze wzmocnienie musi być wbudowane w inne elementy stosu. Zapewnia to większą elastyczność podczas projektowania tych innych składników stosu.

Ponieważ naprężenie jest niższe (powyżej), możliwa jest praca przy wyższych amplitudach bez awarii zmęczeniowej.

Dostępność sprzętu

Aplikacje ultradźwiękowe na ogół nie są bardzo wrażliwe na różnice częstotliwości wynoszące kilka kiloherców. Dlatego często można znaleźć akceptowalne częstotliwości dostępne z gotowym sprzętem, zwykle w krokach co 5 kHz (np. 20 kHz, 25 kHz, 30 kHz, 35 kHz, 40 kHz). Na przykład aplikacja może mieć optymalną częstotliwość 22,5 kHz, ale działać akceptowalnie przy 20 kHz lub 25 kHz.

Koszt

Sprzęt wysokiej częstotliwości zwykle kosztuje mniej niż sprzęt o niskiej częstotliwości.

Zdrowy

Większość ludzi ma ograniczoną percepcję dźwięków powyżej 18 kHz lub nawet 20 kHz. Istnieją jednak wyjątki. Na przykład ultradźwiękowa maszyna do szycia pierwotnie zaprojektowana dla 20 kHz, ale niektóre operatorki skarżyły się, że słyszą wibracje. Ostatecznie częstotliwość została zwiększona o kilka kiloherców, aby rozwiązać problem.

Regulacje rządowe

Z biegiem czasu pojawiło się wiele przepisów rządowych dotyczących narażenia na hałas. Jeśli sprzęt ultradźwiękowy działa z częstotliwością 18 kHz lub mniejszą, często wymagana jest obudowa akustyczna lub osobista ochrona słuchu w celu ograniczenia narażenia. Aby uniknąć konieczności ochrony akustycznej, częstotliwość roboczą można nieznacznie podnieść, nawet jeśli nie jest optymalna dla danego zastosowania.

Jednak nawet niektóre aplikacje pracujące z częstotliwością 20 kHz lub wyższą nadal wytwarzają słyszalny hałas. Na przykład aplikacje do obsługi cieczy mogą powodować kawitację, która wytwarza dźwięk syczenia. Aplikacja wtyczki wytwarza słyszalny hałas, gdy klakson uderza o metalową wtyczkę. W zależności od narażenia może być wymagana obudowa akustyczna lub osobista ochrona słuchu.