Sesötesi (ültrasonik) dalgalar, duyulabilir bölgenin üstündeki frekanslarda ses dalgalarıdırlar; basınç dalgalarının belirli bir türünü tanımlamak için kullanılırlar. Sesötesi dalgalar, taneciklerin birbiriyle etkileşecek kadar yakın olduğu bir ortam içinde, bir cismin titreşim hareketi yapması sonucu oluşurlar. Bu koşullar, sıvılarda, katılarda ve normal ya da yüksek basınçlardaki gazlarda sağlanabilir, ama vakumda ve aşırı seyrek gazlarda sağlanamaz.
Taneciklerin ilerigeri titreşmesi, basınç dalgası oluşturur; bu da, belirli aralıklarla basınç değişiklikleri yaratır. Sesötesi dalgaların ayırıcı niteliği, saniyedeki titreşim sayısı, yani frekans ile titreşen taneciğin en büyük yer değiştirmesi olan genlik ve sesin bir tam titreşim süresinde aldığı yol olan dalgaboyudur.
Basınç dalgalarının insan kulağının duyabildiği 20 Hz (saniyede çevrim) ile 20 000 Hz arasındaki frekansları içerenlerine, «işitilebilir SES» denir. 20 000 hertzden yüksek frekanslı titreşimler, insan kulağı tarafından algılanamayacak (bazı hayvanlar, sözgelimi yarasalar bunları da duyabilir) kadar yüksektir. Bu dalgalar «sesötesi» diye nitelenir.
Sesötesi dalgaların oluşması: Sesötesi dalgalar.
bir tür yüksek frekanslı ses dalgası olduklarından, duyulabilir ses dalgaları gibi oluşurlar. Ancak, sesötesi dalgaları oluşturan kaynağın, yüksek frekansta titreşim yapması gerekir.
İstenilen titreşimleri yapan sesötesi üreteçlerinin çoğu, magnetik ya da elektrik enerjisini, mekanik enerjiye çevirerek çalışırlar. Bu tür çeviricilere «TRANSDÜKTÖR» denir. Transdüktörlerin en sık raslanan türleri piezoelektrik, magnetik vurma (magnetostriksiyon) ve elektrik vurma (elektrostriksiyon) gibi olaylara dayanır.
Piezoelektrik transdüktörler: Kuvars ve Rochelle tuzu gibi bazı billurlar piezoelektrik olay» adı verilen bir özellik gösterirler. Bir kuvars billuruna basınç uygulandığı zaman, bir elektrik akımı oluşur. Ses dal
galarının basınç değişiklikleri sonucu oluşması, billura çarpan titreşimlerin sesle uyumlu olarak değişen bir elektrik akımı ortaya çıkarmasına neden olur. Böylece, bu tür billurlar, basınç dalgalarını saptamada kullanılabilirler.
Bu, tersinir bir olaydır; yani billura uygulanan alternatif akım, uygulanan elektrik alanının frekansına eşit frekansta titreşim oluşturur. Bu etki REZONANS halindeki bir billur kullanılarak bü.uitÖlebilir. Başka bir deyişle, billurun boyutları, billurun doğal mekanik frekansının, uygulanan elektrik alan frekansına eşit olmasını sağlayacak biçimde düzenlenir.
Piezoelektrik billurlardan yararlanmada temel sorun, en büyük etkiyi yaratacak billurun belli bir özgül eksen boyunca kesilmiş olması zorunluluğudur. Bu sorun, son yıllarda bulunan baryum titanat gibi çokbillurlu seramik malzemeyle büyük ölçüde ortadan kaldırılmıştır. Söz konusu malzeme, gelişigüzel yönlenmiş piezoelektrik bölgelerin, çok şiddetli bir elektrik alan içinde bir an işlemden geçirilip düzenlenmesiyle elde edilir.
Magnetik vurmalı transdüktörler: Sesötesi transdüktörlerin ikinci önemli türü, elektromıknatıs bobininden geçen akımdaki değişikliklerin, bu bobinin sarılmış olduğu çubuğun boyunu peryodik olarak değiştirmesine dayanır. Mıknatıslanma sonucu boy değişikliğine«masrne£ifc vurma» denir. Değişiklik alan yönüne bağımlı olmadığından, çubuk, magnetik alanın değişme frekansının iki katını kazanır.
Bu olay da tersinirdir. Yani, sesötesi titreşimler çubukta bir akım indükledigi zaman, çubuktaki magnetik alan da buna göre değişir. Böylece alan değişmeleri, bobinde akım değişmeleri olarak saptanabilir. Bu işlemde kullanılan malzemeler, nikel, nikel alaşımları ve bir grup metal oksittir. Söz konusu malzemeler, kolayca istenen biçime sokulabilme özellikleri nedeniyle, tekbillurlu piezoelektrik düzenlemelerden üstündürler.
Elektrik vurmalı transduktörler: Elektrik vurma olayı, magnetik vurma olayına benzer. Olay uygulama alanından bağımsız olduğu için, alanın frekansının iki katı mekanik vurmalı bir titreşim oluşur. Bu olay datersinirdir; yani elektrik vurmaya dayanan düzenlemeler, hem üreteç, hem de bulucu olarak kullanılabilirler. Bu tür aygıtlarda genellikle kullanılan malzemeler, baryumun, kalsiyumun ve kurşunun titanatlarıdır. Bu seramik malzemeler, piezoelektrik transdüktörlerde kullanılan billurlardan çeşitli bakımlardan üstündür: Çeşitli biçimlerde üretim kolaylığı; duyarlı özelliklerin kolayca denetlenmesi; titreşim üretimi için gerekli olan gerilimin düşük olması.
Uygulamalar: Sesötesi dalgaların geniş bir uygulama alanı vardır. Kolayca üretilebilecek duyulabilir aralıktaki titreşimlere yeğlenmelerinin nedeni, dar ve yönlenmiş işitilebilir ses dalgası demetlerinin, ancak çok büyük kaynaklar tarafından oluşturulabilmesidir. Uygun büyüklükteki üreteçlerden elde edilebilecek yönlenmiş dalga demetleri dalgaboylarının, kısa (frekansları yüksek) olması gerekir.
Sesötesi titreşimlerden, endüstride çeşitli biçimlerde yararlanılır. Bunların en önemlisi, ürünleri bozmadan denetimden geçirmek (Bk. NİTELİK D3NETİMİ), dökümleri ve öteki ürünleri incelemektir. Birçok durumda sesötesi yöntemler, daha zararlı ve pahalı olan radyografik sınama ve kalınlık ölçme tekniklerinin yerini almaktadır.
Bir sesötesi vuru, transdüktör aracılığıyla deney parçası içine gönderilir ve cismin içinde herhangi bir süreksizliğe raslanılıncaya kadar araştırma sürdürülür. Süreksizlik, cismin öbür yüzünden, iç yapısından, bir boşluktan ya da malzemenin arı olmayan (ya da yabancı madde içeren) bir bölümünden kaynaklanabilir. Böyle bir süreksizlik, dalga vurusunun geriye yansıtılmasına neden olur ve yansıyan enerji, yüzeydeki bir alıcı transdüktörle belirlenir. Yansıyan vurunun geri dönüş süresi, söz konusu süreksizlik ile transdüktör arasındaki uzaklığı verir. Bu özellik, yöntemi, kalınlık ölçme ya da iç hataları saptama işlemlerinde yararlı kılar.
İyi bir sonuç elde etmek için sesötesi vurunun dalgaboyu, ortaya çıkarılacak hatanın boyutlarıyla aynı düzeyde ya da daha kısa olmalıdır. Dolayısıyle, çok küçük hatalar, çok yüksek frekanslar gerektirir.
Başka bir önemli uygulama da, sesötesiyle delme işlemidir. Transdüktöre uygun bir alet takılırsa, istenilen cisim, titreşim yoluyla yontulabilir. Aşındırıcı toz ya da macun kullanımı, kesme işlemini hızlandırır. Matkapların alışılmış dönme hareketine karşılık, burada alet salınım hareketi yapar. Böylece, titreşen aletin enine kesitine göre, istenen biçimde oyuklar açılır.
Sesötesi dalgalar sıvılara verildiklerinde boşluklar, yani küçük oyukcuklar oluştururlar. Bu oyukcuklar içinde kısmi vakum vardır. Vakumlar, toz tanelerine karşı bir çekim kuvveti uygularlar ve böylece, bileşenlerin ayrıştırılması sürecinde, çözme işlemine büyük ölçüde katkıda bulunurlar. Karışmayan sıvıların (yani normal olarak karışmayan yağ ve su gibi sıvılar) emülsiyon haline getirilmesi ve döküm öncesi metallerdeki hava kabarcıklarının yok edilmesi de, sesötesi dalgalarla gerçekleştirilebilir. Karşılıklı yüzeyleri eritip birbirlerine kaynatacak yüksek ısıyı, sesötesi titreşimde yaratan termoplastik kaynak yöntemleri de geliştirilmiştir.
Denizdeki uygulamalar: Yüksek frekanslı seslerin en eski uygulamalarından biri de, denizlerde derinlik ölçme yöntemidir.
Sesötesi dalgaların ince ve yönlendirilmiş demetleri, duyulabilir bölgedeki düşük frekanslı sesler gibi su tarafından kolayca soğurulmaz. Bu yüzden, deniz dibine gönderilip yansıyan dalgaların alınmasıyla, deniz yatağının haritası çıkarılabilir. Ayrıca bu yöntemle, deniz yatağını oluşturan tabakalar konusunda bilgi edinilebilir. Böylece, petrol ve doğal gaz gibi denizaltı gelir kaynaklarının yerleri saptanır.
Yüksek frekanslı titreşimler, tıpkı radar gibi, sualtı gemilerinin yerlerinin bulunmasında ve sualtı engellerinin saptanmasında kullanılırlar (Bk. ASDİK YA DA SONAR). Bu yolla, denizaltılar arasında haberleşme de sağlanabilir.
Tıptaki uygulamalar: Son yıllarda sesötesi dalgaların uygulanmasının günden güne yaygınlaştığı bir alan da, tiptir. İnsan bedenindeki kemik, kas ve yağ gibi değişik dokular, sesötesi dalgaları değişik ölçülerde yansıtırlar.
«Ültrasonograf» denen aygıt aracılığıyla sesötesi dalgalarla taranan bedene ilişkin çeşitli bilgiler, elektronik olarak kaydedilir. Bu yolla, gebelik sürecinde çocuğun gelişmesi ve konumu ortaya çıkarılmakta, çocuğun iç organlarındaki olağandışı durumlar ile urların erken teşhisi sağlanmaktadır. Yöntem, hem röntgenin görevini yapmakta, hem de röntgen ışınlarının yapısında bulunan, insan bedenine zararlı etkilere yol açmamaktadır.


Kaynak:4-cilt:6

Nüve Forum » kütüphane » Bilim ve Teknoloji » Araçlar ve Gereçler »