Lịch sử của công nghệ siêu âm và ứng dụng trong đời sống

Siêu âm là gì ?

Siêu âm là những sóng âm thanh có tần số cao hơn tần số giới hạn âm thanh khả thính của con người. về mặt bản chất siêu âm không khác gì với âm thanh bình thường (khả thính) ở các tính chất vật lý ngoại trừ khả năng khả thính của con người, giới hạn khả thính khác nhau ở từng người tuy nhiên đa số nằm trong khoảng 20 hz tới 20khz ở thanh niên khỏe mạnh. siêu âm có tần số cao hơn, từ 20khz tới 2Ghz..

Lịch sử phát triển của công nghệ siêu âm

Siêu âm được sử dụng trong vô vàn lĩnh vực khác nhau và vẫn đang tiếp tục được nghiên cứu ứng dụng của nó.

Khoa học về siêu âm đã được nghiên cứu hàng trăm năm trước, tuy nhiên lĩnh vực siêu âm được phát triển mạnh từ những năm 1790 với việc phát hiện ra định vị bằng tiếng vang của loài dơi, Nhà sinh vật học Lazzaro Spallanzani lần đầu tiên ghi nhận sóng siêu âm này là phương thức bay của chúng, sử dụng thính giác của chúng để di chuyển trong không khí bằng cách lắng nghe sự trở lại của âm thanh tần số cao mà chúng phát ra để phát hiện đồ vật và thức ăn

Bước đột phá đáng chú ý nhất đến vào năm 1880 khi nhà vật lý Pierre Curie và anh trai của ông là Jacques Curie nâng cao kiến ​​thức về nhiệt điện, là thế điện do vật liệu tạo ra khi phản ứng với sự thay đổi nhiệt độ. Họ cũng nghiên cứu các đặc tính của cấu trúc tinh thể để chứng minh hiệu ứng áp điện là cơ sở khoa học của bộ chuyển đổi đầu tiên. Thiết bị này tạo ra âm thanh tần số cao và sau đó nhận được tiếng vang của nó

Chiến tranh thế giới thứ nhất đã thúc đẩy nhiều tiến bộ công nghệ trong một số ngành công nghiệp, và công nghệ siêu âm được quân đội đặc biệt quan tâm vào thời điểm đó. Thiết bị sonar là ứng dụng thực tế đầu tiên của công nghệ siêu âm và áp điện được phát triển trong Thế chiến thứ nhất để phát hiện tàu ngầm chìm. Đầu những năm 1900 là thời điểm khám phá và phát triển thú vị của siêu âm, và tiềm năng của ngành vật lý và kỹ thuật này đã được áp dụng cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Sau tai nạn chìm tàu Titanic 1912 công nghệ SONAR – So und Navigation and Ranging đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi đó là một bộ dao động điện phát ra và nhận tín hiệu tần số cao để chỉ ra sự hiện diện của vật trong nước. Nó bao gồm một số tinh thể thạch anh mỏng, xen kẽ nhau được dán giữa hai tấm thép và phát ra tần số 150 KHz. Vào giữa những năm 1930, hầu hết các tàu biển đều có một số loại thiết bị sonar.

Từ đầu những năm 1930 nhà khoa học Sergei Sokolov đã phát minh ra kỹ thuật sử dụng sóng siêu âm để phát hiện các khuyến khuyết hay các lỗ hổng trong lòng kim loại, kỹ thuật này đã được sử dụng rộng rãi cho tới tận hôm nay để kiểm tra chất lượng các vật liệu kim loại, các chi tiết máy quan trọng như vỏ tàu , giáp xe tăng, cánh quạt máy bay…v.v…

Công nghệ siêu âm vô cùng quan trọng trong lĩnh vực y học, từ ứng dụng phổ biến trong lĩnh vực chẩn đoán hình ảnh bằng siêu âm đem lại góc nhìn cận cảnh chính xác vào trong cơ thể bệnh nhân . sóng siêu âm cường độ cao còn được ứng dụng trong lĩnh vực điều trị mang lại nhiều lợi ích to lớn cho y học hiện đại. đặc tính đốt nóng và phá hủy mô có chọn lọc của siêu âm được ứng dụng trong vật lý trị liệu phục hồi chức năng , giảm đau và trong lĩnh vực phẫu thuật , cắt lọc vết thương, cắt gan, điều trị u não….

Làm sạch bằng sóng siêu âm được phát triển mạnh từ những năm 1950 và là một công đoạn gần như không thể thiếu trong các nhà máy bởi những lợi ích như quy mô lớn, thời gian xử lý nhanh và chi phí rẻ cùng với độ bền cao. trong dân dụng lĩnh vực làm sạch bằng siêu âm được ứng dụng từ năm 1970 trong các lĩnh vực như :

– Tiệt trùng thiết bị y tế

– Làm sạch đồ trang sức

– Khử nhiễm thiết bị phóng xạ

– Cọ rửa các bộ phận kim loại chính xác

Từ những năm 1960 nhiều ứng dụng nữa của công nghệ siêu âm được phát triển và đi vào công nghiệp trong đó có ứng dụng hàn và cắt bằng công nghệ siêu âm

ngày nay hàn, cắt bằng công nghệ siêu âm được sử dụng cực kỳ rộng rãi trong công nghiệp nhờ lợi thế chi phí thấp, tính tự động hóa cao , thời gian xử lý nhanh giúp giảm giá thành sản xuất tăng chất lượng nâng cao độ đồng đều sản phẩm…