选择"最佳"工作频率


健康

健康应是首要考虑因素,尤其要考虑到政府法规。大多数超声健康问题与听力有关。

大多数人对 18 kHz 以上、甚至 20 kHz 以上的声音感知能力有限。但也有例外。例如,有一台超声缝纫机最初按 20 kHz 设计,但一些女操作员抱怨她们能听到振动声。最终,频率被提高了数千赫兹才解决这个问题。因此,即使某个应用在特定频率下效果最佳,也可能因健康方面的考虑而被否决。

政府法规

有许多关于噪声随时间暴露的政府法规。如果超声设备在 18 kHz 或更低频率下运行,通常需要隔音罩或个人听力防护来限制暴露。为了避免使用声音防护,工作频率可以适当提高,尽管这对应用而言可能并非最优。

然而,即使某些在 20 kHz 或以上频率运行的应用仍会产生可听噪声。例如,液体处理应用会产生空化,从而发出可听的嘶嘶声。嵌件植入应用中,变幅杆锤击金属嵌件时会产生可听噪声。根据暴露程度,这些应用可能需要隔音罩或个人听力防护。

应用效果

若不考虑其他因素,工作频率应选择能产生最佳应用效果的频率。例如,对于塑料和金属焊接,精密零件通常在较高频率下焊接效果更好。

谐振器尺寸

超声手术刀在 20 kHz 时可能具有最佳切割速率。然而,这种器械对医生而言可能太大,不便握持操作。因此,可以选择更高的频率以缩小器械尺寸,尽管切割速率会降低。

另一种情况是,塑料零件可能对 20 kHz 的变幅杆来说太大,因而需要 15 kHz 的系统。

功率

由于较低频率的换能器尺寸更大,因而允许更大的陶瓷体积,这些系统可以提供更大的功率,而某些应用(如焊接大型塑料零件)可能需要这样的功率。

应力

较低频率对应更长的波长,在给定振幅下产生的应力更低。因此,如果变幅杆/探头必须以可能发生疲劳的高振幅运行,则宜选择较低频率。

振幅

如果需要高振幅,则应使用较低频率。原因是 —

  1. 换能器的振幅更高,因此其他组件叠堆部件所需的内置增益更小,即可达到所需的输出振幅。这使这些其他叠堆部件的设计具有更大的灵活性。
  2. 由于应力较低(如上所述),可以在不发生疲劳失效的情况下实现更高的振幅。

设备可获得性

超声应用通常对数千赫兹的频率差异并不十分敏感。因此,通常可以找到一个有现成设备可用的可接受频率,典型间隔为 5 kHz(如 20 kHz、25 kHz、30 kHz、35 kHz、40 kHz)。例如,某应用的最佳频率可能是 22.5 kHz,但在 20 kHz 或 25 kHz 下运行也可能可以接受。

成本

较高频率的设备通常比较低频率的设备便宜。