초음파 기술 자료

초음파 정의

  초음파의 사전적 의미 (위키 백과 인용)

초음파(超音波, 영어: ultrasound(s), ultrasonic wave)는 인간이 들을 수 있는 가청 최대 한계 범위를 넘어서는 주파수를 갖는 주기적인 '음압'(音壓, sound pressure)을 의미한다. 비록, 이러한 한계 값이 사람마다 다르지만, 건강한 젊은 사람의 경우 이 값은 약 20kHz(20,000 Hz)이고 따라서 20kHz는 초음파를 설명하는 데 있어 유용한 하한(下限)이 된다.

가장 잘 알려진 응용은 자궁 내 태아 사진을 만들어내는 소노그라피(en:sonography)에 사용되고 있으며, 이 외에도 광범위하게 사용되고 있다.

  일상에서 만나게 되는 초음파 산업

초음파 검사

초음파 검사는 일반적으로 재료 속의 결함을 찾거나 또는 물체의 두께를 측정하는 데 사용되는 비파괴 검사의 한 종류이다. 2~10 MHz의 주파수가 일반적인데, 특별한 경우 다른 주파수 범위도 사용된다. 수동 또는 자동화된 검사는 현대 생산 공정에서 필수적인 요소이다. 대부분의 금속뿐 아니라 플라스틱과 우주항공용 복합체들도 검사에 적용될 수 있다. 낮은 주파수의 초음파 (50kHz~500kHz)는 나무, 콘크리트와 시멘트 같은 밀도가 낮은 물질의 검사에 사용된다. 초음파는 이외에도 액체에 열을 전달하는 데도 사용될 수 있다.

초음파 살균

일부 초음파는 박테리아를 포함하는 생물학적 조직을 파괴시킬 수 있다. 이는 생물학과 하수구의 박테리아를 제거하는 데 사용된다. 20kHz대역의 고출력 초음파는 분자의 붕괴를 촉진시키는 케비테이션을 만들어낸다. 아이오와 주립대의 Dr. Samir Khanal은 건조 옥수수 공장에서 높은 에탄올 수율을 위해 옥수수 Slurry를 붕괴시켜 액화(液化)와 당화(糖化)를 향상시키기 위해 고출력 초음파를 사용했다.

초음파 세척

초음파 세척기는 보석, 렌즈 그리고 다른 광학 부품, 시계, 치과용 기구, 수술용 기구와 산업용 부품에 20~40kHz의 주파수를 이용한다. 초음파 세척기는 오염된 표면 근처에서 수백만 개의 미세 공동(cavitation)의 붕괴로부터 발생되는 에너지에 의해 동작한다. 공동 붕괴에 의해 형성되는 기포가 생성하는 작은 기류 표면으로 향한다.

  초음파가 인체에 미치는 영향

  • 인체에 무해함. 대한 초음파의학회 (www.ultrasound.or.kr) 참조
  • 초음파의 원리는 세척, 진단, 치료 등 모두 비슷함

초음파 세척원리와 특징

  초음파세척 정의

초음파의 케비테이션 효과 및 입자 가속도 효과를 세정에 이용하는 기술로 정밀 세척이나 무결점 세척을 위한 세정 시스템에 널리 사용되고 있음.

  초음파세척의 특징

  • 강력한 입자 제거력 및 분산효과 증대
  • 비 접촉 세척이 가능하여 표면 파괴 최소화
  • 물에 닿는 모든 면이 동시 세척됨
  • 세제 반응 촉진의 화학적 반응으로 세척력 극대화
  • 좁은 공간에서 높은 침투력이 있어 정밀 세척 가능

초음파와 온수와 세제의 역할

상황 설정

  • 기름이 많이 묻은 손을 씻으려 합니다.

상황 해석

  • 찬물에 비누 없이 손을 비비며 씻기 
  • 찬물에 비누를 묻힌 후 비비며 씻기
  • 온수에 비누 없이 손을 비비며 씻기
  • 온수에 비누를 묻힌 후 비비며 씻기

세척 결과

  • 온수 + 비누 + 손 비비기 조건이 완벽한 세척을 보장함
  • 손을  빠르게 구석 구석 비벼주어야 높은 세척력이 보장되듯 초음파 출력 및 기술이 담보되어야 함.

초음파세척 대입

  • 온수는 기름을 분해하는 역할.
  • 세제는 온수에 의해 분해된 기름을 손에서 박리하는 역할.
  • 손 비비기는 초음파세척기의 진동을 의미.

상황 결과해석

  • 온수+세제+초음파출력 조건이 맞아야 높은 세척력 가능
  • 초음파세척기 자체만으로는 대량의 기름 세척 한계가 있음.
  • 초음파세척기의 견고성과 고른 음파 분포도 형성 기술력이 관건임.

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