تويت
الصوتية (التواترات فوق ـ)
التواترات فوق الصوتية ultrasonic frequencies، هي تواترات الأمواج الصوتية العالية التي تفوق تواتر الأصوات التي تتحسس بها أذن الإنسان والتي هي دون الـ 20000هرتز. ويدرسها فرع من الفيزياء يعرف باسم فوق الصوتيات ultrasonics. تولِّد مولِّدات الأمواج فوق الصوتية الحديثة أمواجاً يبلغ تواترها بضعة غيغا هرتز (1GHz = 109 Hz)، وذلك عن طريق تحويل تيارات متناوبة عالية التواتر إلى اهتزازات ميكانيكية. ويتم عادة الكشف عن هذه الأمواج باستخدام بلورات كهرضغطيةpiezoelectric أو بوسائل ضوئية، حيث يمكن بالإفادة من انعراج الضوء جعل هذه الأمواج مرئية. ويبين الشكل (1) دارة إلكترونية صمامية تستخدم لكشف الأمواج فوق الصوتية، وفيها تظهر بلورة Q مولَّفة بحيث تتحسس بتواتر اهتزاز الموجة فوق الصوتية المطلوب كشفها، وهي تتصل بشبكة صمام ثلاثي المساري. ويتصل مصعد الصمام بجهد مستمر عالٍ عبر مقاومة R فتظهر بين طرفيها إشارة خرج الصمام، أي إشارة الكشف مكبَّرة، ثم تمرَّر عبر مكثفتين C1 و C2 إلى مربطين A و B فجهاز قياس مناسب. كما تظهر في الشكل (2) دارة إلكترونية حديثة لكشف الأمواج فوق الصوتية وتحويلها إلى صوت مسموع. وفيما يأتي مبدأ عمل الدارة:
يلتقط اللاقط الأمواج فوق الصوتية ويحولها إلى اهتزازات كهربائية، فيضخمها الترانزستوران Q1 و Q2، ثم تنتقل إلى الدارة التكاملية U1 فتدخلها عبر المربط 14، تقوم الدارة التكاملية بمقارنة الطور بين الإشارة الملتقطة وإشارة تولِّدها الدارة التكاملية يمكن التحكم بتواترها بفضل مجزئ الكمونR9، وتعطي الدارة تواتراً يساوي الفرق بين التواتر الملتقط والتواتر المولّد وذلك عند المربط 2. يقوم الترانزستور Q3 بتضخيم إشارة الفرق، وتنتقل الإشارة عبر المحول T1إلى سمّاعات بصورة تواتر مسموع.
لعلم فوق الصوتيات تطبيقات عديدة في مجالات الفيزياء والكيمياء والتقانة والطب. فقد استخدمت الأمواج فوق الصوتية منذ أمد بعيد لتوفير الاتصالات تحت الماء وللكشف عن الأجسام الغاطسة تحته كالغواصات، فيما يسمى بأجهزة السونار SONAR، وهي أجهزة تشبه الرادار في عملها إلا أنها تستخدم أمواجاً فوق صوتية لأداء مهمتها. كما تعد أجهزة السونار أجهزة أساسية لتوفير سلامة الملاحة البحرية. ويبين الشكل (3) جهاز سونار مربوط بسفينة لأغراض شتى. وتستخدم الأمواج فوق الصوتية في الفيزياء لتحديد خواص المواد كالانضغاطية compressibility، والمرونة elasticity، ونسب الحرارات النوعيةspecific heat ratios. كما تستخدم الأمواج فوق الصوتية في الكيمياء لإنتاج مستحلباتemulsions متجانسة كالمستعملة في صنع أفلام التصوير، وكذلك للكشف عن التشقُّقات في الصفائح وغيرها. وقد استخدمت الأمواج فوق الصوتية التي تقع تواتراتها في مجال الـ GHz لصنع «مجهر» صوتي يمكنه تمييز أبعاد من رتبة الميكرون. وتؤدي الأمواج السطحية التي تقع تواتراتها في المجال فوق الصوتي والمعروفة اختصاراً بـSAW أي Surface Acoustic Waves دوراً مهماً في تجهيزات التحكُّم الإلكترونية.
أحمد حصري
 |
| الشكل (1) دارة إلكترونية لالتقاط الأمواج فوق الصوتية |
 |
| الشكل (1) دارة إلكترونية حديثة لالتقاط الأمواج فوق الصوتية وتحويلها إلى أمواج صوتية مسموعة |
 |
| الشكل (3) أجهزة المكلاحة في غواصة يظهر في مقدمتها جهاز سونار |
لعلم فوق الصوتيات تطبيقات عديدة في مجالات الفيزياء والكيمياء والتقانة والطب. فقد استخدمت الأمواج فوق الصوتية منذ أمد بعيد لتوفير الاتصالات تحت الماء وللكشف عن الأجسام الغاطسة تحته كالغواصات، فيما يسمى بأجهزة السونار SONAR، وهي أجهزة تشبه الرادار في عملها إلا أنها تستخدم أمواجاً فوق صوتية لأداء مهمتها. كما تعد أجهزة السونار أجهزة أساسية لتوفير سلامة الملاحة البحرية. ويبين الشكل (3) جهاز سونار مربوط بسفينة لأغراض شتى. وتستخدم الأمواج فوق الصوتية في الفيزياء لتحديد خواص المواد كالانضغاطية compressibility، والمرونة elasticity، ونسب الحرارات النوعيةspecific heat ratios. كما تستخدم الأمواج فوق الصوتية في الكيمياء لإنتاج مستحلباتemulsions متجانسة كالمستعملة في صنع أفلام التصوير، وكذلك للكشف عن التشقُّقات في الصفائح وغيرها. وقد استخدمت الأمواج فوق الصوتية التي تقع تواتراتها في مجال الـ GHz لصنع «مجهر» صوتي يمكنه تمييز أبعاد من رتبة الميكرون. وتؤدي الأمواج السطحية التي تقع تواتراتها في المجال فوق الصوتي والمعروفة اختصاراً بـSAW أي Surface Acoustic Waves دوراً مهماً في تجهيزات التحكُّم الإلكترونية.
أحمد حصري