http://poradumo.pp.ua

Online Журнал-Світ порад.
Головна сторінка
» » Що таке ультразвук? Застосування ультразвуку в техніці і медицині

Що таке ультразвук? Застосування ультразвуку в техніці і медицині

21-е століття - століття радіоелектроніки, атома, підкорення космосу і ультразвуку. Порівняно молода в наші дні наука про ультразвук. В кінці 19 століття П. Н. Лебедєв, російський вчений-фізіолог, провів перші його дослідження. Після цього ультразвуком розпочали займатися багато видатні вчені.

Що таке ультразвук?

Ультразвук - це поширюється хвилеподібно коливальний рух, який здійснюють частинки середовища. Він має свої особливості, за якими відрізняється від звуків чутного діапазону. Порівняно легко в ультразвуковому діапазоні отримати направлене випромінювання. До того ж він добре фокусується, і в результаті цього підвищується інтенсивність здійснюються коливань. При поширенні в твердих тілах, рідинах і газах ультразвук народжує цікаві явища, що знайшли практичне застосування в багатьох областях техніки і науки. Ось що таке ультразвук, роль якого в різних сферах життя сьогодні дуже велика.




Роль ультразвуку в науці і практиці

Що таке ультразвук? Застосування ультразвуку в техніці і медицині

Ультразвук в останні роки став грати в наукових дослідження все більшу роль. Були успішно проведені експериментальні та теоретичні дослідження в області акустичних течій та ультразвукової кавітації, що дозволило вченим розробити технологічні процеси, які протікають при впливі в рідкій фазі ультразвуку. Він є потужним методом дослідження різноманітних явищ і в такій галузі знання, як фізика. Ультразвук застосовується, наприклад, у фізиці напівпровідників і твердого тіла. Сьогодні формується окремий напрям хімії, що одержала назву "ультразвукова хімія". Її застосування дозволяє прискорити безліч хіміко-технологічних процесів. Зародилася також молекулярна акустика - новий розділ акустики, що вивчає молекулярну взаємодію з речовиною звукових хвиль. З'явилися нові сфери застосування ультразвуку: голографія, інтроскопія, акустоелектроніка, ультразвукова фазомерия, квантова акустика.




Крім експериментальних і теоретичних робіт у цій області, сьогодні було виконано безліч практичних. Розроблені спеціальні і універсальні ультразвукові верстати, установки, які працюють під підвищеним статичним тиском і ін Впроваджені у виробництво ультразвукові автоматичні установки, включені в потокові лінії, що дозволяє істотно підвищити продуктивність праці.

Детальніше про ультразвук

Розповімо докладніше про те, що таке ультразвук. Ми вже говорили про те, що це пружні хвилі і коливання. Частота ультразвуку становить більше 15-20 кГц. Суб'єктивними властивостями нашого слуху визначається нижня межа ультразвукових частот, яка відділяє її від частоти чутного звуку. Ця межа, таким чином, є умовною, і кожен з нас по-різному визначає, що таке ультразвук. Верхня межа позначена пружними хвилями, їх фізичною природою. Вони поширюються тільки матеріальної середовищі, тобто довжина хвилі повинна бути значно більше, ніж довжина вільного пробігу наявних в газі молекул або ж міжатомних відстаней в твердих тілах і рідинах. При нормальному тиску в газах верхня межа частот УЗ - 10 9 Гц, а твердих тілах і рідинах - 10 12 -10 13 Гц.


Джерела ультразвуку

Ультразвук в природі зустрічається і як компонент безлічі природних шумів (водоспаду, вітру, дощу, гальки, перекатываемой прибоєм, а також у супроводжуючих розряди грози звуках і т. д.), і як невід'ємна частина тваринного світу. Їм деякі види тварин користуються для орієнтування у просторі, виявлення перешкод. Відомо, крім того, що ультразвук в природі дельфіни використовують (в основному частоти від 80 до 100 кГц). Дуже великий при цьому може бути потужність випромінюваних ними локаційних сигналів. Відомо, що дельфіни здатні знаходити косяки риб, що знаходяться на відстані до кілометра від них.

Що таке ультразвук? Застосування ультразвуку в техніці і медицині

Випромінювачі (джерела) ультразвуку діляться на 2 великі групи. Перша - це генератори, в яких коливання збуджуються з-за наявності в них перешкод, встановлених на шляху руху постійного потоку - струменя рідини або газу. Друга група, в яку можна об'єднати джерела ультразвуку, - електроакустичні перетворювачі, що перетворюють задані коливання електричного струму або напруги в механічне коливання, що здійснюється твердим тілом, випромінює акустичні хвилі в навколишнє середовище.

Приймачі ультразвуку

На середніх і низьких частотах приймачами ультразвуку виступають найчастіше п'єзоелектричного типу електроакустичні перетворювачі. Вони можуть відтворювати форму отриманого акустичного сигналу, представлену як тимчасова залежність звукового тиску. Прилади можуть бути або широкосмуговими, або резонансними - в залежності від того, для яких умов застосування вони призначені. Термічні приймачі використовують для одержання характеристик звукового поля, усереднених за часом. Вони являють собою вкриті звукопоглинальним речовиною термістори або термопари. Звуковий тиск та інтенсивність можна оцінювати також оптичними методами, такими як дифракція світла на УЗ.

Де застосовується ультразвук?

Існує безліч сфер його застосування, при цьому використовуються різні особливості ультразвуку. Ці сфери можна розбити умовно на три напрямки. Перше з них пов'язано з отриманням допомогою УЗ-хвиль різної інформації. Другий напрямок - активний вплив його на речовину. А третє пов'язано з передачею та обробкою сигналів. УЗ певного діапазону частот використовується в кожному конкретному випадку. Ми розповімо лише про деякі з безлічі областей, в яких він знайшов своє застосування.


Очищення з допомогою ультразвуку

Що таке ультразвук? Застосування ультразвуку в техніці і медицині

Якість такої очищення не можна порівняти з іншими способами. При полосканні деталей, наприклад, на поверхні їх зберігається до 80% забруднень, близько 55 % - при вібраційній очищення, близько 20 % - при ручному, а при ультразвукової залишається не більше 05 % забруднень. Деталі, що мають складну форму, можливо добре очистити лише з допомогою ультразвуку. Важливою перевагою його використання є висока продуктивність, а також малі витрати фізичної праці. Більш того, можна замінити дорогі і вогненебезпечні органічні розчинники дешевими і безпечними водними розчинами, застосовувати рідкий фреон та ін

Що таке ультразвук? Застосування ультразвуку в техніці і медицині

Серйозна проблема - забруднення повітря кіптявою, димом, пилом, оксидами металів і т. д. Можна використовувати ультразвуковий спосіб очищення повітря і газу в газоотводах незалежно від вологості середовища і температури. Якщо УЗ-випромінювач помістити в пылеосадочную камеру, сотні разів збільшиться ефективність її дії. У чому ж полягає сутність такого очищення? Безладно рухаються у повітрі порошинки сильніше і частіше вдаряються один про одного під дією ультразвукових коливань. При цьому розмір їх збільшується за рахунок того, що вони сливаються. Коагуляцією називається процес укрупнення частинок. Спеціальними фільтрами уловлюються обтяжені і укрупнені їх скупчення.

Механічна обробка крихких і надтвердих матеріалів

Якщо ввести між оброблюваною деталлю і робочою поверхнею інструменту, що використовує ультразвук, абразивний матеріал, то частинки абразиву при роботі випромінювача стануть впливати на поверхню цієї деталі. При цьому руйнується матеріал і віддаляється, піддаючись обробці під дією безлічі спрямованих микроударов. Кінематика обробки складається з основного руху - різання, тобто здійснюються інструментом поздовжніх коливань, і допоміжного - руху подання, які здійснює апарат.

Ультразвук може виконувати різні роботи. Для абразивних зерен джерелом енергії є поздовжні коливання. Вони і руйнують оброблюваний матеріал. Рух подачі (допоміжне) може бути круговим, поперечним і поздовжнім. Обробка за допомогою ультразвуку має більшу точність. В залежності від того, яку зернистість має абразив, вона становить від 50 до 1 мк. Використовуючи інструменти різної форми, можна робити не тільки отвори, але також і складні розрізи, криволінійні осі, гравірувати, шліфувати, виготовляти матриці і навіть свердлити алмаз. Використовуються як абразив матеріали - корунд, алмаз, кварцовий пісок, кремінь.

Ультразвук в радіоелектроніці

Ультразвук в техніці часто використовується в області радіоелектроніки. У цій сфері часто з'являється необхідність затримати електричний сигнал щодо якогось іншого. Вчені знайшли вдале рішення, запропонувавши використовувати ультразвукові лінії затримки (скорочено - ЛЗ). Їх дія заснована на тому, що електричні імпульси перетворюються в ультразвукові механічні коливання. Як же це відбувається? Справа в тому, що швидкість ультразвуку істотно менше, ніж та, яку розвивають електромагнітні коливання. Імпульс напруги після зворотного перетворення механічних коливань в електричні буде затриманий на виході лінії щодо вхідного імпульсу.

П'єзоелектричні і магнітострикційні перетворювачі використовують для перетворення електричних коливань в механічні і назад. ЛЗ відповідно до цього поділяються на п'єзоелектричні і магнітострикційні.

Ультразвук в медицині

Різні види ультразвуку застосовуються для впливу на живі організми. У медичній практиці його використання зараз дуже популярно. Воно ґрунтується на ефекти, які виникають у біологічних тканинах тоді, коли через них проходить ультразвук. Хвилі викликають коливання частинок середовища, що створює своєрідний мікромасаж тканин. А поглинання ультразвуку веде до їх локального нагрівання. Разом з тим в біологічних середовищах відбуваються визначені фізико-хімічні перетворення. Ці явища в разі помірної інтенсивності звуку незворотних ушкоджень не викликають. Вони тільки покращують обмін речовин, а значить і сприяють життєдіяльності піддається їм організму. Такі явища застосовуються в УЗ-вої терапії.

Ультразвук в хірургії

Що таке ультразвук? Застосування ультразвуку в техніці і медицині

Кавітація і сильне нагрівання при великих інтенсивностях призводять до руйнування тканин. Цей ефект застосовується сьогодні в хірургії. Фокусні ультразвук використовують для хірургічних операцій, що дозволяє здійснювати локальні руйнування в самих глибинних структурах (наприклад, мозку), не пошкоджуючи при цьому оточуючі. В хірургії також використовуються ультразвукові інструменти, в яких робочий кінець має вигляд пилки, скальпеля, голки. Коливання, що накладаються на них, надають нові якості цих приладів. Необхідне зусилля значно знижується, отже, зменшується травматизм операції. До того ж проявляється знеболюючий і кровоспинний ефект. Вплив тупим інструментом з застосуванням ультразвуку використовується для руйнування з'явилися в організмі деяких видів новоутворень.

Вплив на біологічні тканини здійснюється для руйнування мікроорганізмів і використовується в процесах стерилізації лікарських засобів і медичних інструментів.

Дослідження внутрішніх органів

Що таке ультразвук? Застосування ультразвуку в техніці і медицині

В основному мова йде про дослідження черевної порожнини. Для цієї мети використовується спеціальний апарат. Ультразвук може застосовуватися для знаходження і розпізнавання різних аномалій тканин і анатомічних структур. Завдання найчастіше така: існує підозра на наявність злоякісного освіти і потрібно відрізнити його від освіти доброякісного або інфекційного.

Ультразвук корисний при дослідженні печінки та для вирішення інших завдань, до яких відноситься виявлення непрохідності і захворювань жовчних проток, а також дослідження жовчного міхура для виявлення наявності в ньому каменів та інших патологій. Крім того, може застосовуватися дослідження цирозу та інших дифузних доброякісних захворювань печінки.

В області гінекології, головним чином при аналізі яєчників і матки, застосування ультразвуку є протягом тривалого часу головним напрямком, в якому воно здійснюється особливо успішно. Найчастіше тут також потрібна диференціація доброякісних і злоякісних утворень, що вимагає зазвичай найкращого контрастного і просторового дозволу. Подібні висновки можуть бути корисні і при дослідженні безлічі інших внутрішніх органів.

Застосування ультразвуку в стоматології

Що таке ультразвук? Застосування ультразвуку в техніці і медицині

Ультразвук знайшов своє застосування і в стоматології, де він використовується для видалення зубного каменю. Він дозволяє швидко, безкровно і безболісно зняти наліт і камінь. При цьому слизувата порожнина рота не травмується, а "кишені" порожнини знезаражуються. Замість болю пацієнт відчуває відчуття теплоти.

of your page -->

Популярні поради

загрузка...