Kaj je ultrazvok? Uporaba ultrazvoka v inženirstvu in medicini

21. stoletje je starost radijske elektronike, atoma, osvajanja prostora in ultrazvoka. Znanost o ultrazvoku je danes relativno mlada. V poznem 19. stoletju je opravil prve študije PN Lebedev, ruski fiziolog. Po tem, veliko izjemnih znanstvenikov začelo študirati ultrazvok.

Kaj je ultrazvok?

Ultrazvok je vibracijsko gibanje v obliki valovanja, ki ga delijo mediji. Ima lastne značilnosti, ki se razlikujejo od zvokov zvočnega območja. Sorazmerno je enostavno pridobiti usmerjeno sevanje v ultrazvočnem območju. Poleg tega je dobro usmerjen in zaradi tega se intenzivnost nihanj povečuje. Pri razmnoževanju v trdnih snoveh, tekočinah in plinih ultrazvok proizvaja zanimive pojave, ki so našli praktično uporabo na številnih področjih tehnike in znanosti. To je ultrazvok, katerega vloga je zelo velika na različnih področjih življenja danes.

Vloga ultrazvoka v znanosti in praksi

Ultrazvok v zadnjih letih je začel igrati vse pomembnejšo vlogo v znanstvenih raziskavah. Eksperimentalno in teoretično raziskave na področju akustičnih tokov in ultrazvočne kavitacije so bili uspešno izvedena, kar je omogočilo znanstvenike razviti procese, ki se pojavijo, kadar je izpostavljen ultrazvokom v tekoči fazi. Je močna metoda raziskovanja različnih pojavov na takem področju znanja kot fizike. Ultrazvok se uporablja, na primer, v fiziki polprevodnikov in trdnih teles. Danes se oblikuje ločena veja kemije, imenovana "ultrazvočna kemija". Njena uporaba nam omogoča, da pospešimo številne kemijsko-tehnološke procese. Pojavi se tudi molekularna akustika, nov odsek akustike, ki preučuje molekularno interakcijo s snovjo zvočni valovi. Pojavila so se nova področja uporabe ultrazvoka: holografija, introscopy, akustoelektronika, ultrazvočna fasemerija, kvantna akustika.

Poleg eksperimentalnega in teoretičnega dela na tem področju so danes izvedene številne praktične. In razvil ultrazvok namenske stroje, naprave, ki delujejo pod visokim statičnim tlakom, in drugi. Uveden v proizvodnji ultrazvočnih samodejnih nastavitev, vključenih v proizvodnih linij, ki lahko bistveno poveča produktivnost.

Več o ultrazvokih

Govorimo podrobneje o tem, kaj je ultrazvok. Rekli smo že, da gre za elastične valove in nihanja. Pogostost ultrazvok je večji od 15-20 kHz. Subjektivne lastnosti našega sluha določajo spodnjo mejo ultrazvočnih frekvenc, ki jo ločuje od frekvence zvočnega zvoka. Ta meja je zato pogojna in vsaka od nas drugače določa, kaj je ultrazvok. Zgornjo mejo označujejo elastične valove, njihove fizične narave. Ti so razporejeni le na materialnem nosilcu, torej mora biti valovna dolžina znatno večje od srednjega prostega sredino plinskih molekul na enakih ali razdalj med v trdne snovi in ​​tekočine. Pri normalnem tlaku v plinih je zgornja meja frekvenc UZ-10⁹ Hz, trdne snovi in ​​tekočine - 10^{12. mesto}-10¹³ Hz.

Viri ultrazvoka

Ultrazvok najdemo tudi kot sestavni del naravnega hrupa (slapom, veter, dež in kamenčkov, surf zvitkih, ter spremljajo zvoki in izpuste Chance t. D.), in kot sestavni del živalskega sveta. Za orientacijo v vesolju uporabljajo nekatere vrste živali, odkrivanje ovir. Nadalje je znano, da je uporaba ultrazvoka v naravi delfinov (predvsem frekvencah od 80 do 100 kHz). V tem primeru je zelo močna moč signala sevanja. Znano je, da so delfini sposobni zaznati jate rib, ki so na razdalji do en kilometer.

Radiatorji (viri) ultrazvoka so razdeljeni v dve veliki skupini. Prva - generator, pri katerem so nihanja vzbujanjem zaradi prisotnosti te ovire, nameščene na poti v pretoku - plin ali tekočih curkov. Druga skupina, ki jo lahko kombiniramo virov ultrazvoka, - elektroakustični pretvorniki, ki spremenijo vnaprej določena toka ali napetosti nihanja v mehansko nihanje naredijo trdno telo oddaja zvočne valove v okolje.

Ultrazvočni sprejemniki

Na srednji in visoki nizke frekvence Ultrazvočni sprejemniki so najpogosteje piezoelektrični tipi elektroakustičnih pretvornikov. Lahko reproducirajo obliko sprejetega zvočnega signala, predstavljenega kot časovno odvisnost zvočnega tlaka. Naprave so lahko širokopasovne ali resonančne, odvisno od pogojev, za katere so namenjene. Termični sprejemniki se uporabljajo za pridobivanje povprečnih lastnosti zvočnih polj v daljšem časovnem obdobju. So termistorji ali termoelementi, prekriti z materialom, ki absorbira zvok. Zvočni tlak in intenzivnost lahko ocenimo tudi z optičnimi metodami, kot je difrakcija svetlobe z ultrazvokom.

Kje se uporablja ultrazvok?

Obstaja veliko področij uporabe, ob uporabi različnih funkcij ultrazvoka. Te krogle lahko pogojno razdelimo v tri smeri. Prvi od teh je povezan s pridobivanjem ultrazvočnih valov različnih informacij. Druga smer je njen dejaven vpliv na snov. In tretji je povezan s prenosom in obdelavo signalov. Ultrazvok frekvenčno območje se uporablja v vsakem posameznem primeru. Šele bomo govorili o nekaterih od mnogih področij, na katerih je našel svojo uporabo.

Čiščenje z ultrazvokom

Kakovosti takšnega čiščenja ni mogoče primerjati z drugimi metodami. Ko izpiranje posode, na primer, na površini se ohrani do 80% onesnaževalcev, približno 55% - ko vibracijski sušilnica, približno 20% - je v ročno in z ultrazvokom ne več kot 0,5% nečistoč. Deli, ki imajo kompleksno obliko, je mogoče dobro očistiti le z ultrazvokom. Pomembna prednost njegove uporabe je visoka produktivnost, pa tudi nizki stroški ročnega dela. Poleg tega je mogoče nadomestiti drago in vnetljivo organska topila s poceni in varnimi vodnimi raztopinami, uporabljati tekoči freon itd.

Resen problem - onesnaževanje zraka saje, dim, prah, kovinski oksidi, itd se lahko uporabi postopek za ultrazvočno čiščenje zraka in plina v izpuh ne glede na vlago in temperaturo ... Če ultrazvočni pretvornik postavi v komoro za prah, stokrat, da bi povečali učinkovitost njenih ukrepov. Kakšno je bistvo takega čiščenja? Naključno gibljejo prašnih delcev v zraku pogosteje zadenejo drug z drugim pri učinkovanju ultrazvočne vibracije. V tem primeru se njihova velikost poveča zaradi dejstva, da se združijo. Koagulacija je proces orezovanja delcev. Posebni filtri zajemajo ponderirane in povečane njihove skupine.

Mehanska obdelava krhkih in superhardnih materialov

Če vstavite med obdelovancem in delovno površino orodja z uporabo ultrazvoka, abrazivni material, delci abraziva bodo delali na površini tega dela, ko deluje emiter. Ob istem času se material uniči in odstrani, če je obdelava pod vplivom številnih usmerjenih mikro-udarcev. Kinematika zdravljenja sestoji iz glavnega gibanja - rezalnega orodja, ki je izdelan iz vzdolžnega nihanja in sekundarne - predlog krme, ki nosi aparat.

Ultrazvok lahko opravi različne naloge. Za abrazivna zrna je vir energije vzdolžna nihanja. Uničijo tudi material, ki se obdeluje. Premikanje vira (pomožno) je lahko krožno, prečno in vzdolžno. Predelava z ultrazvokom je večja natančnost. Odvisno od granularnosti abraziva je od 50 do 1 mikron. Z uporabo orodij različnih oblik lahko naredite ne samo luknje, temveč tudi zapletene izreze, ukrivljene osi, izrezovanje, mletje, izdelavo matric in celo vrtanje diamanta. Uporablja se kot abrazivni material - korund, diamant, kremenov pesek, kremenček.

Ultrazvok v radijski elektroniki

Ultrazvok v inženirstvu se pogosto uporablja na področju radijske elektronike. Na tem področju je pogosto treba odložiti električni signal glede na druge. Znanstveniki so našli uspešno rešitev, ki nakazuje uporabo ultrazvočnih zakasnitvenih linij (skrajšano - LZ). Njihovo delovanje temelji na dejstvu, da se električni impulzi pretvorijo v ultrazvočno mehanske vibracije. Kako se to zgodi? Dejstvo je, da je hitrost ultrazvoka precej manjša od tiste, ki se razvije elektromagnetne oscilacije. Napetostni impulz po povratni pretvorbi na električna mehanska nihanja bo odložen na izhodni liniji glede na vhodni impulz.

Piezoelektrični in magnetostrikcijski pretvorniki se uporabljajo za pretvorbo električnih nihanj na mehanske in obratno. LZ, so razdeljeni na piezoelektrične in magnetostriktivne.

Ultrazvok v medicini

Različne vrste ultrazvoka se uporabljajo za vplivanje na žive organizme. V medicinski praksi je njegova uporaba zdaj zelo priljubljena. Temelji na učinkih, ki se pojavijo v bioloških tkivih, ko jih ultrazvočno prehaja. Valovi povzročajo vibracije delcev medija, kar ustvarja nekakšno mikromasažo tkiva. Absorpcija ultrazvoka vodi do njihovega lokalnega ogrevanja. Hkrati se v bioloških medijih odvijajo določene fizikalno-kemične transformacije. Ti pojavi v primeru zmerne zvočne intenzivnosti nepopravljive škode ne povzročajo. Le izboljšajo metabolizem in tako prispevajo k vitalni aktivnosti organizma, na katerega vpliva. Takšni pojavi se uporabljajo pri ultrazvočnem zdravljenju.

Ultrazvok v kirurgiji

Kavitacija in močno ogrevanje pri visokih intenzivnostih povzroči uničenje tkiva. Ta učinek se danes uporablja v operaciji. Focalni ultrazvok se uporablja za kirurške operacije, kar omogoča lokalno uničenje v najglobljih strukturah (na primer, možgani), ne da bi pri tem škodovalo okoliškim. V operaciji se uporabljajo tudi ultrazvočni instrumenti, pri katerih ima delovni konec obliko žage, skalpela, igle. Nihanja, ki jim jih nalagajo, dajo nove lastnosti teh naprav. Zahtevani napor se znatno zmanjša, zato se travma operacije zmanjša. Poleg tega obstaja anestezijski in hemostatski učinek. Učinek tahnega orodja z uporabo ultrazvoka se uporablja za uničenje videza določenih vrst novotvorb v telesu.

Učinek na biološka tkiva se izvaja za uničevanje mikroorganizmov in se uporablja pri sterilizaciji zdravil in medicinskih instrumentov.

Preiskava notranjih organov

V bistvu gre za preučevanje trebušne votline. V ta namen se uporablja posebna naprava. Ultrazvok se lahko uporablja za lociranje in prepoznavanje različnih nenormalnosti tkiv in anatomskih struktur. Naloga je pogosto to: obstaja sum o prisotnosti maligne vzgoje in ga je treba razlikovati od oblikovanja benigne ali infekcijske.

Ultrazvok je koristen v študiji jeter in za druge naloge, ki vključujejo odkrivanje obstrukcije in biliarno bolezni, kot tudi pregled žolčnika za ugotavljanje prisotnosti njej kamenja in drugih patologij. Poleg tega se lahko uporabijo raziskave cirozo in drugih benignih razpršene jetrnih bolezni.

Na področju ginekologije, predvsem pri analizi jajčnikov in maternice, uporaba ultrazvoka je za dolgo časa, glavna smer, v kateri se izvede posebno uspešna. Pogosto se je treba tudi diferenciacijo benignih in malignih tumorjev, ki ponavadi zahteva najboljšo možno kontrast in prostorske ločljivosti. Podobne ugotovitve so lahko koristne pri proučevanju različnih drugih notranjih organov.

Uporaba ultrazvoka v stomatologiji

Ultrazvok je našel tudi svojo uporabo v zobozdravstvu, kjer se uporablja za odstranjevanje zob. Omogoča vam hitro, brez krvavitve in brez bolečin odstraniti ploščo in kamen. V tem primeru ustna sluznica ni poškodovana, in "žepi" votline so razkuženi. Pacient namesto bolečine doživi občutek toplote.