Ettekanne ultraheli ja selle rakendamise teemal. Ultraheli, selle omadused ja rakendused. Doppleri seadmed

Ultraheli…………………………………………………………………….4

Ultraheli kui elastsed lained…………………………………………..4

Ultraheli eripära…………………………………..5

Ultraheli allikad ja vastuvõtjad…………………………………………..7

Mehaanilised emitterid……………………………………………7

Elektroakustilised muundurid……………………………….9

Ultraheli vastuvõtjad………………………………………………..11

Ultraheli kasutamine………………………………………………………….

Ultraheli puhastamine ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Ülikõvade ja rabedate materjalide töötlemine

materjalid…………………………………………………………………13

Ultraheli keevitamine………………………………………………….14

Ultraheli jootmine ja tinatamine…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Tootmisprotsesside kiirendamine………………..…………15

Ultraheli defektide tuvastamine ………………………………………………………………………………………

Ultraheli raadioelektroonikas…………………………………………17

Ultraheli meditsiinis…………………………………………………..18

Kirjandus…………………………………………………..………………….19

dirigeerimine.

Kahekümne esimene sajand on aatomi, kosmose vallutamise, raadioelektroonika ja ultraheli sajand. Ultraheliteadus on suhteliselt noor. Esimesed ultraheliuuringute laboratoorsed tööd tegi 19. sajandi lõpus suur vene füüsik P. N. Lebedev ja seejärel tegelesid ultraheliga paljud silmapaistvad teadlased.

Ultraheli on keskmiste osakeste lainelaadne võnkumine. Ultrahelil on kuuldava vahemiku helidega võrreldes mõned omadused. Ultraheli vahemikus on suhteliselt lihtne saada suundkiirgust; see sobib hästi fokusseerimiseks, mille tulemusena suureneb ultraheli vibratsiooni intensiivsus. Gaasides, vedelikes ja tahketes ainetes levides tekitab ultraheli huvitavaid nähtusi, millest paljud on leidnud praktilist rakendust erinevates teaduse ja tehnika valdkondades.

Viimastel aastatel on ultrahelil hakatud teadusuuringutes üha olulisemat rolli mängima. Edukalt on läbi viidud teoreetilised ja eksperimentaalsed uuringud ultraheli kavitatsiooni ja akustiliste voolude valdkonnas, mis võimaldasid välja töötada uusi tehnoloogilisi protsesse, mis tekivad ultraheli toimel vedelas faasis. Praegu on keemias kujunemas uus suund - ultrahelikeemia, mis võimaldab kiirendada paljusid keemilisi ja tehnoloogilisi protsesse. Teadusuuringud aitasid kaasa uue akustika osa – molekulaarakustika – tekkele, mis uurib helilainete molekulaarset vastasmõju ainega. Tekkinud on uued ultraheli kasutusvaldkonnad: introskoopia, holograafia, kvantakustika, ultraheli faasimõõtmine, akustoelektroonika.

Koos teoreetilise ja eksperimentaalse uuringuga ultraheli valdkonnas on tehtud palju praktilist tööd. Välja on töötatud universaalsed ja spetsiaalsed ultrahelimasinad, kõrgendatud staatilise rõhu all töötavad paigaldised, ultraheli mehhaniseeritud paigaldised detailide puhastamiseks, kõrgendatud sagedusega ja uue jahutussüsteemiga generaatorid ning ühtlaselt jaotunud väljaga muundurid. On loodud ja tootmisse viidud automaatsed ultrahelipaigaldised, mis on kaasatud tootmisliinidesse, mis võimaldavad oluliselt tõsta tööviljakust.

ultraheli.

Ultraheli (USA) - elastsed vibratsioonid ja lained, mille sagedus ületab 15 - 20 kHz. Ultraheli sageduspiirkonna alumine piir, mis eraldab seda kuuldavast heli piirkonnast, on määratud inimese kuulmise subjektiivsete omadustega ja on tingimuslik, kuna kuulmistaju ülempiir on igal inimesel erinev. Ultraheli sageduste ülempiir tuleneb elastsete lainete füüsikalisest olemusest, mis võivad levida ainult materiaalses keskkonnas, s.t. eeldusel, et lainepikkus on palju suurem kui molekulide keskmine vaba tee gaasis või aatomitevahelised kaugused vedelikes ja tahketes ainetes. Normaalrõhul gaasides on ultraheli sageduste ülempiir » 10 9 Hz, vedelikes ja tahketes ainetes ulatub piirsagedus 10 12 -10 13 Hz. Sõltuvalt lainepikkusest ja sagedusest on ultrahelil erinevad kiirguse, vastuvõtu, levimise ja rakendamise eripärad, seetõttu jaguneb ultraheli sageduste ala kolmeks:

· madalad ultrahelisagedused (1,5×10 4 - 10 5 Hz);

keskmine (10 5 - 10 7 Hz);

kõrge (10 7 - 10 9 Hz).

Elastseid laineid sagedustega 10 9 - 10 13 Hz nimetatakse tavaliselt hüperheliks.

Ultraheli kui elastsed lained.

Ultrahelilained (kuuldamatu heli) oma olemuselt ei erine kuuldava vahemiku elastsuslainetest. Paljuneb ainult gaasides ja vedelikes pikisuunaline lained ja tahketes ainetes - pikisuunaline ja nihke s.

Ultraheli levimine järgib mis tahes sagedusvahemiku akustiliste lainete põhiseadusi. Jaotuse põhiseadused on heli peegelduse ja heli murdumise seadused erinevate meediumite piiridel, heli difraktsioon ja heli hajumine kui keskkonnas esinevad takistused ja ebaühtlused ning piiride ebakorrapärasused, lainejuhi levimise seadused piiratud keskkonnaaladel. Olulist rolli mängib heli lainepikkuse l ja geomeetrilise mõõtme D suhe, st heliallika või takistuse suurus laineteel ning keskkonna ebahomogeensuse suurus. Kui D>>l heli levimine takistuste läheduses toimub peamiselt geomeetrilise akustika seaduste järgi (võib kasutada peegelduse ja murdumise seadusi). Selle parameetriga määratakse hälbe geomeetrilisest levimustrist ja vajadus arvestada difraktsiooninähtustega.

, kus r on kaugus vaatluspunktist difraktsiooni põhjustava objektini.

Ultrahelilainete levimise kiirus piiramatus keskkonnas on määratud keskkonna elastsuse ja tiheduse omadustega. Piiratud keskkonnas mõjutab laine levimise kiirust piiride olemasolu ja iseloom, mis toob kaasa kiiruse sagedussõltuvuse (heli kiiruse hajumine). Ultraheli laine amplituudi ja intensiivsuse vähenemine, kui see levib antud suunas, st heli sumbumine, on nagu mis tahes sagedusega lainete puhul põhjustatud lainefrondi lahknemisest allika kaugusest, heli hajumine ja neeldumine. Kõigil sagedustel, nii kuuldavatel kui ka mittekuuldavatel vahemikel, toimub nn "klassikaline" neeldumine, mis on põhjustatud keskkonna nihkeviskoossusest (sisehõõrdumisest). Lisaks on täiendav (lõdvestav) imendumine, mis sageli ületab oluliselt "klassikalist" imendumist.

Helilainete märkimisväärse intensiivsusega ilmnevad mittelineaarsed efektid:

rikutakse superpositsiooni põhimõtet ja toimub lainete koostoime, mis toob kaasa toonide ilmumise;

· lainekuju muutub, selle spekter rikastub kõrgemate harmoonilistega ja vastavalt suureneb neeldumine;

· kui ultraheli intensiivsuse teatud läviväärtus on saavutatud, tekib vedelikus kavitatsioon (vt allpool).

Lineaarse akustika seaduste kohaldatavuse ja mittelineaarsete efektide tähelepanuta jätmise võimaluse kriteeriumiks on: M<< 1, где М = v/c, v – колебательная скорость частиц в волне, с – скорость распространения волны.

Parameetrit M nimetatakse "Machi numbriks".

Ultraheli spetsiifilised omadused

Kuigi ultraheli füüsikaline olemus ja selle levimist määravad põhiseadused on samad, mis mis tahes sagedusvahemikuga helilainete puhul, on sellel mitmeid spetsiifilisi omadusi. Need funktsioonid on tingitud suhteliselt kõrgetest USA sagedustest.

Lainepikkuse väiksus määrab kiirte tegelane ultrahelilainete levik. Emitteri läheduses levivad lained kiirtena, mille põikisuurus jääb emitteri suuruse lähedaseks. Kui selline kiir (USA kiir) tabab suuri takistusi, peegeldub ja murdub see. Kui kiir tabab väikseid takistusi, tekib hajutatud laine, mis võimaldab tuvastada keskkonnas väikseid ebahomogeensusi (suurusjärgus kümnendikke ja sajandikku mm.). Ultraheli peegeldumine ja hajumine söötme ebahomogeensustele võimaldab moodustumist optiliselt läbipaistmatus keskkonnas helipildid objektid, kasutades heli teravustamissüsteeme, sarnaselt sellele, kuidas seda tehakse valguskiirtega.

Teravustamine ultraheli võimaldab mitte ainult saada helipilte (helipildi- ja akustilised holograafiasüsteemid), vaid ka keskenduda heli energia. Ultraheli teravustamissüsteemide abil on võimalik moodustada ettemääratud suunatavuse omadused emitterid ja neid hallata.

Valguslainete murdumisnäitaja perioodiline muutus, mis on seotud ultrahelilaine tiheduse muutumisega, põhjustab valguse difraktsioon ultraheli abil täheldatud USA sagedustel megahertsi-gigahertsi vahemikus. Sel juhul võib ultrahelilainet käsitleda difraktsioonvõrena.

Ultrahelivälja kõige olulisem mittelineaarne efekt on kavitatsioon- auru, gaasi või nende seguga täidetud pulseerivate mullide massi ilmumine vedelikus. Mullide keeruline liikumine, nende kokkuvarisemine, üksteisega ühinemine jne. tekitavad vedelikus surveimpulsse (mikrošokilaineid) ja mikrovoogusid, põhjustavad keskkonna lokaalset kuumenemist, ionisatsiooni. Need mõjud mõjutavad ainet: vedelikus olevad tahked ained hävivad ( kavitatsiooni erosioon), toimub vedeliku segunemine, käivitatakse või kiirendatakse erinevaid füüsikalisi ja keemilisi protsesse. Kavitatsiooni tingimusi muutes on võimalik tugevdada või nõrgendada erinevaid kavitatsiooniefekte, näiteks ultraheli sageduse suurenemisega suureneb mikrovoogude roll ja väheneb kavitatsiooni erosioon, rõhu tõusuga vedelikus, mikromõju roll suureneb. Sageduse suurenemine toob kaasa kavitatsiooni algusele vastava läve intensiivsuse suurenemise, mis sõltub vedeliku tüübist, selle gaasisisaldusest, temperatuurist jne. Atmosfäärirõhul vee puhul on see tavaliselt 0,3¸1,0 W/cm 2 . Kavitatsioon on kompleksne nähtuste kogum. Vedelas levivad ultrahelilained moodustavad vaheldumisi kõrge ja madala rõhuga alasid, luues tugeva kokkusurumise ja harvendamise tsoonid. Haruldases tsoonis väheneb hüdrostaatiline rõhk sedavõrd, et vedeliku molekulidele mõjuvad jõud muutuvad suuremaks kui molekulidevahelise sidususe jõud. Hüdrostaatilise tasakaalu järsu muutumise tagajärjel vedelik "murdub", moodustades arvukalt pisikesi gaasi- ja aurumulle. Järgmisel hetkel, kui vedelikus algab kõrgrõhuperiood, kukuvad varem tekkinud mullid kokku. Mullide kokkuvarisemise protsessiga kaasneb väga kõrge lokaalse hetkerõhuga lööklainete teke, mis ulatuvad mitmesaja atmosfäärini.

Peatükk ultrahelidiagnostika käsiraamatu I köitest, mille on kirjutanud Venemaa Meditsiini kraadiõppe akadeemia ultrahelidiagnostika osakonna töötajad (CD 2001), toimetanud Mitkov V.V.

(Artikkel leiti Internetist)

Ultraheli füüsikalised omadused
Peegeldus ja hajumine
Andurid ja ultrahelilaine
Aeglase skaneerimise seadmed
Kiire skannimise tööriistad
Doppleri seadmed
Artefaktid
Ultraheliseadmete kvaliteedikontroll
Ultraheli bioloogiline mõju ja ohutus
Ultraheli diagnostika uued suundumused
Kirjandus
Testi küsimused

ULTRAHELI FÜÜSIKALISED OMADUSED

Ultraheli kasutamine meditsiinilises diagnostikas on seotud siseorganite ja struktuuride kujutiste saamise võimalusega. Meetodi aluseks on ultraheli interaktsioon inimkeha kudedega. Pildi omandamise võib jagada kaheks osaks. Esimene on uuritavatesse kudedesse suunatud lühikeste ultraheliimpulsside kiirgamine ja teiseks peegeldunud signaalide põhjal pildi moodustamine. Ultraheli diagnostikaüksuse tööpõhimõtte mõistmine, teadmised ultraheli füüsika põhitõdedest ja selle interaktsioonist inimkeha kudedega aitavad vältida seadme mehaanilist, mõtlematut kasutamist ning seetõttu läheneda diagnostikaprotsessile asjatundlikumalt. .

Heli on mehaaniline pikilaine, milles osakeste võnkumised on energia levimise suunaga samas tasapinnas (joonis 1).

Riis. 1. Ultrahelilaine rõhu ja tiheduse muutuste visuaalne ja graafiline esitus.

Laine kannab energiat, kuid mitte ainet. Erinevalt elektromagnetlainetest (valgus, raadiolained jne) vajab heli levimiseks keskkonda – see ei saa levida vaakumis. Nagu kõiki laineid, saab ka heli kirjeldada mitme parameetriga. Need on sagedus, lainepikkus, levimiskiirus keskkonnas, periood, amplituud ja intensiivsus. Sageduse, perioodi, amplituudi ja intensiivsuse määrab heliallikas, levimiskiiruse määrab keskkond ja lainepikkuse määrab nii heliallikas kui ka keskkond. Sagedus on täielike võnkumiste (tsüklite) arv 1 sekundi jooksul (joonis 2).

Riis. 2. Ultraheli laine sagedus 2 tsüklit 1 s = 2 Hz

Sagedusühikud on hertsid (Hz) ja megahertsid (MHz). Üks herts on üks võnkumine sekundis. Üks megaherts = 1000000 hertsi. Mis teeb heli "ultra"? See on sagedus. Kuuldava heli ülempiir - 20 000 Hz (20 kilohertsi (kHz)) - on ultraheli ulatuse alumine piir. Nahkhiirte ultrahelilokaatorid töötavad vahemikus 25÷500 kHz. Kaasaegsetes ultraheliseadmetes kasutatakse kujutise saamiseks ultraheli sagedusega 2 MHz ja rohkem. Periood on aeg, mis kulub ühe täieliku võnketsükli saamiseks (joonis 3).

Riis. 3. Ultraheli laine periood.

Perioodiühikud on sekundid (s) ja mikrosekundid (µs). Üks mikrosekund on üks miljondik sekundist. Periood (µs) = 1/sagedus (MHz). Lainepikkus on pikkus, mille üks võnkumine ruumis võtab (joonis 4).

Riis. 4. Lainepikkus.

Mõõtühikud on meeter (m) ja millimeeter (mm). Ultraheli levimiskiirus on kiirus, millega laine levib läbi keskkonna. Ultraheli levimiskiiruse ühikud on meeter sekundis (m/s) ja millimeeter mikrosekundis (mm/µs). Ultraheli levimise kiiruse määrab söötme tihedus ja elastsus. Ultraheli levimise kiirus suureneb koos elastsuse suurenemisega ja söötme tiheduse vähenemisega. Tabelis 2.1 on näidatud ultraheli leviku kiirus inimkeha teatud kudedes.

Ultraheli keskmine levimiskiirus inimkeha kudedes on 1540 m/s – sellele kiirusele on programmeeritud enamik ultraheli diagnostikaseadmeid. Ultraheli levimiskiirus (C), sagedus (f) ja lainepikkus (λ) on seotud järgmise võrrandiga: C = f × λ. Kuna meie puhul loetakse kiirust konstantseks (1540 m/s), siis on ülejäänud kaks muutujat f ja λ omavahel seotud pöördvõrdelise seosega. Mida kõrgem on sagedus, seda lühem on lainepikkus ja seda väiksemad on objektid, mida me näeme. Teine oluline kandja parameeter on akustiline impedants (Z). Akustiline takistus on keskkonna tiheduse väärtuse ja ultraheli levimiskiiruse korrutis. Takistus (Z) = tihedus (p) × levimiskiirus (C).

Pildi saamiseks ultrahelidiagnostikas ei kasutata ultraheli, mida andur väljastab pidevalt (konstantlaine), vaid lühikeste impulsside kujul (impulss) kiirgavat ultraheli. See tekib siis, kui piesoelektrilisele elemendile rakendatakse lühikesi elektrilisi impulsse. Impulss-ultraheli iseloomustamiseks kasutatakse täiendavaid parameetreid. Impulsi kordussagedus on ajaühikus (sekundis) väljastatud impulsside arv. Impulsi kordussagedust mõõdetakse hertsides (Hz) ja kilohertsides (kHz). Impulsi kestus on ühe impulsi ajavahemik (joonis 5).

Riis. 5. Ultraheli impulsi kestus.

Seda mõõdetakse sekundites (s) ja mikrosekundites (µs). Hõivatuse tegur on aja osa, mille jooksul ultraheli emissioon (impulsside kujul) toimub. Ruumiimpulsi pikkus (STP) on ruumi pikkus, kuhu asetatakse üks ultraheliimpulss (joonis 6).

Riis. 6. Pulsi ruumiline pikenemine.

Pehmete kudede puhul võrdub impulsi ruumiline pikkus (mm) korrutisega 1,54 (ultraheli levimiskiirus mm/µs) ja võnkumiste arvu (tsüklite) impulsi kohta (n) jagatuna sagedusega MHz. Või PPI = 1,54 × n/f. Impulsi ruumilise pikkuse vähenemist on võimalik saavutada (ja see on aksiaalse eraldusvõime parandamiseks väga oluline), vähendades impulsi võnkumiste arvu või suurendades sagedust. Ultraheli laine amplituud on vaadeldava füüsikalise muutuja maksimaalne kõrvalekalle keskmisest väärtusest (joonis 7).

Riis. 7. Ultraheli laine amplituud

Ultraheli intensiivsus on laine võimsuse suhe piirkonda, kuhu ultrahelivoog jaotub. Seda mõõdetakse vattides ruutsentimeetri kohta (W/cm2). Võrdse kiirgusvõimsuse korral, mida väiksem on voo pindala, seda suurem on intensiivsus. Intensiivsus on võrdeline ka amplituudi ruuduga. Seega, kui amplituud kahekordistub, siis intensiivsus neljakordistub. Intensiivsus on ebaühtlane nii voolupiirkonnas kui ka impulss-ultraheli puhul ajas.

Mis tahes meediumi läbimisel väheneb ultrahelisignaali amplituud ja intensiivsus, mida nimetatakse sumbumiseks. Ultraheli signaali nõrgenemise põhjuseks on neeldumine, peegeldus ja hajumine. Summutuse ühikuks on detsibell (dB). Sumbumiskoefitsient on ultrahelisignaali sumbumine selle signaali teekonna pikkuse ühiku kohta (dB/cm). Summutustegur suureneb sageduse suurenedes. Pehmete kudede keskmised sumbumiskoefitsiendid ja kajasignaali intensiivsuse vähenemine sõltuvalt sagedusest on toodud tabelis 2.2.

Peegeldus ja hajumine

Kui ultraheli läbib kudesid erineva akustilise takistusega ja ultraheli kiirusega keskkonna piiril, tekivad peegeldumis-, murdumis-, hajumise ja neeldumise nähtused. Sõltuvalt nurgast räägitakse ultrahelikiire risti ja kaldu (nurga all) langemisest. Ultraheli kiire langemise korral võib see täielikult või osaliselt peegelduda, osaliselt läbida kahe kandja piiri; sel juhul ühest keskkonnast teise ülekantava ultraheli suund ei muutu (joon. 8).

Riis. 8. Ultraheli kiire langemine risti.

Peegeldunud ultraheli ja keskkonna piiri läbinud ultraheli intensiivsus sõltub algintensiivsusest ja kandja akustiliste impedantside erinevusest. Peegeldunud laine intensiivsuse ja langeva laine intensiivsuse suhet nimetatakse peegeldusteguriks. Meediumi piiri läbinud ultrahelilaine intensiivsuse ja langeva laine intensiivsuse suhet nimetatakse ultraheli juhtivusteguriks. Seega, kui kudedel on erinev tihedus, kuid sama akustiline takistus, siis ultraheli ei peegeldu. Teisest küljest, akustiliste takistuste suure erinevuse korral kipub peegelduse intensiivsus 100% -ni. Selle näiteks on õhu/pehmete kudede liides. Nende kandjate piiril toimub peaaegu täielik ultraheli peegeldus. Ultraheli juhtivuse parandamiseks inimkeha kudedes kasutatakse ühenduskeskkonda (geeli). Ultrahelikiire kaldus langemise korral määratakse langemisnurk, peegeldusnurk ja murdumisnurk (joonis 9).

Riis. 9. Peegeldus, murdumine.

Langemisnurk on võrdne peegeldusnurgaga. Murdumine on ultrahelikiire levimissuuna muutus, kui see ületab erineva ultrahelikiirusega keskkonna piiri. Murdumisnurga siinus on võrdne langemisnurga siinuse korrutisega väärtusega, mis saadakse ultraheli levimiskiiruse jagamisel teises keskkonnas kiirusega esimeses. Murdumisnurga siinus ja sellest tulenevalt ka murdumisnurk ise, mida suurem, seda suurem on ultraheli levimiskiiruste erinevus kahes keskkonnas. Murdumist ei täheldata, kui ultraheli levimiskiirused kahes keskkonnas on võrdsed või langemisnurk on 0. Peegeldumisest rääkides tuleb meeles pidada, et juhul, kui lainepikkus on palju suurem kui ebatasasuste mõõtmed peegelduspinnal toimub peegeldus (kirjeldatud eespool) . Kui lainepikkus on võrreldav peegeldava pinna ebatasasustega või esineb keskkonna enda ebahomogeensus, tekib ultraheli hajumine.

Riis. 10. Tagasihajumine.

Tagasihajutusega (joonis 10) peegeldub ultraheli selles suunas, kust algne kiir tuli. Hajutatud signaalide intensiivsus suureneb koos keskkonna ebahomogeensuse suurenemisega ja ultraheli sageduse suurenemisega (st lainepikkuse vähenemisega). Hajumine sõltub suhteliselt vähe langeva kiire suunast ja võimaldab seetõttu paremini visualiseerida peegeldavaid pindu, rääkimata elundi parenhüümist. Selleks, et peegeldunud signaal ekraanil õigesti paikneks, on vaja teada mitte ainult väljastatava signaali suunda, vaid ka kaugust reflektorini. See vahemaa on 1/2 keskkonnas oleva ultraheli kiiruse ja peegeldunud signaali emissiooni ja vastuvõtmise vahelise aja korrutisest (joonis 11). Kiiruse ja aja korrutis jagatakse pooleks, kuna ultraheli läbib kahekordset teed (emitterist reflektorini ja tagasi) ning meid huvitab vaid kaugus emitterist reflektorini.

Riis. 11. Kauguse mõõtmine ultraheliga.

ANDURID JA ULTRAHELILAINED

Ultraheli saamiseks kasutatakse spetsiaalseid muundureid, mis muudavad elektrienergia ultrahelienergiaks. Ultraheli tootmine põhineb piesoelektrilisel pöördefektil. Mõju olemus seisneb selles, et kui teatud materjalidele (piesoelektritele) rakendada elektripinget, siis nende kuju muutub (joon. 12).

Riis. 12. Vastupidine piesoelektriline efekt.

Sel eesmärgil kasutatakse ultraheliseadmetes kõige sagedamini tehispiesoelektrilisi materjale, nagu plii tsirkonaat või plii titanaat. Elektrivoolu puudumisel naaseb piesoelektriline element oma esialgsele kujule ja polaarsuse muutumisel muutub kuju uuesti, kuid vastupidises suunas. Kui piesoelektrilisele elemendile rakendatakse kiiret vahelduvvoolu, hakkab element kõrgel sagedusel kokku tõmbuma ja laienema (st võnkuma), tekitades ultrahelivälja. Anduri töösagedus (resonantssagedus) määratakse piesoelektrilises elemendis oleva ultraheli levimiskiiruse ja selle piesoelektrilise elemendi kahekordse paksuse suhtega. Peegeldunud signaalide tuvastamine põhineb otsesel piesoelektrilisel efektil (joonis 13).

Riis. 13. Otsene piesoelektriline efekt.

Tagasitulevad signaalid põhjustavad piesoelektrilise elemendi võnkumisi ja vahelduva elektrivoolu ilmumist selle külgedele. Sel juhul toimib piesoelement ultraheliandurina. Tavaliselt kasutatakse ultraheli väljastamiseks ja vastuvõtmiseks ultraheliseadmetes samu elemente. Seetõttu on mõisted "muundur", "muundur", "sensor" sünonüümid. Ultraheliandurid on keerulised seadmed ja olenevalt pildi skaneerimise meetodist jagunevad anduriteks aeglase skaneerimise seadmete jaoks (üksikelement) ja kiireks skaneerimiseks (reaalajas skaneerimine) - mehaanilisteks ja elektroonilisteks. Mehaanilised andurid võivad olla ühe- ja mitmeelemendilised (rõngakujulised). Ultrahelikiire pühkimist saab saavutada elemendi kiigutamise, elemendi pööramise või akustilise peegli õõtsumisega (joonis 14).

Riis. 14. Mehaanilise sektori andurid.

Ekraanil olev pilt on sel juhul sektori (sektoriandurid) või ringi kujul (ringandurid). Elektroonilised andurid on mitmeelemendilised ja olenevalt tekkiva pildi kujust võivad need olla sektoraalsed, lineaarsed, kumerad (kumerad) (joon. 15).

Riis. 15. Elektroonilised mitmeelemendilised andurid.

Kujutise pühkimine sektorisensoris saavutatakse ultrahelikiire liigutamisega koos selle samaaegse teravustamisega (joonis 16).

Riis. 16. Faasantenniga elektrooniline sektoriandur.

Lineaarsetes ja kumerates andurites saavutatakse kujutise pühkimine elementide rühma ergastamisel nende samm-sammulise liikumisega piki antennimassiivi koos samaaegse teravustamisega (joonis 17).

Riis. 17. Elektrooniline lineaarandur.

Ultraheliandurid erinevad üksteisest detailide poolest, kuid nende skemaatiline diagramm on näidatud joonisel 18.

Riis. 18. Ultraheli andurseade.

Pideva kiirguse režiimis ketta kujul olev üheelemendiline muundur moodustab ultrahelivälja, mille kuju muutub sõltuvalt kaugusest (joon. 19).

Riis. 19. Fokuseerimata anduri kaks välja.

Mõnikord võib täheldada täiendavaid ultraheli "voogusid", mida nimetatakse külgsagarateks. Kaugust kettast lähivälja (tsooni) pikkuseni nimetatakse lähitsooniks. Läheduse piiri taga olevat tsooni nimetatakse kaugeks. Lähitsooni pikkus võrdub muunduri läbimõõdu ruudu ja 4 lainepikkuse suhtega. Kaugtsoonis suureneb ultrahelivälja läbimõõt. Ultraheli kiire kitsenemise kohta nimetatakse fookusalaks ning anduri ja fookusala vahelist kaugust fookuskauguseks. Ultrahelikiire fokuseerimiseks on erinevaid viise. Lihtsaim teravustamismeetod on akustiline lääts (joonis 20).

Riis. 20. Teravustamine akustilise objektiiviga.

Sellega saab teravustada ultrahelikiire teatud sügavusele, mis sõltub läätse kumerusest. Selline teravustamise meetod ei võimalda fookuskaugust kiiresti muuta, mis on praktilises töös ebamugav. Teine võimalus teravustada on kasutada akustilist peeglit (joonis 21).

Riis. 21. Teravustamine akustilise peegliga.

Sel juhul, muutes peegli ja anduri vahelist kaugust, muudame fookuskaugust. Kaasaegsetes mitmeelemendiliste elektrooniliste anduritega seadmetes põhineb teravustamine elektroonilisel teravustamisel (joonis 17). Elektroonilise teravustamissüsteemiga saame fookuskaugust muuta näidikupaneelilt, kuid iga pildi jaoks jääb meil ainult üks fookusala. Kuna pildi saamiseks kasutatakse väga lühikesi ultraheliimpulsse, mis kiirguvad 1000 korda sekundis (impulsi kordussagedus 1 kHz), siis töötab seade 99,9% ajast kajavastuvõtjana. Sellise ajavaru olemasolul on võimalik seadet programmeerida nii, et lähifookuse tsoon (joonis 22) valitakse esmakordsel pildistamisel ja sellest tsoonist saadud info salvestatakse.

Riis. 22. Dünaamilise teravustamise meetod.

Edasi - järgmise fookusala valik, info hankimine, salvestamine. Jne. Tulemuseks on liitpilt, mis on teravustatud kogu sügavuses. Siiski tuleb märkida, et see teravustamisviis nõuab ühe pildi (kaadri) saamiseks märkimisväärselt palju aega, mis põhjustab kaadrisageduse vähenemist ja pildi värelemist. Miks on ultrahelikiire teravustamiseks nii palju vaeva nähtud? Fakt on see, et mida kitsam on kiir, seda parem on külgmine (külgmine, asimuut) eraldusvõime. Külgeraldusvõime on minimaalne kaugus kahe energia levimise suunaga risti asetseva objekti vahel, mis kuvatakse monitori ekraanil eraldi struktuuridena (joonis 23).

Riis. 23. Dünaamilise teravustamise meetod.

Külgeraldusvõime on võrdne ultrahelikiire läbimõõduga. Aksiaalne eraldusvõime on minimaalne kaugus kahe piki energia levimise suunda asuva objekti vahel, mis kuvatakse monitori ekraanil eraldi struktuuridena (joonis 24).

Riis. 24. Aksiaalne eraldusvõime: mida lühem on ultraheliimpulss, seda parem see on.

Aksiaalne eraldusvõime sõltub ultraheliimpulsi ruumilisest ulatusest – mida lühem on impulss, seda parem on eraldusvõime. Impulsi lühendamiseks kasutatakse nii mehaanilist kui ka elektroonilist ultrahelivõngete summutamist. Aksiaalne eraldusvõime on reeglina parem kui külgmine eraldusvõime.

AEGLASED SKANNIMISSEADMED

Praegu pakuvad aeglased (käsitsi, keerulised) skannimisseadmed ainult ajaloolist huvi. Moraalselt surid nad kiirete skaneerimisseadmete (reaalajas töötavad seadmed) tulekuga. Nende põhikomponendid on aga säilinud ka tänapäevastes seadmetes (loomulikult kasutades kaasaegset elemendibaasi). Süda on peamine impulsigeneraator (kaasaegsetes seadmetes - võimas protsessor), mis juhib kõiki ultraheliseadme süsteeme (joonis 25).

Riis. 25. Pihuskanneri plokkskeem.

Impulsigeneraator saadab elektrilisi impulsse andurile, mis genereerib ultraheliimpulsi ja saadab selle koesse, võtab vastu peegeldunud signaalid, muutes need elektrivibratsiooniks. Need elektrilised võnked saadetakse seejärel raadiosagedusvõimendisse, mis on tavaliselt ühendatud aja-amplituudi võimenduse kontrolleriga (TAGU) - kudede neeldumise kompenseerimise sügavuse regulaatoriga. Kuna ultrahelisignaali nõrgenemine kudedes toimub eksponentsiaalse seaduse järgi, väheneb ekraanil olevate objektide heledus sügavuse suurenedes järk-järgult (joonis 26).

Riis. 26. Kudede imendumise kompenseerimine.

Kasutades lineaarvõimendit, st. kõiki signaale proportsionaalselt võimendav võimendi võimendaks sügavate objektide visualiseerimise parandamisel anduri vahetus läheduses olevaid signaale üle. Selle probleemi lahendab logaritmiliste võimendite kasutamine. Ultraheli signaali võimendatakse võrdeliselt selle tagasituleku viivitusega – mida hiljem see tagasi tuli, seda tugevam on võimendus. Seega võimaldab TVG kasutamine ekraanile saada sama eredusega pilti sügavuti. Sel viisil võimendatud raadiosageduslik elektrisignaal suunatakse seejärel demodulaatorisse, kus see alaldatakse ja filtreeritakse ning taaskord videovõimendil võimendatud suunatakse monitori ekraanile.

Kujutise salvestamiseks monitori ekraanile on vaja videomälu. Seda saab jagada analoog- ja digitaalseks. Esimesed monitorid võimaldasid esitada teavet analoogsel bistabiilsel kujul. Diskriminaatoriks nimetatud seade võimaldas muuta eristusläve - signaalid, mille intensiivsus oli alla diskrimineerimisläve, seda läbi ei saanud ja ekraani vastavad lõigud jäid tumedaks. Signaalid, mille intensiivsus ületas diskrimineerimisläve, esitati ekraanil valgete punktidena. Sel juhul ei sõltunud punktide heledus peegeldunud signaali intensiivsuse absoluutväärtusest – kõik valged punktid olid ühesuguse heledusega. Selle kujutise esitusmeetodiga – seda nimetati “bistabiliseks” – olid elundite piirid ja tugevalt peegeldavad struktuurid (näiteks neerusiinus) selgelt nähtavad, kuid parenhüümi organite struktuuri ei olnud võimalik hinnata. Seadmete ilmumine 70ndatel, mis võimaldasid monitori ekraanil halle toone edastada, tähistas hallskaala seadmete ajastu algust. Need seadmed võimaldasid saada teavet, mis oli bistabiilse pildiga seadmetega kättesaamatu. Arvutitehnoloogia ja mikroelektroonika areng võimaldas peagi liikuda analoogpiltidelt digitaalsetele. Ultraheliseadmete digitaalsed kujutised moodustatakse suurtel maatriksitel (tavaliselt 512 × 512 pikslit), mille hallskaala on 16-32-64-128-256 (4-5-6-7-8 bitti). 20 cm sügavusele renderdamisel 512 × 512 piksliga maatriksil vastab üks piksel lineaarmõõtmele 0,4 mm. Kaasaegsetel instrumentidel on tendents suurendada kuvarite suurust ilma pildikvaliteeti kaotamata ning keskklassi instrumentidel on 12-tollised (30 cm diagonaaliga) ekraanid muutumas igapäevaseks.

Ultraheliseadme (kuvari, monitori) elektronkiiretorus kasutatakse teravalt fokuseeritud elektronkiirt, et tekitada spetsiaalse fosforiga kaetud ekraanile hele laik. Paindeplaatide abil saab seda kohta ekraani ümber liigutada.

Kell A-tüüpi pühkima (Amplituud) ühel teljel joonistatakse kaugus andurist, teiselt poolt - peegeldunud signaali intensiivsus (joonis 27).

Riis. 27. A-tüüpi signaali pühkimine.

Kaasaegsetes instrumentides A-tüüpi pühkimist praktiliselt ei kasutata.

B-tüüpi skaneerimine (heledus - heledus) võimaldab teil skaneerimisjoonel saada teavet peegeldunud signaalide intensiivsuse kohta selle joone moodustavate üksikute punktide heleduse erinevuse kujul.

Ekraani näide: vasakpoolne pühkimine B, paremal - M ja kardiogramm.

M-tüüpi (mõnikord TM) sweep (Motion - liikumine) võimaldab registreerida peegeldavate struktuuride liikumist (liikumist) ajas. Sel juhul registreeritakse peegeldavate struktuuride vertikaalsed nihked erineva heledusega punktide kujul ja horisontaalselt - nende punktide asukoha nihkumine ajas (joonis 28).

Riis. 28. M-tüüpi pühkimine.

Kahemõõtmelise tomograafilise kujutise saamiseks on vaja ühel või teisel viisil liigutada skaneerimisjoont piki skaneerimistasandit. Aeglase skaneerimisega seadmetes saavutati see anduri käsitsi liigutamisega mööda patsiendi keha pinda.

KIIRE SKANNIMISSEADMED

Kiired skannerid või, nagu neid sagedamini nimetatakse, reaalajas skannerid, on nüüdseks täielikult asendanud aeglased ehk käsitsi skannerid. Selle põhjuseks on mitmed eelised, mis neil seadmetel on: võimalus hinnata elundite ja struktuuride liikumist reaalajas (st peaaegu samal ajahetkel); teadustööle kuluva aja järsk vähenemine; võimalus läbi viia uuringuid läbi väikeste akustiliste akende.

Kui aeglase skaneerimise seadmeid saab võrrelda kaameraga (fotode saamine), siis reaalajas olevaid seadmeid saab võrrelda kinoga, kus pildid (kaadrid) asendavad üksteist suure sagedusega, tekitades mulje liikumisest.

Kiiretes skaneerimisseadmetes, nagu eespool mainitud, kasutatakse mehaanilisi ja elektroonilisi sektoriandureid, elektroonilisi lineaarandureid, elektroonilisi kumeraid (kumeraid) andureid ja mehaanilisi radiaalandureid.

Mõni aeg tagasi ilmusid paljudele seadmetele trapetsikujulised andurid, mille vaateväli oli trapetsikujuline, kuid need ei näidanud eeliseid kumerandurite ees, kuid neil endil oli mitmeid puudusi.

Praegu on kõhuõõne, retroperitoneaalse ruumi ja väikese vaagna organite uurimisel parim andur kumer. Sellel on suhteliselt väike kontaktpind ning väga suur vaateväli keskmises ja kaugemas tsoonis, mis lihtsustab ja kiirendab uurimistööd.

Ultrahelikiirega skaneerimisel nimetatakse kiire iga täieliku läbimise tulemust kaadriks. Raam on moodustatud suurest hulgast vertikaalsetest joontest (joonis 29).

Riis. 29. Kujutise moodustamine eraldi joontega.

Iga rida on vähemalt üks ultraheliimpulss. Pulsi kordussagedus halltoonide kujutise saamiseks kaasaegsetes instrumentides on 1 kHz (1000 impulssi sekundis).

Impulsi kordussageduse (PRF), kaadrit moodustavate ridade arvu ja kaadrite arvu vahel ajaühikus on seos: PRF = ridade arv × kaadrisagedus.

Monitori ekraanil määrab saadud pildi kvaliteedi eelkõige joontihedus. Lineaarsensori puhul on joontihedus (jooned/cm) raami moodustavate joonte arvu ja selle monitori osa laiuse suhe, millel pilt moodustatakse.

Sektortüüpi anduri puhul on joontihedus (jooned/kraad) raami moodustavate joonte arvu ja sektori nurga suhe.

Mida suurem on seadmes seatud kaadrisagedus, seda väiksem on kaadrit moodustavate joonte arv (antud impulsi kordussagedusel), seda väiksem on joonte tihedus monitori ekraanil ja seda madalam on tulemuseks saadava pildi kvaliteet. Kuid suure kaadrisageduse korral on meil hea ajaline eraldusvõime, mis on ehhokardiograafilistes uuringutes väga oluline.

DOPLEROGRAAFIA SEADMED

Ultraheli uurimismeetod võimaldab saada mitte ainult teavet elundite ja kudede struktuurilise seisundi kohta, vaid ka iseloomustada veresoontes toimuvaid voolusid. See võime põhineb Doppleri efektil – vastuvõetava heli sageduse muutumisel liikumisel heli allika või vastuvõtja kandja või heli hajutava keha suhtes. Seda täheldatakse tänu sellele, et ultraheli levimise kiirus mis tahes homogeenses keskkonnas on konstantne. Seega, kui heliallikas liigub konstantse kiirusega, näivad liikumissuunas kiiratavad helilained olevat kokku surutud, suurendades heli sagedust. Lained kiirgasid vastupidises suunas, justkui venitatuna, põhjustades heli sageduse vähenemise (joon. 30).

Riis. 30. Doppleri efekt.

Võrreldes ultraheli algset sagedust modifitseeritud sagedusega, on võimalik määrata Dolleri nihe ja arvutada kiirus. Pole vahet, kas heli väljastab liikuv objekt või peegeldab objekt helilaineid. Teisel juhul võib ultraheliallikas olla statsionaarne (ultraheliandur) ja liikuvad erütrotsüüdid võivad toimida ultrahelilainete reflektorina. Doppleri nihe võib olla kas positiivne (kui reflektor liigub heliallika poole) või negatiivne (kui reflektor liigub heliallikast eemale). Juhul, kui ultrahelikiire langemissuund ei ole paralleelne reflektori liikumissuunaga, on vaja Doppleri nihet korrigeerida langeva kiire ja valgusvihu liikumissuuna vahelise nurga q koosinuse võrra. helkur (joonis 31).

Riis. 31. Nurk langeva kiire ja verevoolu suuna vahel.

Doppleri teabe saamiseks kasutatakse kahte tüüpi seadmeid - konstantse laine ja impulsi. Pidevalaine Doppleri instrumendis koosneb andur kahest muundurist: üks neist kiirgab pidevalt ultraheli, teine võtab pidevalt vastu peegeldunud signaale. Vastuvõtja määrab Doppleri nihke, mis on tavaliselt -1/1000 ultraheliallika sagedusest (kuuldav vahemik) ning edastab signaali valjuhäälditesse ja paralleelselt monitori lainekuju kvalitatiivseks ja kvantitatiivseks hindamiseks. Konstantse lainega seadmed tuvastavad verevoolu peaaegu kogu ultrahelikiire tee ulatuses ehk teisisõnu on neil suur kontrollruumala. See võib põhjustada ebapiisava teabe saamist, kui kontrollmahusse siseneb mitu anumat. Suurest kontrollmahust on aga kasu klapi stenoosi rõhulanguse arvutamisel.

Verevoolu hindamiseks mis tahes konkreetses piirkonnas on vaja paigutada kontrollmaht uuritavasse piirkonda (näiteks teatud veresoone sees) monitori ekraanil visuaalse kontrolli all. Seda saab saavutada impulssseadme abil. Doppleri nihkel on ülempiir, mida saab tuvastada impulssinstrumentidega (mida mõnikord nimetatakse ka Nyquisti piiriks). See on ligikaudu 1/2 pulsi kordussagedusest. Selle ületamisel Doppleri spekter moondub (aliasing). Mida suurem on impulsi kordussagedus, seda suuremat Doppleri nihet saab määrata ilma moonutusteta, kuid seda väiksem on instrumendi tundlikkus madala kiirusega voogudele.

Tulenevalt asjaolust, et kudedesse suunatud ultraheliimpulssid sisaldavad lisaks põhisagedusele suurt hulka sagedusi ning ka asjaolu, et voolu üksikute lõikude kiirused ei ole samad, koosneb peegeldunud impulss suurest erinevate sageduste arv (joonis 32).

Riis. 32. Ultraheliimpulsi spektri graafik.

Kiiret Fourier’ teisendust kasutades saab impulsi sageduskoosseisu kujutada spektrina, mida saab kuvada monitori ekraanil kõverana, kus Doppleri nihkesagedused on horisontaalselt ja iga komponendi amplituud vertikaalselt. Doppleri spektrist on võimalik määrata suur hulk verevoolu kiiruse parameetreid (maksimaalne kiirus, kiirus diastooli lõpus, keskmine kiirus jne), kuid need näitajad on nurgast sõltuvad ja nende täpsus sõltub suuresti nurga korrigeerimise täpsus. Ja kui suurtes mittekäänulistes veresoontes nurga korrigeerimine probleeme ei tekita, siis väikestes käänulistes veresoontes (kasvaja veresoontes) on voolu suunda üsna raske määrata. Selle probleemi lahendamiseks on välja pakutud mitmeid peaaegu süsinikust sõltumatuid indekseid, millest levinumad on takistusindeks ja pulsatsiooniindeks. Takistuse indeks on maksimaalse ja minimaalse kiiruse erinevuse ja maksimaalse voolukiiruse suhe (joonis 33). Pulsatsiooniindeks on maksimaalse ja minimaalse kiiruse erinevuse ja keskmise voolukiiruse suhe.

Riis. 33. Resistentsuse indeksi ja pulsaatoriindeksi arvutamine.

Doppleri spektri saamine ühest kontrollmahust võimaldab hinnata verevoolu väga väikesel alal. Värvivoo pildistamine (Color Doppler) pakub lisaks tavapärasele 2D halltoonides pildistamisele reaalajas 2D verevoolu teavet. Värviline Doppleri kujutis avardab kujutise saamise impulssprintsiibi võimalusi. Kinnitamatutelt ehitistelt peegelduvad signaalid tuvastatakse ja esitatakse halltoonides. Kui peegeldunud signaali sagedus erineb väljastatavast, tähendab see, et see peegeldus liikuvalt objektilt. Sel juhul määratakse Doppleri nihe, selle märk ja keskmise kiiruse väärtus. Neid parameetreid kasutatakse värvi, selle küllastuse ja heleduse määramiseks. Tavaliselt on voolu suund anduri poole kodeeritud punasega ja andurist eemale sinisega. Värvi heleduse määrab voolukiirus.

Viimastel aastatel on ilmunud värvilise Doppleri kaardistamise variant, mida nimetatakse "võimsus-Doppleriks" (Power Doppler). Võimsus-Doppleri puhul ei määrata peegeldunud signaali Doppleri nihke väärtust, vaid selle energiat. See lähenemine võimaldab suurendada meetodi tundlikkust väikeste kiiruste suhtes ja muuta see peaaegu nurgast sõltumatuks, kuigi selle hinnaga, et kaob võimalus määrata voolu kiiruse ja suuna absoluutväärtust.

ARTIFAKTID

Ultraheli diagnostika artefakt on olematute struktuuride ilmumine pildile, olemasolevate struktuuride puudumine, struktuuride vale asukoht, struktuuride vale heledus, struktuuride valed piirjooned, struktuuride valed suurused. Reverberatsioon, üks levinumaid artefakte, tekib siis, kui ultraheliimpulss tabab kahe või enama peegeldava pinna vahele. Sel juhul peegeldub osa ultraheliimpulsi energiast korduvalt nendelt pindadelt, naases iga kord korrapäraste ajavahemike järel osaliselt tagasi andurisse (joonis 34).

Riis. 34. Reverb.

Selle tulemusena ilmuvad monitori ekraanile olematud peegeldavad pinnad, mis asuvad teise helkuri taga kaugusel, mis on võrdne esimese ja teise helkuri vahelise kaugusega. Mõnikord on võimalik järelkaja vähendada anduri asendi muutmisega. Reverbi variant on artefakt, mida nimetatakse "komeedisabaks". Seda täheldatakse juhul, kui ultraheli põhjustab objekti loomulikke võnkumisi. Seda artefakti täheldatakse sageli väikeste gaasimullide või väikeste metallesemete taga. Kuna kogu peegeldunud signaal ei naase alati andurisse (joonis 35), ilmub efektiivse peegelduspinna artefakt, mis on tegelikust peegelduspinnast väiksem.

Riis. 35. Efektiivne peegeldav pind.

Selle artefakti tõttu on ultraheli abil määratud kivide suurused tavaliselt pisut väiksemad kui tegelikud. Murdumine võib tulemuseks oleval kujutisel põhjustada objekti vale asendi (joonis 36).

Riis. 36. Efektiivne peegeldav pind.

Juhul, kui ultraheli tee muundurist peegeldusstruktuurini ja tagasi ei ole sama, tekib saadud kujutisel objekti vale asend. Peegelartefaktid on objekti välimus, mis asub tugeva helkuri teisel küljel (joonis 37).

Riis. 37. Peegli artefakt.

Spekulaarsed artefaktid esinevad sageli ava lähedal.

Akustilise varju artefakt (joonis 38) esineb struktuuride taga, mis peegeldavad või neelavad tugevalt ultraheli. Akustilise varju tekkemehhanism on sarnane optilise varju tekkele.

Riis. 38. Akustiline vari.

Distaalse signaali võimenduse artefakt (joonis 39) esineb ultraheli nõrgalt neelavate struktuuride taga (vedelikud, vedelikku sisaldavad moodustised).

Riis. 39. Distaalne kaja võimendus.

Külgvarjude artefakt on seotud ultrahelilainete murdumise ja mõnikord ka interferentsiga, kui ultrahelikiir langeb tangentsiaalselt struktuuri kumerale pinnale (tsüst, emakakaela sapipõis), mille ultraheli ülekandekiirus erineb oluliselt ümbritsevatest kudedest ( joonis 40).

Riis. 40. Külgvarjud.

Ultraheli kiiruse ebaõige määramisega seotud artefaktid tulenevad asjaolust, et ultraheli tegelik levimiskiirus konkreetses koes on suurem või väiksem kui keskmine (1,54 m/s) kiirus, mille jaoks seade on programmeeritud (joonis 1). 41).

Riis. 41. Ultraheli kiiruse erinevustest (V1 ja V2) tingitud moonutused erinevates kandjates.

Ultrahelikiire paksuse artefaktid on peamiselt vedelikku sisaldavates elundites seinalähedaste peegelduste ilmnemine, mis on tingitud asjaolust, et ultrahelikiir on kindla paksusega ja osa sellest kiirest võib samaaegselt moodustada kujutise elundist ja külgnevate struktuuride pilt (joonis 42).

Riis. 42. Ultrahelikiire paksuse artefakt.

ULTRAHELISEADMETE TÖÖ KVALITEEDI KONTROLL

Ultraheliseadmete kvaliteedikontroll hõlmab süsteemi suhtelise tundlikkuse, aksiaalse ja külgmise eraldusvõime, surnud tsooni, kaugusmõõdiku õige töö, registreerimistäpsuse, TVG õige töö, hallskaala dünaamilise ulatuse määramise jne määramist. . Ultraheliseadmete töökvaliteedi kontrollimiseks kasutatakse spetsiaalseid katseobjekte või koega ekvivalentseid fantoome (joonis 43). Need on kaubanduslikult saadaval, kuid meie riigis neid laialdaselt ei kasutata, mistõttu on ultrahelidiagnostika seadmete kalibreerimine välitingimustes peaaegu võimatu.

Riis. 43. Ameerika meditsiiniinstituudi ultraheliinstituudi katseobjekt.

ULTRAHELI BIOLOOGILINE MÕJU JA OHUTUS

Ultraheli bioloogilist mõju ja selle ohutust patsiendile käsitletakse kirjanduses pidevalt. Ultraheli bioloogiliste mõjude tundmine põhinevad ultraheli mõjumehhanismide uurimisel, ultraheli mõju uurimisel rakukultuuridele, eksperimentaalsetel uuringutel taimede ja loomadega ning lõpuks epidemioloogilistel uuringutel.

Ultraheli võib mehaaniliste ja termiliste mõjude kaudu põhjustada bioloogilist mõju. Ultraheli signaali nõrgenemine on tingitud neeldumisest, st. ultrahelilaineenergia muundamine soojuseks. Kudede kuumenemine suureneb koos emiteeritud ultraheli intensiivsuse ja selle sageduse suurenemisega. Kavitatsioon on pulseerivate mullide teke vedelikus, mis on täidetud gaasi, auru või nende seguga. Üks kavitatsiooni põhjusi võib olla ultrahelilaine. Kas ultraheli on siis kahjulik või mitte?

Ultraheli rakkudele avalduva mõjuga seotud uuringud, katsed taimede ja loomadega ning epidemioloogilised uuringud viisid Ameerika meditsiiniinstituudi ultraheliuuringuteni järgmise väite, mis leidis viimati kinnitust 1993. aastal:

"Kinnitatud bioloogilisi mõjusid patsientidel või seadmega töötavatel isikutel ei ole kunagi teatatud kiirgusest (ultraheli), mille intensiivsus on tüüpiline tänapäevastele ultraheli diagnostikaseadmetele. Kuigi on võimalik, et selliseid bioloogilisi mõjusid võidakse tulevikus tuvastada Praegused andmed näitavad, et diagnostilise ultraheli ettevaatlikust kasutamisest saadav kasu patsiendile kaalub üles võimaliku riski, kui see on olemas.

UUED SUUNAD ULTRAHELI DIAGNOOSIS

Toimub ultrahelidiagnostika kiire areng, ultrahelidiagnostika seadmete pidev täiustamine. Selle diagnostikameetodi edasiseks arendamiseks võime eeldada mitmeid põhisuundi.

Võimalik on Doppleri tehnikate edasine täiustamine, eriti näiteks võimsus-Doppler, kudede värviline Doppleri kujutis.

Kolmemõõtmelisest ehhograafiast võib tulevikus saada väga oluline ultrahelidiagnostika valdkond. Praegu on kaubanduslikult saadaval mitu ultraheli diagnostikaüksust, mis võimaldavad kolmemõõtmelist kujutist rekonstrueerida, kuigi selle suuna kliiniline tähtsus jääb ebaselgeks.

Ultraheli kontrastide kasutamise kontseptsiooni esitasid esmakordselt R.Gramiak ja P.M.Shah kuuekümnendate lõpus ehhokardiograafilise uuringu käigus. Praegu on kaubanduslikult saadaval kontrastaine "Ehovist" (Shering), mida kasutatakse parema südame pildistamiseks. Seda on hiljuti modifitseeritud, et vähendada kontrastaineosakeste suurust ja seda saab taaskasutada inimese vereringesüsteemis (Levovist, Schering). See ravim parandab oluliselt Doppleri signaali, nii spektri kui ka värvi, mis võib olla oluline kasvaja verevoolu hindamiseks.

Intrakavitaarne ehhograafia üliõhukeste andurite abil avab uued võimalused õõnesorganite ja struktuuride uurimiseks. Kuid praegu piirab selle tehnika laialdast kasutamist spetsiaalsete andurite kõrge hind, mida pealegi saab uurimistööks kasutada piiratud arv kordi (1÷40).

Arvutikujutise töötlemine saadud teabe objektiseerimise eesmärgil on paljulubav suund, mis võib tulevikus parandada parenhüümiorganite väiksemate struktuurimuutuste diagnoosimise täpsust. Kahjuks pole seni saadud tulemustel olulist kliinilist tähtsust.

Sellegipoolest on eile ultrahelidiagnostikas kauge tulevikuna tundunud olemus tänaseks muutunud tavapäraseks praktikaks ning tõenäoliselt oleme lähitulevikus tunnistajaks uute ultrahelidiagnostika tehnikate kasutuselevõtule kliinilises praktikas.

KIRJANDUS

Ameerika ultraheli instituut meditsiinis. AIUMi bioefektide komitee. - J. Ultrasound Med. - 1983; 2: R14.
AIUM Bioloogiliste mõjude uurimisaruannete hindamine. Bethesda, MD, Ameerika Ultraheli Meditsiiniinstituut, 1984.
Ameerika ultraheli instituut meditsiinis. AIUM ohutusavaldused. - J. Ultrasound Med. - 1983; 2: R69.
Ameerika ultraheli instituut meditsiinis. Avaldus kliinilise ohutuse kohta. - J. Ultrasound Med. - 1984; 3:R10.
Banjavic RA. Diagnostiliste ultraheliseadmete kvaliteedi tagamise projekteerimine ja hooldus. - Semin. Ultraheli - 1983; 4:10-26.
Bioefektide komitee. Ohutuskaalutlused diagnostilise ultraheli jaoks. Laurel, MD, Ameerika Ultraheli Meditsiiniinstituut, 1991.
Bioefektide konverentsi alamkomitee. Diagnostilise ultraheli bioefektid ja ohutus. Laurel, MD, Ameerika Ultraheli Meditsiiniinstituut, 1993.
Eden A. Christian Doppleri otsing. New York, Springer-Verlag, 1992.
Evans DH, McDicken WN, Skidmore R jt. Doppleri ultraheli: füüsika, instrumendid ja kliinilised rakendused. New York, Wiley & Sons, 1989.
Gil RW. Verevoolu mõõtmine ultraheliga: täpsus ja vigade allikad. - Ultraheli Med. Biol. - 1985; 11:625-641.
Guyton AC. Meditsiinilise füsioloogia õpik. 7. väljaanne. Philadelphia, WB Saunders, 1986, 206–229.
Hunter TV, Haber K. Reaalajas skaneerimise võrdlus tavapärase staatilise B-režiimi skaneerimisega. - J. Ultrasound Med. - 1983; 2:363-368.
Kisslo J, Adams DB, Belkin RN. Doppleri värvivoolu kujutis. New York, Churchill Livingstone, 1988.
Kremkau F.W. Bioloogilised mõjud ja võimalikud ohud. In: Campbell S, toim. Ultraheli sünnitusabis ja günekoloogias. London, WB Saunders, 1983, 395-405.
Kremkau F.W. Doppleri nurga viga murdumise tõttu. - Ultraheli Med. Biol. - 1990; 16:523-524. - 1991; 17:97.
Kremkau F.W. Doppleri nihkesageduse andmed. - J. Ultrasound Med. - 1987; 6:167.
Kremkau F.W. Ultraheli ohutus ja pikaajaline mõju: mida oma patsientidele öelda. In: Platt LD, toim. Perinataalne ultraheli; Clin. obstet. Gynecol.- 1984; 27:269-275.
Kremkau F.W. Tehnilised teemad (veerg, mis ilmub iga kahe kuu tagant jaotises Mõtisklused). - J. Ultrasound Med. - 1983; 2.
Laing F.C. Kliinilises ultraheliuuringus sageli esinevad artefaktid. - Semin. Ultraheli-1983; 4:27-43.
Merrit CRB, toim. Doppleri värvipildistamine. New York, Churchill Livingstone, 1992.
MilnorWR. hemodünaamika. 2. väljaanne. Baltimore, Williams ja Wilkins, 1989.
Nachtigall PE, Moore PWB. Loomade sonar. New York, Plenum Press, 1988.
Nichols WW, O "Rourke MF. McDonaldsi verevool arterites. Philadelphia, Lea ja Febiger, 1990.
Powis RL, Schwartz RA. Praktiline Doppleri ultraheli kliiniku jaoks. Baltimore, Williams ja Wilkins, 1991.
Ohutuskaalutlused diagnostilise ultraheli jaoks. Bethesda, MD, Ameerika Ultraheli Meditsiiniinstituut, 1984.
Smith HJ, Zagzebski J. Doppleri põhifüüsika. Madison, Wl, Medical Physics Publishing, 1991.
Zweibel WJ. Diagnostilise ultraheli põhimõistete ülevaade. - Semin. Ultraheli - 1983; 4:60-62.
Zwiebel WJ. Füüsika. - Semin. Ultraheli - 1983; 4:1-62.
P. Golyamina, ptk. toim. Ultraheli. Moskva, "Nõukogude entsüklopeedia", 1979.

TESTIKÜSIMUSED

Ultraheli uurimismeetodi aluseks on:
A. elundite ja kudede visualiseerimine seadme ekraanil
B. ultraheli interaktsioon inimkeha kudedega
B. kajade saamine
G. ultraheli kiirgus
D. pildi halltoonides esitus instrumendi ekraanil
Ultraheli on heli, mille sagedus ei ole madalam kui:
a.15kHz
B. 20000 Hz
B. 1 MHz D. 30 Hz D. 20 Hz
Ultraheli levimise kiirus suureneb, kui:
A. söötme tihedus suureneb
B. söötme tihedus väheneb
B. elastsus suureneb
D. tihedus, elastsuse suurenemine
D. tihedus väheneb, elastsus suureneb
Ultraheli keskmine levimiskiirus pehmetes kudedes on:
A. 1450 m/s
B. 1620 m/s
B. 1540 m/s
D. 1300 m/s
D. 1420 m/s
Ultraheli levimiskiirus määratakse:
A. sagedus
B. Amplituud
B. Lainepikkus
G. periood
D. Kolmapäev
Lainepikkus pehmetes kudedes suureneva sagedusega:
A. väheneb
B. jääb muutumatuks
B. suureneb
Ultraheli levimiskiiruse ja sageduse väärtuste abil saame arvutada:
A. Amplituud
B. periood
B. Lainepikkus
D. amplituud ja periood E. periood ja lainepikkus
Suureneva sagedusega pehmete kudede sumbumiskoefitsient:
A. väheneb
B. jääb muutumatuks
B. suureneb
Milline järgmistest parameetritest määrab ultraheli läbimise keskkonna omadused:
a.vastupanu
B. intensiivsus
B. Amplituud
G sagedus
D. periood
Milliseid järgmisi parameetreid ei saa ülejäänud saadaolevate hulgast määrata:
A. sagedus
B. periood
B. Amplituud
G. Lainepikkus
D. levimiskiirus
Ultraheli peegeldub meedia piirilt, millel on erinevusi:
A. Tihedus
B. Akustiline takistus
B. ultraheli kiirus
G. elastsus
D. Ultraheli kiirus ja elastsus
Reflektori kauguse arvutamiseks peate teadma:
A. sumbumine, kiirus, tihedus
B. sumbumine, takistus
B. sumbumine, neeldumine
D. signaali tagastamise aeg, kiirus
D. tihedus, kiirus
Ultraheli saab fokuseerida:
a) kõverdunud element
B. kumer helkur
B. Objektiiv
G. faasiline antenn
D. kõik ülaltoodud
Aksiaalne eraldusvõime määratakse järgmiselt:
A. keskendumine
B. objekti kaugus
B. anduri tüüp
D. Kolmapäev
Põikeraldusvõime määratakse järgmiselt:
A. keskendumine
B. objekti kaugus
B. anduri tüüp
G. impulsi võnkumiste arv
D Kolmapäev

Peatükk ultrahelidiagnostika juhendi I köitest,

kirjutanud ultrahelidiagnostika osakonna töötajad

Venemaa kraadiõppe meditsiiniakadeemia

Sagedusi 16 Hz - 20 kHz, mida inimese kuuldeaparaat on võimeline tajuma, nimetatakse tavaliselt heliks või akustilisteks, näiteks sääse kriuksumine “10 kHz. Kuid õhk, merede sügavused ja maa sisikond on täis helisid, mis jäävad sellest vahemikust väljapoole – infra ja ultraheli. Looduses leidub ultraheli paljude looduslike mürade komponendina, tuule, kose, vihma, merekivide, surfi, välguheite müras. Paljudel imetajatel, nagu kassid ja koerad, on võime tajuda ultraheli kuni 100 kHz ning nahkhiirte, öiste putukate ja mereloomade asukohavõime on kõigile hästi teada. Selliste helide olemasolu avastati koos akustika arenguga alles 19. sajandi lõpus. Samal ajal algasid ka esimesed ultraheliuuringud, kuid selle rakendamiseks pandi alus alles 20. sajandi esimesel kolmandikul.

Mis on ultraheli

Ultrahelilained (kuuldamatu heli) oma olemuselt ei erine kuuldava ulatuse lainetest ja järgivad samu füüsikalisi seadusi. Kuid ultrahelil on spetsiifilised omadused, mis on määranud selle laialdase kasutamise teaduses ja tehnoloogias.

Siin on peamised:

Väike lainepikkus. Ultraheli madalaima vahemiku puhul ei ületa lainepikkus enamikus meediumites mõnda sentimeetrit. Lühike lainepikkus määrab ultrahelilainete leviku kiirte iseloomu. Emitteri lähedal levib ultraheli kiirte kujul, mis on lähedased emitteri suurusele. Söötme ebahomogeensust tabades käitub ultrahelikiir nagu valguskiir, kogedes peegeldust, murdumist, hajumist, mis võimaldab optiliselt läbipaistmatus keskkonnas puhtalt optilisi efekte (teravustamine, difraktsioon jne) kasutades moodustada helipilte.
Väike võnkeperiood, mis võimaldab kiirata ultraheli impulsside kujul ja teostada keskkonnas levivate signaalide täpset ajalist valikut.
Võimalus saada väikese amplituudiga võnkumiste intensiivsuse kõrgeid väärtusi, kuna võnkumiste energia on võrdeline sageduse ruuduga. See võimaldab luua kõrge energiatasemega ultrahelikiire ja -välju ilma suuri seadmeid vajamata.
Ultraheliväljas tekivad märkimisväärsed akustilised voolud, mistõttu ultraheli mõju keskkonnale tekitab spetsiifilisi füüsikalisi, keemilisi, bioloogilisi ja meditsiinilisi mõjusid, nagu kavitatsioon, kapillaarefekt, dispersioon, emulgeerimine, degaseerimine, desinfitseerimine, lokaalne kuumutamine ja paljud teised.

Ultraheli ajalugu

Tähelepanu akustikale tingisid juhtivate suurriikide – Inglismaa ja Prantsusmaa – merevägede vajadused, sest. akustiline - ainus signaal, mis võib vees kaugele liikuda. 1826. aastal määras prantsuse teadlane Colladon helikiiruse vees. Colladoni eksperimenti peetakse kaasaegse hüdroakustika sünniks. Löök veealusele kellale Genfi järves toimus püssirohu samaaegse süttimisega. Colladon jälgis püssirohu sähvatust 10 miili kaugusel. Ta kuulis ka kella heli läbi veealuse kuulmistoru. Mõõtes nende kahe sündmuse vahelist ajavahemikku, arvutas Colladon helikiiruse - 1435 m / s. Erinevus tänapäevaste arvutustega on vaid 3 m/s.

1838. aastal kasutati Ameerika Ühendriikides merepõhja profiili määramiseks esmakordselt heli. Heliallikaks, nagu Colladoni kogemusel, oli vee all kõlav kell ja vastuvõtjaks suured kuulmistorud, mis kukkusid üle parda. Katse tulemused valmistasid pettumuse – kellahelin, aga ka pulbripadrunite plahvatus vees, andis liiga nõrga kaja, mis oli teiste merehelide hulgas peaaegu kuulmatu. Tuli minna kõrgemate sageduste piirkonda, mis võimaldaks tekitada suunatud helivimpe.

Esimese ultraheligeneraatori valmistas 1883. aastal inglane Galton. Ultraheli tekitati nagu kõrge heli noa serval, kui seda tabab õhuvool. Sellise punkti rolli täitis Galtoni viles teravate servadega silinder. Silindri servaga sama läbimõõduga rõngakujulise otsiku kaudu rõhu all väljuv õhk (või muu gaas) jooksis sinna sisse ja tekkisid kõrgsageduslikud võnked. Vesinikuga vilet puhudes oli võimalik saada võnkumisi kuni 170 kHz.

1880. aastal tegid Pierre ja Jacques Curie ultrahelitehnoloogia jaoks otsustava avastuse. Vennad Curie’d märkasid, et kui kvartskristallidele avaldatakse survet, tekib elektrilaeng, mis on otseselt võrdeline kristallile rakendatava jõuga. Seda nähtust on kutsutud "piesoelektrilisuseks" kreeka sõnast, mis tähendab "pressima". Lisaks demonstreerisid nad pöördvõrdelist piesoelektrilist efekti, mis tekib siis, kui kristallile rakendatakse kiiresti muutuvat elektripotentsiaali, mis paneb selle vibreerima. Nüüdsest sai tehniliselt võimalikuks valmistada väikesemahulisi ultraheli kiirgajaid ja vastuvõtjaid.

Titanicu surm kokkupõrkest jäämäega, vajadus võidelda uue relvaga - allveelaevad nõudsid ultraheli hüdroakustika kiiret arendamist. 1914. aastal töötas prantsuse füüsik Paul Langevin koos Šveitsis elava vene teadlase Konstantin Šilovskiga esmalt välja ultraheliemitterist ja hüdrofonist koosneva sonari – piesoelektrilisel efektil põhineva ultrahelivõnke vastuvõtja. Langevin-Shilovski sonar oli esimene ultraheliseade, mida praktikas kasutati. Ka sajandi alguses töötas vene teadlane S.Ya.Sokolov välja ultrahelivigade tuvastamise põhialused tööstuses. 1937. aastal kasutas Saksa psühhiaater Karl Dussik koos oma füüsikust venna Friedrichiga esmakordselt ajukasvajate tuvastamiseks ultraheli, kuid saadud tulemused ei olnud usaldusväärsed. Meditsiinilises diagnostikas hakati ultraheli kasutama alles 1950. aastatel USA-s.

Ultraheli rakendamine

Ultraheli erinevad rakendused võib jagada kolme valdkonda:

teabe saamine ultraheli abil
mõju ainele
signaali töötlemine ja edastamine

Akustiliste lainete levimiskiiruse ja sumbumise sõltuvust aine omadustest ja neis toimuvatest protsessidest kasutatakse selleks, et:

keemiliste reaktsioonide kulgemise, faasisiirde, polümerisatsiooni jne juhtimine.
materjalide tugevusomaduste ja koostise määramine,
lisandite olemasolu määramine,
vedeliku ja gaasi voolukiiruse määramine

Ultraheli abil saab pesta, närilisi tõrjuda, kasutada meditsiinis, kontrollida erinevate materjalide defekte ja palju muud.

Ultraheli

Ultraheli- elastsed võnked, mille sagedus ületab inimese kuulmispiiri. Tavaliselt loetakse ultraheli vahemikuks sagedusi üle 18 000 hertsi.

Kuigi ultraheli olemasolu on ammu teada, on selle praktiline kasutamine üsna noor. Tänapäeval kasutatakse ultraheli laialdaselt erinevates füüsikalistes ja tehnoloogilistes meetodites. Seega hinnatakse selle füüsikalisi omadusi keskkonnas heli levimise kiiruse järgi. Ultraheli sagedustel kiiruse mõõtmine võimaldab väga väikeste vigadega määrata näiteks kiirete protsesside adiabaatilisi omadusi, gaaside erisoojusmahtuvuse väärtusi ja tahkete ainete elastsuskonstandid.

Ultraheli allikad

Tööstuses ja bioloogias kasutatavate ultraheli vibratsioonide sagedus jääb vahemikku mitu MHz. Sellised vibratsioonid tekitatakse tavaliselt baariumtitaniidi piesokeraamiliste andurite abil. Juhtudel, kui ultraheli vibratsiooni tugevus on esmatähtis, kasutatakse tavaliselt ultraheli mehaanilisi allikaid. Esialgu võeti kõik ultrahelilained vastu mehaaniliselt (hääletushargid, viled, sireenid).

Looduses leidub US-d nii paljude loodusmüra komponentidena (tuule-, juga-, vihmamüras, meresurfi veeretavate kivikeste müras, pikseheitega kaasnevates helides jne) kui ka helide hulgas. loomade maailmast. Mõned loomad kasutavad ultrahelilaineid takistuste tuvastamiseks, ruumis orienteerumiseks.

Ultraheli kiirgajad võib jagada kahte suurde rühma. Esimesse kuuluvad emitterid-generaatorid; võnkumised neis on erutatud pideva voolu teel olevate takistuste – gaasi- või vedelikujoa – tõttu. Teine emitterite rühm - elektroakustilised muundurid; need muudavad juba etteantud elektripinge või voolu kõikumised tahke keha mehaaniliseks vibratsiooniks, mis kiirgab keskkonda akustilisi laineid.

Vile Galton

Esimese ultrahelivile valmistas 1883. aastal inglane Galton. Ultraheli tekitatakse siin nagu kõrge heli noa serval, kui õhuvool seda tabab. Sellise otsa rolli Galtoni viles mängib väikeses silindrilises resonantsõõnes asuv "huul". Kõrgsurvegaas, mis läbib õõnsat silindrit, tabab seda "huule"; tekivad võnked, mille sagedus (see on umbes 170 kHz) määratakse düüsi ja huulte suuruse järgi. Galtoni vile võimsus on madal. Seda kasutatakse peamiselt käskude andmiseks koerte ja kasside treenimisel.

Vedel ultraheli vile

Enamikku ultraheli vilesid saab kohandada töötama vedelas keskkonnas. Võrreldes ultraheli elektriliste allikatega on vedelad ultraheliviled väikese võimsusega, kuid mõnikord, näiteks ultraheli homogeniseerimiseks, on neil märkimisväärne eelis. Kuna ultrahelilained tekivad otse vedelas keskkonnas, siis ühelt keskkonnalt teisele üleminekul ultrahelilainete energiakadu ei toimu. Võib-olla kõige edukam on vedela ultraheli vile disain, mille valmistasid 1950. aastate alguses inglise teadlased Kottel ja Goodman. Selles väljub kõrgsurvevedeliku vool elliptilisest otsikust ja suunatakse terasplaadile. Selle konstruktsiooni erinevad modifikatsioonid on homogeense kandja saamiseks üsna laialt levinud. Tänu nende konstruktsiooni lihtsusele ja stabiilsusele (hävib ainult võnkuv plaat) on sellised süsteemid vastupidavad ja odavad.

Sireen

Teist tüüpi ultraheli mehaanilised allikad on sireen. Sellel on suhteliselt suur võimsus ja seda kasutatakse politsei- ja tuletõrjeautodes. Kõik pöörlevad sireenid koosnevad ülalt kettaga (staatoriga) suletud kambrist, millesse tehakse suur hulk auke. Kambri - rootori - sees pöörleval kettal on sama palju auke. Kui rootor pöörleb, langeb selles olevate aukude asukoht perioodiliselt kokku staatori aukude asukohaga. Kambrisse juhitakse pidevalt suruõhku, mis väljub sealt neil lühikestel hetkedel, kui rootori ja staatori avad langevad kokku.

Sireenide valmistamise põhiülesanne on esiteks teha rootorisse võimalikult palju auke ja teiseks saavutada suur pöörlemiskiirus. Neid mõlemaid nõudeid on praktikas aga väga raske täita.

Ultraheli looduses

Ultraheli rakendamine

Ultraheli diagnostiline kasutamine meditsiinis (ultraheli)

Ultraheli hea leviku tõttu inimese pehmetes kudedes, suhtelise kahjutuse tõttu võrreldes röntgenikiirgusega ning kasutusmugavusega võrreldes magnetresonantstomograafiaga kasutatakse ultraheli laialdaselt inimese siseorganite seisundi visualiseerimiseks, eriti kõhuõõnes ja vaagnaõõs.

Ultraheli terapeutilised rakendused meditsiinis

Lisaks sellele, et ultraheli kasutatakse laialdaselt diagnostilistel eesmärkidel (vt Ultraheli), kasutatakse seda meditsiinis raviainena.

Ultrahelil on järgmised mõjud:

põletikuvastane, absorbent
valuvaigistav, spasmolüütiline
naha läbilaskvuse suurendamine kavitatsiooniga

Fonoforees on kombineeritud meetod, mille käigus kudesid mõjutavad ultraheli ja sellega manustatud ravimained (nii ravimid kui ka looduslikku päritolu). Ainete juhtivus ultraheli toimel on tingitud epidermise ja nahanäärmete, rakumembraanide ja veresoonte seinte läbilaskvuse suurenemisest väikese molekulmassiga ainete, eriti bishofiidi mineraalioonide jaoks. Ravimite ja looduslike ainete ultrafonoforeesi mugavus:

raviainet ultraheliga ei hävitata
ultraheli ja raviaine toime sünergia

Bischofite ultrafonoforeesi näidustused: osteoartriit, osteokondroos, artriit, bursiit, epikondüliit, kannakannus, haigusseisundid pärast lihasluukonna vigastusi; Neuriit, neuropaatia, radikuliit, neuralgia, närvikahjustus.

Kantakse peale Bischofite-geeli ja emitteri tööpinda kasutatakse kahjustatud piirkonna mikromassaažiks. Tehnika on labiilne, tavaline ultrafonoforeesi puhul (liigeste, lülisamba UVF-ga on intensiivsus emakakaela piirkonnas 0,2-0,4 W/cm2, rindkere ja nimmepiirkonnas 0,4-0,6 W/cm2).

Metalli lõikamine ultraheliga

Tavalistel metallilõikamismasinatel ei saa metallosasse puurida keeruka kujuga kitsast auku, näiteks viieharulise tähe kujul. Ultraheli abil on see võimalik, magnetostriktiivse vibraatoriga saab puurida mis tahes kujuga auke. Ultraheli peitel asendab täielikult freespinki. Samas on selline peitel palju lihtsam kui frees ning sellega on metalldetaile odavam ja kiirem töödelda kui freesiga.

Ultraheli abil saab isegi metallosadesse, klaasidesse, rubiinidesse, teemantidesse spiraalselt lõigata. Tavaliselt valmistatakse niit esmalt pehmest metallist ja seejärel osa karastatakse. Ultraheli masinal saab niite valmistada juba karastatud metallist ja kõige kõvematest sulamitest. Sama lugu postmarkidega. Tavaliselt tempel karastatakse pärast selle hoolikat viimistlemist. Ultrahelimasinal teostab kõige keerulisemat töötlust abrasiiv (smirgel, korundpulber) ultrahelilaine väljas. Ultraheli valdkonnas pidevalt võnkuvad tahked pulbriosakesed lõikavad töödeldavasse sulami sisse ja lõikavad meisliga sama kujuga augu.

Segude valmistamine ultraheli abil

Ultraheli kasutatakse laialdaselt homogeensete segude valmistamiseks (homogeniseerimine). Aastal 1927 avastasid Ameerika teadlased Limus ja Wood, et kui ühte keeduklaasi valatakse kaks segunematut vedelikku (näiteks õli ja vesi) ja neid kiiritatakse ultraheliga, moodustub keeduklaasis emulsioon, st peen suspensioon. õli vees. Sellised emulsioonid mängivad tööstuses olulist rolli: need on lakid, värvid, farmaatsiatooted ja kosmeetika.

Ultraheli kasutamine bioloogias

Ultraheli võime rakumembraane lõhkuda on leidnud rakendust bioloogilistes uuringutes, näiteks vajadusel raku eraldamiseks ensüümidest. Ultraheli kasutatakse ka rakusiseste struktuuride, näiteks mitokondrite ja kloroplastide hävitamiseks, et uurida nende struktuuri ja funktsiooni vahelist seost. Ultraheli teine rakendus bioloogias on seotud selle võimega esile kutsuda mutatsioone. Oxfordis läbi viidud uuringud on näidanud, et isegi madala intensiivsusega ultraheli võib DNA molekuli kahjustada. Taimekasvatuses mängib olulist rolli kunstlik sihipärane mutatsioonide loomine. Ultraheli peamine eelis teiste mutageenide (röntgenikiirgus, ultraviolettkiired) ees on see, et sellega on äärmiselt lihtne töötada.

Ultraheli kasutamine puhastamiseks

Ultraheli kasutamine mehaaniliseks puhastamiseks põhineb erinevate mittelineaarsete mõjude ilmnemisel selle mõju all olevas vedelikus. Nende hulka kuuluvad kavitatsioon, akustilised voolud, helirõhk. Peamist rolli mängib kavitatsioon. Reostuse lähedal tekkivad ja kokku varisevad mullid hävitavad need. Seda efekti tuntakse kui kavitatsiooni erosioon. Nendel eesmärkidel kasutataval ultrahelil on madalad sagedused ja suurem võimsus.

Labori- ja tootmistingimustes kasutatakse väikeste detailide ja nõude pesemiseks ultrahelivanne, mis on täidetud lahustiga (vesi, alkohol jne). Mõnikord pestakse nende abiga isegi juurvilju (kartul, porgand, peet jne) mullaosakestest.

Ultraheli kasutamine vooluhulga mõõtmisel

Alates eelmise sajandi 60. aastatest on ultraheli voolumõõtjaid kasutatud tööstuses voolu juhtimiseks ning vee ja jahutusvedeliku arvestamiseks.

Ultraheli kasutamine vigade tuvastamisel

Ultraheli levib mõnes materjalis hästi, mistõttu on võimalik seda kasutada nendest materjalidest valmistatud toodete ultrahelivigade tuvastamiseks. Viimasel ajal on välja töötatud ultrahelimikroskoopia suund, mis võimaldab hea lahutusvõimega uurida materjali maa-alust kihti.

ultraheli keevitamine

Ultraheli keevitamine - survekeevitus, mis viiakse läbi ultraheli vibratsiooni mõjul. Seda tüüpi keevitamist kasutatakse raskesti kuumutatavate osade ühendamiseks või erinevate metallide või metallide ühendamisel tugevate oksiidkiledega (alumiinium, roostevaba teras, permalloy magnetsüdamikud jne). Nii et ultrahelikeevitust kasutatakse integraallülituste tootmisel.

Ultraheli kasutamine galvaniseerimisel

Ultraheli kasutatakse galvaaniliste protsesside intensiivistamiseks ja elektrokeemilisel meetodil toodetud katete kvaliteedi parandamiseks.

Ultraheli- kõrge sagedusega elastsed helivibratsioonid. Inimkõrv tajub keskkonnas levivaid elastseid laineid sagedusega kuni ligikaudu 16-20 kHz; kõrgema sagedusega vibratsioonid esindavad ultraheli (väljaspool kuulmist). Tavaliselt loetakse ultraheli vahemikuks sagedusvahemikku 20 000 kuni miljard Hz. Kõrgema sagedusega helivibratsiooni nimetatakse hüperheliks. Vedelates ja tahketes ainetes võib helivibratsioon ulatuda 1000 GHz-ni

Kuigi teadlased on ultraheli olemasolust juba pikka aega teadnud, algas selle praktiline kasutamine teaduses, tehnoloogias ja tööstuses suhteliselt hiljuti. Nüüd kasutatakse ultraheli laialdaselt erinevates füüsika, tehnoloogia, keemia ja meditsiini valdkondades.

Ultraheli allikad

Tööstuses ja bioloogias kasutatavate mikrolaine ultrahelilainete sagedus jääb vahemikku mitu MHz. Selliste kiirte teravustamine toimub tavaliselt spetsiaalsete heliläätsede ja peeglite abil. Vajalike parameetritega ultrahelikiire on võimalik saada sobiva anduri abil. Kõige tavalisemad keraamilised muundurid on valmistatud baariumtitaniidist. Juhtudel, kui ultrahelikiire võimsus on esmatähtis, kasutatakse tavaliselt ultraheli mehaanilisi allikaid. Esialgu võeti kõik ultrahelilained vastu mehaaniliselt (hääletushargid, viled, sireenid).

Looduses leidub US-d nii paljude looduslike mürade komponendina (tuule-, juga-, vihmamüra, meresurfi ääres veerevate kivikeste müras, välguheitega kaasnevates helides jne) kui ka helide hulgas. loomamaailma helid. Mõned loomad kasutavad ultrahelilaineid takistuste tuvastamiseks, ruumis orienteerumiseks.

Ultraheli kiirgajad võib jagada kahte suurde rühma. Esimesse kuuluvad emitterid-generaatorid; võnkumised neis on erutatud pideva voolu teel olevate takistuste – gaasi- või vedelikujoa – tõttu. Teine emitterite rühm - elektroakustilised muundurid; need muudavad juba seatud elektripinge või voolu võnkumised tahke keha mehaaniliseks võnkumiseks, mis kiirgab keskkonda akustilisi laineid Näiteid emitteritest: Galtoni vile, vedeliku ja ultraheli vile, sireen.

Ultraheli levik.

Ultraheli levik on helilaines toimuvate häirete ruumis ja ajas liikumise protsess.

Helilaine levib aines, mis on gaasilises, vedelas või tahkes olekus, samas suunas, milles selle aine osakesed nihkuvad, st põhjustab keskkonna deformatsiooni. Deformatsioon seisneb selles, et toimub teatud söötme mahu järjestikuse harvendamine ja kokkusurumine ning kahe külgneva ala vaheline kaugus vastab ultrahelilaine pikkusele. Mida suurem on kandja akustiline eritakistus, seda suurem on keskkonna kokkusurumise ja vähenemise aste antud võnkeamplituudil.

Laineenergia ülekandes osalevad keskkonna osakesed võnguvad ümber oma tasakaaluasendi. Kiirust, millega osakesed võnguvad oma keskmise tasakaaluasendi ümber, nimetatakse võnkuvaks

kiirust.

Difraktsioon, interferents

Ultrahelilainete levimise ajal on võimalikud difraktsiooni-, interferentsi- ja peegeldumisnähtused.

Difraktsioon (lained painduvad ümber takistuste) tekib siis, kui ultraheli lainepikkus on võrreldav (või suurem) teel oleva takistuse suurusega. Kui takistus on akustilise lainepikkusega võrreldes suur, siis difraktsiooninähtust ei esine.

Mitme ultrahelilaine samaaegsel liikumisel koes võib nende lainete superpositsioon tekkida teatud kohas keskkonnas. Seda lainete superpositsiooni üksteisele nimetatakse ühiselt interferentsiks. Kui ultrahelilained ristuvad bioloogilise objekti läbimise protsessis, siis bioloogilise keskkonna teatud punktis täheldatakse võnkumiste suurenemist või vähenemist. Häirete tulemus sõltub ultraheli vibratsiooni faaside ruumilisest suhtest keskkonna antud punktis. Kui ultrahelilained jõuavad samades faasides (faasis) teatud keskkonda, on osakeste nihketel samad märgid ja häired sellistes tingimustes aitavad kaasa ultraheli vibratsiooni amplituudi suurenemisele. Kui ultrahelilained saabuvad konkreetsesse kohta antifaasis, kaasnevad osakeste nihkega erinevad märgid, mis viib ultrahelivõngete amplituudi vähenemiseni.

Interferentsil on oluline roll ultraheliemitterit ümbritsevates kudedes esinevate nähtuste hindamisel. Eriti olulised on häired ultrahelilainete levimisel vastassuundades pärast nende peegeldumist takistuselt.

Ultrahelilainete neeldumine

Kui keskkonnas, milles ultraheli levib, on viskoossus ja soojusjuhtivus või selles on muid sisehõõrdeprotsesse, siis laine levimisel neeldub heli, st allikast eemaldudes ultrahelivõnke amplituud. muutub väiksemaks, samuti energia, mida nad kannavad. Sööde, milles ultraheli levib, interakteerub seda läbiva energiaga ja neelab osa sellest. Valdav osa neeldunud energiast muundub soojuseks, väiksem osa põhjustab pöördumatuid struktuurimuutusi edasikandvas aines. Imendumine on osakeste üksteise vastu hõõrdumise tulemus, erinevates keskkondades on see erinev. Neeldumine sõltub ka ultraheli vibratsiooni sagedusest. Teoreetiliselt on neeldumine võrdeline sageduse ruuduga.

Neeldumisväärtust saab iseloomustada neeldumisteguriga, mis näitab, kuidas muutub ultraheli intensiivsus kiiritatud keskkonnas. See suureneb sagedusega. Ultraheli vibratsiooni intensiivsus keskkonnas väheneb eksponentsiaalselt. See protsess on tingitud sisemisest hõõrdumisest, neelava keskkonna soojusjuhtivusest ja selle struktuurist. Seda iseloomustab tinglikult poolneelava kihi suurus, mis näitab, millisel sügavusel väheneb võnkumiste intensiivsus poole võrra (täpsemalt 2,718 korda ehk 63%). Palmani sõnul on sagedusel 0,8 MHz mõnede kudede poolabsorbeeriva kihi keskmised väärtused järgmised: rasvkude - 6,8 cm; lihaseline - 3,6 cm; rasv- ja lihaskoed kokku - 4,9 cm Ultraheli sageduse suurenemisega poolabsorbeeriva kihi väärtus väheneb. Niisiis, sagedusel 2,4 MHz väheneb rasv- ja lihaskudesid läbiva ultraheli intensiivsus 1,5 cm sügavusel poole võrra.

Lisaks on võimalik ultraheli vibratsioonide energia anomaalne neeldumine teatud sagedusvahemikes - see sõltub antud koe molekulaarstruktuuri omadustest. Teadaolevalt sumbub 2/3 ultraheli energiast molekulaarsel ja 1/3 mikroskoopiliste koestruktuuride tasandil.

Ultrahelilainete läbitungimissügavus

Ultraheli läbitungimissügavuse all mõista sügavust, mille juures intensiivsus väheneb poole võrra. See väärtus on pöördvõrdeline neeldumisega: mida tugevamini keskkond ultraheli neelab, seda väiksemal kaugusel on ultraheli intensiivsus poole võrra nõrgenenud.

Ultrahelilainete hajumine

Kui keskkonnas esineb ebahomogeensusi, siis tekib heli hajumine, mis võib oluliselt muuta ultraheli levimise lihtsat mustrit ja lõppkokkuvõttes põhjustada ka laine nõrgenemist algses levimissuunas.

Ultrahelilainete murdumine

Kuna inimese pehmete kudede akustiline takistus ei erine palju veetakistusest, võib eeldada, et ultrahelilainete murdumist täheldatakse keskkonna (epidermis - dermis - fastsia - lihaste) vahelisel liidesel.

Ultrahelilainete peegeldus

Ultraheli diagnostika põhineb peegelduse fenomenil. Peegeldus toimub naha ja rasva, rasva ja lihaste, lihaste ja luude piirialadel. Kui ultraheli satub levimisel takistusele, siis tekib peegeldus, kui takistus on väike, siis ultraheli voolab selle ümber justkui. Keha heterogeensus ei põhjusta olulisi kõrvalekaldeid, kuna võrreldes lainepikkusega (2 mm) võib nende mõõtmeid (0,1-0,2 mm) tähelepanuta jätta. Kui ultraheli kohtab oma teel lainepikkusest suuremaid elundeid, siis toimub ultraheli murdumine ja peegeldumine. Tugevaimat peegeldust täheldatakse luu – ümbritsevate kudede ja kudede – õhu piiridel. Õhu tihedus on madal ja ultraheli peegeldus on peaaegu täielik. Ultrahelilainete peegeldust täheldatakse lihase - periosti - luu piiril, õõnsate elundite pinnal.

Reisivad ja seisvad ultrahelilained

Kui ultrahelilainete levimise ajal keskkonnas need ei peegeldu, tekivad rändlained. Energiakadude tagajärjel söötme osakeste võnkeliikumised järk-järgult lagunevad ning mida kaugemal osakesed kiirguspinnast paiknevad, seda väiksem on nende võnke amplituud. Kui aga ultrahelilainete levimise teel on erineva spetsiifilise akustilise takistusega kudesid, siis ühel või teisel määral peegelduvad ultrahelilained piirlõikelt. Langevate ja peegeldunud ultrahelilainete superpositsioon võib põhjustada seisulaineid. Seisulainete tekkimiseks peab kaugus emitteri pinnast peegelduspinnani olema poole lainepikkuse kordne.

Ultraheli

Ultraheli- elastsed võnked, mille sagedus ületab inimese kuulmispiiri. Tavaliselt loetakse ultraheli vahemikuks sagedusi üle 18 000 hertsi.

Ultraheli allikad

Vile Galton

Vedel ultraheli vile

Sireen

Sireenide valmistamise põhiülesanne on esiteks teha rootorisse võimalikult palju auke ja teiseks saavutada suur pöörlemiskiirus. Neid mõlemaid nõudeid on praktikas aga väga raske täita.

Ultraheli looduses

Ultraheli rakendamine

Ultraheli diagnostiline kasutamine meditsiinis (ultraheli)

Ultraheli terapeutilised rakendused meditsiinis

Lisaks sellele, et ultraheli kasutatakse laialdaselt diagnostilistel eesmärkidel (vt Ultraheli), kasutatakse seda meditsiinis raviainena.

Ultrahelil on järgmised mõjud:

põletikuvastane, absorbent
valuvaigistav, spasmolüütiline
naha läbilaskvuse suurendamine kavitatsiooniga

raviainet ultraheliga ei hävitata
ultraheli ja raviaine toime sünergia

Bišofiidi ultrafonoforeesi näidustused: osteoartriit, osteokondroos, artriit, bursiit, epikondüliit, kannakannus, luu- ja lihaskonna vigastuste järgsed seisundid; Neuriit, neuropaatia, radikuliit, neuralgia, närvikahjustus.

Metalli lõikamine ultraheliga

Segude valmistamine ultraheli abil

Ultraheli kasutamine bioloogias

Ultraheli kasutamine puhastamiseks

Ultraheli kasutamine vooluhulga mõõtmisel

Alates eelmise sajandi 60. aastatest on ultraheli voolumõõtjaid kasutatud tööstuses voolu juhtimiseks ning vee ja jahutusvedeliku arvestamiseks.

Ultraheli kasutamine vigade tuvastamisel

ultraheli keevitamine

Vene töökaitse entsüklopeedia

Elastsed lained sagedustega ca. (1,5 x 2) 104 Hz (15 20 kHz) kuni 109 Hz (1 GHz); nimetatakse sagedusvahemikku U. 109 kuni 1012 1013 Hz. hüperheli. Sagedusvahemik U. jaguneb mugavalt kolme vahemikku: U. madalad sagedused (1,5 104 105 Hz), U. ... ... Füüsiline entsüklopeedia

ULTRAHELI, inimkõrvaga mittekuuldavad elastsed lained, mille sagedused ületavad 20 kHz. Ultraheli sisaldub tuule- ja meremüras, seda kiirgavad ja tajuvad mitmed loomad (nahkhiired, delfiinid, kalad, putukad jne), see on müras ... ... Kaasaegne entsüklopeedia

Elastsed lained, mis on inimkõrvale kuulmatud ja mille sagedused ületavad 20 kHz. Ultraheli sisaldub tuule- ja meremüras, seda kiirgavad ja tajuvad mitmed loomad (nahkhiired, kalad, putukad jne), esineb autode müras. Kasutatakse…… Suur entsüklopeediline sõnaraamat

Elastsed lained võnkesagedusega 20 kHz kuni 1 GHz. Ultraheli kõige olulisemad kasutusvaldkonnad on sonar, sonar, navigatsioon, kodurelvad, süvamereuuringud jne. EdwART. Selgitav mereväesõnaraamat, 2010 ... Meresõnaraamat

Ultraheli- elastsed vibratsioonid ja lained, mille sagedus ületab inimese kuulmisvahemikku ...

21. sajand on raadioelektroonika, aatomi, kosmoseuuringute ja ultraheli sajand. Ultraheliteadus on tänapäeval suhteliselt noor. 19. sajandi lõpus viis oma esimesed uurimused läbi vene füsioloog P. N. Lebedev. Pärast seda hakkasid ultraheliuuringuid uurima paljud väljapaistvad teadlased.

Mis on ultraheli?

Ultraheli on leviv laineline võnkuv liikumine, mida keskkonna osakesed tekitavad. Sellel on oma omadused, mille poolest see erineb kuuldava vahemiku helidest. Ultraheli vahemikus on suhteliselt lihtne saada suunatud kiirgust. Lisaks on see hästi fokusseeritud ja selle tulemusena suureneb tehtud võnkumiste intensiivsus. Ultraheli levimisel tahkestes, vedelikes ja gaasides tekivad huvitavad nähtused, mis on leidnud praktilist rakendust paljudes tehnika ja teaduse valdkondades. Just see on ultraheli, mille roll erinevates eluvaldkondades on tänapäeval väga suur.

Ultraheli roll teaduses ja praktikas

Viimastel aastatel on ultrahelil hakatud teadusuuringutes üha olulisemat rolli mängima. Edukalt viidi läbi eksperimentaalsed ja teoreetilised uuringud akustiliste voogude ja ultraheli kavitatsiooni valdkonnas, mis võimaldasid teadlastel arendada tehnoloogilisi protsesse, mis tekivad ultraheliga kokkupuutel vedelas faasis. See on võimas meetod erinevate nähtuste uurimiseks sellises teadmistevaldkonnas nagu füüsika. Ultraheli kasutatakse näiteks pooljuhtide ja tahkisfüüsikas. Tänapäeval on moodustamisel eraldiseisev keemiaharu, mida nimetatakse "ultrahelikeemiaks". Selle kasutamine võimaldab kiirendada paljusid keemilis-tehnoloogilisi protsesse. Sündis ka molekulaarakustika - uus akustika haru, mis uurib molekulaarset vastastikmõju ainega Ilmusid uued ultraheli kasutusvaldkonnad: holograafia, introskoopia, akustoelektroonika, ultraheli faasimõõtmine, kvantakustika.

Lisaks eksperimentaalsele ja teoreetilisele tööle selles valdkonnas on tänaseks tehtud palju praktilist tööd. Välja on töötatud spetsiaalsed ja universaalsed ultrahelimasinad, paigaldised, mis töötavad kõrgendatud staatilise rõhu all jne Tootmisse on viidud tootmisliinidesse kuuluvad automaatsed ultrahelipaigaldised, millega on võimalik oluliselt tõsta tööviljakust.

Lisateavet ultraheli kohta

Räägime lähemalt, mis on ultraheli. Oleme juba öelnud, et need on elastsed lained ja ultraheli on üle 15-20 kHz. Meie kuulmise subjektiivsed omadused määravad ultraheli sageduste alumise piiri, mis eraldab selle kuuldava heli sagedusest. Seetõttu on see piir tingimuslik ja igaüks meist määratleb erinevalt, mis on ultraheli. Ülemist piiri näitavad elastsed lained, nende füüsiline olemus. Nad levivad ainult materiaalses keskkonnas, see tähendab, et lainepikkus peab olema oluliselt suurem kui gaasis esinevate molekulide keskmine vaba tee või aatomitevahelised kaugused tahketes ja vedelikes. Gaaside normaalrõhul on ultraheli sageduste ülempiir 10 9 Hz ning tahketes ja vedelikes - 10 12 -10 13 Hz.

Ultraheli allikad

Ultraheli leidub looduses nii paljude loodusmürade (kosk, tuul, vihm, surfiga veeretavad kivikesed, aga ka äikeseheitega kaasnevad helid jne) komponendina kui ka loomamaailma lahutamatu osana. Mõned loomaliigid kasutavad seda ruumis orienteerumiseks, takistuste tuvastamiseks. Samuti on teada, et delfiinid kasutavad looduses ultraheli (peamiselt sagedusi 80–100 kHz). Sel juhul võib nende poolt väljastatavate asukohasignaalide võimsus olla väga suur. Teadaolevalt suudavad delfiinid tuvastada neist kuni kilomeetri kaugusel asuvaid kalaparve.

Ultraheli kiirgajad (allikad) jagunevad 2 suurde rühma. Esimene neist on generaatorid, milles võnkumisi ergastab pideva voolu teele paigaldatud takistuste olemasolu - vedeliku või gaasi joa. Teine rühm, millesse saab ühendada ultraheliallikaid, on elektroakustilised muundurid, mis muudavad etteantud voolu või elektrilise pinge kõikumised mehaaniliseks vibratsiooniks, mida teostab tahke keha, mis kiirgab keskkonda akustilisi laineid.

Ultraheli vastuvõtjad

Kesk- ja ultrahelivastuvõtjatel on elektroakustilised muundurid enamasti piesoelektrilist tüüpi. Nad suudavad reprodutseerida vastuvõetud akustilise signaali kuju, mis on esitatud helirõhu ajast sõltuvana. Seadmed võivad olenevalt kasutustingimustest olla kas lairiba- või resonantsed. Termovastuvõtjaid kasutatakse ajakeskmiste helivälja karakteristikute saamiseks. Need on termistorid või termopaarid, mis on kaetud helisummutava ainega. Heli rõhku ja intensiivsust saab hinnata ka optiliste meetoditega, nagu valguse difraktsioon ultraheli abil.

Kus ultraheli kasutatakse?

Ultraheli erinevate funktsioonide kasutamisel on selle rakendusvaldkondi palju. Need piirkonnad võib laias laastus jagada kolmeks piirkonnaks. Esimene neist on seotud ultrahelilainete abil erineva teabe hankimisega. Teine suund on selle aktiivne mõju ainele. Ja kolmas on seotud signaalide edastamise ja töötlemisega. Igal juhul kasutatakse USA spetsiifikat. Käsitleme vaid mõnda paljudest valdkondadest, milles see rakendus on leidnud.

Ultraheli puhastamine

Sellise puhastamise kvaliteeti ei saa võrrelda teiste meetoditega. Näiteks osade loputamisel jääb nende pinnale kuni 80% saasteainetest, vibratsioonipuhastusega umbes 55%, käsitsi puhastamisel umbes 20% ja ultrahelipuhastusega ei jää enam kui 0,5% saasteainetest. Keerulise kujuga detaile saab hästi puhastada ainult ultraheli abil. Selle kasutamise oluline eelis on kõrge tootlikkus ja madalad füüsilise töö kulud. Pealegi on võimalik asendada kallid ja tuleohtlikud orgaanilised lahustid odavate ja ohutute vesilahustega, kasutada vedelat freooni jne.

Tõsine probleem on õhusaaste tahma, suitsu, tolmu, metallioksiidide jne abil. Ultraheli meetodit saate kasutada gaasi väljalaskeavade õhu ja gaasi puhastamiseks, sõltumata ümbritseva õhu niiskusest ja temperatuurist. Kui ultraheli emitter asetada tolmu settimiskambrisse, suureneb selle efektiivsus sadu kordi. Mis on sellise puhastamise olemus? Õhus juhuslikult liikuvad tolmuosakesed tabavad üksteist tugevamalt ja sagedamini ultrahelivõngete mõjul. Samal ajal suureneb nende suurus nende ühinemise tõttu. Koagulatsioon on osakeste suurenemise protsess. Nende kaalutud ja suurendatud kogumid püütakse kinni spetsiaalsete filtritega.

Haprate ja ülikõvade materjalide töötlemine

Kui sisenete töödeldava detaili ja ultraheli kasutava tööriista tööpinna vahele, mõjutavad abrasiivi osakesed emitteri töö ajal selle osa pinda. Sel juhul materjal hävitatakse ja eemaldatakse ning töödeldakse mitmete suunatud mikrolöökide toimel. Töötlemise kinemaatika koosneb põhiliigutusest - lõikamisest, see tähendab tööriista tekitatud pikisuunalistest vibratsioonidest ja abistavast - etteande liikumisest, mida seade teeb.

Ultraheli abil saab teha mitmesuguseid töid. Abrasiivsete terade puhul on energiaallikaks pikisuunalised vibratsioonid. Nad hävitavad töödeldud materjali. Etteanaliikumine (abi) võib olla ringikujuline, põiki- ja pikisuunaline. Ultraheli töötlemisel on suur täpsus. Sõltuvalt abrasiivi tera suurusest on see vahemikus 50 kuni 1 mikronit. Erineva kujuga tööriistade abil saate teha mitte ainult auke, vaid ka keerulisi lõikeid, kõveraid telgi, graveerida, lihvida, teha maatrikseid ja isegi puurida teemanti. Abrasiivina kasutatavad materjalid on korund, teemant, kvartsliiv, tulekivi.

Ultraheli raadioelektroonikas

Ultraheli tehnikas kasutatakse sageli raadioelektroonika valdkonnas. Selles piirkonnas on sageli vaja elektrisignaali edasi lükata mõne teise signaali suhtes. Teadlased on leidnud hea lahenduse, soovitades kasutada ultraheli viivitusjooni (lühendatult LZ). Nende tegevus põhineb asjaolul, et elektriimpulsid muudetakse ultraheliks Kuidas see juhtub? Fakt on see, et ultraheli kiirus on oluliselt väiksem kui välja töötatud Pingeimpulss pärast pöördtransformatsiooni elektrilisteks mehaanilisteks võnkudeks hilineb liini väljundis sisendimpulsi suhtes.

Piesoelektrilisi ja magnetostriktiivseid muundureid kasutatakse elektrilise vibratsiooni muundamiseks mehaaniliseks ja vastupidi. LZ jaguneb vastavalt piesoelektriliseks ja magnetostriktiivseks.

Ultraheli meditsiinis

Elusorganismide mõjutamiseks kasutatakse erinevat tüüpi ultraheli. Meditsiinipraktikas on selle kasutamine nüüd väga populaarne. See põhineb mõjul, mis ilmneb bioloogilistes kudedes, kui ultraheli neid läbib. Lained põhjustavad söötme osakestes kõikumist, mis tekitab omamoodi kudede mikromassaaži. Ja ultraheli neeldumine viib nende lokaalse kuumenemiseni. Samal ajal toimuvad bioloogilises keskkonnas teatud füüsikalis-keemilised transformatsioonid. Need nähtused ei põhjusta mõõduka helitugevuse korral pöördumatuid kahjustusi. Need parandavad ainult ainevahetust ja aitavad seega kaasa nendega kokkupuutuva keha elutähtsale tegevusele. Selliseid nähtusi kasutatakse ultraheliravis.

Ultraheli kirurgias

Kavitatsioon ja tugev kuumutamine suure intensiivsusega põhjustavad kudede hävimist. Seda efekti kasutatakse tänapäeval kirurgias. Kirurgilistel operatsioonidel kasutatakse fokusseeritud ultraheli, mis võimaldab lokaalset hävitamist kõige sügavamates struktuurides (näiteks ajus), kahjustamata ümbritsevaid. Kirurgias kasutatakse ka ultraheliinstrumente, mille tööots näeb välja nagu viil, skalpell, nõel. Nendele tekitatud vibratsioon annab neile seadmetele uusi omadusi. Vajalik jõud on oluliselt vähenenud, seetõttu väheneb operatsiooni traumatism. Lisaks ilmneb valuvaigistav ja hemostaatiline toime. Ultraheli abil nüri instrumendiga löömist kasutatakse teatud tüüpi kehas ilmnenud kasvajate hävitamiseks.

Mõju bioloogilistele kudedele toimub mikroorganismide hävitamiseks ja seda kasutatakse ravimite ja meditsiiniseadmete steriliseerimisel.

Siseorganite uurimine

Põhimõtteliselt räägime kõhuõõne uurimisest. Sel eesmärgil kasutatakse spetsiaalset seadet. Ultraheli abil saab leida ja ära tunda erinevaid koe- ja anatoomilisi anomaaliaid. Ülesanne on sageli järgmine: kahtlustatakse pahaloomulist moodustist ja seda tuleb eristada healoomulisest või nakkuslikust moodustisest.

Ultraheli on kasulik maksa uurimisel ja muudel ülesannetel, mis hõlmavad sapiteede takistuste ja haiguste tuvastamist, samuti sapipõie uurimist, et tuvastada selles kivide ja muude patoloogiate olemasolu. Lisaks võib kasutada tsirroosi ja muude difuussete healoomuliste maksahaiguste testimist.

Günekoloogia valdkonnas, eriti munasarjade ja emaka analüüsimisel, on ultraheli kasutamine pikka aega olnud peamine suund, kus seda eriti edukalt teostatakse. Sageli on siin vaja ka healoomuliste ja pahaloomuliste moodustiste eristamist, mis nõuab enamasti parimat kontrastsust ja ruumilist lahutusvõimet. Sarnased järeldused võivad olla kasulikud paljude teiste siseorganite uurimisel.

Ultraheli kasutamine hambaravis

Ultraheli on leidnud tee ka hambaravisse, kus seda kasutatakse hambakivi eemaldamiseks. See võimaldab teil kiiresti, veretult ja valutult eemaldada hambakattu ja kive. Samal ajal ei vigastata suu limaskesta ja õõnsuse "taskud" desinfitseeritakse. Valu asemel kogeb patsient soojustunnet.

Kui keha võngub elastses keskkonnas kiiremini, kui keskkonnal on aega tema ümber voolata, siis ta kas surub või harvendab keskkonda oma liikumisega. Kõrg- ja madalrõhukihid hajuvad võnkuvalt kehalt igas suunas ja moodustavad helilaineid. Kui lainet tekitava keha vibratsioonid järgivad üksteist mitte vähem kui 16 korda sekundis, mitte rohkem kui 18 tuhat korda sekundis, siis inimkõrv kuuleb neid.

Sagedusi 16 - 18000 Hz, mida inimese kuuldeaparaat on võimeline tajuma, nimetatakse tavaliselt heliks, näiteks sääse kriuksumiseks "10 kHz. Kuid õhk, merede sügavused ja maa sisikond on täis helisid, mis asuvad selle vahemiku all ja kohal – infra- ja ultraheli. Looduses leidub ultraheli paljude looduslike mürade komponendina: tuule, kose, vihma müras, surfiga veeretavates merekivides, pikselahendustes. Paljudel imetajatel, nagu kassid ja koerad, on võime tajuda ultraheli sagedusega kuni 100 kHz ning nahkhiirte, öiste putukate ja mereloomade asukohavõime on kõigile hästi teada. Kuuldamatute helide olemasolu avastati koos akustika arenguga 19. sajandi lõpus. Samal ajal algasid ka esimesed ultraheliuuringud, kuid selle rakendamiseks pandi alus alles 20. sajandi esimesel kolmandikul.

Ultraheli ulatuse alumist piiri nimetatakse elastseks vibratsiooniks sagedusega 18 kHz. Ultraheli ülempiiri määrab elastsete lainete olemus, mis võivad levida ainult tingimusel, et lainepikkus on palju suurem kui molekulide keskmine vaba tee (gaasides) või aatomitevaheline kaugus (vedelikes ja gaasides). Gaasides on ülempiir »106 kHz, vedelikes ja tahketes ainetes »1010 kHz. Reeglina nimetatakse ultraheliks sagedusi kuni 106 kHz. Kõrgemaid sagedusi nimetatakse hüperheliks.

Ultrahelilained oma olemuselt ei erine kuuldava ulatuse lainetest ja järgivad samu füüsikalisi seadusi. Kuid ultrahelil on spetsiifilised omadused, mis on määranud selle laialdase kasutamise teaduses ja tehnoloogias. Siin on peamised:

Väike lainepikkus. Ultraheli madalaima vahemiku puhul ei ületa lainepikkus enamikus meediumites mõnda sentimeetrit. Lühike lainepikkus määrab ultrahelilainete leviku kiirte iseloomu. Emitteri lähedal levib ultraheli kiirte kujul, mis on lähedased emitteri suurusele. Söötme ebahomogeensust tabades käitub ultrahelikiir nagu valguskiir, kogedes peegeldust, murdumist, hajumist, mis võimaldab optiliselt läbipaistmatus keskkonnas puhtalt optilisi efekte (teravustamine, difraktsioon jne) kasutades moodustada helipilte.
Väike võnkeperiood, mis võimaldab kiirata ultraheli impulsside kujul ja teostada keskkonnas levivate signaalide täpset ajalist valikut.
Võimalus saada väikese amplituudiga vibratsioonienergia kõrgeid väärtusi, kuna võnkumiste energia on võrdeline sageduse ruuduga. See võimaldab luua kõrge energiatasemega ultrahelikiire ja -välju ilma suuri seadmeid vajamata.
Ultraheliväljas tekivad märkimisväärsed akustilised voolud. Seetõttu tekitab ultraheli mõju keskkonnale spetsiifilisi mõjusid: füüsikalisi, keemilisi, bioloogilisi ja meditsiinilisi. Nagu kavitatsioon, heli-kapillaarne efekt, dispersioon, emulgeerimine, degaseerimine, desinfitseerimine, lokaalne kuumutamine ja paljud teised.
Ultraheli on kuuldamatu ega tekita operatiivpersonalile ebamugavust.

Ultraheli ajalugu. Kes avastas ultraheli.

Tähelepanu akustikale tingisid juhtivate suurriikide – Inglismaa ja Prantsusmaa – merevägede vajadused, sest. akustiline - ainus signaal, mis võib vees kaugele liikuda. Aastal 1826 Prantsuse teadlane Colladon määras heli kiiruse vees. Colladoni eksperimenti peetakse kaasaegse hüdroakustika sünniks. Löök veealusele kellale Genfi järves toimus püssirohu samaaegse süttimisega. Colladon jälgis püssirohu sähvatust 10 miili kaugusel. Ta kuulis ka kella heli läbi veealuse kuulmistoru. Mõõtes nende kahe sündmuse vahelist ajavahemikku, arvutas Colladon välja helikiiruse – 1435 m/sek. Erinevus tänapäevaste arvutustega on vaid 3 m/s.

1838. aastal kasutati USA-s esimest korda heli merepõhja profiili määramiseks, et panna telegraafikaabel. Heli allikaks, nagu ka Colladoni katses, oli vee all kõlav kell ja vastuvõtjaks olid suured kuulmistorud, mis laskusid üle laeva parda. Katse tulemused valmistasid pettumuse. Kellahelin (nagu ka pulbripadrunite plahvatus vees) andis väga nõrga kaja, mis oli teiste merehelide hulgas peaaegu kuulmatu. Tuli minna kõrgemate sageduste piirkonda, mis võimaldaks tekitada suunatud helivimpe.

Esimene ultraheli generaator valmistatud 1883. aastal inglase poolt Francis Galton. Ultraheli tekitati nagu vile noaterale, kui sellele peale puhuda. Sellise punkti rolli täitis Galtoni viles teravate servadega silinder. Silindri servaga sama läbimõõduga rõngakujulise otsiku kaudu rõhu all väljuv õhk või muu gaas jooksis vastu serva ja tekkisid kõrgsageduslikud võnked. Vesinikuga vilet puhudes oli võimalik saada võnkumisi kuni 170 kHz.

Aastal 1880 Pierre ja Jacques Curie tegi ultrahelitehnoloogia jaoks otsustava avastuse. Vennad Curie’d märkasid, et kui kvartskristallidele avaldatakse survet, tekib elektrilaeng, mis on otseselt võrdeline kristallile rakendatava jõuga. Seda nähtust on kutsutud "piesoelektrilisuseks" kreeka sõnast, mis tähendab "pressima". Lisaks demonstreerisid nad pöördvõrdelist piesoelektrilist efekti, mis tekib siis, kui kristallile rakendatakse kiiresti muutuvat elektripotentsiaali, mis paneb selle vibreerima. Nüüdsest sai tehniliselt võimalikuks valmistada väikesemahulisi ultraheli kiirgajaid ja vastuvõtjaid.

Titanicu surm kokkupõrkest jäämäega, vajadus võidelda uue relvaga - allveelaevad nõudsid ultraheli hüdroakustika kiiret arendamist. 1914. aastal prantsuse füüsik Paul Langevin Koos andeka vene emigrantide teadlase Konstantin Vasiljevitš Šilovskiga töötasid nad esmalt välja ultrahelikiirgurist ja hüdrofonist koosneva sonari - ultraheli vibratsioonide vastuvõtja, mis põhineb piesoelektrilisel efektil. Sonar Langevin - Shilovsky oli esimene ultraheliseade praktikas rakendatud. Samal ajal töötas vene teadlane S.Ya.Sokolov välja ultrahelivigade tuvastamise põhialused tööstuses. 1937. aastal kasutas Saksa psühhiaater Karl Dussik koos oma füüsikust venna Friedrichiga esmakordselt ajukasvajate tuvastamiseks ultraheli, kuid saadud tulemused ei olnud usaldusväärsed. Meditsiinipraktikas hakati ultraheliuuringut kasutama alles 20. sajandi 50. aastatel USA-s.

Ultraheli vastuvõtmine.

Ultraheli kiirgajad võib jagada kahte suurde rühma:

1) Võnkumist ergutavad gaasi- või vedelikujoa teel olevad takistused või gaasi- või vedelikujoa katkemine. Neid kasutatakse piiratud määral, peamiselt võimsa ultraheli saamiseks gaasilises keskkonnas.

2) Võnkumisi ergastab muundumine mehaaniliseks voolu- või pingevõnkudeks. Enamik ultraheliseadmeid kasutab selle rühma emittereid: piesoelektrilisi ja magnetostriktiivseid muundureid.

Lisaks piesoelektrilisel efektil põhinevatele anduritele kasutatakse võimsa ultrahelikiire saamiseks magnetostriktiivseid muundureid. Magnetostriktsioon on kehade suuruse muutumine nende magnetilise oleku muutumisel. Juhtivasse mähisesse asetatud magnetostriktiivsest materjalist südamik muudab oma pikkust vastavalt mähist läbiva voolusignaali kujule. See nähtus, mille avastas 1842. aastal James Joule, on iseloomulik ferromagnetitele ja ferriitidele. Kõige sagedamini kasutatavad magnetostriktiivsed materjalid on niklil, koobaltil, raual ja alumiiniumil põhinevad sulamid. Ultrahelikiirguse kõrgeima intensiivsuse saab saavutada permenduri sulamiga (49% Co, 2% V, ülejäänud Fe), mida kasutatakse võimsates ultrahelikiirgurites. Eelkõige aastal, meie ettevõtte toodetud.

Ultraheli kasutamine.

Ultraheli erinevad rakendused võib jagada kolme valdkonda:

aine kohta teabe saamine
mõju ainele
signaali töötlemine ja edastamine

Sellistes uuringutes kasutatakse akustiliste lainete levimiskiiruse ja sumbumise sõltuvust aine omadustest ja neis toimuvatest protsessidest:

gaasides, vedelikes ja polümeerides toimuvate molekulaarsete protsesside uurimine
kristallide ja muude tahkete ainete struktuuri uurimine
keemiliste reaktsioonide kulgemise, faasisiirde, polümerisatsiooni jne juhtimine.
lahuste kontsentratsiooni määramine
tugevusomaduste ja materjalide koostise määramine
lisandite olemasolu määramine
vedeliku ja gaasi voolukiiruse määramine

Teavet aine molekulaarstruktuuri kohta saadakse selles sisalduva heli kiiruse ja neeldumisteguri mõõtmisega. See võimaldab mõõta lahuste ja suspensioonide kontsentratsiooni paberimassides ja vedelikes, kontrollida ekstraheerimise kulgu, polümerisatsiooni, vananemist ja keemiliste reaktsioonide kineetikat. Ainete koostise ja lisandite esinemise määramise täpsus ultraheliga on väga kõrge ja ulatub protsendi murdosadesse.

Helikiiruse mõõtmine tahkistes võimaldab määrata konstruktsioonimaterjalide elastsus- ja tugevusomadusi. Selline kaudne tugevuse määramise meetod on mugav tänu oma lihtsusele ja võimalusele seda reaalsetes tingimustes kasutada.

Ultraheli gaasianalüsaatorid jälgivad ohtlike lisandite kogunemist. Ultraheli kiiruse sõltuvust temperatuurist kasutatakse gaaside ja vedelike kontaktivaba termomeetria jaoks.

Doppleri efektil töötavad ultrahelivooluhulgamõõturid põhinevad helikiiruse mõõtmisel liikuvates vedelikes ja gaasides, sealhulgas mittehomogeensetes (emulsioonid, suspensioonid, pulbid). Sarnast aparaati kasutatakse kliinilistes uuringutes vere kiiruse ja voolu määramiseks.

Suur rühm mõõtmismeetodeid põhineb ultrahelilainete peegeldumisel ja hajutamisel kandjate vahelistel piiridel. Need meetodid võimaldavad teil täpselt tuvastada võõrkehade asukoha keskkonnas ja neid kasutatakse järgmistes valdkondades:

sonar
mittepurustavad katsed ja vigade tuvastamine
meditsiiniline diagnostika
vedelike ja lahtiste tahkete ainete taseme määramine suletud mahutites
toote suuruse määramine
heliväljade visualiseerimine - helinägemine ja akustiline holograafia

Ultraheli peegeldust, murdumist ja fokuseerimise võimalust kasutatakse ultrahelivigade tuvastamisel, ultraheliakustilistes mikroskoopides, meditsiinilises diagnostikas, aine makroinhomogeensuse uurimiseks. Ebahomogeensuse olemasolu ja nende koordinaadid määratakse peegeldunud signaalide või varju struktuuri järgi.

Mõõtemeetodeid, mis põhinevad resonantsvõnkesüsteemi parameetrite sõltuvusel seda koormava keskkonna omadustest (impedants), kasutatakse pidevaks vedelike viskoossuse ja tiheduse mõõtmiseks, osade paksuse mõõtmiseks, millele pääseb ligi ainult ühest. pool. Sama põhimõte on ultraheli kõvaduse mõõtjate, tasememõõtjate ja tasemeindikaatorite aluseks. Ultraheli testimismeetodite eelised: lühike mõõtmisaeg, võime kontrollida plahvatusohtlikke, agressiivseid ja mürgiseid aineid, instrumendi mõju puudumine kontrollitavale keskkonnale ja protsessidele.

Ultraheli mõju ainele.

Tööstuses kasutatakse laialdaselt ultraheli mõju ainele, mis põhjustab selles pöördumatuid muutusi. Samal ajal on ultraheli toimemehhanismid erinevatel kandjatel erinevad. Gaasides on peamiseks mõjuteguriks akustilised voolud, mis kiirendavad soojus- ja massiülekande protsesse. Veelgi enam, ultraheli segamise efektiivsus on palju suurem kui tavalise hüdrodünaamilise segamise efektiivsus, kuna piirkihi paksus on väiksem ja sellest tulenevalt suurem temperatuuri- või kontsentratsioonigradient. Seda efekti kasutatakse sellistes protsessides nagu:

ultraheli kuivatamine
põlemine ultraheliväljas
aerosooli koagulatsioon

Vedelike ultraheli töötlemisel on peamine töötegur kavitatsioon . Kavitatsiooniefektil põhinevad järgmised tehnoloogilised protsessid:

ultraheli puhastus
plaadistamine ja jootmine
heli-kapillaarne efekt - vedelike tungimine väikseimatesse pooridesse ja pragudesse. Seda kasutatakse poorsete materjalide immutamiseks ja see toimub vedelikes sisalduvate tahkete ainete töötlemisel ultraheliga.
kristalliseerumine
elektrokeemiliste protsesside intensiivistamine
aerosooli tootmine
mikroorganismide hävitamine ja instrumentide ultrahelisteriliseerimine

Akustilised voolud- üks peamisi ultraheli toimemehhanisme ainele. See on tingitud ultrahelienergia neeldumisest aines ja piirkihis. Akustilised voolud erinevad hüdrodünaamilistest piirkihi väikese paksuse ja selle hõrenemise võimaluse poolest võnkesageduse suurenemisega. See toob kaasa temperatuuri või kontsentratsiooni piirkihi paksuse vähenemise ja temperatuuri- või kontsentratsioonigradientide suurenemise, mis määravad soojuse või massiülekande kiiruse. See aitab kaasa põlemise, kuivatamise, segamise, destilleerimise, difusiooni, ekstraheerimise, immutamise, sorptsiooni, kristalliseerumise, lahustumise, vedelike ja sulamite degaseerimise kiirendamisele. Suure energiaga voolus toimub akustilise laine mõju voolu enda energia tõttu, muutes selle turbulentsi. Sel juhul võib akustiline energia moodustada vaid murdosa protsendist vooluenergiast.

Kui suure intensiivsusega helilaine läbib vedelikku, tekib nn akustiline kavitatsioon . Intensiivse helilaine korral tekivad harvendamise poolperioodide ajal kavitatsioonimullid, mis järsult kokku varisevad, kui minnakse üle kõrgendatud rõhuga piirkonda. Kavitatsioonipiirkonnas tekivad võimsad hüdrodünaamilised häired mikrolööklainete ja mikrovoogude kujul. Lisaks kaasneb mullide kokkuvarisemisega aine tugev lokaalne kuumenemine ja gaasi eraldumine. Selline löök viib isegi selliste vastupidavate ainete nagu teras ja kvarts hävimiseni. Seda efekti kasutatakse tahkete ainete hajutamiseks, mittesegunevate vedelike peendisperssete emulsioonide saamiseks, keemiliste reaktsioonide ergutamiseks ja kiirendamiseks, mikroorganismide hävitamiseks ning ensüümide eraldamiseks looma- ja taimerakkudest. Kavitatsioon määrab ka sellised mõjud nagu vedeliku nõrk kuma ultraheli toimel - heli luminestsents ja vedeliku ebanormaalselt sügav tungimine kapillaaridesse, heli kapillaarefekt .

Kaltsiumkarbonaadi kristallide (katlakivi) kavitatsioonidispersioon on akustiliste katlakivivastaste seadmete aluseks. Ultraheli mõjul osakesed vees lõhenevad, nende keskmine suurus väheneb 10 mikronilt 1 mikronile, suureneb nende arv ja osakeste üldpind. See viib katlakivi moodustumise protsessi ülekandumiseni soojusvahetuspinnalt otse vedelikku. Ultraheli mõjutab ka moodustunud katlakivikihti, moodustades sellesse mikropraod, mis aitavad kaasa katlakivitükkide kildumisele soojusvahetuspinnalt.

Ultrahelipuhastusseadmetes eemaldab kavitatsioon ja selle tekitatud mikrovood nii pinnaga jäigalt seotud saasteained nagu katlakivi, katlakivi, jämedused kui ka pehmed saasteained, nagu rasvased kiled, mustus jne. Sama efekti kasutatakse elektrolüütiliste protsesside intensiivistamiseks.

Ultraheli toimel tekib selline kurioosne efekt nagu akustiline koagulatsioon, s.t. hõljuvate osakeste lähenemine ja suurenemine vedelikus ja gaasis. Selle nähtuse füüsiline mehhanism pole veel täielikult selge. Akustilist koagulatsiooni kasutatakse tööstusliku tolmu, suitsu ja udu sadestamiseks madalatel sagedustel ultraheli jaoks kuni 20 kHz. Võimalik, et kirikukellade helistamise kasulik mõju põhineb sellel mõjul.

Tahkete ainete töötlemine ultraheli abil põhineb järgmistel efektidel:

pindadevahelise hõõrdumise vähendamine ühe neist ultraheli vibratsioonide ajal
voolavuspiiri vähenemine või plastiline deformatsioon ultraheli mõjul
metallide karastamine ja jääkpingete vähendamine ultrahelisagedusega tööriista mõjul
Ultraheli keevitamisel kasutatakse staatilise kokkusurumise ja ultraheli vibratsiooni koosmõju

Ultraheli abil töötlemist on nelja tüüpi:

kõvadest ja rabedatest materjalidest osade mõõtmete töötlemine
raskesti lõigatavate materjalide lõikamine ultraheliga lõikeriistale
krobeline eemaldamine ultrahelivannis
viskoossete materjalide lihvimine lihvketta ultrahelipuhastusega

Ultraheli mõju bioloogilistele objektidele põhjustab kehakudedes mitmesuguseid toimeid ja reaktsioone, mida kasutatakse laialdaselt ultraheliteraapias ja kirurgias. Ultraheli on katalüsaator, mis kiirendab tasakaalu saavutamist, keha füsioloogia, seisundi seisukohalt, s.t. tervislik seisund. Ultraheli mõju haigetele kudedele on palju suurem kui tervetele. Kasutatakse ka ravimite ultraheli pihustamist sissehingamise ajal. Ultrahelikirurgia põhineb järgmistel mõjudel: kudede hävitamine fokuseeritud ultraheli enda poolt ja ultrahelivibratsiooni rakendamine lõikavale kirurgilisele instrumendile.

Ultraheliseadmeid kasutatakse elektrooniliste signaalide teisendamiseks ja analoogimiseks ning valgussignaalide juhtimiseks optikas ja optoelektroonikas. Viivitusliinides kasutatakse madala kiirusega ultraheli. Optiliste signaalide juhtimine põhineb valguse difraktsioonil ultraheli abil. Üks sellise difraktsiooni tüüpe, nn Braggi difraktsioon, sõltub ultraheli lainepikkusest, mis võimaldab eraldada kitsa sagedusvahemiku laiast valguskiirguse spektrist, s.o. filtri valgus.

Ultraheli on äärmiselt huvitav asi ja võib arvata, et paljud selle praktilise rakendamise võimalused on inimkonnale siiani teadmata. Me armastame ja tunneme ultraheli ning arutame hea meelega kõiki selle rakendamisega seotud ideid.

Kus ultraheli kasutatakse - kokkuvõtlik tabel

Meie ettevõte Koltso-Energo OÜ tegeleb Acoustic-T akustiliste katlakivitõrjeseadmete tootmise ja paigaldamisega. Meie ettevõtte toodetud seadmed eristuvad erakordselt kõrge ultrahelisignaali tasemega, mis võimaldab töötada ilma veetöötluseta kateldel ja arteesiaveega aurukateldel. Kuid katlakivi ennetamine on vaid väga väike osa sellest, mida ultraheli saab teha. Sellel hämmastaval looduslikul tööriistal on tohutud võimalused ja me tahame teile neist rääkida. Meie ettevõtte töötajad on aastaid töötanud Venemaa juhtivates akustikaga tegelevates ettevõtetes. Me teame ultrahelist palju. Ja kui äkki tekib vajadus teie tehnoloogias ultraheli rakendada,

Riis. 2. Ultraheli levimisel tekkiv akustiline voog sagedusega 5 MHz benseenis.

Oluliste mittelineaarsete nähtuste hulgas, mis tekivad intensiivse ultraheli levimisel akustilises väljas, on mullide kasv ultraheliväljas olemasolevatest submikroskoopilistest gaasi- või aurutuumadest kuni mm fraktsioonide suuruseni, mis hakkavad pulseerima sagedusega ultraheli ja kollaps positiivses faasis. Gaasimullide kokkuvarisemisel tekivad suured lokaalsed rõhud suurusjärgus tuhandeid atmosfääre ja tekivad sfäärilised lööklained. Pulseerivate mullide läheduses tekivad akustilised mikrovoolud. Kavitatsioonivälja nähtused toovad kaasa mitmeid nii kasulikke (saastunud osade saamine, puhastamine jne) kui ka kahjulikke (ultraheli emitterite erosioon) nähtusi. Sagedused Ultraheli, mille puhul ultraheli kasutatakse tehnoloogilistel eesmärkidel, asuvad ULF-i piirkonnas. Kavitatsioonilävele vastav intensiivsus sõltub vedeliku tüübist, helisagedusest, temperatuurist ja muudest teguritest. Vees sagedusel 20 kHz on see umbes 0,3 W / cm 2. Ultraheliväljas, mille intensiivsus on mitu W/cm2, võib UHF-i sagedustel tekkida vedeliku väljavool ( riis. 3) ja pihustades seda väga peene uduga.

Riis. 3. Vedeliku purskkaev, mis tekib ultrahelikiire langemisel vedeliku seest selle pinnale (ultraheli sagedus 1,5 MHz, intensiivsus 15 W/cm2).

Põlvkondultraheli. Ultraheli genereerimiseks kasutatakse mitmesuguseid seadmeid, mida saab jagada 2 põhirühma - mehaaniline, milles Ultraheli on mehaaniline gaasivool või elektromehaaniline, milles ultrahelienergia saadakse elektriliselt. Mehaanilised emitterid Ultraheli - õhk ja vedelik ja - iseloomustavad suhteliselt lihtsat seadet ja ei vaja kallist kõrgsageduslikku elektrienergiat, nende kasutegur on 10-20%. Kõigi mehaaniliste ultrahelimuundurite peamiseks puuduseks on suhteliselt lai väljastatavate sageduste vahemik ja sageduse ebastabiilsus, mis ei võimalda neid kasutada juhtimise ja mõõtmise eesmärgil; neid kasutatakse peamiselt tööstuslikus ultrahelis ja osaliselt vahenditena.

Riis. 4. Pikisuunaliste lainete L kiirgus (vastuvõtt) tahkeks kehaks võnkuva plaadi poolt: 1 - kvartsplaadi lõige X paksusega l / 2, kus l on lainepikkus kvartsis; 2 - metallelektroodid; 3 - vedelik (trafoõli) akustilise kontakti jaoks; 4 - elektriliste võnkumiste generaator; 5 - kindel keha.

Ultraheli vastuvõtt ja tuvastamine. Piesoelektrilise efekti pöörduvuse tõttu kasutatakse seda laialdaselt ka ultraheli vastuvõtmiseks Ultrahelivälju saab uurida ka optiliste meetoditega: Ultraheli, mis levib mis tahes keskkonnas, põhjustab oma optilise murdumisnäitaja muutuse, mille tõttu võib visualiseeritakse, kui keskkond on valgusele läbipaistev. Optika külgnev valdkond (akustooptika) on alates pidevlaine gaasilaserite tulekust kõvasti arenenud; Ultraheli valguse ja selle erinevate rakenduste kohta on tehtud uuringuid.

Ultraheli rakendused. Ultraheli rakendused on väga mitmekesised. Ultraheli on võimas meetod mitmesuguste nähtuste uurimiseks paljudes füüsikavaldkondades. Näiteks ultrahelimeetodeid kasutatakse tahkisfüüsikas ja füüsikas; on tekkinud täiesti uus füüsika valdkond - akustoelektroonika, mille saavutuste põhjal töötatakse välja erinevaid seadmeid signaaliteabe töötlemiseks. Ultrahelil on õppimisel suur roll. Koos gaaside ja gaaside molekulaarakustika meetoditega kasutatakse tahkete ainete uurimisel aine moodulite ja dissipatiivsete omaduste määramiseks c ja absorptsiooni a. On välja töötatud kvantteooria, mis uurib elastsete häirete kvantide vastasmõju - jm ja elementaarhäiretega tahkistes. Ultraheli kasutatakse tehnoloogias laialdaselt ning ultrahelimeetodid tungivad üha enam ja.

Ultraheli kasutamine tehnoloogias Vastavalt c ja a paljudele tehnilistele probleemidele teostatakse seda ühe või teise protsessi kulgemiseks (gaaside segu juhtimine, erinevate koostis jne). Ultraheli abil erinevate kandjate piiril on ultraheliseadmed ette nähtud toodete mõõtmete mõõtmiseks (näiteks ultraheli paksusmõõturid), et määrata vedeliku taset suurtes mahutites, mis on otseseks mõõtmiseks kättesaamatud. Suhteliselt madala intensiivsusega ultraheli (kuni ~0,1 W/cm2) kasutatakse laialdaselt tahketest materjalidest valmistatud toodete (siinid, suured valandid, kvaliteetsed valtstooted jne) mittepurustavatel katsetel (vt.). Kiiresti areneb suund, mida nimetatakse akustiliseks emissiooniks, mis seisneb selles, et kui proovile (konstruktsioonile) kanda mehaaniline tahke keha, siis see “praguneb” (sarnaselt sellele, kuidas tinapulk painutamisel “praksub”). See on seletatav asjaoluga, et proovis toimub liikumine, mis teatud tingimustel (veel täielikult välja selgitamata) muutuvad (nagu ka nihestuste ja submikroskoopiliste pragude kogumiks) sagedusi sisaldava spektriga akustilisteks impulssideks Ultraheli Abiga akustilise emissiooniga on võimalik avastada ja tekkida pragu, samuti määrata selle asukoht erinevate konstruktsioonide kriitilistes osades. Ultraheli abil viiakse see läbi: muutes ultraheli elektriliseks ja viimase valguseks, selgub, et Ultraheli abil on võimalik näha teatud objekte valguse suhtes läbipaistmatus keskkonnas. Ultraheli sagedustel loodi ultrahelimikroskoop - tavapärasele mikroskoobile sarnane seade, mille eeliseks optilise ees on see, et bioloogilised uuringud ei nõua objekti eelnevat värvimist ( riis. 5). Areng on toonud kaasa mõningaid edusamme ultraheli valdkonnas.

Riis. 5 B. Ultrahelimikroskoobiga saadud punased verelibled.

Ultraheli…………………………………………………………………….4

ULTRAHELI FÜÜSIKALISED OMADUSED

Peegeldus ja hajumine

ANDURID JA ULTRAHELILAINED

AEGLASED SKANNIMISSEADMED

KIIRE SKANNIMISSEADMED

DOPLEROGRAAFIA SEADMED

ARTIFAKTID

ULTRAHELISEADMETE TÖÖ KVALITEEDI KONTROLL

ULTRAHELI BIOLOOGILINE MÕJU JA OHUTUS

UUED SUUNAD ULTRAHELI DIAGNOOSIS

KIRJANDUS

TESTIKÜSIMUSED

Mis on ultraheli

Ultraheli ajalugu

Ultraheli rakendamine

Ultraheli allikad

Vile Galton

Vedel ultraheli vile

Sireen

Ultraheli looduses

Ultraheli rakendamine

Ultraheli diagnostiline kasutamine meditsiinis (ultraheli)

Ultraheli terapeutilised rakendused meditsiinis

Metalli lõikamine ultraheliga

Segude valmistamine ultraheli abil

Ultraheli kasutamine bioloogias

Ultraheli kasutamine puhastamiseks

Ultraheli kasutamine vooluhulga mõõtmisel

Ultraheli kasutamine vigade tuvastamisel

ultraheli keevitamine

Ultraheli kasutamine galvaniseerimisel

Difraktsioon, interferents

Ultrahelilainete neeldumine

Ultrahelilainete läbitungimissügavus

Ultrahelilainete hajumine

Ultrahelilainete murdumine

Ultrahelilainete peegeldus

Reisivad ja seisvad ultrahelilained

Ultraheli allikad

Vile Galton

Vedel ultraheli vile

Sireen

Ultraheli looduses

Ultraheli rakendamine

Ultraheli diagnostiline kasutamine meditsiinis (ultraheli)

Ultraheli terapeutilised rakendused meditsiinis

Metalli lõikamine ultraheliga

Segude valmistamine ultraheli abil

Ultraheli kasutamine bioloogias

Ultraheli kasutamine puhastamiseks

Ultraheli kasutamine vooluhulga mõõtmisel

Ultraheli kasutamine vigade tuvastamisel

ultraheli keevitamine

Mis on ultraheli?

Ultraheli roll teaduses ja praktikas

Lisateavet ultraheli kohta

Ultraheli allikad

Ultraheli vastuvõtjad

Kus ultraheli kasutatakse?

Ultraheli puhastamine

Haprate ja ülikõvade materjalide töötlemine

Ultraheli raadioelektroonikas

Ultraheli meditsiinis

Ultraheli kirurgias

Siseorganite uurimine

Ultraheli kasutamine hambaravis

Ultraheli ajalugu. Kes avastas ultraheli.

Ultraheli vastuvõtmine.

Ultraheli kasutamine.

Ultraheli mõju ainele.

Kus ultraheli kasutatakse - kokkuvõtlik tabel

Loe ka