سونوگرافی……………………………………………………………….4

اولتراسوند به صورت امواج الاستیک……………………………………………………………………………………

ویژگی های خاص سونوگرافی………………………………..5

منابع و گیرنده های سونوگرافی………………………………………..7

قطره چکان های مکانیکی…………………………………………………………………………………

مبدل های الکتروآکوستیک…………………………….9

گیرنده های اولتراسوند…………………………………………..11

استفاده از سونوگرافی…………………………………………………………………………………………………………

تمیز کردن اولتراسونیک……………………………………………………………………………………………………………………………………

ماشینکاری فوق سخت و شکننده

مواد…………………………………………………………13

جوشکاری اولتراسونیک…………………………………………….14

لحیم کاری و قلع کاری اولتراسونیک…………………………………………………………………………

تسریع فرآیندهای تولید……………………………………….. ۱۵

تشخیص عیب اولتراسونیک……………………………………………………………………

سونوگرافی در الکترونیک رادیویی………………………………………………………………………………

سونوگرافی در پزشکی…………………………………………………..18

ادبیات………………………………………………………………………….19

هدایت

قرن بیست و یکم قرن اتم، تسخیر فضا، الکترونیک رادیویی و اولتراسوند است. علم سونوگرافی نسبتاً جوان است. اولین کار آزمایشگاهی در مورد مطالعه اولتراسوند توسط فیزیکدان بزرگ روسی P. N. Lebedev در پایان قرن 19 انجام شد و سپس بسیاری از دانشمندان برجسته به سونوگرافی مشغول شدند.

اولتراسوند یک حرکت نوسانی موج مانند از ذرات متوسط ​​است. سونوگرافی در مقایسه با صداهای محدوده قابل شنیدن دارای ویژگی هایی است. در محدوده اولتراسونیک، بدست آوردن تابش جهت دار نسبتا آسان است. به خوبی فوکوس می کند، در نتیجه شدت ارتعاشات اولتراسونیک افزایش می یابد. فراصوت هنگام انتشار در گازها، مایعات و جامدات پدیده های جالبی را ایجاد می کند که بسیاری از آنها در زمینه های مختلف علم و فناوری کاربرد عملی یافته اند.

در سال‌های اخیر، سونوگرافی نقش مهمی را در تحقیقات علمی بازی می‌کند. مطالعات نظری و تجربی در زمینه کاویتاسیون اولتراسونیک و جریان‌های صوتی با موفقیت انجام شده است که امکان توسعه فرآیندهای فن‌آوری جدیدی را که تحت عمل اولتراسوند در فاز مایع رخ می‌دهند، می‌سازد. در حال حاضر، جهت جدیدی در شیمی در حال شکل گیری است - شیمی اولتراسونیک، که امکان تسریع بسیاری از فرآیندهای شیمیایی و تکنولوژیکی را فراهم می کند. تحقیقات علمی به ظهور بخش جدیدی از آکوستیک کمک کرد - آکوستیک مولکولی، که تعامل مولکولی امواج صوتی با ماده را مطالعه می کند. حوزه های جدیدی از کاربرد اولتراسوند پدید آمده است: درون سنجی، هولوگرافی، آکوستیک کوانتومی، اندازه گیری فاز اولتراسونیک، آکوستوالکترونیک.

در کنار تحقیقات تئوری و تجربی در زمینه سونوگرافی کارهای عملی زیادی انجام شده است. ماشین آلات اولتراسونیک جهانی و ویژه، تاسیساتی که تحت فشار استاتیکی افزایش یافته کار می کنند، تاسیسات مکانیزه اولتراسونیک برای تمیز کردن قطعات، ژنراتورهای با فرکانس افزایش یافته و سیستم خنک کننده جدید و مبدل هایی با میدان توزیع یکنواخت توسعه یافته اند. تاسیسات اولتراسونیک اتوماتیک ایجاد و وارد تولید شده است که در خطوط تولید گنجانده شده است که باعث افزایش قابل توجه بهره وری نیروی کار می شود.

سونوگرافی.

اولتراسوند (ایالات متحده) - ارتعاشات و امواج الاستیک، فرکانس آنها بیش از 15 - 20 کیلوهرتز است. حد پایین ناحیه فرکانس اولتراسونیک، که آن را از ناحیه صدای قابل شنیدن جدا می کند، توسط ویژگی های ذهنی شنوایی انسان تعیین می شود و مشروط است، زیرا حد بالای ادراک شنوایی برای هر فرد متفاوت است. حد بالایی فرکانس های اولتراسونیک به دلیل ماهیت فیزیکی امواج الاستیک است که فقط در یک محیط مادی می توانند منتشر شوند. به شرطی که طول موج بسیار بیشتر از میانگین مسیر آزاد مولکول ها در گاز یا فواصل بین اتمی در مایعات و جامدات باشد. در گازها در فشار معمولی، حد بالای فرکانس اولتراسونیک » 109 هرتز است؛ در مایعات و جامدات، فرکانس قطع به 1012 - 1013 هرتز می رسد. بسته به طول موج و فرکانس، سونوگرافی دارای ویژگی های خاص مختلفی از تابش، دریافت، انتشار و کاربرد است، بنابراین محدوده فرکانس های اولتراسوند به سه ناحیه تقسیم می شود:

· فرکانس های اولتراسونیک پایین (1.5×10 4 - 10 5 هرتز).

متوسط ​​(10 5 - 10 7 هرتز)؛

بالا (10 7 - 10 9 هرتز).

امواج الاستیک با فرکانس 10 9 - 10 13 هرتز معمولاً فراصوت نامیده می شوند.

سونوگرافی به عنوان امواج الاستیک.

امواج مافوق صوت (صدای نامفهوم) از نظر ماهیت با امواج الاستیک در محدوده قابل شنیدن تفاوتی ندارند. فقط در گازها و مایعات منتشر می شود طولیامواج و در جامدات - طولی و برشیس

انتشار اولتراسوند از قوانین اساسی مشترک برای امواج صوتی با هر محدوده فرکانسی پیروی می کند. قوانین اساسی توزیع هستند قوانین بازتاب صدا و شکست صدا در مرزهای رسانه های مختلف، پراش صدا و پراکندگی صدادر صورت وجود موانع و ناهمگونی در محیط و بی نظمی در مرزها، قوانین انتشار موجبردر مناطق محدودی از محیط زیست نسبت بین طول موج صوت l و بعد هندسی D، یعنی اندازه منبع صوت یا مانع در مسیر موج و اندازه ناهمگونی های محیط نقش اساسی دارد. هنگامی که انتشار صدا D>>l در نزدیکی موانع عمدتاً طبق قوانین آکوستیک هندسی اتفاق می افتد (شما می توانید از قوانین بازتاب و شکست استفاده کنید). درجه انحراف از الگوی هندسی انتشار و نیاز به در نظر گرفتن پدیده های پراش توسط پارامتر تعیین می شود.

، جایی که r فاصله نقطه مشاهده تا جسم ایجاد کننده پراش است.

سرعت انتشار امواج مافوق صوت در یک محیط نامحدود با ویژگی های کشسانی و چگالی محیط تعیین می شود. در محیط های محدود، سرعت انتشار موج تحت تأثیر حضور و ماهیت مرزها قرار می گیرد که منجر به وابستگی فرکانسی سرعت (پراکندگی سرعت صوت) می شود. کاهش دامنه و شدت موج اولتراسونیک هنگام انتشار در یک جهت معین، یعنی تضعیف صدا، مانند امواج با هر فرکانس، ناشی از واگرایی جبهه موج با فاصله از منبع است. پراکندگی و جذب صدا در همه فرکانس‌ها، هم در محدوده‌های شنیدنی و هم غیرقابل شنیدن، جذب به اصطلاح «کلاسیک» رخ می‌دهد که ناشی از ویسکوزیته برشی (اصطکاک داخلی) محیط است. علاوه بر این، یک جذب اضافی (آرامش) وجود دارد که اغلب به طور قابل توجهی از جذب "کلاسیک" فراتر می رود.

با شدت قابل توجهی از امواج صوتی، اثرات غیر خطی ظاهر می شود:

اصل برهم نهی نقض می شود و تعامل امواج رخ می دهد که منجر به ظهور زنگ ها می شود.

· شکل موج تغییر می کند، طیف آن با هارمونیک های بالاتر غنی می شود و بر این اساس، جذب افزایش می یابد.

· هنگامی که مقدار آستانه مشخصی از شدت اولتراسونیک به دست می آید، حفره در مایع رخ می دهد (به زیر مراجعه کنید).

ملاک کاربردی بودن قوانین آکوستیک خطی و امکان نادیده گرفتن اثرات غیرخطی این است:<< 1, где М = v/c, v – колебательная скорость частиц в волне, с – скорость распространения волны.

پارامتر M "عدد ماخ" نامیده می شود.

ویژگی های خاص سونوگرافی

اگرچه ماهیت فیزیکی اولتراسوند و قوانین اساسی که انتشار آن را تعیین می کند مانند امواج صوتی با هر محدوده فرکانسی است، اما دارای تعدادی ویژگی خاص است. این ویژگی ها به دلیل فرکانس های نسبتاً بالای ایالات متحده است.

کوچکی طول موج تعیین می کند شخصیت اشعهانتشار امواج اولتراسونیک در نزدیکی امیتر، امواج به صورت پرتوهایی منتشر می شوند که اندازه عرضی آنها نزدیک به اندازه تابش کننده باقی می ماند. هنگامی که چنین پرتویی (پرتو US) به موانع بزرگ برخورد می کند، دچار انعکاس و شکست می شود. هنگامی که پرتو به موانع کوچک برخورد می کند، یک موج پراکنده ایجاد می شود که تشخیص ناهمگونی های کوچک در محیط (در حد دهم و صدم میلی متر) را ممکن می سازد. انعکاس و پراکندگی اولتراسوند بر روی ناهمگنی های محیط، امکان تشکیل در محیط های مات نوری را فراهم می کند. تصاویر صوتیاشیاء با استفاده از سیستم های فوکوس صدا، مشابه نحوه انجام آن با پرتوهای نور.

فوکوس کردن اولتراسوند نه تنها به شما امکان می دهد تصاویر صوتی (تصویربرداری صدا و سیستم های هولوگرافی آکوستیک) را نیز به دست آورید. تمرکزانرژی صوتی با کمک سیستم های فوکوس اولتراسونیک، می توان از پیش تعیین شده شکل داد ویژگی های جهت دهیساطع کننده ها و مدیریت آنها.

تغییر دوره ای در ضریب شکست امواج نور، همراه با تغییر چگالی در امواج اولتراسونیک، باعث می شود پراش نور توسط اولتراسونددر فرکانس های ایالات متحده در محدوده مگاهرتز-گیگاهرتز مشاهده شده است. در این حالت می توان موج اولتراسونیک را به عنوان توری پراش در نظر گرفت.

مهمترین اثر غیرخطی در میدان اولتراسونیک است کاویتاسیون- ظاهر شدن توده ای از حباب های تپنده در مایع پر از بخار، گاز یا مخلوط آنها. حرکت پیچیده حباب ها، فروپاشی آنها، ادغام با یکدیگر و غیره. پالس های فشرده سازی (امواج میکرو شوک) و جریان های میکرو در مایع ایجاد می کند که باعث گرم شدن موضعی محیط و یونیزاسیون می شود. این اثرات روی ماده تأثیر می گذارد: تخریب مواد جامد در مایع رخ می دهد ( فرسایش حفره ای) اختلاط سیال اتفاق می افتد، فرآیندهای مختلف فیزیکی و شیمیایی شروع یا تسریع می شوند. با تغییر شرایط کاویتاسیون، می توان اثرات مختلف کاویتاسیون را تقویت یا تضعیف کرد، به عنوان مثال، با افزایش فرکانس سونوگرافی، نقش ریز جریان ها افزایش یافته و فرسایش حفره ای کاهش می یابد، با افزایش فشار در مایع، نقش میکرو ایمپکت افزایش می یابد. افزایش فرکانس منجر به افزایش شدت آستانه مربوط به شروع کاویتاسیون می شود که به نوع مایع، محتوای گاز آن، دما و غیره بستگی دارد. برای آب در فشار اتمسفر، معمولاً 0.3¸1.0 W/cm است. 2 . کاویتاسیون مجموعه پیچیده ای از پدیده ها است. امواج مافوق صوت که به صورت مایع منتشر می شوند، مناطق متناوب با فشار بالا و پایین را ایجاد می کنند و مناطقی با فشار زیاد و مناطق نادر ایجاد می کنند. در یک منطقه نادر، فشار هیدرواستاتیک به حدی کاهش می یابد که نیروهای وارد بر مولکول های مایع از نیروهای انسجام بین مولکولی بیشتر می شود. در نتیجه یک تغییر شدید در تعادل هیدرواستاتیک، مایع "شکسته" می شود و حباب های کوچک متعددی از گازها و بخارات را تشکیل می دهد. در لحظه بعد، زمانی که یک دوره فشار بالا در مایع شروع می شود، حباب هایی که زودتر تشکیل شده اند فرو می ریزند. فرآیند فروپاشی حباب با تشکیل امواج ضربه ای با فشار آنی موضعی بسیار بالا همراه است که به چند صد اتمسفر می رسد.

فصلی از جلد اول کتابچه راهنمای تشخیص اولتراسوند، نوشته شده توسط کارکنان بخش تشخیص اولتراسوند آکادمی پزشکی روسیه برای تحصیلات تکمیلی (CD 2001)، ویرایش شده توسط Mitkov V.V.

(مقاله در اینترنت یافت شد)

1. خواص فیزیکی سونوگرافی
2. انعکاس و پراکندگی
3. حسگرها و امواج اولتراسونیک
4. دستگاه های اسکن آهسته
5. ابزار اسکن سریع
6. دستگاه های داپلر
7. مصنوعات
8. کنترل کیفیت تجهیزات اولتراسونیک
9. اثر بیولوژیکی اولتراسوند و ایمنی
10. روندهای جدید در تشخیص اولتراسوند
11. ادبیات
12. سوالات تستی

ویژگی های فیزیکی سونوگرافی

استفاده از سونوگرافی در تشخیص پزشکی با امکان به دست آوردن تصاویری از اندام ها و ساختارهای داخلی همراه است. اساس روش برهمکنش اولتراسوند با بافت های بدن انسان است. خود ثبت تصویر را می توان به دو بخش تقسیم کرد. اولی تابش پالس‌های کوتاه اولتراسونیک است که به بافت‌های مورد مطالعه هدایت می‌شوند و دومی تشکیل تصویری بر اساس سیگنال‌های بازتاب‌شده است. درک اصل عملکرد یک واحد تشخیص اولتراسونیک، آگاهی از اصول اولیه فیزیک اولتراسوند و تعامل آن با بافت های بدن انسان به جلوگیری از استفاده مکانیکی و بدون فکر از دستگاه و در نتیجه نزدیک شدن به فرآیند تشخیص با مهارت کمک می کند. .

صدا یک موج طولی مکانیکی است که در آن ارتعاشات ذرات در همان صفحه جهت انتشار انرژی است (شکل 1).

برنج. 1. نمایش تصویری و گرافیکی تغییرات فشار و چگالی در یک موج اولتراسونیک.

موج حامل انرژی است، اما نه ماده. بر خلاف امواج الکترومغناطیسی (نور، امواج رادیویی و غیره)، صدا برای انتشار نیاز به یک محیط دارد - نمی تواند در خلاء منتشر شود. مانند همه امواج، صدا را می توان با تعدادی پارامتر توصیف کرد. اینها فرکانس، طول موج، سرعت انتشار در محیط، دوره، دامنه و شدت هستند. فرکانس، دوره، دامنه و شدت توسط منبع صدا، سرعت انتشار توسط رسانه و طول موج توسط منبع صدا و رسانه تعیین می شود. فرکانس تعداد نوسانات کامل (چرخه) در یک دوره زمانی 1 ثانیه است (شکل 2).

برنج. 2. فرکانس امواج اولتراسونیک 2 سیکل در 1 ثانیه = 2 هرتز

واحدهای فرکانس هرتز (هرتز) و مگاهرتز (مگاهرتز) هستند. یک هرتز یک نوسان در ثانیه است. یک مگاهرتز = 1000000 هرتز. چه چیزی صدا را "اولترا" می کند؟ این فرکانس است. حد بالایی صدای قابل شنیدن - 20000 هرتز (20 کیلوهرتز (کیلوهرتز)) - حد پایینی محدوده اولتراسونیک است. مکان یاب اولتراسونیک خفاش ها در محدوده 25 ÷ 500 کیلوهرتز کار می کنند. در دستگاه های اولتراسونیک مدرن از سونوگرافی با فرکانس 2 مگاهرتز و بالاتر برای به دست آوردن تصویر استفاده می شود. دوره زمانی است که برای بدست آوردن یک چرخه کامل نوسان لازم است (شکل 3).

برنج. 3. دوره موج اولتراسونیک.

واحدهای دوره ثانیه (s) و میکروثانیه (µs) هستند. یک میکروثانیه یک میلیونیم ثانیه است. دوره (µs) = 1/فرکانس (MHz). طول موج طولی است که یک نوسان در فضا اشغال می کند (شکل 4).

برنج. 4. طول موج.

واحدهای اندازه گیری متر (متر) و میلی متر (میلیمتر) هستند. سرعت انتشار اولتراسوند سرعتی است که موج در محیط حرکت می کند. واحدهای سرعت انتشار اولتراسونیک متر بر ثانیه (m/s) و میلی متر بر میکروثانیه (mm/μs) می باشد. سرعت انتشار اولتراسوند با چگالی و خاصیت ارتجاعی محیط تعیین می شود. سرعت انتشار اولتراسوند با افزایش خاصیت ارتجاعی و کاهش چگالی محیط افزایش می یابد. جدول 2.1 سرعت انتشار اولتراسوند را در برخی از بافت های بدن انسان نشان می دهد.

سرعت متوسط ​​انتشار اولتراسوند در بافت های بدن انسان 1540 متر بر ثانیه است - اکثر دستگاه های تشخیص اولتراسونیک برای این سرعت برنامه ریزی شده اند. سرعت انتشار اولتراسوند (C)، فرکانس (f) و طول موج (λ) با معادله زیر مرتبط هستند: C = f × λ. از آنجایی که در مورد ما سرعت ثابت در نظر گرفته می شود (1540 متر بر ثانیه)، دو متغیر باقیمانده f و λ با یک رابطه معکوس نسبت به هم مرتبط هستند. هرچه فرکانس بالاتر باشد، طول موج کوتاهتر و اجسامی که می توانیم ببینیم کوچکتر است. یکی دیگر از پارامترهای مهم محیط، امپدانس صوتی (Z) است. مقاومت آکوستیک حاصل ضرب مقدار چگالی محیط و سرعت انتشار اولتراسوند است. مقاومت (Z) = چگالی (p) × سرعت انتشار (C).

برای به دست آوردن تصویر در تشخیص اولتراسوند از سونوگرافی استفاده نمی شود که به طور مداوم توسط مبدل (موج ثابت) منتشر می شود، اما اولتراسوند به صورت پالس های کوتاه (پالسی) منتشر می شود. هنگامی که تکانه های الکتریکی کوتاهی به عنصر پیزوالکتریک اعمال می شود ایجاد می شود. پارامترهای اضافی برای مشخص کردن اولتراسوند پالس استفاده می شود. نرخ تکرار پالس تعداد پالس های منتشر شده در واحد زمان (ثانیه) است. فرکانس تکرار پالس بر حسب هرتز (هرتز) و کیلوهرتز (کیلوهرتز) اندازه گیری می شود. مدت زمان پالس، بازه زمانی یک پالس است (شکل 5).

برنج. 5. مدت زمان پالس اولتراسونیک.

بر حسب ثانیه (s) و میکروثانیه (µs) اندازه گیری می شود. ضریب اشغال کسری از زمانی است که در آن انتشار (به شکل پالس) اولتراسوند رخ می دهد. طول پالس فضایی (STP) طول فضایی است که یک پالس اولتراسونیک در آن قرار می گیرد (شکل 6).

برنج. 6. گسترش فضایی نبض.

برای بافت های نرم، طول فضایی پالس (mm) برابر است با حاصلضرب 1.54 (سرعت انتشار اولتراسوند بر حسب mm/μs) و تعداد نوسانات (چرخه) در هر پالس (n) تقسیم بر فرکانس بر حسب مگاهرتز. یا PPI = 1.54 × n/f. کاهش طول فضایی پالس را می توان با کاهش تعداد نوسانات در پالس یا افزایش فرکانس به دست آورد (و این برای بهبود وضوح محوری بسیار مهم است). دامنه یک موج اولتراسونیک حداکثر انحراف متغیر فیزیکی مشاهده شده از مقدار میانگین است (شکل 7).

برنج. 7. دامنه موج اولتراسونیک

شدت اولتراسوند نسبت قدرت موج به ناحیه ای است که جریان اولتراسونیک در آن پخش می شود. بر حسب وات بر سانتی متر مربع (W/cm2) اندازه گیری می شود. با قدرت تابش برابر، هر چه مساحت شار کوچکتر باشد، شدت آن بیشتر است. شدت نیز متناسب با مجذور دامنه است. بنابراین، اگر دامنه دو برابر شود، شدت آن چهار برابر می شود. شدت هم در ناحیه جریان و هم در مورد اولتراسوند پالسی در طول زمان غیر یکنواخت است.

هنگام عبور از هر محیطی، دامنه و شدت سیگنال اولتراسونیک کاهش می یابد که به آن تضعیف می گویند. تضعیف سیگنال اولتراسونیک ناشی از جذب، بازتاب و پراکندگی است. واحد تضعیف دسی بل (dB) است. ضریب تضعیف عبارت است از تضعیف سیگنال اولتراسونیک در واحد طول مسیر این سیگنال (dB/cm). ضریب میرایی با افزایش فرکانس افزایش می یابد. میانگین ضرایب تضعیف در بافت های نرم و کاهش شدت سیگنال اکو بسته به فرکانس در جدول 2.2 ارائه شده است.

انعکاس و پراکندگی

هنگامی که اولتراسوند از بافت هایی در مرز محیط هایی با مقاومت صوتی متفاوت و سرعت اولتراسوند عبور می کند، پدیده های انعکاس، شکست، پراکندگی و جذب رخ می دهد. بسته به زاویه، از برخورد عمود و مایل (در یک زاویه) پرتو اولتراسونیک صحبت می شود. با برخورد عمود بر یک پرتو اولتراسونیک، می توان آن را به طور کامل یا تا حدی منعکس کرد، تا حدی از مرز دو رسانه عبور کرد. در این حالت، جهت سونوگرافی منتقل شده از یک محیط به رسانه دیگر تغییر نمی کند (شکل 8).

برنج. 8. برخورد عمود بر پرتو اولتراسونیک.

شدت اولتراسوند منعکس شده و سونوگرافی که از مرز رسانه عبور کرده است به شدت اولیه و تفاوت امپدانس های صوتی رسانه بستگی دارد. نسبت شدت موج منعکس شده به شدت موج فرودی را ضریب بازتاب می گویند. نسبت شدت موج اولتراسونیک که از مرز رسانه عبور کرده است به شدت موج فرودی را ضریب هدایت اولتراسوند می گویند. بنابراین، اگر بافت ها چگالی متفاوتی داشته باشند، اما امپدانس صوتی یکسانی داشته باشند، انعکاس اولتراسوند وجود نخواهد داشت. از طرف دیگر، با تفاوت زیاد در امپدانس‌های صوتی، شدت بازتاب به 100% می‌رسد. یک مثال از این رابط هوا / بافت نرم است. انعکاس تقریبا کامل سونوگرافی در مرز این رسانه ها رخ می دهد. برای بهبود هدایت اولتراسوند در بافت های بدن انسان از رسانه های اتصال (ژل) استفاده می شود. با برخورد مایل پرتو اولتراسونیک، زاویه تابش، زاویه بازتاب و زاویه شکست تعیین می شود (شکل 9).

برنج. 9. بازتاب، انکسار.

زاویه تابش برابر با زاویه بازتاب است. انکسار تغییر جهت انتشار یک پرتو اولتراسونیک زمانی است که از مرز محیط با سرعت های مختلف اولتراسوند عبور می کند. سینوس زاویه شکست برابر است با حاصل ضرب سینوس زاویه تابش مقدار حاصل از تقسیم سرعت انتشار اولتراسوند در محیط دوم بر سرعت در محیط اول. سینوس زاویه شکست و در نتیجه خود زاویه شکست، هر چه بیشتر باشد، تفاوت سرعت انتشار اولتراسوند در دو محیط بیشتر است. اگر سرعت انتشار اولتراسوند در دو محیط مساوی باشد یا زاویه تابش 0 باشد، شکست مشاهده نمی شود. در مورد بازتاب، باید در نظر داشت که در مواردی که طول موج بسیار بزرگتر از ابعاد بی نظمی ها باشد. در سطح انعکاس دهنده، انعکاس چشمی رخ می دهد (توضیح داده شده در بالا). اگر طول موج قابل مقایسه با بی نظمی سطح بازتابنده باشد یا ناهمگنی خود محیط وجود داشته باشد، پراکندگی اولتراسوند رخ می دهد.

برنج. 10. پس پراکنده.

با پراکندگی برگشتی (شکل 10)، سونوگرافی در جهتی که پرتو اصلی از آن آمده منعکس می شود. شدت سیگنال های پراکنده با افزایش ناهمگنی محیط و افزایش فرکانس (به عنوان مثال، کاهش طول موج) اولتراسوند افزایش می یابد. پراکندگی نسبتاً کمی به جهت پرتو فرودی بستگی دارد و بنابراین، امکان تجسم بهتر سطوح بازتابنده را فراهم می‌کند، به جز پارانشیم اندام. برای اینکه سیگنال منعکس شده به درستی روی صفحه قرار گیرد، لازم است نه تنها جهت سیگنال ساطع شده، بلکه فاصله تا بازتابنده را نیز بدانید. این فاصله برابر است با 1/2 حاصل ضرب سرعت اولتراسوند در محیط و زمان بین انتشار و دریافت سیگنال منعکس شده (شکل 11). حاصل ضرب سرعت و زمان به نصف تقسیم می شود، زیرا اولتراسوند یک مسیر دوگانه را طی می کند (از امیتر به بازتابنده و عقب)، و ما فقط به فاصله امیتر تا بازتابنده علاقه مندیم.

برنج. 11. اندازه گیری فاصله با سونوگرافی.

حسگرها و امواج اولتراسونیک

برای بدست آوردن اولتراسوند از مبدل های مخصوص استفاده می شود که انرژی الکتریکی را به انرژی اولتراسوند تبدیل می کند. تولید اولتراسوند بر اساس اثر پیزوالکتریک معکوس است. ماهیت اثر این است که اگر ولتاژ الکتریکی به مواد خاصی (پیزوالکتریک) اعمال شود، شکل آنها تغییر می کند (شکل 12).

برنج. 12. اثر پیزوالکتریک معکوس.

برای این منظور از مواد پیزوالکتریک مصنوعی مانند سرب زیرکونات یا سرب تیتانات بیشتر در دستگاه های اولتراسونیک استفاده می شود. در صورت عدم وجود جریان الکتریکی، عنصر پیزوالکتریک به شکل اولیه خود باز می گردد و با تغییر قطبیت، شکل دوباره تغییر می کند، اما در جهت مخالف. اگر یک جریان متناوب سریع به عنصر پیزوالکتریک اعمال شود، آنگاه عنصر شروع به انقباض و انبساط (یعنی نوسان) در فرکانس بالا می کند و میدان اولتراسونیک ایجاد می کند. فرکانس کاری مبدل (فرکانس رزونانس) با نسبت سرعت انتشار اولتراسوند در عنصر پیزوالکتریک به دو برابر ضخامت این عنصر پیزوالکتریک تعیین می شود. تشخیص سیگنال های منعکس شده بر اساس اثر پیزوالکتریک مستقیم است (شکل 13).

برنج. 13. اثر پیزوالکتریک مستقیم.

سیگنال های برگشتی باعث نوسانات عنصر پیزوالکتریک و ظاهر شدن یک جریان الکتریکی متناوب در وجوه آن می شوند. در این مورد، عنصر پیزو به عنوان یک سنسور اولتراسونیک عمل می کند. معمولاً از همین عناصر در دستگاه های اولتراسونیک برای انتشار و دریافت سونوگرافی استفاده می شود. بنابراین، اصطلاحات «مبدل»، «مبدل»، «حسگر» مترادف هستند. سنسورهای اولتراسونیک دستگاه های پیچیده ای هستند و بسته به روش اسکن تصویر، به حسگرهای دستگاه های اسکن آهسته (تک عنصر) و اسکن سریع (اسکن بلادرنگ) - مکانیکی و الکترونیکی تقسیم می شوند. سنسورهای مکانیکی می توانند تک عنصری و چند عنصری (حلقه ای) باشند. حرکت پرتو اولتراسونیک را می توان با چرخاندن عنصر، چرخاندن عنصر یا چرخاندن آینه آکوستیک به دست آورد (شکل 14).

برنج. 14. سنسورهای بخش مکانیکی.

تصویر روی صفحه در این حالت به شکل یک بخش (حسگرهای بخش) یا یک دایره (حسگرهای دایره ای) است. حسگرهای الکترونیکی چند عنصری هستند و بسته به شکل تصویر حاصل می‌توانند بخش، خطی، محدب (محدب) باشند (شکل 15).

برنج. 15. سنسورهای چند عنصری الکترونیکی.

حرکت تصویر در حسگر بخش با چرخاندن پرتو اولتراسونیک با فوکوس همزمان آن به دست می آید (شکل 16).

برنج. 16. سنسور بخش الکترونیکی با آنتن فازی.

در حسگرهای خطی و محدب، جابجایی تصویر با تحریک گروهی از عناصر با حرکت گام به گام آنها در امتداد آرایه آنتن با فوکوس همزمان به دست می آید (شکل 17).

برنج. 17. سنسور خطی الکترونیکی.

سنسورهای اولتراسونیک در جزئیات با یکدیگر متفاوت هستند، اما نمودار شماتیک آنها در شکل 18 نشان داده شده است.

برنج. 18. دستگاه حسگر اولتراسونیک.

یک مبدل تک عنصری به شکل دیسک در حالت تابش مداوم یک میدان اولتراسونیک را تشکیل می دهد که شکل آن بسته به فاصله تغییر می کند (شکل 19).

برنج. 19. دو میدان مبدل بدون تمرکز.

گاهی اوقات "جریان" اولتراسونیک اضافی را می توان مشاهده کرد که لوب های جانبی نامیده می شوند. فاصله دیسک تا طول میدان نزدیک (منطقه) منطقه نزدیک نامیده می شود. ناحیه ورای مرز نزدیک را دور می گویند. طول ناحیه نزدیک برابر است با نسبت مربع قطر مبدل به 4 طول موج. در ناحیه دور، قطر میدان اولتراسونیک افزایش می‌یابد. محل بیشترین باریک شدن پرتو اولتراسونیک ناحیه فوکوس و فاصله بین مبدل و ناحیه فوکوس فاصله کانونی نامیده می شود. روش های مختلفی برای فوکوس کردن پرتو اولتراسونیک وجود دارد. ساده ترین روش فوکوس یک لنز صوتی است (شکل 20).

برنج. 20. فوکوس با لنز آکوستیک.

با آن می توانید پرتو اولتراسونیک را در عمق خاصی متمرکز کنید که به انحنای لنز بستگی دارد. این روش فوکوس به شما اجازه نمی دهد که فاصله کانونی را به سرعت تغییر دهید، که در کار عملی ناخوشایند است. راه دیگر برای تمرکز استفاده از آینه آکوستیک است (شکل 21).

برنج. 21. فوکوس با آینه آکوستیک.

در این صورت با تغییر فاصله بین آینه و مبدل، فاصله کانونی را تغییر می دهیم. در دستگاه های مدرن با سنسورهای الکترونیکی چند عنصری، تمرکز بر اساس تمرکز الکترونیکی است (شکل 17). با یک سیستم فوکوس الکترونیکی، می‌توانیم فاصله کانونی را از روی پانل ابزار تغییر دهیم، اما برای هر تصویر فقط یک ناحیه فوکوس خواهیم داشت. از آنجایی که پالس های اولتراسونیک بسیار کوتاهی که 1000 بار در ثانیه ساطع می شوند (فرکانس تکرار پالس 1 کیلوهرتز) برای گرفتن تصویر استفاده می شود، دستگاه در 99.9٪ مواقع به عنوان گیرنده اکو کار می کند. با داشتن چنین حاشیه زمانی، می توان دستگاه را به گونه ای برنامه ریزی کرد که منطقه فوکوس نزدیک (شکل 22) در اولین گرفتن تصویر انتخاب شده و اطلاعات دریافتی از این ناحیه ذخیره شود.

برنج. 22. روش فوکوس پویا.

علاوه بر این - انتخاب منطقه تمرکز بعدی، به دست آوردن اطلاعات، صرفه جویی. و غیره. نتیجه یک تصویر ترکیبی است که در تمام عمق متمرکز شده است. البته باید توجه داشت که این روش فوکوس به زمان قابل توجهی برای بدست آوردن یک تصویر (فریم) نیاز دارد که باعث کاهش سرعت فریم و سوسو زدن تصویر می شود. چرا تلاش زیادی برای تمرکز پرتو اولتراسونیک انجام می شود؟ واقعیت این است که هرچه پرتو باریکتر باشد، وضوح جانبی (جانبی، در آزیموت) بهتر است. وضوح جانبی حداقل فاصله بین دو جسم واقع عمود بر جهت انتشار انرژی است که بر روی صفحه نمایشگر به عنوان ساختارهای جداگانه ارائه می شود (شکل 23).

برنج. 23. روش فوکوس پویا.

وضوح جانبی برابر با قطر پرتو اولتراسونیک است. وضوح محوری حداقل فاصله بین دو جسم واقع در امتداد جهت انتشار انرژی است که بر روی صفحه نمایشگر به عنوان ساختارهای جداگانه نمایش داده می شوند (شکل 24).

برنج. 24. وضوح محوری: هرچه پالس اولتراسونیک کوتاهتر باشد، بهتر است.

وضوح محوری به وسعت فضایی پالس اولتراسونیک بستگی دارد - هر چه پالس کوتاه‌تر باشد، وضوح بهتری دارد. برای کوتاه کردن پالس، از میرایی مکانیکی و الکترونیکی ارتعاشات اولتراسونیک استفاده می شود. به عنوان یک قاعده، وضوح محوری بهتر از وضوح جانبی است.

دستگاه های اسکن آهسته

در حال حاضر، دستگاه های اسکن آهسته (دستی، پیچیده) فقط مورد توجه تاریخی هستند. از نظر اخلاقی، آنها با ظهور دستگاه های اسکن سریع (دستگاه هایی که در زمان واقعی کار می کنند) مردند. با این حال، اجزای اصلی آنها نیز در دستگاه های مدرن حفظ می شوند (به طور طبیعی، با استفاده از پایه عنصر مدرن). قلب مولد اصلی پالس است (در دستگاه های مدرن - یک پردازنده قدرتمند)، که تمام سیستم های دستگاه اولتراسونیک را کنترل می کند (شکل 25).

برنج. 25. بلوک دیاگرام یک اسکنر دستی.

مولد پالس، تکانه های الکتریکی را به مبدل می فرستد، که یک پالس اولتراسونیک تولید می کند و آن را به بافت می فرستد، سیگنال های منعکس شده را دریافت می کند و آنها را به ارتعاشات الکتریکی تبدیل می کند. این نوسانات الکتریکی سپس به یک تقویت کننده فرکانس رادیویی فرستاده می شود، که معمولاً به یک کنترل کننده افزایش دامنه زمانی (TAGU) متصل می شود - یک تنظیم کننده جبران جذب بافتی در عمق. با توجه به اینکه تضعیف سیگنال اولتراسونیک در بافت ها طبق یک قانون نمایی اتفاق می افتد، روشنایی اشیاء روی صفحه با افزایش عمق به تدریج کاهش می یابد (شکل 26).

برنج. 26. جبران جذب بافتی.

با استفاده از تقویت کننده خطی، به عنوان مثال. تقویت‌کننده‌ای که به طور متناسب همه سیگنال‌ها را تقویت می‌کند، هنگام تلاش برای بهبود تجسم اجسام عمیق، سیگنال‌های نزدیک حسگر را بیش از حد تقویت می‌کند. استفاده از تقویت کننده های لگاریتمی این مشکل را حل می کند. سیگنال اولتراسونیک متناسب با زمان تأخیر بازگشت آن تقویت می شود - هر چه دیرتر برگردد، تقویت قوی تر است. بنابراین، استفاده از TVG به شما این امکان را می دهد که تصویری با همان روشنایی در عمق روی صفحه نمایش بگیرید. سیگنال الکتریکی فرکانس رادیویی که به این روش تقویت شده است، سپس به یک دمدولاتور تغذیه می شود، در آنجا یکسو و فیلتر می شود، و دوباره تقویت شده روی یک تقویت کننده ویدئویی به صفحه نمایشگر تغذیه می شود.

برای ذخیره تصویر روی صفحه نمایشگر، به حافظه ویدئویی نیاز است. می توان آن را به آنالوگ و دیجیتال تقسیم کرد. اولین مانیتورها اجازه می‌دادند اطلاعات به شکل دوپایه آنالوگ ارائه شود. دستگاهی به نام تشخیصگر تغییر آستانه تشخیص را امکان پذیر کرد - سیگنال هایی که شدت آنها زیر آستانه تشخیص بود از آن عبور نمی کردند و بخش های مربوطه صفحه نمایش تاریک باقی می ماند. سیگنال هایی که شدت آنها از آستانه تشخیص فراتر رفت به صورت نقاط سفید روی صفحه نمایش داده شد. در این مورد، روشنایی نقاط به مقدار مطلق شدت سیگنال منعکس شده بستگی ندارد - تمام نقاط سفید روشنایی یکسانی داشتند. با این روش ارائه تصویر - به آن "بیستابل" می گفتند - مرزهای اندام ها و ساختارهای بسیار بازتابنده (به عنوان مثال، سینوس کلیوی) به وضوح قابل مشاهده بود، با این حال، امکان ارزیابی ساختار اندام های پارانشیمی وجود نداشت. ظهور دستگاه هایی در دهه 70 که امکان انتقال سایه های خاکستری را بر روی صفحه نمایش مانیتور فراهم می کرد، آغاز عصر دستگاه های مقیاس خاکستری بود. این دستگاه‌ها با استفاده از دستگاه‌هایی با تصویر دوپایه امکان دستیابی به اطلاعاتی را فراهم کردند که دست نیافتنی بود. توسعه فناوری رایانه و میکروالکترونیک به زودی امکان انتقال از تصاویر آنالوگ به تصاویر دیجیتال را فراهم کرد. تصاویر دیجیتال در دستگاه های اولتراسونیک بر روی ماتریس های بزرگ (معمولاً 512 × 512 پیکسل) با مقیاس خاکستری 16-32-64-128-256 (4-5-6-7-8 بیت) تشکیل می شوند. هنگام رندر کردن به عمق 20 سانتی متر روی یک ماتریس 512 × 512 پیکسل، یک پیکسل با ابعاد خطی 0.4 میلی متر مطابقت دارد. در ابزارهای مدرن تمایل به افزایش اندازه نمایشگرها بدون از دست دادن کیفیت تصویر وجود دارد و در ابزارهای میان رده، صفحه نمایش های 12 اینچی (مورب 30 سانتی متر) رایج می شوند.

لوله اشعه کاتدی یک دستگاه اولتراسونیک (نمایشگر، مانیتور) از یک پرتو الکترونی با تمرکز شدید برای تولید یک نقطه روشن روی صفحه‌ای که با فسفر خاصی پوشیده شده است، استفاده می‌کند. با کمک صفحات انحرافی می توان این نقطه را در اطراف صفحه حرکت داد.

در یک نوع رفت و برگشت (دامنه) در یک محور فاصله از سنسور رسم شده است، از سوی دیگر - شدت سیگنال منعکس شده (شکل 27).

برنج. 27. جاروی سیگنال نوع A.

در سازهای مدرن، جاروی نوع A عملاً استفاده نمی شود.

نوع B اسکن (روشنایی - روشنایی) به شما امکان می دهد اطلاعاتی را در امتداد خط اسکن در مورد شدت سیگنال های منعکس شده به شکل تفاوت در روشنایی نقاط فردی تشکیل دهنده این خط بدست آورید.

مثال صفحه: جاروی چپ ب، در سمت راست - مو کاردیوگرام

نوع M (گاهی اوقات TM) جارو کردن (حرکت - حرکت) به شما امکان می دهد حرکت (حرکت) سازه های منعکس کننده را در زمان ثبت کنید. در این مورد، جابجایی های عمودی سازه های بازتابی به شکل نقاط با روشنایی مختلف و به صورت افقی - جابجایی موقعیت این نقاط در زمان ثبت می شود (شکل 28).

برنج. 28. جاروی نوع M.

برای به دست آوردن یک تصویر توموگرافی دو بعدی، به یک روش یا روش دیگر لازم است که خط اسکن را در امتداد صفحه اسکن حرکت دهید. در دستگاه های اسکن آهسته، این امر با حرکت دستی سنسور در امتداد سطح بدن بیمار به دست می آمد.

دستگاه های اسکن سریع

اسکنرهای سریع یا همانطور که معمولاً به آنها اسکنرهای بلادرنگ می گویند، اکنون به طور کامل جایگزین اسکنرهای آهسته یا دستی شده اند. این به دلیل تعدادی از مزایایی است که این دستگاه ها دارند: توانایی ارزیابی حرکت اندام ها و ساختارها در زمان واقعی (یعنی تقریباً در یک لحظه در زمان). کاهش شدید زمان صرف شده برای تحقیق؛ توانایی انجام تحقیقات از طریق پنجره های کوچک صوتی.

اگر دستگاه‌های اسکن کند را بتوان با دوربین مقایسه کرد (به‌دست آوردن تصاویر ثابت)، دستگاه‌های بلادرنگ را می‌توان با سینما مقایسه کرد، جایی که تصاویر ثابت (قاب‌ها) با فرکانس زیاد جایگزین یکدیگر می‌شوند و حس حرکت را ایجاد می‌کنند.

در دستگاه های اسکن سریع همانطور که در بالا ذکر شد از سنسورهای بخش مکانیکی و الکترونیکی، سنسورهای خطی الکترونیکی، حسگرهای محدب الکترونیکی (محدب) و سنسورهای شعاعی مکانیکی استفاده می شود.

مدتی پیش، سنسورهای ذوزنقه ای روی تعدادی دستگاه ظاهر شدند که میدان دید آن ها شکل ذوزنقه ای داشت، با این حال، مزیتی نسبت به سنسورهای محدب نداشتند، اما خود دارای معایبی بودند.

در حال حاضر بهترین حسگر برای بررسی اندام های حفره شکمی، فضای خلفی صفاقی و لگن کوچک، حسگر محدب است. دارای سطح تماس نسبتا کوچک و میدان دید بسیار بزرگ در مناطق میانی و دور است که مطالعه را ساده و سرعت می بخشد.

هنگام اسکن با پرتو اولتراسونیک، نتیجه هر عبور کامل پرتو را فریم می گویند. قاب از تعداد زیادی خطوط عمودی تشکیل شده است (شکل 29).

برنج. 29. تشکیل تصویر توسط خطوط جداگانه.

هر خط حداقل یک پالس اولتراسونیک است. نرخ تکرار پالس برای به دست آوردن یک تصویر در مقیاس خاکستری در ابزار مدرن 1 کیلوهرتز (1000 پالس در ثانیه) است.

بین نرخ تکرار پالس (PRF)، تعداد خطوط تشکیل دهنده یک فریم و تعداد فریم در واحد زمان رابطه وجود دارد: PRF = تعداد خطوط × نرخ فریم.

در صفحه نمایشگر، کیفیت تصویر حاصل، به ویژه با چگالی خط تعیین می شود. برای یک سنسور خطی، چگالی خط (خطوط / سانتی متر) نسبت تعداد خطوط تشکیل دهنده یک قاب به عرض بخشی از مانیتور است که تصویر روی آن شکل گرفته است.

برای یک سنسور از نوع سکتور، چگالی خط (خطوط/درجه) نسبت تعداد خطوط تشکیل دهنده یک قاب به زاویه سکتور است.

هرچه نرخ فریم تنظیم شده در دستگاه بیشتر باشد، تعداد خطوط تشکیل‌دهنده یک قاب کمتر می‌شود (در یک نرخ تکرار پالس معین)، تراکم خطوط روی صفحه نمایش مانیتور کمتر می‌شود و کیفیت تصویر به‌دست‌آمده کمتر می‌شود. اما در فریم ریت بالا، وضوح زمانی خوبی داریم که در مطالعات اکوکاردیوگرافی بسیار مهم است.

دستگاه های داپلروگرافی

روش تحقیق اولتراسونیک به شما امکان می دهد نه تنها اطلاعاتی در مورد وضعیت ساختاری اندام ها و بافت ها به دست آورید، بلکه جریان های موجود در عروق را نیز مشخص کنید. این توانایی مبتنی بر اثر داپلر است - تغییر در فرکانس صدای دریافتی هنگام حرکت نسبت به رسانه منبع یا گیرنده صدا یا بدنی که صدا را پخش می کند. با توجه به این واقعیت مشاهده می شود که سرعت انتشار اولتراسوند در هر محیط همگن ثابت است. بنابراین، اگر منبع صوت با سرعت ثابتی حرکت کند، امواج صوتی ساطع شده در جهت حرکت فشرده به نظر می رسد و فرکانس صدا را افزایش می دهد. امواج در جهت مخالف تابش می کنند، گویی کشیده شده اند و باعث کاهش فرکانس صوت می شوند (شکل 30).

برنج. 30. اثر داپلر.

با مقایسه فرکانس اولتراسوند اصلی با فرکانس اصلاح شده، می توان شیفت Doller را تعیین کرد و سرعت را محاسبه کرد. فرقی نمی کند که صدا از یک جسم متحرک ساطع شود یا اینکه جسم امواج صوتی را منعکس کند. در حالت دوم، منبع اولتراسونیک می تواند ثابت باشد (حسگر اولتراسونیک)، و گلبول های قرمز متحرک می توانند به عنوان بازتاب دهنده امواج مافوق صوت عمل کنند. شیفت داپلر می تواند مثبت باشد (اگر بازتابنده به سمت منبع صدا حرکت کند) یا منفی (اگر بازتابنده از منبع صدا دور می شود). در صورتی که جهت تابش پرتو اولتراسونیک با جهت حرکت بازتابنده موازی نباشد، باید تغییر داپلر را توسط کسینوس زاویه q بین پرتو فرودی و جهت حرکت تصحیح کرد. بازتابنده (شکل 31).

برنج. 31. زاویه بین پرتو فرودی و جهت جریان خون.

برای به دست آوردن اطلاعات داپلر، از دو نوع دستگاه استفاده می شود - موج ثابت و پالس. در دستگاه داپلر موج پیوسته، مبدل از دو مبدل تشکیل شده است: یکی از آنها به طور مداوم اولتراسوند منتشر می کند، دیگری دائما سیگنال های بازتابی را دریافت می کند. گیرنده شیفت داپلر را تعیین می کند که معمولاً 1/1000- فرکانس منبع اولتراسوند (محدوده شنیداری) است و سیگنال را برای ارزیابی کیفی و کمی شکل موج به بلندگوها و به موازات آن به مانیتور ارسال می کند. دستگاه های موج ثابت جریان خون را تقریباً در تمام مسیر پرتو اولتراسوند تشخیص می دهند یا به عبارت دیگر حجم کنترل زیادی دارند. این می تواند باعث شود که وقتی چندین کشتی وارد حجم کنترل می شوند، اطلاعات ناکافی به دست آید. با این حال، حجم کنترل بزرگ در محاسبه افت فشار در تنگی دریچه مفید است.

برای ارزیابی جریان خون در هر ناحیه خاص، لازم است حجم کنترلی در ناحیه مورد مطالعه (مثلاً داخل یک رگ خاص) تحت کنترل بصری بر روی صفحه نمایش مانیتور قرار گیرد. این را می توان با استفاده از دستگاه پالس به دست آورد. یک حد بالایی برای جابجایی داپلر وجود دارد که می تواند توسط ابزارهای پالس تشخیص داده شود (که گاهی اوقات حد نایکوئیست نامیده می شود). تقریباً 1/2 میزان تکرار نبض است. هنگامی که از آن فراتر رود، طیف داپلر تحریف می شود (الایاسینگ). هرچه سرعت تکرار پالس بیشتر باشد، تغییر داپلر بیشتر می‌تواند بدون اعوجاج تعیین شود، اما حساسیت دستگاه به جریان‌های با سرعت پایین کمتر است.

با توجه به این واقعیت که پالس های اولتراسونیک که به داخل بافت ها هدایت می شوند علاوه بر فرکانس اصلی حاوی تعداد زیادی فرکانس هستند و همچنین به دلیل اینکه سرعت بخش های جداگانه جریان یکسان نیست، پالس منعکس شده از یک پالس بزرگ تشکیل شده است. تعداد فرکانس های مختلف (شکل 32).

برنج. 32. نمودار طیف یک پالس اولتراسونیک.

با استفاده از تبدیل فوریه سریع، ترکیب فرکانس پالس را می توان به عنوان یک طیف نشان داد، که می تواند روی صفحه نمایشگر به صورت منحنی نمایش داده شود، جایی که فرکانس های شیفت داپلر به صورت افقی ترسیم می شود و دامنه هر جزء به صورت عمودی ترسیم می شود. می توان تعداد زیادی از پارامترهای سرعت جریان خون را از طیف داپلر (حداکثر سرعت، سرعت در انتهای دیاستول، سرعت متوسط ​​و غیره) تعیین کرد، اما این شاخص ها وابسته به زاویه هستند و دقت آنها به شدت به این بستگی دارد. دقت تصحیح زاویه و اگر در عروق بزرگ غیر پرپیچ و خم، اصلاح زاویه مشکلی ایجاد نمی کند، در رگ های پرپیچ و خم کوچک (رگ های توموری) تعیین جهت جریان نسبتاً دشوار است. برای حل این مشکل تعدادی شاخص تقریباً مستقل از کربن پیشنهاد شده است که رایج ترین آنها شاخص مقاومت و شاخص ضربان است. شاخص مقاومت نسبت اختلاف بین حداکثر و حداقل سرعت به حداکثر دبی است (شکل 33). شاخص ضربان نسبت تفاوت بین حداکثر و حداقل سرعت به سرعت متوسط ​​جریان است.

برنج. 33. محاسبه شاخص مقاومت و شاخص تپنده.

به دست آوردن طیف داپلر از یک حجم کنترل به شما امکان می دهد جریان خون را در یک منطقه بسیار کوچک ارزیابی کنید. تصویربرداری جریان رنگی (Color Doppler) علاوه بر تصویربرداری معمولی در مقیاس خاکستری دوبعدی، اطلاعات جریان دوبعدی را در زمان واقعی ارائه می دهد. تصویربرداری داپلر رنگی احتمالات اصل پالسی گرفتن تصویر را گسترش می دهد. سیگنال های منعکس شده از سازه های غیر متحرک شناسایی و به شکل خاکستری ارائه می شوند. اگر سیگنال منعکس شده فرکانس متفاوتی با سیگنال منتشر شده داشته باشد، به این معنی است که از یک جسم متحرک منعکس شده است. در این حالت، تغییر داپلر، علامت آن و مقدار سرعت متوسط ​​تعیین می شود. از این پارامترها برای تعیین رنگ، اشباع و روشنایی آن استفاده می شود. به طور معمول، جهت جریان به سمت سنسور با رنگ قرمز و دور از سنسور با رنگ آبی کدگذاری می شود. روشنایی رنگ با سرعت جریان تعیین می شود.

در سال های اخیر، نوعی از نقشه برداری داپلر رنگی ظاهر شده است، به نام "Power Doppler" (Power Doppler). با داپلر توان، مقدار تغییر داپلر در سیگنال بازتابی تعیین نمی شود، بلکه انرژی آن است. این رویکرد امکان افزایش حساسیت روش به سرعت های پایین و تقریباً مستقل از زاویه را فراهم می کند، البته به قیمت از دست دادن توانایی تعیین قدر مطلق سرعت و جهت جریان.

مصنوعات

یک مصنوع در تشخیص اولتراسوند، ظاهر سازه های موجود بر روی تصویر، عدم وجود سازه های موجود، مکان نامناسب سازه ها، روشنایی اشتباه سازه ها، خطوط نادرست ساختارها، اندازه های اشتباه سازه ها است. طنین، یکی از رایج ترین مصنوعات، زمانی رخ می دهد که یک پالس اولتراسونیک بین دو یا چند سطح بازتابنده برخورد کند. در این حالت، بخشی از انرژی پالس اولتراسونیک به طور مکرر از این سطوح منعکس می شود و هر بار تا حدی در فواصل زمانی معین به سنسور باز می گردد (شکل 34).

برنج. 34. ریورب.

نتیجه این امر، نمایان شدن سطوح بازتابنده موجود بر روی صفحه نمایشگر خواهد بود که در پشت بازتابنده دوم در فاصله ای برابر با فاصله بین بازتابنده اول و دوم قرار خواهند گرفت. گاهی اوقات می توان با تغییر موقعیت سنسور، طنین ها را کاهش داد. یکی از انواع ریورب مصنوع به نام "دم دنباله دار" است. در مواردی مشاهده می شود که اولتراسوند باعث نوسانات طبیعی جسم شود. این مصنوع اغلب در پشت حباب های گاز کوچک یا اجسام کوچک فلزی مشاهده می شود. با توجه به این واقعیت که همیشه کل سیگنال منعکس شده به حسگر باز نمی گردد (شکل 35)، یک مصنوع از سطح بازتابنده موثر ظاهر می شود که کوچکتر از سطح بازتابنده واقعی است.

برنج. 35. سطح بازتابنده موثر.

به دلیل این مصنوع، اندازه سنگ‌ها که با استفاده از سونوگرافی تعیین می‌شوند معمولاً کمی کوچکتر از اندازه واقعی هستند. شکست می تواند باعث موقعیت نادرست جسم در تصویر حاصل شود (شکل 36).

برنج. 36. سطح بازتابنده موثر.

در صورتی که مسیر اولتراسوند از مبدل به ساختار بازتابنده و عقب یکسان نباشد، موقعیت نادرست جسم در تصویر حاصل اتفاق می‌افتد. مصنوعات آینه ای ظاهر یک شی هستند که در یک طرف یک بازتابنده قوی در طرف دیگر آن قرار دارد (شکل 37).

برنج. 37. مصنوع آینه.

آرتیفکت های چشمی اغلب در نزدیکی دیافراگم رخ می دهند.

آرتیفکت سایه آکوستیک (شکل 38) در پشت ساختارهایی رخ می دهد که به شدت امواج فراصوت را منعکس می کنند یا به شدت جذب می کنند. مکانیسم تشکیل یک سایه صوتی شبیه به شکل گیری یک سایه نوری است.

برنج. 38. سایه آکوستیک.

مصنوع تقویت سیگنال دیستال (شکل 39) در پشت ساختارهایی رخ می دهد که سونوگرافی را ضعیف جذب می کنند (شکل های مایع و حاوی مایع).

برنج. 39. تقویت اکو دیستال.

مصنوع سایه های جانبی با شکست و گاهی اوقات تداخل امواج مافوق صوت همراه است که یک پرتو اولتراسونیک به طور مماس بر روی سطح محدب (کیست، کیسه صفرا گردن) یک ساختار می افتد، سرعت انتقال اولتراسوند که در آن به طور قابل توجهی با بافت های اطراف متفاوت است. شکل 40).

برنج. 40. سایه های جانبی.

مصنوعات مرتبط با تعیین نادرست سرعت اولتراسوند به این دلیل به وجود می آیند که سرعت واقعی انتشار اولتراسوند در یک بافت خاص بیشتر یا کمتر از سرعت متوسط ​​(1.54 متر بر ثانیه) است که دستگاه برای آن برنامه ریزی شده است (شکل 1). 41).

برنج. 41. اعوجاج ناشی از تفاوت در سرعت اولتراسوند (V1 و V2) در رسانه های مختلف.

مصنوعات ضخامت پرتو اولتراسونیک، ظاهر، عمدتاً در اندام‌های حاوی مایع، انعکاس‌های نزدیک دیوار است، زیرا پرتو اولتراسونیک دارای ضخامت خاصی است و بخشی از این پرتو می‌تواند به طور همزمان تصویری از یک اندام تشکیل دهد و تصویری از سازه های مجاور (شکل 42).

برنج. 42. مصنوع از ضخامت پرتو اولتراسونیک.

کنترل کیفیت عملکرد تجهیزات اولتراسونیک

کنترل کیفی تجهیزات اولتراسونیک شامل تعیین حساسیت نسبی سیستم، وضوح محوری و جانبی، منطقه مرده، عملکرد صحیح فاصله‌سنج، دقت ثبت، عملکرد صحیح TVG، تعیین محدوده دینامیکی مقیاس خاکستری و غیره است. . برای کنترل کیفیت عملکرد دستگاه های اولتراسونیک، از اشیاء آزمایشی خاص یا فانتوم های معادل بافت استفاده می شود (شکل 43). آنها به صورت تجاری در دسترس هستند، اما در کشور ما به طور گسترده مورد استفاده قرار نمی گیرند، که کالیبره کردن تجهیزات تشخیص اولتراسونیک در این زمینه را تقریبا غیرممکن می کند.

برنج. 43. جسم آزمایشی موسسه سونوگرافی آمریکا در پزشکی.

اثر بیولوژیکی سونوگرافی و ایمنی

اثر بیولوژیکی اولتراسوند و ایمنی آن برای بیمار به طور مداوم در ادبیات مورد بحث قرار می گیرد. آگاهی از اثرات بیولوژیکی اولتراسوند بر اساس مطالعه مکانیسم های اثرات اولتراسوند، مطالعه تاثیر سونوگرافی بر روی کشت سلولی، مطالعات تجربی روی گیاهان، حیوانات و در نهایت مطالعات اپیدمیولوژیک است.

اولتراسوند از طریق تأثیرات مکانیکی و حرارتی می تواند یک اثر بیولوژیکی ایجاد کند. تضعیف سیگنال اولتراسونیک به دلیل جذب است، یعنی. تبدیل انرژی امواج اولتراسونیک به گرما گرم شدن بافت ها با افزایش شدت سونوگرافی ساطع شده و فرکانس آن افزایش می یابد. کاویتاسیون عبارت است از تشکیل حباب های ضربانی در مایعی پر از گاز، بخار یا مخلوطی از آنها. یکی از دلایل ایجاد کاویتاسیون ممکن است امواج اولتراسونیک باشد. پس آیا سونوگرافی مضر است یا خیر؟

تحقیقات مربوط به اثرات اولتراسوند بر سلول‌ها، کارهای تجربی روی گیاهان و حیوانات، و مطالعات اپیدمیولوژیک، مؤسسه اولتراسوند در پزشکی آمریکا را بر آن داشت تا اظهارات زیر را بیان کند که آخرین بار در سال 1993 تأیید شد:

"تاکنون اثرات بیولوژیکی تایید شده ای در بیماران یا افرادی که بر روی دستگاه کار می کنند، ناشی از تابش (اولتراسوند) گزارش نشده است، که شدت آن نمونه ای از امکانات تشخیصی سونوگرافی مدرن است. اگرچه ممکن است چنین اثرات بیولوژیکی در آینده شناسایی شود. داده‌های کنونی نشان می‌دهد که مزایای استفاده محتاطانه از سونوگرافی تشخیصی برای بیمار بیشتر از خطر احتمالی آن است.»

دستورالعمل های جدید در تشخیص اولتراسوند

توسعه سریع تشخیص اولتراسوند، بهبود مستمر دستگاه های تشخیص اولتراسوند وجود دارد. ما می توانیم چندین جهت اصلی را برای توسعه آینده این روش تشخیصی فرض کنیم.

بهبود بیشتر تکنیک های داپلر، به ویژه مانند پاور داپلر، تصویربرداری رنگی داپلر از بافت ها امکان پذیر است.

اکووگرافی سه بعدی در آینده ممکن است به یک حوزه بسیار مهم در تشخیص اولتراسوند تبدیل شود. در حال حاضر، چندین واحد تشخیصی سونوگرافی در دسترس تجاری وجود دارد که امکان بازسازی تصویر سه بعدی را فراهم می کند، با این حال، در حالی که اهمیت بالینی این جهت نامشخص است.

مفهوم استفاده از کنتراست اولتراسوند برای اولین بار توسط R.Gramiak و P.M.Shah در اواخر دهه شصت در طی یک مطالعه اکوکاردیوگرافی مطرح شد. در حال حاضر، کنتراست تجاری "Ehovist" (شرینگ) وجود دارد که برای تجسم قلب راست استفاده می شود. اخیراً برای کاهش اندازه ذرات کنتراست اصلاح شده است و می توان آن را در سیستم گردش خون انسان بازیافت کرد (Levovist، Schering). این دارو به طور قابل توجهی سیگنال داپلر را، چه طیفی و چه رنگی، بهبود می بخشد، که ممکن است برای ارزیابی جریان خون تومور ضروری باشد.

اکوگرافی داخل حفره ای با استفاده از حسگرهای فوق نازک، فرصت های جدیدی را برای مطالعه اندام ها و ساختارهای توخالی باز می کند. با این حال، در حال حاضر، استفاده گسترده از این تکنیک به دلیل هزینه بالای سنسورهای تخصصی محدود شده است، که علاوه بر این، می‌تواند در تعداد محدودی برای تحقیق مورد استفاده قرار گیرد (1÷40).

پردازش تصویر کامپیوتری به منظور عینیت بخشیدن به اطلاعات به دست آمده جهت امیدوارکننده ای است که می تواند دقت تشخیص تغییرات ساختاری جزئی در اندام های پارانشیمی را در آینده بهبود بخشد. متأسفانه نتایج به دست آمده تا کنون اهمیت بالینی قابل توجهی ندارد.

با این وجود، آنچه دیروز در تشخیص اولتراسوند آینده ای دور به نظر می رسید، امروزه به یک روش معمول رایج تبدیل شده است و احتمالاً در آینده نزدیک شاهد معرفی تکنیک های جدید تشخیص اولتراسوند در عمل بالینی خواهیم بود.

ادبیات

1. موسسه سونوگرافی آمریکا در پزشکی. کمیته اثرات زیستی AIUM - جی. اولتراسوند پزشکی. - 1983; 2: R14.
2. AIUM ارزیابی گزارش های تحقیقاتی اثرات بیولوژیکی. Bethesda، MD، موسسه آمریکایی اولتراسوند در پزشکی، 1984.
3. موسسه سونوگرافی آمریکا در پزشکی. بیانیه های ایمنی AIUM - J. Ultrasound Med. - 1983; 2: R69.
4. موسسه سونوگرافی آمریکا در پزشکی. بیانیه ایمنی بالینی - جی. اولتراسوند پزشکی. - 1984; 3: R10.
5. Banjavic RA. طراحی و نگهداری یک تضمین کیفیت برای تجهیزات سونوگرافی تشخیصی. - سمین. سونوگرافی - 1983; 4:10-26.
6. کمیته اثرات زیستی ملاحظات ایمنی برای سونوگرافی تشخیصی لورل، MD، موسسه سونوگرافی آمریکا در پزشکی، 1991.
7. کمیته فرعی کنفرانس اثرات زیستی اثرات زیستی و ایمنی سونوگرافی تشخیصی. لورل، MD، موسسه سونوگرافی آمریکا در پزشکی، 1993.
8. Eden A. جستجوی کریستین داپلر. نیویورک، اسپرینگر-ورلاگ، 1992.
9. Evans DH، McDicken WN، Skidmore R، و همکاران. سونوگرافی داپلر: فیزیک، ابزار دقیق و کاربردهای بالینی. نیویورک، وایلی و پسران، 1989.
10. گیل آر دبلیو. اندازه گیری جریان خون با سونوگرافی: دقت و منابع خطا. - سونوگرافی پزشکی Biol. - 1985; 11:625-641.
11. گایتون AC. کتاب درسی فیزیولوژی پزشکی. ویرایش هفتم. فیلادلفیا، دبلیو بی ساندرز، 1986، 206-229.
12. Hunter TV، Haber K. مقایسه اسکن بلادرنگ با اسکن حالت B ثابت معمولی. - جی. اولتراسوند پزشکی. - 1983; 2:363-368.
13. Kisslo J، Adams DB، Belkin RN. تصویربرداری جریان رنگ داپلر. نیویورک، چرچیل لیوینگستون، 1988.
14. کرمکاو F.W. اثرات بیولوژیکی و خطرات احتمالی در: Campbell S, ed. سونوگرافی در زنان و زایمان. لندن، WB Saunders، 1983، 395-405.
15. کرمکاو F.W. خطای زاویه داپلر در اثر شکست. - سونوگرافی پزشکی Biol. - 1990; 16:523-524. - 1991; 17:97.
16. کرمکاو F.W. داده های فرکانس جابجایی داپلر - جی. اولتراسوند پزشکی. - 1987; 6:167.
17. کرمکاو F.W. ایمنی و اثرات طولانی مدت سونوگرافی: چه چیزی به بیماران خود بگویید. در: Platt LD، ed. سونوگرافی پری ناتال؛ کلین زایمان Gynecol.- 1984; 27:269-275.
18. کرمکاو F.W. موضوعات فنی (ستونی که هر دو ماه یکبار در بخش Reflections ظاهر می شود). - جی. اولتراسوند پزشکی. - 1983; 2.
19. Laing F.C. آرتیفکت های رایج در سونوگرافی بالینی. - سمین. سونوگرافی-1983; 4:27-43.
20. مریت CRB، ویرایش. تصویربرداری رنگی داپلر نیویورک، چرچیل لیوینگستون، 1992.
21. MilnorWR. همودینامیک ویرایش 2. بالتیمور، ویلیامز و ویلکینز، 1989.
22. Nachtigall PE، Moore PWB. سونار حیوانات. نیویورک، چاپ پلنوم، 1988.
23. نیکولز دبلیو دبلیو، ای "رورک ام اف. جریان خون مک دونالد در شریان ها. فیلادلفیا، لی و فبیگر، 1990.
24. Powis RL، Schwartz RA. سونوگرافی داپلر عملی برای پزشک. بالتیمور، ویلیامز و ویلکینز، 1991.
25. ملاحظات ایمنی برای سونوگرافی تشخیصی Bethesda، MD، موسسه آمریکایی اولتراسوند در پزشکی، 1984.
26. اسمیت اچ جی، زاگزبسکی جی. فیزیک داپلر پایه. مدیسون، Wl، انتشارات فیزیک پزشکی، 1991.
27. زوایبل WJ. بررسی اصطلاحات اساسی در سونوگرافی تشخیصی. - سمین. سونوگرافی - 1983; 4:60-62.
28. Zwiebel WJ. فیزیک. - سمین. سونوگرافی - 1983; 4:1-62.
29. P. Golyamina، چ. ویرایش سونوگرافی. مسکو، "دایره المعارف شوروی"، 1979.

سوالات آزمون

1. اساس روش تحقیق اولتراسوند عبارت است از:
   الف. تجسم اندام ها و بافت ها بر روی صفحه نمایش دستگاه
   ب. تعامل سونوگرافی با بافت های بدن انسان
   ب. دریافت پژواک
   G. اشعه اولتراسوند
   D. نمایش رنگ خاکستری تصویر روی صفحه ابزار
2. سونوگرافی صدایی است که فرکانس آن کمتر از:
   a.15 کیلوهرتز
   B. 20000 هرتز
   ب. 1 مگاهرتز D. 30 هرتز D. 20 هرتز
3. سرعت انتشار اولتراسوند افزایش می یابد اگر:
   الف. چگالی محیط افزایش می یابد
   ب. چگالی محیط کاهش می یابد
   ب. خاصیت ارتجاعی افزایش می یابد
   D. چگالی، افزایش کشش
   D. چگالی کاهش می یابد، کشش افزایش می یابد
4. میانگین سرعت انتشار اولتراسوند در بافت نرم عبارت است از:
   A. 1450 متر بر ثانیه
   B. 1620 متر بر ثانیه
   B. 1540 متر بر ثانیه
   D. 1300 متر بر ثانیه
   D. 1420 متر بر ثانیه
5. سرعت انتشار اولتراسوند با موارد زیر تعیین می شود:
   الف. فرکانس
   ب. دامنه
   ب. طول موج
   دوره G
   D. چهارشنبه
6. طول موج در بافت نرم با افزایش فرکانس:
   الف کاهش می یابد
   ب. بدون تغییر باقی می ماند
   ب افزایش می یابد
7. با داشتن مقادیر سرعت انتشار اولتراسوند و فرکانس می توان محاسبه کرد:
   الف. دامنه
   دوره ب
   ب. طول موج
   D. دامنه و دوره E. دوره و طول موج
8. با افزایش فرکانس، ضریب تضعیف در بافت نرم:
   الف کاهش می یابد
   ب. بدون تغییر باقی می ماند
   ب افزایش می یابد
9. کدام یک از پارامترهای زیر ویژگی های محیطی را که اولتراسوند از آن عبور می کند تعیین می کند:
   الف-مقاومت
   ب. شدت
   ب. دامنه
   فرکانس G
   دوره D
10. کدام یک از پارامترهای زیر را نمی توان از بقیه پارامترهای موجود تعیین کرد:
    الف. فرکانس
    دوره ب
    ب. دامنه
    G. طول موج
    د. سرعت انتشار
11. سونوگرافی از مرز رسانه هایی منعکس می شود که در موارد زیر تفاوت دارند:
    الف. تراکم
    ب. امپدانس آکوستیک
    ب. سرعت اولتراسونیک
    G. کشش
    D. سرعت و الاستیسیته اولتراسونیک
12. برای محاسبه فاصله تا رفلکتور باید بدانید:
    الف. تضعیف، سرعت، چگالی
    ب. تضعیف، مقاومت
    ب. تضعیف، جذب
    D. زمان بازگشت سیگنال، سرعت
    د. چگالی، سرعت
13. سونوگرافی را می توان متمرکز کرد:
    الف عنصر تاب خورده
    B. بازتابنده منحنی
    ب. لنز
    G. آنتن فازی
    د. همه موارد فوق
14. وضوح محوری توسط:
    الف. تمرکز کردن
    ب. فاصله جسم
    ب. نوع سنسور
    D. چهارشنبه
15. وضوح عرضی توسط:
    الف. تمرکز کردن
    ب. فاصله جسم
    ب. نوع سنسور
    ز. تعداد نوسانات یک ضربه
    دی چهارشنبه

فصل از جلد اول راهنمای تشخیص اولتراسوند،

نوشته شده توسط کارکنان بخش تشخیص اولتراسوند

آکادمی پزشکی روسیه برای تحصیلات تکمیلی

فرکانس های 16 هرتز تا 20 کیلوهرتز که سمعک انسان قادر به درک آن است، معمولاً صدا یا آکوستیک نامیده می شود، به عنوان مثال، صدای جیر جیر یک پشه "10 کیلوهرتز". اما هوا، اعماق دریاها و روده های زمین مملو از صداهایی است که خارج از این محدوده قرار دارند - مادون و اولتراسوند. در طبیعت، اولتراسوند به عنوان جزئی از بسیاری از صداهای طبیعی، در صدای باد، آبشار، باران، سنگریزه های دریا، غلتیده شده توسط موج سواری، در تخلیه رعد و برق یافت می شود. بسیاری از پستانداران مانند گربه ها و سگ ها توانایی درک فراصوت تا 100 کیلوهرتز را دارند و توانایی های مکان یابی خفاش ها، حشرات شبانه و حیوانات دریایی برای همه شناخته شده است. وجود چنین صداهایی با پیشرفت آکوستیک تنها در پایان قرن نوزدهم کشف شد. در همان زمان، اولین مطالعات اولتراسوند آغاز شد، اما پایه های کاربرد آن تنها در یک سوم اول قرن بیستم گذاشته شد.

سونوگرافی چیست؟

امواج اولتراسونیک (صدای نامفهوم) طبیعتاً با امواج محدوده قابل شنیدن تفاوتی ندارند و از همان قوانین فیزیکی پیروی می کنند. اما سونوگرافی ویژگی های خاصی دارد که کاربرد گسترده آن در علم و فناوری را مشخص کرده است.

در اینجا موارد اصلی وجود دارد:

• طول موج کوچک. برای کمترین محدوده اولتراسونیک، طول موج در اکثر رسانه ها از چند سانتی متر تجاوز نمی کند. طول موج کوتاه ماهیت پرتوی انتشار امواج اولتراسونیک را تعیین می کند. در نزدیکی امیتر، اولتراسوند به شکل پرتوهایی نزدیک به اندازه امیتر منتشر می شود. با برخورد ناهمگونی ها در محیط، پرتو اولتراسونیک مانند یک پرتو نور رفتار می کند، بازتاب، انکسار، پراکندگی را تجربه می کند، که امکان تشکیل تصاویر صوتی را در رسانه های نوری مات با استفاده از جلوه های صرفا نوری (فوکوس، پراش و غیره) فراهم می کند.
• دوره کوچکی از نوسانات، که امکان انتشار اولتراسوند را به شکل پالس و انجام انتخاب زمانی دقیق سیگنال های انتشار در محیط فراهم می کند.
• امکان به دست آوردن مقادیر بالای شدت نوسانات در دامنه کم، زیرا انرژی نوسانات متناسب با مجذور فرکانس است. این امکان ایجاد پرتوها و میدان های اولتراسونیک با سطح انرژی بالا را بدون نیاز به تجهیزات بزرگ فراهم می کند.
• جریان‌های صوتی قابل‌توجهی در میدان اولتراسونیک ایجاد می‌شوند، بنابراین تأثیر اولتراسوند بر محیط، اثرات فیزیکی، شیمیایی، بیولوژیکی و پزشکی خاصی مانند کاویتاسیون، اثر مویرگی، پراکندگی، امولسیون‌سازی، گاززدایی، گندزدایی، گرمایش موضعی و بسیاری دیگر را ایجاد می‌کند.

تاریخچه سونوگرافی

توجه به آکوستیک ناشی از نیازهای نیروی دریایی قدرت های پیشرو - انگلیس و فرانسه بود، زیرا. آکوستیک - تنها نوع سیگنالی است که می تواند در آب حرکت کند. در سال 1826 دانشمند فرانسوی کولادون سرعت صوت را در آب تعیین کرد. آزمایش کولادون را تولد هیدروآکوستیک مدرن می دانند. برخورد ناقوس زیر آب در دریاچه ژنو با اشتعال همزمان باروت اتفاق افتاد. فلاش باروت توسط کولادون در فاصله 10 مایلی مشاهده شد. او همچنین صدای زنگ را از طریق لوله شنوایی زیر آب شنید. کولادون با اندازه گیری فاصله زمانی بین این دو رویداد، سرعت صوت را 1435 متر بر ثانیه محاسبه کرد. تفاوت با محاسبات مدرن تنها 3 متر بر ثانیه است.

در سال 1838، در ایالات متحده، برای اولین بار از صدا برای تعیین مشخصات بستر دریا استفاده شد. منبع صدا، مانند آزمایش کولادون، زنگی بود که در زیر آب به صدا درآمد و گیرنده، لوله‌های شنوایی بزرگی بود که از دریا می‌افتادند. نتایج آزمایش ناامید کننده بود - صدای زنگ، و همچنین انفجار کارتریج های پودر در آب، پژواک بسیار ضعیفی را ایجاد کرد که در میان صداهای دیگر دریا تقریباً نامفهوم بود. باید به منطقه فرکانس های بالاتر رفت که امکان ایجاد پرتوهای صوتی هدایت شده را فراهم می کرد.

اولین ژنراتور اولتراسوند در سال 1883 توسط گالتون انگلیسی ساخته شد. اولتراسوند مانند صدایی با صدای بلند بر روی لبه چاقو زمانی که جریانی از هوا به آن برخورد می کند ایجاد می شود. نقش چنین نقطه ای در سوت گالتون را یک استوانه با لبه های تیز بازی می کرد. هوا (یا گاز دیگر) که تحت فشار از طریق یک نازل حلقوی با قطری برابر با لبه سیلندر خارج می شود، در مقابل آن قرار می گیرد و نوسانات با فرکانس بالا رخ می دهد. با دمیدن سوت با هیدروژن، نوسانات تا 170 کیلوهرتز امکان پذیر بود.

در سال 1880، پیر و ژاک کوری کشف قاطعی برای فناوری اولتراسونیک کردند. برادران کوری متوجه شدند که وقتی فشار بر کریستال‌های کوارتز اعمال می‌شود، بار الکتریکی ایجاد می‌شود که مستقیماً با نیروی وارد شده به کریستال متناسب است. این پدیده را «پیزوالکتریک» از کلمه یونانی به معنای «فشار دادن» نامیده‌اند. علاوه بر این، آنها یک اثر پیزوالکتریک معکوس را نشان دادند، که زمانی رخ می دهد که یک پتانسیل الکتریکی به سرعت در حال تغییر به یک کریستال اعمال می شود و باعث ارتعاش آن می شود. از این پس، از نظر فنی امکان ساخت امیترها و گیرنده های اولتراسوند با اندازه کوچک فراهم شد.

مرگ تایتانیک در اثر برخورد با کوه یخ، نیاز به مبارزه با یک سلاح جدید - زیردریایی ها مستلزم توسعه سریع هیدروآکوستیک اولتراسونیک بود. در سال 1914، فیزیکدان فرانسوی پل لانگوین، همراه با یک دانشمند روسی ساکن سوئیس، کنستانتین شیلوفسکی، برای اولین بار یک سونار متشکل از یک فرستنده اولتراسوند و یک هیدروفون - گیرنده ارتعاشات مافوق صوت بر اساس اثر پیزوالکتریک، ساختند. سونار Langevin-Shilovsky اولین دستگاه اولتراسونیک بود که در عمل مورد استفاده قرار گرفت. همچنین در آغاز قرن، دانشمند روسی S.Ya.Sokolov مبانی تشخیص عیب اولتراسونیک را در صنعت توسعه داد. در سال 1937، کارل دوسیک، روانپزشک آلمانی، همراه با برادرش فردریش، فیزیکدان، برای اولین بار از امواج فراصوت برای تشخیص تومورهای مغزی استفاده کردند، اما نتایجی که به دست آوردند قابل اعتماد نبود. در تشخیص پزشکی، اولتراسوند تنها در دهه 1950 در ایالات متحده مورد استفاده قرار گرفت.

کاربرد سونوگرافی

کاربردهای مختلف سونوگرافی را می توان به سه حوزه تقسیم کرد:

1. دریافت اطلاعات از طریق سونوگرافی
2. اثر روی ماده
3. پردازش و انتقال سیگنال

از وابستگی سرعت انتشار و تضعیف امواج صوتی به خواص ماده و فرآیندهای رخ داده در آنها استفاده می شود:

• کنترل سیر واکنش های شیمیایی، انتقال فاز، پلیمریزاسیون و غیره
• تعیین ویژگی های مقاومت و ترکیب مواد،
• تعیین وجود ناخالصی،
• تعیین دبی مایع و گاز

با کمک اولتراسوند می توانید شستشو دهید، جوندگان را دفع کنید، در پزشکی استفاده کنید، مواد مختلف را از نظر نقص بررسی کنید و موارد دیگر.

سونوگرافی

سونوگرافی- نوسانات الاستیک با فرکانس فراتر از حد شنوایی برای شخص. معمولاً محدوده اولتراسونیک فرکانس های بالاتر از 18000 هرتز در نظر گرفته می شود.

اگرچه وجود اولتراسوند برای مدت طولانی شناخته شده است، اما کاربرد عملی آن نسبتاً جوان است. امروزه سونوگرافی در روش های مختلف فیزیکی و تکنولوژیکی کاربرد فراوانی دارد. بنابراین با توجه به سرعت انتشار صوت در یک محیط، خصوصیات فیزیکی آن قضاوت می شود. اندازه‌گیری سرعت در فرکانس‌های اولتراسونیک، با خطاهای بسیار کوچک، به عنوان مثال، ویژگی‌های آدیاباتیک فرآیندهای سریع، مقادیر ظرفیت گرمایی ویژه گازها و ثابت‌های الاستیک جامدات را ممکن می‌سازد.

منابع سونوگرافی

فرکانس ارتعاشات اولتراسونیک مورد استفاده در صنعت و زیست شناسی در محدوده چند مگاهرتز قرار دارد. چنین ارتعاشاتی معمولاً با استفاده از مبدل های پیزوسرامیک باریم تیتانیت ایجاد می شوند. در مواردی که قدرت ارتعاشات اولتراسونیک اهمیت اولیه دارد، معمولا از منابع مکانیکی اولتراسوند استفاده می شود. در ابتدا، تمام امواج اولتراسونیک به صورت مکانیکی (چنگال تنظیم، سوت، آژیر) دریافت می شد.

در طبیعت، ایالات متحده هم به عنوان اجزای بسیاری از صداهای طبیعی (در سر و صدای باد، آبشار، باران، در سر و صدای سنگریزه های غلتیده شده توسط موج سواری دریا، در صداهای همراه با تخلیه رعد و برق و غیره) و در میان صداها یافت می شود. از دنیای حیوانات برخی از حیوانات از امواج مافوق صوت برای تشخیص موانع، جهت گیری در فضا استفاده می کنند.

فرستنده های اولتراسوند را می توان به دو گروه بزرگ تقسیم کرد. اولی شامل تابش‌کننده‌ها-مولدها می‌شود. نوسانات در آنها به دلیل وجود موانع در مسیر جریان ثابت - جت گاز یا مایع - برانگیخته می شود. گروه دوم ساطع کننده ها - مبدل های الکتروآکوستیک. آنها نوسانات ولتاژ یا جریان الکتریکی را به ارتعاش مکانیکی جسم جامد تبدیل می کنند که امواج صوتی را به محیط تابش می کند.

سوت گالتون

اولین سوت اولتراسونیک در سال 1883 توسط گالتون انگلیسی ساخته شد. اولتراسوند در اینجا مانند صدایی با صدای بلند روی لبه چاقو ایجاد می شود که جریانی از هوا به آن برخورد می کند. نقش چنین نوک در سوت گالتون توسط یک "لب" در یک حفره رزونانس استوانه ای کوچک بازی می شود. گاز پرفشار که از یک سیلندر توخالی عبور می کند به این "لب" برخورد می کند. نوساناتی رخ می دهد که فرکانس آن (حدود 170 کیلوهرتز است) با اندازه نازل و لب تعیین می شود. قدرت سوت گالتون کم است. این عمدتا برای دستور دادن به هنگام آموزش سگ و گربه استفاده می شود.

سوت اولتراسونیک مایع

اکثر سوت های اولتراسونیک را می توان برای کار در یک محیط مایع وفق داد. در مقایسه با منابع الکتریکی اولتراسوند، سوت های اولتراسونیک مایع قدرت کمی دارند، اما گاهی اوقات، به عنوان مثال، برای همگن سازی اولتراسونیک، مزیت قابل توجهی دارند. از آنجایی که امواج اولتراسونیک مستقیماً در یک محیط مایع ایجاد می شوند، در طول انتقال از یک محیط به رسانه دیگر، انرژی امواج مافوق صوت از بین نمی رود. شاید موفق ترین آنها طراحی سوت اولتراسونیک مایع باشد که توسط دانشمندان انگلیسی کوتل و گودمن در اوایل دهه 1950 ساخته شد. در آن، یک جریان سیال پرفشار از یک نازل بیضوی خارج شده و روی یک صفحه فولادی هدایت می شود. اصلاحات مختلف این طرح به منظور به دست آوردن رسانه های همگن کاملاً گسترده شده است. به دلیل سادگی و پایداری طراحی آنها (فقط صفحه نوسانی از بین می رود) چنین سیستم هایی بادوام و ارزان هستند.

آژیر

نوع دیگری از منابع مکانیکی اولتراسوند آژیر است. قدرت نسبتا بالایی دارد و در ماشین های پلیس و آتش نشانی استفاده می شود. تمام آژیرهای چرخشی از محفظه ای تشکیل شده است که از بالا توسط یک دیسک (استاتور) بسته شده است که تعداد زیادی سوراخ در آن ایجاد شده است. روی دیسکی که در داخل محفظه چرخانده می شود، همان تعداد سوراخ وجود دارد - روتور. هنگامی که روتور می چرخد، موقعیت سوراخ های آن به طور دوره ای با موقعیت سوراخ های روی استاتور منطبق است. هوای فشرده به طور مداوم به محفظه می رسد، که در آن لحظات کوتاهی که سوراخ های روتور و استاتور بر هم منطبق می شوند، از آن خارج می شود.

وظیفه اصلی در ساخت آژیرها، اولا ایجاد سوراخ تا حد امکان در روتور و ثانیا دستیابی به سرعت چرخش بالا است. با این حال، انجام هر دوی این الزامات در عمل بسیار دشوار است.

سونوگرافی در طبیعت

کاربرد سونوگرافی

کاربرد تشخیصی سونوگرافی در پزشکی (سونوگرافی)

با توجه به انتشار خوب اولتراسوند در بافت های نرم انسان، بی ضرر بودن نسبی آن در مقایسه با اشعه ایکس و سهولت استفاده در مقایسه با تصویربرداری تشدید مغناطیسی، سونوگرافی به طور گسترده ای برای تجسم وضعیت اندام های داخلی انسان به ویژه در حفره شکم و شکم استفاده می شود. حفره لگن

کاربردهای درمانی اولتراسوند در پزشکی

سونوگرافی علاوه بر استفاده گسترده برای اهداف تشخیصی (به اولتراسوند مراجعه کنید)، در پزشکی به عنوان یک عامل درمانی استفاده می شود.

سونوگرافی اثرات زیر را دارد:

• ضد التهاب، جاذب
• ضد درد، ضد اسپاسم
• افزایش نفوذپذیری پوست با کاویتاسیون

فونوفورزیس روشی ترکیبی است که در آن بافت ها تحت تأثیر امواج فراصوت و مواد دارویی وارد شده با آن (اعم از داروها و منشاء طبیعی) قرار می گیرند. هدایت مواد تحت عمل سونوگرافی به دلیل افزایش نفوذپذیری اپیدرم و غدد پوست، غشای سلولی و دیواره عروق برای مواد با وزن مولکولی کوچک، به ویژه یون های معدنی بیشوفیت است. راحتی فرافونوفورز داروها و مواد طبیعی:

• ماده دارویی با سونوگرافی از بین نمی رود
• هم افزایی عمل اولتراسوند و ماده درمانی

موارد مصرف اولترافونوفورز بیشوفیت: استئوآرتریت، استئوکندروز، آرتریت، بورسیت، اپی کندیلیت، خار پاشنه، شرایط پس از آسیب های سیستم اسکلتی عضلانی. نوریت، نوروپاتی، رادیکولیت، نورالژی، آسیب عصبی.

ژل Bischofite اعمال می شود و از سطح کار امیتر برای میکروماساژ ناحیه آسیب دیده استفاده می شود. این روش ناپایدار است، برای اولترافونوفورز معمول است (با UVF مفاصل، ستون فقرات، شدت در ناحیه گردن رحم 0.2-0.4 W/cm2 است، در ناحیه سینه و کمر - 0.4-0.6 W/cm2).

برش فلز با سونوگرافی

در ماشین های برش فلز معمولی، سوراخ کردن یک سوراخ باریک به شکل پیچیده در یک قسمت فلزی، به عنوان مثال، به شکل یک ستاره پنج پر، غیرممکن است. با کمک اولتراسوند این امکان پذیر است، ویبراتور مغناطیسی می تواند سوراخ هایی به هر شکلی ایجاد کند. یک اسکنه اولتراسونیک به طور کامل جایگزین ماشین فرز می شود. در عین حال، چنین اسکنه ای بسیار ساده تر از دستگاه فرز است و پردازش قطعات فلزی با آن ارزان تر و سریعتر از دستگاه فرز است.

سونوگرافی حتی می تواند برش مارپیچ در قطعات فلزی، در شیشه، در یاقوت، در الماس انجام دهد. به طور معمول، نخ ابتدا از فلز نرم ساخته می شود و سپس قسمت سخت می شود. در دستگاه اولتراسونیک می توان رزوه ها را در فلز از قبل سخت شده و در سخت ترین آلیاژها ساخت. تمبرها هم همینطور. به طور معمول، تمبر پس از اتمام دقیق تمپر می شود. در یک دستگاه اولتراسونیک، پیچیده ترین پردازش توسط یک ساینده (سنبله، پودر کوراندوم) در زمینه موج اولتراسونیک انجام می شود. ذرات پودر جامد که به طور مداوم در زمینه امواج فراصوت در حال نوسان هستند، در آلیاژ در حال پردازش بریده می شوند و سوراخی به همان شکل اسکنه ایجاد می کنند.

تهیه مخلوط با استفاده از سونوگرافی

سونوگرافی به طور گسترده ای برای تهیه مخلوط های همگن (همگن سازی) استفاده می شود. در سال 1927، دانشمندان آمریکایی لیموس و وود کشف کردند که اگر دو مایع غیرقابل اختلاط (مثلاً روغن و آب) در یک لیوان ریخته شوند و تحت تابش امواج مافوق صوت قرار گیرند، آنگاه امولسیونی در ظرف تشکیل می‌شود، یعنی یک سوسپانسیون ریز. روغن در آب چنین امولسیونی نقش مهمی در صنعت ایفا می کند: لاک ها، رنگ ها، محصولات دارویی و لوازم آرایشی.

استفاده از سونوگرافی در زیست شناسی

توانایی فراصوت برای شکستن غشای سلولی در تحقیقات بیولوژیکی کاربرد پیدا کرده است، به عنوان مثال، در صورت لزوم، برای جدا کردن سلول از آنزیم ها. سونوگرافی همچنین برای تخریب ساختارهای درون سلولی مانند میتوکندری و کلروپلاست به منظور بررسی رابطه بین ساختار و عملکرد آنها استفاده می شود. یکی دیگر از کاربردهای اولتراسوند در زیست شناسی به توانایی آن در القای جهش مربوط می شود. مطالعات انجام شده در آکسفورد نشان داده است که حتی سونوگرافی با شدت کم نیز می تواند به مولکول DNA آسیب برساند. ایجاد هدفمند مصنوعی جهش نقش مهمی در اصلاح نباتات دارد. مزیت اصلی اولتراسوند نسبت به سایر جهش زاها (اشعه ایکس، اشعه ماوراء بنفش) این است که کار با آن بسیار آسان است.

استفاده از سونوگرافی برای تمیز کردن

استفاده از اولتراسوند برای تمیز کردن مکانیکی بر اساس وقوع اثرات غیرخطی مختلف در مایع تحت تأثیر آن است. اینها عبارتند از کاویتاسیون، جریان های صوتی، فشار صوت. نقش اصلی توسط کاویتاسیون ایفا می شود. حباب های آن که در نزدیکی آلودگی به وجود می آیند و فرو می ریزند، آنها را از بین می برند. این اثر به عنوان شناخته شده است فرسایش حفره ای. سونوگرافی مورد استفاده برای این اهداف فرکانس پایین و افزایش قدرت دارد.

در شرایط آزمایشگاهی و تولیدی برای شستن قطعات و ظروف کوچک از حمام اولتراسونیک پر شده با حلال (آب، الکل و ...) استفاده می شود. گاهی اوقات با کمک آنها، حتی محصولات ریشه (سیب زمینی، هویج، چغندر و غیره) از ذرات زمین شسته می شوند.

کاربرد اولتراسوند در اندازه گیری جریان

از دهه 60 قرن گذشته، فلومتر اولتراسونیک در صنعت برای کنترل جریان و محاسبه آب و خنک کننده استفاده شده است.

استفاده از سونوگرافی در تشخیص عیب

سونوگرافی در برخی از مواد به خوبی منتشر می شود که استفاده از آن را برای تشخیص عیب اولتراسونیک محصولات ساخته شده از این مواد ممکن می کند. اخیراً جهت میکروسکوپ اولتراسونیک توسعه یافته است که امکان مطالعه لایه زیرسطحی یک ماده با وضوح خوب را فراهم می کند.

جوشکاری اولتراسونیک

جوشکاری اولتراسونیک - جوشکاری تحت فشار که تحت تأثیر ارتعاشات اولتراسونیک انجام می شود. این نوع جوش برای اتصال قطعاتی که حرارت دادن آنها دشوار است یا هنگام اتصال فلزات یا فلزات نامشابه با لایه های اکسید قوی (آلومینیوم، فولادهای ضد زنگ، هسته های مغناطیسی دائمی و غیره) استفاده می شود. بنابراین از جوشکاری اولتراسونیک در تولید مدارهای مجتمع استفاده می شود.

استفاده از سونوگرافی در آبکاری

اولتراسوند برای تشدید فرآیندهای گالوانیکی و بهبود کیفیت پوشش های تولید شده به روش الکتروشیمیایی استفاده می شود.

سونوگرافی- ارتعاشات صوتی الاستیک با فرکانس بالا. گوش انسان امواج الاستیک منتشر شده در محیط را با فرکانس تقریباً 16-20 کیلوهرتز درک می کند. ارتعاشات با فرکانس بالاتر نشان دهنده اولتراسوند (فراتر از شنوایی) است. معمولاً محدوده اولتراسونیک یک باند فرکانسی از 20000 تا یک میلیارد هرتز در نظر گرفته می شود. ارتعاشات صوتی با فرکانس بالاتر را فراصوت می گویند. در مایعات و جامدات، ارتعاشات صوتی می تواند به 1000 گیگاهرتز برسد

اگرچه دانشمندان از مدت ها قبل از وجود اولتراسوند اطلاع داشتند، استفاده عملی از آن در علم، فناوری و صنعت نسبتاً اخیراً آغاز شده است. در حال حاضر سونوگرافی به طور گسترده در زمینه های مختلف فیزیک، فناوری، شیمی و پزشکی استفاده می شود.

منابع سونوگرافی

فرکانس امواج اولتراسونیک مایکروویو مورد استفاده در صنعت و زیست شناسی در محدوده چند مگاهرتز قرار دارد. فوکوس چنین پرتوهایی معمولاً با استفاده از لنزهای صوتی و آینه های ویژه انجام می شود. یک پرتو اولتراسونیک با پارامترهای مورد نیاز را می توان با استفاده از مبدل مناسب به دست آورد. رایج ترین مبدل های سرامیکی از باریم تیتانیت ساخته شده اند. در مواردی که قدرت پرتو اولتراسونیک اهمیت اولیه دارد، معمولاً از منابع مکانیکی اولتراسوند استفاده می شود. در ابتدا، تمام امواج اولتراسونیک به صورت مکانیکی (چنگال تنظیم، سوت، آژیر) دریافت می شد.

در طبیعت، ایالات متحده هم به عنوان یکی از اجزای بسیاری از صداهای طبیعی (در سر و صدای باد، آبشار، باران، در سر و صدای سنگریزه‌هایی که در کنار موج‌سواری دریا می‌غلتند، در صداهای همراه با تخلیه رعد و برق و غیره) یافت می‌شود. صداهای دنیای حیوانات برخی از حیوانات از امواج مافوق صوت برای تشخیص موانع، جهت گیری در فضا استفاده می کنند.

فرستنده های اولتراسوند را می توان به دو گروه بزرگ تقسیم کرد. اولی شامل تابش‌کننده‌ها-مولدها می‌شود. نوسانات در آنها به دلیل وجود موانع در مسیر جریان ثابت - جت گاز یا مایع - برانگیخته می شود. گروه دوم ساطع کننده ها - مبدل های الکتروآکوستیک. آنها نوسانات تنظیم شده ولتاژ یا جریان الکتریکی را به یک نوسان مکانیکی جسم جامد تبدیل می کنند که امواج صوتی را به محیط منتشر می کند.

انتشار سونوگرافی.

انتشار اولتراسوند فرآیند حرکت در فضا و زمان آشفتگی هایی است که در یک موج صوتی رخ می دهد.

موج صوتی در ماده ای که در حالت گاز، مایع یا جامد است در همان جهتی که ذرات این ماده جابجا می شوند منتشر می شود، یعنی باعث تغییر شکل محیط می شود. تغییر شکل شامل این واقعیت است که حجم های معینی از محیط به طور متوالی کمرنگ و فشرده می شود و فاصله بین دو ناحیه مجاور با طول موج اولتراسونیک مطابقت دارد. هرچه مقاومت آکوستیک ویژه محیط بیشتر باشد، درجه فشردگی و نادر شدن محیط در یک دامنه نوسان معین بیشتر است.

ذرات محیط دخیل در انتقال انرژی موج در اطراف موقعیت تعادل خود در نوسان هستند. به سرعتی که ذرات حول موقعیت تعادل متوسط ​​خود نوسان می کنند، نوسانی نامیده می شود.

سرعت.

پراش، تداخل

در طول انتشار امواج اولتراسونیک، پدیده های پراش، تداخل و بازتاب امکان پذیر است.

پراش (امواج به دور موانع خم می شوند) زمانی اتفاق می افتد که طول موج اولتراسونیک با اندازه مانع در راه مقایسه (یا بیشتر) باشد. اگر مانع در مقایسه با طول موج صوتی بزرگ باشد، پدیده پراش وجود ندارد.

با حرکت همزمان چند موج اولتراسونیک در بافت در نقطه خاصی از محیط، برهم نهی این امواج می تواند رخ دهد. این برهم نهی امواج بر روی یکدیگر در مجموع تداخل نامیده می شود. اگر امواج مافوق صوت در فرآیند عبور از یک جسم بیولوژیکی قطع شوند، در نقطه خاصی از محیط زیستی، افزایش یا کاهش در نوسانات مشاهده می شود. نتیجه تداخل به رابطه فضایی فازهای ارتعاشات اولتراسونیک در یک نقطه معین از محیط بستگی دارد. اگر امواج اولتراسونیک در همان فازها (در فاز) به ناحیه خاصی از محیط برسد، جابجایی ذرات دارای علائم یکسانی هستند و تداخل در چنین شرایطی باعث افزایش دامنه ارتعاشات اولتراسونیک می شود. اگر امواج مافوق صوت به محل خاصی در پادفاز برسد، جابجایی ذرات با علائم مختلفی همراه خواهد بود که منجر به کاهش دامنه ارتعاشات اولتراسونیک می شود.

تداخل نقش مهمی در ارزیابی پدیده هایی دارد که در بافت های اطراف امیتر اولتراسونیک رخ می دهد. تداخل در انتشار امواج مافوق صوت در جهت مخالف پس از انعکاس آنها از یک مانع از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

جذب امواج اولتراسونیک

اگر محیطی که اولتراسوند در آن منتشر می شود دارای ویسکوزیته و هدایت حرارتی باشد یا سایر فرآیندهای اصطکاک داخلی در آن وجود داشته باشد، در این صورت وقتی موج منتشر می شود، صدا جذب می شود، یعنی با دور شدن از منبع، دامنه ارتعاشات مافوق صوت جذب می شود. کوچکتر می شود و همچنین انرژی ای که آنها حمل می کنند. محیطی که اولتراسوند در آن منتشر می شود با انرژی عبوری از آن تعامل دارد و بخشی از آن را جذب می کند. بخش غالب انرژی جذب شده به گرما تبدیل می شود، بخش کوچکتر باعث تغییرات ساختاری برگشت ناپذیر در ماده انتقال دهنده می شود. جذب نتیجه اصطکاک ذرات در برابر یکدیگر است، در محیط های مختلف متفاوت است. جذب به فرکانس ارتعاشات اولتراسونیک نیز بستگی دارد. از نظر تئوری، جذب متناسب با مجذور فرکانس است.

مقدار جذب را می توان با ضریب جذب مشخص کرد که نشان می دهد چگونه شدت اولتراسوند در محیط تابش شده تغییر می کند. با فرکانس افزایش می یابد. شدت ارتعاشات اولتراسونیک در محیط به طور تصاعدی کاهش می یابد. این فرآیند به دلیل اصطکاک داخلی، هدایت حرارتی محیط جاذب و ساختار آن است. به طور آزمایشی با اندازه لایه نیمه جاذب مشخص می شود، که نشان می دهد در چه عمقی شدت نوسانات به نصف کاهش می یابد (به طور دقیق تر، 2.718 برابر یا 63٪). به گفته پالمن، در فرکانس 0.8 مگاهرتز، مقادیر متوسط ​​لایه نیمه جاذب برای برخی از بافت ها به شرح زیر است: بافت چربی - 6.8 سانتی متر؛ عضلانی - 3.6 سانتی متر؛ بافت چربی و عضله با هم - 4.9 سانتی متر با افزایش فرکانس سونوگرافی، ارزش لایه نیمه جاذب کاهش می یابد. بنابراین، در فرکانس 2.4 مگاهرتز، شدت سونوگرافی عبوری از بافت چربی و عضله در عمق 1.5 سانتی متری به نصف کاهش می یابد.

علاوه بر این، جذب غیرعادی انرژی ارتعاشات اولتراسونیک در محدوده فرکانس خاصی امکان پذیر است - این بستگی به ویژگی های ساختار مولکولی یک بافت معین دارد. مشخص است که 2/3 انرژی اولتراسوند در سطح مولکولی و 1/3 در سطح ساختارهای بافت میکروسکوپی ضعیف می شود.

عمق نفوذ امواج مافوق صوت

در عمق نفوذ اولتراسوند عمقی که در آن شدت به نصف کاهش می یابد را درک کنید. این مقدار با جذب نسبت معکوس دارد: هر چه محیط قوی‌تر اولتراسوند را جذب کند، فاصله‌ای که در آن شدت اولتراسوند به نصف کاهش می‌یابد کمتر می‌شود.

پراکندگی امواج اولتراسونیک

اگر در محیط ناهمگنی وجود داشته باشد، پراکندگی صدا رخ می دهد که می تواند الگوی ساده انتشار اولتراسوند را به طور قابل توجهی تغییر دهد و در نهایت باعث تضعیف موج در جهت اصلی انتشار شود.

شکست امواج اولتراسونیک

از آنجایی که مقاومت آکوستیک بافت‌های نرم انسان تفاوت چندانی با مقاومت آب ندارد، می‌توان فرض کرد که شکست امواج اولتراسونیک در حد فاصل بین محیط‌ها (اپیدرم - درم - فاسیا - عضله) مشاهده خواهد شد.

انعکاس امواج اولتراسونیک

تشخیص اولتراسوند بر اساس پدیده بازتاب است. انعکاس در نواحی مرزی پوست و چربی، چربی و ماهیچه ها، ماهیچه ها و استخوان ها رخ می دهد. اگر اولتراسوند در حین انتشار با مانعی روبرو شود، بازتاب رخ می دهد، اگر مانع کوچک باشد، سونوگرافی همانطور که بود در اطراف آن جریان می یابد. ناهمگونی های بدن باعث انحراف قابل توجهی نمی شود، زیرا در مقایسه با طول موج (2 میلی متر)، ابعاد آنها (0.1-0.2 میلی متر) را می توان نادیده گرفت. اگر اولتراسوند در مسیر خود با اندام هایی که بزرگتر از طول موج هستند مواجه شود، انکسار و انعکاس اولتراسوند رخ می دهد. قوی ترین انعکاس در مرزهای استخوان - بافت ها و بافت های اطراف - هوا مشاهده می شود. هوا چگالی کمی دارد و انعکاس تقریبا کامل سونوگرافی مشاهده می شود. انعکاس امواج اولتراسونیک در مرز عضله - پریوستوم - استخوان، روی سطح اندام های توخالی مشاهده می شود.

امواج اولتراسونیک مسافرتی و ایستاده

اگر در حین انتشار امواج اولتراسونیک در محیط بازتاب نشوند، امواج سیار تشکیل می شوند. در نتیجه اتلاف انرژی، حرکات نوسانی ذرات محیط به تدریج تحلیل می‌رود و هر چه ذرات از سطح تابشی دورتر باشند، دامنه نوسانات آنها کمتر می‌شود. با این حال، اگر در مسیر انتشار امواج مافوق صوت، بافت‌هایی با مقاومت‌های صوتی خاص متفاوت وجود داشته باشد، امواج اولتراسونیک به یک درجه یا دیگری از قسمت مرزی منعکس می‌شود. برهم نهی امواج اولتراسونیک فرودی و منعکس شده می تواند منجر به امواج ایستاده شود. برای به وجود آمدن امواج ایستاده، فاصله سطح امیتر تا سطح بازتابنده باید مضربی از نصف طول موج باشد.

سونوگرافی

سونوگرافی- نوسانات الاستیک با فرکانس فراتر از حد شنوایی برای شخص. معمولاً محدوده اولتراسونیک فرکانس های بالاتر از 18000 هرتز در نظر گرفته می شود.

اگرچه وجود اولتراسوند برای مدت طولانی شناخته شده است، اما کاربرد عملی آن نسبتاً جوان است. امروزه سونوگرافی در روش های مختلف فیزیکی و تکنولوژیکی کاربرد فراوانی دارد. بنابراین با توجه به سرعت انتشار صوت در یک محیط، خصوصیات فیزیکی آن قضاوت می شود. اندازه‌گیری سرعت در فرکانس‌های اولتراسونیک، با خطاهای بسیار کوچک، به عنوان مثال، ویژگی‌های آدیاباتیک فرآیندهای سریع، مقادیر ظرفیت گرمایی ویژه گازها و ثابت‌های الاستیک جامدات را ممکن می‌سازد.

منابع سونوگرافی

فرکانس ارتعاشات اولتراسونیک مورد استفاده در صنعت و زیست شناسی در محدوده چند مگاهرتز قرار دارد. چنین ارتعاشاتی معمولاً با استفاده از مبدل های پیزوسرامیک باریم تیتانیت ایجاد می شوند. در مواردی که قدرت ارتعاشات اولتراسونیک اهمیت اولیه دارد، معمولا از منابع مکانیکی اولتراسوند استفاده می شود. در ابتدا، تمام امواج اولتراسونیک به صورت مکانیکی (چنگال تنظیم، سوت، آژیر) دریافت می شد.

در طبیعت، ایالات متحده هم به عنوان اجزای بسیاری از صداهای طبیعی (در سر و صدای باد، آبشار، باران، در سر و صدای سنگریزه های غلتیده شده توسط موج سواری دریا، در صداهای همراه با تخلیه رعد و برق و غیره) و در میان صداها یافت می شود. از دنیای حیوانات برخی از حیوانات از امواج مافوق صوت برای تشخیص موانع، جهت گیری در فضا استفاده می کنند.

فرستنده های اولتراسوند را می توان به دو گروه بزرگ تقسیم کرد. اولی شامل تابش‌کننده‌ها-مولدها می‌شود. نوسانات در آنها به دلیل وجود موانع در مسیر جریان ثابت - جت گاز یا مایع - برانگیخته می شود. گروه دوم ساطع کننده ها - مبدل های الکتروآکوستیک. آنها نوسانات ولتاژ یا جریان الکتریکی را به ارتعاش مکانیکی جسم جامد تبدیل می کنند که امواج صوتی را به محیط تابش می کند.

سوت گالتون

اولین سوت اولتراسونیک در سال 1883 توسط گالتون انگلیسی ساخته شد. اولتراسوند در اینجا مانند صدایی با صدای بلند روی لبه چاقو ایجاد می شود که جریانی از هوا به آن برخورد می کند. نقش چنین نوک در سوت گالتون توسط یک "لب" در یک حفره رزونانس استوانه ای کوچک بازی می شود. گاز پرفشار که از یک سیلندر توخالی عبور می کند به این "لب" برخورد می کند. نوساناتی رخ می دهد که فرکانس آن (حدود 170 کیلوهرتز است) با اندازه نازل و لب تعیین می شود. قدرت سوت گالتون کم است. این عمدتا برای دستور دادن به هنگام آموزش سگ و گربه استفاده می شود.

سوت اولتراسونیک مایع

اکثر سوت های اولتراسونیک را می توان برای کار در یک محیط مایع وفق داد. در مقایسه با منابع الکتریکی اولتراسوند، سوت های اولتراسونیک مایع قدرت کمی دارند، اما گاهی اوقات، به عنوان مثال، برای همگن سازی اولتراسونیک، مزیت قابل توجهی دارند. از آنجایی که امواج اولتراسونیک مستقیماً در یک محیط مایع ایجاد می شوند، در طول انتقال از یک محیط به رسانه دیگر، انرژی امواج مافوق صوت از بین نمی رود. شاید موفق ترین آنها طراحی سوت اولتراسونیک مایع باشد که توسط دانشمندان انگلیسی کوتل و گودمن در اوایل دهه 1950 ساخته شد. در آن، یک جریان سیال پرفشار از یک نازل بیضوی خارج شده و روی یک صفحه فولادی هدایت می شود. اصلاحات مختلف این طرح به منظور به دست آوردن رسانه های همگن کاملاً گسترده شده است. به دلیل سادگی و پایداری طراحی آنها (فقط صفحه نوسانی از بین می رود) چنین سیستم هایی بادوام و ارزان هستند.

آژیر

نوع دیگری از منابع مکانیکی اولتراسوند آژیر است. قدرت نسبتا بالایی دارد و در ماشین های پلیس و آتش نشانی استفاده می شود. تمام آژیرهای چرخشی از محفظه ای تشکیل شده است که از بالا توسط یک دیسک (استاتور) بسته شده است که تعداد زیادی سوراخ در آن ایجاد شده است. روی دیسکی که در داخل محفظه چرخانده می شود، همان تعداد سوراخ وجود دارد - روتور. هنگامی که روتور می چرخد، موقعیت سوراخ های آن به طور دوره ای با موقعیت سوراخ های روی استاتور منطبق است. هوای فشرده به طور مداوم به محفظه می رسد، که در آن لحظات کوتاهی که سوراخ های روتور و استاتور بر هم منطبق می شوند، از آن خارج می شود.

وظیفه اصلی در ساخت آژیرها، اولا ایجاد سوراخ تا حد امکان در روتور و ثانیا دستیابی به سرعت چرخش بالا است. با این حال، انجام هر دوی این الزامات در عمل بسیار دشوار است.

سونوگرافی در طبیعت

کاربرد سونوگرافی

کاربرد تشخیصی سونوگرافی در پزشکی (سونوگرافی)

با توجه به انتشار خوب اولتراسوند در بافت های نرم انسان، بی ضرر بودن نسبی آن در مقایسه با اشعه ایکس و سهولت استفاده در مقایسه با تصویربرداری تشدید مغناطیسی، سونوگرافی به طور گسترده ای برای تجسم وضعیت اندام های داخلی انسان به ویژه در حفره شکم و شکم استفاده می شود. حفره لگن

کاربردهای درمانی اولتراسوند در پزشکی

سونوگرافی علاوه بر استفاده گسترده برای اهداف تشخیصی (به اولتراسوند مراجعه کنید)، در پزشکی به عنوان یک عامل درمانی استفاده می شود.

سونوگرافی اثرات زیر را دارد:

• ضد التهاب، جاذب
• ضد درد، ضد اسپاسم
• افزایش نفوذپذیری پوست با کاویتاسیون

فونوفورزیس روشی ترکیبی است که در آن بافت ها تحت تأثیر امواج فراصوت و مواد دارویی وارد شده با آن (اعم از داروها و منشاء طبیعی) قرار می گیرند. هدایت مواد تحت عمل سونوگرافی به دلیل افزایش نفوذپذیری اپیدرم و غدد پوست، غشای سلولی و دیواره عروق برای مواد با وزن مولکولی کوچک، به ویژه یون های معدنی بیشوفیت است. راحتی فرافونوفورز داروها و مواد طبیعی:

• ماده دارویی با سونوگرافی از بین نمی رود
• هم افزایی عمل اولتراسوند و ماده درمانی

موارد مصرف اولترافونوفورز بیشوفیت: استئوآرتریت، استئوکندروز، آرتریت، بورسیت، اپیکوندیلیت، خار پاشنه، شرایط پس از آسیب های سیستم اسکلتی عضلانی. نوریت، نوروپاتی، رادیکولیت، نورالژی، آسیب عصبی.

ژل Bischofite اعمال می شود و از سطح کار امیتر برای میکروماساژ ناحیه آسیب دیده استفاده می شود. این روش ناپایدار است، برای اولترافونوفورز معمول است (با UVF مفاصل، ستون فقرات، شدت در ناحیه گردن رحم 0.2-0.4 W/cm2 است، در ناحیه سینه و کمر - 0.4-0.6 W/cm2).

برش فلز با سونوگرافی

در ماشین های برش فلز معمولی، سوراخ کردن یک سوراخ باریک به شکل پیچیده در یک قسمت فلزی، به عنوان مثال، به شکل یک ستاره پنج پر، غیرممکن است. با کمک اولتراسوند این امکان پذیر است، ویبراتور مغناطیسی می تواند سوراخ هایی به هر شکلی ایجاد کند. یک اسکنه اولتراسونیک به طور کامل جایگزین ماشین فرز می شود. در عین حال، چنین اسکنه ای بسیار ساده تر از دستگاه فرز است و پردازش قطعات فلزی با آن ارزان تر و سریعتر از دستگاه فرز است.

سونوگرافی حتی می تواند برش مارپیچ در قطعات فلزی، در شیشه، در یاقوت، در الماس انجام دهد. به طور معمول، نخ ابتدا از فلز نرم ساخته می شود و سپس قسمت سخت می شود. در دستگاه اولتراسونیک می توان رزوه ها را در فلز از قبل سخت شده و در سخت ترین آلیاژها ساخت. تمبرها هم همینطور. به طور معمول، تمبر پس از اتمام دقیق تمپر می شود. در یک دستگاه اولتراسونیک، پیچیده ترین پردازش توسط یک ساینده (سنبله، پودر کوراندوم) در زمینه موج اولتراسونیک انجام می شود. ذرات پودر جامد که به طور مداوم در زمینه امواج فراصوت در حال نوسان هستند، در آلیاژ در حال پردازش بریده می شوند و سوراخی به همان شکل اسکنه ایجاد می کنند.

تهیه مخلوط با استفاده از سونوگرافی

سونوگرافی به طور گسترده ای برای تهیه مخلوط های همگن (همگن سازی) استفاده می شود. در سال 1927، دانشمندان آمریکایی لیموس و وود کشف کردند که اگر دو مایع غیرقابل اختلاط (مثلاً روغن و آب) در یک لیوان ریخته شوند و تحت تابش امواج مافوق صوت قرار گیرند، آنگاه امولسیونی در ظرف تشکیل می‌شود، یعنی یک سوسپانسیون ریز. روغن در آب چنین امولسیونی نقش مهمی در صنعت ایفا می کند: لاک ها، رنگ ها، محصولات دارویی و لوازم آرایشی.

استفاده از سونوگرافی در زیست شناسی

توانایی فراصوت برای شکستن غشای سلولی در تحقیقات بیولوژیکی کاربرد پیدا کرده است، به عنوان مثال، در صورت لزوم، برای جدا کردن سلول از آنزیم ها. سونوگرافی همچنین برای تخریب ساختارهای درون سلولی مانند میتوکندری و کلروپلاست به منظور بررسی رابطه بین ساختار و عملکرد آنها استفاده می شود. یکی دیگر از کاربردهای اولتراسوند در زیست شناسی به توانایی آن در القای جهش مربوط می شود. مطالعات انجام شده در آکسفورد نشان داده است که حتی سونوگرافی با شدت کم نیز می تواند به مولکول DNA آسیب برساند. ایجاد هدفمند مصنوعی جهش نقش مهمی در اصلاح نباتات دارد. مزیت اصلی اولتراسوند نسبت به سایر جهش زاها (اشعه ایکس، اشعه ماوراء بنفش) این است که کار با آن بسیار آسان است.

استفاده از سونوگرافی برای تمیز کردن

استفاده از اولتراسوند برای تمیز کردن مکانیکی بر اساس وقوع اثرات غیرخطی مختلف در مایع تحت تأثیر آن است. اینها عبارتند از کاویتاسیون، جریان های صوتی، فشار صوت. نقش اصلی توسط کاویتاسیون ایفا می شود. حباب های آن که در نزدیکی آلودگی به وجود می آیند و فرو می ریزند، آنها را از بین می برند. این اثر به عنوان شناخته شده است فرسایش حفره ای. سونوگرافی مورد استفاده برای این اهداف فرکانس پایین و افزایش قدرت دارد.

در شرایط آزمایشگاهی و تولیدی برای شستن قطعات و ظروف کوچک از حمام اولتراسونیک پر شده با حلال (آب، الکل و ...) استفاده می شود. گاهی اوقات با کمک آنها، حتی محصولات ریشه (سیب زمینی، هویج، چغندر و غیره) از ذرات زمین شسته می شوند.

کاربرد اولتراسوند در اندازه گیری جریان

از دهه 60 قرن گذشته، فلومتر اولتراسونیک در صنعت برای کنترل جریان و محاسبه آب و خنک کننده استفاده شده است.

استفاده از سونوگرافی در تشخیص عیب

سونوگرافی در برخی از مواد به خوبی منتشر می شود که استفاده از آن را برای تشخیص عیب اولتراسونیک محصولات ساخته شده از این مواد ممکن می کند. اخیراً جهت میکروسکوپ اولتراسونیک توسعه یافته است که امکان مطالعه لایه زیرسطحی یک ماده با وضوح خوب را فراهم می کند.

جوشکاری اولتراسونیک

جوشکاری اولتراسونیک - جوشکاری تحت فشار که تحت تأثیر ارتعاشات اولتراسونیک انجام می شود. این نوع جوش برای اتصال قطعاتی که حرارت دادن آنها دشوار است یا هنگام اتصال فلزات یا فلزات نامشابه با لایه های اکسید قوی (آلومینیوم، فولادهای ضد زنگ، هسته های مغناطیسی دائمی و غیره) استفاده می شود. این در تولید مدارهای مجتمع استفاده می شود.

دایره المعارف روسی حمایت از کار

امواج الاستیک با فرکانس تقریبا. (1.5 2) 104 هرتز (15 20 کیلوهرتز) تا 109 هرتز (1 گیگاهرتز). محدوده فرکانس U. از 109 تا 1012 1013 هرتز نامیده می شود. ماوراء صوت. محدوده فرکانس U. به راحتی به سه محدوده تقسیم می شود: U. فرکانس های پایین (1.5 104 105 هرتز)، U. ... ... دایره المعارف فیزیکی

امواج فراصوت، امواج الاستیک غیرقابل شنیدن برای گوش انسان، که فرکانس آن بیش از 20 کیلوهرتز است. اولتراسوند در سر و صدای باد و دریا وجود دارد، توسط تعدادی از حیوانات (خفاش ها، دلفین ها، ماهی ها، حشرات و غیره) منتشر و درک می شود، در سر و صدا وجود دارد ... ... دایره المعارف مدرن

امواج الاستیکی که برای گوش انسان قابل شنیدن نیست و فرکانس آنها بیش از 20 کیلوهرتز است. سونوگرافی که در سر و صدای باد و دریا وجود دارد، توسط تعدادی از حیوانات (خفاش، ماهی، حشرات و غیره) منتشر و درک می شود، در سر و صدای ماشین ها وجود دارد. مورد استفاده در…… فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ

امواج الاستیک با فرکانس نوسان از 20 کیلوهرتز تا 1 گیگاهرتز. مهمترین زمینه های کاربرد اولتراسوند عبارتند از سونار، سونار، ناوبری، سلاح های خانگی، تحقیقات در اعماق دریا و ... EdwART. دیکشنری توضیحی دریایی، 2010 ... دیکشنری دریایی

سونوگرافی- ارتعاشات و امواج الاستیک با فرکانس های بالاتر از محدوده شنوایی انسان ...

قرن بیست و یکم قرن الکترونیک رادیویی، اتم، اکتشاف فضا و اولتراسوند است. علم اولتراسوند امروزه نسبتاً جوان است. در پایان قرن نوزدهم، P. N. Lebedev، فیزیولوژیست روسی، اولین مطالعات خود را انجام داد. پس از آن، بسیاری از دانشمندان برجسته شروع به مطالعه اولتراسوند کردند.

سونوگرافی چیست؟

اولتراسوند یک حرکت نوسانی موجی است که ذرات محیط ایجاد می کنند. این ویژگی های خاص خود را دارد که در آن با صداهای محدوده قابل شنیدن تفاوت دارد. به دست آوردن تابش هدایت شده در محدوده اولتراسونیک نسبتا آسان است. علاوه بر این، فوکوس خوبی دارد و در نتیجه شدت نوسانات ایجاد شده افزایش می یابد. هنگام تکثیر در جامدات، مایعات و گازها، امواج فراصوت پدیده‌های جالبی را پدید می‌آورند که در بسیاری از زمینه‌های فناوری و علم کاربرد عملی یافته‌اند. سونوگرافی همین است که امروزه نقش آن در عرصه های مختلف زندگی بسیار زیاد است.

نقش اولتراسوند در علم و عمل

در سال‌های اخیر، سونوگرافی نقش مهمی را در تحقیقات علمی بازی می‌کند. مطالعات تجربی و نظری در زمینه جریان های صوتی و کاویتاسیون اولتراسونیک با موفقیت انجام شد، که به دانشمندان اجازه داد تا فرآیندهای تکنولوژیکی را توسعه دهند که هنگام قرار گرفتن در معرض اولتراسوند در فاز مایع رخ می دهد. این یک روش قدرتمند برای مطالعه پدیده های مختلف در زمینه دانش مانند فیزیک است. از اولتراسوند، به عنوان مثال، در فیزیک نیمه هادی ها و حالت جامد استفاده می شود. امروزه شاخه جداگانه ای از شیمی به نام «شیمی فراصوت» در حال شکل گیری است. کاربرد آن باعث تسریع بسیاری از فرآیندهای شیمیایی-تکنولوژیکی می شود. آکوستیک مولکولی نیز متولد شد - شاخه جدیدی از آکوستیک که برهمکنش مولکولی با ماده را مطالعه می کند. حوزه های جدیدی از کاربرد اولتراسوند ظاهر شد: هولوگرافی، اینتروسکوپی، آکوستوالکترونیک، اندازه گیری فاز اولتراسونیک، آکوستیک کوانتومی.

علاوه بر کارهای تجربی و نظری در این زمینه، امروزه کارهای عملی زیادی انجام شده است. ماشین آلات اولتراسونیک ویژه و جهانی، تاسیساتی که تحت فشار استاتیکی افزایش یافته کار می کنند و غیره توسعه داده شده است.تاسیسات اولتراسونیک اتوماتیک موجود در خطوط تولید وارد تولید شده است که می تواند بهره وری نیروی کار را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.

اطلاعات بیشتر در مورد سونوگرافی

بیایید بیشتر در مورد اینکه سونوگرافی چیست صحبت کنیم. قبلاً گفتیم که این امواج الاستیک هستند و فراصوت بیش از 15-20 کیلوهرتز است. ویژگی های ذهنی شنوایی ما حد پایین فرکانس های اولتراسونیک را تعیین می کند که آن را از فرکانس صدای قابل شنیدن جدا می کند. بنابراین، این مرز مشروط است و هر یک از ما به طور متفاوتی سونوگرافی را تعریف می کنیم. حد بالایی با امواج الاستیک، ماهیت فیزیکی آنها نشان داده شده است. آنها فقط در یک محیط مادی منتشر می شوند، یعنی طول موج باید به طور قابل توجهی بیشتر از میانگین مسیر آزاد مولکول های موجود در گاز یا فواصل بین اتمی در جامدات و مایعات باشد. در فشار معمولی در گازها، حد بالایی فرکانس های اولتراسونیک 10 9 هرتز و در جامدات و مایعات - 10 12 -10 13 هرتز است.

منابع سونوگرافی

اولتراسوند در طبیعت هم به عنوان جزئی از بسیاری از صداهای طبیعی (آبشار، باد، باران، سنگریزه های غلتیده شده توسط موج سواری، و همچنین در صداهای همراه با تخلیه رعد و برق و غیره) و به عنوان بخشی جدایی ناپذیر از دنیای حیوانات یافت می شود. برخی از گونه های حیوانات از آن برای جهت یابی در فضا، تشخیص موانع استفاده می کنند. همچنین مشخص است که دلفین ها در طبیعت از امواج فراصوت (عمدتاً فرکانس های 80 تا 100 کیلوهرتز) استفاده می کنند. در این حالت، قدرت سیگنال های مکان یابی ساطع شده توسط آنها می تواند بسیار زیاد باشد. دلفین‌ها می‌توانند دسته‌هایی از ماهی‌ها را تا فاصله یک کیلومتری از خود تشخیص دهند.

انتشار دهنده ها (منابع) اولتراسوند به 2 گروه بزرگ تقسیم می شوند. اولین مورد ژنراتورهایی است که در آنها به دلیل وجود موانعی که در آنها در مسیر جریان ثابت نصب شده است - یک جت مایع یا گاز، نوسانات برانگیخته می شوند. گروه دوم، که منابع اولتراسوند را می توان در آنها ترکیب کرد، مبدل های الکتروآکوستیک هستند که نوسانات جریان یا ولتاژ الکتریکی داده شده را به یک ارتعاش مکانیکی تبدیل می کنند که توسط یک جسم جامد انجام می شود که امواج صوتی را به محیط تابش می کند.

گیرنده های اولتراسوند

در گیرنده های متوسط ​​و اولتراسونیک، مبدل های الکتروآکوستیک اغلب از نوع پیزوالکتریک هستند. آنها می توانند شکل سیگنال صوتی دریافتی را که به صورت وابستگی زمانی فشار صدا نشان داده می شود، بازتولید کنند. بسته به شرایط کاربردی که در نظر گرفته شده اند، دستگاه ها می توانند پهن باند یا رزونانس باشند. گیرنده های حرارتی برای به دست آوردن مشخصه های میدان صوتی متوسط ​​زمان استفاده می شوند. آنها ترمیستورها یا ترموکوپل هایی هستند که با یک ماده جاذب صدا پوشیده شده اند. فشار و شدت صوت را نیز می توان با روش های نوری مانند پراش نور به وسیله سونوگرافی تخمین زد.

سونوگرافی کجا استفاده می شود؟

زمینه های زیادی از کاربرد آن وجود دارد، در حالی که از ویژگی های مختلف اولتراسوند استفاده می شود. این مناطق را می توان به طور تقریبی به سه حوزه تقسیم کرد. اولین آنها با به دست آوردن اطلاعات مختلف از طریق امواج اولتراسونیک مرتبط است. جهت دوم تأثیر فعال آن بر ماده است. و سوم با انتقال و پردازش سیگنال ها مرتبط است. ایالات متحده خاص در هر مورد استفاده می شود. ما فقط چند مورد از بسیاری از زمینه هایی را که در آنها کاربرد پیدا کرده است، پوشش خواهیم داد.

تمیز کردن اولتراسونیک

کیفیت چنین تمیزکاری را نمی توان با روش های دیگر مقایسه کرد. به عنوان مثال، هنگام شستشوی قطعات، تا 80٪ از آلاینده ها روی سطح آنها باقی می مانند، حدود 55٪ - با تمیز کردن ارتعاش، حدود 20٪ - با تمیز کردن دستی، و با تمیز کردن اولتراسونیک، بیش از 0.5٪ از آلاینده ها باقی نمی مانند. جزئیاتی که شکل پیچیده ای دارند فقط با کمک اولتراسوند به خوبی تمیز می شوند. مزیت مهم استفاده از آن بهره وری بالا و همچنین هزینه کم کار فیزیکی است. علاوه بر این، می توان حلال های آلی گران قیمت و قابل اشتعال را با محلول های آبی ارزان و ایمن جایگزین کرد، از فریون مایع و غیره استفاده کرد.

یک مشکل جدی آلودگی هوا با دوده، دود، گرد و غبار، اکسیدهای فلزی و ... می باشد که بدون توجه به رطوبت و دمای محیط می توانید از روش اولتراسونیک برای تمیز کردن هوا و گاز در خروجی های گاز استفاده کنید. اگر یک فرستنده اولتراسونیک در یک محفظه ته نشینی گرد و غبار قرار گیرد، کارایی آن صدها برابر افزایش می یابد. جوهر چنین تطهیر چیست؟ ذرات گرد و غبار که به طور تصادفی در هوا حرکت می کنند، قوی تر و اغلب تحت تأثیر ارتعاشات اولتراسونیک به یکدیگر برخورد می کنند. در همان زمان، اندازه آنها به دلیل ادغام آنها افزایش می یابد. انعقاد فرآیند بزرگ شدن ذرات است. انباشت وزن و بزرگ شده آنها توسط فیلترهای مخصوص گرفته می شود.

ماشینکاری مواد شکننده و فوق سخت

اگر بین قطعه کار و سطح کار ابزاری که از امواج فراصوت استفاده می کند وارد شوید، ذرات ماده ساینده در حین کار امیتر روی سطح این قطعه تأثیر می گذارد. در این حالت، مواد از بین می‌روند و از بین می‌روند و تحت پردازش انواع ضربه‌های ریز جهت‌دار قرار می‌گیرند. سینماتیک پردازش شامل حرکت اصلی - برش است، یعنی ارتعاشات طولی ایجاد شده توسط ابزار، و کمکی - حرکت تغذیه ای که دستگاه انجام می دهد.

سونوگرافی می تواند کارهای مختلفی را انجام دهد. برای دانه های ساینده، منبع انرژی ارتعاشات طولی است. آنها مواد پردازش شده را از بین می برند. حرکت تغذیه (کمکی) می تواند دایره ای، عرضی و طولی باشد. پردازش اولتراسونیک دقت بالایی دارد. بسته به اندازه دانه ساینده، از 50 تا 1 میکرون متغیر است. با استفاده از ابزارهایی با اشکال مختلف، می توانید نه تنها سوراخ ها، بلکه برش های پیچیده، تبرهای منحنی، حکاکی، آسیاب، ساخت ماتریس و حتی سوراخ کردن الماس ایجاد کنید. مواد مورد استفاده به عنوان ساینده عبارتند از: کوراندوم، الماس، ماسه کوارتز، سنگ چخماق.

سونوگرافی در رادیو الکترونیک

سونوگرافی در مهندسی اغلب در زمینه الکترونیک رادیویی استفاده می شود. در این ناحیه، اغلب نیاز به تأخیر در یک سیگنال الکتریکی نسبت به سیگنال دیگری است. دانشمندان با پیشنهاد استفاده از خطوط تاخیر اولتراسونیک (به اختصار LZ) راه حل خوبی پیدا کرده اند. عمل آنها بر اساس این واقعیت است که تکانه های الکتریکی به اولتراسونیک تبدیل می شوند، چگونه این اتفاق می افتد؟ واقعیت این است که سرعت اولتراسوند به طور قابل توجهی کمتر از سرعت توسعه یافته است. ضربه ولتاژ پس از تبدیل معکوس به نوسانات مکانیکی الکتریکی در خروجی خط نسبت به ضربه ورودی به تاخیر می افتد.

مبدل های پیزوالکتریک و مغناطیسی برای تبدیل ارتعاشات الکتریکی به مکانیکی و بالعکس استفاده می شوند. LZ به ترتیب به دو دسته پیزوالکتریک و مغناطیسی تقسیم می شوند.

سونوگرافی در پزشکی

انواع مختلفی از سونوگرافی برای تأثیرگذاری بر موجودات زنده استفاده می شود. در عمل پزشکی، استفاده از آن در حال حاضر بسیار محبوب است. این بر اساس اثراتی است که در بافت های بیولوژیکی هنگام عبور سونوگرافی از آنها ایجاد می شود. امواج باعث ایجاد نوسانات در ذرات محیط می شود که نوعی میکروماساژ بافت ایجاد می کند. و جذب اولتراسوند منجر به گرم شدن موضعی آنها می شود. در همان زمان، دگرگونی های فیزیکوشیمیایی خاصی در محیط های بیولوژیکی رخ می دهد. این پدیده ها در صورت شدت صوت متوسط ​​صدمات جبران ناپذیری ایجاد نمی کنند. آنها فقط متابولیسم را بهبود می بخشند و بنابراین به فعالیت حیاتی بدن در معرض آنها کمک می کنند. چنین پدیده هایی در درمان اولتراسوند استفاده می شود.

سونوگرافی در جراحی

کاویتاسیون و حرارت قوی در شدت های بالا منجر به تخریب بافت می شود. این اثر امروزه در جراحی استفاده می شود. اولتراسوند متمرکز برای عملیات جراحی استفاده می شود، که امکان تخریب موضعی در عمیق ترین ساختارها (به عنوان مثال، مغز) را بدون آسیب رساندن به ساختارهای اطراف فراهم می کند. در جراحی از ابزار اولتراسونیک نیز استفاده می شود که در آن انتهای کار شبیه سوهان، چاقوی جراحی، سوزن است. ارتعاشات تحمیل شده بر آنها کیفیت های جدیدی به این سازها می بخشد. نیروی مورد نیاز به طور قابل توجهی کاهش می یابد، بنابراین، آسیب ناشی از عمل کاهش می یابد. علاوه بر این، یک اثر ضد درد و هموستاتیک آشکار می شود. ضربه با ابزار بلانت با استفاده از سونوگرافی برای از بین بردن انواع خاصی از نئوپلاسم هایی که در بدن ظاهر شده اند استفاده می شود.

ضربه بر بافت های بیولوژیکی برای از بین بردن میکروارگانیسم ها انجام می شود و در فرآیندهای استریل کردن داروها و ابزار پزشکی استفاده می شود.

معاینه اندام های داخلی

اساساً ما در مورد مطالعه حفره شکم صحبت می کنیم. برای این منظور از دستگاه مخصوص استفاده می شود. از سونوگرافی می توان برای یافتن و تشخیص ناهنجاری های مختلف بافتی و تشریحی استفاده کرد. کار اغلب به شرح زیر است: مشکوک به تشکیل بدخیم وجود دارد و لازم است آن را از یک سازند خوش خیم یا عفونی تشخیص دهید.

سونوگرافی در معاینه کبد و سایر کارهایی که شامل تشخیص انسداد و بیماری های مجاری صفراوی و همچنین بررسی کیسه صفرا برای تشخیص وجود سنگ و سایر آسیب شناسی ها در آن می شود، مفید است. علاوه بر این، ممکن است از آزمایش سیروز و سایر بیماری های خوش خیم کبدی استفاده شود.

در زمینه زنان و زایمان، به ویژه در تجزیه و تحلیل تخمدان ها و رحم، استفاده از سونوگرافی از دیرباز جهت اصلی بوده است که در آن با موفقیت خاصی انجام می شود. اغلب، تمایز سازندهای خوش خیم و بدخیم نیز در اینجا مورد نیاز است که معمولاً به بهترین کنتراست و وضوح فضایی نیاز دارد. نتیجه گیری های مشابه می تواند در مطالعه بسیاری از اندام های داخلی دیگر مفید باشد.

کاربرد سونوگرافی در دندانپزشکی

سونوگرافی به دندانپزشکی نیز راه یافته است، جایی که از آن برای از بین بردن تارتار استفاده می شود. این به شما امکان می دهد تا پلاک و سنگ را به سرعت، بدون خون و بدون درد از بین ببرید. در این مورد، مخاط دهان آسیب نمی بیند، و "جیب" حفره ضد عفونی می شود. به جای درد، بیمار احساس گرما می کند.

اگر جسمی در یک محیط الاستیک سریعتر از زمانی که محیط در اطراف آن جریان دارد نوسان کند، با حرکت خود محیط را فشرده یا کمیاب می کند. لایه های فشار بالا و پایین از جسم در حال نوسان در همه جهات پراکنده شده و امواج صوتی را تشکیل می دهند. اگر ارتعاشات بدنی که موج ایجاد می کند کمتر از 16 بار در ثانیه و بیش از 18 هزار بار در ثانیه به دنبال یکدیگر بیفتند، گوش انسان آنها را می شنود.

فرکانس‌های 16 تا 18000 هرتز که سمعک انسان قادر به درک آن است، معمولاً صدا نامیده می‌شود، مثلاً صدای جیر جیر پشه 10 کیلوهرتز. اما هوا، اعماق دریاها و روده های زمین مملو از صداهایی است که در زیر و بالای این محدوده قرار دارند - مادون و فراصوت. در طبیعت، اولتراسوند به عنوان جزئی از بسیاری از صداهای طبیعی یافت می شود: در سر و صدای باد، آبشار، باران، سنگریزه های دریا که توسط موج سواری غلت می زنند، در تخلیه رعد و برق. بسیاری از پستانداران مانند گربه ها و سگ ها توانایی درک فراصوت با فرکانس 100 کیلوهرتز را دارند و توانایی های مکان یابی خفاش ها، حشرات شبانه و حیوانات دریایی برای همه شناخته شده است. وجود صداهای نامفهوم با توسعه آکوستیک در پایان قرن نوزدهم کشف شد. در همان زمان، اولین مطالعات اولتراسوند آغاز شد، اما پایه های کاربرد آن تنها در یک سوم اول قرن بیستم گذاشته شد.

حد پایین محدوده اولتراسونیک ارتعاشات الاستیک با فرکانس 18 کیلوهرتز نامیده می شود. حد بالایی امواج اولتراسوند توسط ماهیت امواج الاستیک تعیین می شود که تنها در شرایطی می توانند منتشر شوند که طول موج بسیار بیشتر از میانگین مسیر آزاد مولکول ها (در گازها) یا فواصل بین اتمی (در مایعات و گازها) باشد. در گازها، حد بالایی »106 کیلوهرتز، در مایعات و جامدات »1010 کیلوهرتز است. به عنوان یک قاعده، فرکانس تا 106 کیلوهرتز فراصوت نامیده می شود. فرکانس های بالاتر فراصوت نامیده می شود.

امواج مافوق صوت طبیعتاً با امواج محدوده شنیداری تفاوتی ندارند و از قوانین فیزیکی یکسانی تبعیت می کنند. اما سونوگرافی دارای ویژگی های خاصی است که کاربرد گسترده آن در علم و فناوری را مشخص کرده است. در اینجا موارد اصلی وجود دارد:

• طول موج کوچک. برای کمترین محدوده اولتراسونیک، طول موج در اکثر رسانه ها از چند سانتی متر تجاوز نمی کند. طول موج کوتاه ماهیت پرتوی انتشار امواج اولتراسونیک را تعیین می کند. در نزدیکی امیتر، اولتراسوند به شکل پرتوهایی نزدیک به اندازه امیتر منتشر می شود. با برخورد ناهمگونی ها در محیط، پرتو اولتراسونیک مانند یک پرتو نور رفتار می کند، بازتاب، انکسار، پراکندگی را تجربه می کند، که امکان تشکیل تصاویر صوتی را در رسانه های نوری مات با استفاده از جلوه های صرفا نوری (فوکوس، پراش و غیره) فراهم می کند.
• دوره کوچکی از نوسانات، که امکان انتشار اولتراسوند را به شکل پالس و انجام انتخاب زمانی دقیق سیگنال های انتشار در محیط فراهم می کند.
• امکان به دست آوردن مقادیر بالای انرژی ارتعاش در دامنه کم، زیرا انرژی نوسانات متناسب با مجذور فرکانس است. این امکان ایجاد پرتوها و میدان های اولتراسونیک با سطح انرژی بالا را بدون نیاز به تجهیزات بزرگ فراهم می کند.
• جریان های صوتی قابل توجهی در میدان اولتراسونیک ایجاد می شود. بنابراین، تأثیر امواج فراصوت بر محیط زیست اثرات خاصی را ایجاد می کند: فیزیکی، شیمیایی، بیولوژیکی و پزشکی. مانند کاویتاسیون، اثر مویرگی صدا، پراکندگی، امولسیون، گاز زدایی، ضد عفونی، گرمایش موضعی و بسیاری دیگر.
• سونوگرافی قابل شنیدن نیست و برای پرسنل عملیات ناراحتی ایجاد نمی کند.

تاریخچه سونوگرافی. چه کسی سونوگرافی را کشف کرد

توجه به آکوستیک ناشی از نیازهای نیروی دریایی قدرت های پیشرو - انگلیس و فرانسه بود، زیرا. آکوستیک - تنها نوع سیگنالی است که می تواند در آب حرکت کند. در سال 1826 کولادون دانشمند فرانسویسرعت صوت در آب را تعیین کرد. آزمایش کولادون را تولد هیدروآکوستیک مدرن می دانند. برخورد ناقوس زیر آب در دریاچه ژنو با اشتعال همزمان باروت اتفاق افتاد. فلاش باروت توسط کولادون در فاصله 10 مایلی مشاهده شد. او همچنین صدای زنگ را از طریق لوله شنوایی زیر آب شنید. کولادون با اندازه گیری فاصله زمانی بین این دو رویداد، سرعت صوت را 1435 متر بر ثانیه محاسبه کرد. تفاوت با محاسبات مدرن تنها 3 متر بر ثانیه است.

در سال 1838، در ایالات متحده، برای اولین بار از صدا برای تعیین نیمرخ بستر دریا برای کشیدن کابل تلگراف استفاده شد. منبع صدا، مانند آزمایش کولادون، زنگی بود که زیر آب به صدا در می آمد و گیرنده لوله های شنوایی بزرگی بود که از روی کشتی فرود آمد. نتایج آزمایش ناامید کننده بود. صدای زنگ (در واقع مانند انفجار فشنگ های پودر در آب) پژواک بسیار ضعیفی داد که در میان صداهای دیگر دریا تقریباً نامشخص بود. باید به منطقه فرکانس های بالاتر رفت که امکان ایجاد پرتوهای صوتی هدایت شده را فراهم می کرد.

اولین ژنراتور اولتراسوندساخته شده در سال 1883 توسط یک انگلیسی فرانسیس گالتون. سونوگرافی مانند یک سوت بر روی لبه چاقو ایجاد می شود اگر روی آن ضربه بزنید. نقش چنین نقطه ای در سوت گالتون را یک استوانه با لبه های تیز بازی می کرد. هوا یا گاز دیگری که تحت فشار از طریق یک نازل حلقوی با قطری برابر با لبه سیلندر خارج می شود، در مقابل لبه قرار می گیرد و نوسانات با فرکانس بالا رخ می دهد. با دمیدن سوت با هیدروژن، نوسانات تا 170 کیلوهرتز امکان پذیر بود.

در سال 1880 پیر و ژاک کورییک کشف قاطع برای فناوری اولتراسونیک انجام داد. برادران کوری متوجه شدند که وقتی فشار بر کریستال‌های کوارتز اعمال می‌شود، بار الکتریکی ایجاد می‌شود که مستقیماً با نیروی وارد شده به کریستال متناسب است. این پدیده را «پیزوالکتریک» از کلمه یونانی به معنای «فشار دادن» نامیده‌اند. علاوه بر این، آنها یک اثر پیزوالکتریک معکوس را نشان دادند، که زمانی رخ می دهد که یک پتانسیل الکتریکی به سرعت در حال تغییر به یک کریستال اعمال می شود و باعث ارتعاش آن می شود. از این پس، از نظر فنی امکان ساخت امیترها و گیرنده های اولتراسوند با اندازه کوچک فراهم شد.

مرگ تایتانیک در اثر برخورد با کوه یخ، نیاز به مبارزه با یک سلاح جدید - زیردریایی ها مستلزم توسعه سریع هیدروآکوستیک اولتراسونیک بود. در سال 1914، فیزیکدان فرانسوی پل لانگوینآنها به همراه یک دانشمند مهاجر روسی با استعداد، کنستانتین واسیلیویچ شیلوفسکی، ابتدا یک سونار متشکل از یک فرستنده اولتراسوند و یک هیدروفون - گیرنده ارتعاشات مافوق صوت، بر اساس اثر پیزوالکتریک ساختند. ردیاب آوایی Langevin - Shilovsky، اولین دستگاه اولتراسونیک بوددر عمل اعمال شود. در همان زمان، دانشمند روسی S.Ya.Sokolov اصول تشخیص عیب اولتراسونیک را در صنعت توسعه داد. در سال 1937، کارل دوسیک، روانپزشک آلمانی، همراه با برادرش فردریش، فیزیکدان، برای اولین بار از امواج فراصوت برای تشخیص تومورهای مغزی استفاده کردند، اما نتایجی که به دست آوردند قابل اعتماد نبود. در عمل پزشکی، اولتراسوند اولین بار تنها در دهه 50 قرن بیستم در ایالات متحده مورد استفاده قرار گرفت.

دریافت سونوگرافی

فرستنده های اولتراسوند را می توان به دو گروه بزرگ تقسیم کرد:

1) نوسانات توسط موانع موجود در مسیر یک جت گاز یا مایع یا با قطع شدن یک جت گاز یا مایع تحریک می شوند. آنها به مقدار محدود، عمدتاً برای به دست آوردن سونوگرافی قدرتمند در یک محیط گازی استفاده می شوند.

2) نوسانات با تبدیل به جریان مکانیکی یا نوسانات ولتاژ تحریک می شوند. اکثر دستگاه های اولتراسونیک از تابش کننده های این گروه استفاده می کنند: مبدل های پیزوالکتریک و مغناطیسی.

علاوه بر مبدل های مبتنی بر اثر پیزوالکتریک، مبدل های مغناطیسی برای به دست آوردن یک پرتو اولتراسونیک قدرتمند استفاده می شود. انقباض مغناطیسی تغییر در اندازه اجسام در هنگام تغییر حالت مغناطیسی آنها است. یک هسته ساخته شده از یک ماده مغناطیسی که در یک سیم پیچ رسانا قرار می گیرد، طول خود را مطابق با شکل سیگنال جریان عبوری از سیم پیچ تغییر می دهد. این پدیده که در سال 1842 توسط جیمز ژول کشف شد، مشخصه فرومغناطیس ها و فریت ها است. متداول ترین مواد مغناطیسی مورد استفاده آلیاژهای مبتنی بر نیکل، کبالت، آهن و آلومینیوم هستند. بالاترین شدت تشعشع مافوق صوت را می توان با آلیاژ پرمندور (49% Co، 2% V، بقیه Fe) بدست آورد که در ساطع کننده های قدرتمند اولتراسونیک استفاده می شود. به طور خاص، در، تولید شده توسط شرکت ما.

استفاده از سونوگرافی.

کاربردهای مختلف سونوگرافی را می توان به سه حوزه تقسیم کرد:

• کسب اطلاعات در مورد یک ماده
• اثر روی ماده
• پردازش و انتقال سیگنال

وابستگی سرعت انتشار و تضعیف امواج صوتی به خواص ماده و فرآیندهای رخ داده در آنها در چنین مطالعاتی مورد استفاده قرار می گیرد:

• مطالعه فرآیندهای مولکولی در گازها، مایعات و پلیمرها
• مطالعه ساختار بلورها و سایر جامدات
• کنترل سیر واکنش های شیمیایی، انتقال فاز، پلیمریزاسیون و غیره
• تعیین غلظت محلول ها
• تعیین ویژگی های مقاومت و ترکیب مواد
• تعیین وجود ناخالصی
• تعیین سرعت جریان مایع و گاز

اطلاعات مربوط به ساختار مولکولی یک ماده با اندازه گیری سرعت و ضریب جذب صوت در آن ارائه می شود. این امکان اندازه گیری غلظت محلول ها و سوسپانسیون ها در خمیرها و مایعات، کنترل روند استخراج، پلیمریزاسیون، پیری و سینتیک واکنش های شیمیایی را فراهم می کند. دقت تعیین ترکیب مواد و وجود ناخالصی توسط سونوگرافی بسیار بالا و به کسری از درصد می رسد.

اندازه گیری سرعت صوت در جامدات به شما امکان می دهد تا ویژگی های الاستیک و استحکام مواد ساختاری را تعیین کنید. چنین روش غیر مستقیم برای تعیین استحکام به دلیل سادگی و امکان استفاده از آن در شرایط واقعی راحت است.

آنالایزرهای گاز اولتراسونیک بر تجمع ناخالصی های خطرناک نظارت می کنند. وابستگی سرعت اولتراسونیک به دما برای دماسنجی غیر تماسی گازها و مایعات استفاده می شود.

فلومترهای اولتراسونیک که بر روی اثر داپلر کار می کنند بر اساس اندازه گیری سرعت صوت در مایعات و گازهای متحرک از جمله موارد ناهمگن (امولسیون ها، سوسپانسیون ها، خمیرها) هستند. دستگاه مشابهی برای تعیین میزان و جریان خون در مطالعات بالینی استفاده می شود.

گروه بزرگی از روش‌های اندازه‌گیری مبتنی بر بازتاب و پراکندگی امواج اولتراسوند در مرزهای بین رسانه‌ها هستند. این روش ها به شما امکان می دهد اجسام خارجی را به طور دقیق در محیط پیدا کنید و در مناطقی مانند:

• ردیاب آوایی
• تست غیر مخرب و تشخیص عیب
• تشخیص پزشکی
• تعیین سطح مایعات و جامدات حجیم در ظروف در بسته
• اندازه محصول
• تجسم میدان های صوتی - دید صدا و هولوگرافی آکوستیک

انعکاس، شکست و امکان تمرکز اولتراسوند در تشخیص نقص اولتراسونیک، در میکروسکوپ‌های صوتی اولتراسونیک، در تشخیص‌های پزشکی، برای مطالعه ماکروهمگنی‌های یک ماده استفاده می‌شود. وجود ناهمگنی ها و مختصات آنها توسط سیگنال های منعکس شده یا ساختار سایه تعیین می شود.

روش های اندازه گیری مبتنی بر وابستگی پارامترهای یک سیستم نوسانی تشدید کننده به خواص محیط بارگذاری کننده آن (امپدانس) برای اندازه گیری مداوم ویسکوزیته و چگالی مایعات، برای اندازه گیری ضخامت قطعاتی که فقط از یک دستگاه قابل دسترسی هستند استفاده می شود. سمت. همین اصل زیربنای سختی سنج های اولتراسونیک، سطح سنج ها، نشانگرهای سطح است. مزایای روش های تست اولتراسونیک: زمان اندازه گیری کوتاه، توانایی کنترل مواد منفجره، تهاجمی و سمی، عدم تاثیر ابزار بر محیط و فرآیندهای کنترل شده.

تاثیر سونوگرافی بر روی ماده

تأثیر سونوگرافی بر روی یک ماده که منجر به تغییرات غیرقابل برگشت در آن می شود، به طور گسترده در صنعت استفاده می شود. در عین حال، مکانیسم های عمل اولتراسوند برای رسانه های مختلف متفاوت است. در گازها، عامل اصلی عمل جریان های صوتی است که فرآیندهای انتقال گرما و جرم را تسریع می کند. علاوه بر این، راندمان اختلاط اولتراسونیک بسیار بالاتر از اختلاط هیدرودینامیکی معمولی است، زیرا لایه مرزی ضخامت کمتری دارد و در نتیجه دما یا گرادیان غلظت بیشتری دارد. این اثر در فرآیندهایی مانند:

• خشک کردن اولتراسونیک
• احتراق در میدان اولتراسونیک
• انعقاد آئروسل

در پردازش اولتراسونیک مایعات، عامل اصلی عامل است کاویتاسیون . فرآیندهای تکنولوژیکی زیر بر اساس اثر کاویتاسیون است:

• تمیز کردن اولتراسونیک
• آبکاری و لحیم کاری
• اثر مویرگی صدا - نفوذ مایعات به کوچکترین منافذ و ترک ها. برای اشباع مواد متخلخل استفاده می شود و در هر عملیات اولتراسونیک جامدات در مایعات انجام می شود.
• تبلور
• تشدید فرآیندهای الکتروشیمیایی
• تولید آئروسل
• از بین بردن میکروارگانیسم ها و عقیم سازی اولتراسونیک ابزار

جریان های صوتی- یکی از مکانیسم های اصلی اثر اولتراسوند بر روی یک ماده. این به دلیل جذب انرژی مافوق صوت در ماده و در لایه مرزی است. تفاوت جریان های صوتی با جریان های هیدرودینامیکی در ضخامت کم لایه مرزی و امکان نازک شدن آن با افزایش فرکانس نوسان است. این منجر به کاهش ضخامت لایه مرزی دما یا غلظت و افزایش دما یا گرادیان غلظت می شود که سرعت انتقال گرما یا جرم را تعیین می کند. این به تسریع احتراق، خشک کردن، اختلاط، تقطیر، انتشار، استخراج، اشباع، جذب، تبلور، انحلال، گاز زدایی مایعات و مذاب کمک می کند. در یک جریان پر انرژی، تأثیر یک موج صوتی به دلیل انرژی خود جریان، با تغییر تلاطم آن انجام می شود. در این حالت، انرژی صوتی می تواند تنها کسری از درصد انرژی جریان باشد.

هنگامی که یک موج صوتی با شدت بالا از یک مایع عبور می کند، به اصطلاح کاویتاسیون آکوستیک . در یک موج صوتی شدید در طول نیم‌دوره‌های نادر، حباب‌های کاویتاسیون به وجود می‌آیند که هنگام حرکت به ناحیه‌ای با فشار افزایش یافته، ناگهان فرو می‌ریزند. اغتشاشات هیدرودینامیکی قدرتمندی در ناحیه کاویتاسیون به شکل امواج ریز شوک و میکروجریان ایجاد می شود. علاوه بر این، فروپاشی حباب ها با گرم شدن موضعی قوی ماده و انتشار گاز همراه است. چنین ضربه ای منجر به تخریب حتی مواد بادوام مانند فولاد و کوارتز می شود. این اثر برای پراکندگی جامدات، به دست آوردن امولسیون های ریز پراکنده از مایعات غیرقابل اختلاط، تحریک و تسریع واکنش های شیمیایی، از بین بردن میکروارگانیسم ها و استخراج آنزیم ها از سلول های حیوانی و گیاهی استفاده می شود. کاویتاسیون همچنین اثراتی مانند درخشش ضعیف مایع را تحت تأثیر سونوگرافی تعیین می کند - لومینسانس صدا و نفوذ غیر طبیعی مایع به داخل مویرگها - اثر مویرگی صدا .

پراکندگی کاویتاسیون کریستال های کربنات کلسیم (مقیاس) زیربنای دستگاه های ضد رسوب آکوستیک است. تحت تأثیر امواج فراصوت، ذرات موجود در آب شکافته می شوند، اندازه متوسط ​​آنها از 10 به 1 میکرون کاهش می یابد، تعداد آنها و سطح کل ذرات افزایش می یابد. این منجر به انتقال فرآیند تشکیل رسوب از سطح تبادل حرارت به طور مستقیم به مایع می شود. سونوگرافی همچنین بر لایه رسوب تشکیل شده تأثیر می گذارد و ریزترک هایی را در آن ایجاد می کند که به جدا شدن قطعات مقیاس از سطح تبادل حرارت کمک می کند.

در کارخانه‌های تمیز کردن اولتراسونیک، کاویتاسیون و میکروجریان‌های ایجاد شده توسط آن، هر دو آلاینده‌هایی را که به‌شدت به سطح چسبیده‌اند، مانند رسوب، رسوب، فرز، و آلاینده‌های نرم، مانند لایه‌های چرب، کثیفی و غیره را حذف می‌کنند. از همین اثر برای تشدید فرآیندهای الکترولیتی استفاده می شود.

تحت عمل اولتراسوند، چنین اثر عجیبی مانند انعقاد صوتی، یعنی. همگرایی و بزرگ شدن ذرات معلق در مایع و گاز. مکانیسم فیزیکی این پدیده هنوز کاملاً مشخص نیست. انعقاد آکوستیک برای رسوب گرد و غبار صنعتی، دود و مه در فرکانس های پایین برای امواج فراصوت تا فرکانس 20 کیلوهرتز استفاده می شود. ممکن است تأثیر مفید نواختن ناقوس کلیسا بر این تأثیر باشد.

ماشینکاری مواد جامد با استفاده از امواج فراصوت بر اساس اثرات زیر است:

• کاهش اصطکاک بین سطوح در هنگام ارتعاشات اولتراسونیک یکی از آنها
• کاهش قدرت تسلیم یا تغییر شکل پلاستیک تحت عمل اولتراسوند
• سخت شدن و کاهش تنش های پسماند در فلزات تحت تاثیر یک ابزار با فرکانس اولتراسونیک
• اثر ترکیبی فشرده سازی استاتیک و ارتعاشات اولتراسونیک در جوشکاری اولتراسونیک استفاده می شود

چهار نوع ماشینکاری با استفاده از اولتراسوند وجود دارد:

• پردازش ابعادی قطعات ساخته شده از مواد سخت و شکننده
• برش مواد سخت برش با اعمال امواج فراصوت بر روی ابزار برش
• تخلیه در حمام اولتراسونیک
• سنگ زنی مواد چسبناک با تمیز کردن اولتراسونیک چرخ سنگ زنی

اثرات اولتراسوند بر اشیاء بیولوژیکیباعث ایجاد اثرات و واکنش های مختلفی در بافت های بدن می شود که در سونوگرافی درمانی و جراحی کاربرد فراوانی دارد. اولتراسوند کاتالیزوری است که برقراری تعادل را از نقطه نظر فیزیولوژیکی، وضعیت بدن، یعنی. حالت سالم سونوگرافی بر روی بافت های بیمار تأثیر بسیار بیشتری نسبت به بافت های سالم دارد. اتمیزه کردن اولتراسونیک داروها در حین استنشاق نیز استفاده می شود. جراحی اولتراسونیک بر اساس اثرات زیر است: تخریب بافت ها توسط خود اولتراسوند متمرکز و تحمیل ارتعاشات اولتراسونیک بر ابزار جراحی برش.

دستگاه‌های اولتراسونیک برای تبدیل و آنالوگ کردن سیگنال‌های الکترونیکی و کنترل سیگنال‌های نور در اپتیک و اپتوالکترونیک استفاده می‌شوند. سونوگرافی کم سرعت در خطوط تاخیری استفاده می شود. کنترل سیگنال های نوری بر اساس پراش نور توسط فراصوت است. یکی از انواع این پراش، به اصطلاح پراش براگ، به طول موج اولتراسوند بستگی دارد، که امکان جداسازی یک بازه فرکانس باریک را از طیف گسترده ای از تابش نور، یعنی. نور فیلتر

اولتراسوند چیز فوق العاده جالبی است و می توان حدس زد که هنوز بسیاری از احتمالات کاربرد عملی آن برای بشر ناشناخته است. ما سونوگرافی را دوست داریم و می شناسیم و خوشحال خواهیم شد در مورد هر ایده ای که در رابطه با کاربرد آن باشد صحبت کنیم.

جایی که سونوگرافی استفاده می شود - جدول خلاصه

شرکت ما، Koltso-energo LLC، در تولید و نصب دستگاه های ضد مقیاس صوتی Acoustic-T مشغول است. دستگاه های تولید شده توسط شرکت ما با سطح فوق العاده بالایی از سیگنال اولتراسونیک متمایز می شوند که به آنها امکان می دهد روی دیگهای بخار بدون تصفیه آب و دیگهای بخار با آب آرتزین کار کنند. اما پیشگیری از مقیاس تنها بخش بسیار کوچکی از کاری است که سونوگرافی می تواند انجام دهد. این ابزار طبیعی شگفت انگیز امکانات بسیار زیادی دارد و ما می خواهیم در مورد آنها به شما بگوییم. کارمندان شرکت ما سال ها در شرکت های پیشرو روسیه که با آکوستیک سروکار دارند کار کرده اند. ما چیزهای زیادی در مورد سونوگرافی می دانیم. و اگر به طور ناگهانی نیاز به استفاده از اولتراسوند در فناوری شما وجود دارد،

برنج. 2. جریان صوتی ناشی از انتشار فراصوت با فرکانس 5 مگاهرتز در بنزن.

از جمله پدیده‌های غیرخطی مهمی که در حین انتشار امواج فراصوت شدید در میدان صوتی ایجاد می‌شود، رشد حباب‌ها در میدان اولتراسونیک از هسته‌های زیر میکروسکوپی موجود گاز یا بخار به اندازه‌های کسری از میلی‌متر است که با فرکانس شروع به تپش می‌کنند. سونوگرافی و فروپاشی در فاز مثبت. هنگامی که حباب های گاز فرو می ریزند، فشارهای محلی بزرگی در حد هزاران اتمسفر ایجاد می شود و امواج ضربه ای کروی شکل می گیرد. میکروجریان های صوتی در نزدیکی حباب های ضربانی تشکیل می شوند. پدیده های حوزه کاویتاسیون منجر به تعدادی پدیده مفید (به دست آوردن، تمیز کردن قطعات آلوده و غیره) و مضر (فرسایش ساطع کننده های مافوق صوت) می شود. فرکانس ها سونوگرافی، که در آن سونوگرافی برای اهداف تکنولوژیکی استفاده می شود، در ناحیه ULF قرار دارد. شدت مربوط به آستانه کاویتاسیون به نوع مایع، فرکانس صدا، دما و عوامل دیگر بستگی دارد. در آب با فرکانس 20 کیلوهرتز، حدود 0.3 وات بر سانتی متر مربع است. در فرکانس‌های UHF در میدان اولتراسونیک با شدت چند وات بر سانتی‌متر مربع، خروج مایع ممکن است رخ دهد. برنج. 3) و اسپری آن با مه بسیار ریز.

برنج. 3. فواره مایع زمانی تشکیل می شود که یک پرتو اولتراسونیک از داخل مایع به سطح آن می افتد (فرکانس اولتراسونیک 1.5 مگاهرتز، شدت 15 W/cm2).

نسلسونوگرافی. برای تولید اولتراسونیک از دستگاه های مختلفی استفاده می شود که می توان آنها را به 2 گروه اصلی تقسیم کرد - مکانیکی که در آن اولتراسوند یک جریان گاز مکانیکی است یا الکترومکانیکی که در آن انرژی اولتراسونیک به صورت الکتریکی به دست می آید. ساطع کننده های مکانیکی اولتراسوند - هوا و مایع و - با یک دستگاه نسبتا ساده مشخص می شوند و به انرژی الکتریکی با فرکانس بالا گران قیمت نیاز ندارند، بازده آنها 10-20٪ است. نقطه ضعف اصلی همه مبدل های اولتراسونیک مکانیکی، طیف نسبتاً گسترده ای از فرکانس های منتشر شده و بی ثباتی فرکانس است که اجازه نمی دهد از آنها برای اهداف کنترل و اندازه گیری استفاده شود. آنها عمدتا در اولتراسونیک صنعتی و تا حدی به عنوان وسیله استفاده می شوند.

برنج. 4. تابش (دریافت) امواج طولی L توسط صفحه ای که در ضخامت نوسان می کند به یک جسم جامد: 1 - صفحه کوارتز برش X با ضخامت l / 2، که در آن l طول موج در کوارتز است. 2 - الکترودهای فلزی; 3 - مایع (روغن ترانسفورماتور) برای تماس صوتی. 4 - مولد نوسانات الکتریکی; 5- بدنه جامد.

دریافت و تشخیص سونوگرافی.به دلیل برگشت پذیری اثر پیزوالکتریک، برای دریافت اولتراسوند نیز کاربرد وسیعی دارد.میدان های اولتراسونیک را می توان با روش های نوری نیز بررسی کرد: اولتراسوند، با انتشار در هر محیطی، باعث تغییر در ضریب شکست نوری آن می شود و به همین دلیل می توان آن را بررسی کرد. اگر محیط نسبت به نور شفاف باشد، قابل مشاهده است. زمینه مجاور اپتیک (آکوستو-اپتیک) از زمان ظهور لیزرهای گازی موج پیوسته به شدت توسعه یافته است. تحقیقاتی در مورد نور در سونوگرافی و کاربردهای مختلف آن توسعه یافته است.

کاربردهای سونوگرافیکاربردهای اولتراسوند بسیار متنوع است. اولتراسوند روشی قدرتمند برای مطالعه پدیده های مختلف در بسیاری از زمینه های فیزیک است. به عنوان مثال، روش های اولتراسونیک در فیزیک و فیزیک حالت جامد استفاده می شود. یک زمینه کاملاً جدید از فیزیک بوجود آمده است - آکوستو الکترونیک که بر اساس دستاوردهای آن دستگاه های مختلفی برای پردازش اطلاعات سیگنال در حال توسعه است. سونوگرافی نقش زیادی در یادگیری دارد. در کنار روش‌های آکوستیک مولکولی برای گازها، در زمینه مطالعه جامدات c و جذب a برای تعیین ویژگی‌های مدول و اتلاف یک ماده استفاده می‌شود. نظریه کوانتومی که برهمکنش کوانتومهای اغتشاش الاستیک - با و غیره و ابتدایی را در جامدات مطالعه می کند، توسعه یافته است. اولتراسوند به طور گسترده ای در فناوری استفاده می شود و روش های اولتراسونیک به طور فزاینده ای به داخل و.

استفاده از اولتراسوند در فناوری: طبق c و a، در بسیاری از مشکلات فنی برای جریان یک یا آن فرآیند (کنترل مخلوطی از گازها، ترکیبات مختلف و غیره) انجام می شود. با استفاده از اولتراسوند در مرز رسانه های مختلف، دستگاه های اولتراسونیک برای اندازه گیری ابعاد محصولات (به عنوان مثال، ضخامت سنج های اولتراسونیک)، برای تعیین سطح مایع در ظروف بزرگ که برای اندازه گیری مستقیم غیر قابل دسترس هستند، طراحی شده اند. سونوگرافی با شدت نسبتاً کم (تا 0.1 وات بر سانتی متر مربع) به طور گسترده برای اهداف آزمایش غیر مخرب محصولات ساخته شده از مواد جامد (ریل، ریخته گری بزرگ، محصولات نورد با کیفیت بالا و غیره) استفاده می شود (نگاه کنید به). جهتی به سرعت در حال توسعه است که به آن انتشار آکوستیک می گویند، که شامل این واقعیت است که وقتی یک جسم جامد مکانیکی بر روی یک نمونه (ساختمان) اعمال می شود، "ترک می خورد" (مشابه نحوه "ترق زدن" یک میله حلبی هنگام خم شدن). این با این واقعیت توضیح داده می شود که حرکت در نمونه رخ می دهد، که تحت شرایط خاص (هنوز به طور کامل مشخص نشده است) به پالس های صوتی با طیفی حاوی فرکانس تبدیل می شود (و همچنین مجموعه ای از دررفتگی ها و ترک های زیر میکروسکوپی). از نظر انتشار آکوستیک، تشخیص و ایجاد ترک و همچنین تعیین محل آن در بخش‌های حیاتی سازه‌های مختلف امکان‌پذیر است. با کمک اولتراسوند انجام می شود: با تبدیل اولتراسونیک به الکتریکی و دومی به نور، معلوم می شود که با کمک اولتراسوند می توان اجسام خاصی را در حالت مات به نور دید. یک میکروسکوپ اولتراسونیک در فرکانس های مافوق صوت ایجاد شد - دستگاهی شبیه به یک میکروسکوپ معمولی که مزیت آن نسبت به میکروسکوپ نوری این است که مطالعات بیولوژیکی نیازی به رنگ آمیزی اولیه جسم ندارند ( برنج. پنج). این پیشرفت منجر به موفقیت هایی در زمینه سونوگرافی شده است.

برنج. 5 ب. گلبول های قرمز خون با میکروسکوپ اولتراسونیک به دست می آیند.