Ултразвук…………………………………………………………………….4

Ултразвукот како еластични бранови…………………………………………..4

Специфични карактеристики на ултразвукот………………………………..5

Извори и примачи на ултразвук………………………………………..7

Механички емитери…………………………………………...7

Електроакустични трансдуктори…………………………….9

Ултразвучни приемници……………………………………………..11

Употреба на ултразвук………………………………………………………………………………………………………………………………

Ултразвучно чистење……………………………………………………………………………………………………

Обработка на супертврд и кршлив

материјали…………………………………………………………………13

Ултразвучно заварување……………………………………………………….14

Ултразвучно лемење и калај………………………………………14

Забрзување на производните процеси…………………………………15

Откривање на дефекти со ултразвук…………………………………………15

Ултразвук во радио електрониката……………………………………………17

Ултразвук во медицината………………………………………………..18

Литература……………………………………………………………………….19

диригирање.

Дваесет и првиот век е век на атомот, освојување на вселената, радио електроника и ултразвук. Науката за ултразвук е релативно млада. Првата лабораториска работа за проучување на ултразвукот ја изврши големиот руски физичар П. Н. Лебедев на крајот на 19 век, а потоа многу истакнати научници се занимаваа со ултразвук.

Ултразвукот е брановидно осцилаторно движење на средни честички. Ултразвукот има некои карактеристики во споредба со звуците од звучниот опсег. Во опсегот на ултразвук, релативно е лесно да се добие насочено зрачење; тоа е добро за фокусирање, како резултат на што се зголемува интензитетот на ултразвучните вибрации. Кога се размножува во гасови, течности и цврсти материи, ултразвукот генерира интересни појави, од кои многу нашле практична примена во различни области на науката и технологијата.

Во последниве години, ултразвукот почна да игра се поважна улога во научните истражувања. Успешно се спроведени теоретски и експериментални студии од областа на ултразвучната кавитација и акустичните текови, што овозможи да се развијат нови технолошки процеси кои се случуваат под дејство на ултразвук во течна фаза. Во моментов, се формира нова насока во хемијата - ултразвучна хемија, која овозможува забрзување на многу хемиски и технолошки процеси. Научните истражувања придонесоа за појава на нов дел од акустика - молекуларна акустика, која ја проучува молекуларната интеракција на звучните бранови со материјата. Се појавија нови области на примена на ултразвук: интроскопија, холографија, квантна акустика, мерење на ултразвучни фази, акустоелектроника.

Заедно со теоретските и експерименталните истражувања во областа на ултразвукот, направена е многу практична работа. Развиени се универзални и специјални ултразвучни машини, инсталации кои работат под зголемен статички притисок, ултразвучни механизирани инсталации за чистење на делови, генератори со зголемена фреквенција и нов систем за ладење и конвертори со рамномерно распоредено поле. Беа создадени и воведени во производството автоматски ултразвучни инсталации, кои се вклучени во производните линии, што овозможуваат значително зголемување на продуктивноста на трудот.

ултразвук.

Ултразвук (САД) - еластични вибрации и бранови, чија фреквенција надминува 15 - 20 kHz. Долната граница на регионот на ултразвучната фреквенција, што го одвојува од регионот на звучниот звук, се одредува според субјективните својства на човечкиот слух и е условена, бидејќи горната граница на аудитивната перцепција е различна за секоја личност. Горната граница на ултразвучните фреквенции се должи на физичката природа на еластичните бранови, кои можат да се шират само во материјална средина, т.е. под услов брановата должина да биде многу поголема од средната слободна патека на молекулите во гас или од меѓуатомските растојанија во течности и цврсти материи. Кај гасовите при нормален притисок, горната граница на ултразвучните фреквенции е » 10 9 Hz; кај течности и цврсти материи, прекинната фреквенција достигнува 10 12 - 10 13 Hz. Во зависност од брановата должина и фреквенцијата, ултразвукот има различни специфични карактеристики на зрачење, прием, ширење и примена, затоа, областа на фреквенциите на ултразвук е поделена на три области:

· ниски ултразвучни фреквенции (1,5×10 4 - 10 5 Hz);

средно (10 5 - 10 7 Hz);

високо (10 7 - 10 9 Hz).

Еластичните бранови со фреквенции од 10 9 - 10 13 Hz обично се нарекуваат хиперзвук.

Ултразвук како еластични бранови.

Ултразвучните бранови (нечујни звук) по својата природа не се разликуваат од еластичните бранови во звучниот опсег. Се размножува само во гасови и течности надолженбранови и во цврсти материи - надолжно и смолкнувањес.

Пропагирањето на ултразвукот ги почитува основните закони заеднички за акустичните бранови од кој било опсег на фреквенција. Основните закони за дистрибуција се закони за рефлексија на звукот и прекршување на звукот на границите на различни медиуми, дифракција на звукот и расејување на звукотво присуство на пречки и нехомогености во медиумот и неправилности на границите, закони за ширење на брановодиво ограничени области на животната средина. Суштинска улога игра соодносот помеѓу звучната бранова должина l и геометриската димензија D, т.е. големината на изворот на звукот или пречката на патот на бранот и големината на нехомогеностите на медиумот. Кога D>>l ширењето на звукот во близина на пречки се случува главно според законите на геометриската акустика (можете да ги користите законите за рефлексија и прекршување). Степенот на отстапување од геометрискиот модел на ширење и потребата да се земат предвид феномените на дифракција се одредуваат со параметарот

, каде што r е растојанието од точката на набљудување до објектот што предизвикува дифракција.

Брзината на ширење на ултразвучните бранови во неограничен медиум е одредена од карактеристиките на еластичноста и густината на медиумот. Во ограничени медиуми, брзината на ширење на бранот е под влијание на присуството и природата на границите, што доведува до зависност од фреквенцијата на брзината (дисперзија на брзината на звукот). Намалувањето на амплитудата и интензитетот на ултразвучниот бран додека се шири во дадена насока, односно слабеењето на звукот, е предизвикано, како и за брановите од која било фреквенција, од дивергенцијата на брановиот фронт со растојанието од изворот, расејување и апсорпција на звукот. На сите фреквенции, и звучни и нечујни опсези, се јавува таканаречената „класична“ апсорпција, предизвикана од вискозноста на смолкнување (внатрешно триење) на медиумот. Покрај тоа, постои дополнителна (релаксирачка) апсорпција, која често значително ја надминува „класичната“ апсорпција.

Со значителен интензитет на звучни бранови, се појавуваат нелинеарни ефекти:

се нарушува принципот на суперпозиција и се јавува интеракцијата на брановите, што доведува до појава на тонови;

· брановиот облик се менува, неговиот спектар се збогатува со повисоки хармоници и, соодветно, се зголемува апсорпцијата;

· кога ќе се достигне одредена праг вредност на интензитетот на ултразвукот, се јавува кавитација во течноста (види подолу).

Критериумот за применливост на законите на линеарната акустика и можноста за занемарување на нелинеарните ефекти е: М<< 1, где М = v/c, v – колебательная скорость частиц в волне, с – скорость распространения волны.

Параметарот М се нарекува „Мах број“.

специфични карактеристики на ултразвук

Иако физичката природа на ултразвукот и основните закони кои го одредуваат неговото ширење се исти како и за звучните бранови од кој било опсег на фреквенција, тој има голем број специфични карактеристики. Овие карактеристики се должат на релативно високите фреквенции во САД.

Малината на брановата должина одредува карактер на зракширење на ултразвучни бранови. Во близина на емитер, брановите се шират во форма на греди, чија попречна големина останува блиску до големината на емитер. Кога таков зрак (САД) удира во големи пречки, тој претрпува рефлексија и прекршување. Кога зракот удира во мали пречки, се појавува расфрлан бран, што овозможува да се детектираат мали нехомогености во медиумот (од редот на десетинки и стотинки од mm.). Рефлексијата и расејувањето на ултразвукот на нехомогеностите на медиумот овозможуваат формирање во оптички непроѕирни медиуми звучни сликиобјекти кои користат системи за фокусирање на звукот, слично како што се прави со светлосни зраци.

Фокусирањето на ултразвукот овозможува не само да се добијат звучни слики (звучни слики и системи за акустична холографија), туку и концентратзвучна енергија. Со помош на ултразвучни системи за фокусирање, можно е да се формираат предодредени карактеристики на директивностемитери и управуваат со нив.

Периодична промена во индексот на рефракција на светлосните бранови, поврзана со промена на густината на ултразвучниот бран, предизвикува дифракција на светлината со ултразвукзабележани на фреквенции во САД во опсегот на мегахерци-гигахерци. Во овој случај, ултразвучниот бран може да се смета како дифракциона решетка.

Најважниот нелинеарен ефект во ултразвучното поле е кавитација- појава во течноста на маса од пулсирачки меурчиња исполнети со пареа, гас или нивна мешавина. Комплексното движење на меурчиња, нивно колапс, спојување едни со други итн. генерираат импулси на компресија (микрошок бранови) и микропротоци во течноста, предизвикуваат локално загревање на медиумот, јонизација. Овие ефекти влијаат на супстанцијата: се случува уништување на цврсти материи во течноста ( кавитациона ерозија), се јавува мешање на течности, се започнуваат или забрзуваат различни физички и хемиски процеси. Со менување на условите на кавитација, можно е да се зајакнат или ослабат различни кавитациони ефекти, на пример, со зголемување на фреквенцијата на ултразвук, улогата на микропротоците се зголемува и кавитационата ерозија се намалува, со зголемување на притисокот во течноста, улогата на микровлијание се зголемува. Зголемувањето на фреквенцијата доведува до зголемување на интензитетот на прагот што одговара на почетокот на кавитација, што зависи од видот на течноста, содржината на гасот, температурата итн. За вода при атмосферски притисок, обично е 0,3¸1,0 W/cm 2 . Кавитација е комплексен збир на феномени. Ултразвучните бранови кои се шират во течна форма, наизменично ги менуваат областите на високи и ниски притисоци, создавајќи зони со зони со висока компресија и рефлексија. Во ретка зона, хидростатичкиот притисок се намалува до тој степен што силите што делуваат на молекулите на течноста стануваат поголеми од силите на меѓумолекуларната кохезија. Како резултат на острата промена на хидростатската рамнотежа, течноста се „скрши“, формирајќи бројни ситни меурчиња од гасови и пареи. Во следниот момент, кога започнува период на висок притисок во течноста, меурчињата формирани порано пропаѓаат. Процесот на колапс на меурчиња е придружен со формирање на ударни бранови со многу висок локален моментален притисок, достигнувајќи неколку стотици атмосфери.

Поглавје од том I од прирачникот за ултразвучна дијагностика, напишано од вработени во Одделот за ултразвучна дијагностика на Руската медицинска академија за постдипломско образование (ЦД 2001 година), уредено од Митков В.В.

(Написот е пронајден на Интернет)

1. Физички својства на ултразвук
2. Рефлексија и расејување
3. Сензори и ултразвучни бранови
4. Уреди за бавно скенирање
5. Алатки за брзо скенирање
6. Доплер уреди
7. Артефакти
8. Контрола на квалитет на ултразвучна опрема
9. Биолошки ефект на ултразвук и безбедност
10. Нови трендови во ултразвучната дијагностика
11. Литература
12. Тест прашања

ФИЗИЧКИ СВОЈСТВА НА УЛТРАЗВУК

Употребата на ултразвук во медицинската дијагностика е поврзана со можноста за добивање слики на внатрешни органи и структури. Основата на методот е интеракцијата на ултразвукот со ткивата на човечкото тело. Самото стекнување слика може да се подели на два дела. Првиот е зрачење на кратки ултразвучни импулси насочени во ткивата што се проучуваат, а втората е формирање на слика врз основа на рефлектираните сигнали. Разбирањето на принципот на работа на единицата за ултразвучна дијагностика, познавањето на основите на физиката на ултразвукот и неговата интеракција со ткивата на човечкото тело ќе помогне да се избегне механичка, непромислена употреба на уредот и, според тоа, покомпетентно да се пристапи кон дијагностичкиот процес .

Звукот е механички надолжен бран во кој вибрациите на честичките се во иста рамнина како и насоката на ширење на енергијата (сл. 1).

Ориз. 1. Визуелен и графички приказ на промените на притисокот и густината во ултразвучен бран.

Бранот носи енергија, но не и материја. За разлика од електромагнетните бранови (светлина, радио бранови итн.), звукот бара медиум за да се пропагира - не може да се шири во вакуум. Како и сите бранови, звукот може да се опише со голем број параметри. Тоа се фреквенција, бранова должина, брзина на ширење во медиумот, период, амплитуда и интензитет. Фреквенцијата, периодот, амплитудата и интензитетот се одредуваат од изворот на звукот, брзината на ширење се одредува од медиумот, а брановата должина се одредува и од изворот на звукот и од медиумот. Фреквенција е бројот на целосни осцилации (циклуси) во период од 1 секунда (сл. 2).

Ориз. 2. Фреквенција на ултразвучни бранови 2 циклуси во 1 s = 2 Hz

Фреквентните единици се херци (Hz) и мегахерци (MHz). Еден херц е една осцилација во секунда. Еден мегахерци = 1000000 херци. Што го прави звукот „ултра“? Ова е фреквенцијата. Горната граница на звучниот звук - 20.000 Hz (20 килохерци (kHz)) - е долната граница на ултразвучниот опсег. Ултразвучните локатори на лилјаци работат во опсег од 25÷500 kHz. Во современите ултразвучни уреди, ултразвук со фреквенција од 2 MHz и повисока се користи за да се добие слика. Периодот е времето потребно за да се добие еден целосен циклус на осцилации (сл. 3).

Ориз. 3. Периодот на ултразвучниот бран.

Единиците за период се секунди (s) и микросекунди (µs). Една микросекунда е милионити дел од секундата. Период (µs) = 1/фреквенција (MHz). Брановата должина е должината што една осцилација ја зафаќа во просторот (сл. 4).

Ориз. 4. Бранова должина.

Мерните единици се метар (m) и милиметар (мм). Брзината на ширење на ултразвукот е брзината со која бранот патува низ медиумот. Единиците на брзината на ултразвучно ширење се метар во секунда (m/s) и милиметар во микросекунда (mm/µs). Брзината на ширење на ултразвукот се одредува според густината и еластичноста на медиумот. Брзината на ширење на ултразвукот се зголемува со зголемување на еластичноста и намалување на густината на медиумот. Табела 2.1 ја покажува брзината на ширење на ултразвукот во некои ткива на човечкото тело.

Просечната брзина на ширење на ултразвукот во ткивата на човечкото тело е 1540 m/s - повеќето ултразвучни дијагностички уреди се програмирани за оваа брзина. Брзината на ширење на ултразвукот (C), фреквенцијата (f) и брановата должина (λ) се поврзани со следнава равенка: C = f × λ. Бидејќи во нашиот случај брзината се смета за константна (1540 m/s), преостанатите две променливи f и λ се меѓусебно поврзани со обратно пропорционална врска. Колку е поголема фреквенцијата, толку е помала брановата должина и помали се предметите што можеме да ги видиме. Друг важен параметар на медиумот е акустичната импеданса (Z). Акустичната отпорност е производ на вредноста на густината на медиумот и брзината на ширење на ултразвукот. Отпорност (Z) = густина (p) × брзина на ширење (C).

За да се добие слика во ултразвучната дијагностика, не се користи ултразвук, кој континуирано се емитува од трансдуцерот (константен бран), туку ултразвук што се емитува во форма на кратки импулси (пулсиран). Се создава кога на пиезоелектричниот елемент се применуваат кратки електрични импулси. Дополнителни параметри се користат за карактеризирање на импулсен ултразвук. Стапката на повторување на пулсот е бројот на емитирани импулси во единица време (секунда). Фреквенцијата на повторување на пулсот се мери во херци (Hz) и килохерци (kHz). Времетраењето на пулсот е временскиот распон на еден пулс (сл. 5).

Ориз. 5. Времетраењето на ултразвучниот пулс.

Се мери во секунди (s) и микросекунди (µs). Факторот на зафатеност е делот од времето во кое се јавува емисијата (во форма на импулси) на ултразвук. Должина на просторен импулс (STP) е должината на просторот во кој е поставен еден ултразвучен пулс (сл. 6).

Ориз. 6. Просторно продолжување на пулсот.

За меките ткива, просторната должина на пулсот (mm) е еднаква на производот од 1,54 (брзина на ширење на ултразвук во mm/µs) и бројот на осцилации (циклуси) по пулс (n) поделен со фреквенцијата во MHz. Или PPI = 1,54 × n/f. Намалување на просторната должина на пулсот може да се постигне (а тоа е многу важно за подобрување на аксијалната резолуција) со намалување на бројот на осцилации во пулсот или зголемување на фреквенцијата. Амплитудата на ултразвучниот бран е максималното отстапување на набљудуваната физичка променлива од средната вредност (сл. 7).

Ориз. 7. Амплитуда на ултразвучен бран

Интензитетот на ултразвукот е соодносот на моќноста на бранот со областа над која се дистрибуира ултразвучниот проток. Се мери во вати по квадратен сантиметар (W/cm2). Со еднаква моќ на зрачење, колку е помала површината на флуксот, толку е поголем интензитетот. Интензитетот е исто така пропорционален на квадратот на амплитудата. Така, ако амплитудата се удвои, тогаш интензитетот четирикратно се зголемува. Интензитетот е нерамномерен и во областа на протокот и, во случај на пулсен ултразвук, со текот на времето.

При минување низ кој било медиум, ќе има намалување на амплитудата и интензитетот на ултразвучниот сигнал, што се нарекува слабеење. Слабеењето на ултразвучниот сигнал е предизвикано од апсорпција, рефлексија и расејување. Единицата за слабеење е децибели (dB). Коефициентот на слабеење е слабеење на ултразвучен сигнал по единица должина на патеката на овој сигнал (dB/cm). Факторот на амортизација се зголемува со зголемување на фреквенцијата. Просечните коефициенти на слабеење во меките ткива и намалувањето на интензитетот на ехо сигналот во зависност од фреквенцијата се прикажани во Табела 2.2.

РЕФЛЕКСИРАЊЕ И РАСТЕРНИК

Кога ултразвукот минува низ ткивата на границата на медиумот со различен акустичен отпор и брзината на ултразвукот, се јавуваат феномени на рефлексија, рефракција, расејување и апсорпција. Во зависност од аголот, се зборува за нормална и коси (под агол) инциденца на ултразвучниот зрак. Со нормална инциденца на ултразвучен зрак, тој може целосно да се рефлектира или делумно да се рефлектира, делумно да помине низ границата на два медиума; во овој случај, насоката на ултразвукот пренесен од еден медиум во друг не се менува (сл. 8).

Ориз. 8. Нормална инциденца на ултразвучниот зрак.

Интензитетот на рефлектираниот ултразвук и ултразвукот што поминал низ границата на медиумот зависи од почетниот интензитет и разликата во акустичните импеданси на медиумот. Односот на интензитетот на рефлектираниот бран со интензитетот на ударниот бран се нарекува коефициент на рефлексија. Односот на интензитетот на ултразвучниот бран што поминал низ границата на медиумот до интензитетот на ударниот бран се нарекува коефициент на спроводливост на ултразвукот. Така, ако ткивата имаат различна густина, но иста акустична импеданса, нема да има рефлексија на ултразвук. Од друга страна, со голема разлика во акустичните импеданси, интензитетот на рефлексија се стреми до 100%. Пример за ова е интерфејсот воздух/меко ткиво. Речиси целосна рефлексија на ултразвук се јавува на границата на овие медиуми. За да се подобри спроведувањето на ултразвукот во ткивата на човечкото тело, се користат сврзувачки медиуми (гел). Со коси инциденца на ултразвучен зрак, се одредуваат аголот на инциденца, аголот на рефлексија и аголот на прекршување (сл. 9).

Ориз. 9. Рефлексија, прекршување.

Аголот на инциденца е еднаков на аголот на рефлексија. Рефракцијата е промена во насоката на ширење на ултразвучниот зрак кога ја преминува границата на медиумот со различни брзини на ултразвук. Синусот на аголот на прекршување е еднаков на производот на синусот на аголот на инциденца со вредноста добиена од делењето на брзината на ширење на ултразвукот во втората средина со брзината во првата. Синусот на аголот на прекршување и, следствено, самиот агол на рефракција, толку е поголема, толку е поголема разликата во брзините на ширење на ултразвукот во два медиума. Прекршувањето не се забележува ако брзините на ширење на ултразвукот во два медиума се еднакви или аголот на инциденца е 0. Кога сме кај рефлексијата, треба да се има предвид дека во случај кога брановата должина е многу поголема од димензиите на неправилностите на рефлектирачката површина, се случува спекуларна рефлексија (опишана погоре) . Ако брановата должина е споредлива со неправилностите на рефлектирачката површина или постои нехомогеност на самиот медиум, се јавува расејување на ултразвукот.

Ориз. 10. Повратно расејување.

Со повратно расејување (слика 10), ултразвукот се рефлектира во насоката од која дошол оригиналниот зрак. Интензитетот на расфрланите сигнали се зголемува со зголемување на нехомогеноста на медиумот и зголемување на фреквенцијата (т.е. намалување на брановата должина) на ултразвукот. Расејувањето релативно малку зависи од насоката на упадниот зрак и, според тоа, овозможува подобра визуелизација на рефлектирачките површини, а да не зборуваме за паренхимот на органот. За да може рефлектираниот сигнал правилно да се наоѓа на екранот, неопходно е да се знае не само насоката на емитуваниот сигнал, туку и растојанието до рефлекторот. Ова растојание е еднакво на 1/2 од производот на брзината на ултразвукот во медиумот и времето помеѓу емисијата и приемот на рефлектираниот сигнал (сл. 11). Производот на брзината и времето е поделен на половина, бидејќи ултразвукот патува двоен пат (од емитер до рефлекторот и назад), а нас нè интересира само растојанието од емитер до рефлекторот.

Ориз. 11. Мерење на растојание со ултразвук.

СЕНЗОРИ И УЛТРАЗВУЧЕН БРАН

За да се добие ултразвук, се користат специјални трансдуцери, кои ја претвораат електричната енергија во ултразвучна енергија. Производството на ултразвук се заснова на инверзниот пиезоелектричен ефект. Суштината на ефектот е дека ако се примени електричен напон на одредени материјали (пиезоелектрика), тогаш нивната форма ќе се промени (сл. 12).

Ориз. 12. Обратен пиезоелектричен ефект.

За таа цел, во ултразвучните уреди најчесто се користат вештачки пиезоелектрични материјали, како што се оловниот цирконат или оловниот титанат. Во отсуство на електрична струја, пиезоелектричниот елемент се враќа во првобитната форма, а кога ќе се промени поларитетот, формата повторно ќе се промени, но во спротивна насока. Ако на пиезоелектричниот елемент се примени брзо наизменична струја, тогаш елементот ќе почне да се собира и да се шири (т.е. осцилира) со висока фреквенција, генерирајќи ултразвучно поле. Работната фреквенција на трансдуцерот (резонантна фреквенција) се определува со односот на брзината на ширење на ултразвукот во пиезоелектричниот елемент до двапати поголема од дебелината на овој пиезоелектричен елемент. Откривањето на рефлектираните сигнали се заснова на директниот пиезоелектричен ефект (сл. 13).

Ориз. 13. Директен пиезоелектричен ефект.

Повратните сигнали предизвикуваат осцилации на пиезоелектричниот елемент и појава на наизменична електрична струја на неговите лица. Во овој случај, пиезо елементот функционира како ултразвучен сензор. Вообичаено, истите елементи се користат во ултразвучните уреди за емитување и примање ултразвук. Затоа, поимите „трансдуцер“, „трансдуцер“, „сензор“ се синоними. Ултразвучните сензори се сложени уреди и, во зависност од начинот на скенирање на сликата, се поделени на сензори за уреди за бавно скенирање (еден елемент) и брзо скенирање (скенирање во реално време) - механички и електронски. Механичките сензори можат да бидат единечни и повеќеелементи (ануларни). Замавнувањето на ултразвучниот зрак може да се постигне со замавнување на елементот, ротирање на елементот или замавнување на акустичниот огледало (сл. 14).

Ориз. 14. Сензори за механички сектор.

Сликата на екранот во овој случај има форма на сектор (секторски сензори) или круг (кружни сензори). Електронските сензори се повеќеелементни и, во зависност од обликот на добиената слика, можат да бидат секторски, линеарни, конвексни (конвексни) (сл. 15).

Ориз. 15. Електронски сензори со повеќе елементи.

Поминувањето на сликата во секторскиот сензор се постигнува со замавнување на ултразвучниот зрак со неговото истовремено фокусирање (сл. 16).

Ориз. 16. Сензор за електронски сектор со фазна антена.

Во линеарни и конвексни сензори, бришењето на сликата се постигнува со побудување на група елементи со нивното чекор-по-чекор движење по низата на антената со истовремено фокусирање (сл. 17).

Ориз. 17. Електронски линеарен сензор.

Ултразвучните сензори се разликуваат по детали едни од други, но нивниот шематски дијаграм е прикажан на Слика 18.

Ориз. 18. Уред за ултразвучен сензор.

Трансдуцерот со еден елемент во форма на диск во режим на континуирано зрачење формира ултразвучно поле, чија форма се менува во зависност од растојанието (сл. 19).

Ориз. 19. Две полиња на нефокусиран трансдуцер.

Понекогаш може да се забележат дополнителни ултразвучни „протоци“, наречени странични лобуси. Растојанието од дискот до должината на блиското поле (зона) се нарекува блиска зона. Зоната надвор од границата на блиското се нарекува далеку. Должината на блиската зона е еднаква на односот на квадратот на дијаметарот на трансдуцерот до 4 бранови должини. Во далечната зона, дијаметарот на ултразвучното поле се зголемува. Местото на најголемото стеснување на ултразвучниот зрак се нарекува фокусна област, а растојанието помеѓу трансдуцерот и областа на фокусот се нарекува фокусна должина. Постојат различни начини за фокусирање на ултразвучниот зрак. Наједноставниот метод за фокусирање е акустична леќа (сл. 20).

Ориз. 20. Фокусирање со акустична леќа.

Со него можете да го фокусирате ултразвучниот зрак на одредена длабочина, што зависи од искривувањето на леќата. Овој метод на фокусирање не ви дозволува брзо да ја менувате фокусната должина, што е незгодно во практичната работа. Друг начин за фокусирање е да користите акустично огледало (сл. 21).

Ориз. 21. Фокусирање со акустично огледало.

Во овој случај, со менување на растојанието помеѓу огледалото и трансдуцерот, ќе ја промениме фокусната должина. Во современите уреди со електронски сензори со повеќе елементи, фокусирањето се заснова на електронско фокусирање (сл. 17). Со електронски систем за фокусирање, можеме да ја промениме фокусната должина од таблата со инструменти, но за секоја слика ќе имаме само една област за фокусирање. Бидејќи за добивање на сликата се користат многу кратки ултразвучни импулси емитувани 1000 пати во секунда (фреквенција на повторување на пулсот 1 kHz), уредот работи како ехо приемник во 99,9% од времето. Имајќи толкава временска маргина, можно е уредот да се програмира на таков начин што зоната во близина на фокусот (сл. 22) е избрана при првото стекнување слика и информациите добиени од оваа зона се зачувуваат.

Ориз. 22. Метод на динамично фокусирање.

Понатаму - избор на следната област за фокусирање, добивање информации, заштеда. итн. Резултатот е композитна слика која е фокусирана низ целата длабочина. Сепак, треба да се забележи дека овој метод на фокусирање бара значително време за да се добие една слика (рамка), што предизвикува намалување на стапката на слики и треперење на сликата. Зошто се вложуваат толку многу напори за фокусирање на ултразвучниот зрак? Факт е дека колку е потесен зракот, толку е подобра латералната (странична, во азимут) резолуција. Латералната резолуција е минималното растојание помеѓу два објекти лоцирани нормално на насоката на ширење на енергијата, кои се претставени на екранот на мониторот како посебни структури (сл. 23).

Ориз. 23. Метод на динамично фокусирање.

Латералната резолуција е еднаква на дијаметарот на ултразвучниот зрак. Аксијалната резолуција е минималното растојание помеѓу два објекти лоцирани по правецот на ширење на енергијата, кои се претставени на екранот на мониторот како посебни структури (сл. 24).

Ориз. 24. Аксијална резолуција: колку е пократок ултразвучниот пулс, толку е подобар.

Аксијалната резолуција зависи од просторниот опсег на ултразвучниот пулс - колку е пократок пулсот, толку е подобра резолуцијата. За да се скрати пулсот, се користи и механичко и електронско придушување на ултразвучните вибрации. Како по правило, аксијалната резолуција е подобра од страничната резолуција.

БАВНО СКЕНИРАЊЕ НА УРЕДИ

Во моментов, уредите за бавно (рачно, сложено) скенирање се само од историски интерес. Морално, тие умреа со појавата на уредите за брзо скенирање (уреди кои работат во реално време). Сепак, нивните главни компоненти се зачувани и во современи уреди (природно, со користење на модерна база на елементи). Срцето е главниот генератор на импулси (во современите уреди - моќен процесор), кој ги контролира сите системи на ултразвучниот уред (сл. 25).

Ориз. 25. Блок-дијаграм на рачен скенер.

Генераторот на импулси испраќа електрични импулси до трансдуцерот, кој генерира ултразвучен пулс и го испраќа до ткивото, ги прима рефлектираните сигнали, претворајќи ги во електрични вибрации. Овие електрични осцилации потоа се испраќаат до засилувач на радио фреквенција, кој обично е поврзан со контролер на временска амплитуда (TAGU) - регулатор за компензација на апсорпција на ткиво во длабочина. Поради фактот што слабеењето на ултразвучниот сигнал во ткивата се јавува според експоненцијален закон, осветленоста на предметите на екранот постепено се намалува со зголемување на длабочината (сл. 26).

Ориз. 26. Надомест на ткивна апсорпција.

Користење на линеарен засилувач, т.е. засилувач кој пропорционално ги засилува сите сигнали би ги презасилил сигналите во непосредна близина на сензорот кога се обидува да ја подобри визуелизацијата на длабоките објекти. Употребата на логаритамски засилувачи го решава овој проблем. Ултразвучниот сигнал се засилува пропорционално со времето на одложување на неговото враќање - колку подоцна се враќа, толку е посилно засилувањето. Така, употребата на TVG ви овозможува да добиете на екранот слика со иста осветленост во длабочина. Електричниот сигнал за радиофреквенција засилен на овој начин потоа се внесува во демодулатор, каде што се коригира и филтрира, а повторно засилениот на видео засилувач се внесува на екранот на мониторот.

За да ја зачувате сликата на екранот на мониторот, потребна е видео меморија. Може да се подели на аналогни и дигитални. Првите монитори дозволија информациите да се претстават во аналогна бистабилна форма. Уредот наречен дискриминатор овозможи промена на прагот на дискриминација - сигналите чиј интензитет беше под прагот на дискриминација не поминаа низ него и соодветните делови на екранот останаа темни. Сигналите чиј интензитет го надминуваше прагот на дискриминација беа претставени на екранот како бели точки. Во овој случај, осветленоста на точките не зависеше од апсолутната вредност на интензитетот на рефлектираниот сигнал - сите бели точки имаа иста светлина. Со овој метод на прикажување на сликата - тој беше наречен "бистабилен" - границите на органите и високо рефлектирачките структури (на пример, бубрежниот синус) беа јасно видливи, но не беше можно да се процени структурата на паренхимните органи. Појавата во 70-тите години на уредите што овозможија пренос на нијанси на сива боја на екранот на мониторот го означи почетокот на ерата на уредите со сива скала. Овие уреди овозможија да се добијат информации кои беа недостижни со помош на уреди со бистабилна слика. Развојот на компјутерската технологија и микроелектрониката наскоро овозможи да се премине од аналогни слики на дигитални. Дигиталните слики во ултразвучните уреди се формираат на големи матрици (обично 512 × 512 пиксели) со сива скала од 16-32-64-128-256 (4-5-6-7-8 бита). Кога се прикажува на длабочина од 20 cm на матрица од 512 × 512 пиксели, еден пиксел ќе одговара на линеарна димензија од 0,4 mm. Кај современите инструменти постои тенденција за зголемување на големината на дисплеите без губење на квалитетот на сликата, а кај инструментите со среден опсег, екраните од 12 инчи (дијагонала од 30 cm) стануваат секојдневие.

Катодната цевка на ултразвучниот уред (екран, монитор) користи остро фокусиран електронски зрак за да произведе светла точка на екранот обложен со специјален фосфор. Со помош на отклонувачки плочи, ова место може да се помести околу екранот.

На А-тип бришење (Амплитуда) на едната оска е нацртано растојанието од сензорот, од друга - интензитетот на рефлектираниот сигнал (слика 27).

Ориз. 27. Метање на сигнал од тип А.

Во современите инструменти, метењето од типот А практично не се користи.

Б-тип скенирање (Осветленост - осветленост) ви овозможува да добиете информации долж линијата за скенирање за интензитетот на рефлектираните сигнали во форма на разлика во осветленоста на поединечните точки што ја сочинуваат оваа линија.

Пример на екранот: лево бришење Б, десно - Ми кардиограм.

М-тип (понекогаш ТМ) бришење (Движење - движење) ви овозможува навреме да го регистрирате движењето (движењето) на рефлектирачките структури. Во овој случај, вертикалните поместувања на рефлектирачките структури се запишуваат во форма на точки со различна осветленост, а хоризонтално - поместувањето на положбата на овие точки во времето (сл. 28).

Ориз. 28. Метење од тип М.

За да се добие дводимензионална томографска слика, неопходно е на еден или друг начин да се помести линијата за скенирање по рамнината на скенирање. Кај уредите за бавно скенирање, тоа се постигнуваше со рачно поместување на сензорот по површината на телото на пациентот.

УРЕДИ ЗА БРЗО СКЕНИРАЊЕ

Брзите скенери, или, како што почесто се нарекуваат, скенери во реално време, сега целосно ги заменија бавните или рачните скенери. Ова се должи на голем број на предности што ги имаат овие уреди: способност да го проценат движењето на органите и структурите во реално време (т.е. речиси во истиот момент во времето); нагло намалување на времето поминато на истражување; способност да се спроведе истражување преку мали акустични прозорци.

Ако уредите за бавно скенирање може да се споредат со камера (добивање фотографии), тогаш уредите во реално време може да се споредат со кино, каде што фотографиите (рамките) се заменуваат една со друга со голема фреквенција, создавајќи впечаток на движење.

Во уредите за брзо скенирање, како што е споменато погоре, се користат механички и електронски секторски сензори, електронски линеарни сензори, електронски конвексни (конвексни) сензори и механички радијални сензори.

Пред извесно време, трапезоидни сензори се појавија на голем број уреди, чиешто видно поле имаше трапезоидна форма, сепак, тие не покажуваа предности во однос на конвексните сензори, но тие самите имаа голем број на недостатоци.

Во моментов, најдобриот сензор за испитување на органите на абдоминалната празнина, ретроперитонеалниот простор и малата карлица е конвексниот. Има релативно мала контактна површина и многу големо видно поле во средната и далечната зона, што го поедноставува и го забрзува проучувањето.

При скенирање со ултразвучен зрак, резултатот од секое целосно поминување на зракот се нарекува рамка. Рамката е формирана од голем број вертикални линии (сл. 29).

Ориз. 29. Формирање слика со посебни линии.

Секоја линија е најмалку еден ултразвучен пулс. Стапката на повторување на пулсот за добивање слика на сива скала кај современите инструменти е 1 kHz (1000 импулси во секунда).

Постои врска помеѓу стапката на повторување на пулсот (PRF), бројот на линии што формираат рамка и бројот на рамки по единица време: PRF = број на линии × стапка на слики.

На екранот на мониторот, квалитетот на добиената слика ќе се одреди, особено, според густината на линијата. За линеарен сензор, густината на линијата (линии/cm) е односот на бројот на линии што формираат рамка до ширината на делот од мониторот на кој се формира сликата.

За сензор од секторски тип, густината на линијата (линии/степен) е односот на бројот на линии кои формираат рамка до секторскиот агол.

Колку е поголема стапката на слики поставена во уредот, толку е помал бројот на линии што формираат рамка (при дадена стапка на повторување на пулсот), толку е помала густината на линиите на екранот на мониторот и помал квалитетот на добиената слика. Но, при висока стапка на слики, имаме добра временска резолуција, што е многу важно во ехокардиографските студии.

УРЕДИ ЗА ДОППЛЕРОГРАФИЈА

Ултразвучниот метод на истражување овозможува да се добијат не само информации за структурната состојба на органите и ткивата, туку и да се карактеризираат тековите во садовите. Оваа способност се заснова на ефектот Доплер - промена на фреквенцијата на примениот звук при движење во однос на медиумот на изворот или приемникот на звукот или телото што го расфрла звукот. Тоа е забележано поради фактот што брзината на ширење на ултразвукот во кој било хомоген медиум е константна. Затоа, ако изворот на звук се движи со константна брзина, звучните бранови што се емитуваат во насока на движење се чини дека се компресирани, зголемувајќи ја фреквенцијата на звукот. Брановите зрачеле во спротивна насока, како да се истегнати, предизвикувајќи намалување на фреквенцијата на звукот (сл. 30).

Ориз. 30. Доплер ефект.

Со споредување на оригиналната фреквенција на ултразвук со изменетата, можно е да се одреди поместувањето на Долер и да се пресмета брзината. Не е важно дали звукот се емитува од предмет што се движи или дали предметот ги рефлектира звучните бранови. Во вториот случај, изворот на ултразвук може да биде неподвижен (ултразвучен сензор), а подвижните еритроцити можат да дејствуваат како рефлектор на ултразвучните бранови. Поместувањето на Доплер може да биде или позитивно (ако рефлекторот се движи кон изворот на звук) или негативно (ако рефлекторот се оддалечува од изворот на звук). Во случај правецот на инциденца на ултразвучниот зрак да не е паралелен со правецот на движење на рефлекторот, неопходно е да се поправи доплеровото поместување за косинус на аголот q помеѓу упадниот зрак и насоката на движење на рефлектор (сл. 31).

Ориз. 31. Аголот помеѓу упадниот зрак и насоката на протокот на крв.

За да се добијат информации за Доплер, се користат два вида уреди - постојан бран и импулсен. Во инструментот Доплер со континуиран бран, трансдуцерот се состои од два трансдуцери: еден од нив постојано емитува ултразвук, а другиот постојано прима рефлектирани сигнали. Приемникот го одредува доплеровото поместување, кое обично е -1/1000 од фреквенцијата на изворот на ултразвук (звучен опсег) и го пренесува сигналот до звучниците и, паралелно, до мониторот за квалитативна и квантитативна евалуација на брановата форма. Уредите со постојан бран го детектираат протокот на крв по речиси целата патека на ултразвучниот зрак или, со други зборови, имаат голем контролен волумен. Ова може да предизвика да се добијат несоодветни информации кога неколку садови ќе влезат во контролната јачина. Сепак, голем контролен волумен е корисен при пресметување на падот на притисокот при валвуларна стеноза.

За да се оцени протокот на крв во која било специфична област, неопходно е да се постави контролен волумен во областа што се проучува (на пример, внатре во одреден сад) под визуелна контрола на екранот на мониторот. Ова може да се постигне со користење на пулсен уред. Постои горната граница на доплеровото поместување што може да се открие со импулсни инструменти (понекогаш се нарекува граница на Никвист). Тоа е приближно 1/2 од стапката на повторување на пулсот. Кога ќе се надмине, доплеровиот спектар е искривен (алиасинг). Колку е поголема стапката на повторување на пулсот, толку е поголемо доплеровото поместување без изобличување, но толку е помала чувствителноста на инструментот на проток со мала брзина.

Поради фактот што ултразвучните импулси насочени во ткивата содржат голем број фреквенции покрај главната, а исто така и поради фактот што брзините на одделните делови од протокот не се исти, рефлектираниот пулс се состои од голем број на различни фреквенции (сл. 32).

Ориз. 32. График на спектарот на ултразвучен пулс.

Користејќи ја брзата Фуриеова трансформација, фреквентниот состав на пулсот може да се претстави како спектар, кој може да се прикаже на екранот на мониторот како крива, каде што фреквенциите на поместување на Доплер се нацртани хоризонтално, а амплитудата на секоја компонента е нацртана вертикално. Можно е да се одредат голем број параметри на брзината на протокот на крв од спектарот Доплер (максимална брзина, брзина на крајот на дијастолата, просечна брзина итн.), меѓутоа, овие индикатори зависат од аголот и нивната точност многу зависи од точноста на корекцијата на аголот. И ако во големите не-извртливи садови корекцијата на аголот не предизвикува проблеми, тогаш во малите извртливи садови (садови на тумор) е прилично тешко да се одреди насоката на протокот. За да се реши овој проблем, предложени се голем број на индекси речиси независни од јаглерод, од кои најчести се индексот на отпор и индексот на пулсирање. Индексот на отпор е односот на разликата помеѓу максималната и минималната брзина до максималната брзина на проток (сл. 33). Индексот на пулсирање е односот на разликата помеѓу максималната и минималната брзина до просечната брзина на проток.

Ориз. 33. Пресметка на индекс на отпор и индекс на пулсатор.

Добивањето на доплер спектар од еден контролен волумен ви овозможува да го оцените протокот на крв на многу мала област. Снимањето на протокот во боја (Color Doppler) обезбедува информации за 2D проток во реално време како дополнение на конвенционалното 2D сликање со сива скала. Колорниот доплер слика ги проширува можностите на импулсниот принцип на стекнување слика. Сигналите што се рефлектираат од неподвижните структури се препознаваат и се прикажуваат во форма на сиви тонови. Ако рефлектираниот сигнал има фреквенција различна од емитуваната, тогаш тоа значи дека се рефлектирал од предмет што се движи. Во овој случај, се одредува доплеровото поместување, неговиот знак и вредноста на просечната брзина. Овие параметри се користат за одредување на бојата, нејзината заситеност и осветленост. Вообичаено, насоката на протокот кон сензорот е шифрирана со црвено и подалеку од сензорот со сина боја. Осветленоста на бојата се одредува според брзината на проток.

Во последниве години, се појави варијанта на мапирање на доплер во боја, наречена „Power Doppler“ (Power Doppler). Со моќниот доплер, не се одредува вредноста на доплеровото поместување во рефлектираниот сигнал, туку неговата енергија. Овој пристап овозможува да се зголеми чувствителноста на методот на ниски брзини и да се направи речиси независен од аголот, иако по цена на губење на способноста за одредување на апсолутната вредност на брзината и насоката на протокот.

АРТЕФАКТИ

Артефакт во ултразвучната дијагностика е појавата на непостоечки структури на сликата, отсуството на постоечки структури, погрешната локација на структурите, погрешната осветленост на структурите, погрешните контури на структурите, погрешните големини на структурите. Реверберација, еден од најчестите артефакти, се јавува кога ултразвучен пулс удира помеѓу две или повеќе рефлектирачки површини. Во овој случај, дел од енергијата на ултразвучниот пулс постојано се рефлектира од овие површини, секој пат делумно враќајќи се во сензорот во редовни интервали (сл. 34).

Ориз. 34. Реверб.

Резултатот од ова ќе биде појавата на екранот на мониторот на непостоечки рефлектирачки површини, кои ќе се наоѓаат зад вториот рефлектор на растојание еднакво на растојанието помеѓу првиот и вториот рефлектор. Понекогаш е можно да се намалат одекнувањата со менување на положбата на сензорот. Варијанта на ревербот е артефакт наречен „опашка на кометата“. Се забележува во случај кога ултразвукот предизвикува природни осцилации на објектот. Овој артефакт често се забележува зад мали меурчиња со гас или мали метални предмети. Поради фактот што не секогаш целиот рефлектирачки сигнал се враќа во сензорот (сл. 35), се појавува артефакт на ефективната рефлектирачка површина, која е помала од вистинската рефлектирачка површина.

Ориз. 35. Ефективна рефлектирачка површина.

Поради овој артефакт, големини на калкулите утврдени со помош на ултразвук обично се малку помали од вистинските. Прекршувањето може да предизвика неправилна положба на објектот на добиената слика (сл. 36).

Ориз. 36. Ефективна рефлектирачка површина.

Во случај патеката на ултразвук од трансдуцерот до рефлектирачката структура и назад да не е иста, се јавува неправилна положба на објектот во добиената слика. Огледалните артефакти се изглед на објект лоциран на едната страна на силен рефлектор на неговата друга страна (сл. 37).

Ориз. 37. Артефакт на огледало.

Спекуларни артефакти често се појавуваат во близина на отворот.

Артефактот на акустична сенка (сл. 38) се јавува зад структури кои силно го рефлектираат или силно апсорбираат ултразвук. Механизмот на формирање на акустична сенка е сличен на формирањето на оптичка.

Ориз. 38. Акустична сенка.

Артефактот на засилување на дисталниот сигнал (сл. 39) се јавува зад структури кои слабо апсорбираат ултразвук (течни формации што содржат течност).

Ориз. 39. Дистално ехо засилување.

Артефактот на страничните сенки е поврзан со рефракција и, понекогаш, мешање на ултразвучни бранови кога ултразвучниот зрак тангенцијално паѓа на конвексна површина (циста, цервикален жолчен меур) на структурата, брзината на пренос на ултразвук во која значително се разликува од околните ткива ( Сл. 40).

Ориз. 40. Странични сенки.

Артефактите поврзани со неправилно определување на брзината на ултразвукот се јавуваат поради фактот што вистинската брзина на ширење на ултразвукот во одредено ткиво е поголема или помала од просечната (1,54 m/s) брзина за која е програмиран уредот (Сл. 41).

Ориз. 41. Искривувања поради разлики во брзината на ултразвукот (V1 и V2) во различни медиуми.

Артефакти на дебелината на ултразвучниот зрак се појавата, главно во органите што содржат течност, на рефлексии блиску до ѕидот поради фактот што ултразвучниот зрак има специфична дебелина и дел од овој зрак може истовремено да формира слика на орган и слика на соседните структури (сл. 42).

Ориз. 42. Артефакт на дебелината на ултразвучниот зрак.

КОНТРОЛА НА КВАЛИТЕТ НА РАБОТАТА НА УЛТРАЗВУЧНА ОПРЕМА

Контролата на квалитетот на ултразвучната опрема вклучува одредување на релативната чувствителност на системот, аксијална и странична резолуција, мртва зона, правилна работа на мерачот на далечина, точност на регистрација, правилна работа на TVG, одредување на динамичкиот опсег на сивата скала итн. . За контрола на квалитетот на работата на ултразвучните уреди, се користат специјални испитни предмети или фантоми слични на ткиво (сл. 43). Тие се комерцијално достапни, но не се широко користени кај нас, што го прави речиси невозможно калибрирањето на опремата за ултразвучна дијагностика на терен.

Ориз. 43. Тест објект на Американскиот институт за ултразвук во медицината.

БИОЛОШКИ ЕФЕКТ НА УЛТРАЗВУК И БЕЗБЕДНОСТ

Биолошкиот ефект на ултразвукот и неговата безбедност за пациентот постојано се дискутира во литературата. Познавањето за биолошките ефекти на ултразвукот се заснова на проучување на механизмите на ефектите на ултразвукот, проучување на ефектот на ултразвукот врз клеточните култури, експериментални студии на растенија, животни и, конечно, на епидемиолошки студии.

Ултразвукот може да предизвика биолошки ефект преку механички и термички влијанија. Слабеењето на ултразвучниот сигнал се должи на апсорпција, т.е. претворање на енергијата на ултразвучните бранови во топлина. Загревањето на ткивата се зголемува со зголемување на интензитетот на емитуваниот ултразвук и неговата фреквенција. Кавитација е формирање на пулсирачки меурчиња во течност исполнета со гас, пареа или нивна мешавина. Една од причините за кавитација може да биде ултразвучен бран. Значи, дали ултразвукот е штетен или не?

Истражувањата поврзани со ефектите на ултразвукот врз клетките, експерименталната работа кај растенијата и животните и епидемиолошките студии го наведоа Американскиот институт за ултразвук во медицината да ја даде следната изјава, која последен пат беше потврдена во 1993 година:

"Никогаш не биле пријавени потврдени биолошки ефекти кај пациенти или лица кои работат на уредот, предизвикани од зрачење (ултразвук), чиј интензитет е типичен за современите установи за ултразвучна дијагностика. Иако е можно такви биолошки ефекти да бидат откриени во иднина , сегашните податоци покажуваат дека користа за пациентот од претпазливото користење на дијагностички ултразвук го надминува потенцијалниот ризик, доколку го има“.

НОВИ НАСОКИ ВО УЛТРАЗВУЧКАТА ДИЈАГНОЗА

Има брз развој на ултразвучна дијагностика, континуирано подобрување на уредите за ултразвучна дијагностика. Можеме да претпоставиме неколку главни насоки за идниот развој на оваа дијагностичка метода.

Можно е натамошно подобрување на доплер техниките, особено како што се напојувачки доплер, доплер слика во боја на ткивата.

Тридимензионалната ехографија во иднина може да стане многу важна област на ултразвучна дијагностика. Во моментов, постојат неколку комерцијално достапни ултразвучни дијагностички единици кои овозможуваат тродимензионална реконструкција на сликата, сепак, додека клиничкото значење на оваа насока останува нејасно.

Концептот за користење на ултразвучни контрасти првпат беше изнесен од Р.Грамиак и П.М.Шах во доцните шеесетти за време на ехокардиографска студија. Во моментов, постои комерцијално достапен контраст „Еховист“ (Шеринг), кој се користи за визуелизација на десното срце. Неодамна беше модифициран за да се намали големината на контрастните честички и може да се рециклира во човечкиот циркулаторен систем (Левовист, Шеринг). Овој лек значително го подобрува доплер сигналот, и спектрален и во боја, што може да биде од суштинско значење за проценка на протокот на крв од туморот.

Интракавитарната ехографија со помош на ултратенки сензори отвора нови можности за проучување на шупливи органи и структури. Меѓутоа, во моментов, широката употреба на оваа техника е ограничена од високата цена на специјализираните сензори, кои, покрај тоа, можат да се користат за истражување ограничен број пати (1÷40).

Компјутерската обработка на слики со цел објективизација на добиените информации е ветувачка насока која може да ја подобри точноста на дијагностицирање на мали структурни промени во паренхимните органи во иднина. За жал, досега добиените резултати немаат значајно клиничко значење.

Сепак, она што вчера изгледаше како далечна иднина во ултразвучната дијагностика, денес стана вообичаена рутинска практика и, веројатно, во блиска иднина ќе бидеме сведоци на воведување на нови ултразвучни дијагностички техники во клиничката пракса.

ЛИТЕРАТУРА

1. Американскиот институт за ултразвук во медицината. Комитетот за биоефекти на AIUM. - J. Ultrasound Med. - 1983 година; 2: R14.
2. Извештаи за истражување на AIUM за евалуација на биолошките ефекти. Бетесда, Д-р, Американски институт за ултразвук во медицината, 1984 година.
3. Американскиот институт за ултразвук во медицината. Изјави за безбедност на AIUM. - J. Ultrasound Med.- 1983; 2: R69.
4. Американскиот институт за ултразвук во медицината. Изјава за клиничка безбедност. - J. Ultrasound Med. - 1984 година; 3: R10.
5. Бањавиќ РА. Дизајн и одржување на гаранција за квалитет за дијагностичка ултразвучна опрема. - Семин. Ултразвук - 1983 година; 4:10-26.
6. Комитетот за биоефекти. Безбедносни размислувања за дијагностички ултразвук. Лорел, д-р, Американски институт за ултразвук во медицината, 1991 година.
7. Поткомитетот за конференција за биоефекти. Биоефекти и безбедност на дијагностички ултразвук. Лорел, д-р, Американски институт за ултразвук во медицината, 1993 година.
8. Eden A. Потрагата по Кристијан Доплер. Њујорк, Спрингер-Верлаг, 1992 година.
9. Evans DH, McDicken WN, Skidmore R, et al. Доплер ултразвук: физика, инструментација и клинички апликации. Њујорк, Вајли и синови, 1989 година.
10. Гил РВ. Мерење на протокот на крв со ултразвук: точност и извори на грешки. - Ултразвук Мед. Биол. - 1985 година; 11:625-641.
11. Гајтон AC. Учебник по медицинска физиологија. 7-то издание. Филаделфија, ВБ Сандерс, 1986, 206-229.
12. Hunter TV, Haber K. Споредба на скенирање во реално време со конвенционално статичко скенирање во Б-режим. - J. Ultrasound Med. - 1983 година; 2:363-368.
13. Kisslo J, Adams DB, Belkin RN. Доплер слика за проток на боја. Њујорк, Черчил Ливингстон, 1988 година.
14. Кремкау Ф.В. Биолошки ефекти и можни опасности. Во: Кембел С, ед. Ултразвук во акушерство и гинекологија. Лондон, ВБ Сандерс, 1983, 395-405.
15. Кремкау Ф.В. Грешка на доплер агол поради прекршување. - Ултразвук Мед. Биол. - 1990 година; 16:523-524. - 1991 година; 17:97 часот.
16. Кремкау Ф.В. Податоци за фреквенција на поместување на доплер. - J. Ultrasound Med. - 1987 година; 6:167.
17. Кремкау Ф.В. Безбедност и долгорочни ефекти на ултразвукот: Што да им кажете на вашите пациенти. Во: Плат ЛД, ед. Перинатален ултразвук; Клин. опстетет. Gynecol.- 1984; 27:269-275.
18. Кремкау Ф.В. Технички теми (колумна што се појавува два месеца во делот Рефлексии). - J. Ultrasound Med. - 1983 година; 2.
19. Лејнг Ф.Ц. Најчесто се среќаваат артефакти во клиничкиот ултразвук. - Семин. Ултразвук-1983 година; 4:27-43.
20. Merrit CRB, ед. Доплер слика во боја. Њујорк, Черчил Ливингстон, 1992 година.
21. MilnorWR. хемодинамиката. 2. издание. Балтимор, Вилијамс и Вилкинс, 1989 година.
22. Nachtigall PE, Moore PWB. Сонар за животни. Њујорк, Пленум Прес, 1988 година.
23. Николс ВВ, О „Рурк МФ. Мекдоналдс проток на крв во артериите. Филаделфија, Леа и Фебигер, 1990 година.
24. Powis RL, Schwartz RA. Практичен доплер ултразвук за клиничарот. Балтимор, Вилијамс и Вилкинс, 1991 година.
25. Безбедносни размислувања за дијагностички ултразвук. Бетесда, Д-р, Американски институт за ултразвук во медицината, 1984 година.
26. Smith HJ, Zagzebski J. Основна доплер физика. Медисон, В., издаваштво за медицинска физика, 1991 година.
27. Цвајбел В.Ј. Преглед на основните термини во дијагностички ултразвук. - Семин. Ултразвук - 1983 година; 4:60-62.
28. Цвибел ВЈ. Физика. - Семин. Ултразвук - 1983 година; 4:1-62.
29. P. Golyamina, гл. ед. Ултразвук. Москва, „Советска енциклопедија“, 1979 година.

ТЕСТ ПРАШАЊА

1. Основата на методот на истражување на ултразвук е:
   A. визуелизација на органи и ткива на екранот на уредот
   Б. интеракција на ултразвукот со ткивата на човечкото тело
   B. примање ехо
   G. ултразвучно зрачење
   D. приказ на сиви тонови на сликата на екранот на инструментот
2. Ултразвукот е звук чија фреквенција не е помала од:
   a.15 kHz
   B. 20000 Hz
   B. 1 MHz D. 30 Hz E. 20 Hz
3. Брзината на ширење на ултразвукот се зголемува ако:
   A. густината на медиумот се зголемува
   B. густината на медиумот се намалува
   Б. еластичноста се зголемува
   D. густина, зголемување на еластичноста
   D. густината се намалува, еластичноста се зголемува
4. Просечната брзина на ширење на ултразвукот во меките ткива е:
   A. 1450 m/s
   B. 1620 m/s
   B. 1540 m/s
   D. 1300 m/s
   D. 1420 m/s
5. Брзината на ширење на ултразвукот се одредува според:
   A. фреквенција
   Б. Амплитуда
   Б. Бранова должина
   G. период
   D. Среда
6. Бранова должина во меките ткива со зголемена фреквенција:
   A. се намалува
   B. останува непроменет
   B. се зголемува
7. Имајќи ги вредностите на брзината на ширење на ултразвукот и фреквенцијата, можеме да пресметаме:
   А. Амплитуда
   B. период
   Б. Бранова должина
   D. амплитуда и период E. период и бранова должина
8. Со зголемена фреквенција, коефициентот на слабеење во меките ткива:
   A. се намалува
   B. останува непроменет
   B. се зголемува
9. Кој од следните параметри ги одредува својствата на медиумот низ кој поминува ултразвукот:
   а.отпор
   B. интензитет
   Б. Амплитуда
   G фреквенција
   D. период
10. Кој од следниве параметри не може да се одреди од останатите достапни:
    А. Фреквенција
    B. период
    Б. Амплитуда
    G. Бранова должина
    D. брзина на размножување
11. Ултразвукот се рефлектира од границата на медиумите кои имаат разлики во:
    A. Густина
    Б. Акустична импеданса
    Б. ултразвучна брзина
    G. еластичност
    D. Ултразвучна брзина и еластичност
12. За да го пресметате растојанието до рефлекторот, треба да знаете:
    A. слабеење, брзина, густина
    Б. слабеење, отпор
    Б. слабеење, апсорпција
    D. време на враќање на сигналот, брзина
    D. густина, брзина
13. Ултразвукот може да се фокусира:
    искривен елемент
    B. заоблен рефлектор
    Б. Леќа
    G. фазна антена
    D. сите горенаведени
14. Аксијалната резолуција се одредува со:
    A. фокусирање
    Б. растојание на објектот
    B. тип на сензор
    D. Среда
15. Попречната резолуција се одредува со:
    A. фокусирање
    Б. растојание на објектот
    B. тип на сензор
    G. бројот на осцилации во импулсот
    Д среда

Поглавје од том I од водичот за ултразвучна дијагностика,

напишано од персоналот на Одделот за ултразвучна дијагностика

Руска медицинска академија за постдипломско образование

Фреквенциите од 16 Hz - 20 kHz, кои човечкиот слушен апарат може да ги согледа, обично се нарекуваат звук или акустични, на пример, чкрипење на комарец „10 kHz. Но, воздухот, длабочините на морињата и утробата на земјата се исполнети со звуци кои лежат надвор од овој опсег - инфра и ултразвук. Во природата, ултразвукот се наоѓа како компонента на многу природни звуци, во бучавата на ветерот, водопадот, дождот, морските камчиња, валани од сурфањето, во молњите. Многу цицачи, како што се мачките и кучињата, имаат способност да перцепираат ултразвук до 100 kHz, а локациските способности на лилјаците, ноќните инсекти и морските животни се добро познати на сите. Постоењето на такви звуци било откриено со развојот на акустиката дури на крајот на 19 век. Во исто време, започнаа првите студии за ултразвук, но основите за неговата примена беа поставени дури во првата третина од 20 век.

Што е ултразвук

Ултразвучните бранови (нечујни звук) по својата природа не се разликуваат од брановите на звучниот опсег и ги почитуваат истите физички закони. Но, ултразвукот има специфични карактеристики кои ја одредиле неговата широка употреба во науката и технологијата.

Еве ги главните:

• Мала бранова должина. За најнискиот ултразвучен опсег, брановата должина не надминува неколку сантиметри во повеќето медиуми. Кратката бранова должина ја одредува природата на зраците на ширењето на ултразвучните бранови. Во близина на емитер, ултразвукот се шири во форма на греди блиски по големина до големината на емитер. Погодувајќи ги нехомогеностите во медиумот, ултразвучниот зрак се однесува како светлосен зрак, доживува рефлексија, прекршување, расејување, што овозможува да се формираат звучни слики во оптички непроѕирни медиуми користејќи чисто оптички ефекти (фокусирање, дифракција итн.)
• Мал период на осцилации, што овозможува емитување на ултразвук во форма на импулси и извршување на прецизен временски избор на сигнали за ширење во медиумот.
• Можноста за добивање високи вредности на интензитетот на осцилациите со мала амплитуда, бидејќи енергијата на осцилациите е пропорционална на квадратот на фреквенцијата. Ова овозможува да се создадат ултразвучни греди и полиња со високо ниво на енергија без да се бара голема опрема.
• Значајни акустични струи се развиваат во ултразвучното поле, така што влијанието на ултразвукот врз медиумот генерира специфични физички, хемиски, биолошки и медицински ефекти, како што се кавитација, капиларен ефект, дисперзија, емулзификација, дегасирање, дезинфекција, локално загревање и многу други.

Историја на ултразвук

Вниманието на акустиката беше предизвикано од потребите на морнариците на водечките сили - Англија и Франција, бидејќи. акустичен - единствениот тип на сигнал кој може да патува далеку во вода. Во 1826 година, францускиот научник Коладон ја утврдил брзината на звукот во водата. Експериментот на Коладон се смета за раѓање на модерната хидроакустика. Ударот на подводното ѕвоно во Женевското езеро се случи со истовремено палење на барут. Блесокот од барут беше забележан од Коладон на растојание од 10 милји. Звукот на ѕвончето го слушнал и преку подводна аудитивна цевка. Со мерење на временскиот интервал помеѓу овие два настани, Коладон ја пресметал брзината на звукот - 1435 m / s. Разликата со современите пресметки е само 3 m/s.

Во 1838 година, во Соединетите Американски Држави, звукот првпат бил искористен за да се одреди профилот на морското дно. Изворот на звукот, како и во искуството на Коладон, беше ѕвонче кое се огласи под вода, а приемникот беа големи аудитивни цевки кои паднаа преку бродот. Резултатите од експериментот беа разочарувачки - звукот на ѕвоното, како и експлозијата на касетите со прав во водата, даваа премногу слабо ехо, речиси нечујно меѓу другите звуци на морето. Беше неопходно да се оди во регионот на повисоки фреквенции, што ќе овозможи да се создадат насочени звучни зраци.

Првиот генератор на ултразвук бил направен во 1883 година од Англичанецот Галтон. Ултразвукот е создаден како звук со висок тон на работ на ножот кога ќе го погоди млаз воздух. Улогата на таква точка во свирежот на Галтон ја играше цилиндар со остри рабови. Во него влета воздух (или друг гас) што излегуваше под притисок преку прстенеста млазница со дијаметар ист како работ на цилиндерот и се појавија високофреквентни осцилации. Дувајќи го свирежот со водород, беше можно да се добијат осцилации до 170 kHz.

Во 1880 година, Пјер и Жак Кири направија одлучувачко откритие за ултразвучната технологија. Браќата Кири забележале дека кога се применува притисок на кварцните кристали, се создава електричен полнеж кој е директно пропорционален на силата што се применува на кристалот. Овој феномен е наречен „пиезоелектричност“ од грчкиот збор што значи „притискање“. Дополнително, тие демонстрираа инверзен пиезоелектричен ефект, кој се јавува кога брзо променливиот електричен потенцијал се применува на кристал, предизвикувајќи му да вибрира. Отсега, стана технички возможно да се произведуваат емитери и приемници на ултразвук со мала големина.

Смртта на Титаник од судир со санта мраз, потребата да се бориме со ново оружје - подморниците бараа брз развој на ултразвучна хидроакустика. Во 1914 година, францускиот физичар Пол Ланжевин, заедно со рускиот научник кој живее во Швајцарија, Константин Шиловски, за прв пат развија сонар кој се состои од емитер на ултразвук и хидрофон - приемник на ултразвучни вибрации врз основа на пиезоелектричниот ефект. Сонарот Лангевин-Шиловски беше првиот ултразвучен уред што се користеше во пракса. Исто така, на почетокот на векот, рускиот научник С.Ја.Соколов ги разви основите на ултразвучното откривање на дефекти во индустријата. Во 1937 година, германскиот психијатар Карл Душик, заедно со неговиот брат Фридрих, физичар, првпат користеле ултразвук за откривање на тумори на мозокот, но резултатите што ги добиле биле неверодостојни. Во медицинската дијагностика, ултразвукот почна да се користи дури во 1950-тите во САД.

Примена на ултразвук

Различните примени на ултразвукот може да се поделат во три области:

1. примање информации преку ултразвук
2. ефект врз материјата
3. обработка и пренос на сигнали

Зависноста на брзината на ширење и слабеењето на акустичните бранови од својствата на супстанцијата и процесите што се случуваат во нив се користи за:

• контрола на текот на хемиските реакции, фазни транзиции, полимеризација итн.
• определување на карактеристиките на јачината и составот на материјалите,
• утврдување на присуство на нечистотии,
• одредување на брзината на проток на течност и гас

Со помош на ултразвук, можете да миете, да ги отфрлите глодарите, да користите во медицината, да проверувате разни материјали за дефекти и многу повеќе.

Ултразвук

Ултразвук- еластични осцилации со фреквенција над границата на слухот за лице. Обично, опсегот на ултразвук се смета за фреквенции над 18.000 херци.

Иако постоењето на ултразвук е познато долго време, неговата практична употреба е прилично млада. Во денешно време, ултразвукот е широко користен во различни физички и технолошки методи. Значи, според брзината на ширење на звукот во медиум, се оценуваат неговите физички карактеристики. Мерењата на брзината на ултразвучни фреквенции овозможуваат, со многу мали грешки, да се утврдат, на пример, адијабатските карактеристики на брзите процеси, вредностите на специфичниот топлински капацитет на гасовите и еластичните константи на цврстите материи.

Извори на ултразвук

Фреквенцијата на ултразвучни вибрации што се користат во индустријата и биологијата лежи во опсегот од редот на неколку MHz. Ваквите вибрации обично се создаваат со употреба на пиезокерамички трансдуктори на бариум титанит. Во случаи кога моќта на ултразвучните вибрации е од примарна важност, обично се користат механички извори на ултразвук. Првично, сите ултразвучни бранови беа примени механички (вилушки, свирки, сирени).

Во природата, САД се среќаваат и како компоненти на многу природни звуци (во бучавата на ветерот, водопадот, дождот, во бучавата од камчињата валани од морското сурфање, во звуците што ги придружуваат молњите итн.) и меѓу звуците на животинскиот свет. Некои животни користат ултразвучни бранови за откривање на пречки, ориентација во вселената.

Емитери на ултразвук може да се поделат во две големи групи. Првиот вклучува емитери-генератори; осцилациите во нив се возбудени поради присуството на пречки на патот на постојан проток - млаз гас или течност. Втората група на емитери - електро-акустични трансдуцери; тие ги претвораат веќе дадените флуктуации на електричниот напон или струја во механичка вибрација на цврсто тело, која зрачи акустични бранови во околината.

Свирче Галтон

Првиот ултразвучен свиреж е направен во 1883 година од Англичанецот Галтон. Овде ултразвукот се создава како звук со висок тон на работ на ножот кога ќе го погоди млаз воздух. Улогата на таков врв во свирчето Галтон ја игра „усната“ во мала цилиндрична резонантна празнина. Гасот под висок притисок кој минува низ шуплив цилиндар ја погодува оваа „усна“; се јавуваат осцилации, чија фреквенција (тоа е околу 170 kHz) се одредува според големината на млазницата и усните. Силата на свирежот на Галтон е мала. Главно се користи за давање команди при обука на кучиња и мачки.

Течен ултразвучен свирче

Повеќето ултразвучни свирежи може да се прилагодат да работат во течен медиум. Во споредба со електричните извори на ултразвук, течните ултразвучни свирежи се со мала моќност, но понекогаш, на пример, за ултразвучна хомогенизација, тие имаат значителна предност. Бидејќи ултразвучните бранови се појавуваат директно во течен медиум, нема губење на енергијата на ултразвучните бранови за време на преминот од еден медиум во друг. Можеби најуспешниот е дизајнот на течен ултразвучен свирче, направен од англиските научници Котел и Гудман во раните 1950-ти. Во него, проток на течност под висок притисок излегува од елипсовидна млазница и се насочува кон челична плоча. Различни модификации на овој дизајн станаа доста широко распространети со цел да се добијат хомогени медиуми. Поради едноставноста и стабилноста на нивниот дизајн (само осцилирачката плоча е уништена), таквите системи се издржливи и ефтини.

Сирена

Друг вид на механички извори на ултразвук е сирената. Има релативно висока моќност и се користи во полицијата и противпожарните возила. Сите ротациони сирени се состојат од комора затворена одозгора со диск (статор) во која се направени голем број дупки. Има ист број на дупки на дискот што ротира внатре во комората - роторот. Кога роторот се ротира, положбата на дупките во него периодично се совпаѓа со положбата на дупките на статорот. Во комората континуирано се доставува компримиран воздух, кој излегува од неа во тие кратки моменти кога дупките на роторот и статорот се совпаѓаат.

Главната задача во производството на сирени е, прво, да се направат што повеќе дупки во роторот, и второ, да се постигне голема брзина на ротација. Сепак, многу е тешко да се исполнат и двете од овие барања во пракса.

Ултразвук во природа

Примена на ултразвук

Дијагностичка употреба на ултразвук во медицината (ултразвук)

Поради доброто ширење на ултразвукот во човечките меки ткива, неговата релативна безопасност во споредба со рендгенските зраци и леснотијата на користење во споредба со магнетната резонанца, ултразвукот е широко користен за визуелизација на состојбата на човечките внатрешни органи, особено во абдоминалната празнина и карличната празнина.

Терапевтски примени на ултразвук во медицината

Покрај тоа што е широко користен за дијагностички цели (види Ултразвук), ултразвукот се користи во медицината како терапевтски агенс.

Ултразвукот има ефект на:

• антиинфламаторно, абсорбента
• аналгетик, антиспазмодичен
• подобрување на кавитацијата на пропустливоста на кожата

Фонофорезата е комбинирана метода во која ткивата се засегнати од ултразвук и лековити супстанции внесени со него (и лекови и природно потекло). Спроведувањето на супстанциите под дејство на ултразвук се должи на зголемување на пропустливоста на епидермисот и кожните жлезди, клеточните мембрани и ѕидовите на садовите за супстанции со мала молекуларна тежина, особено бишофитните минерални јони. Погодност за ултрафонофореза на лекови и природни супстанции:

• медицинската супстанција не се уништува со ултразвук
• синергизам на дејството на ултразвукот и терапевтската супстанција

Индикации за бишофитна ултрафонофореза: остеоартритис, остеохондроза, артритис, бурзитис, епикондилитис, поттикнување на пети, состојби по повреди на мускулно-скелетниот систем; Невритис, невропатија, радикулитис, невралгија, повреда на нервите.

Се нанесува Bischofite-gel и се користи работната површина на емитер за микромасажа на погодената област. Техниката е лабилна, вообичаена за ултрафонофореза (со UVF на зглобовите, 'рбетот, интензитетот во цервикалниот регион е 0,2-0,4 W/cm2, во торакалниот и лумбалниот регион - 0,4-0,6 W/cm2).

Сечење метал со ултразвук

На конвенционалните машини за сечење метал, невозможно е да се пробие тесна дупка со сложена форма во метален дел, на пример, во форма на ѕвезда со пет крака. Со помош на ултразвук ова е можно, магнетостриктивниот вибратор може да дупчи дупки од која било форма. Ултразвучно длето целосно ја заменува машината за мелење. Во исто време, ваквото длето е многу поедноставно од машината за глодање и поевтино и побрзо е да се обработат металните делови со него отколку со фреза.

Ултразвукот може дури и да направи спирално сечење во метални делови, во стакло, во рубин, во дијамант. Вообичаено, конецот прво се прави во мек метал, а потоа делот се зацврстува. На ултразвучна машина, конците може да се направат во веќе стврднат метал и во најтврдите легури. Истото и со поштенските марки. Вообичаено, печатот се кали откако ќе биде внимателно завршен. На ултразвучна машина, најсложената обработка се врши со абразив (шмиргла, корунд во прав) во полето на ултразвучен бран. Постојано осцилирајќи на полето на ултразвук, честички од цврст прав се сечат во легурата што се обработува и отсекуваат дупка со иста форма како онаа на длето.

Подготовка на мешавини со помош на ултразвук

Ултразвукот е широко користен за подготовка на хомогени мешавини (хомогенизација). Во далечната 1927 година, американските научници Лимус и Вуд открија дека ако две немешаливи течности (на пример, масло и вода) се истурат во една чаша и се подложени на ултразвучно зрачење, тогаш во чашата се формира емулзија, односно фина суспензија на масло во вода. Ваквите емулзии играат важна улога во индустријата: тоа се лакови, бои, фармацевтски производи и козметика.

Употребата на ултразвук во биологијата

Способноста на ултразвукот да ги скрши клеточните мембрани најде примена во биолошкото истражување, на пример, доколку е потребно, да се оддели клетката од ензимите. Ултразвукот исто така се користи за уништување на интрацелуларните структури како што се митохондриите и хлоропластите со цел да се проучи односот помеѓу нивната структура и функција. Друга примена на ултразвукот во биологијата е поврзана со неговата способност да индуцира мутации. Студиите спроведени на Оксфорд покажаа дека дури и ултразвукот со низок интензитет може да ја оштети молекулата на ДНК. Вештачкото намерно создавање на мутации игра важна улога во одгледувањето на растенијата. Главната предност на ултразвукот во однос на другите мутагени (Х-зраци, ултравиолетови зраци) е тоа што е исклучително лесна за работа.

Употреба на ултразвук за чистење

Употребата на ултразвук за механичко чистење се заснова на појава на различни нелинеарни ефекти во течност под негово влијание. Тие вклучуваат кавитација, акустични струи, звучен притисок. Главната улога ја игра кавитација. Неговите меурчиња, кои се појавуваат и пропаѓаат во близина на загадувањето, ги уништуваат. Овој ефект е познат како кавитациона ерозија. Ултразвукот што се користи за овие цели има ниски фреквенции и зголемена моќност.

Во лабораториски и производствени услови, ултразвучни бањи исполнети со растворувач (вода, алкохол и сл.) се користат за миење на мали делови и прибор. Понекогаш со нивна помош, дури и коренските култури (компири, моркови, цвекло итн.) се мијат од честичките на земјата.

Примена на ултразвук при мерење на проток

Од 60-тите години на минатиот век, ултразвучните мерачи на проток се користат во индустријата за контрола на протокот и сметка за вода и течноста за ладење.

Употреба на ултразвук во откривање на недостатоци

Ултразвукот добро се пропагира во некои материјали, што овозможува да се користи за ултразвучно откривање на дефекти на производи направени од овие материјали. Неодамна, развиена е насоката на ултразвучна микроскопија, што овозможува да се проучи подповршинскиот слој на материјал со добра резолуција.

ултразвучно заварување

Ултразвучно заварување - заварување под притисок, извршено под влијание на ултразвучни вибрации. Овој тип на заварување се користи за поврзување на делови кои тешко се загреваат или при поврзување на различни метали или метали со силни оксидни фолии (алуминиум, не'рѓосувачки челици, магнетни јадра од легура и сл.). Значи, ултразвучното заварување се користи во производството на интегрирани кола.

Употреба на ултразвук во галванизација

Ултразвукот се користи за интензивирање на галванските процеси и подобрување на квалитетот на облогите произведени со електрохемиски метод.

Ултразвук- еластични звучни вибрации со висока фреквенција. Човечкото уво перцепира еластични бранови кои се шират во медиумот со фреквенција до приближно 16-20 kHz; вибрациите со поголема фреквенција претставуваат ултразвук (надвор од слухот). Обично, ултразвучниот опсег се смета за фреквентен опсег од 20.000 до милијарда Hz. Звучните вибрации со поголема фреквенција се нарекуваат хиперзвук. Во течности и цврсти материи, звучните вибрации можат да достигнат 1000 GHz

Иако научниците долго време знаат за постоењето на ултразвук, неговата практична употреба во науката, технологијата и индустријата започна релативно неодамна. Сега ултразвукот е широко користен во различни области на физиката, технологијата, хемијата и медицината.

Извори на ултразвук

Фреквенцијата на микробрановите ултразвучни бранови што се користат во индустријата и биологијата лежи во опсег од редот на неколку MHz. Фокусирањето на таквите зраци обично се врши со помош на специјални звучни леќи и огледала. Ултразвучен зрак со потребните параметри може да се добие со помош на соодветен трансдуцер. Најчестите керамички трансдуктори се направени од бариум титанит. Во случаи кога моќта на ултразвучниот зрак е од примарна важност, обично се користат механички извори на ултразвук. Првично, сите ултразвучни бранови беа примени механички (вилушки, свирки, сирени).

Во природата, САД се наоѓаат и како компонента на многу природни звуци (во бучавата на ветерот, водопадот, дождот, во бучавата од камчињата кои се тркалаат покрај морето, во звуците што ги придружуваат молњите итн.) и меѓу звуците на животинскиот свет. Некои животни користат ултразвучни бранови за откривање на пречки, ориентација во вселената.

Емитери на ултразвук може да се поделат во две големи групи. Првиот вклучува емитери-генератори; осцилациите во нив се возбудени поради присуството на пречки на патот на постојан проток - млаз гас или течност. Втората група на емитери - електро-акустични трансдуцери; тие ги претвораат веќе поставените осцилации на електричен напон или струја во механичко осцилирање на цврсто тело, кое испушта акустични бранови во околината.Примери на емитери: галтон свирче, течен и ултразвучен свирче, сирена.

Пропагирање на ултразвук.

Пропагирање на ултразвук е процес на движење во просторот и времето на пертурбации кои се случуваат во звучен бран.

Звучниот бран се шири во супстанца која е во гасовита, течна или цврста состојба во иста насока во која се поместени честичките на оваа супстанца, односно предизвикува деформација на медиумот. Деформацијата се состои во тоа што има последователно рефлексија и компресија на одредени волумени на медиумот, а растојанието помеѓу две соседни области одговара на должината на ултразвучниот бран. Колку е поголема специфичната акустична отпорност на медиумот, толку е поголем степенот на компресија и реткост на медиумот при дадена амплитуда на осцилација.

Честичките на медиумот вклучени во преносот на брановата енергија осцилираат околу нивната рамнотежна положба. Брзината со која честичките осцилираат околу нивната средна положба на рамнотежа се нарекува осцилаторна

брзина.

Дифракција, интерференција

За време на ширењето на ултразвучните бранови можни се феномени на дифракција, интерференција и рефлексија.

Дифракцијата (бранови кои се наведнуваат околу пречките) се јавува кога брановата должина на ултразвучниот бран е споредлива (или поголема) со големината на пречката на патот. Ако пречката е голема во споредба со акустичната бранова должина, тогаш не постои феномен на дифракција.

Со истовремено движење на неколку ултразвучни бранови во ткивото, може да дојде до суперпозиција на овие бранови во одредена точка во медиумот. Оваа суперпозиција на бранови еден на друг колективно се нарекува интерференција. Ако ултразвучните бранови се вкрстуваат во процесот на минување низ биолошки објект, тогаш во одредена точка на биолошкиот медиум се забележува зголемување или намалување на осцилациите. Резултатот од пречки ќе зависи од просторната врска на фазите на ултразвучни вибрации во дадена точка во медиумот. Ако ултразвучните бранови достигнат одредена област на медиумот во истите фази (во фаза), тогаш поместувањата на честичките ги имаат истите знаци и пречки во такви услови ја зголемуваат амплитудата на ултразвучните вибрации. Ако ултразвучните бранови пристигнат на одредено место во антифаза, тогаш поместувањето на честичките ќе биде придружено со различни знаци, што доведува до намалување на амплитудата на ултразвучните вибрации.

Интерференцијата игра важна улога во проценката на појавите што се случуваат во ткивата околу ултразвучниот емитер. Од особена важност е интерференцијата при ширење на ултразвучните бранови во спротивни насоки по нивното одразување од пречка.

Апсорпција на ултразвучни бранови

Ако медиумот во кој се шири ултразвукот има вискозитет и топлинска спроводливост или во него има други процеси на внатрешно триење, тогаш кога бранот се шири, звукот се апсорбира, односно додека се оддалечува од изворот, амплитудата на ултразвучните вибрации станува помала, како и енергијата што ја носат. Медиумот во кој се шири ултразвукот е во интеракција со енергијата што минува низ него и апсорбира дел од неа. Доминантниот дел од апсорбираната енергија се претвора во топлина, помал дел предизвикува неповратни структурни промени во супстанцијата што пренесува. Апсорпцијата е резултат на триењето на честичките едни против други, во различни медиуми е различно. Апсорпцијата зависи и од фреквенцијата на ултразвучните вибрации. Теоретски, апсорпцијата е пропорционална на квадратот на фреквенцијата.

Вредноста на апсорпција може да се карактеризира со коефициент на апсорпција, кој покажува како се менува интензитетот на ултразвукот во озрачената средина. Се зголемува со зачестеноста. Интензитетот на ултразвучните вибрации во медиумот се намалува експоненцијално. Овој процес се должи на внатрешно триење, топлинска спроводливост на апсорбирачкиот медиум и неговата структура. Привремено се карактеризира со големината на полуапсорбирачкиот слој, што покажува на која длабочина интензитетот на осцилациите се намалува за половина (поточно за 2,718 пати или за 63%). Според Палман, на фреквенција од 0,8 MHz, просечните вредности на полуапсорбирачкиот слој за некои ткива се како што следува: масно ткиво - 6,8 см; мускулест - 3,6 см; масното и мускулното ткиво заедно - 4,9 см Со зголемување на фреквенцијата на ултразвук, вредноста на полу-апсорбирачкиот слој се намалува. Значи, на фреквенција од 2,4 MHz, интензитетот на ултразвукот што минува низ масното и мускулното ткиво е преполовен на длабочина од 1,5 см.

Покрај тоа, можна е аномална апсорпција на енергијата на ултразвучните вибрации во одредени фреквентни опсези - тоа зависи од карактеристиките на молекуларната структура на даденото ткиво. Познато е дека 2/3 од енергијата на ултразвукот е атенуирана на молекуларно ниво и 1/3 на ниво на микроскопски ткивни структури.

Длабочина на пенетрација на ултразвучни бранови

Под длабочината на пенетрација на ултразвук се разбере длабочината на која интензитетот се намалува за половина. Оваа вредност е обратно пропорционална на апсорпцијата: колку посилниот медиум го апсорбира ултразвукот, толку е помало растојанието на кое интензитетот на ултразвукот се намалува за половина.

Расејување на ултразвучни бранови

Ако има нехомогености во медиумот, тогаш се јавува расејување на звукот, што може значително да ја промени едноставната шема на ширење на ултразвукот и, во крајна линија, да предизвика и слабеење на бранот во првобитната насока на ширење.

Рефракција на ултразвучни бранови

Бидејќи акустичниот отпор на човечките меки ткива не е многу различен од отпорот на водата, може да се претпостави дека рефракцијата на ултразвучните бранови ќе се забележи на интерфејсот помеѓу медиумите (епидермис - дермис - фасција - мускул).

Рефлексија на ултразвучни бранови

Ултразвучната дијагностика се заснова на феноменот на рефлексија. Рефлексијата се јавува во граничните области на кожата и маснотиите, маснотиите и мускулите, мускулите и коските. Ако ултразвукот наиде на пречка за време на ширењето, тогаш се јавува рефлексија, ако пречката е мала, тогаш ултразвукот тече околу него, како што беше. Хетерогеностите на телото не предизвикуваат значителни отстапувања, бидејќи, во споредба со брановата должина (2 mm), нивните димензии (0,1-0,2 mm) може да се занемарат. Ако ултразвукот на својот пат наиде на органи кои се поголеми од брановата должина, тогаш настанува рефракција и рефлексија на ултразвукот. Најсилниот одраз е забележан на границите на коската - околните ткива и ткивата - воздухот. Воздухот има мала густина и се забележува речиси целосен одраз на ултразвукот. Одразот на ултразвучните бранови се забележува на границата на мускулите - надкостница - коска, на површината на шупливи органи.

Патување и стоење ултразвучни бранови

Ако за време на ширењето на ултразвучните бранови во медиумот тие не се рефлектираат, се формираат патувачки бранови. Како резултат на загубите на енергија, осцилаторните движења на честичките на медиумот постепено се распаѓаат, а колку подалеку се наоѓаат честичките од површината што зрачи, толку е помала амплитудата на нивните осцилации. Ако, сепак, има ткива со различни специфични акустични отпори на патот на ширење на ултразвучните бранови, тогаш, до еден или друг степен, ултразвучните бранови се рефлектираат од граничниот дел. Суперпозиција на инциденти и рефлектирани ултразвучни бранови може да доведе до стоечки бранови. За да се појават стоечки бранови, растојанието од површината на емитер до рефлектирачката површина мора да биде повеќекратно од половина од брановата должина.

Ултразвук

Ултразвук- еластични осцилации со фреквенција над границата на слухот за лице. Обично, опсегот на ултразвук се смета за фреквенции над 18.000 херци.

Иако постоењето на ултразвук е познато долго време, неговата практична употреба е прилично млада. Во денешно време, ултразвукот е широко користен во различни физички и технолошки методи. Значи, според брзината на ширење на звукот во медиум, се оценуваат неговите физички карактеристики. Мерењата на брзината на ултразвучни фреквенции овозможуваат, со многу мали грешки, да се утврдат, на пример, адијабатските карактеристики на брзите процеси, вредностите на специфичниот топлински капацитет на гасовите и еластичните константи на цврстите материи.

Извори на ултразвук

Фреквенцијата на ултразвучни вибрации што се користат во индустријата и биологијата лежи во опсегот од редот на неколку MHz. Ваквите вибрации обично се создаваат со употреба на пиезокерамички трансдуктори на бариум титанит. Во случаи кога моќта на ултразвучните вибрации е од примарна важност, обично се користат механички извори на ултразвук. Првично, сите ултразвучни бранови беа примени механички (вилушки, свирки, сирени).

Во природата, САД се среќаваат и како компоненти на многу природни звуци (во бучавата на ветерот, водопадот, дождот, во бучавата од камчињата валани од морското сурфање, во звуците што ги придружуваат молњите итн.) и меѓу звуците на животинскиот свет. Некои животни користат ултразвучни бранови за откривање на пречки, ориентација во вселената.

Емитери на ултразвук може да се поделат во две големи групи. Првиот вклучува емитери-генератори; осцилациите во нив се возбудени поради присуството на пречки на патот на постојан проток - млаз гас или течност. Втората група на емитери - електро-акустични трансдуцери; тие ги претвораат веќе дадените флуктуации на електричниот напон или струја во механичка вибрација на цврсто тело, која зрачи акустични бранови во околината.

Свирче Галтон

Првиот ултразвучен свиреж е направен во 1883 година од Англичанецот Галтон. Овде ултразвукот се создава како звук со висок тон на работ на ножот кога ќе го погоди млаз воздух. Улогата на таков врв во свирчето Галтон ја игра „усната“ во мала цилиндрична резонантна празнина. Гасот под висок притисок кој минува низ шуплив цилиндар ја погодува оваа „усна“; се јавуваат осцилации, чија фреквенција (тоа е околу 170 kHz) се одредува според големината на млазницата и усните. Силата на свирежот на Галтон е мала. Главно се користи за давање команди при обука на кучиња и мачки.

Течен ултразвучен свирче

Повеќето ултразвучни свирежи може да се прилагодат да работат во течен медиум. Во споредба со електричните извори на ултразвук, течните ултразвучни свирежи се со мала моќност, но понекогаш, на пример, за ултразвучна хомогенизација, тие имаат значителна предност. Бидејќи ултразвучните бранови се појавуваат директно во течен медиум, нема губење на енергијата на ултразвучните бранови за време на преминот од еден медиум во друг. Можеби најуспешниот е дизајнот на течен ултразвучен свирче, направен од англиските научници Котел и Гудман во раните 1950-ти. Во него, проток на течност под висок притисок излегува од елипсовидна млазница и се насочува кон челична плоча. Различни модификации на овој дизајн станаа доста широко распространети со цел да се добијат хомогени медиуми. Поради едноставноста и стабилноста на нивниот дизајн (само осцилирачката плоча е уништена), таквите системи се издржливи и ефтини.

Сирена

Друг вид на механички извори на ултразвук е сирената. Има релативно висока моќност и се користи во полицијата и противпожарните возила. Сите ротациони сирени се состојат од комора затворена одозгора со диск (статор) во која се направени голем број дупки. Има ист број на дупки на дискот што ротира внатре во комората - роторот. Кога роторот се ротира, положбата на дупките во него периодично се совпаѓа со положбата на дупките на статорот. Во комората континуирано се доставува компримиран воздух, кој излегува од неа во тие кратки моменти кога дупките на роторот и статорот се совпаѓаат.

Главната задача во производството на сирени е, прво, да се направат што повеќе дупки во роторот, и второ, да се постигне голема брзина на ротација. Сепак, многу е тешко да се исполнат и двете од овие барања во пракса.

Ултразвук во природа

Примена на ултразвук

Дијагностичка употреба на ултразвук во медицината (ултразвук)

Поради доброто ширење на ултразвукот во човечките меки ткива, неговата релативна безопасност во споредба со рендгенските зраци и леснотијата на користење во споредба со магнетната резонанца, ултразвукот е широко користен за визуелизација на состојбата на човечките внатрешни органи, особено во абдоминалната празнина и карличната празнина.

Терапевтски примени на ултразвук во медицината

Покрај тоа што е широко користен за дијагностички цели (види Ултразвук), ултразвукот се користи во медицината како терапевтски агенс.

Ултразвукот има ефект на:

• антиинфламаторно, абсорбента
• аналгетик, антиспазмодичен
• подобрување на кавитацијата на пропустливоста на кожата

Фонофорезата е комбинирана метода во која ткивата се засегнати од ултразвук и лековити супстанции внесени со него (и лекови и природно потекло). Спроведувањето на супстанциите под дејство на ултразвук се должи на зголемување на пропустливоста на епидермисот и кожните жлезди, клеточните мембрани и ѕидовите на садовите за супстанции со мала молекуларна тежина, особено бишофитните минерални јони. Погодност за ултрафонофореза на лекови и природни супстанции:

• медицинската супстанција не се уништува со ултразвук
• синергизам на дејството на ултразвукот и терапевтската супстанција

Индикации за ултрафонофореза на бишофит: остеоартритис, остеохондроза, артритис, бурзитис, епикондилитис, поттик на пети, состојби по повреди на мускулно-скелетниот систем; Невритис, невропатија, радикулитис, невралгија, повреда на нервите.

Се нанесува Bischofite-gel и се користи работната површина на емитер за микромасажа на погодената област. Техниката е лабилна, вообичаена за ултрафонофореза (со UVF на зглобовите, 'рбетот, интензитетот во цервикалниот регион е 0,2-0,4 W/cm2, во торакалниот и лумбалниот регион - 0,4-0,6 W/cm2).

Сечење метал со ултразвук

На конвенционалните машини за сечење метал, невозможно е да се пробие тесна дупка со сложена форма во метален дел, на пример, во форма на ѕвезда со пет крака. Со помош на ултразвук ова е можно, магнетостриктивниот вибратор може да дупчи дупки од која било форма. Ултразвучно длето целосно ја заменува машината за мелење. Во исто време, ваквото длето е многу поедноставно од машината за глодање и поевтино и побрзо е да се обработат металните делови со него отколку со фреза.

Ултразвукот може дури и да направи спирално сечење во метални делови, во стакло, во рубин, во дијамант. Вообичаено, конецот прво се прави во мек метал, а потоа делот се зацврстува. На ултразвучна машина, конците може да се направат во веќе стврднат метал и во најтврдите легури. Истото и со поштенските марки. Вообичаено, печатот се кали откако ќе биде внимателно завршен. На ултразвучна машина, најсложената обработка се врши со абразив (шмиргла, корунд во прав) во полето на ултразвучен бран. Постојано осцилирајќи на полето на ултразвук, честички од цврст прав се сечат во легурата што се обработува и отсекуваат дупка со иста форма како онаа на длето.

Подготовка на мешавини со помош на ултразвук

Ултразвукот е широко користен за подготовка на хомогени мешавини (хомогенизација). Во далечната 1927 година, американските научници Лимус и Вуд открија дека ако две немешаливи течности (на пример, масло и вода) се истурат во една чаша и се подложени на ултразвучно зрачење, тогаш во чашата се формира емулзија, односно фина суспензија на масло во вода. Ваквите емулзии играат важна улога во индустријата: тоа се лакови, бои, фармацевтски производи и козметика.

Употребата на ултразвук во биологијата

Способноста на ултразвукот да ги скрши клеточните мембрани најде примена во биолошкото истражување, на пример, доколку е потребно, да се оддели клетката од ензимите. Ултразвукот исто така се користи за уништување на интрацелуларните структури како што се митохондриите и хлоропластите со цел да се проучи односот помеѓу нивната структура и функција. Друга примена на ултразвукот во биологијата е поврзана со неговата способност да индуцира мутации. Студиите спроведени на Оксфорд покажаа дека дури и ултразвукот со низок интензитет може да ја оштети молекулата на ДНК. Вештачкото намерно создавање на мутации игра важна улога во одгледувањето на растенијата. Главната предност на ултразвукот во однос на другите мутагени (Х-зраци, ултравиолетови зраци) е тоа што е исклучително лесна за работа.

Употреба на ултразвук за чистење

Употребата на ултразвук за механичко чистење се заснова на појава на различни нелинеарни ефекти во течност под негово влијание. Тие вклучуваат кавитација, акустични струи, звучен притисок. Главната улога ја игра кавитација. Неговите меурчиња, кои се појавуваат и пропаѓаат во близина на загадувањето, ги уништуваат. Овој ефект е познат како кавитациона ерозија. Ултразвукот што се користи за овие цели има ниски фреквенции и зголемена моќност.

Во лабораториски и производствени услови, ултразвучни бањи исполнети со растворувач (вода, алкохол и сл.) се користат за миење на мали делови и прибор. Понекогаш со нивна помош, дури и коренските култури (компири, моркови, цвекло итн.) се мијат од честичките на земјата.

Примена на ултразвук при мерење на проток

Од 60-тите години на минатиот век, ултразвучните мерачи на проток се користат во индустријата за контрола на протокот и сметка за вода и течноста за ладење.

Употреба на ултразвук во откривање на недостатоци

Ултразвукот добро се пропагира во некои материјали, што овозможува да се користи за ултразвучно откривање на дефекти на производи направени од овие материјали. Неодамна, развиена е насоката на ултразвучна микроскопија, што овозможува да се проучи подповршинскиот слој на материјал со добра резолуција.

ултразвучно заварување

Ултразвучно заварување - заварување под притисок, извршено под влијание на ултразвучни вибрации. Овој тип на заварување се користи за поврзување на делови кои тешко се загреваат или при поврзување на различни метали или метали со силни оксидни фолии (алуминиум, не'рѓосувачки челици, магнетни јадра од легура и сл.). Ова се користи во производството на интегрирани кола.

Руска енциклопедија за заштита на трудот

Еластични бранови со фреквенции прибл. (1,5 2) 104 Hz (15 20 kHz) до 109 Hz (1 GHz); се нарекува опсегот на фреквенции U. од 109 до 1012 1013 Hz. хиперсоничен. Фреквентниот опсег U. е погодно поделен на три опсези: U. ниски фреквенции (1,5 104 105 Hz), U. ... ... Физичка енциклопедија

УЛТРАЗВУК, еластични бранови нечујни за човечкото уво, чии фреквенции надминуваат 20 kHz. Ултразвукот е содржан во бучавата на ветрот и морето, го испуштаат и перцепираат голем број животни (лилјаци, делфини, риби, инсекти итн.), присутен е во бучавата ... ... Модерна енциклопедија

Еластични бранови кои се нечујни за човечкото уво и чии фреквенции надминуваат 20 kHz. Ултразвукот е содржан во бучавата на ветрот и морето, го испуштаат и перцепираат голем број животни (лилјаци, риби, инсекти итн.), присутен е во бучавата на автомобилите. Користено во…… Голем енциклопедиски речник

Еластични бранови со фреквенција на осцилации од 20 kHz до 1 GHz. Најважните области на примена на ултразвукот се сонар, хидролокатор, навигација, оружје за враќање дома, истражување на длабочините на морето итн. EdwART. Објаснувачки поморски речник, 2010 година ... Морски речник

Ултразвук- еластични вибрации и бранови со фреквенции над опсегот на човечкиот слух ...

21 век е век на радио електрониката, атомот, вселенското истражување и ултразвукот. Науката за ултразвук денес е релативно млада. На крајот на 19 век, П.Н. Лебедев, руски физиолог, ги спроведе своите први студии. После тоа, многу еминентни научници почнаа да го проучуваат ултразвукот.

Што е ултразвук?

Ултразвукот е размножувачко повлажна осцилаторно движење што го прават честичките на медиумот. Има свои карактеристики, во кои се разликува од звуците на звучниот опсег. Релативно е лесно да се добие насочено зрачење во опсегот на ултразвук. Покрај тоа, тој е добро фокусиран, а како резултат на тоа, се зголемува интензитетот на направените осцилации. Кога се размножува во цврсти материи, течности и гасови, ултразвукот предизвикува интересни појави кои нашле практична примена во многу области на технологијата и науката. Тоа е она што е ултразвук, чија улога во различни сфери на животот денес е многу голема.

Улогата на ултразвукот во науката и практиката

Во последниве години, ултразвукот почна да игра се поважна улога во научните истражувања. Успешно беа спроведени експериментални и теоретски студии од областа на акустичните текови и ултразвучната кавитација, што им овозможи на научниците да развијат технолошки процеси што се случуваат кога се изложени на ултразвук во течна фаза. Тоа е моќен метод за проучување на различни појави во такво поле на знаење како што е физиката. Ултразвукот се користи, на пример, во физиката на полупроводници и цврста состојба. Денеска се формира посебна гранка на хемијата наречена „ултразвучна хемија“. Неговата примена овозможува забрзување на многу хемиско-технолошки процеси. Се роди и молекуларна акустика - нова гранка на акустика која ја проучува молекуларната интеракција со материјата.Се појавија нови области на примена на ултразвукот: холографија, интроскопија, акустоелектроника, мерење на ултразвучни фази, квантна акустика.

Покрај експерименталната и теоретската работа во оваа област, денес е направена многу практична работа. Развиени се специјални и универзални машини за ултразвук, инсталации кои работат под зголемен статички притисок итн.. Во производството се воведени автоматски ултразвучни инсталации вклучени во производните линии, кои можат значително да ја зголемат продуктивноста на трудот.

Повеќе за ултразвук

Ајде да разговараме повеќе за тоа што е ултразвук. Веќе рековме дека ова се еластични бранови и ултразвукот е над 15-20 kHz. Субјективните својства на нашиот слух ја одредуваат долната граница на ултразвучните фреквенции, што го одделува од фреквенцијата на звучниот звук. Според тоа, оваа граница е условена и секој од нас различно дефинира што е ултразвук. Горната граница е означена со еластични бранови, нивната физичка природа. Тие се шират само во материјална средина, односно брановата должина мора да биде значително поголема од средната слободна патека на молекулите присутни во гасот или од меѓуатомските растојанија во цврстите и течностите. При нормален притисок во гасовите, горната граница на ултразвучните фреквенции е 10 9 Hz, а во цврсти материи и течности - 10 12 -10 13 Hz.

Извори на ултразвук

Ултразвукот се среќава во природата и како компонента на многу природни звуци (водопад, ветер, дожд, камчиња валани со сурфање, како и во звуците што ги придружуваат празнењата од грмотевици итн.), и како составен дел од светот на животните. Некои видови животни го користат за ориентација во вселената, откривање на препреки. Исто така, познато е дека делфините користат ултразвук во природата (главно фреквенции од 80 до 100 kHz). Во овој случај, моќта на локациските сигнали емитирани од нив може да биде многу голема. Познато е дека делфините можат да откријат зрнца риби на растојание од еден километар од нив.

Емитери (извори) на ултразвук се поделени во 2 големи групи. Првиот е генератори, во кои осцилациите се возбудени поради присуството на пречки во нив инсталирани на патеката на постојан проток - млаз течност или гас. Втората група, во која може да се комбинираат изворите на ултразвук, се електроакустичните трансдуцери, кои ги претвораат дадените струјни или електрични напонски флуктуации во механичка вибрација изведена од цврсто тело кое зрачи акустични бранови во околината.

Ултразвучни приемници

На средните и ултразвучните приемници, електроакустичните трансдуктори најчесто се од пиезоелектричен тип. Тие можат да ја репродуцираат формата на примениот звучен сигнал, претставена како временска зависност на звучниот притисок. Уредите можат да бидат или широкопојасни или резонантни, во зависност од условите за примена за кои се наменети. Термичките приемници се користат за да се добијат просечни временски карактеристики на звучното поле. Тие се термистори или термопарови обложени со супстанца што апсорбира звук. Притисокот и интензитетот на звукот може да се проценат и со оптички методи како што е дифракција на светлината со ултразвук.

Каде се користи ултразвукот?

Постојат многу области на неговата примена, додека се користат различни карактеристики на ултразвук. Овие области може грубо да се поделат на три области. Првиот од нив е поврзан со добивање различни информации со помош на ултразвучни бранови. Втората насока е нејзиното активно влијание врз супстанцијата. И третиот е поврзан со пренос и обработка на сигнали. Специфичното САД се користи во секој случај. Ќе опфатиме само неколку од многуте области во кои ја најде својата примена.

Ултразвучно чистење

Квалитетот на таквото чистење не може да се спореди со други методи. При плакнење на делови, на пример, до 80% од загадувачите остануваат на нивната површина, околу 55% ​​- со чистење со вибрации, околу 20% - со рачно чистење и со ултразвучно чистење, остануваат не повеќе од 0,5% од загадувачите. Деталите кои имаат сложена форма можат добро да се исчистат само со помош на ултразвук. Важна предност на неговата употреба е високата продуктивност, како и ниските трошоци за физичка работа. Покрај тоа, можно е да се заменат скапи и запаливи органски растворувачи со евтини и безбедни водени раствори, да се користи течен фреон итн.

Сериозен проблем е загадувањето на воздухот со саѓи, чад, прашина, метални оксиди итн. Можете да го користите ултразвучниот метод за чистење на воздухот и гасот во излезите за гас, без оглед на влажноста и температурата на околината. Ако ултразвучен емитер се стави во комора за таложење прашина, неговата ефикасност ќе се зголеми стотици пати. Која е суштината на таквото прочистување? Честичките прашина што се движат случајно во воздухот се удираат меѓусебно посилно и почесто под влијание на ултразвучни вибрации. Во исто време, нивната големина се зголемува поради фактот што тие се спојуваат. Коагулацијата е процес на зголемување на честичките. Нивните пондерирани и зголемени акумулации се фатени со специјални филтри.

Обработка на кршливи и супертврди материјали

Ако влезете помеѓу работното парче и работната површина на алатката што користи ултразвук, тогаш абразивните честички за време на работата на емитер ќе влијаат на површината на овој дел. Во овој случај, материјалот е уништен и отстранет, подложен на обработка под дејство на различни насочени микро-влијанија. Кинематиката на обработката се состои од главното движење - сечење, односно надолжните вибрации што ги прави алатот и помошното - движењето на доводот што го врши апаратот.

Ултразвукот може да врши различни работи. За абразивните зрна, изворот на енергија се надолжните вибрации. Тие го уништуваат обработениот материјал. Движењето на храната (помошно) може да биде кружно, попречно и надолжно. Ултразвучната обработка има голема прецизност. Во зависност од големината на зрното на абразивот, таа се движи од 50 до 1 микрон. Користејќи алатки со различни форми, можете да направите не само дупки, туку и сложени парчиња, заоблени секири, гравирање, мелење, правење матрици, па дури и дупчење дијамант. Материјалите што се користат како абразив се корунд, дијамант, кварцен песок, кремен.

Ултразвук во радио електрониката

Ултразвукот во инженерството често се користи во областа на радио електрониката. Во оваа област, често станува неопходно да се одложи електричниот сигнал во однос на некој друг. Научниците најдоа добро решение со тоа што предложија употреба на ултразвучни линии за одложување (накратко LZ). Нивното дејство се заснова на фактот дека електричните импулси се претвораат во ултразвучни.Како се случува ова? Факт е дека брзината на ултразвукот е значително помала од развиената.Импулсот на напонот по обратната трансформација во електрични механички осцилации ќе биде одложен на излезот од линијата во однос на влезниот импулс.

Пиезоелектрични и магнетостриктивни трансдуктори се користат за претворање на електрични во механички вибрации и обратно. LZ, соодветно, се поделени на пиезоелектрични и магнетостриктивни.

Ултразвук во медицината

Различни видови на ултразвук се користат за влијание врз живите организми. Во медицинската пракса, неговата употреба сега е многу популарна. Се заснова на ефектите што се јавуваат во биолошките ткива кога ултразвукот поминува низ нив. Брановите предизвикуваат флуктуации на честичките на медиумот, што создава еден вид ткивна микромасажа. А апсорпцијата на ултразвук доведува до нивно локално загревање. Во исто време, одредени физичко-хемиски трансформации се случуваат во биолошките медиуми. Овие појави не предизвикуваат неповратно оштетување во случај на умерен интензитет на звук. Тие само го подобруваат метаболизмот и затоа придонесуваат за виталната активност на телото изложено на нив. Ваквите појави се користат во терапија со ултразвук.

Ултразвук во хирургија

Кавитација и силно загревање при високи интензитети доведуваат до уништување на ткивото. Овој ефект се користи денес во хирургија. Фокусираниот ултразвук се користи за хируршки операции, што овозможува локално уништување во најдлабоките структури (на пример, мозокот), без оштетување на околните. Во хирургијата се користат и ултразвучни инструменти, во кои работниот крај изгледа како турпија, скалпел, игла. Вибрациите што им се наметнуваат им даваат нови квалитети на овие инструменти. Потребната сила е значително намалена, затоа, трауматизмот на операцијата е намален. Покрај тоа, се манифестира аналгетски и хемостатички ефект. Ударот со тап инструмент со помош на ултразвук се користи за уништување на одредени видови неоплазми што се појавиле во телото.

Влијанието врз биолошките ткива се врши за уништување на микроорганизми и се користи во процесите на стерилизација на лекови и медицински инструменти.

Испитување на внатрешните органи

Во суштина, ние зборуваме за проучување на абдоминалната празнина. За таа цел се користи специјален апарат. Ултразвукот може да се користи за пронаоѓање и препознавање на различни ткивни и анатомски аномалии. Задачата често е како што следува: постои сомневање за малигна формација и се бара да се разликува од бенигна или заразна формација.

Ултразвукот е корисен при испитување на црниот дроб и за други задачи, кои вклучуваат откривање на опструкции и болести на жолчните канали, како и испитување на жолчното кесе за откривање на присуство на камења и други патологии во него. Дополнително, може да се користи и тестирање за цироза и други дифузни бенигни заболувања на црниот дроб.

Во областа на гинекологијата, особено во анализата на јајниците и матката, употребата на ултразвук одамна е главната насока во која се спроведува со особен успех. Често, тука е потребна и диференцијација на бенигни и малигни формации, што обично бара најдобар контраст и просторна резолуција. Слични заклучоци можат да бидат корисни во проучувањето на многу други внатрешни органи.

Употреба на ултразвук во стоматологијата

Ултразвукот го најде својот пат и во стоматологијата, каде што се користи за отстранување на забен камен. Ви овозможува брзо, бескрвно и безболно отстранување на наслагите и камењата. Во исто време, оралната мукоза не е повредена, а „џебовите“ на шуплината се дезинфицираат. Наместо болка, пациентот доживува чувство на топлина.

Ако телото осцилира во еластична средина побрзо отколку што медиумот има време да тече околу него, тоа или го компресира или ја рефлектира медиумот со своето движење. Слоевите со висок и низок притисок се распрснуваат од осцилирачкото тело во сите правци и формираат звучни бранови. Ако вибрациите на телото што го создава бранот се следат едни со други не помалку од 16 пати во секунда, не повеќе од 18 илјади пати во секунда, тогаш човечкото уво ги слуша.

Фреквенциите 16 - 18000 Hz, кои човечкиот слушен апарат е способен да ги согледа, обично се нарекуваат звук, на пример, крцкање на комарец „10 kHz. Но, воздухот, длабочините на морињата и утробата на земјата се исполнети со звуци кои лежат под и над овој опсег - инфра и ултразвук. Во природата, ултразвукот се наоѓа како компонента на многу природни звуци: во бучавата на ветерот, водопадот, дождот, морските камчиња валани од сурфањето, во молњите. Многу цицачи, како што се мачките и кучињата, имаат способност да перцепираат ултразвук со фреквенција до 100 kHz, а локациските способности на лилјаците, ноќните инсекти и морските животни се добро познати на сите. Постоењето на нечујни звуци било откриено со развојот на акустиката кон крајот на 19 век. Во исто време, започнаа првите студии за ултразвук, но основите за неговата примена беа поставени дури во првата третина од 20 век.

Долната граница на ултразвучниот опсег се нарекува еластични вибрации со фреквенција од 18 kHz. Горната граница на ултразвукот се одредува според природата на еластичните бранови, кои можат да се шират само под услов брановата должина да биде многу поголема од средната слободна патека на молекулите (во гасови) или меѓуатомските растојанија (во течности и гасови). Кај гасовите, горната граница е »106 kHz, во течности и цврсти материи »1010 kHz. Како по правило, фреквенциите до 106 kHz се нарекуваат ултразвук. Повисоките фреквенции се нарекуваат хиперзвук.

Ултразвучните бранови по својата природа не се разликуваат од брановите на звучниот опсег и ги почитуваат истите физички закони. Но, ултразвукот има специфични карактеристики кои ја одредиле неговата широка употреба во науката и технологијата. Еве ги главните:

• Мала бранова должина. За најнискиот ултразвучен опсег, брановата должина не надминува неколку сантиметри во повеќето медиуми. Кратката бранова должина ја одредува природата на зраците на ширењето на ултразвучните бранови. Во близина на емитер, ултразвукот се шири во форма на греди блиски по големина до големината на емитер. Погодувајќи ги нехомогеностите во медиумот, ултразвучниот зрак се однесува како светлосен зрак, доживува рефлексија, прекршување, расејување, што овозможува да се формираат звучни слики во оптички непроѕирни медиуми користејќи чисто оптички ефекти (фокусирање, дифракција итн.)
• Мал период на осцилации, што овозможува емитување на ултразвук во форма на импулси и извршување на прецизен временски избор на сигнали за ширење во медиумот.
• Можноста за добивање високи вредности на вибрациона енергија со мала амплитуда, бидејќи енергијата на осцилациите е пропорционална на квадратот на фреквенцијата. Ова овозможува да се создадат ултразвучни греди и полиња со високо ниво на енергија без да се бара голема опрема.
• Значајни акустични струи се развиваат на ултразвучно поле. Затоа, влијанието на ултразвукот врз животната средина генерира специфични ефекти: физички, хемиски, биолошки и медицински. Како што се кавитација, звук-капиларен ефект, дисперзија, емулзификација, дегасирање, дезинфекција, локално загревање и многу други.
• Ултразвукот не се слуша и не создава непријатност кај оперативниот персонал.

Историја на ултразвук. Кој го откри ултразвукот.

Вниманието на акустиката беше предизвикано од потребите на морнариците на водечките сили - Англија и Франција, бидејќи. акустичен - единствениот тип на сигнал кој може да патува далеку во вода. Во 1826 г Францускиот научник Коладонја одредува брзината на звукот во водата. Експериментот на Коладон се смета за раѓање на модерната хидроакустика. Ударот на подводното ѕвоно во Женевското езеро се случи со истовремено палење на барут. Блесокот од барут беше забележан од Коладон на растојание од 10 милји. Звукот на ѕвончето го слушнал и преку подводна аудитивна цевка. Со мерење на временскиот интервал помеѓу овие два настани, Коладон ја пресметал брзината на звукот - 1435 m/sec. Разликата со современите пресметки е само 3 m/s.

Во 1838 година, во Соединетите Американски Држави, звукот првпат се користел за да се одреди профилот на морското дно со цел да се постави телеграфски кабел. Изворот на звукот, како и во експериментот на Коладон, беше ѕвонче кое звучеше под вода, а приемникот беа големи аудитивни цевки кои се спуштаа над бродот. Резултатите од експериментот беа разочарувачки. Звукот на ѕвоното (како, навистина, експлозијата на касетите со прав во водата) даде многу слаб одек, речиси нечуен меѓу другите звуци на морето. Беше неопходно да се оди во регионот на повисоки фреквенции, што ќе овозможи да се создадат насочени звучни зраци.

Првиот генератор на ултразвукнаправена во 1883 година од Англичанец Френсис Галтон. Ултразвукот е создаден како свирче на работ на нож ако дувате на него. Улогата на таква точка во свирежот на Галтон ја играше цилиндар со остри рабови. Воздухот или друг гас што излегува под притисок преку прстенеста млазница со дијаметар ист како работ на цилиндерот се спротивстави на работ и се појавија високофреквентни осцилации. Дувајќи го свирежот со водород, беше можно да се добијат осцилации до 170 kHz.

Во 1880 г Пјер и Жак Киринаправи одлучувачко откритие за ултразвучната технологија. Браќата Кири забележале дека кога се применува притисок на кварцните кристали, се создава електричен полнеж кој е директно пропорционален на силата што се применува на кристалот. Овој феномен е наречен „пиезоелектричност“ од грчкиот збор што значи „притискање“. Дополнително, тие демонстрираа инверзен пиезоелектричен ефект, кој се јавува кога брзо променливиот електричен потенцијал се применува на кристал, предизвикувајќи му да вибрира. Отсега, стана технички возможно да се произведуваат емитери и приемници на ултразвук со мала големина.

Смртта на Титаник од судир со санта мраз, потребата да се бориме со ново оружје - подморниците бараа брз развој на ултразвучна хидроакустика. Во 1914 година, француски физичар Пол ЛангевинЗаедно со талентираниот руски научник емигрант, Константин Василиевич Шиловски, тие најпрво развија сонар кој се состои од емитер на ултразвук и хидрофон - приемник на ултразвучни вибрации, врз основа на пиезоелектричниот ефект. Сонар Лангевин - Шиловски, беше првиот ултразвучен уредприменети во пракса. Во исто време, рускиот научник С.Ја.Соколов ги разви основите на ултразвучното откривање на дефекти во индустријата. Во 1937 година, германскиот психијатар Карл Душик, заедно со неговиот брат Фридрих, физичар, првпат користеле ултразвук за откривање на тумори на мозокот, но резултатите што ги добиле биле неверодостојни. Во медицинската пракса, ултразвукот првпат се користел само во 50-тите години на 20 век во Соединетите држави.

Примање на ултразвук.

Емитери на ултразвук може да се поделат во две големи групи:

1) Осцилациите се возбудуваат од пречки на патот на гас или течен млаз, или со прекин на гас или течен млаз. Тие се користат во ограничен обем, главно за добивање моќен ултразвук во гасовита средина.

2) Осцилациите се возбудуваат со трансформација во механички струјни или напонски осцилации. Повеќето ултразвучни уреди користат емитери од оваа група: пиезоелектрични и магнетостриктивни трансдуктори.

Покрај трансдукторите базирани на пиезоелектричниот ефект, се користат магнетостриктивни трансдуктори за да се добие моќен ултразвучен зрак. Магнетострикција е промена на големината на телата кога се менува нивната магнетна состојба. Јадрото направено од магнетостриктивен материјал сместено во проводна намотка ја менува својата должина во согласност со обликот на тековниот сигнал што минува низ намотката. Овој феномен, откриен во 1842 година од страна на Џејмс Џул, е карактеристичен за феромагнетите и феритите. Најчесто користени магнетостриктивни материјали се легурите на база на никел, кобалт, железо и алуминиум. Највисок интензитет на ултразвучно зрачење може да се постигне со легурата на пермендур (49% Co, 2% V, остатокот Fe), која се користи во моќни ултразвучни емитери. Особено, во, произведени од нашето претпријатие.

Употреба на ултразвук.

Различните примени на ултразвукот може да се поделат во три области:

• добивање информации за супстанција
• ефект врз материјата
• обработка и пренос на сигнали

Зависноста на брзината на ширење и слабеењето на акустичните бранови од својствата на супстанцијата и процесите што се случуваат во нив се користи во такви студии:

• проучување на молекуларните процеси во гасови, течности и полимери
• проучување на структурата на кристалите и другите цврсти материи
• контрола на текот на хемиските реакции, фазни транзиции, полимеризација итн.
• определување на концентрацијата на растворите
• определување на цврсти карактеристики и состав на материјалите
• определување на присуство на нечистотии
• определување на брзината на проток на течност и гас

Информациите за молекуларната структура на супстанцијата се обезбедуваат со мерење на брзината и коефициентот на апсорпција на звукот во неа. Ова овозможува да се измери концентрацијата на раствори и суспензии во пулпите и течностите, да се контролира текот на екстракција, полимеризација, стареење и кинетиката на хемиските реакции. Точноста на одредување на составот на супстанциите и присуството на нечистотии со ултразвук е многу висока и изнесува фракции од процент.

Мерењето на брзината на звукот во цврсти материи ви овозможува да ги одредите еластичните и јачините карактеристики на структурните материјали. Таков индиректен метод за одредување на јачината е погоден поради неговата едноставност и можноста да се користи во реални услови.

Ултразвучните анализатори на гас го следат акумулацијата на опасните нечистотии. Зависноста на брзината на ултразвукот од температурата се користи за бесконтактна термометрија на гасови и течности.

Ултразвучните мерачи на проток што работат на Доплер ефектот се засноваат на мерење на брзината на звукот во течности и гасови што се движат, вклучително и нехомогени (емулзии, суспензии, пулпи). Сличен апарат се користи за одредување на брзината и протокот на крв во клиничките студии.

Голема група на методи за мерење се заснова на рефлексија и расејување на ултразвучните бранови на границите помеѓу медиумите. Овие методи ви овозможуваат точно да лоцирате туѓи тела во околината и се користат во области како што се:

• сонар
• недеструктивно тестирање и откривање на недостатоци
• медицинска дијагностика
• определување на нивоата на течности и масовни цврсти материи во затворени садови
• димензионирање на производот
• визуелизација на звучни полиња - звучна визија и акустична холографија

Рефлексијата, рефракцијата и можноста за фокусирање на ултразвукот се користат при ултразвучно откривање на дефекти, во ултразвучни акустични микроскопи, во медицинската дијагностика, за проучување на макроинхомогеностите на супстанцијата. Присуството на нехомогености и нивните координати се одредуваат од рефлектираните сигнали или од структурата на сенката.

Методите на мерење базирани на зависноста на параметрите на резонантниот осцилаторен систем од својствата на медиумот што го оптоварува (импеданса) се користат за постојано мерење на вискозноста и густината на течностите, за мерење на дебелината на деловите до кои може да се пристапи само од еден страна. Истиот принцип лежи во основата на ултразвучните тестери за цврстина, мерачите на нивоа, индикаторите за нивоа. Предности на методите на ултразвучно тестирање: кратко време на мерење, способност за контрола на експлозивни, агресивни и токсични медиуми, без влијание на алатката врз контролираната средина и процеси.

Ефектот на ултразвукот врз материјата.

Влијанието на ултразвукот врз супстанцијата, што доведува до неповратни промени во него, е широко користен во индустријата. Во исто време, механизмите на дејство на ултразвукот се различни за различни медиуми. Кај гасовите, главниот фактор на дејство се акустичните струи, кои ги забрзуваат процесите на пренос на топлина и маса. Покрај тоа, ефикасноста на ултразвучното мешање е многу повисока од конвенционалното хидродинамичко мешање, бидејќи граничниот слој има помала дебелина и, како резултат на тоа, поголем температурен или концентрационен градиент. Овој ефект се користи во процеси како што се:

• ултразвучно сушење
• согорување во ултразвучно поле
• аеросолна коагулација

Во ултразвучната обработка на течности, главниот оперативен фактор е кавитација . Следниве технолошки процеси се засноваат на ефектот на кавитација:

• ултразвучно чистење
• позлата и лемење
• звучно-капиларен ефект - пенетрација на течности во најмалите пори и пукнатини. Се користи за импрегнација на порозни материјали и се одвива при секој ултразвучен третман на цврсти материи во течности.
• кристализација
• интензивирање на електрохемиските процеси
• производство на аеросоли
• уништување на микроорганизми и ултразвучна стерилизација на инструменти

Акустични струи- еден од главните механизми на дејство на ултразвук на супстанција. Тоа се должи на апсорпцијата на ултразвучната енергија во супстанцијата и во граничниот слој. Акустичните текови се разликуваат од хидродинамичките по малата дебелина на граничниот слој и можноста за негово разредување со зголемена фреквенција на осцилации. Ова доведува до намалување на дебелината на граничниот слој на температурата или концентрацијата и зголемување на температурата или концентрациските градиенти, кои ја одредуваат брзината на пренос на топлина или маса. Ова придонесува за забрзување на согорувањето, сушењето, мешањето, дестилацијата, дифузијата, екстракцијата, импрегнацијата, сорпцијата, кристализацијата, растворањето, дегасирањето на течностите и топењето. Во високоенергетскиот тек, влијанието на акустичниот бран се врши поради енергијата на самиот проток, со промена на неговата турбуленција. Во овој случај, акустичната енергија може да биде само дел од процентот на енергијата на протокот.

Кога звучен бран со висок интензитет поминува низ течност, т.н акустична кавитација . Во интензивен звучен бран, за време на полупериодите на рефлексија, се појавуваат кавитациони меури, кои нагло пропаѓаат при преминот во област на зголемен притисок. Моќни хидродинамички пертурбации се јавуваат во регионот на кавитација во форма на микрошокови бранови и микропротоци. Покрај тоа, колапсот на меурите е придружен со силно локално загревање на супстанцијата и ослободување на гас. Таквото влијание доведува до уништување дури и на такви издржливи материи како челик и кварц. Овој ефект се користи за дисперзија на цврсти материи, добивање на фино дисперзирани емулзии на течности што не се мешаат, возбудува и забрзува хемиски реакции, уништува микроорганизми и екстракција на ензими од животински и растителни клетки. Кавитација, исто така, одредува такви ефекти како слаб сјај на течност под дејство на ултразвук - звучна луминисценција и ненормално длабока пенетрација на течност во капиларите - звучен капиларен ефект .

Кавитациската дисперзија на кристалите на калциум карбонат (скала) лежи во основата на акустичните уреди против бигор. Под влијание на ултразвук, честичките во водата се делат, нивните просечни големини се намалуваат од 10 на 1 микрон, нивниот број и вкупната површина на честичките се зголемуваат. Ова води до пренос на процесот на формирање на бигор од површината за размена на топлина директно во течноста. Ултразвукот, исто така, влијае на формираниот слој на бигор, формирајќи микропукнатини во него, кои придонесуваат за отсекување на парчиња бигор од површината за размена на топлина.

Во постројките за чистење со ултразвук, кавитацијата и микропротеците генерирани од неа ги отстрануваат и загадувачите кои се цврсто врзани за површината, како што се бигорот, бигорот, брусите и меките загадувачи, како што се мрсните филмови, нечистотијата итн. Истиот ефект се користи за интензивирање на електролитичките процеси.

Под дејство на ултразвук, се појавува таков љубопитен ефект како акустична коагулација, т.е. конвергенција и зголемување на суспендираните честички во течност и гас. Физичкиот механизам на овој феномен сè уште не е целосно јасен. Акустична коагулација се користи за таложење на индустриски прав, испарувања и магла на ниски фреквенции за ултразвук до 20 kHz. Можно е благотворното дејство на биењето на црковните ѕвона да се заснова на овој ефект.

Обработката на цврсти материи со помош на ултразвук се заснова на следниве ефекти:

• намалување на триењето помеѓу површините при ултразвучни вибрации на една од нив
• намалување на јачината на принос или пластична деформација под дејство на ултразвук
• стврднување и намалување на резидуалните напрегања кај металите под удар на алат со ултразвучна фреквенција
• Комбинираниот ефект на статичка компресија и ултразвучни вибрации се користи при ултразвучно заварување

Постојат четири типа на обработка со помош на ултразвук:

• димензионална обработка на делови од тврди и кршливи материјали
• сечење на тешко сечат материјали со наметнување на ултразвук на алатот за сечење
• отстранување на гребенот во ултразвучна бања
• мелење на вискозни материјали со ултразвучно чистење на тркалото за мелење

Ефекти на ултразвук врз биолошки објектипредизвикува различни ефекти и реакции во ткивата на телото, што е широко користено во терапија со ултразвук и хирургија. Ултразвукот е катализатор кој го забрзува воспоставувањето на рамнотежа, од гледна точка на физиологијата, состојбата на телото, т.е. здрава состојба. Ултразвукот има многу поголем ефект на заболените ткива отколку на здравите. Се користи и ултразвучна атомизација на лекови за време на вдишување. Ултразвучната хирургија се заснова на следните ефекти: уништување на ткивата со самиот фокусиран ултразвук и наметнување на ултразвучни вибрации на хируршки инструмент за сечење.

Ултразвучните уреди се користат за конвертирање и аналогизирање на електронски сигнали и за контрола на светлосни сигнали во оптиката и оптоелектрониката. Ултразвук со мала брзина се користи во линиите за одложување. Контролата на оптичките сигнали се заснова на дифракција на светлината со ултразвук. Еден од видовите на таква дифракција, таканаречената Браг дифракција, зависи од брановата должина на ултразвукот, што овозможува да се изолира тесен фреквентен интервал од широк спектар на светлосно зрачење, т.е. филтер светло.

Ултразвукот е исклучително интересна работа и може да се претпостави дека на човештвото сè уште не му се познати многу можности за негова практична примена. Ние го сакаме и знаеме ултразвукот и со задоволство ќе разговараме за какви било идеи поврзани со неговата примена.

Каде што се користи ултразвук - збирна табела

Нашето претпријатие, Koltso-Energo LLC, се занимава со производство и инсталирање на Acoustic-T акустични уреди против бигор. Уредите произведени од нашата компанија се одликуваат со исклучително високо ниво на ултразвучен сигнал, што им овозможува да работат на котли без третман на вода и парни котли со артеска вода. Но, превенцијата од бигор е само многу мал дел од она што може да го направи ултразвукот. Оваа неверојатна природна алатка има огромни можности и сакаме да ви кажеме за нив. Вработените во нашата компанија долги години работеа во водечките руски претпријатија кои се занимаваат со акустика. Знаеме многу за ултразвукот. И ако одеднаш се појави потреба да се примени ултразвук во вашата технологија,

Ориз. 2. Акустичен проток што произлегува од ширењето на ултразвук со фреквенција од 5 MHz во бензен.

Меѓу важните нелинеарни феномени кои се јавуваат при ширење на интензивен ултразвук во акустично поле е растот на меури во ултразвучно поле од постојните субмикроскопски јадра на гас или пареа до големини од фракции од mm, кои почнуваат да пулсираат со фреквенција на на ултразвук и колапс во позитивна фаза. Кога гасните меури се рушат, се појавуваат големи локални притисоци од редот на илјадници атмосфери и се формираат сферични ударни бранови. Акустични микропротоци се формираат во близина на пулсирачките меури. Појавите во полето на кавитација доведуваат до голем број корисни (добивање, чистење на контаминирани делови итн.) и штетни (ерозија на ултразвучни емитери) феномени. Фреквенции Ултразвукот, на кој ултразвукот се користи за технолошки цели, лежи во регионот ULF. Интензитетот што одговара на прагот на кавитација зависи од видот на течноста, фреквенцијата на звукот, температурата и други фактори. Во вода со фреквенција од 20 kHz, тоа е околу 0,3 W / cm 2. На UHF фреквенции во ултразвучно поле со интензитет од неколку W/cm2, може да дојде до исфрлање течност ( оризот. 3) и прскање со многу фина магла.

Ориз. 3. Течна фонтана формирана кога ултразвучен зрак паѓа од внатрешноста на течноста на нејзината површина (ултразвучна фреквенција 1,5 MHz, интензитет 15 W/cm2).

Генерацијаултразвук. За генерирање на ултразвук, се користат различни уреди, кои можат да се поделат во 2 главни групи - механички, во кои Ултразвукот е механички проток на гас или, и електромеханички, во кој ултразвучната енергија се добива електрично. Механички емитери Ултразвук - воздух и течност и - се карактеризираат со релативно едноставен уред и не бараат скапа висока фреквентна електрична енергија, нивната ефикасност е 10-20%. Главниот недостаток на сите механички ултразвучни трансдуктори е релативно широк опсег на емитирани фреквенции и нестабилност на фреквенцијата, што не дозволува да се користат за контролни и мерни цели; тие се користат главно во индустриски ултразвучни и делумно како средства.

Ориз. 4. Зрачење (прием) на надолжните бранови L од плоча која осцилира во дебелина во цврсто тело: 1 - кварцна плоча исечена X со дебелина l / 2, каде што l е бранова должина во кварц; 2 - метални електроди; 3 - течност (трансформаторско масло) за акустичен контакт; 4 - генератор на електрични осцилации; 5 - цврсто тело.

Прием и откривање на ултразвук.Поради реверзибилноста на пиезоелектричниот ефект, широко се користи и за примање ултразвук.Ултразвучните полиња може да се проучуваат и со оптички методи: Ултразвукот, кој се шири во кој било медиум, предизвикува промена на неговиот оптички индекс на рефракција, поради што може да се визуелизирано ако медиумот е проѕирен на светлина. Соседното поле на оптика (акусто-оптика) е многу развиено од појавата на гасните ласери со континуирани бранови; развиени се истражувања за светлината на ултразвук и неговите различни апликации.

Апликации на ултразвук.Примената на ултразвукот е исклучително разновидна. Ултразвукот е моќен метод за проучување на различни појави во многу области на физиката. На пример, ултразвучните методи се користат во физиката и физиката на цврста состојба; се појави сосема ново поле на физиката - акусто-електроника, врз основа на чии достигнувања се развиваат различни уреди за обработка на информации за сигналот. Ултразвукот игра голема улога во учењето. Заедно со методите на молекуларна акустика за и гасови, во областа на проучување на цврсти материи c и апсорпција a се користат за одредување на модулите и дисипативните карактеристики на супстанцијата. Развиена е квантна теорија, која ја проучува интеракцијата на квантите на еластичните пертурбации - со итн., и елементарните во цврстите тела. Ултразвукот е широко користен во технологијата, а ултразвучните методи се повеќе навлегуваат во и.

Употреба на ултразвук во технологијата.Според c и a, во многу технички проблеми се спроведува за проток на еден или друг процес (контрола на мешавина на гасови, состав на различни итн.). Со користење на ултразвук на границата на различни медиуми, ултразвучните уреди се дизајнирани да ги мерат димензиите на производите (на пример, ултразвучни мерачи за дебелина), за да го одредат нивото на течност во големи контејнери кои се недостапни за директно мерење. Ултразвукот со релативно низок интензитет (до ~ 0,1 W/cm2) е широко користен за целите на недеструктивно тестирање на производи направени од цврсти материјали (шини, големи одлеаноци, висококвалитетни валани производи итн.) (види). Брзо се развива насока, наречена акустична емисија, која се состои во тоа што кога механичко цврсто тело се нанесува на примерок (конструкција), тоа „пука“ (слично како лимената прачка „крцка“ кога се свиткува). Ова се објаснува со фактот дека во примерокот се јавува движење, кое под одредени услови (сеуште не е целосно разјаснето) станува (како и збир на дислокации и субмикроскопски пукнатини) акустични импулси со спектар кој содржи фреквенции.Ултразвук Со помош на акустична емисија, можно е да се открие и развие пукнатина, како и да се одреди нејзината локација во критичните делови на различни структури. Со помош на ултразвук се врши: со претворање на ултразвукот во електричен, а вториот во светлосен, излегува дека со помош на ултразвук е можно да се видат одредени предмети во средно непроѕирни на светлина. Создаден е ултразвучен микроскоп на ултразвучни фреквенции - уред сличен на конвенционален микроскоп, чија предност во однос на оптичкиот е што биолошките студии не бараат прелиминарно боење на објектот ( оризот. 5). Развојот доведе до одреден успех во областа на ултразвукот.

Ориз. 5 Б. Црвени крвни зрнца добиени со ултразвучен микроскоп.