การนำเสนอในหัวข้อของอัลตราซาวนด์และการประยุกต์ใช้ อัลตราซาวนด์คุณสมบัติและการใช้งาน อุปกรณ์ Doppler

อัลตร้าซาวด์……………………………………………………….4

อัลตร้าซาวด์เป็นคลื่นยืดหยุ่น………………………………………..4

ลักษณะเฉพาะของอัลตราซาวนด์………………………………..5

แหล่งที่มาและเครื่องรับอัลตราซาวนด์………………………………………..7

ตัวปล่อยทางกล…………………………………………….7

ทรานสดิวเซอร์ไฟฟ้า…………………………….9

เครื่องรับอัลตราซาวนด์……………………………………………..11

การใช้อัลตราซาวนด์…………………………………………………… 11

ทำความสะอาดอัลตราโซนิก………………………………………………………… 11

การตัดเฉือนซุปเปอร์ฮาร์ดและเปราะ

วัสดุ……………………………………………………………… 13

การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิก……………………………………….14

การบัดกรีด้วยอัลตราโซนิกและการทำให้เป็นกระป๋อง……………………………………14

การเร่งความเร็วของกระบวนการผลิต……..…………15

การตรวจจับข้อบกพร่องด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง…………………………..…………15

อัลตร้าซาวด์ในวิทยุอิเล็กทรอนิกส์………………………..……………17

อัลตราซาวนด์ในการแพทย์………………………………..……………..18

วรรณคดี…………………………………………………..……………….19

การดำเนิน.

ศตวรรษที่ 21 เป็นศตวรรษของอะตอม การพิชิตอวกาศ วิทยุอิเล็กทรอนิกส์ และอัลตราซาวนด์ ศาสตร์แห่งอัลตราซาวนด์ยังอายุน้อย งานห้องปฏิบัติการแรกเกี่ยวกับการศึกษาอัลตราซาวนด์ดำเนินการโดยนักฟิสิกส์ชาวรัสเซียผู้ยิ่งใหญ่ P. N. Lebedev เมื่อปลายศตวรรษที่ 19 และนักวิทยาศาสตร์ที่โดดเด่นหลายคนก็มีส่วนร่วมในการทำอัลตราซาวนด์

อัลตราซาวนด์เป็นการเคลื่อนที่แบบสั่นคล้ายคลื่นของอนุภาคขนาดกลาง อัลตร้าซาวด์มีคุณสมบัติบางอย่างเมื่อเปรียบเทียบกับเสียงของช่วงเสียงที่ได้ยิน ในช่วงอัลตราโซนิก มันค่อนข้างง่ายที่จะได้รับรังสีทิศทาง มันยืมตัวเองได้ดีในการโฟกัสอันเป็นผลมาจากความเข้มของการสั่นสะเทือนอัลตราโซนิกเพิ่มขึ้น เมื่อแพร่กระจายในก๊าซ ของเหลว และของแข็ง อัลตราซาวนด์จะสร้างปรากฏการณ์ที่น่าสนใจ ซึ่งหลายกรณีพบว่ามีการประยุกต์ใช้จริงในสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีต่างๆ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อัลตราซาวนด์เริ่มมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ การศึกษาเชิงทฤษฎีและการทดลองในด้านการเกิดโพรงโพรงอากาศแบบอุลตร้าโซนิคและกระแสอะคูสติกได้ดำเนินการเรียบร้อยแล้ว ซึ่งทำให้สามารถพัฒนากระบวนการทางเทคโนโลยีใหม่ที่เกิดขึ้นภายใต้การกระทำของอัลตราซาวนด์ในระยะของเหลวได้ ปัจจุบันทิศทางใหม่ทางเคมีกำลังก่อตัวขึ้น - เคมีล้ำเสียงซึ่งช่วยเร่งกระบวนการทางเคมีและเทคโนโลยีหลายอย่าง การวิจัยทางวิทยาศาสตร์มีส่วนทำให้เกิดส่วนใหม่ของอะคูสติก - อะคูสติกระดับโมเลกุล ซึ่งศึกษาปฏิสัมพันธ์ระดับโมเลกุลของคลื่นเสียงกับสสาร พื้นที่ใหม่ของการใช้อัลตราซาวนด์ได้เกิดขึ้นแล้ว: introscopy, holography, quantum acoustics, การวัดเฟสอัลตราโซนิก, acoustoelectronics

นอกเหนือจากการวิจัยเชิงทฤษฎีและเชิงทดลองในด้านอัลตราซาวนด์แล้ว ยังมีการทำงานเชิงปฏิบัติมากมาย เครื่องอัลตราโซนิกอเนกประสงค์และแบบพิเศษ การติดตั้งที่ทำงานภายใต้แรงดันสถิตที่เพิ่มขึ้น การติดตั้งกลไกอัลตราโซนิกสำหรับการทำความสะอาดชิ้นส่วน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีความถี่เพิ่มขึ้นและระบบระบายความร้อนใหม่ และตัวแปลงที่มีสนามกระจายสม่ำเสมอได้รับการพัฒนา มีการสร้างและนำการติดตั้งอัลตราโซนิกอัตโนมัติมาใช้ในการผลิต ซึ่งรวมอยู่ในสายการผลิต ซึ่งทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพแรงงานได้อย่างมาก

อัลตราซาวนด์

อัลตราซาวนด์ (US) - การสั่นสะเทือนและคลื่นแบบยืดหยุ่นซึ่งมีความถี่เกิน 15 - 20 kHz ขีด จำกัด ล่างของขอบเขตความถี่อัลตราโซนิกซึ่งแยกออกจากขอบเขตของเสียงที่ได้ยินนั้นพิจารณาจากคุณสมบัติส่วนตัวของการได้ยินของมนุษย์และมีเงื่อนไขเนื่องจากขอบเขตสูงสุดของการรับรู้ทางหูแตกต่างกันไปในแต่ละคน ขีด จำกัด บนของความถี่อัลตราโซนิกเกิดจากลักษณะทางกายภาพของคลื่นยืดหยุ่นซึ่งสามารถแพร่กระจายได้เฉพาะในตัวกลางของวัสดุเช่น โดยมีเงื่อนไขว่าความยาวคลื่นมากกว่าเส้นทางอิสระเฉลี่ยของโมเลกุลในระยะห่างระหว่างแก๊สหรือระหว่างอะตอมในของเหลวและของแข็ง สำหรับก๊าซที่ความดันปกติ ขีดจำกัดบนของความถี่อัลตราโซนิกคือ » 10 9 Hz ในของเหลวและของแข็ง ความถี่คัทออฟจะสูงถึง 10 12 -10 13 Hz ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นและความถี่ อัลตราซาวนด์มีคุณสมบัติเฉพาะต่างๆ ของการแผ่รังสี การรับ การแพร่กระจาย และการประยุกต์ใช้ ดังนั้น พื้นที่ของความถี่อัลตราซาวนด์จึงแบ่งออกเป็นสามส่วน:

· ความถี่อัลตราโซนิกต่ำ (1.5×10 4 - 10 5 Hz);

ปานกลาง (10 5 - 10 7 Hz);

สูง (10 7 - 10 9 Hz)

คลื่นยืดหยุ่นที่มีความถี่ 10 9 - 10 13 Hz มักเรียกว่าไฮเปอร์ซาวด์

อัลตราซาวนด์เป็นคลื่นยืดหยุ่น

คลื่นอัลตราโซนิก (เสียงที่ไม่ได้ยิน) โดยธรรมชาติไม่แตกต่างจากคลื่นยืดหยุ่นในช่วงที่ได้ยิน แพร่กระจายในก๊าซและของเหลวเท่านั้น ตามยาวคลื่นและในของแข็ง - ตามยาวและเฉือนส.

การแพร่กระจายของอัลตราซาวนด์เป็นไปตามกฎพื้นฐานทั่วไปของคลื่นเสียงในทุกช่วงความถี่ กฎพื้นฐานของการจำหน่ายคือ กฎของการสะท้อนเสียงและการหักเหของเสียงที่ขอบเขตของสื่อต่างๆ การเลี้ยวเบนของเสียงและการกระเจิงของเสียงในที่ที่มีอุปสรรคและความไม่เท่าเทียมกันในตัวกลางและความผิดปกติที่ขอบเขต กฎการแพร่กระจายของท่อนำคลื่นในพื้นที่จำกัดของสิ่งแวดล้อม อัตราส่วนระหว่างความยาวคลื่นเสียง l กับมิติทางเรขาคณิต D มีบทบาทสำคัญ กล่าวคือ ขนาดของแหล่งกำเนิดเสียงหรือสิ่งกีดขวางในเส้นทางของคลื่น และขนาดของความไม่เท่าเทียมกันของตัวกลาง เมื่อ D>>l การแพร่กระจายเสียงใกล้กับสิ่งกีดขวางเกิดขึ้นตามกฎของอะคูสติกทางเรขาคณิตเป็นหลัก (คุณสามารถใช้กฎการสะท้อนและการหักเหของแสงได้) ระดับความเบี่ยงเบนจากรูปแบบเรขาคณิตของการแพร่กระจายและความจำเป็นต้องคำนึงถึงปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนนั้นถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์

โดยที่ r คือระยะห่างจากจุดสังเกตไปยังวัตถุที่ทำให้เกิดการเลี้ยวเบน

ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นอัลตราโซนิกในตัวกลางที่ไม่ จำกัด นั้นพิจารณาจากลักษณะของความยืดหยุ่นและความหนาแน่นของตัวกลาง ในสื่อที่จำกัด ความเร็วของการแพร่กระจายคลื่นได้รับผลกระทบจากการมีอยู่และธรรมชาติของขอบเขต ซึ่งนำไปสู่การพึ่งพาความถี่ของความเร็ว (การกระจายของความเร็วของเสียง) การลดลงของแอมพลิจูดและความเข้มของคลื่นอัลตราโซนิกเมื่อมันแพร่กระจายไปในทิศทางที่กำหนด นั่นคือ การลดทอนของเสียง เกิดขึ้นสำหรับคลื่นความถี่ใด ๆ โดยความแตกต่างของหน้าคลื่นที่มีระยะห่างจากแหล่งกำเนิด การกระเจิงและการดูดซับเสียง ที่ความถี่ทั้งหมด ทั้งช่วงที่ได้ยินและไม่ได้ยิน การดูดซับที่เรียกว่า "คลาสสิก" เกิดขึ้น ซึ่งเกิดจากความหนืดเฉือน (แรงเสียดทานภายใน) ของตัวกลาง นอกจากนี้ยังมีการดูดซับเพิ่มเติม (การผ่อนคลาย) ซึ่งมักจะเกินการดูดซึม "คลาสสิก" อย่างมีนัยสำคัญ

ด้วยความเข้มของคลื่นเสียงที่มีนัยสำคัญ เอฟเฟกต์ที่ไม่เชิงเส้นจึงปรากฏขึ้น:

หลักการของการทับซ้อนถูกละเมิดและปฏิกิริยาของคลื่นเกิดขึ้นซึ่งนำไปสู่การปรากฏตัวของโทนเสียง

· การเปลี่ยนแปลงของรูปคลื่น สเปกตรัมของมันถูกเสริมด้วยฮาร์โมนิกที่สูงกว่า ดังนั้นการดูดกลืนจึงเพิ่มขึ้น

· เมื่อถึงค่าขีดจำกัดของความเข้มของอัลตราโซนิก คาวิเทชันเกิดขึ้นในของเหลว (ดูด้านล่าง)

เกณฑ์สำหรับการบังคับใช้กฎของอะคูสติกเชิงเส้นและความเป็นไปได้ที่จะละเลยผลกระทบที่ไม่เชิงเส้นคือ: M<< 1, где М = v/c, v – колебательная скорость частиц в волне, с – скорость распространения волны.

พารามิเตอร์ M เรียกว่า "หมายเลขเครื่อง"

ลักษณะเฉพาะของอัลตราซาวนด์

แม้ว่าลักษณะทางกายภาพของอัลตราซาวนด์และกฎพื้นฐานที่กำหนดการแพร่กระจายจะเหมือนกับคลื่นเสียงในทุกช่วงความถี่ แต่ก็มีคุณสมบัติเฉพาะหลายประการ คุณลักษณะเหล่านี้เกิดจากความถี่ของสหรัฐอเมริกาที่ค่อนข้างสูง

ความเล็กของความยาวคลื่นเป็นตัวกำหนด ตัวละครเรย์การแพร่กระจายของคลื่นอัลตราโซนิก ใกล้ตัวปล่อยคลื่นจะแพร่กระจายในรูปแบบของคานซึ่งมีขนาดตามขวางซึ่งยังคงใกล้เคียงกับขนาดของตัวปล่อย เมื่อลำแสงดังกล่าว (ลำแสงสหรัฐฯ) ชนสิ่งกีดขวางขนาดใหญ่ มันจะเกิดการสะท้อนและการหักเหของแสง เมื่อลำแสงกระทบกับสิ่งกีดขวางเล็กๆ คลื่นที่กระจัดกระจายจะเกิดขึ้น ซึ่งทำให้สามารถตรวจจับความไม่เท่ากันเล็กๆ ในตัวกลางได้ (ตามลำดับหนึ่งในสิบและหนึ่งในร้อยของมิลลิเมตร) การสะท้อนและการกระเจิงของอัลตราซาวนด์บนความไม่เท่าเทียมกันของตัวกลางทำให้สามารถก่อตัวในตัวกลางที่ทึบแสงได้ ภาพเสียงวัตถุที่ใช้ระบบโฟกัสเสียง คล้ายกับที่ทำด้วยลำแสง

การโฟกัสด้วยอัลตราซาวนด์ไม่เพียงแต่ได้ภาพเสียงเท่านั้น (ระบบภาพและเสียงอะคูสติกโฮโลแกรม) แต่ยัง สมาธิพลังงานเสียง ด้วยความช่วยเหลือของระบบโฟกัสแบบอัลตราโซนิก สามารถสร้างที่กำหนดไว้ล่วงหน้าได้ ลักษณะทิศทางปล่อยและจัดการพวกเขา

การเปลี่ยนแปลงเป็นระยะในดัชนีการหักเหของแสงของคลื่นแสงซึ่งสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของคลื่นอัลตราโซนิกทำให้เกิด การเลี้ยวเบนของแสงด้วยอัลตราซาวนด์สังเกตที่ความถี่สหรัฐในช่วงเมกะเฮิรตซ์-กิกะเฮิรตซ์ ในกรณีนี้ คลื่นอัลตราโซนิกถือได้ว่าเป็นตะแกรงเลี้ยวเบน

ผลกระทบที่ไม่เชิงเส้นที่สำคัญที่สุดในสนามอัลตราโซนิกคือ คาวิเทชั่น- การปรากฎในของเหลวมวลของฟองอากาศที่เต้นเป็นจังหวะซึ่งเต็มไปด้วยไอ ก๊าซ หรือของผสมดังกล่าว การเคลื่อนที่ของฟองอากาศที่ซับซ้อน การยุบตัว การรวมตัวกัน เป็นต้น สร้างพัลส์บีบอัด (คลื่นไมโครช็อต) และไมโครโฟลว์ในของเหลว ทำให้เกิดความร้อนในตัวกลาง ไอออไนซ์ ผลกระทบเหล่านี้ส่งผลต่อสาร: การสลายตัวของของแข็งในของเหลวเกิดขึ้น ( การกัดกร่อนของโพรงอากาศ) การผสมของไหลเกิดขึ้น กระบวนการทางกายภาพและทางเคมีต่างๆ เริ่มต้นหรือเร่งขึ้น โดยการเปลี่ยนเงื่อนไขของการเกิดโพรงอากาศ สามารถเพิ่มหรือลดผลกระทบของการเกิดโพรงอากาศต่างๆ ได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อความถี่ของอัลตราซาวนด์เพิ่มขึ้น บทบาทของไมโครโฟลว์จะเพิ่มขึ้นและการพังทลายของโพรงอากาศจะลดลง เมื่อความดันในของเหลวเพิ่มขึ้น บทบาทของไมโครอิมแพ็คเพิ่มขึ้น ความถี่ที่เพิ่มขึ้นนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของเกณฑ์ซึ่งสอดคล้องกับการเกิดโพรงอากาศ ซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดของของเหลว ปริมาณก๊าซ อุณหภูมิ ฯลฯ สำหรับน้ำที่ความดันบรรยากาศ มักจะเป็น 0.3¸1.0 W/cm 2 . คาวิเทชั่นเป็นปรากฏการณ์ที่ซับซ้อน คลื่นอัลตราโซนิกแพร่กระจายในรูปของเหลวสลับพื้นที่แรงดันสูงและต่ำ สร้างโซนของการบีบอัดสูงและโซนหายาก ในเขตแรร์ไฟด์ ความดันไฮโดรสแตติกจะลดลงจนแรงที่กระทำต่อโมเลกุลของของเหลวมีค่ามากกว่าแรงของการเกาะติดกันระหว่างโมเลกุล จากการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของสมดุลอุทกสถิต ของเหลวจะ "แตก" ทำให้เกิดฟองเล็กๆ ของก๊าซและไอระเหย ในช่วงเวลาต่อมา เมื่อความดันสูงเริ่มขึ้นในของเหลว ฟองอากาศก็ก่อตัวขึ้นก่อนจะยุบตัว กระบวนการของการยุบตัวของฟองสบู่นั้นมาพร้อมกับการก่อตัวของคลื่นกระแทกที่มีแรงกดดันในท้องถิ่นทันทีที่สูงมาก ไปถึงบรรยากาศหลายร้อยชั้น

บทจากเล่มที่ 1 ของคู่มือการวินิจฉัยอัลตราซาวนด์ เขียนโดยพนักงานของ Department of Ultrasound Diagnostics of Russian Medical Academy of Postgraduate Education (CD 2001) แก้ไขโดย Mitkov V.V.

(บทความถูกพบบนอินเทอร์เน็ต)

คุณสมบัติทางกายภาพของอัลตราซาวนด์
การสะท้อนและการกระเจิง
เซนเซอร์และคลื่นอัลตราโซนิก
อุปกรณ์สแกนช้า
เครื่องมือสแกนด่วน
อุปกรณ์ Doppler
สิ่งประดิษฐ์
การควบคุมคุณภาพของอุปกรณ์อัลตราโซนิก
ผลทางชีวภาพของอัลตราซาวนด์และความปลอดภัย
แนวโน้มใหม่ในการวินิจฉัยอัลตราซาวนด์
วรรณกรรม
คำถามทดสอบ

คุณสมบัติทางกายภาพของอัลตราซาวนด์

การใช้อัลตราซาวนด์ในการวินิจฉัยทางการแพทย์นั้นสัมพันธ์กับความเป็นไปได้ในการได้ภาพอวัยวะและโครงสร้างภายใน พื้นฐานของวิธีการคือการทำงานร่วมกันของอัลตราซาวนด์กับเนื้อเยื่อของร่างกายมนุษย์ การรับภาพนั้นสามารถแบ่งออกเป็นสองส่วน ประการแรกคือการแผ่รังสีของพัลส์อัลตราโซนิกสั้น ๆ ที่ส่งไปยังเนื้อเยื่อภายใต้การศึกษา และประการที่สองคือการก่อตัวของภาพที่ขึ้นอยู่กับสัญญาณที่สะท้อน การทำความเข้าใจหลักการทำงานของหน่วยตรวจวินิจฉัยด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง ความรู้เกี่ยวกับพื้นฐานของฟิสิกส์ของอัลตราซาวนด์และการมีปฏิสัมพันธ์กับเนื้อเยื่อของร่างกายมนุษย์จะช่วยหลีกเลี่ยงการใช้อุปกรณ์เชิงกลที่ไร้ความคิดและเพื่อให้เข้าสู่กระบวนการวินิจฉัยได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น .

เสียงเป็นคลื่นตามยาวทางกลซึ่งการสั่นสะเทือนของอนุภาคอยู่ในระนาบเดียวกับทิศทางของการแพร่กระจายพลังงาน (รูปที่ 1)

ข้าว. 1. การแสดงภาพและกราฟิกของการเปลี่ยนแปลงความดันและความหนาแน่นในคลื่นอัลตราโซนิก

คลื่นนำพาพลังงาน แต่ไม่สำคัญ ต่างจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (แสง คลื่นวิทยุ ฯลฯ) เสียงต้องการสื่อในการแพร่กระจาย - ไม่สามารถแพร่พันธุ์ในสุญญากาศได้ เช่นเดียวกับคลื่นทั้งหมด เสียงสามารถอธิบายได้ด้วยพารามิเตอร์จำนวนหนึ่ง ได้แก่ ความถี่ ความยาวคลื่น ความเร็วการแพร่กระจายในตัวกลาง คาบ แอมพลิจูด และความเข้ม ความถี่ ระยะเวลา แอมพลิจูด และความเข้มถูกกำหนดโดยแหล่งกำเนิดเสียง ความเร็วของการแพร่กระจายถูกกำหนดโดยตัวกลาง และความยาวคลื่นถูกกำหนดโดยทั้งแหล่งกำเนิดเสียงและตัวกลาง ความถี่คือจำนวนการแกว่งที่สมบูรณ์ (รอบ) ในช่วง 1 วินาที (รูปที่ 2)

ข้าว. 2. ความถี่คลื่นอัลตราโซนิก 2 รอบใน 1 วินาที = 2 Hz

หน่วยความถี่คือเฮิรตซ์ (Hz) และเมกะเฮิรตซ์ (MHz) หนึ่งเฮิรตซ์คือการสั่นหนึ่งครั้งต่อวินาที หนึ่งเมกะเฮิรตซ์ = 1000000 เฮิรตซ์ อะไรทำให้เสียง "พิเศษ"? นี่คือความถี่ ขีดจำกัดสูงสุดของเสียงที่ได้ยิน - 20,000 Hz (20 กิโลเฮิรตซ์ (kHz)) - เป็นขีดจำกัดล่างของช่วงอัลตราโซนิก ตัวระบุตำแหน่งค้างคาวทำงานในช่วง 25 ÷ 500 kHz ในอุปกรณ์อัลตราโซนิกที่ทันสมัยจะใช้อัลตราซาวนด์ที่มีความถี่ 2 MHz ขึ้นไปเพื่อให้ได้ภาพ ระยะเวลาคือเวลาที่ต้องใช้เพื่อให้ได้รอบการแกว่งที่สมบูรณ์หนึ่งรอบ (รูปที่ 3)

ข้าว. 3. ระยะเวลาของคลื่นอัลตราโซนิก

หน่วยของช่วงเวลาคือวินาที (s) และไมโครวินาที (µs) หนึ่งไมโครวินาทีคือหนึ่งในล้านของวินาที คาบ (µs) = 1/ความถี่ (MHz) ความยาวคลื่นคือความยาวที่การแกว่งหนึ่งครั้งอยู่ในอวกาศ (รูปที่ 4)

ข้าว. 4. ความยาวคลื่น

หน่วยวัดคือ เมตร (ม.) และมิลลิเมตร (มม.) ความเร็วของการแพร่กระจายของอัลตราซาวนด์คือความเร็วที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านตัวกลาง หน่วยของความเร็วการแพร่กระจายอัลตราโซนิกคือเมตรต่อวินาที (m/s) และมิลลิเมตรต่อไมโครวินาที (mm/µs) ความเร็วของการแพร่กระจายของอัลตราซาวนด์นั้นพิจารณาจากความหนาแน่นและความยืดหยุ่นของตัวกลาง ความเร็วของการแพร่กระจายของอัลตราซาวนด์จะเพิ่มขึ้นตามความยืดหยุ่นที่เพิ่มขึ้นและความหนาแน่นของตัวกลางลดลง ตารางที่ 2.1 แสดงความเร็วของการแพร่กระจายของอัลตราซาวนด์ในเนื้อเยื่อบางส่วนของร่างกายมนุษย์

ความเร็วเฉลี่ยของการแพร่กระจายของอัลตราซาวนด์ในเนื้อเยื่อของร่างกายมนุษย์คือ 1540 m/s - อุปกรณ์วินิจฉัยอัลตราโซนิกส่วนใหญ่ได้รับการตั้งโปรแกรมไว้สำหรับความเร็วนี้ ความเร็วการแพร่กระจายของอัลตราซาวนด์ (C) ความถี่ (f) และความยาวคลื่น (λ) มีความสัมพันธ์กันโดยสมการต่อไปนี้: C = f × λ เนื่องจากในกรณีของเรา ความเร็วถือเป็นค่าคงที่ (1540 m/s) ตัวแปรอีกสองตัวที่เหลือ f และ λ จะเชื่อมต่อกันด้วยความสัมพันธ์แบบสัดส่วนผกผัน ยิ่งความถี่สูง ความยาวคลื่นจะสั้นลง และวัตถุที่เรามองเห็นมีขนาดเล็กลงเท่านั้น พารามิเตอร์ที่สำคัญอีกประการหนึ่งของสื่อคือความต้านทานเสียง (Z) ความต้านทานเสียงเป็นผลคูณของค่าความหนาแน่นของตัวกลางและความเร็วของการแพร่กระจายของอัลตราซาวนด์ ความต้านทาน (Z) = ความหนาแน่น (p) × ความเร็วของการแพร่กระจาย (C)

เพื่อให้ได้ภาพในการวินิจฉัยด้วยอัลตราซาวนด์จะไม่ใช้อัลตราซาวนด์ซึ่งจะถูกปล่อยออกมาอย่างต่อเนื่องโดยตัวแปลงสัญญาณ (คลื่นคงที่) แต่อัลตราซาวนด์ที่ปล่อยออกมาในรูปของพัลส์สั้น (พัลส์) มันถูกสร้างขึ้นเมื่อใช้แรงกระตุ้นไฟฟ้าสั้น ๆ กับองค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริก พารามิเตอร์เพิ่มเติมใช้เพื่อกำหนดลักษณะอัลตราซาวนด์แบบพัลซิ่ง อัตราการเกิดซ้ำของพัลส์คือจำนวนพัลส์ที่ปล่อยออกมาในหน่วยเวลา (วินาที) ความถี่การเกิดซ้ำของพัลส์มีหน่วยเป็นเฮิรตซ์ (Hz) และกิโลเฮิรตซ์ (kHz) ระยะเวลาพัลส์คือช่วงเวลาของหนึ่งพัลส์ (รูปที่ 5)

ข้าว. 5. ระยะเวลาของพัลส์อัลตราโซนิก

มีหน่วยวัดเป็นวินาที (s) และไมโครวินาที (µs) ปัจจัยการครอบครองคือเศษของเวลาที่เกิดการแผ่รังสี (ในรูปของพัลส์) ของอัลตราซาวนด์ ความยาวพัลส์เชิงพื้นที่ (STP) คือความยาวของช่องว่างที่วางพัลส์อัลตราโซนิกหนึ่งอัน (รูปที่ 6)

ข้าว. 6. การขยายพื้นที่ของพัลส์

สำหรับเนื้อเยื่ออ่อน ความยาวเชิงพื้นที่ของพัลส์ (มม.) เท่ากับผลคูณของ 1.54 (ความเร็วการแพร่กระจายของอัลตราซาวด์ในหน่วย mm/µs) และจำนวนการแกว่ง (รอบ) ต่อพัลส์ (n) หารด้วยความถี่ในหน่วย MHz หรือ PPI = 1.54 × n/f สามารถลดความยาวเชิงพื้นที่ของพัลส์ได้ (และนี่เป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับการปรับปรุงความละเอียดในแนวแกน) โดยการลดจำนวนการสั่นในพัลส์หรือเพิ่มความถี่ แอมพลิจูดของคลื่นอัลตราโซนิกคือค่าเบี่ยงเบนสูงสุดของตัวแปรทางกายภาพที่สังเกตได้จากค่าเฉลี่ย (รูปที่ 7)

ข้าว. 7. แอมพลิจูดของคลื่นอัลตราโซนิก

ความเข้มของอัลตราซาวนด์คืออัตราส่วนของกำลังของคลื่นต่อพื้นที่ที่มีการกระจายกระแสอัลตราโซนิก มีหน่วยวัดเป็นวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร (W/cm2) ด้วยกำลังการแผ่รังสีที่เท่ากัน พื้นที่ของฟลักซ์ที่เล็กลง ความเข้มก็จะยิ่งสูงขึ้น ความเข้มยังเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของแอมพลิจูด ดังนั้น ถ้าแอมพลิจูดเพิ่มเป็นสองเท่า ความเข้มจะเพิ่มเป็นสี่เท่า ความเข้มไม่สม่ำเสมอทั้งบริเวณการไหลและในกรณีของอัลตราซาวนด์แบบพัลซิ่งเมื่อเวลาผ่านไป

เมื่อผ่านตัวกลางใด ๆ จะมีแอมพลิจูดและความเข้มของสัญญาณอัลตราโซนิกลดลงซึ่งเรียกว่าการลดทอน การลดทอนสัญญาณอัลตราโซนิกเกิดจากการดูดกลืนแสงสะท้อนและการกระเจิง หน่วยของการลดทอนคือเดซิเบล (dB) ค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนคือการลดทอนสัญญาณอัลตราโซนิกต่อความยาวหน่วยของเส้นทางของสัญญาณนี้ (เดซิเบล/ซม.) ปัจจัยการทำให้หมาด ๆ เพิ่มขึ้นตามความถี่ที่เพิ่มขึ้น ค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนเฉลี่ยในเนื้อเยื่ออ่อนและการลดลงของความเข้มของสัญญาณสะท้อนขึ้นอยู่กับความถี่แสดงในตารางที่ 2.2

การสะท้อนและการกระเจิง

เมื่ออัลตราซาวนด์ผ่านเนื้อเยื่อที่ขอบของสื่อที่มีความต้านทานเสียงและความเร็วของอัลตราซาวนด์ต่างกัน จะเกิดปรากฏการณ์การสะท้อน การหักเหของแสง การกระเจิงและการดูดซับ ขึ้นอยู่กับมุมหนึ่งพูดถึงอุบัติการณ์ของลำแสงอัลตราโซนิกตั้งฉากและเฉียง (ที่มุมหนึ่ง) ด้วยอุบัติการณ์ในแนวตั้งฉากของลำแสงอัลตราโซนิก มันสามารถสะท้อนได้อย่างสมบูรณ์หรือสะท้อนบางส่วน ผ่านบางส่วนผ่านขอบเขตของสองสื่อ ในกรณีนี้ทิศทางของอัลตราซาวนด์ที่ถ่ายโอนจากสื่อหนึ่งไปยังอีกสื่อหนึ่งจะไม่เปลี่ยนแปลง (รูปที่ 8)

ข้าว. 8. อุบัติการณ์ตั้งฉากของลำแสงอัลตราโซนิก

ความเข้มของอัลตราซาวนด์ที่สะท้อนและอัลตราซาวนด์ที่ผ่านขอบเขตของสื่อขึ้นอยู่กับความเข้มเริ่มต้นและความแตกต่างในอิมพีแดนซ์อะคูสติกของสื่อ อัตราส่วนของความเข้มของคลื่นสะท้อนกับความเข้มของคลื่นตกกระทบเรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อน อัตราส่วนของความเข้มของคลื่นอัลตราโซนิกที่ผ่านขอบเขตของสื่อต่อความเข้มของคลื่นตกกระทบเรียกว่าสัมประสิทธิ์การนำอัลตราซาวนด์ ดังนั้น หากเนื้อเยื่อมีความหนาแน่นต่างกัน แต่มีอิมพีแดนซ์เสียงเท่ากัน ก็จะไม่มีการสะท้อนของอัลตราซาวนด์ ในทางกลับกัน ด้วยอิมพีแดนซ์เสียงที่ต่างกันมาก ความเข้มการสะท้อนมีแนวโน้มที่ 100% ตัวอย่างนี้คือส่วนติดต่อของอากาศ/เนื้อเยื่ออ่อน การสะท้อนของอัลตราซาวนด์เกือบทั้งหมดเกิดขึ้นที่ขอบเขตของสื่อเหล่านี้ เพื่อปรับปรุงการนำอัลตราซาวนด์ในเนื้อเยื่อของร่างกายมนุษย์ใช้สื่อเชื่อมต่อ (เจล) ด้วยอุบัติการณ์เฉียงของลำแสงอัลตราโซนิกมุมตกกระทบมุมสะท้อนและมุมหักเหจะถูกกำหนด (รูปที่ 9)

ข้าว. 9. การสะท้อน, การหักเหของแสง

มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน การหักเหเป็นการเปลี่ยนแปลงในทิศทางของการแพร่กระจายของลำแสงอัลตราโซนิกเมื่อข้ามขอบเขตของสื่อด้วยความเร็วของอัลตราซาวนด์ที่แตกต่างกัน ไซน์ของมุมหักเหเท่ากับผลคูณของไซน์ของมุมตกกระทบโดยค่าที่ได้จากการหารความเร็วของการแพร่กระจายของอัลตราซาวนด์ในตัวกลางที่สองด้วยความเร็วในตัวกลางแรก ไซน์ของมุมการหักเหของแสง และด้วยเหตุนี้ มุมการหักเหของแสงเองยิ่งมาก ยิ่งมีความแตกต่างในความเร็วของการแพร่กระจายของอัลตราซาวนด์ในสื่อทั้งสองมากขึ้น ไม่มีการหักเหของแสงหากความเร็วของการแพร่กระจายของอัลตราซาวนด์ในสื่อทั้งสองมีค่าเท่ากันหรือมุมตกกระทบเป็น 0 เมื่อพูดถึงการสะท้อนควรระลึกไว้เสมอว่าในกรณีที่ความยาวคลื่นมีขนาดใหญ่กว่าขนาดของสิ่งผิดปกติ ของพื้นผิวสะท้อนแสงจะเกิดการสะท้อนแบบ specular (อธิบายไว้ข้างต้น) หากความยาวคลื่นเทียบได้กับความผิดปกติของพื้นผิวสะท้อนแสงหรือมีความไม่เท่ากันของตัวกลางจะเกิดการกระเจิงของอัลตราซาวนด์

ข้าว. 10. กระเจิง.

ด้วยการกระเจิงกลับ (รูปที่ 10) อัลตราซาวนด์จะสะท้อนไปในทิศทางที่ลำแสงเดิมมา ความเข้มของสัญญาณที่กระจัดกระจายจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของความเป็นเนื้อเดียวกันของตัวกลางและความถี่ที่เพิ่มขึ้น (กล่าวคือ ความยาวคลื่นลดลง) ของอัลตราซาวนด์ การกระเจิงขึ้นอยู่กับทิศทางของลำแสงตกกระทบค่อนข้างน้อย ดังนั้นจึงช่วยให้มองเห็นพื้นผิวสะท้อนแสงได้ดีขึ้น ไม่ต้องพูดถึงเนื้อเยื่ออวัยวะ เพื่อให้สัญญาณสะท้อนอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้องบนหน้าจอ จำเป็นต้องรู้ไม่เพียงแต่ทิศทางของสัญญาณที่ปล่อยออกมา แต่ยังต้องทราบระยะห่างจากตัวสะท้อนแสงด้วย ระยะนี้เท่ากับ 1/2 ของผลิตภัณฑ์ของความเร็วของอัลตราซาวนด์ในตัวกลางและเวลาระหว่างการปล่อยและการรับสัญญาณที่สะท้อนกลับ (รูปที่ 11) ผลคูณของความเร็วและเวลาถูกแบ่งออกครึ่งหนึ่ง เนื่องจากอัลตราซาวนด์เดินทางเป็นสองทาง (จากตัวปล่อยไปยังตัวสะท้อนแสงและด้านหลัง) และเราสนใจเฉพาะระยะห่างจากตัวปล่อยไปยังตัวสะท้อนแสงเท่านั้น

ข้าว. 11. การวัดระยะทางด้วยอัลตราซาวนด์

เซ็นเซอร์และคลื่นอัลตราโซนิก

เพื่อให้ได้อัลตราซาวนด์จะใช้ทรานสดิวเซอร์พิเศษซึ่งแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานอัลตราซาวนด์ การผลิตอัลตราซาวนด์ขึ้นอยู่กับผลเพียโซอิเล็กทริกแบบผกผัน สาระสำคัญของผลกระทบคือถ้าใช้แรงดันไฟฟ้ากับวัสดุบางชนิด (piezoelectrics) รูปร่างของมันจะเปลี่ยนไป (รูปที่ 12)

ข้าว. 12. ย้อนกลับผลเพียโซอิเล็กทริก

เพื่อจุดประสงค์นี้ วัสดุเพียโซอิเล็กทริกเทียม เช่น ตะกั่วเซอร์โคเนตหรือตะกั่วไททาเนต มักใช้ในอุปกรณ์อัลตราโซนิก ในกรณีที่ไม่มีกระแสไฟฟ้า องค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกจะกลับสู่รูปร่างเดิม และเมื่อขั้วเปลี่ยน รูปร่างจะเปลี่ยนอีกครั้ง แต่ไปในทิศทางตรงกันข้าม หากใช้กระแสสลับเร็วกับองค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริก องค์ประกอบนั้นจะเริ่มหดตัวและขยายตัว (เช่น การสั่น) ที่ความถี่สูง ทำให้เกิดสนามอัลตราโซนิก ความถี่ในการทำงานของทรานสดิวเซอร์ (ความถี่เรโซแนนซ์) ถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของความเร็วของการแพร่กระจายของอัลตราซาวนด์ในองค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกต่อความหนาสองเท่าขององค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกนี้ การตรวจจับสัญญาณสะท้อนจะขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกโดยตรง (รูปที่ 13)

ข้าว. 13. ผลเพียโซอิเล็กทริกโดยตรง

สัญญาณย้อนกลับทำให้เกิดการสั่นขององค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกและการปรากฏตัวของกระแสไฟฟ้าสลับบนใบหน้า ในกรณีนี้ องค์ประกอบเพียโซทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์อัลตราโซนิก โดยปกติองค์ประกอบเดียวกันจะใช้ในอุปกรณ์อัลตราโซนิกสำหรับการเปล่งและรับอัลตราซาวนด์ ดังนั้น คำว่า "ทรานสดิวเซอร์", "ทรานสดิวเซอร์", "เซนเซอร์" จึงมีความหมายเหมือนกัน เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกเป็นอุปกรณ์ที่ซับซ้อนและแบ่งออกเป็นเซ็นเซอร์สำหรับอุปกรณ์สแกนช้า (องค์ประกอบเดียว) และการสแกนอย่างรวดเร็ว (การสแกนตามเวลาจริง) - เครื่องกลและอิเล็กทรอนิกส์ขึ้นอยู่กับวิธีการสแกน เซ็นเซอร์เครื่องกลสามารถเป็นองค์ประกอบเดียวและหลายองค์ประกอบ (เชิงมุม) การกวาดลำแสงอัลตราโซนิกสามารถทำได้โดยการแกว่งองค์ประกอบ หมุนองค์ประกอบ หรือการแกว่งกระจกอะคูสติก (รูปที่ 14)

ข้าว. 14. เซ็นเซอร์ภาคเครื่องกล

ภาพบนหน้าจอในกรณีนี้มีรูปแบบของภาค (เซ็นเซอร์ภาค) หรือวงกลม (เซ็นเซอร์วงกลม) เซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์เป็นองค์ประกอบหลายองค์ประกอบและอาจเป็นส่วน เชิงเส้น นูน (นูน) (รูปที่ 15) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับรูปร่างของภาพที่ได้

ข้าว. 15. เซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์หลายองค์ประกอบ

การกวาดภาพในเซ็นเซอร์เซกเตอร์ทำได้โดยการแกว่งลำแสงอัลตราโซนิกด้วยการโฟกัสพร้อมกัน (รูปที่ 16)

ข้าว. 16. เซ็นเซอร์เซกเตอร์อิเล็กทรอนิกส์พร้อมเสาอากาศแบบค่อยเป็นค่อยไป

ในเซนเซอร์แบบเส้นตรงและแบบนูน การกวาดภาพทำได้โดยการกระตุ้นกลุ่มองค์ประกอบด้วยการเคลื่อนไหวแบบเป็นขั้นเป็นตอนไปตามแนวเสาอากาศพร้อมการโฟกัสพร้อมกัน (รูปที่ 17)

ข้าว. 17. เซ็นเซอร์เชิงเส้นแบบอิเล็กทรอนิกส์

เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกแตกต่างกันในรายละเอียด แต่ไดอะแกรมแผนผังแสดงในรูปที่ 18

ข้าว. 18. อุปกรณ์เซ็นเซอร์อัลตราโซนิก

ทรานสดิวเซอร์องค์ประกอบเดียวในรูปแบบของแผ่นดิสก์ในโหมดของการแผ่รังสีอย่างต่อเนื่องทำให้เกิดสนามอัลตราโซนิกซึ่งรูปร่างจะเปลี่ยนไปตามระยะทาง (รูปที่ 19)

ข้าว. 19. ทรานสดิวเซอร์ที่ไม่ได้โฟกัสสองช่อง

บางครั้งสามารถสังเกต "กระแส" ล้ำเสียงเพิ่มเติมซึ่งเรียกว่ากลีบด้านข้าง ระยะทางจากดิสก์ถึงความยาวของสนามใกล้ (โซน) เรียกว่าโซนใกล้ โซนที่อยู่นอกเขตแดนใกล้เรียกว่าไกล ความยาวของโซนใกล้เท่ากับอัตราส่วนของกำลังสองของเส้นผ่านศูนย์กลางของทรานสดิวเซอร์ต่อ 4 ความยาวคลื่น ในโซนไกล เส้นผ่านศูนย์กลางสนามอัลตราโซนิกจะเพิ่มขึ้น ตำแหน่งที่ลำแสงอัลตราโซนิกแคบที่สุดเรียกว่าโซนโฟกัส และระยะห่างระหว่างทรานสดิวเซอร์กับโซนโฟกัสเรียกว่าทางยาวโฟกัส มีหลายวิธีในการโฟกัสลำแสงอัลตราโซนิก วิธีการโฟกัสที่ง่ายที่สุดคือเลนส์อะคูสติก (รูปที่ 20)

ข้าว. 20. การโฟกัสด้วยเลนส์อะคูสติก

ด้วยสิ่งนี้ คุณสามารถโฟกัสลำแสงอัลตราโซนิกที่ระดับความลึกหนึ่ง ซึ่งขึ้นอยู่กับความโค้งของเลนส์ วิธีการโฟกัสนี้ไม่อนุญาตให้คุณเปลี่ยนทางยาวโฟกัสอย่างรวดเร็ว ซึ่งไม่สะดวกในการทำงานจริง อีกวิธีหนึ่งในการโฟกัสคือการใช้กระจกอะคูสติก (รูปที่ 21)

ข้าว. 21. โฟกัสด้วยกระจกอคูสติก

ในกรณีนี้ เราจะเปลี่ยนทางยาวโฟกัสระหว่างกระจกเงากับหัวโซน่าร์ ในอุปกรณ์สมัยใหม่ที่มีเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์หลายองค์ประกอบ การโฟกัสจะขึ้นอยู่กับการโฟกัสแบบอิเล็กทรอนิกส์ (รูปที่ 17) ด้วยระบบโฟกัสอิเล็กทรอนิกส์ เราสามารถเปลี่ยนทางยาวโฟกัสจากแผงหน้าปัดได้ อย่างไรก็ตาม สำหรับแต่ละภาพ เราจะมีพื้นที่โฟกัสเพียงแห่งเดียว เนื่องจากมีการใช้พัลส์อัลตราโซนิกที่สั้นมากที่ปล่อยออกมา 1,000 ครั้งต่อวินาที (ความถี่การทำซ้ำของพัลส์ 1 กิโลเฮิรตซ์) เพื่อให้ได้ภาพ อุปกรณ์ทำงานเป็นเครื่องรับเสียงสะท้อน 99.9% ของเวลาทั้งหมด ด้วยระยะเวลาที่จำกัดเช่นนี้ เป็นไปได้ที่จะตั้งโปรแกรมอุปกรณ์ในลักษณะที่เลือกโซนใกล้โฟกัส (รูปที่ 22) ในระหว่างการรับภาพครั้งแรกและข้อมูลที่ได้รับจากโซนนี้จะถูกบันทึกไว้

ข้าว. 22. วิธีการโฟกัสแบบไดนามิก

เพิ่มเติม - การเลือกพื้นที่โฟกัสถัดไป รับข้อมูล การบันทึก เป็นต้น ผลลัพธ์ที่ได้คือภาพคอมโพสิตที่เน้นความลึกทั้งหมด อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าวิธีการโฟกัสนี้ต้องใช้เวลาเป็นจำนวนมากเพื่อให้ได้ภาพหนึ่งภาพ (เฟรม) ซึ่งทำให้อัตราเฟรมลดลงและการกะพริบของภาพ ทำไมการใช้ความพยายามอย่างมากในการโฟกัสลำแสงอัลตราโซนิก? ความจริงก็คือยิ่งลำแสงแคบลงเท่าใดความละเอียดด้านข้าง (ด้านข้างในแนวราบ) ก็จะยิ่งดีขึ้น ความละเอียดด้านข้างคือระยะห่างขั้นต่ำระหว่างวัตถุสองชิ้นที่ตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายพลังงาน ซึ่งแสดงบนหน้าจอมอนิเตอร์เป็นโครงสร้างที่แยกจากกัน (รูปที่ 23)

ข้าว. 23. วิธีการโฟกัสแบบไดนามิก

ความละเอียดด้านข้างเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงอัลตราโซนิก ความละเอียดตามแนวแกนคือระยะห่างขั้นต่ำระหว่างวัตถุสองชิ้นที่อยู่ตามทิศทางของการแพร่กระจายพลังงาน ซึ่งแสดงบนหน้าจอมอนิเตอร์เป็นโครงสร้างที่แยกจากกัน (รูปที่ 24)

ข้าว. 24. ความละเอียดตามแนวแกน: ยิ่งพัลส์อัลตราโซนิกสั้นลงเท่าไหร่ก็ยิ่งดีเท่านั้น

ความละเอียดตามแนวแกนขึ้นอยู่กับขอบเขตเชิงพื้นที่ของพัลส์อัลตราโซนิก ยิ่งพัลส์สั้นลง ความละเอียดก็จะยิ่งดีขึ้น เพื่อลดความเร็วของพัลส์ จะใช้ทั้งการสั่นสะเทือนทางกลและทางอิเล็กทรอนิกส์ของการสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิก ตามกฎแล้วความละเอียดในแนวแกนดีกว่าความละเอียดด้านข้าง

อุปกรณ์สแกนช้า

ปัจจุบัน อุปกรณ์สแกนที่ช้า (ด้วยตนเองและซับซ้อน) เป็นที่สนใจในอดีตเท่านั้น ในทางศีลธรรม พวกเขาเสียชีวิตด้วยการถือกำเนิดของอุปกรณ์สแกนที่รวดเร็ว (อุปกรณ์ที่ทำงานแบบเรียลไทม์) อย่างไรก็ตาม ส่วนประกอบหลักของพวกเขายังได้รับการเก็บรักษาไว้ในอุปกรณ์ที่ทันสมัย (โดยธรรมชาติโดยใช้องค์ประกอบที่ทันสมัย) หัวใจเป็นเครื่องกำเนิดพัลส์หลัก (ในอุปกรณ์ที่ทันสมัย - โปรเซสเซอร์ที่ทรงพลัง) ซึ่งควบคุมระบบทั้งหมดของอุปกรณ์อัลตราโซนิก (รูปที่ 25)

ข้าว. 25. บล็อกไดอะแกรมของเครื่องสแกนแบบใช้มือถือ

เครื่องกำเนิดพัลส์จะส่งแรงกระตุ้นทางไฟฟ้าไปยังทรานสดิวเซอร์ ซึ่งสร้างพัลส์อัลตราโซนิกและส่งไปยังเนื้อเยื่อ รับสัญญาณที่สะท้อนกลับ และแปลงเป็นการสั่นสะเทือนทางไฟฟ้า การสั่นทางไฟฟ้าเหล่านี้จะถูกส่งไปยังเครื่องขยายสัญญาณความถี่วิทยุ ซึ่งโดยปกติแล้วจะเชื่อมต่อตัวควบคุมการขยายเวลาของแอมพลิจูด (TAG) ซึ่งเป็นตัวควบคุมการชดเชยการดูดซึมเนื้อเยื่อในเชิงลึก เนื่องจากการลดทอนสัญญาณอัลตราโซนิกในเนื้อเยื่อเกิดขึ้นตามกฎเลขชี้กำลัง ความสว่างของวัตถุบนหน้าจอจึงลดลงเรื่อยๆ ตามความลึกที่เพิ่มขึ้น (รูปที่ 26)

ข้าว. 26. การชดเชยการดูดซึมเนื้อเยื่อ

การใช้แอมพลิฟายเออร์เชิงเส้นคือ แอมพลิฟายเออร์ที่ขยายสัญญาณทั้งหมดตามสัดส่วนจะขยายสัญญาณมากเกินไปในบริเวณใกล้เคียงกับเซ็นเซอร์เมื่อพยายามปรับปรุงการมองเห็นวัตถุลึก การใช้เครื่องขยายสัญญาณลอการิทึมช่วยแก้ปัญหานี้ได้ สัญญาณอัลตราโซนิกถูกขยายตามสัดส่วนของเวลาหน่วงของการส่งคืน - ยิ่งส่งกลับช้าเท่าใด การขยายสัญญาณก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น ดังนั้นการใช้ TVG ช่วยให้คุณได้ภาพบนหน้าจอที่มีความสว่างเท่ากันในเชิงลึก สัญญาณไฟฟ้าความถี่วิทยุที่ขยายด้วยวิธีนี้จะถูกส่งไปยังเครื่องดีมอดูเลเตอร์ ซึ่งจะถูกแก้ไขและกรอง และขยายอีกครั้งบนเครื่องขยายสัญญาณวิดีโอจะถูกส่งไปยังหน้าจอมอนิเตอร์

ในการบันทึกภาพบนหน้าจอมอนิเตอร์ จำเป็นต้องใช้หน่วยความจำวิดีโอ สามารถแบ่งออกเป็นอนาล็อกและดิจิตอล จอภาพแรกอนุญาตให้แสดงข้อมูลในรูปแบบแอนะล็อก bistable อุปกรณ์ที่เรียกว่า discriminator ทำให้สามารถเปลี่ยนเกณฑ์การเลือกปฏิบัติได้ ซึ่งเป็นสัญญาณที่ความเข้มต่ำกว่าเกณฑ์การเลือกปฏิบัติไม่ผ่านและส่วนที่เกี่ยวข้องของหน้าจอยังคงมืดอยู่ สัญญาณที่มีความเข้มเกินเกณฑ์การเลือกปฏิบัติปรากฏบนหน้าจอเป็นจุดสีขาว ในกรณีนี้ ความสว่างของจุดไม่ได้ขึ้นอยู่กับค่าสัมบูรณ์ของความเข้มของสัญญาณที่สะท้อน - จุดสีขาวทั้งหมดมีความสว่างเท่ากัน ด้วยวิธีการนำเสนอภาพ - เรียกว่า "bistable" - สามารถมองเห็นขอบเขตของอวัยวะและโครงสร้างที่มีการสะท้อนแสงสูง (เช่น ไซนัสของไต) ได้ชัดเจน อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถประเมินโครงสร้างของอวัยวะในเนื้อเยื่อได้ การปรากฏตัวของอุปกรณ์ในยุค 70 ที่ทำให้สามารถส่งเฉดสีเทาบนหน้าจอมอนิเตอร์เป็นจุดเริ่มต้นของยุคของอุปกรณ์ระดับสีเทา อุปกรณ์เหล่านี้ทำให้สามารถรับข้อมูลที่ไม่สามารถบรรลุได้โดยใช้อุปกรณ์ที่มีรูปภาพแบบ bistable การพัฒนาเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์และไมโครอิเล็กทรอนิกส์ทำให้สามารถย้ายจากภาพแอนะล็อกไปเป็นภาพดิจิทัลได้ในไม่ช้า ภาพดิจิตอลในอุปกรณ์อัลตราโซนิกถูกสร้างขึ้นบนเมทริกซ์ขนาดใหญ่ (ปกติคือ 512 × 512 พิกเซล) โดยมีจำนวนการไล่ระดับสีเทา 16-32-64-128-256 (4-5-6-7-8 บิต) เมื่อแสดงผลที่ความลึก 20 ซม. บนเมทริกซ์ขนาด 512 × 512 พิกเซล หนึ่งพิกเซลจะสอดคล้องกับมิติเชิงเส้น 0.4 มม. เครื่องมือสมัยใหม่มักจะเพิ่มขนาดการแสดงผลโดยไม่ลดทอนคุณภาพของภาพ และในเครื่องดนตรีระดับกลาง หน้าจอขนาด 12 นิ้ว (แนวทแยง 30 ซม.) กำลังกลายเป็นเรื่องธรรมดา

หลอดรังสีแคโทดของอุปกรณ์อัลตราโซนิก (จอแสดงผล จอภาพ) ใช้ลำแสงอิเล็กตรอนที่โฟกัสอย่างแหลมคมเพื่อสร้างจุดสว่างบนหน้าจอที่เคลือบด้วยสารเรืองแสงพิเศษ ด้วยความช่วยเหลือของจานเบี่ยง จุดนี้สามารถเคลื่อนไปรอบ ๆ หน้าจอได้

ที่ ประเภท กวาด (แอมพลิจูด) บนแกนหนึ่งระยะห่างจากเซ็นเซอร์ถูกพล็อตในอีกแกนหนึ่ง - ความเข้มของสัญญาณสะท้อนกลับ (รูปที่ 27)

ข้าว. 27. การกวาดสัญญาณแบบ A

ในเครื่องมือที่ทันสมัย แทบไม่ได้ใช้งานเครื่องกวาดแบบ A

B-type การสแกน (ความสว่าง - ความสว่าง) ช่วยให้คุณได้รับข้อมูลเกี่ยวกับความเข้มของสัญญาณที่สะท้อนบนเส้นการสแกนในรูปแบบของความแตกต่างในความสว่างของแต่ละจุดที่ประกอบเป็นเส้นนี้

ตัวอย่างหน้าจอ: กวาดซ้าย บี, ด้านขวา - เอ็มและคาร์ดิโอแกรม

M-type (บางครั้ง TM) การกวาด (การเคลื่อนไหว - การเคลื่อนไหว) ช่วยให้คุณบันทึกการเคลื่อนไหว (การเคลื่อนไหว) ของโครงสร้างการสะท้อนในเวลา ในกรณีนี้การกระจัดในแนวตั้งของโครงสร้างสะท้อนแสงจะถูกบันทึกในรูปแบบของจุดที่มีความสว่างต่างกันและในแนวนอน - การกระจัดของตำแหน่งของจุดเหล่านี้ในเวลา (รูปที่ 28)

ข้าว. 28. การกวาดแบบ M

เพื่อให้ได้ภาพเอกซเรย์แบบสองมิติ จำเป็นต้องย้ายเส้นการสแกนไปตามระนาบการสแกนไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง ในอุปกรณ์สแกนช้า ทำได้โดยการขยับเซ็นเซอร์ไปตามพื้นผิวของร่างกายผู้ป่วยด้วยตนเอง

อุปกรณ์สแกนที่รวดเร็ว

เครื่องสแกนแบบเร็ว หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าเครื่องสแกนแบบเรียลไทม์ ได้เปลี่ยนเครื่องสแกนแบบช้าหรือแบบแมนนวลโดยสิ้นเชิง ทั้งนี้เนื่องมาจากข้อดีหลายประการที่อุปกรณ์เหล่านี้มี ได้แก่ ความสามารถในการประเมินการเคลื่อนไหวของอวัยวะและโครงสร้างในแบบเรียลไทม์ (กล่าวคือ เกือบจะในเวลาเดียวกัน) เวลาที่ใช้ในการวิจัยลดลงอย่างรวดเร็ว ความสามารถในการวิจัยผ่านหน้าต่างอะคูสติกขนาดเล็ก

หากอุปกรณ์สแกนช้าสามารถเปรียบเทียบได้กับกล้อง (ได้ภาพนิ่ง) อุปกรณ์แบบเรียลไทม์สามารถเปรียบเทียบกับภาพยนตร์ได้ โดยที่ภาพนิ่ง (เฟรม) จะแทนที่กันด้วยความถี่สูง ทำให้เกิดความประทับใจในการเคลื่อนไหว

ในอุปกรณ์สแกนแบบเร็ว ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น เซนเซอร์ภาคเครื่องกลและอิเล็กทรอนิกส์ เซนเซอร์เชิงเส้นอิเล็กทรอนิกส์ เซนเซอร์นูนอิเล็กทรอนิกส์ (นูน) และเซนเซอร์รัศมีเชิงกลถูกนำมาใช้

เมื่อไม่นานมานี้ เซ็นเซอร์สี่เหลี่ยมคางหมูปรากฏขึ้นบนอุปกรณ์จำนวนหนึ่ง ซึ่งมุมมองที่มีรูปร่างสี่เหลี่ยมคางหมู อย่างไรก็ตาม เซ็นเซอร์เหล่านี้ไม่ได้แสดงข้อได้เปรียบเหนือเซ็นเซอร์นูน แต่มีข้อเสียหลายประการ

ปัจจุบัน เซ็นเซอร์ที่ดีที่สุดสำหรับการตรวจอวัยวะในช่องท้อง ช่องท้อง และกระดูกเชิงกรานขนาดเล็กคือส่วนที่นูน มีพื้นผิวสัมผัสที่ค่อนข้างเล็กและมีมุมมองที่กว้างมากในโซนกลางและไกล ซึ่งทำให้การศึกษาง่ายขึ้นและเร็วขึ้น

เมื่อสแกนด้วยลำแสงอัลตราโซนิกผลลัพธ์ของการผ่านลำแสงแต่ละครั้งจะเรียกว่าเฟรม กรอบประกอบด้วยเส้นแนวตั้งจำนวนมาก (รูปที่ 29)

ข้าว. 29. การสร้างภาพโดยแยกบรรทัด

แต่ละบรรทัดมีอย่างน้อยหนึ่งพัลส์อัลตราโซนิก อัตราการทำซ้ำของพัลส์เพื่อให้ได้ภาพระดับสีเทาในเครื่องมือสมัยใหม่คือ 1 kHz (1,000 พัลส์ต่อวินาที)

มีความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการเกิดซ้ำของพัลส์ (PRF) จำนวนเส้นที่สร้างเฟรม และจำนวนเฟรมต่อหน่วยเวลา: PRF = จำนวนเส้น × อัตราเฟรม.

บนหน้าจอมอนิเตอร์ คุณภาพของภาพที่ได้จะถูกกำหนดโดยเฉพาะอย่างยิ่งโดยความหนาแน่นของเส้น สำหรับเซนเซอร์เชิงเส้นตรง ความหนาแน่นของเส้น (เส้น/ซม.) คืออัตราส่วนของจำนวนเส้นที่สร้างกรอบต่อความกว้างของส่วนของจอภาพที่สร้างภาพ

สำหรับเซ็นเซอร์ประเภทเซกเตอร์ ความหนาแน่นของเส้น (เส้น/องศา) คืออัตราส่วนของจำนวนเส้นที่สร้างเฟรมต่อมุมของเซกเตอร์

ยิ่งตั้งค่าอัตราเฟรมในอุปกรณ์สูงเท่าใด จำนวนเส้นที่สร้างเฟรมก็จะยิ่งต่ำลง (ที่อัตราการทำซ้ำของพัลส์ที่กำหนด) ความหนาแน่นของเส้นบนหน้าจอมอนิเตอร์ก็จะยิ่งต่ำลง และคุณภาพของภาพที่ได้ก็จะยิ่งต่ำลง แต่ด้วยอัตราเฟรมที่สูง เรามีความละเอียดชั่วขณะที่ดี ซึ่งสำคัญมากในการศึกษาการตรวจหัวใจด้วยคลื่นเสียงสะท้อน

อุปกรณ์ DOPPLEROGRAPHY

วิธีการวิจัยด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงช่วยให้ได้รับข้อมูลเกี่ยวกับสถานะโครงสร้างของอวัยวะและเนื้อเยื่อเท่านั้น แต่ยังระบุลักษณะการไหลในหลอดเลือดด้วย ความสามารถนี้ขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์ Doppler - การเปลี่ยนแปลงความถี่ของเสียงที่ได้รับเมื่อเคลื่อนที่สัมพันธ์กับสื่อของแหล่งกำเนิดหรือตัวรับสัญญาณของเสียงหรือร่างกายที่กระจายเสียง สังเกตได้จากความจริงที่ว่าความเร็วของการแพร่กระจายของอัลตราซาวนด์ในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกันนั้นคงที่ ดังนั้น หากแหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ คลื่นเสียงที่ปล่อยออกมาในทิศทางของการเคลื่อนไหวดูเหมือนจะถูกบีบอัด ส่งผลให้ความถี่ของเสียงเพิ่มขึ้น คลื่นที่แผ่ออกไปในทิศทางตรงกันข้ามราวกับว่าถูกยืดออกทำให้ความถี่ของเสียงลดลง (รูปที่ 30)

ข้าว. 30. เอฟเฟกต์ดอปเปลอร์

เมื่อเปรียบเทียบความถี่อัลตราซาวนด์ดั้งเดิมกับความถี่ที่แก้ไขแล้ว ก็สามารถระบุการเปลี่ยนแปลงของดอลเลอร์และคำนวณความเร็วได้ ไม่สำคัญหรอกว่าเสียงจะถูกปล่อยออกมาจากวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่หรือว่าวัตถุนั้นสะท้อนคลื่นเสียงหรือไม่ ในกรณีที่สอง แหล่งกำเนิดอัลตราโซนิกสามารถอยู่กับที่ (เซ็นเซอร์อัลตราโซนิก) และเม็ดเลือดแดงที่เคลื่อนที่สามารถทำหน้าที่เป็นตัวสะท้อนแสงของคลื่นอัลตราโซนิก ดอปเปลอร์ชิฟต์สามารถเป็นได้ทั้งค่าบวก (ถ้ารีเฟลกเตอร์เคลื่อนเข้าหาแหล่งกำเนิดเสียง) หรือค่าลบ (หากรีเฟลกเตอร์เคลื่อนออกจากแหล่งกำเนิดเสียง) ในกรณีที่ทิศทางการตกกระทบของลำแสงอัลตราโซนิกไม่ขนานกับทิศทางการเคลื่อนที่ของตัวสะท้อนแสง จำเป็นต้องแก้ไขการเลื่อน Doppler โดยโคไซน์ของมุม q ระหว่างลำแสงตกกระทบกับทิศทางการเคลื่อนที่ของลำแสง ตัวสะท้อนแสง (รูปที่ 31)

ข้าว. 31. มุมระหว่างลำแสงตกกระทบกับทิศทางการไหลของเลือด

ในการรับข้อมูล Doppler จะมีการใช้อุปกรณ์สองประเภท - คลื่นคงที่และพัลส์ ในเครื่อง Doppler แบบคลื่นต่อเนื่อง ตัวแปลงสัญญาณประกอบด้วยทรานสดิวเซอร์สองตัว: ตัวหนึ่งปล่อยอัลตราซาวนด์อย่างต่อเนื่อง อีกตัวรับสัญญาณสะท้อนอยู่ตลอดเวลา เครื่องรับจะกำหนดการเปลี่ยน Doppler ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็น -1/1000 ของความถี่ของแหล่งกำเนิดอัลตราซาวนด์ (ช่วงที่ได้ยิน) และส่งสัญญาณไปยังลำโพงและขนานกับจอภาพเพื่อประเมินคุณภาพและเชิงปริมาณของรูปคลื่น อุปกรณ์คลื่นคงที่จะตรวจจับการไหลเวียนของเลือดไปเกือบตลอดเส้นทางของลำแสงอัลตราซาวนด์หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือมีระดับเสียงควบคุมขนาดใหญ่ ซึ่งอาจทำให้ได้รับข้อมูลไม่เพียงพอเมื่อเรือหลายลำเข้าสู่ปริมาตรควบคุม อย่างไรก็ตาม การควบคุมปริมาณมากมีประโยชน์ในการคำนวณแรงดันตกคร่อมในการตีบของลิ้นหัวใจ

ในการประเมินการไหลเวียนของเลือดในบริเวณใดบริเวณหนึ่ง จำเป็นต้องวางปริมาตรควบคุมไว้ในบริเวณที่ทำการศึกษา (เช่น ภายในหลอดเลือดหนึ่ง) ภายใต้การควบคุมด้วยสายตาบนหน้าจอมอนิเตอร์ สามารถทำได้โดยใช้อุปกรณ์พัลส์ มีขีดจำกัดบนสำหรับการเปลี่ยนดอปเปลอร์ที่สามารถตรวจจับได้โดยเครื่องมือพัลซิ่ง (บางครั้งเรียกว่าขีดจำกัด Nyquist) ประมาณ 1/2 ของอัตราการเต้นของชีพจร เมื่อเกินสเปกตรัม Doppler จะบิดเบี้ยว (นามแฝง) ยิ่งอัตราการเกิดซ้ำของพัลส์สูงเท่าใด การเปลี่ยนดอปเปลอร์ก็จะยิ่งมากขึ้นโดยไม่ผิดเพี้ยน แต่ความไวของเครื่องมือต่อการไหลของความเร็วต่ำก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น

เนื่องจากความจริงที่ว่าพัลส์อัลตราโซนิกที่ส่งไปยังเนื้อเยื่อมีความถี่จำนวนมากนอกเหนือจากความถี่หลักและเนื่องจากความเร็วของแต่ละส่วนของการไหลไม่เหมือนกันพัลส์ที่สะท้อนกลับประกอบด้วยคลื่นขนาดใหญ่ จำนวนความถี่ต่างๆ (รูปที่ 32)

ข้าว. 32. กราฟสเปกตรัมของพัลส์อัลตราโซนิก

การใช้การแปลงฟูริเยร์แบบเร็ว องค์ประกอบความถี่ของพัลส์สามารถแสดงเป็นสเปกตรัม ซึ่งสามารถแสดงบนหน้าจอมอนิเตอร์เป็นเส้นโค้ง โดยที่ความถี่การเลื่อนดอปเปลอร์ถูกพล็อตในแนวนอน และแอมพลิจูดของแต่ละองค์ประกอบจะถูกพล็อตในแนวตั้ง เป็นไปได้ที่จะกำหนดพารามิเตอร์ความเร็วจำนวนมากของการไหลเวียนของเลือดจากสเปกตรัมดอปเปลอร์ (ความเร็วสูงสุด, ความเร็วที่ปลายไดแอสโทล, ความเร็วเฉลี่ย ฯลฯ) อย่างไรก็ตาม ตัวชี้วัดเหล่านี้ขึ้นอยู่กับมุมและความแม่นยำจะขึ้นอยู่กับ ความแม่นยำในการแก้ไขมุม และหากในภาชนะขนาดใหญ่ที่ไม่บิดเบี้ยว การแก้ไขมุมไม่ก่อให้เกิดปัญหา ดังนั้นในภาชนะขนาดเล็กที่บิดเบี้ยว (หลอดเนื้องอก) การกำหนดทิศทางของการไหลค่อนข้างยาก ในการแก้ปัญหานี้ ได้มีการเสนอดัชนีที่เกือบจะเป็นอิสระจากคาร์บอนจำนวนหนึ่ง ซึ่งโดยทั่วไปคือดัชนีความต้านทานและดัชนีการเต้นของชีพจร ดัชนีความต้านทานคืออัตราส่วนของความแตกต่างระหว่างความเร็วสูงสุดและต่ำสุดกับอัตราการไหลสูงสุด (รูปที่ 33) ดัชนีการเต้นเป็นอัตราส่วนของความแตกต่างระหว่างความเร็วสูงสุดและต่ำสุดกับความเร็วการไหลเฉลี่ย

ข้าว. 33. การคำนวณดัชนีความต้านทานและดัชนีพัลเซอร์

การได้รับสเปกตรัม Doppler จากปริมาตรควบคุมเดียวช่วยให้คุณสามารถประเมินการไหลเวียนของเลือดในพื้นที่ขนาดเล็กมาก การถ่ายภาพการไหลของสี (Color Doppler) ให้ข้อมูลการไหลเวียนของเลือด 2D แบบเรียลไทม์ นอกเหนือจากการถ่ายภาพระดับสีเทา 2D แบบธรรมดา การสร้างภาพ Color Doppler ขยายความเป็นไปได้ของหลักการพัลซิ่งของการรับภาพ สัญญาณที่สะท้อนจากโครงสร้างที่ไม่สามารถเคลื่อนย้ายได้จะรับรู้และแสดงในรูปแบบสีเทา หากสัญญาณสะท้อนกลับมีความถี่แตกต่างจากสัญญาณที่ปล่อยออกมา แสดงว่าสะท้อนจากวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ ในกรณีนี้ จะกำหนดการเปลี่ยนแปลง Doppler เครื่องหมายและค่าของความเร็วเฉลี่ย พารามิเตอร์เหล่านี้ใช้เพื่อกำหนดสี ความอิ่มตัว และความสว่าง โดยปกติ ทิศทางของการไหลไปยังเซ็นเซอร์จะถูกเข้ารหัสเป็นสีแดงและอยู่ห่างจากเซ็นเซอร์เป็นสีน้ำเงิน ความสว่างของสีถูกกำหนดโดยอัตราการไหล

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการสร้างแผนที่ Doppler แบบสีที่เรียกว่า "power Doppler" (Power Doppler) ด้วยพลัง Doppler ไม่ใช่ค่าของการเลื่อน Doppler ในสัญญาณสะท้อนที่ถูกกำหนด แต่เป็นพลังงาน วิธีนี้ทำให้สามารถเพิ่มความไวของวิธีการเป็นความเร็วต่ำและทำให้เกือบจะไม่ขึ้นกับมุม แม้ว่าจะสูญเสียความสามารถในการกำหนดค่าสัมบูรณ์ของความเร็วและทิศทางของการไหลก็ตาม

สิ่งประดิษฐ์

สิ่งประดิษฐ์ในการวินิจฉัยอัลตราซาวนด์คือการปรากฏตัวของโครงสร้างที่ไม่มีอยู่บนภาพ, การไม่มีโครงสร้างที่มีอยู่, ตำแหน่งที่ไม่ถูกต้องของโครงสร้าง, ความสว่างที่ไม่ถูกต้องของโครงสร้าง, โครงร่างที่ไม่ถูกต้องของโครงสร้าง, ขนาดที่ไม่ถูกต้องของโครงสร้าง เสียงก้อง หนึ่งในสิ่งประดิษฐ์ที่พบบ่อยที่สุด เกิดขึ้นเมื่อพัลส์อัลตราโซนิกกระทบระหว่างพื้นผิวสะท้อนแสงสองชิ้นขึ้นไป ในกรณีนี้ ส่วนหนึ่งของพลังงานของพัลส์อัลตราโซนิกจะถูกสะท้อนซ้ำจากพื้นผิวเหล่านี้ แต่ละครั้งจะกลับสู่เซ็นเซอร์บางส่วนในช่วงเวลาปกติ (รูปที่ 34)

ข้าว. 34. พัดโบก

ผลลัพธ์จะเป็นลักษณะที่ปรากฏบนหน้าจอมอนิเตอร์ของพื้นผิวสะท้อนแสงที่ไม่มีอยู่จริง ซึ่งจะอยู่ด้านหลังแผ่นสะท้อนแสงที่สองที่ระยะห่างเท่ากับระยะห่างระหว่างแผ่นสะท้อนแสงตัวแรกและตัวที่สอง บางครั้งสามารถลดเสียงสะท้อนได้ด้วยการเปลี่ยนตำแหน่งของเซ็นเซอร์ ตัวแปรของพัดโบกคือสิ่งประดิษฐ์ที่เรียกว่า "หางดาวหาง" สังเกตได้ในกรณีที่อัลตราซาวนด์ทำให้เกิดการสั่นตามธรรมชาติของวัตถุ สิ่งประดิษฐ์นี้มักถูกพบเห็นหลังฟองแก๊สขนาดเล็กหรือวัตถุโลหะขนาดเล็ก เนื่องจากสัญญาณสะท้อนกลับไม่ได้ทั้งหมดกลับไปยังเซ็นเซอร์เสมอไป (รูปที่ 35) วัตถุของพื้นผิวสะท้อนแสงที่มีประสิทธิภาพจึงปรากฏขึ้น ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าพื้นผิวสะท้อนแสงจริง

ข้าว. 35. พื้นผิวสะท้อนแสงที่มีประสิทธิภาพ

เนื่องจากสิ่งประดิษฐ์นี้ ขนาดของนิ่วที่กำหนดโดยใช้อัลตราซาวนด์มักจะเล็กกว่าของจริงเล็กน้อย การหักเหของแสงอาจทำให้ตำแหน่งของวัตถุในภาพเกิดไม่ถูกต้อง (รูปที่ 36)

ข้าว. 36. พื้นผิวสะท้อนแสงที่มีประสิทธิภาพ

ในกรณีที่เส้นทางของอัลตราซาวนด์จากตัวแปลงสัญญาณไปยังโครงสร้างสะท้อนแสงและด้านหลังไม่เหมือนกัน จะเกิดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้องของวัตถุในภาพผลลัพธ์ สิ่งประดิษฐ์ในกระจกคือลักษณะที่ปรากฏของวัตถุที่อยู่ด้านหนึ่งของตัวสะท้อนแสงที่แข็งแกร่งอีกด้านหนึ่ง (รูปที่ 37)

ข้าว. 37. สิ่งประดิษฐ์กระจก

วัตถุแปลกปลอมมักเกิดขึ้นใกล้กับรูรับแสง

สิ่งประดิษฐ์เงาอะคูสติก (รูปที่ 38) เกิดขึ้นหลังโครงสร้างที่สะท้อนอย่างแรงหรือดูดซับอัลตราซาวนด์อย่างรุนแรง กลไกการเกิดเงาอะคูสติกคล้ายกับการเกิดเงาแบบออปติคัล

ข้าว. 38. เงาเสียง

สิ่งประดิษฐ์ของการขยายสัญญาณส่วนปลาย (รูปที่ 39) เกิดขึ้นหลังโครงสร้างที่ดูดซับอัลตราซาวนด์ได้เล็กน้อย (ของเหลว, การก่อตัวที่ประกอบด้วยของเหลว)

ข้าว. 39. การขยายเสียงสะท้อนส่วนปลาย

สิ่งประดิษฐ์ของเงาด้านข้างเกี่ยวข้องกับการหักเหของแสงและบางครั้งการรบกวนของคลื่นอัลตราโซนิกเมื่อลำแสงอัลตราโซนิกตกลงไปบนพื้นผิวนูน (ซีสต์, ถุงน้ำดีปากมดลูก) ของโครงสร้าง, ความเร็วในการส่งอัลตราซาวนด์ซึ่งแตกต่างอย่างมากจากเนื้อเยื่อรอบ ๆ ( มะเดื่อ 40)

ข้าว. 40. เงาด้านข้าง

สิ่งประดิษฐ์ที่เกี่ยวข้องกับการกำหนดความเร็วของอัลตราซาวนด์ที่ไม่ถูกต้องเกิดขึ้นเนื่องจากความเร็วที่แท้จริงของการแพร่กระจายของอัลตราซาวนด์ในเนื้อเยื่อเฉพาะนั้นมากกว่าหรือน้อยกว่าความเร็วเฉลี่ย (1.54 ม. / วินาที) ที่อุปกรณ์ตั้งโปรแกรมไว้ (รูปที่ 41).

ข้าว. 41. การบิดเบือนเนื่องจากความแตกต่างของความเร็วของอัลตราซาวนด์ (V1 และ V2) ในสื่อต่างๆ

สิ่งประดิษฐ์ของความหนาของลำแสงอัลตราโซนิกคือลักษณะที่ปรากฏส่วนใหญ่ในอวัยวะที่มีของเหลวของการสะท้อนใกล้ผนังเนื่องจากความจริงที่ว่าลำอัลตราโซนิกมีความหนาเฉพาะและส่วนหนึ่งของลำแสงนี้สามารถสร้างภาพของอวัยวะและ ภาพโครงสร้างที่อยู่ติดกัน (รูปที่ 42)

ข้าว. 42. สิ่งประดิษฐ์ความหนาของลำแสงอัลตราโซนิก

การควบคุมคุณภาพการทำงานของอุปกรณ์อัลตราโซนิก

การควบคุมคุณภาพของอุปกรณ์อัลตราโซนิกรวมถึงการกำหนดความไวสัมพัทธ์ของระบบ ความละเอียดตามแนวแกนและด้านข้าง โซนตาย การทำงานที่ถูกต้องของเครื่องวัดระยะทาง ความแม่นยำในการลงทะเบียน การทำงานที่ถูกต้องของ TVG การกำหนดช่วงไดนามิกของสเกลสีเทา ฯลฯ . เพื่อควบคุมคุณภาพของการทำงานของอุปกรณ์อัลตราโซนิกจะใช้วัตถุทดสอบพิเศษหรือภาพหลอนที่เทียบเท่าเนื้อเยื่อ (รูปที่ 43) มีจำหน่ายในท้องตลาด แต่ไม่มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในประเทศของเรา ซึ่งทำให้แทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะสอบเทียบอุปกรณ์วินิจฉัยด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงในภาคสนาม

ข้าว. 43. วัตถุทดสอบของ American Institute of Ultrasound in Medicine

ผลทางชีวภาพของอัลตราซาวนด์และความปลอดภัย

ผลกระทบทางชีวภาพของอัลตราซาวนด์และความปลอดภัยสำหรับผู้ป่วยได้รับการกล่าวถึงอย่างต่อเนื่องในวรรณคดี ความรู้เกี่ยวกับผลกระทบทางชีวภาพของอัลตราซาวนด์ขึ้นอยู่กับการศึกษากลไกของผลกระทบของอัลตราซาวนด์ การศึกษาผลกระทบของอัลตราซาวนด์ต่อการเพาะเลี้ยงเซลล์ การศึกษาทดลองในพืช สัตว์ และสุดท้ายคือการศึกษาทางระบาดวิทยา

อัลตราซาวนด์สามารถทำให้เกิดผลกระทบทางชีวภาพผ่านอิทธิพลทางกลและความร้อน การลดทอนสัญญาณอัลตราโซนิกเกิดจากการดูดกลืน กล่าวคือ เปลี่ยนพลังงานคลื่นอัลตราโซนิกเป็นความร้อน ความร้อนของเนื้อเยื่อจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มของอัลตราซาวนด์ที่ปล่อยออกมาและความถี่ที่เพิ่มขึ้น คาวิเทชั่นคือการก่อตัวของฟองอากาศที่เต้นเป็นจังหวะในของเหลวที่เต็มไปด้วยก๊าซ ไอน้ำ หรือส่วนผสมของพวกมัน สาเหตุหนึ่งของการเกิดโพรงอากาศอาจเป็นคลื่นอัลตราโซนิก อัลตราซาวนด์เป็นอันตรายหรือไม่?

การวิจัยที่เกี่ยวข้องกับผลกระทบของอัลตราซาวนด์ต่อเซลล์ งานทดลองในพืชและสัตว์ และการศึกษาทางระบาดวิทยาทำให้ American Institute of Ultrasound in Medicine ออกแถลงการณ์ซึ่งได้รับการยืนยันครั้งล่าสุดในปี 2536:

"ไม่เคยมีการรายงานผลกระทบทางชีวภาพที่ได้รับการยืนยันในผู้ป่วยหรือบุคคลที่ทำงานกับอุปกรณ์ซึ่งเกิดจากรังสี (อัลตราซาวนด์) ซึ่งความรุนแรงเป็นเรื่องปกติของสิ่งอำนวยความสะดวกในการวินิจฉัยด้วยอัลตราซาวนด์ที่ทันสมัย แม้ว่าจะเป็นไปได้ว่าผลกระทบทางชีวภาพดังกล่าวอาจถูกตรวจพบได้ในอนาคต ข้อมูลปัจจุบันระบุว่าประโยชน์ต่อผู้ป่วยในการใช้อัลตราซาวนด์เพื่อการวินิจฉัยอย่างรอบคอบนั้นมีค่ามากกว่าความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้น หากมี"

ทิศทางใหม่ในการวินิจฉัยอัลตราซาวนด์

มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วของการวินิจฉัยอัลตราซาวนด์ การปรับปรุงอย่างต่อเนื่องของอุปกรณ์วินิจฉัยอัลตราซาวนด์ เราสามารถสันนิษฐานได้หลายทิศทางหลักสำหรับการพัฒนาวิธีการวินิจฉัยนี้ในอนาคต

การปรับปรุงเทคนิค Doppler เพิ่มเติมเป็นไปได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เช่น Power Doppler, ภาพสี Doppler ของเนื้อเยื่อ

echography สามมิติในอนาคตอาจกลายเป็นส่วนสำคัญของการวินิจฉัยอัลตราซาวนด์ ปัจจุบัน มีหน่วยตรวจวินิจฉัยด้วยอัลตราซาวนด์ที่มีจำหน่ายในท้องตลาดหลายหน่วยที่อนุญาตให้สร้างภาพสามมิติขึ้นใหม่ได้ ในขณะที่ความสำคัญทางคลินิกของทิศทางนี้ยังคงไม่ชัดเจน

แนวคิดของการใช้อัลตราซาวนด์คอนทราสต์ได้รับการเสนอโดย R.Gramiak และ P.M.Shah ในช่วงปลายทศวรรษที่หกสิบระหว่างการศึกษาเกี่ยวกับคลื่นไฟฟ้าหัวใจ ปัจจุบันมีการเปรียบเทียบ "Ehovist" (เชอริง) ที่มีจำหน่ายในท้องตลาดซึ่งใช้แสดงภาพหัวใจที่ถูกต้อง เพิ่งได้รับการแก้ไขเพื่อลดขนาดของอนุภาคคอนทราสต์ และสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ในระบบไหลเวียนโลหิตของมนุษย์ (Levovist, Schering) ยานี้ปรับปรุงสัญญาณ Doppler ทั้งสเปกตรัมและสีอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งอาจจำเป็นสำหรับการประเมินการไหลเวียนของเลือดของเนื้องอก

เอกโคกราฟฟีในช่องปากโดยใช้เซนเซอร์แบบบางเฉียบเปิดโอกาสใหม่ๆ ในการศึกษาอวัยวะและโครงสร้างที่เป็นโพรง อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน การใช้เทคนิคนี้อย่างแพร่หลายนั้นถูกจำกัดด้วยเซ็นเซอร์เฉพาะทางที่มีราคาสูง ซึ่งยิ่งไปกว่านั้น สามารถใช้สำหรับการวิจัยได้ในจำนวนจำกัด (1÷40)

การประมวลผลภาพคอมพิวเตอร์เพื่อวัตถุประสงค์ในการทำให้ข้อมูลที่เป็นนามธรรมกลายเป็นแนวทางที่มีแนวโน้มว่าจะช่วยเพิ่มความแม่นยำในการวินิจฉัยการเปลี่ยนแปลงเชิงโครงสร้างเล็กน้อยในอวัยวะของเนื้อเยื่อในอนาคต น่าเสียดายที่ผลลัพธ์ที่ได้รับจนถึงขณะนี้ไม่มีนัยสำคัญทางคลินิกที่มีนัยสำคัญ

อย่างไรก็ตาม สิ่งที่ดูเหมือนอนาคตอันไกลโพ้นในการวินิจฉัยอัลตราซาวนด์เมื่อวานนี้ได้กลายเป็นกิจวัตรทั่วไปในวันนี้ และอาจเป็นไปได้ว่าในอนาคตอันใกล้นี้ เราจะได้เห็นการนำเทคนิคการวินิจฉัยด้วยอัลตราซาวนด์แบบใหม่มาใช้ในการปฏิบัติทางคลินิก

วรรณกรรม

American Institute of Ultrasound in Medicine. คณะกรรมการผลกระทบทางชีวภาพของ AIUM - เจ อัลตราซาวด์ เมด - 1983; 2: R14.
การประเมิน AIUM ของรายงานการวิจัยผลกระทบทางชีวภาพ. Bethesda, MD, American Institute of Ultrasound in Medicine, 1984
American Institute of Ultrasound in Medicine. คำชี้แจงความปลอดภัยของ AIUM - J. อัลตราซาวนด์ Med. - 1983; 2: R69.
American Institute of Ultrasound in Medicine. คำชี้แจงเกี่ยวกับความปลอดภัยทางคลินิก - เจ อัลตราซาวด์ เมด - 1984; 3:R10.
บันจาวิก RA การออกแบบและบำรุงรักษาการประกันคุณภาพสำหรับอุปกรณ์อัลตราซาวนด์วินิจฉัย - เซมิน อัลตราซาวนด์ - 1983; 4:10-26.
คณะกรรมการผลกระทบทางชีวภาพ ข้อควรพิจารณาด้านความปลอดภัยสำหรับการตรวจอัลตราซาวด์ Laurel, MD, American Institute of Ultrasound in Medicine, 1991
คณะอนุกรรมการประชุมไบโอเอฟเฟค. ผลกระทบทางชีวภาพและความปลอดภัยของอัลตราซาวด์วินิจฉัย Laurel, MD, American Institute of Ultrasound in Medicine, 1993
Eden A. การค้นหา Christian Doppler นิวยอร์ก, สปริงเกอร์-แวร์แล็ก, 1992
อีแวนส์ DH, McDicken WN, Skidmore R และอื่น ๆ Doppler Ultrasound: ฟิสิกส์ เครื่องมือวัด และการประยุกต์ใช้ทางคลินิก นิวยอร์ก, ไวลีย์แอนด์ซันส์, 1989.
กิล อาร์ดับบลิว. การวัดการไหลเวียนของเลือดด้วยอัลตราซาวนด์: ความแม่นยำและแหล่งที่มาของข้อผิดพลาด - แพทย์อัลตราซาวนด์ ไบโอล. - 1985; 11:625-641.
กายตัน เอซี หนังสือเรียนสรีรวิทยาการแพทย์. ฉบับที่ 7 ฟิลาเดลเฟีย, WB ซอนเดอร์ส, 1986, 206-229.
Hunter TV, Haber K. การเปรียบเทียบการสแกนแบบเรียลไทม์กับการสแกนโหมด B แบบคงที่ทั่วไป - เจ อัลตราซาวด์ เมด - 1983; 2:363-368.
Kisslo J, อดัมส์ DB, Belkin RN Doppler Color Flow Imaging นิวยอร์ก, เชอร์ชิลล์ ลิฟวิงสโตน, 1988
เครมเกา F.W. ผลกระทบทางชีวภาพและอันตรายที่อาจเกิดขึ้น ใน: Campbell S, ed. อัลตร้าซาวด์ในสูติศาสตร์และนรีเวชวิทยา. ลอนดอน, ดับเบิลยูบี ซอนเดอร์ส, 1983, 395-405.
เครมเกา F.W. ข้อผิดพลาดของมุมดอปเปลอร์เนื่องจากการหักเหของแสง - แพทย์อัลตราซาวนด์ ไบโอล. - 1990; 16:523-524. - 1991; 17:97.
เครมเกา F.W. ข้อมูลความถี่การเลื่อนดอปเปลอร์ - เจ อัลตราซาวด์ เมด - 2530; 6:167.
เครมเกา F.W. ความปลอดภัยและผลกระทบระยะยาวของอัลตราซาวนด์: สิ่งที่ต้องบอกผู้ป่วยของคุณ ใน: Platt LD, ed. อัลตราซาวด์ปริกำเนิด; คลินิก สูติ Gynecol.- 1984; 27:269-275.
เครมเกา F.W. หัวข้อทางเทคนิค (คอลัมน์ที่ปรากฏทุก ๆ สองเดือนในส่วนการสะท้อน) - เจ อัลตราซาวด์ เมด - 1983; 2.
หลิง เอฟซี สิ่งประดิษฐ์ที่พบบ่อยในอัลตราซาวนด์ทางคลินิก - เซมิน อัลตราซาวนด์-1983; 4:27-43.
เมอร์ริท ซีอาร์บี เอ็ด ภาพสีดอปเปลอร์ นิวยอร์ก, เชอร์ชิลล์ ลิฟวิงสโตน, 1992
มิลเนอร์ WR การไหลเวียนโลหิต ฉบับที่ 2 บัลติมอร์, วิลเลียมส์ แอนด์ วิลกินส์, 1989
Nachtigall PE, มัวร์ PWB โซนาร์สัตว์. นิวยอร์ก, Plenum Press, 1988.
Nichols WW, O "Rourke MF. McDonald's Blood Flow ในหลอดเลือดแดง ฟิลาเดลเฟีย, ลีและเฟบิเกอร์, 1990.
Powis RL, ชวาร์ตษ์ RA อัลตร้าซาวด์ Doppler เชิงปฏิบัติสำหรับแพทย์ บัลติมอร์ วิลเลียมส์ แอนด์ วิลกินส์ พ.ศ. 2534
ข้อควรพิจารณาด้านความปลอดภัยสำหรับการตรวจอัลตราซาวด์ Bethesda, MD, American Institute of Ultrasound in Medicine, 1984
Smith HJ, Zagzebski J. Basic Doppler Physics. Madison, Wl, สำนักพิมพ์ฟิสิกส์การแพทย์, 1991
ซไวเบล WJ. ทบทวนคำศัพท์พื้นฐานในการตรวจอัลตราซาวนด์ - เซมิน อัลตราซาวนด์ - 1983; 4:60-62.
ซวีเบล WJ. ฟิสิกส์. - เซมิน อัลตร้าซาวด์ - 1983; 4:1-62.
ป. Golyamine, ch. เอ็ด อัลตร้าซาวด์ มอสโก "สารานุกรมโซเวียต", 2522

คำถามทดสอบ

พื้นฐานของวิธีการวิจัยอัลตราซาวนด์คือ:
ก. การสร้างภาพอวัยวะและเนื้อเยื่อบนหน้าจออุปกรณ์
B. ปฏิสัมพันธ์ของอัลตราซาวนด์กับเนื้อเยื่อของร่างกายมนุษย์
ข. รับเสียงสะท้อน
ก. รังสีอัลตราซาวนด์
ง. การแสดงภาพระดับสีเทาบนหน้าจอเครื่องมือ
อัลตราซาวนด์เป็นเสียงที่มีความถี่ไม่ต่ำกว่า:
a.15kHz
ข. 20000 เฮิรตซ์
ข. 1 เมกะเฮิรตซ์ ง. 30 เฮิรตซ์ ง. 20 เฮิรตซ์
ความเร็วของการแพร่กระจายของอัลตราซาวนด์จะเพิ่มขึ้นหาก:
ก. ความหนาแน่นของตัวกลางเพิ่มขึ้น
ข. ความหนาแน่นของตัวกลางลดลง
ข. ความยืดหยุ่นเพิ่มขึ้น
ง. ความหนาแน่น ความยืดหยุ่นเพิ่มขึ้น
ง. ความหนาแน่นลดลง ความยืดหยุ่นเพิ่มขึ้น
ความเร็วการแพร่กระจายเฉลี่ยของอัลตราซาวนด์ในเนื้อเยื่ออ่อนคือ:
ก. 1450 ม./วินาที
ข. 1620 ม./วินาที
ข. 1540 ม./วินาที
ง. 1300 ม./วินาที
ง. 1420 ม./วินาที
ความเร็วในการแพร่กระจายของอัลตราซาวนด์ถูกกำหนดโดย:
ก. ความถี่
ข. แอมพลิจูด
ข. ความยาวคลื่น
ช. ระยะเวลา
ง. วันพุธ
ความยาวคลื่นในเนื้อเยื่ออ่อนที่มีความถี่เพิ่มขึ้น:
ก. ลดลง
ข. ไม่เปลี่ยนแปลง
ข. เพิ่มขึ้น
มีค่าความเร็วของการแพร่กระจายของอัลตราซาวนด์และความถี่เราสามารถคำนวณ:
ก. แอมพลิจูด
ข. ระยะเวลา
ข. ความยาวคลื่น
ง. แอมพลิจูดและคาบ จ. คาบและความยาวคลื่น
ด้วยความถี่ที่เพิ่มขึ้น ค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนในเนื้อเยื่ออ่อน:
ก. ลดลง
ข. ไม่เปลี่ยนแปลง
ข. เพิ่มขึ้น
พารามิเตอร์ใดต่อไปนี้กำหนดคุณสมบัติของสื่อที่อัลตราซาวนด์ผ่าน:
ก.แนวต้าน
ข. ความเข้มข้น
ข. แอมพลิจูด
G ความถี่
ง. ระยะเวลา
พารามิเตอร์ใดต่อไปนี้ไม่สามารถกำหนดได้จากส่วนที่เหลือ:
ก. ความถี่
ข. ระยะเวลา
ข. แอมพลิจูด
G. ความยาวคลื่น
ง. ความเร็วในการขยายพันธุ์
อัลตร้าซาวด์สะท้อนจากขอบเขตของสื่อที่มีความแตกต่างใน:
ก. ความหนาแน่น
B. อิมพีแดนซ์เสียง
B. ความเร็วอัลตราโซนิก
G. ความยืดหยุ่น
D. ความเร็วและความยืดหยุ่นของอัลตราโซนิก
ในการคำนวณระยะทางถึงตัวสะท้อนแสง คุณจำเป็นต้องรู้:
ก. การลดทอน ความเร็ว ความหนาแน่น
ข. การลดทอน ความต้านทาน
ข. การลดทอน การดูดซึม
ง. เวลาส่งสัญญาณกลับ ความเร็ว
ง. ความหนาแน่น ความเร็ว
สามารถเน้นอัลตราซาวนด์:
ก. ธาตุบิดเบี้ยว
ข. ตัวสะท้อนแสงแบบโค้ง
ข. เลนส์
ก. เสาอากาศแบบค่อยเป็นค่อยไป
ง. ทั้งหมดที่กล่าวมา
ความละเอียดแกนถูกกำหนดโดย:
ก. เพ่งสมาธิ
ข. ระยะวัตถุ
B. ประเภทเซ็นเซอร์
ง. วันพุธ
ความละเอียดตามขวางถูกกำหนดโดย:
ก. เพ่งสมาธิ
ข. ระยะวัตถุ
B. ประเภทเซ็นเซอร์
G. จำนวนการแกว่งในแรงกระตุ้น
ดี วันพุธ

บทจากเล่มที่ 1 ของคู่มือการวินิจฉัยอัลตราซาวนด์

เขียนโดยเจ้าหน้าที่กรมอุลตร้าซาวด์วินิจฉัย

Russian Medical Academy of Postgraduate Education

ความถี่ 16 Hz-20 kHz ซึ่งเครื่องช่วยฟังของมนุษย์สามารถรับรู้ได้ มักเรียกว่าเสียงหรืออะคูสติก ตัวอย่างเช่น ยุง "10 kHz" แต่อากาศ ความลึกของทะเล และส่วนลึกของโลกนั้นเต็มไปด้วยเสียงที่อยู่นอกขอบเขตนี้ - อินฟาราและอัลตราซาวนด์ ในธรรมชาติอัลตราซาวนด์จะพบเป็นส่วนประกอบของเสียงธรรมชาติหลายอย่าง เช่น เสียงลม น้ำตก ฝน ก้อนกรวดทะเล ม้วนโดยคลื่น ในการปล่อยฟ้าผ่า สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหลายชนิด เช่น แมวและสุนัข มีความสามารถในการรับรู้อัลตราซาวนด์ได้ถึง 100 kHz และความสามารถในการระบุตำแหน่งของค้างคาว แมลงออกหากินเวลากลางคืน และสัตว์ทะเลเป็นที่รู้จักกันดี การมีอยู่ของเสียงดังกล่าวถูกค้นพบด้วยการพัฒนาระบบเสียงในปลายศตวรรษที่ 19 เท่านั้น ในเวลาเดียวกันการศึกษาครั้งแรกของอัลตราซาวนด์เริ่มต้นขึ้น แต่รากฐานสำหรับการประยุกต์ใช้ถูกวางไว้ในช่วงที่สามของศตวรรษที่ 20 เท่านั้น

อัลตราซาวนด์คืออะไร

คลื่นอัลตราโซนิก (เสียงที่ไม่ได้ยิน) โดยธรรมชาติไม่แตกต่างจากคลื่นของช่วงที่ได้ยินและปฏิบัติตามกฎทางกายภาพเดียวกัน แต่อัลตราซาวนด์มีคุณสมบัติเฉพาะที่กำหนดการใช้งานอย่างแพร่หลายในด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

นี่คือรายการหลัก:

ความยาวคลื่นขนาดเล็ก สำหรับช่วงอัลตราโซนิกต่ำสุด ความยาวคลื่นไม่เกินสองสามเซนติเมตรในตัวกลางส่วนใหญ่ ความยาวคลื่นสั้นกำหนดลักษณะของการแพร่กระจายของคลื่นอัลตราโซนิก ใกล้กับอีซีแอลอัลตราซาวนด์จะแพร่กระจายในรูปแบบของคานที่มีขนาดใกล้เคียงกับขนาดของอีซีแอล เมื่อกระทบกับความไม่เท่าเทียมกันในตัวกลาง ลำแสงอัลตราโซนิกจะทำงานเหมือนลำแสงที่สะท้อน การหักเห การกระเจิง ซึ่งทำให้สามารถสร้างภาพเสียงในสื่อที่ทึบแสงโดยใช้เอฟเฟกต์แสงล้วนๆ (การโฟกัส การเลี้ยวเบน ฯลฯ)
การสั่นช่วงเล็ก ๆ ซึ่งช่วยให้เปล่งอัลตราซาวนด์ในรูปของพัลส์และดำเนินการเลือกสัญญาณการแพร่กระจายในตัวกลางได้อย่างแม่นยำ
ความเป็นไปได้ที่จะได้รับค่าความเข้มสูงของการแกว่งที่แอมพลิจูดเล็กน้อยเพราะ พลังงานของการแกว่งเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความถี่ ทำให้สามารถสร้างคานและทุ่งอัลตราโซนิกที่มีระดับพลังงานสูงโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์ขนาดใหญ่
กระแสเสียงที่มีนัยสำคัญพัฒนาในสนามอัลตราโซนิก ดังนั้นผลกระทบของอัลตราซาวนด์ที่มีต่อสื่อจะสร้างผลกระทบทางกายภาพ เคมี ชีวภาพ และทางการแพทย์ที่เฉพาะเจาะจง เช่น การเกิดโพรงอากาศ ผลของเส้นเลือดฝอย การกระจายตัว อิมัลซิไฟเออร์ การแยกก๊าซออก การฆ่าเชื้อ การให้ความร้อนในท้องถิ่น และอื่นๆ อีกมากมาย

ประวัติอัลตราซาวนด์

ความสนใจด้านเสียงนั้นเกิดจากความต้องการของกองทัพเรือของมหาอำนาจ - อังกฤษและฝรั่งเศสเพราะ อะคูสติก - สัญญาณชนิดเดียวที่สามารถเดินทางในน้ำได้ไกล ในปี ค.ศ. 1826 Colladon นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสได้กำหนดความเร็วของเสียงในน้ำ การทดลองของ Colladon ถือเป็นการกำเนิดของเสียงอะคูสติกสมัยใหม่ ผลกระทบต่อระฆังใต้น้ำในทะเลสาบเจนีวาเกิดขึ้นพร้อมกับการจุดไฟของดินปืนพร้อมกัน Colladon สังเกตเห็นแฟลชจากดินปืนในระยะ 10 ไมล์ เขายังได้ยินเสียงระฆังผ่านท่อหูใต้น้ำ โดยการวัดช่วงเวลาระหว่างสองเหตุการณ์นี้ Colladon ได้คำนวณความเร็วของเสียง - 1435 m / s ความแตกต่างกับการคำนวณสมัยใหม่เพียง 3 ม./วินาที

ในปี ค.ศ. 1838 ในสหรัฐอเมริกา เสียงถูกใช้ครั้งแรกเพื่อกำหนดโปรไฟล์ของก้นทะเล แหล่งที่มาของเสียง เช่นเดียวกับในการทดลองของ Colladon คือเสียงระฆังใต้น้ำ และเครื่องรับคือหลอดหูขนาดใหญ่ที่ตกลงมา ผลการทดลองน่าผิดหวัง เสียงกริ่งและการระเบิดของตลับผงในน้ำทำให้เกิดเสียงสะท้อนที่อ่อนเกินไป แทบไม่ได้ยินท่ามกลางเสียงอื่นๆ ของทะเล จำเป็นต้องไปที่บริเวณที่มีความถี่สูงซึ่งจะทำให้สามารถสร้างลำเสียงได้โดยตรง

เครื่องกำเนิดอัลตราซาวนด์เครื่องแรกสร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2426 โดยชาวอังกฤษ Galton อัลตราซาวนด์ถูกสร้างขึ้นเหมือนเสียงแหลมสูงที่ขอบมีดเมื่อกระแสอากาศกระทบกับมัน บทบาทของจุดดังกล่าวในการเป่านกหวีดของ Galton เล่นโดยทรงกระบอกที่มีขอบคม อากาศ (หรือก๊าซอื่นๆ) ที่ไหลออกภายใต้แรงดันผ่านหัวฉีดรูปวงแหวนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับที่ขอบของกระบอกสูบวิ่งปะทะและเกิดการสั่นของความถี่สูง การเป่านกหวีดด้วยไฮโดรเจนทำให้สามารถรับการแกว่งได้สูงถึง 170 kHz

ในปี 1880 Pierre และ Jacques Curie ได้ค้นพบเทคโนโลยีอัลตราโซนิกอย่างเด็ดขาด พี่น้องคูรีสังเกตว่าเมื่อใช้แรงดันกับผลึกควอทซ์ จะเกิดประจุไฟฟ้าขึ้นซึ่งเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงที่กระทำกับคริสตัล ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "piezoelectricity" จากคำภาษากรีกที่แปลว่า "กด" นอกจากนี้ พวกเขายังแสดงให้เห็นปรากฏการณ์เพียโซอิเล็กทริกแบบผกผัน ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อศักย์ไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วถูกนำไปใช้กับคริสตัล ทำให้เกิดการสั่นสะเทือน ต่อจากนี้ไป ในทางเทคนิคแล้ว การผลิตเครื่องส่งและเครื่องรับอัลตราซาวนด์ขนาดเล็กก็เป็นไปได้ในทางเทคนิค

การตายของไททานิคจากการชนกับภูเขาน้ำแข็ง ความจำเป็นในการต่อสู้กับอาวุธใหม่ - เรือดำน้ำต้องการการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอัลตราโซนิกไฮโดรอะคูสติก ในปี 1914 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Paul Langevin ร่วมกับนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียที่อาศัยอยู่ในสวิตเซอร์แลนด์ Konstantin Shilovsky ได้พัฒนาโซนาร์ที่ประกอบด้วยตัวปล่อยอัลตราซาวนด์และไฮโดรโฟนซึ่งเป็นเครื่องรับการสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิกตามผลเพียโซอิเล็กทริก โซนาร์ Langevin-Shilovsky เป็นอุปกรณ์อัลตราโซนิกเครื่องแรกที่ใช้ในทางปฏิบัติ ในตอนต้นของศตวรรษ นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย S.Ya.Sokolov ได้พัฒนาพื้นฐานของการตรวจจับข้อบกพร่องด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงในอุตสาหกรรม ในปี 1937 จิตแพทย์ชาวเยอรมัน Karl Dussik ร่วมกับฟรีดริช น้องชายของเขา นักฟิสิกส์ ใช้อัลตราซาวนด์เพื่อตรวจหาเนื้องอกในสมองเป็นครั้งแรก แต่ผลลัพธ์ที่ได้กลับไม่น่าเชื่อถือ ในการวินิจฉัยทางการแพทย์ อัลตราซาวนด์เริ่มใช้เฉพาะในปี 1950 ในสหรัฐอเมริกาเท่านั้น

การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์

การใช้งานอัลตราซาวนด์ที่หลากหลายสามารถแบ่งออกเป็นสามส่วน:

รับข้อมูลผ่านอัลตราซาวนด์
ผลกระทบต่อเรื่อง
การประมวลผลและการส่งสัญญาณ

การพึ่งพาความเร็วของการแพร่กระจายและการลดทอนของคลื่นเสียงในคุณสมบัติของสารและกระบวนการที่เกิดขึ้นนั้นใช้เพื่อ:

การควบคุมหลักสูตรของปฏิกิริยาเคมี การเปลี่ยนเฟส โพลีเมอไรเซชัน ฯลฯ
การกำหนดลักษณะความแข็งแรงและองค์ประกอบของวัสดุ
กำหนดการปรากฏตัวของสิ่งสกปรก
กำหนดอัตราการไหลของของเหลวและก๊าซ

ด้วยความช่วยเหลือของอัลตราซาวนด์ คุณสามารถล้าง ขับไล่หนู ใช้ในทางการแพทย์ ตรวจสอบวัสดุต่าง ๆ เพื่อหาข้อบกพร่อง และอื่น ๆ อีกมากมาย

อัลตราซาวนด์

อัลตราซาวนด์- การสั่นแบบยืดหยุ่นที่มีความถี่เกินขีดจำกัดการได้ยินของบุคคล โดยปกติช่วงอัลตราโซนิกจะถือว่าเป็นความถี่ที่สูงกว่า 18,000 เฮิรตซ์

แม้ว่าอัลตราซาวนด์จะเป็นที่รู้จักมาเป็นเวลานาน แต่การใช้งานจริงนั้นค่อนข้างน้อย ทุกวันนี้อัลตราซาวนด์ใช้กันอย่างแพร่หลายในวิธีการทางกายภาพและเทคโนโลยีต่างๆ ดังนั้น ตามความเร็วของการแพร่กระจายเสียงในตัวกลาง ลักษณะทางกายภาพจะถูกตัดสิน การวัดความเร็วที่ความถี่อัลตราโซนิกทำให้สามารถกำหนดได้โดยมีข้อผิดพลาดน้อยมาก ตัวอย่างเช่น คุณลักษณะอะเดียแบติกของกระบวนการที่รวดเร็ว ค่าความจุความร้อนจำเพาะของก๊าซ และค่าคงที่ยืดหยุ่นของของแข็ง

แหล่งที่มาของอัลตราซาวนด์

ความถี่ของการสั่นสะเทือนอัลตราโซนิกที่ใช้ในอุตสาหกรรมและชีววิทยาอยู่ในช่วงของคำสั่งหลายเมกะเฮิรตซ์ การสั่นสะเทือนดังกล่าวมักจะสร้างขึ้นโดยใช้ทรานสดิวเซอร์แบเรียมไททาไนต์ piezoceramic ในกรณีที่พลังของการสั่นสะเทือนอัลตราโซนิกมีความสำคัญหลัก มักใช้แหล่งทางกลของอัลตราซาวนด์ ในขั้นต้น คลื่นอัลตราโซนิกทั้งหมดได้รับทางกลไก (ส้อมเสียง เสียงนกหวีด ไซเรน)

ในธรรมชาติ สหรัฐอเมริกาพบได้ทั้งจากเสียงธรรมชาติหลายอย่าง (ในเสียงลม น้ำตก ฝน ในเสียงก้อนกรวดที่กลิ้งไปมาตามคลื่นทะเล ในเสียงที่มาพร้อมกับฟ้าแลบ ฯลฯ) และท่ามกลางเสียงต่างๆ ของสัตว์โลก สัตว์บางชนิดใช้คลื่นอัลตราโซนิกเพื่อตรวจจับสิ่งกีดขวาง การวางแนวในอวกาศ

ตัวปล่อยอัลตราซาวนด์สามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่มใหญ่ อย่างแรกรวมถึงตัวปล่อย-เครื่องกำเนิดไฟฟ้า; การสั่นในนั้นรู้สึกตื่นเต้นเนื่องจากการมีสิ่งกีดขวางในเส้นทางของการไหลคงที่ - ไอพ่นของก๊าซหรือของเหลว อิมิตเตอร์กลุ่มที่สอง - ทรานสดิวเซอร์ไฟฟ้า - อะคูสติก พวกเขาแปลงความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสที่กำหนดไว้แล้วเป็นการสั่นสะเทือนทางกลของวัตถุที่เป็นของแข็งซึ่งแผ่คลื่นเสียงออกสู่สิ่งแวดล้อม

นกหวีด Galton

นกหวีดอัลตราโซนิกตัวแรกถูกสร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2426 โดยชาวอังกฤษ Galton อัลตราซาวนด์ถูกสร้างขึ้นที่นี่เหมือนเสียงแหลมสูงที่ขอบมีดเมื่อมีกระแสอากาศกระทบ บทบาทของปลายดังกล่าวในนกหวีด Galton เล่นโดย "ริมฝีปาก" ในช่องเรโซแนนซ์ทรงกระบอกขนาดเล็ก ก๊าซแรงดันสูงที่ไหลผ่านกระบอกสูบกลวงกระทบ "ริมฝีปาก" นี้ การสั่นเกิดขึ้นซึ่งความถี่ (ประมาณ 170 kHz) ถูกกำหนดโดยขนาดของหัวฉีดและริมฝีปาก พลังของนกหวีด Galton อยู่ในระดับต่ำ ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อให้คำสั่งเมื่อฝึกสุนัขและแมว

นกหวีดอัลตราโซนิกเหลว

นกหวีดอัลตราโซนิกส่วนใหญ่สามารถปรับให้ทำงานในตัวกลางที่เป็นของเหลวได้ เมื่อเทียบกับแหล่งไฟฟ้าของอัลตราซาวนด์ นกหวีดอัลตราโซนิกเหลวมีพลังงานต่ำ แต่บางครั้ง ตัวอย่างเช่น สำหรับการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยอัลตราโซนิก พวกมันมีข้อได้เปรียบที่สำคัญ เนื่องจากคลื่นอัลตราโซนิกเกิดขึ้นโดยตรงในตัวกลางที่เป็นของเหลว จึงไม่เกิดการสูญเสียพลังงานของคลื่นอัลตราโซนิกระหว่างการเปลี่ยนจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลาง บางทีที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดคือการออกแบบของนกหวีดอัลตราโซนิกของเหลวที่ทำโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ Kottel และ Goodman ในต้นปี 1950 ในนั้นกระแสของไหลแรงดันสูงจะออกจากหัวฉีดรูปวงรีและพุ่งไปที่แผ่นเหล็ก การดัดแปลงต่างๆ ของการออกแบบนี้แพร่หลายไปมากเพื่อให้ได้สื่อที่เป็นเนื้อเดียวกัน เนื่องจากความเรียบง่ายและความมั่นคงของการออกแบบ (ทำลายเฉพาะแผ่นสั่น) ระบบดังกล่าวจึงมีความทนทานและราคาไม่แพง

ไซเรน

แหล่งอัลตราซาวนด์ทางกลอีกชนิดหนึ่งคือไซเรน มีกำลังค่อนข้างสูงและใช้ในรถตำรวจและรถดับเพลิง ไซเรนแบบหมุนทั้งหมดประกอบด้วยห้องที่ปิดจากด้านบนโดยดิสก์ (สเตเตอร์) ซึ่งมีรูจำนวนมาก มีจำนวนรูเท่ากันบนดิสก์ที่หมุนอยู่ภายในห้อง - โรเตอร์ เมื่อโรเตอร์หมุน ตำแหน่งของรูในนั้นจะตรงกับตำแหน่งของรูบนสเตเตอร์เป็นระยะ อากาศอัดจะถูกส่งไปยังห้องเพาะเลี้ยงอย่างต่อเนื่อง ซึ่งจะหลุดออกจากห้องในช่วงเวลาสั้นๆ เมื่อรูบนโรเตอร์และสเตเตอร์ตรงกัน

งานหลักในการผลิตไซเรนคือประการแรกเพื่อสร้างรูให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในโรเตอร์และประการที่สองเพื่อให้เกิดการหมุนด้วยความเร็วสูง อย่างไรก็ตาม การปฏิบัติตามข้อกำหนดทั้งสองนี้ในทางปฏิบัติเป็นเรื่องยากมาก

อัลตร้าซาวด์ในธรรมชาติ

การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์

การใช้อัลตราซาวนด์ในการวินิจฉัยทางการแพทย์ (อัลตราซาวนด์)

เนื่องจากการแพร่กระจายที่ดีของอัลตราซาวนด์ในเนื้อเยื่ออ่อนของมนุษย์ ความไม่เป็นอันตรายเมื่อเทียบกับรังสีเอกซ์ และความสะดวกในการใช้งานเมื่อเทียบกับการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก ทำให้อัลตราซาวนด์ใช้กันอย่างแพร่หลายในการมองเห็นสภาพของอวัยวะภายในของมนุษย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่องท้องและ อุ้งเชิงกราน

การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์ในการรักษาทางการแพทย์

นอกจากจะใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อการวินิจฉัย (ดูอัลตราซาวนด์) อัลตราซาวนด์ยังใช้ในทางการแพทย์ในฐานะตัวแทนการรักษา

อัลตราซาวนด์มีผลดังนี้:

ต้านการอักเสบ ดูดซับ
ยาแก้ปวด แก้กระสับกระส่าย
การเพิ่มประสิทธิภาพของคาวิเทชั่นของการซึมผ่านของผิวหนัง

โฟโนโฟรีซิสเป็นวิธีการรวมกันซึ่งเนื้อเยื่อได้รับผลกระทบจากอัลตราซาวนด์และสารยาที่นำมาใช้ (ทั้งยาและแหล่งกำเนิดตามธรรมชาติ) การนำสารภายใต้การกระทำของอัลตราซาวนด์เกิดจากการเพิ่มการซึมผ่านของผิวหนังชั้นนอกและต่อมผิวหนัง เยื่อหุ้มเซลล์ และผนังหลอดเลือดสำหรับสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลน้อย โดยเฉพาะไอออนแร่บิสโคไฟต์ ความสะดวกของ ultraphonophoresis ของยาและสารธรรมชาติ:

ตัวยาไม่ถูกทำลายด้วยอัลตราซาวนด์
การทำงานร่วมกันของการกระทำของอัลตราซาวนด์และสารบำบัด

ข้อบ่งชี้สำหรับ bischofite ultraphonophoresis: โรคข้อเข่าเสื่อม, osteochondrosis, โรคไขข้อ, bursitis, epicondylitis, ส้นเดือย, เงื่อนไขหลังการบาดเจ็บของระบบกล้ามเนื้อและกระดูก; โรคประสาทอักเสบ, โรคระบบประสาท, โรคประสาทอักเสบ, โรคประสาท, การบาดเจ็บของเส้นประสาท

ใช้ Bischofite-gel และพื้นผิวการทำงานของตัวปล่อยจะใช้สำหรับการนวดแบบไมโครในบริเวณที่ได้รับผลกระทบ เทคนิคนี้ใช้ไม่ได้ผล ซึ่งพบได้บ่อยในอัลตราโฟโนโฟรีซิส (ร่วมกับ UVF ของข้อต่อ กระดูกสันหลัง ความเข้มในบริเวณปากมดลูกคือ 0.2-0.4 W/cm2 ในบริเวณทรวงอกและเอว - 0.4-0.6 W/cm2)

ตัดโลหะด้วยอัลตราซาวนด์

สำหรับเครื่องตัดโลหะทั่วไป เป็นไปไม่ได้ที่จะเจาะรูแคบที่มีรูปร่างซับซ้อนในชิ้นส่วนโลหะ เช่น ในรูปของดาวห้าแฉก ด้วยความช่วยเหลือของอัลตราซาวนด์ สิ่งนี้เป็นไปได้ เครื่องสั่นแบบแม่เหล็กสามารถเจาะรูได้ทุกรูปทรง สิ่วอัลตราโซนิกมาแทนที่เครื่องกัดอย่างสมบูรณ์ ในเวลาเดียวกัน สิ่วดังกล่าวง่ายกว่าเครื่องกัดมาก และราคาถูกกว่าและเร็วกว่าในการประมวลผลชิ้นส่วนโลหะด้วยเครื่องกัด

อัลตราซาวนด์สามารถทำการตัดเป็นเกลียวในชิ้นส่วนโลหะ ในแก้ว ในทับทิม หรือเพชรได้ โดยปกติ ด้ายจะทำในโลหะอ่อนก่อน จากนั้นจึงชุบแข็ง บนเครื่องอัลตราโซนิก สามารถทำเกลียวในโลหะชุบแข็งแล้วและในโลหะผสมที่แข็งที่สุดได้ เช่นเดียวกันกับแสตมป์ โดยทั่วไปแล้ว แสตมป์จะถูกปรับอุณหภูมิหลังจากเสร็จสิ้นอย่างระมัดระวัง ในเครื่องอัลตราโซนิก การประมวลผลที่ซับซ้อนที่สุดจะดำเนินการโดยใช้สารกัดกร่อน (กากกะรุน, ผงคอรันดัม) ในพื้นที่ของคลื่นอัลตราโซนิก การสั่นอย่างต่อเนื่องในสนามอัลตราซาวนด์ อนุภาคผงแข็งที่ตัดเข้าไปในโลหะผสมที่กำลังถูกแปรรูปและตัดเป็นรูที่มีรูปร่างเหมือนกับของสิ่ว

การเตรียมสารผสมโดยใช้อัลตราซาวนด์

อัลตราซาวนด์ใช้กันอย่างแพร่หลายในการเตรียมสารผสมที่เป็นเนื้อเดียวกัน (การทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน) ย้อนกลับไปในปี 1927 นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Limus and Wood ค้นพบว่าหากของเหลวที่เข้ากันไม่ได้สองตัว (เช่น น้ำมันและน้ำ) ถูกเทลงในบีกเกอร์ใบเดียวและผ่านการฉายรังสีอัลตราโซนิก อิมัลชันจะก่อตัวขึ้นในบีกเกอร์ นั่นคือ สารแขวนลอยที่ดีของ น้ำมันในน้ำ อิมัลชันดังกล่าวมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรม ได้แก่ วาร์นิช สี ผลิตภัณฑ์ยา และเครื่องสำอาง

การใช้อัลตราซาวนด์ในทางชีววิทยา

ความสามารถของอัลตราซาวนด์ในการทำลายเยื่อหุ้มเซลล์พบการประยุกต์ใช้ในการวิจัยทางชีววิทยา ตัวอย่างเช่น หากจำเป็น การแยกเซลล์ออกจากเอนไซม์ อัลตราซาวนด์ยังใช้เพื่อทำลายโครงสร้างภายในเซลล์ เช่น ไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ เพื่อศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและหน้าที่ของพวกมัน การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์ทางชีววิทยาอีกอย่างหนึ่งเกี่ยวข้องกับความสามารถในการกระตุ้นการกลายพันธุ์ การศึกษาที่ดำเนินการที่อ็อกซ์ฟอร์ดแสดงให้เห็นว่าแม้แต่อัลตราซาวนด์ที่มีความเข้มต่ำก็สามารถทำลายโมเลกุลดีเอ็นเอได้ การสร้างการกลายพันธุ์โดยตั้งใจจริงมีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงพันธุ์พืช ข้อได้เปรียบหลักของอัลตราซาวนด์เหนือการกลายพันธุ์อื่นๆ (รังสีเอกซ์, รังสีอัลตราไวโอเลต) คือใช้งานได้ง่ายมาก

การใช้อัลตราซาวนด์ในการทำความสะอาด

การใช้อัลตราซาวนด์ในการทำความสะอาดทางกลขึ้นอยู่กับการเกิดผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้นต่างๆ ในของเหลวภายใต้อิทธิพลของมัน ได้แก่ คาวิเทชั่น กระแสอะคูสติก แรงดันเสียง บทบาทหลักเล่นโดยคาวิเทชั่น ฟองอากาศที่เกิดขึ้นและยุบตัวใกล้กับมลภาวะทำลายพวกมัน เอฟเฟกต์นี้เรียกว่า การกัดกร่อนของโพรงอากาศ. อัลตราซาวนด์ที่ใช้สำหรับวัตถุประสงค์เหล่านี้มีความถี่ต่ำและกำลังเพิ่มขึ้น

ในห้องปฏิบัติการและสภาพการผลิต อ่างอัลตราโซนิกที่เติมตัวทำละลาย (น้ำ แอลกอฮอล์ ฯลฯ) ใช้เพื่อล้างชิ้นส่วนและเครื่องใช้ขนาดเล็ก บางครั้งด้วยความช่วยเหลือ แม้แต่พืชหัว (มันฝรั่ง แครอท หัวบีต ฯลฯ) ก็ถูกชะล้างจากอนุภาคดิน

การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์ในการวัดการไหล

นับตั้งแต่ทศวรรษที่ 60 ของศตวรรษที่ผ่านมา มีการใช้เครื่องวัดอัตราการไหลล้ำเสียงในอุตสาหกรรมเพื่อควบคุมการไหลและคำนวณน้ำและน้ำหล่อเย็น

การใช้อัลตราซาวนด์ในการตรวจหาจุดบกพร่อง

อัลตราซาวนด์แพร่กระจายได้ดีในวัสดุบางชนิด ซึ่งทำให้สามารถใช้อัลตราซาวนด์ในการตรวจจับข้อบกพร่องของอัลตราโซนิกของผลิตภัณฑ์ที่ทำจากวัสดุเหล่านี้ได้ เมื่อเร็ว ๆ นี้ได้มีการพัฒนาทิศทางของกล้องจุลทรรศน์อัลตราโซนิกซึ่งทำให้สามารถศึกษาชั้นใต้ผิวของวัสดุที่มีความละเอียดดีได้

การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิก

การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิก - การเชื่อมด้วยแรงดันภายใต้อิทธิพลของการสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิก การเชื่อมประเภทนี้ใช้สำหรับเชื่อมชิ้นส่วนที่ยากต่อความร้อน หรือเมื่อเชื่อมโลหะหรือโลหะที่ไม่เหมือนกันด้วยฟิล์มออกไซด์ที่แข็งแรง (อะลูมิเนียม สแตนเลส แกนแม่เหล็กเพอร์มัลลอย ฯลฯ) ดังนั้นการเชื่อมด้วยอัลตราโซนิกจึงถูกนำมาใช้ในการผลิตวงจรรวม

การใช้อัลตราซาวนด์ในการชุบด้วยไฟฟ้า

อัลตราซาวนด์ใช้เพื่อเร่งกระบวนการไฟฟ้าและปรับปรุงคุณภาพของสารเคลือบที่ผลิตโดยวิธีไฟฟ้าเคมี

อัลตราซาวนด์- การสั่นสะเทือนของเสียงที่ยืดหยุ่นของความถี่สูง หูของมนุษย์รับรู้คลื่นยืดหยุ่นที่แพร่กระจายในตัวกลางด้วยความถี่สูงถึงประมาณ 16-20 kHz; การสั่นสะเทือนที่มีความถี่สูงแสดงถึงอัลตราซาวนด์ (เกินกว่าการได้ยิน) โดยปกติช่วงอัลตราโซนิกจะถือเป็นย่านความถี่ตั้งแต่ 20,000 ถึงหนึ่งพันล้านเฮิรตซ์ การสั่นสะเทือนของเสียงที่มีความถี่สูงกว่าเรียกว่าไฮเปอร์ซาวด์ ในของเหลวและของแข็ง การสั่นของเสียงอาจสูงถึง 1,000 GHz

แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะรู้จักอัลตราซาวนด์อยู่เป็นเวลานาน แต่การใช้งานจริงในด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และอุตสาหกรรมได้เริ่มขึ้นเมื่อไม่นานนี้เอง ปัจจุบันอัลตราซาวนด์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ ของฟิสิกส์ เทคโนโลยี เคมี และการแพทย์

แหล่งที่มาของอัลตราซาวนด์

ความถี่ของคลื่นอัลตราโซนิกไมโครเวฟที่ใช้ในอุตสาหกรรมและชีววิทยาอยู่ในช่วงของคำสั่งหลายเมกะเฮิรตซ์ การโฟกัสลำแสงดังกล่าวมักใช้เลนส์โซนิคและกระจกเงาแบบพิเศษ สามารถรับลำแสงอัลตราโซนิกพร้อมพารามิเตอร์ที่จำเป็นได้โดยใช้ทรานสดิวเซอร์ที่เหมาะสม ทรานสดิวเซอร์เซรามิกส่วนใหญ่ทำจากแบเรียมไททาไนท์ ในกรณีที่กำลังของลำแสงอัลตราโซนิกมีความสำคัญหลัก มักใช้แหล่งทางกลของอัลตราซาวนด์ ในขั้นต้น คลื่นอัลตราโซนิกทั้งหมดได้รับทางกลไก (ส้อมเสียง เสียงนกหวีด ไซเรน)

ในธรรมชาติ สหรัฐอเมริกาพบได้ทั้งจากเสียงธรรมชาติหลายอย่าง (ในเสียงลม น้ำตก ฝน ในเสียงก้อนกรวดที่กลิ้งไปมาตามคลื่นทะเล ในเสียงที่มาพร้อมกับฟ้าแลบ ฯลฯ) และท่ามกลาง เสียงของสัตว์โลก สัตว์บางชนิดใช้คลื่นอัลตราโซนิกเพื่อตรวจจับสิ่งกีดขวาง การวางแนวในอวกาศ

ตัวปล่อยอัลตราซาวนด์สามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่มใหญ่ อย่างแรกรวมถึงตัวปล่อย-เครื่องกำเนิดไฟฟ้า; การสั่นในนั้นรู้สึกตื่นเต้นเนื่องจากการมีสิ่งกีดขวางในเส้นทางของการไหลคงที่ - ไอพ่นของก๊าซหรือของเหลว อิมิตเตอร์กลุ่มที่สอง - ทรานสดิวเซอร์ไฟฟ้า - อะคูสติก พวกเขาแปลงการสั่นของแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสที่กำหนดไว้แล้วเป็นการสั่นทางกลของวัตถุที่เป็นของแข็งซึ่งปล่อยคลื่นเสียงสู่สิ่งแวดล้อม ตัวอย่างของ emitters: นกหวีด Galton ของเหลวและนกหวีดอัลตราโซนิกไซเรน

การขยายพันธุ์ของอัลตราซาวนด์

การขยายพันธุ์ของอัลตราซาวนด์เป็นกระบวนการของการเคลื่อนไหวในอวกาศและเวลาที่เกิดการรบกวนที่เกิดขึ้นในคลื่นเสียง

คลื่นเสียงแพร่กระจายในสารที่อยู่ในสถานะก๊าซ ของเหลว หรือของแข็งในทิศทางเดียวกับที่อนุภาคของสารนี้ถูกแทนที่ กล่าวคือ ทำให้เกิดการเสียรูปของตัวกลาง การเสียรูปประกอบด้วยความจริงที่ว่ามีการหายากและการบีบอัดของปริมาตรบางอย่างของตัวกลางอย่างต่อเนื่องและระยะห่างระหว่างพื้นที่ที่อยู่ติดกันสองแห่งนั้นสอดคล้องกับความยาวของคลื่นอัลตราโซนิก ยิ่งความต้านทานเสียงจำเพาะของตัวกลางมีมากเท่าใด ระดับของการบีบอัดและการเกิดหายากของตัวกลางที่แอมพลิจูดการสั่นที่กำหนดก็จะยิ่งมากขึ้น

อนุภาคของตัวกลางที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนพลังงานคลื่นสั่นรอบตำแหน่งสมดุล ความเร็วที่อนุภาคสั่นเกี่ยวกับตำแหน่งสมดุลเฉลี่ยเรียกว่า oscillatory

ความเร็ว.

การเลี้ยวเบนการรบกวน

ในระหว่างการแพร่กระจายของคลื่นอัลตราโซนิก ปรากฏการณ์ของการเลี้ยวเบน การรบกวน และการสะท้อนกลับเป็นไปได้

การเลี้ยวเบน (คลื่นที่โค้งงอรอบสิ่งกีดขวาง) เกิดขึ้นเมื่อความยาวคลื่นอัลตราโซนิกเทียบได้ (หรือมากกว่า) กับขนาดของสิ่งกีดขวางที่ขวางทาง หากสิ่งกีดขวางมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับความยาวคลื่นเสียง แสดงว่าไม่มีปรากฏการณ์เลี้ยวเบน

ด้วยการเคลื่อนที่พร้อมกันของคลื่นอัลตราโซนิกหลายคลื่นในเนื้อเยื่อ ณ จุดใดจุดหนึ่งในตัวกลาง อาจเกิดการทับซ้อนของคลื่นเหล่านี้ได้ การซ้อนทับกันของคลื่นนี้เรียกรวมกันว่าการรบกวน หากคลื่นอัลตราโซนิกตัดกันในกระบวนการผ่านวัตถุชีวภาพ เมื่อถึงจุดหนึ่งของตัวกลางทางชีววิทยา จะสังเกตเห็นการสั่นที่เพิ่มขึ้นหรือลดลง ผลของการรบกวนจะขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์เชิงพื้นที่ของเฟสของการสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิก ณ จุดที่กำหนดในตัวกลาง หากคลื่นอัลตราโซนิกไปถึงพื้นที่บางส่วนของตัวกลางในเฟสเดียวกัน (ในเฟส) การกระจัดของอนุภาคจะมีสัญญาณและการรบกวนเหมือนกันภายใต้สภาวะดังกล่าวจะเพิ่มแอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิก หากคลื่นอุลตร้าโซนิคมาถึงตำแหน่งเฉพาะในแอนติเฟสการกระจัดของอนุภาคจะมาพร้อมกับสัญญาณต่าง ๆ ซึ่งจะทำให้แอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนอัลตราโซนิกลดลง

การรบกวนมีบทบาทสำคัญในการประเมินปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในเนื้อเยื่อรอบ ๆ ตัวปล่อยอัลตราโซนิก สิ่งที่สำคัญเป็นพิเศษคือการรบกวนระหว่างการแพร่กระจายของคลื่นอัลตราโซนิกในทิศทางตรงกันข้ามหลังจากการสะท้อนจากสิ่งกีดขวาง

การดูดซับคลื่นอัลตราโซนิก

หากสื่อที่อัลตราซาวนด์แพร่กระจายมีความหนืดและการนำความร้อนหรือมีกระบวนการอื่น ๆ ของแรงเสียดทานภายในจากนั้นเมื่อคลื่นแพร่กระจายเสียงจะถูกดูดซับนั่นคือในขณะที่มันเคลื่อนออกจากแหล่งกำเนิดแอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนอัลตราโซนิก มีขนาดเล็กลงพร้อมทั้งพลังงานที่บรรทุก สื่อที่อัลตราซาวนด์แพร่กระจายมีปฏิสัมพันธ์กับพลังงานที่ไหลผ่านและดูดซับบางส่วน ส่วนที่เด่นกว่าของพลังงานที่ถูกดูดซับจะถูกแปลงเป็นความร้อน ส่วนที่มีขนาดเล็กกว่าทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางโครงสร้างที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในสารที่ส่งผ่าน การดูดซึมเป็นผลมาจากการเสียดสีของอนุภาคต่อกันในสื่อต่าง ๆ จะแตกต่างกัน การดูดซับยังขึ้นอยู่กับความถี่ของการสั่นสะเทือนด้วยอัลตราโซนิก ตามทฤษฎีแล้ว การดูดกลืนจะเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความถี่

ค่าการดูดกลืนแสงสามารถระบุได้ด้วยค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืน ซึ่งแสดงให้เห็นว่าความเข้มของอัลตราซาวนด์เปลี่ยนแปลงอย่างไรในตัวกลางที่ฉายรังสี มันเพิ่มขึ้นตามความถี่ ความเข้มของการสั่นสะเทือนอัลตราโซนิกในตัวกลางลดลงแบบทวีคูณ กระบวนการนี้เกิดจากแรงเสียดทานภายใน การนำความร้อนของตัวกลางดูดซับ และโครงสร้าง โดยสรุปจะมีลักษณะเฉพาะโดยขนาดของชั้นกึ่งดูดซับ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าความเข้มของการสั่นลดลงครึ่งหนึ่งในระดับใด (แม่นยำกว่า 2.718 เท่าหรือ 63%) จากข้อมูลของ Palman ที่ความถี่ 0.8 MHz ค่าเฉลี่ยของชั้นกึ่งดูดซับสำหรับเนื้อเยื่อบางชนิดมีดังนี้: เนื้อเยื่อไขมัน - 6.8 ซม. กล้าม - 3.6 ซม. เนื้อเยื่อไขมันและกล้ามเนื้อรวมกัน - 4.9 ซม. ด้วยความถี่ของอัลตราซาวนด์ที่เพิ่มขึ้นค่าของชั้นกึ่งดูดซับจะลดลง ดังนั้นที่ความถี่ 2.4 MHz ความเข้มของอัลตราซาวนด์ที่ผ่านผ่านไขมันและเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อจะลดลงครึ่งหนึ่งที่ความลึก 1.5 ซม.

นอกจากนี้ยังสามารถดูดซับพลังงานของการสั่นสะเทือนอัลตราโซนิกผิดปกติในช่วงความถี่บางอย่างได้ซึ่งขึ้นอยู่กับลักษณะของโครงสร้างโมเลกุลของเนื้อเยื่อที่กำหนด เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่า 2/3 ของพลังงานอัลตราซาวนด์สลายตัวที่ระดับโมเลกุลและ 1/3 ที่ระดับโครงสร้างเนื้อเยื่อด้วยกล้องจุลทรรศน์

เจาะลึกคลื่นอัลตราโซนิก

ภายใต้ความลึกของการเจาะอัลตราซาวนด์ให้เข้าใจความลึกที่ความเข้มลดลงครึ่งหนึ่ง ค่านี้เป็นสัดส่วนผกผันกับการดูดกลืน: ยิ่งสื่อดูดซับอัลตราซาวนด์ได้ดีเท่าใด ระยะห่างที่ความเข้มของอัลตราซาวนด์จะลดลงครึ่งหนึ่งน้อยลง

การกระเจิงของคลื่นอัลตราโซนิก

หากสื่อมีความไม่เท่ากัน ก็จะเกิดการกระเจิงของเสียง ซึ่งจะเปลี่ยนรูปแบบการแพร่กระจายอย่างง่ายของอัลตราซาวนด์ได้อย่างมีนัยสำคัญ และในที่สุด ยังทำให้คลื่นลดทอนไปในทิศทางเดิมของการแพร่กระจาย

การหักเหของคลื่นอัลตราโซนิก

เนื่องจากความต้านทานเสียงของเนื้อเยื่ออ่อนของมนุษย์ไม่แตกต่างจากความต้านทานของน้ำมากนัก จึงสรุปได้ว่าการหักเหของคลื่นอัลตราโซนิกจะสังเกตได้ที่ส่วนต่อประสานระหว่างสื่อ (หนังกำพร้า - หนังแท้ - พังผืด - กล้ามเนื้อ)

การสะท้อนของคลื่นอัลตราโซนิก

การวินิจฉัยอัลตราซาวนด์ขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์การสะท้อนกลับ การสะท้อนเกิดขึ้นที่บริเวณขอบของผิวหนังและไขมัน ไขมันและกล้ามเนื้อ กล้ามเนื้อและกระดูก หากอัลตราซาวนด์พบสิ่งกีดขวางระหว่างการขยายพันธุ์ การสะท้อนจะเกิดขึ้น หากสิ่งกีดขวางมีขนาดเล็ก อัลตราซาวนด์จะไหลไปรอบๆ อย่างที่เคยเป็นมา ความหลากหลายของร่างกายไม่ก่อให้เกิดการเบี่ยงเบนอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากเมื่อเทียบกับความยาวคลื่น (2 มม.) สามารถละเลยขนาด (0.1-0.2 มม.) ได้ หากอัลตราซาวนด์พบอวัยวะที่มีขนาดใหญ่กว่าความยาวคลื่นจะเกิดการหักเหของแสงและการสะท้อนของอัลตราซาวนด์ การสะท้อนที่แรงที่สุดจะสังเกตได้ที่ขอบเขตของกระดูก - เนื้อเยื่อและเนื้อเยื่อรอบ ๆ - อากาศ อากาศมีความหนาแน่นต่ำและสังเกตการสะท้อนของอัลตราซาวนด์เกือบสมบูรณ์ การสะท้อนของคลื่นอัลตราโซนิกอยู่ที่ขอบของกล้ามเนื้อ - เชิงกราน - กระดูกบนพื้นผิวของอวัยวะกลวง

เดินทางและยืนคลื่นอัลตราโซนิก

หากในระหว่างการแพร่กระจายของคลื่นอัลตราโซนิกในตัวกลางจะไม่สะท้อนคลื่นจะก่อตัวขึ้น อันเป็นผลมาจากการสูญเสียพลังงาน การเคลื่อนที่แบบสั่นของอนุภาคของตัวกลางจะค่อยๆ สลายตัว และยิ่งอนุภาคอยู่ห่างจากพื้นผิวที่แผ่รังสีมากเท่าใด แอมพลิจูดของการสั่นของพวกมันก็จะยิ่งเล็กลงเท่านั้น อย่างไรก็ตาม หากมีเนื้อเยื่อที่มีความต้านทานเสียงจำเพาะแตกต่างกันในเส้นทางการแพร่กระจายของคลื่นอัลตราโซนิก ดังนั้นคลื่นอัลตราโซนิกจะสะท้อนจากส่วนขอบเขตไปยังระดับหนึ่งหรืออีกระดับหนึ่ง การทับซ้อนของเหตุการณ์และคลื่นอัลตราโซนิกที่สะท้อนกลับสามารถนำไปสู่คลื่นนิ่งได้ สำหรับคลื่นนิ่งที่จะเกิดขึ้น ระยะห่างจากพื้นผิวตัวปล่อยไปยังพื้นผิวสะท้อนแสงจะต้องเป็นสองเท่าของความยาวคลื่นครึ่งหนึ่ง

อัลตราซาวนด์

แหล่งที่มาของอัลตราซาวนด์

นกหวีด Galton

นกหวีดอัลตราโซนิกเหลว

ไซเรน

อัลตร้าซาวด์ในธรรมชาติ

การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์

การใช้อัลตราซาวนด์ในการวินิจฉัยทางการแพทย์ (อัลตราซาวนด์)

การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์ในการรักษาทางการแพทย์

อัลตราซาวนด์มีผลดังนี้:

ต้านการอักเสบ ดูดซับ
ยาแก้ปวด แก้กระสับกระส่าย
การเพิ่มประสิทธิภาพของคาวิเทชั่นของการซึมผ่านของผิวหนัง

ตัวยาไม่ถูกทำลายด้วยอัลตราซาวนด์
การทำงานร่วมกันของการกระทำของอัลตราซาวนด์และสารบำบัด

ข้อบ่งชี้สำหรับ ultraphonophoresis ของ bischofite: โรคข้อเข่าเสื่อม, osteochondrosis, โรคไขข้อ, bursitis, epicondylitis, ส้นเดือย, สภาพหลังการบาดเจ็บของระบบกล้ามเนื้อและกระดูก; โรคประสาทอักเสบ, โรคระบบประสาท, โรคประสาทอักเสบ, โรคประสาท, การบาดเจ็บของเส้นประสาท

ตัดโลหะด้วยอัลตราซาวนด์

การเตรียมสารผสมโดยใช้อัลตราซาวนด์

การใช้อัลตราซาวนด์ในทางชีววิทยา

การใช้อัลตราซาวนด์ในการทำความสะอาด

การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์ในการวัดการไหล

การใช้อัลตราซาวนด์ในการตรวจหาจุดบกพร่อง

การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิก

การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิก - การเชื่อมด้วยแรงดันภายใต้อิทธิพลของการสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิก การเชื่อมประเภทนี้ใช้สำหรับเชื่อมชิ้นส่วนที่ยากต่อความร้อน หรือเมื่อเชื่อมโลหะหรือโลหะที่ไม่เหมือนกันด้วยฟิล์มออกไซด์ที่แข็งแรง (อะลูมิเนียม สแตนเลส แกนแม่เหล็กเพอร์มัลลอย ฯลฯ) ใช้ในการผลิตวงจรรวม

สารานุกรมคุ้มครองแรงงานรัสเซีย

คลื่นยืดหยุ่นที่มีความถี่ประมาณ (1.5 2) 104 Hz (15 20 kHz) ถึง 109 Hz (1 GHz); ช่วงความถี่ U. จาก 109 ถึง 1012 1013 Hz เรียกว่า ไฮเปอร์โซนิก ช่วงความถี่ U. แบ่งออกเป็นสามช่วงอย่างสะดวก: U. ความถี่ต่ำ (1.5 104 105 Hz), U. ... ... สารานุกรมทางกายภาพ

ULTRASOUND คลื่นยืดหยุ่นที่หูของมนุษย์ไม่ได้ยิน ซึ่งมีความถี่เกิน 20 kHz อัลตราซาวนด์อยู่ในเสียงของลมและทะเล ปล่อยและรับรู้โดยสัตว์หลายชนิด (ค้างคาว ปลาโลมา ปลา แมลง ฯลฯ) อยู่ในเสียง ... ... สารานุกรมสมัยใหม่

คลื่นยืดหยุ่นที่หูของมนุษย์ไม่ได้ยินและมีความถี่เกิน 20 kHz อัลตราซาวนด์อยู่ในเสียงของลมและทะเล ซึ่งปล่อยออกมาและรับรู้ได้จากสัตว์หลายชนิด (ค้างคาว ปลา แมลง ฯลฯ) ซึ่งปรากฏอยู่ในเสียงของรถยนต์ ใช้ใน…… พจนานุกรมสารานุกรมขนาดใหญ่

คลื่นยืดหยุ่นที่มีความถี่การสั่นตั้งแต่ 20 kHz ถึง 1 GHz พื้นที่ที่สำคัญที่สุดของการใช้อัลตราซาวนด์ ได้แก่ โซนาร์ โซนาร์ การนำทาง การนำอาวุธกลับบ้าน การวิจัยใต้ท้องทะเลลึก ฯลฯ EdwART คำอธิบายพจนานุกรมกองทัพเรือ, 2010 ... พจนานุกรมทางทะเล

อัลตราซาวนด์- การสั่นสะเทือนแบบยืดหยุ่นและคลื่นที่มีความถี่เหนือช่วงการได้ยินของมนุษย์ ...

ศตวรรษที่ 21 เป็นศตวรรษของวิทยุอิเล็กทรอนิกส์ อะตอม การสำรวจอวกาศ และอัลตราซาวนด์ วิทยาศาสตร์ของอัลตราซาวนด์ยังเด็กอยู่ในปัจจุบัน ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 P. N. Lebedev นักสรีรวิทยาชาวรัสเซีย ได้ทำการศึกษาครั้งแรกของเขา หลังจากนั้นนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงหลายคนเริ่มศึกษาอัลตราซาวนด์

อัลตราซาวนด์คืออะไร?

อัลตราซาวนด์เป็นการเคลื่อนที่แบบสั่นที่กระจายตัวเป็นคลื่นที่อนุภาคของตัวกลางสร้างขึ้น มีลักษณะเฉพาะซึ่งแตกต่างจากเสียงของช่วงที่ได้ยิน มันค่อนข้างง่ายที่จะได้รับรังสีโดยตรงในช่วงอัลตราโซนิก นอกจากนี้ยังมีการโฟกัสที่ดี และด้วยเหตุนี้ ความเข้มของการแกว่งจึงเพิ่มขึ้น เมื่อแพร่กระจายในของแข็ง ของเหลว และก๊าซ อัลตราซาวนด์จะทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่น่าสนใจซึ่งพบการใช้งานจริงในหลายๆ ด้านของเทคโนโลยีและวิทยาศาสตร์ นี่คือสิ่งที่อัลตราซาวนด์เป็นบทบาทที่มีบทบาทในชีวิตที่หลากหลายในปัจจุบัน

บทบาทของอัลตราซาวนด์ในวิทยาศาสตร์และการปฏิบัติ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อัลตราซาวนด์เริ่มมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ การศึกษาเชิงทดลองและทฤษฎีในด้านการไหลของเสียงและการเกิดโพรงด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงได้ดำเนินการอย่างประสบความสำเร็จ ซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถพัฒนากระบวนการทางเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นเมื่อสัมผัสกับอัลตราซาวนด์ในระยะของเหลว เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการศึกษาปรากฏการณ์ต่างๆ ในสาขาความรู้เช่นฟิสิกส์ ใช้อัลตราซาวนด์เช่นในเซมิคอนดักเตอร์และฟิสิกส์สถานะของแข็ง วันนี้มีการสร้างสาขาเคมีที่แยกจากกันเรียกว่า "เคมีอัลตราโซนิก" แอพพลิเคชั่นนี้ช่วยเร่งกระบวนการทางเคมีและเทคโนโลยีหลายอย่าง อคูสติกระดับโมเลกุลก็ถือกำเนิดขึ้นเช่นกัน ซึ่งเป็นสาขาใหม่ของอะคูสติกที่ศึกษาปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลกับสสาร พื้นที่ใหม่ของการใช้อัลตราซาวนด์ปรากฏขึ้น: โฮโลแกรม อินโทรสโกปี อะคูสติกส์โตอิเล็กทรอนิกส์ การวัดเฟสอัลตราโซนิก อะคูสติกควอนตัม

นอกจากงานทดลองและงานทฤษฎีในพื้นที่นี้แล้ว ทุกวันนี้ยังมีงานเชิงปฏิบัติอีกมากที่ทำเสร็จแล้ว ได้มีการพัฒนาเครื่องอัลตราโซนิกแบบพิเศษและเป็นสากล การติดตั้งที่ทำงานภายใต้แรงดันสถิตที่เพิ่มขึ้น ฯลฯ ได้มีการนำการติดตั้งอัลตราโซนิกอัตโนมัติที่รวมอยู่ในสายการผลิตมาใช้ในการผลิตซึ่งสามารถเพิ่มผลิตภาพแรงงานได้อย่างมาก

ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับอัลตราซาวนด์

มาพูดกันมากขึ้นว่าอัลตราซาวนด์คืออะไร เราได้กล่าวไปแล้วว่าสิ่งเหล่านี้เป็นคลื่นยืดหยุ่นและอัลตราซาวนด์มากกว่า 15-20 kHz คุณสมบัติเชิงอัตนัยของการได้ยินของเรากำหนดขีดจำกัดล่างของความถี่อัลตราโซนิก ซึ่งแยกจากความถี่ของเสียงที่ได้ยิน ขอบเขตนี้จึงเป็นเงื่อนไขและเราแต่ละคนกำหนดว่าอัลตราซาวนด์คืออะไร ขีด จำกัด บนระบุด้วยคลื่นยืดหยุ่นซึ่งมีลักษณะทางกายภาพ พวกมันแพร่กระจายเฉพาะในตัวกลางของวัสดุ กล่าวคือ ความยาวคลื่นต้องมากกว่าเส้นทางว่างเฉลี่ยของโมเลกุลที่มีอยู่ในก๊าซหรือระยะห่างระหว่างอะตอมในของแข็งและของเหลวอย่างมีนัยสำคัญ ที่ความดันปกติในก๊าซ ขีดจำกัดบนของความถี่อัลตราโซนิกคือ 10 9 Hz และในของแข็งและของเหลว - 10 12 -10 13 Hz

แหล่งที่มาของอัลตราซาวนด์

อัลตราซาวนด์พบได้ในธรรมชาติทั้งที่เป็นส่วนประกอบของเสียงธรรมชาติมากมาย (น้ำตก ลม ฝน ก้อนกรวดที่ถูกคลื่นซัด รวมทั้งในเสียงที่มาพร้อมกับพายุฝนฟ้าคะนอง ฯลฯ) และเป็นส่วนหนึ่งของโลกของสัตว์ สัตว์บางชนิดใช้ในการปฐมนิเทศในอวกาศ ตรวจจับสิ่งกีดขวาง เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าปลาโลมาใช้อัลตราซาวนด์ในธรรมชาติ (ส่วนใหญ่ความถี่ตั้งแต่ 80 ถึง 100 kHz) ในกรณีนี้ พลังของสัญญาณบอกตำแหน่งที่ปล่อยออกมาอาจมีขนาดใหญ่มาก เป็นที่ทราบกันว่าโลมาสามารถตรวจจับฝูงปลาได้ไกลถึงหนึ่งกิโลเมตรจากพวกมัน

ตัวปล่อย (แหล่งที่มา) ของอัลตราซาวนด์แบ่งออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ อย่างแรกคือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งการสั่นนั้นตื่นเต้นเนื่องจากมีสิ่งกีดขวางที่ติดตั้งในเส้นทางของการไหลคงที่ - ไอพ่นของของเหลวหรือก๊าซ กลุ่มที่สองซึ่งสามารถรวมแหล่งอัลตราซาวนด์เข้าด้วยกันได้คือตัวแปลงสัญญาณไฟฟ้าซึ่งแปลงความผันผวนของกระแสไฟฟ้าหรือไฟฟ้าให้เป็นการสั่นสะเทือนทางกลที่กระทำโดยร่างกายที่แข็งซึ่งแผ่คลื่นเสียงออกสู่สิ่งแวดล้อม

เครื่องรับอัลตราซาวนด์

สำหรับเครื่องรับขนาดกลางและอัลตราโซนิก ทรานสดิวเซอร์ไฟฟ้า-อะคูสติกมักเป็นประเภทเพียโซอิเล็กทริก พวกเขาสามารถทำซ้ำรูปแบบของสัญญาณเสียงที่ได้รับซึ่งแสดงเป็นเวลาขึ้นอยู่กับความดันเสียง อุปกรณ์อาจเป็นได้ทั้งแบบบรอดแบนด์หรือแบบก้องกังวาน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของแอปพลิเคชันที่ต้องการ ตัวรับความร้อนใช้เพื่อให้ได้คุณลักษณะของสนามเสียงที่ใช้เวลาโดยเฉลี่ย คือเทอร์มิสเตอร์หรือเทอร์โมคัปเปิลที่เคลือบด้วยสารดูดซับเสียง นอกจากนี้ยังสามารถประเมินความดันและความเข้มของเสียงได้ด้วยวิธีการทางแสง เช่น การเลี้ยวเบนของแสงโดยอัลตราซาวนด์

อัลตราซาวนด์ใช้ที่ไหน?

มีแอพพลิเคชั่นมากมายในขณะที่ใช้คุณสมบัติต่าง ๆ ของอัลตราซาวนด์ พื้นที่เหล่านี้สามารถแบ่งคร่าวๆ ได้เป็นสามส่วน ประการแรกเกี่ยวข้องกับการรับข้อมูลต่าง ๆ โดยใช้คลื่นอัลตราโซนิก ทิศทางที่สองคืออิทธิพลที่มีต่อสาร และที่สามเชื่อมต่อกับการส่งและประมวลผลสัญญาณ ใช้เฉพาะสหรัฐอเมริกาในแต่ละกรณี เราจะครอบคลุมเพียงไม่กี่พื้นที่ที่พบการใช้งาน

ทำความสะอาดอัลตราโซนิก

คุณภาพของการทำความสะอาดนั้นไม่สามารถเทียบกับวิธีการอื่นได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อล้างชิ้นส่วน สารปนเปื้อนมากถึง 80% ยังคงอยู่บนพื้นผิวของพวกเขา ประมาณ 55% - ด้วยการทำความสะอาดด้วยการสั่นสะเทือน ประมาณ 20% - ด้วยการทำความสะอาดด้วยตนเองและด้วยการทำความสะอาดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง ไม่เกิน 0.5% ของสารปนเปื้อนยังคงอยู่ รายละเอียดที่มีรูปร่างซับซ้อนสามารถทำความสะอาดได้ดีโดยใช้อัลตราซาวนด์เท่านั้น ข้อได้เปรียบที่สำคัญของการใช้งานคือผลิตภาพสูงและต้นทุนแรงงานทางกายภาพต่ำ นอกจากนี้ยังสามารถเปลี่ยนตัวทำละลายอินทรีย์ที่มีราคาแพงและติดไฟได้ด้วยสารละลายที่มีราคาถูกและปลอดภัย ใช้ฟรีออนเหลว ฯลฯ

ปัญหาร้ายแรงคือมลพิษทางอากาศที่มีเขม่า ควัน ฝุ่น โลหะออกไซด์ ฯลฯ คุณสามารถใช้วิธีอัลตราโซนิกในการทำความสะอาดอากาศและก๊าซในช่องจ่ายก๊าซ โดยไม่คำนึงถึงความชื้นและอุณหภูมิแวดล้อม หากวางเครื่องปล่อยคลื่นอัลตราโซนิกไว้ในห้องเก็บฝุ่น ประสิทธิภาพของเครื่องจะเพิ่มขึ้นหลายร้อยเท่า สาระสำคัญของการทำให้บริสุทธิ์ดังกล่าวคืออะไร? อนุภาคฝุ่นที่เคลื่อนที่แบบสุ่มในอากาศกระทบกันแรงขึ้นและบ่อยขึ้นภายใต้อิทธิพลของการสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิก ในเวลาเดียวกันขนาดของมันก็เพิ่มขึ้นเนื่องจากการรวมกัน การแข็งตัวของเลือดเป็นกระบวนการของการขยายอนุภาค การสะสมที่มีน้ำหนักและขยายใหญ่ขึ้นจะถูกดักจับโดยตัวกรองพิเศษ

การตัดเฉือนวัสดุที่เปราะและแข็งเป็นพิเศษ

หากคุณเข้าไประหว่างชิ้นงานและพื้นผิวการทำงานของเครื่องมือที่ใช้อัลตราซาวนด์ อนุภาคของสารกัดกร่อนระหว่างการทำงานของอีซีแอลจะส่งผลต่อพื้นผิวของส่วนนี้ ในกรณีนี้ วัสดุจะถูกทำลายและนำออก โดยอยู่ภายใต้การประมวลผลภายใต้การกระทำของผลกระทบขนาดเล็กโดยตรงต่างๆ จลนศาสตร์ของการประมวลผลประกอบด้วยการเคลื่อนไหวหลัก - การตัด นั่นคือการสั่นสะเทือนตามยาวที่ทำโดยเครื่องมือและการเคลื่อนไหวเสริม - การเคลื่อนที่ของฟีดที่เครื่องมือดำเนินการ

อัลตราซาวนด์สามารถทำงานได้หลากหลาย สำหรับเมล็ดขัดหยาบ แหล่งพลังงานคือการสั่นสะเทือนตามยาว พวกเขาทำลายวัสดุแปรรูป การเคลื่อนที่ของฟีด (ตัวเสริม) สามารถเป็นแบบวงกลม, ตามขวางและตามยาว การประมวลผลอัลตราโซนิกมีความแม่นยำสูง มีตั้งแต่ 50 ถึง 1 ไมครอน ขึ้นอยู่กับขนาดเกรนของวัสดุกัดกร่อน การใช้เครื่องมือที่มีรูปร่างหลากหลาย คุณสามารถสร้างไม่เพียงแค่รูเท่านั้น แต่ยังสามารถตัดที่ซับซ้อน แกนโค้ง แกะสลัก เจียร ทำเมทริกซ์ และแม้แต่เจาะเพชร วัสดุที่ใช้เป็นสารกัดกร่อน ได้แก่ คอรันดัม เพชร ทรายควอทซ์ หินเหล็กไฟ

อัลตราซาวด์ในวิทยุอิเล็กทรอนิกส์

อัลตร้าซาวด์ในงานวิศวกรรมมักใช้ในด้านวิทยุอิเล็กทรอนิกส์ ในพื้นที่นี้ มักจะจำเป็นต้องชะลอสัญญาณไฟฟ้าที่สัมพันธ์กับสัญญาณไฟฟ้าอื่นๆ นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบวิธีแก้ปัญหาที่ดีโดยแนะนำให้ใช้เส้นหน่วงเวลาด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง (LZ เรียกสั้นๆ ว่า LZ) การกระทำของพวกเขาขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าแรงกระตุ้นไฟฟ้าถูกแปลงเป็นอัลตราโซนิก ความจริงก็คือความเร็วของอัลตราซาวนด์นั้นน้อยกว่าที่พัฒนาอย่างมากแรงกระตุ้นของแรงดันไฟฟ้าหลังจากการแปลงย้อนกลับเป็นการสั่นทางกลทางไฟฟ้าจะล่าช้าที่เอาต์พุตของเส้นที่สัมพันธ์กับแรงกระตุ้นอินพุต

ทรานสดิวเซอร์แบบเพียโซอิเล็กทริกและแมกนีโตสทริคทีฟใช้เพื่อแปลงไฟฟ้าเป็นการสั่นเชิงกลและในทางกลับกัน LZ ตามลำดับแบ่งออกเป็น piezoelectric และ magnetostrictive

อัลตราซาวด์ในการแพทย์

อัลตราซาวนด์ประเภทต่างๆใช้เพื่อส่งผลต่อสิ่งมีชีวิต ในทางการแพทย์ ปัจจุบันนิยมใช้กันมาก ขึ้นอยู่กับผลกระทบที่เกิดขึ้นในเนื้อเยื่อชีวภาพเมื่ออัลตราซาวนด์ผ่านเข้าไป คลื่นทำให้เกิดความผันผวนในอนุภาคของตัวกลางซึ่งสร้างชนิดของเนื้อเยื่อขนาดเล็ก และการดูดซึมของอัลตราซาวนด์ทำให้เกิดความร้อนในท้องถิ่น ในเวลาเดียวกัน การเปลี่ยนแปลงทางเคมีกายภาพบางอย่างเกิดขึ้นในสื่อทางชีววิทยา ปรากฏการณ์เหล่านี้ไม่ก่อให้เกิดความเสียหายที่ไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้ในกรณีที่มีความเข้มของเสียงปานกลาง พวกเขาปรับปรุงการเผาผลาญเท่านั้นและมีส่วนทำให้กิจกรรมที่สำคัญของร่างกายสัมผัสกับพวกเขา ปรากฏการณ์ดังกล่าวใช้ในการบำบัดด้วยอัลตราซาวนด์

อัลตราซาวด์ในการผ่าตัด

การเกิดโพรงอากาศและความร้อนสูงที่ความเข้มข้นสูงนำไปสู่การทำลายเนื้อเยื่อ เอฟเฟกต์นี้ถูกใช้ในการผ่าตัดในปัจจุบัน อัลตราซาวนด์แบบโฟกัสใช้สำหรับการผ่าตัด ซึ่งช่วยให้สามารถทำลายเฉพาะที่ในโครงสร้างที่ลึกที่สุด (เช่น สมอง) โดยไม่ทำลายสิ่งรอบข้าง ในการผ่าตัดยังใช้เครื่องมืออัลตราโซนิกซึ่งปลายการทำงานดูเหมือนไฟล์, มีดผ่าตัด, เข็ม การสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นทำให้เครื่องมือเหล่านี้มีคุณสมบัติใหม่ แรงที่ต้องการลดลงอย่างมากดังนั้นบาดแผลของการผ่าตัดจึงลดลง นอกจากนี้ยังมีผลยาแก้ปวดและการห้ามเลือด การกระแทกด้วยเครื่องทื่อโดยใช้อัลตราซาวนด์ใช้เพื่อทำลายเนื้องอกบางชนิดที่ปรากฏในร่างกาย

ส่งผลกระทบต่อเนื้อเยื่อชีวภาพเพื่อทำลายจุลินทรีย์และใช้ในกระบวนการฆ่าเชื้อยาและเครื่องมือแพทย์

การตรวจอวัยวะภายใน

โดยทั่วไปเรากำลังพูดถึงการศึกษาช่องท้อง เพื่อจุดประสงค์นี้จะใช้เครื่องมือพิเศษ สามารถใช้อัลตราซาวนด์เพื่อค้นหาและจดจำเนื้อเยื่อและความผิดปกติทางกายวิภาคต่างๆ งานนี้มักจะเป็นดังนี้: มีความสงสัยเกี่ยวกับการก่อตัวของมะเร็งและจำเป็นต้องแยกความแตกต่างจากการก่อตัวที่เป็นพิษเป็นภัยหรือติดเชื้อ

อัลตราซาวนด์มีประโยชน์ในการตรวจตับและสำหรับงานอื่น ๆ ซึ่งรวมถึงการตรวจจับสิ่งกีดขวางและโรคของท่อน้ำดีตลอดจนการตรวจถุงน้ำดีเพื่อตรวจหานิ่วและโรคอื่น ๆ ในนั้น นอกจากนี้ อาจใช้การทดสอบโรคตับแข็งและโรคตับที่ไม่เป็นพิษเป็นภัยอื่นๆ

ในด้านนรีเวชวิทยาโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการวิเคราะห์รังไข่และมดลูกการใช้อัลตราซาวนด์เป็นทิศทางหลักที่ประสบความสำเร็จเป็นพิเศษ บ่อยครั้งที่จำเป็นต้องมีการสร้างความแตกต่างของการก่อตัวที่ไม่เป็นพิษเป็นภัยและเป็นอันตราย ซึ่งมักจะต้องการความคมชัดและความละเอียดเชิงพื้นที่ที่ดีที่สุด ข้อสรุปที่คล้ายกันอาจเป็นประโยชน์ในการศึกษาอวัยวะภายในอื่นๆ

การใช้อัลตราซาวนด์ในทางทันตกรรม

อัลตราซาวนด์ยังพบทางทันตกรรมซึ่งใช้เพื่อขจัดคราบหินปูน ช่วยให้คุณขจัดคราบพลัคและหินได้อย่างรวดเร็ว ไร้เลือด และไม่เจ็บปวด ในกรณีนี้ไม่ได้รับบาดเจ็บที่เยื่อบุในช่องปากและ "กระเป๋า" ของโพรงจะถูกฆ่าเชื้อ แทนที่จะเจ็บปวด ผู้ป่วยจะรู้สึกถึงความอบอุ่น

หากร่างกายสั่นในตัวกลางที่ยืดหยุ่นได้เร็วกว่าตัวกลางมีเวลาไหลไปรอบ ๆ มันจะบีบอัดหรือทำให้ตัวกลางเคลื่อนไหวได้ยาก ชั้นของความกดอากาศสูงและต่ำจะกระจายออกจากตัวที่แกว่งไปมาในทุกทิศทางและก่อให้เกิดคลื่นเสียง หากการสั่นสะเทือนของร่างกายที่สร้างคลื่นตามกันไม่น้อยกว่า 16 ครั้งต่อวินาที ไม่เกิน 18,000 ครั้งต่อวินาที แสดงว่าหูของมนุษย์ได้ยิน

ความถี่ 16-18,000 เฮิรตซ์ ซึ่งเครื่องช่วยฟังของมนุษย์สามารถรับรู้ได้ มักเรียกว่าเสียง ตัวอย่างเช่น ยุง 10 กิโลเฮิรตซ์ แต่อากาศ ความลึกของท้องทะเล และส่วนลึกของโลกนั้นเต็มไปด้วยเสียงที่อยู่เบื้องล่างและเหนือช่วงนี้ - อินฟาราและอัลตราซาวนด์ ในธรรมชาติ อัลตราซาวนด์ถูกพบเป็นส่วนประกอบของเสียงธรรมชาติหลายอย่าง: ในเสียงลม น้ำตก ฝน ก้อนกรวดทะเล ม้วนโดยคลื่น ในการปล่อยฟ้าผ่า สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหลายชนิด เช่น แมวและสุนัข มีความสามารถในการรับรู้อัลตราซาวนด์ด้วยความถี่สูงถึง 100 kHz และทุกคนรู้จักความสามารถในการระบุตำแหน่งของค้างคาว แมลงออกหากินเวลากลางคืน และสัตว์ทะเล การมีอยู่ของเสียงที่ไม่ได้ยินถูกค้นพบพร้อมกับการพัฒนาของเสียงในปลายศตวรรษที่ 19 ในเวลาเดียวกันการศึกษาครั้งแรกของอัลตราซาวนด์เริ่มต้นขึ้น แต่รากฐานสำหรับการประยุกต์ใช้ถูกวางไว้ในช่วงที่สามของศตวรรษที่ 20 เท่านั้น

ขีด จำกัด ล่างของช่วงอัลตราโซนิกเรียกว่าการสั่นสะเทือนแบบยืดหยุ่นด้วยความถี่ 18 kHz ขีด จำกัด บนของอัลตราซาวนด์ถูกกำหนดโดยธรรมชาติของคลื่นยืดหยุ่นซึ่งสามารถแพร่กระจายได้ภายใต้เงื่อนไขว่าความยาวคลื่นนั้นมากกว่าเส้นทางว่างเฉลี่ยของโมเลกุล (ในก๊าซ) หรือระยะห่างระหว่างอะตอม (ในของเหลวและก๊าซ) สำหรับก๊าซ ขีดจำกัดบนคือ »106 kHz ในของเหลวและของแข็ง » 1010 kHz ตามกฎแล้วความถี่สูงถึง 106 kHz เรียกว่าอัลตราซาวนด์ ความถี่สูงเรียกว่าไฮเปอร์ซาวด์

คลื่นอัลตราโซนิกโดยธรรมชาติไม่แตกต่างจากคลื่นของช่วงที่ได้ยินและปฏิบัติตามกฎทางกายภาพเดียวกัน แต่อัลตราซาวนด์มีคุณสมบัติเฉพาะที่กำหนดการใช้งานอย่างแพร่หลายในด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี นี่คือรายการหลัก:

ความยาวคลื่นขนาดเล็ก สำหรับช่วงอัลตราโซนิกต่ำสุด ความยาวคลื่นไม่เกินสองสามเซนติเมตรในตัวกลางส่วนใหญ่ ความยาวคลื่นสั้นกำหนดลักษณะของการแพร่กระจายของคลื่นอัลตราโซนิก ใกล้กับอีซีแอลอัลตราซาวนด์จะแพร่กระจายในรูปแบบของคานที่มีขนาดใกล้เคียงกับขนาดของอีซีแอล เมื่อกระทบกับความไม่เท่าเทียมกันในตัวกลาง ลำแสงอัลตราโซนิกจะทำงานเหมือนลำแสงที่สะท้อน การหักเห การกระเจิง ซึ่งทำให้สามารถสร้างภาพเสียงในสื่อที่ทึบแสงโดยใช้เอฟเฟกต์แสงล้วนๆ (การโฟกัส การเลี้ยวเบน ฯลฯ)
การสั่นช่วงเล็ก ๆ ซึ่งช่วยให้เปล่งอัลตราซาวนด์ในรูปของพัลส์และดำเนินการเลือกสัญญาณการแพร่กระจายในตัวกลางได้อย่างแม่นยำ
ความเป็นไปได้ที่จะได้รับพลังงานการสั่นสะเทือนที่มีค่าสูงในแอมพลิจูดเล็กน้อยเพราะ พลังงานของการแกว่งเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความถี่ ทำให้สามารถสร้างคานและทุ่งอัลตราโซนิกที่มีระดับพลังงานสูงโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์ขนาดใหญ่
กระแสอะคูสติกที่มีนัยสำคัญพัฒนาในสนามอัลตราโซนิก ดังนั้นผลกระทบของอัลตราซาวนด์ต่อสิ่งแวดล้อมจึงสร้างผลกระทบเฉพาะ: ทางกายภาพ เคมี ชีวภาพและทางการแพทย์ เช่นการเกิดโพรงอากาศ เอฟเฟกต์เสียงฝอย การกระจายตัว การทำให้เป็นอิมัลชัน การแยกก๊าซออก การฆ่าเชื้อ การให้ความร้อนในท้องถิ่น และอื่นๆ อีกมากมาย
อัลตราซาวนด์ไม่ได้ยินและไม่สร้างความอึดอัดให้กับเจ้าหน้าที่ปฏิบัติการ

ประวัติอัลตราซาวนด์ ผู้ค้นพบอัลตราซาวนด์

ความสนใจด้านเสียงนั้นเกิดจากความต้องการของกองทัพเรือของมหาอำนาจ - อังกฤษและฝรั่งเศสเพราะ อะคูสติก - สัญญาณชนิดเดียวที่สามารถเดินทางในน้ำได้ไกล ในปี พ.ศ. 2369 นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Colladonกำหนดความเร็วของเสียงในน้ำ การทดลองของ Colladon ถือเป็นการกำเนิดของเสียงอะคูสติกสมัยใหม่ ผลกระทบต่อระฆังใต้น้ำในทะเลสาบเจนีวาเกิดขึ้นพร้อมกับการจุดไฟของดินปืนพร้อมกัน Colladon สังเกตเห็นแฟลชจากดินปืนในระยะ 10 ไมล์ เขายังได้ยินเสียงระฆังผ่านท่อหูใต้น้ำ โดยการวัดช่วงเวลาระหว่างสองเหตุการณ์นี้ Colladon ได้คำนวณความเร็วของเสียง - 1435 m/วินาที ความแตกต่างกับการคำนวณสมัยใหม่เพียง 3 ม./วินาที

ในปี ค.ศ. 1838 ในสหรัฐอเมริกา เสียงถูกใช้ครั้งแรกเพื่อกำหนดโปรไฟล์ของก้นทะเลเพื่อวางสายโทรเลข แหล่งที่มาของเสียง เช่นเดียวกับในการทดลองของ Colladon คือเสียงระฆังใต้น้ำ และเครื่องรับคือหลอดหูขนาดใหญ่ที่ตกลงมาจากเรือ ผลการทดลองน่าผิดหวัง เสียงระฆัง (เช่นเดียวกับการระเบิดของตลับผงในน้ำ) ทำให้เกิดเสียงสะท้อนที่เบามาก แทบไม่ได้ยินเลยท่ามกลางเสียงอื่นๆ ของทะเล จำเป็นต้องไปที่บริเวณที่มีความถี่สูงซึ่งจะทำให้สามารถสร้างลำเสียงได้โดยตรง

เครื่องกำเนิดอัลตราซาวนด์เครื่องแรกสร้างในปี พ.ศ. 2426 โดยชาวอังกฤษ ฟรานซิส กัลตัน. อัลตราซาวนด์ถูกสร้างขึ้นเหมือนนกหวีดที่ขอบมีดถ้าคุณเป่ามัน บทบาทของจุดดังกล่าวในการเป่านกหวีดของ Galton เล่นโดยทรงกระบอกที่มีขอบคม อากาศหรือก๊าซอื่นๆ ที่เล็ดลอดออกมาภายใต้แรงดันผ่านหัวฉีดรูปวงแหวนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับขอบของกระบอกสูบกับขอบ และเกิดการสั่นของความถี่สูง การเป่านกหวีดด้วยไฮโดรเจนทำให้สามารถรับการแกว่งได้สูงถึง 170 kHz

ในปี พ.ศ. 2423 ปิแอร์และฌาคคูรีได้ค้นพบอย่างเด็ดขาดสำหรับเทคโนโลยีอัลตราโซนิก พี่น้องคูรีสังเกตว่าเมื่อใช้แรงดันกับผลึกควอทซ์ จะเกิดประจุไฟฟ้าขึ้นซึ่งเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงที่กระทำกับคริสตัล ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "piezoelectricity" จากคำภาษากรีกที่แปลว่า "กด" นอกจากนี้ พวกเขายังแสดงให้เห็นปรากฏการณ์เพียโซอิเล็กทริกแบบผกผัน ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อศักย์ไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วถูกนำไปใช้กับคริสตัล ทำให้เกิดการสั่นสะเทือน ต่อจากนี้ไป ในทางเทคนิคแล้ว การผลิตเครื่องส่งและเครื่องรับอัลตราซาวนด์ขนาดเล็กก็เป็นไปได้ในทางเทคนิค

การตายของไททานิคจากการชนกับภูเขาน้ำแข็ง ความจำเป็นในการต่อสู้กับอาวุธใหม่ - เรือดำน้ำต้องการการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอัลตราโซนิกไฮโดรอะคูสติก ในปี 1914 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Paul Langevinร่วมกับนักวิทยาศาสตร์ผู้อพยพชาวรัสเซียที่มีความสามารถ Konstantin Vasilievich Shilovsky พวกเขาได้พัฒนาโซนาร์ที่ประกอบด้วยตัวปล่อยอัลตราซาวนด์และไฮโดรโฟนซึ่งเป็นเครื่องรับการสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิคโดยอิงจากผลเพียโซอิเล็กทริก โซนาร์ Langevin - Shilovsky เป็นอุปกรณ์อัลตราโซนิกเครื่องแรกนำไปใช้ในทางปฏิบัติ ในเวลาเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย S.Ya.Sokolov ได้พัฒนาพื้นฐานของการตรวจจับข้อบกพร่องด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงในอุตสาหกรรม ในปี 1937 จิตแพทย์ชาวเยอรมัน Karl Dussik ร่วมกับฟรีดริช น้องชายของเขา นักฟิสิกส์ ใช้อัลตราซาวนด์เพื่อตรวจหาเนื้องอกในสมองเป็นครั้งแรก แต่ผลลัพธ์ที่ได้กลับไม่น่าเชื่อถือ ในทางการแพทย์ อัลตราซาวนด์ถูกใช้ครั้งแรกในช่วงทศวรรษที่ 50 ของศตวรรษที่ 20 ในสหรัฐอเมริกาเท่านั้น

รับอัลตราซาวนด์.

ตัวปล่อยอัลตราซาวนด์สามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่มใหญ่:

1) การสั่นเกิดขึ้นจากสิ่งกีดขวางในเส้นทางของแก๊สหรือไอพ่นของเหลว หรือจากการหยุดชะงักของแก๊สหรือไอพ่นของเหลว พวกมันถูกใช้ในขอบเขตที่จำกัด ส่วนใหญ่ใช้สำหรับอัลตราซาวนด์ที่ทรงพลังในตัวกลางที่เป็นก๊าซ

2) การสั่นเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนเป็นกระแสทางกลหรือการสั่นของแรงดันไฟ อุปกรณ์อัลตราโซนิกส่วนใหญ่ใช้ตัวปล่อยของกลุ่มนี้: ทรานสดิวเซอร์แบบเพียโซอิเล็กทริกและแมกนีโตสทริคทีฟ

นอกจากทรานสดิวเซอร์ที่อิงจากเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกแล้ว ทรานสดิวเซอร์แบบแม่เหล็กยังถูกใช้เพื่อให้ได้ลำแสงอัลตราโซนิกอันทรงพลัง Magnetostriction คือการเปลี่ยนแปลงขนาดของวัตถุเมื่อสถานะแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง แกนกลางที่ทำจากวัสดุแม่เหล็กที่วางอยู่ในขดลวดนำไฟฟ้าจะเปลี่ยนความยาวตามรูปร่างของสัญญาณกระแสที่ไหลผ่านขดลวด ปรากฏการณ์นี้ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2385 โดยเจมส์ จูล เป็นลักษณะเฉพาะของเฟอร์โรแม่เหล็กและเฟอร์ไรต์ วัสดุที่ใช้แมกนีโตสทริคทีฟที่นิยมใช้กันมากที่สุดคือโลหะผสมที่มีนิกเกิล โคบอลต์ เหล็ก และอะลูมิเนียม ความเข้มสูงสุดของรังสีอัลตราโซนิกสามารถทำได้โดยโลหะผสมเพอร์เมนดูร์ (49% Co, 2% V, Fe ที่เหลือ) ซึ่งใช้ในเครื่องปล่อยอัลตราโซนิกที่ทรงพลัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตโดยองค์กรของเรา

การใช้อัลตราซาวนด์

การใช้งานอัลตราซาวนด์ที่หลากหลายสามารถแบ่งออกเป็นสามส่วน:

รับข้อมูลเกี่ยวกับสาร
ผลกระทบต่อเรื่อง
การประมวลผลและการส่งสัญญาณ

การศึกษาดังกล่าวใช้การพึ่งพาความเร็วของการแพร่กระจายและการลดทอนของคลื่นเสียงในคุณสมบัติของสารและกระบวนการที่เกิดขึ้น:

ศึกษากระบวนการระดับโมเลกุลในก๊าซ ของเหลว และโพลีเมอร์
ศึกษาโครงสร้างของผลึกและของแข็งอื่นๆ
การควบคุมหลักสูตรของปฏิกิริยาเคมี การเปลี่ยนเฟส โพลีเมอไรเซชัน ฯลฯ
การกำหนดความเข้มข้นของสารละลาย
การกำหนดลักษณะความแข็งแรงและองค์ประกอบของวัสดุ
การกำหนดการปรากฏตัวของสิ่งสกปรก
การกำหนดความเร็วการไหลของของเหลวและก๊าซ

ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างโมเลกุลของสารได้มาจากการวัดความเร็วและสัมประสิทธิ์การดูดกลืนเสียงในสารนั้น ทำให้สามารถวัดความเข้มข้นของสารละลายและสารแขวนลอยในเยื่อกระดาษและของเหลว เพื่อควบคุมกระบวนการสกัด โพลิเมอไรเซชัน อายุ และจลนศาสตร์ของปฏิกิริยาเคมี ความแม่นยำในการพิจารณาองค์ประกอบของสารและการมีอยู่ของสิ่งเจือปนด้วยอัลตราซาวนด์นั้นสูงมากและมีปริมาณเป็นเศษส่วนของเปอร์เซ็นต์

การวัดความเร็วของเสียงในของแข็งช่วยให้คุณสามารถกำหนดลักษณะความยืดหยุ่นและความแข็งแรงของวัสดุโครงสร้างได้ วิธีการทางอ้อมในการพิจารณาความแรงนั้นสะดวกเนื่องจากความเรียบง่ายและความเป็นไปได้ในการใช้งานในสภาพจริง

เครื่องวิเคราะห์ก๊าซอัลตราโซนิกตรวจสอบการสะสมของสิ่งสกปรกที่เป็นอันตราย การพึ่งพาความเร็วอัลตราโซนิกกับอุณหภูมิใช้สำหรับเทอร์โมมิเตอร์แบบไม่สัมผัสของก๊าซและของเหลว

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบอัลตราโซนิกที่ทำงานบนเอฟเฟกต์ดอปเปลอร์นั้นขึ้นอยู่กับการวัดความเร็วของเสียงในของเหลวและก๊าซที่เคลื่อนที่ เครื่องมือที่คล้ายกันนี้ใช้เพื่อกำหนดอัตราและการไหลของเลือดในการศึกษาทางคลินิก

วิธีการวัดกลุ่มใหญ่จะขึ้นอยู่กับการสะท้อนและการกระเจิงของคลื่นอัลตราซาวนด์ที่รอยต่อระหว่างตัวกลาง วิธีการเหล่านี้ช่วยให้คุณระบุตำแหน่งของสิ่งแปลกปลอมในสิ่งแวดล้อมได้อย่างแม่นยำและใช้ในพื้นที่ต่างๆ เช่น:

โซนาร์
การทดสอบแบบไม่ทำลายและการตรวจจับข้อบกพร่อง
การวินิจฉัยทางการแพทย์
การกำหนดระดับของของเหลวและของแข็งจำนวนมากในภาชนะปิด
ขนาดสินค้า
การสร้างภาพสนามเสียง - การมองเห็นเสียงและโฮโลแกรมเสียง

การสะท้อน การหักเห และความเป็นไปได้ของการโฟกัสอัลตราซาวนด์นั้นใช้ในการตรวจจับข้อบกพร่องของอัลตราโซนิก ในกล้องจุลทรรศน์อะคูสติกอัลตราโซนิก ในการวินิจฉัยทางการแพทย์ เพื่อศึกษาความเป็นเนื้อเดียวกันของสาร การปรากฏตัวของความไม่เท่าเทียมกันและพิกัดจะถูกกำหนดโดยสัญญาณสะท้อนกลับหรือโดยโครงสร้างของเงา

วิธีการวัดขึ้นอยู่กับการขึ้นต่อกันของพารามิเตอร์ของระบบสั่นพ้องกับคุณสมบัติของตัวกลาง (อิมพีแดนซ์) ที่ใช้ในการวัดความหนืดและความหนาแน่นของของเหลวอย่างต่อเนื่อง เพื่อวัดความหนาของชิ้นส่วนที่สามารถเข้าถึงได้จากค่าเดียว ด้านข้าง. หลักการเดียวกันนี้รองรับเครื่องทดสอบความแข็งแบบอัลตราโซนิก เกจวัดระดับ ตัวชี้วัดระดับ ข้อดีของวิธีการทดสอบด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง: ระยะเวลาในการวัดสั้น ความสามารถในการควบคุมสื่อที่ระเบิดได้ สารที่มีฤทธิ์รุนแรงและเป็นพิษ การไม่มีผลกระทบต่อเครื่องมือในสภาพแวดล้อมและกระบวนการควบคุม

ผลของอัลตราซาวนด์ต่อสสาร

ผลกระทบของอัลตราซาวนด์ต่อสารซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่ไม่สามารถย้อนกลับได้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม ในขณะเดียวกันกลไกการออกฤทธิ์ของอัลตราซาวนด์ก็แตกต่างกันไปตามสื่อต่างๆ ในก๊าซ ปัจจัยการแสดงหลักคือกระแสเสียง ซึ่งเร่งกระบวนการถ่ายเทความร้อนและมวล นอกจากนี้ ประสิทธิภาพของการผสมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงนั้นสูงกว่าการผสมแบบอุทกพลศาสตร์ทั่วไปมากเพราะ ชั้นขอบมีความหนาน้อยกว่าและส่งผลให้อุณหภูมิหรือการไล่ระดับความเข้มข้นสูงขึ้น เอฟเฟกต์นี้ใช้ในกระบวนการต่างๆ เช่น:

การทำแห้งด้วยอัลตราโซนิก
การเผาไหม้ในสนามอัลตราโซนิก
การแข็งตัวของละอองลอย

ในการประมวลผลของเหลวด้วยคลื่นเสียง ปัจจัยการทำงานหลักคือ คาวิเทชั่น . กระบวนการทางเทคโนโลยีต่อไปนี้ขึ้นอยู่กับผลกระทบของการเกิดโพรงอากาศ:

ทำความสะอาดอัลตราโซนิก
การชุบและการบัดกรี
เอฟเฟกต์เสียง - เส้นเลือดฝอย - การแทรกซึมของของเหลวเข้าไปในรูพรุนและรอยแตกที่เล็กที่สุด ใช้สำหรับการชุบวัสดุที่มีรูพรุนและเกิดขึ้นในการบำบัดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงของของแข็งในของเหลว
การตกผลึก
การทำให้เข้มข้นของกระบวนการไฟฟ้าเคมี
การผลิตละอองลอย
การทำลายจุลินทรีย์และการฆ่าเชื้อด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงของเครื่องมือ

กระแสเสียง- หนึ่งในกลไกหลักของการกระทำของอัลตราซาวนด์ต่อสาร เกิดจากการดูดซับพลังงานอัลตราโซนิกในสารและในชั้นขอบ กระแสเสียงแตกต่างจากกระแสอุทกพลศาสตร์ในความหนาขนาดเล็กของชั้นขอบเขตและความเป็นไปได้ของการผอมบางด้วยความถี่การสั่นที่เพิ่มขึ้น สิ่งนี้นำไปสู่การลดลงของความหนาของชั้นขอบเขตอุณหภูมิหรือความเข้มข้น และการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิหรือการไล่ระดับความเข้มข้น ซึ่งกำหนดอัตราของความร้อนหรือการถ่ายโอนมวล สิ่งนี้มีส่วนช่วยเร่งการเผาไหม้ การทำให้แห้ง การผสม การกลั่น การแพร่กระจาย การสกัด การทำให้ชุ่ม การดูดซับ การตกผลึก การละลาย การทำให้ของเหลวและของเหลวละลาย ในกระแสพลังงานสูง อิทธิพลของคลื่นอะคูสติกเกิดขึ้นจากพลังงานของกระแสเอง โดยเปลี่ยนความปั่นป่วนของมัน ในกรณีนี้ พลังงานเสียงสามารถเป็นเพียงเศษเสี้ยวของเปอร์เซ็นต์ของพลังงานการไหล

เมื่อคลื่นเสียงที่มีความเข้มสูงไหลผ่านของเหลว เรียกว่า โพรงอะคูสติก . ในคลื่นเสียงที่รุนแรงในช่วงครึ่งเวลาของการเกิดหายาก ฟองอากาศคาวิเทชั่นจะเกิดขึ้น ซึ่งจะยุบตัวทันทีเมื่อเคลื่อนเข้าสู่บริเวณที่มีแรงกดดันเพิ่มขึ้น การรบกวนทางอุทกพลศาสตร์อันทรงพลังเกิดขึ้นในบริเวณคาวิเทชั่นในรูปแบบของคลื่นไมโครช็อตและไมโครโฟลว์ นอกจากนี้การยุบตัวของฟองอากาศยังมาพร้อมกับความร้อนที่รุนแรงของสารและการปล่อยก๊าซ ผลกระทบดังกล่าวนำไปสู่การทำลายแม้กระทั่งสารที่ทนทานเช่นเหล็กและควอตซ์ เอฟเฟกต์นี้ใช้เพื่อกระจายของแข็ง ให้ได้อิมัลชันที่ละเอียดของของเหลวที่เข้ากันไม่ได้ กระตุ้นและเร่งปฏิกิริยาเคมี ทำลายจุลินทรีย์ และดึงเอ็นไซม์ออกจากเซลล์สัตว์และพืช Cavitation ยังกำหนดผลกระทบเช่นการเรืองแสงที่อ่อนแอของของเหลวภายใต้การกระทำของอัลตราซาวนด์ - เรืองแสงเสียง และการแทรกซึมของของเหลวเข้าไปในเส้นเลือดฝอยลึกผิดปกติ - เอฟเฟกต์เส้นเลือดฝอยเสียง .

การกระจายตัวของคาวิเทชันของผลึกแคลเซียมคาร์บอเนต (สเกล) รองรับอุปกรณ์ป้องกันตะกรัน ภายใต้อิทธิพลของอัลตราซาวนด์อนุภาคในน้ำจะถูกแยกออกโดยมีขนาดเฉลี่ยลดลงจาก 10 เป็น 1 ไมครอนจำนวนและพื้นที่ผิวทั้งหมดของอนุภาคเพิ่มขึ้น สิ่งนี้นำไปสู่การถ่ายโอนกระบวนการสร้างตะกรันจากพื้นผิวการแลกเปลี่ยนความร้อนไปยังของเหลวโดยตรง อัลตราซาวนด์ยังส่งผลต่อชั้นของตะกรันที่เกิดขึ้น ซึ่งทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็กในนั้น ซึ่งนำไปสู่การแตกของเกล็ดออกจากพื้นผิวการแลกเปลี่ยนความร้อน

ในโรงงานทำความสะอาดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง คาวิเทชั่นและไมโครโฟลว์ที่เกิดจากมันกำจัดสิ่งปนเปื้อนทั้งสองที่ยึดติดอย่างแน่นหนากับพื้นผิว เช่น ตะกรัน ตะกรัน ครีบ และสิ่งปนเปื้อนที่อ่อนนุ่ม เช่น ฟิล์มมัน สิ่งสกปรก ฯลฯ ใช้เอฟเฟกต์เดียวกันเพื่อทำให้กระบวนการอิเล็กโทรไลต์เข้มข้นขึ้น

ภายใต้การกระทำของอัลตราซาวนด์ผลกระทบที่น่าสงสัยดังกล่าวเกิดขึ้นจากการแข็งตัวของเสียงเช่น การบรรจบกันและการขยายตัวของอนุภาคแขวนลอยในของเหลวและก๊าซ กลไกทางกายภาพของปรากฏการณ์นี้ยังไม่ชัดเจนนัก การแข็งตัวของเสียงใช้สำหรับการตกตะกอนของฝุ่น ควัน และหมอกในอุตสาหกรรมที่ความถี่ต่ำสำหรับอัลตราซาวนด์สูงสุด 20 kHz เป็นไปได้ว่าผลดีของเสียงระฆังโบสถ์ขึ้นอยู่กับผลกระทบนี้

การตัดเฉือนของแข็งโดยใช้อัลตราซาวนด์จะขึ้นอยู่กับผลกระทบต่อไปนี้:

ลดแรงเสียดทานระหว่างพื้นผิวระหว่างการสั่นสะเทือนอัลตราโซนิกของหนึ่งในนั้น
ลดความแข็งแรงของผลผลิตหรือการเปลี่ยนรูปพลาสติกภายใต้การกระทำของอัลตราซาวนด์
การชุบแข็งและการลดแรงเค้นตกค้างในโลหะภายใต้ผลกระทบของเครื่องมือที่มีความถี่อัลตราโซนิก
ผลรวมของการบีบอัดแบบสถิตและการสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิกใช้ในการเชื่อมด้วยอัลตราโซนิก

การตัดเฉือนโดยใช้อัลตราซาวนด์มีสี่ประเภท:

การประมวลผลมิติของชิ้นส่วนที่ทำจากวัสดุแข็งและเปราะ
การตัดวัสดุที่ตัดยากด้วยการวางอัลตราซาวนด์บนเครื่องมือตัด
การลบคมในอ่างอัลตราโซนิก
การเจียรวัสดุหนืดด้วยการทำความสะอาดอัลตราโซนิกของล้อเจียร

ผลของอัลตราซาวนด์ต่อวัตถุชีวภาพทำให้เกิดผลกระทบและปฏิกิริยาต่าง ๆ ในเนื้อเยื่อของร่างกายซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการบำบัดและการผ่าตัดด้วยอัลตราซาวนด์ อัลตราซาวนด์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่เร่งการสร้างสมดุลจากมุมมองของสรีรวิทยาสถานะของร่างกายเช่น สถานะสุขภาพ อัลตราซาวนด์มีผลต่อเนื้อเยื่อที่เป็นโรคมากกว่าเนื้อเยื่อที่มีสุขภาพดี นอกจากนี้ยังใช้การทำให้เป็นละอองอัลตราโซนิกของยาในระหว่างการสูดดม การผ่าตัดอัลตราโซนิกขึ้นอยู่กับผลกระทบต่อไปนี้: การทำลายเนื้อเยื่อโดยอัลตราซาวนด์ที่เน้นตัวเองและการกำหนดการสั่นสะเทือนอัลตราโซนิกบนเครื่องมือผ่าตัดตัด

อุปกรณ์อัลตราโซนิกใช้ในการแปลงและแอนะล็อกสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ และเพื่อควบคุมสัญญาณไฟในออปติกและออปโตอิเล็กทรอนิกส์ ใช้อัลตราซาวนด์ความเร็วต่ำในเส้นล่าช้า การควบคุมสัญญาณออปติคัลขึ้นอยู่กับการเลี้ยวเบนของแสงโดยอัลตราซาวนด์ การเลี้ยวเบนแบบหนึ่งประเภทที่เรียกว่า Bragg diffraction ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นอัลตราซาวนด์ ซึ่งทำให้สามารถแยกช่วงความถี่แคบๆ ออกจากสเปกตรัมกว้างของรังสีแสงได้ กล่าวคือ กรองแสง.

อัลตราซาวนด์เป็นสิ่งที่น่าสนใจอย่างยิ่งและสามารถสันนิษฐานได้ว่าความเป็นไปได้มากมายของการใช้งานจริงนั้นยังไม่เป็นที่รู้จักของมนุษยชาติ เรารักและรู้จักอัลตราซาวนด์และยินดีที่จะหารือเกี่ยวกับแนวคิดใด ๆ ที่เกี่ยวข้องกับแอปพลิเคชัน

ตำแหน่งที่ใช้อัลตราซาวนด์ - ตารางสรุป

Koltso-energo LLC องค์กรของเราดำเนินธุรกิจเกี่ยวกับการผลิตและติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันตะกรันอะคูสติก Acoustic-T อุปกรณ์ที่ผลิตโดยบริษัทของเรามีความโดดเด่นด้วยสัญญาณอัลตราโซนิกระดับสูงเป็นพิเศษ ซึ่งช่วยให้ทำงานกับหม้อไอน้ำโดยไม่ต้องบำบัดน้ำ และหม้อไอน้ำที่ใช้น้ำบาดาล แต่การป้องกันตะกรันเป็นเพียงส่วนเล็กๆ ที่อัลตราซาวนด์สามารถทำได้ เครื่องมือทางธรรมชาติที่น่าทึ่งนี้มีความเป็นไปได้มากมายและเราอยากจะบอกคุณเกี่ยวกับมัน พนักงานของบริษัทของเราทำงานมาหลายปีในองค์กรชั้นนำของรัสเซียที่เกี่ยวกับระบบเสียง เรารู้มากเกี่ยวกับอัลตราซาวนด์ และถ้าจู่ๆ ก็จำเป็นต้องใช้อัลตราซาวนด์ในเทคโนโลยีของคุณ

ข้าว. 2. กระแสเสียงที่เกิดจากการขยายพันธุ์อัลตราซาวนด์ด้วยความถี่ 5 MHz ในน้ำมันเบนซิน

ท่ามกลางปรากฏการณ์ไม่เชิงเส้นที่สำคัญที่เกิดขึ้นระหว่างการขยายพันธุ์ของอัลตราซาวนด์ที่รุนแรงในสนามอะคูสติกคือการเติบโตของฟองอากาศในสนามอัลตราโซนิกจากนิวเคลียส submicroscopic ที่มีอยู่ของก๊าซหรือไอระเหยจนถึงขนาดของเศษส่วนของมิลลิเมตร ซึ่งเริ่มที่จะเต้นเป็นจังหวะด้วยความถี่ของ อัลตราซาวนด์และยุบในระยะบวก เมื่อฟองแก๊สยุบตัว ความกดดันในท้องถิ่นจำนวนมากของลำดับชั้นบรรยากาศหลายพันชั้นจะเกิดขึ้น และคลื่นกระแทกทรงกลมจะก่อตัวขึ้น ไมโครโฟลว์อะคูสติกจะเกิดขึ้นใกล้กับฟองอากาศที่เต้นเป็นจังหวะ ปรากฏการณ์ในช่องคาวิเทชั่นทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่เป็นประโยชน์หลายประการ (การได้มา การทำความสะอาดชิ้นส่วนที่ปนเปื้อน ฯลฯ) และปรากฏการณ์ที่เป็นอันตราย (การพังทลายของตัวปล่อยคลื่นอัลตราโซนิก) ความถี่อัลตราซาวนด์ซึ่งอัลตราซาวนด์ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางเทคโนโลยีอยู่ในภูมิภาค ULF ความเข้มที่สอดคล้องกับเกณฑ์การเกิดโพรงอากาศขึ้นอยู่กับชนิดของของเหลว ความถี่เสียง อุณหภูมิ และปัจจัยอื่นๆ ในน้ำที่ความถี่ 20 kHz จะอยู่ที่ประมาณ 0.3 W / cm 2 ที่ความถี่ UHF ในสนามอัลตราโซนิกที่มีความเข้มหลาย W/cm2 อาจเกิดการพ่นของเหลว ( ข้าว. 3) และฉีดพ่นด้วยหมอกที่ละเอียดมาก

ข้าว. 3. น้ำพุของเหลวเกิดขึ้นเมื่อลำแสงอัลตราโซนิกตกลงมาจากภายในของเหลวสู่พื้นผิว (ความถี่อัลตราโซนิก 1.5 MHz ความเข้ม 15 W/cm2)

รุ่นอัลตราซาวนด์. ในการสร้างอัลตราโซนิกส์นั้นมีการใช้อุปกรณ์ที่หลากหลายซึ่งสามารถแบ่งออกเป็น 2 กลุ่มหลัก - กลไกซึ่งอัลตราซาวนด์เป็นการไหลของก๊าซเชิงกลหรือและไฟฟ้าซึ่งได้รับพลังงานอัลตราโซนิกทางไฟฟ้า ตัวส่งสัญญาณทางกล อัลตราซาวนด์ - อากาศและของเหลวและ - มีลักษณะเป็นอุปกรณ์ที่ค่อนข้างง่ายและไม่ต้องการพลังงานไฟฟ้าความถี่สูงที่มีราคาแพงประสิทธิภาพของพวกเขาคือ 10-20% ข้อเสียเปรียบหลักของทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกเชิงกลทั้งหมดคือช่วงความถี่ที่ปล่อยออกมาและความไม่แน่นอนของความถี่ที่ค่อนข้างกว้าง ซึ่งไม่อนุญาตให้ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการควบคุมและการวัด ส่วนใหญ่จะใช้ในอุตสาหกรรมล้ำเสียงและบางส่วนเป็นวิธีการ

ข้าว. 4. การแผ่รังสี (การรับ) ของคลื่นตามยาว L โดยแผ่นที่สั่นในความหนาเป็นของแข็ง: 1 - แผ่นควอตซ์ตัด X ที่มีความหนา l / 2 โดยที่ l คือความยาวคลื่นในควอตซ์ 2 - อิเล็กโทรดโลหะ; 3 - ของเหลว (น้ำมันหม้อแปลง) สำหรับการสัมผัสทางเสียง 4 - เครื่องกำเนิดการสั่นไฟฟ้า; 5 - ร่างกายที่มั่นคง

การรับและการตรวจจับอัลตราซาวนด์เนื่องจากการย้อนกลับของเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกจึงใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อรับอัลตราซาวนด์ ฟิลด์อัลตราโซนิกสามารถศึกษาได้โดยวิธีการทางแสง: อัลตราซาวนด์การแพร่กระจายในสื่อใด ๆ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในดัชนีการหักเหของแสงเนื่องจากสามารถ มองเห็นได้หากสื่อโปร่งแสง ฟิลด์ออปติกที่อยู่ติดกัน (acousto-optics) ได้รับการพัฒนาอย่างมากตั้งแต่การถือกำเนิดของเลเซอร์ก๊าซคลื่นต่อเนื่อง ได้มีการพัฒนางานวิจัยเกี่ยวกับแสงอัลตราซาวนด์และการประยุกต์ต่างๆ

การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์การใช้งานของอัลตราซาวนด์มีความหลากหลายมาก อัลตราซาวนด์เป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการศึกษาปรากฏการณ์ต่างๆ ในหลายสาขาวิชาฟิสิกส์ ตัวอย่างเช่นวิธีการอัลตราโซนิกใช้ในฟิสิกส์สถานะของแข็งและฟิสิกส์ สาขาฟิสิกส์ใหม่ทั้งหมดได้เกิดขึ้น - อะคูสติก - อิเล็กทรอนิกส์บนพื้นฐานของความสำเร็จซึ่งมีการพัฒนาอุปกรณ์ต่าง ๆ สำหรับการประมวลผลข้อมูลสัญญาณ อัลตราซาวนด์มีบทบาทสำคัญในการเรียนรู้ นอกจากวิธีการอะคูสติกระดับโมเลกุลสำหรับและก๊าซแล้ว ในด้านการศึกษาของแข็ง c และการดูดกลืน ก ยังใช้เพื่อกำหนดลักษณะโมดูลิและลักษณะการกระจายของสาร ทฤษฎีควอนตัมซึ่งศึกษาปฏิสัมพันธ์ของควอนตัมของการก่อกวนยืดหยุ่น - กับ ฯลฯ และองค์ประกอบเบื้องต้นในของแข็งได้รับการพัฒนา อัลตร้าซาวด์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีและวิธีการอัลตราโซนิกมีการเจาะเข้าไปในและมากขึ้น

การใช้อัลตราซาวนด์ในเทคโนโลยี ตาม c และ a ในปัญหาทางเทคนิคหลายอย่างจะดำเนินการสำหรับการไหลของกระบวนการอย่างใดอย่างหนึ่ง (การควบคุมส่วนผสมของก๊าซองค์ประกอบต่างๆ ฯลฯ ) การใช้อัลตราซาวนด์ที่ขอบเขตของสื่อต่างๆ อุปกรณ์อัลตราโซนิกได้รับการออกแบบมาเพื่อวัดขนาดของผลิตภัณฑ์ (เช่น เครื่องวัดความหนาด้วยคลื่นอัลตราโซนิก) เพื่อกำหนดระดับของของเหลวในภาชนะขนาดใหญ่ที่ไม่สามารถเข้าถึงได้สำหรับการวัดโดยตรง อัลตราซาวนด์ที่มีความเข้มค่อนข้างต่ำ (สูงถึง ~ 0.1 วัตต์/ซม.2) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อวัตถุประสงค์ในการทดสอบผลิตภัณฑ์ที่ทำจากวัสดุที่เป็นของแข็งโดยไม่ทำลาย (ราง การหล่อขนาดใหญ่ ผลิตภัณฑ์แผ่นรีดคุณภาพสูง ฯลฯ) (ดู) ทิศทางกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว ซึ่งเรียกว่าการเปล่งเสียง ซึ่งประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อตัวแข็งเชิงกลถูกนำไปใช้กับตัวอย่าง (โครงสร้าง) มันจะ "แตก" (คล้ายกับที่แท่งดีบุกจะ "แตก" เมื่องอ) นี่คือคำอธิบายโดยข้อเท็จจริงที่ว่าการเคลื่อนไหวเกิดขึ้นในตัวอย่างซึ่งภายใต้เงื่อนไขบางอย่าง (ยังไม่ชัดเจน) กลายเป็น (เช่นเดียวกับชุดของความคลาดเคลื่อนและรอยแตกใต้กล้องจุลทรรศน์) ด้วยคลื่นความถี่ที่มีความถี่ ของการปล่อยเสียง สามารถตรวจจับและพัฒนารอยแตกได้ เช่นเดียวกับการระบุตำแหน่งในส่วนที่สำคัญของโครงสร้างต่างๆ ด้วยความช่วยเหลือของอัลตราซาวนด์มันจะดำเนินการ: โดยการแปลงอัลตราโซนิกเป็นไฟฟ้าและหลังเป็นแสงปรากฎว่าด้วยความช่วยเหลือของอัลตราซาวนด์ทำให้สามารถมองเห็นวัตถุบางอย่างในที่ทึบแสงปานกลางถึงแสงได้ กล้องจุลทรรศน์อัลตราโซนิกถูกสร้างขึ้นที่ความถี่อัลตราโซนิกซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่คล้ายกับกล้องจุลทรรศน์ทั่วไปซึ่งมีข้อดีเหนือกว่าออปติคัลหนึ่งคือการศึกษาทางชีววิทยาไม่ต้องการการย้อมสีเบื้องต้นของวัตถุ ( ข้าว. 5). การพัฒนานี้นำไปสู่ความสำเร็จในด้านอัลตราซาวนด์

ข้าว. 5 ข. เซลล์เม็ดเลือดแดงที่ได้รับด้วยกล้องจุลทรรศน์อัลตราโซนิก

อัลตร้าซาวด์……………………………………………………….4

คุณสมบัติทางกายภาพของอัลตราซาวนด์

การสะท้อนและการกระเจิง

เซ็นเซอร์และคลื่นอัลตราโซนิก

อุปกรณ์สแกนช้า

อุปกรณ์สแกนที่รวดเร็ว

อุปกรณ์ DOPPLEROGRAPHY

สิ่งประดิษฐ์

การควบคุมคุณภาพการทำงานของอุปกรณ์อัลตราโซนิก

ผลทางชีวภาพของอัลตราซาวนด์และความปลอดภัย

ทิศทางใหม่ในการวินิจฉัยอัลตราซาวนด์

วรรณกรรม

คำถามทดสอบ

อัลตราซาวนด์คืออะไร

ประวัติอัลตราซาวนด์

การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์

แหล่งที่มาของอัลตราซาวนด์

นกหวีด Galton

นกหวีดอัลตราโซนิกเหลว

ไซเรน

อัลตร้าซาวด์ในธรรมชาติ

การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์

การใช้อัลตราซาวนด์ในการวินิจฉัยทางการแพทย์ (อัลตราซาวนด์)

การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์ในการรักษาทางการแพทย์

ตัดโลหะด้วยอัลตราซาวนด์

การเตรียมสารผสมโดยใช้อัลตราซาวนด์

การใช้อัลตราซาวนด์ในทางชีววิทยา

การใช้อัลตราซาวนด์ในการทำความสะอาด

การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์ในการวัดการไหล

การใช้อัลตราซาวนด์ในการตรวจหาจุดบกพร่อง

การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิก

การใช้อัลตราซาวนด์ในการชุบด้วยไฟฟ้า

การเลี้ยวเบนการรบกวน

การดูดซับคลื่นอัลตราโซนิก

เจาะลึกคลื่นอัลตราโซนิก

การกระเจิงของคลื่นอัลตราโซนิก

การหักเหของคลื่นอัลตราโซนิก

การสะท้อนของคลื่นอัลตราโซนิก

เดินทางและยืนคลื่นอัลตราโซนิก

แหล่งที่มาของอัลตราซาวนด์

นกหวีด Galton

นกหวีดอัลตราโซนิกเหลว

ไซเรน

อัลตร้าซาวด์ในธรรมชาติ

การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์

การใช้อัลตราซาวนด์ในการวินิจฉัยทางการแพทย์ (อัลตราซาวนด์)

การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์ในการรักษาทางการแพทย์

ตัดโลหะด้วยอัลตราซาวนด์

การเตรียมสารผสมโดยใช้อัลตราซาวนด์

การใช้อัลตราซาวนด์ในทางชีววิทยา

การใช้อัลตราซาวนด์ในการทำความสะอาด

การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์ในการวัดการไหล

การใช้อัลตราซาวนด์ในการตรวจหาจุดบกพร่อง

การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิก

อัลตราซาวนด์คืออะไร?

บทบาทของอัลตราซาวนด์ในวิทยาศาสตร์และการปฏิบัติ

ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับอัลตราซาวนด์

แหล่งที่มาของอัลตราซาวนด์

เครื่องรับอัลตราซาวนด์

อัลตราซาวนด์ใช้ที่ไหน?

ทำความสะอาดอัลตราโซนิก

การตัดเฉือนวัสดุที่เปราะและแข็งเป็นพิเศษ

อัลตราซาวด์ในวิทยุอิเล็กทรอนิกส์

อัลตราซาวด์ในการแพทย์

อัลตราซาวด์ในการผ่าตัด

การตรวจอวัยวะภายใน

การใช้อัลตราซาวนด์ในทางทันตกรรม

ประวัติอัลตราซาวนด์ ผู้ค้นพบอัลตราซาวนด์

รับอัลตราซาวนด์.

การใช้อัลตราซาวนด์

ผลของอัลตราซาวนด์ต่อสสาร

ตำแหน่งที่ใช้อัลตราซาวนด์ - ตารางสรุป

อ่านยัง