Abad ke-21 ialah abad elektronik radio, atom, penerokaan angkasa lepas dan ultrasound. Sains ultrasound agak muda hari ini. Pada akhir abad ke-19, P. N. Lebedev, seorang ahli fisiologi Rusia, menjalankan kajian pertamanya. Selepas itu, ramai saintis terkemuka mula mengkaji ultrasound.
Apakah itu ultrasound?
Ultrasound ialah gerakan berayun beralun yang merambat yang dihasilkan oleh zarah medium. Ia mempunyai ciri tersendiri, di mana ia berbeza daripada bunyi julat yang boleh didengar. Ia agak mudah untuk mendapatkan sinaran terarah dalam julat ultrasonik. Di samping itu, ia memfokus dengan baik, dan akibatnya, keamatan ayunan yang dibuat meningkat. Apabila merambat dalam pepejal, cecair dan gas, ultrasound menimbulkan fenomena menarik yang telah menemui aplikasi praktikal dalam banyak bidang teknologi dan sains. Inilah ultrasound, yang peranannya dalam pelbagai bidang kehidupan hari ini sangat besar.
Peranan ultrasound dalam sains dan amalan
Ultrasound dalam beberapa tahun kebelakangan ini mula bermain dalam penyelidikan saintifikperanan yang semakin penting. Kajian eksperimen dan teori dalam bidang aliran akustik dan peronggaan ultrasonik telah berjaya dijalankan, yang membolehkan para saintis membangunkan proses teknologi yang berlaku apabila terdedah kepada ultrasound dalam fasa cecair. Ia adalah kaedah yang berkuasa untuk mengkaji pelbagai fenomena dalam bidang pengetahuan seperti fizik. Ultrasound digunakan, sebagai contoh, dalam fizik semikonduktor dan keadaan pepejal. Hari ini, cabang kimia yang berasingan sedang dibentuk, dipanggil "kimia ultrasonik". Aplikasinya membolehkan mempercepatkan banyak proses kimia-teknologi. Akustik molekul juga dilahirkan - cabang akustik baharu yang mengkaji interaksi molekul gelombang bunyi dengan jirim. Bidang baharu penggunaan ultrasound telah muncul: holografi, introskopi, akustoelektronik, pengukuran fasa ultrasonik, akustik kuantum.
Selain kerja eksperimen dan teori dalam bidang ini, banyak kerja praktikal telah dilakukan hari ini. Mesin ultrasonik khas dan universal, pemasangan yang beroperasi di bawah tekanan statik yang meningkat, dsb. telah dibangunkan. Pemasangan ultrasonik automatik yang termasuk dalam barisan pengeluaran telah diperkenalkan ke dalam pengeluaran, yang boleh meningkatkan produktiviti buruh dengan ketara.
Lagi tentang ultrasound
Mari kita bercakap lebih lanjut tentang apa itu ultrasound. Kami telah mengatakan bahawa ini adalah gelombang anjal dan ayunan. Kekerapan ultrasound adalah lebih daripada 15-20 kHz. Sifat subjektif pendengaran kita menentukan had bawah frekuensi ultrasonik, yangmemisahkannya daripada frekuensi bunyi yang boleh didengar. Sempadan ini, oleh itu, adalah bersyarat, dan setiap daripada kita secara berbeza mentakrifkan apa itu ultrasound. Had atas ditunjukkan oleh gelombang elastik, sifat fizikalnya. Mereka merambat hanya dalam medium bahan, iaitu, panjang gelombang mestilah jauh lebih besar daripada laluan bebas purata molekul yang terdapat dalam gas atau jarak interatomik dalam pepejal dan cecair. Pada tekanan normal dalam gas, had atas frekuensi ultrasonik ialah 109 Hz, dan dalam pepejal dan cecair - 1012-10 13 Hz.
Sumber ultrasonik
Ultrasound ditemui di alam semula jadi sebagai komponen banyak bunyi semula jadi (air terjun, angin, hujan, batu kerikil yang digulung oleh ombak, serta dalam bunyi yang mengiringi ribut petir, dll.), dan sebagai sebahagian daripada dunia haiwan. Sesetengah spesies haiwan menggunakannya untuk orientasi di angkasa, pengesanan halangan. Ia juga diketahui bahawa ikan lumba-lumba menggunakan ultrasound secara semula jadi (terutamanya frekuensi dari 80 hingga 100 kHz). Dalam kes ini, kuasa isyarat lokasi yang dipancarkan oleh mereka boleh menjadi sangat besar. Ikan lumba-lumba diketahui boleh mengesan kumpulan ikan sehingga satu kilometer jauhnya.
Pemancar (sumber) ultrasound dibahagikan kepada 2 kumpulan besar. Yang pertama ialah penjana, di mana ayunan teruja kerana kehadiran halangan di dalamnya dipasang di laluan aliran berterusan - jet cecair atau gas. Kumpulan kedua di mana sumber ultrasound boleh digabungkan ialahtransduser elektro-akustik yang menukar turun naik yang diberikan dalam arus atau voltan elektrik kepada getaran mekanikal yang dibuat oleh jasad pepejal yang memancarkan gelombang akustik ke persekitaran.
Penerima ultrabunyi
Pada frekuensi sederhana dan rendah, penerima ultrasonik selalunya merupakan transduser elektroakustik jenis piezoelektrik. Mereka boleh menghasilkan semula bentuk isyarat akustik yang diterima, diwakili sebagai pergantungan masa tekanan bunyi. Peranti boleh sama ada jalur lebar atau resonan, bergantung pada keadaan aplikasi yang dimaksudkan untuknya. Penerima terma digunakan untuk mendapatkan ciri medan bunyi purata masa. Ia adalah termistor atau termokopel yang disalut dengan bahan penyerap bunyi. Tekanan dan keamatan bunyi juga boleh dianggarkan dengan kaedah optik, seperti pembelauan cahaya oleh ultrasound.
Di manakah ultrasound digunakan?
Terdapat banyak bidang penggunaannya, sambil menggunakan ciri ultrasound yang berbeza. Kawasan ini secara kasar boleh dibahagikan kepada tiga kawasan. Yang pertama disambungkan dengan mendapatkan pelbagai maklumat melalui gelombang ultrasonik. Arah kedua ialah pengaruh aktifnya pada bahan. Dan yang ketiga disambungkan dengan penghantaran dan pemprosesan isyarat. AS julat frekuensi tertentu digunakan dalam setiap kes. Kami akan merangkumi hanya beberapa daripada banyak kawasan yang telah ditemuinya.
Pembersihan ultrasonik
Kualiti pembersihan ini tidak dapat dibandingkan dengan kaedah lain. Apabila membilas bahagian, contohnya, sehingga 80% bahan cemar kekal di permukaannya, kira-kira 55% - dengan pembersihan getaran, kira-kira 20% - dengan pembersihan manual, dan dengan pembersihan ultrasonik, tidak lebih daripada 0.5% daripada bahan cemar kekal. Butiran yang mempunyai bentuk yang kompleks boleh dibersihkan dengan baik hanya dengan bantuan ultrasound. Kelebihan penting penggunaannya ialah produktiviti yang tinggi, serta kos buruh fizikal yang rendah. Selain itu, anda boleh menggantikan pelarut organik yang mahal dan mudah terbakar dengan larutan akueus yang murah dan selamat, menggunakan freon cecair, dsb.
Masalah serius ialah pencemaran udara dengan jelaga, asap, habuk, oksida logam, dll. Anda boleh menggunakan kaedah ultrasonik untuk membersihkan udara dan gas dalam saluran keluar gas, tanpa mengira kelembapan dan suhu ambien. Jika pemancar ultrasonik diletakkan di dalam ruang pengendapan habuk, kecekapannya akan meningkat ratusan kali ganda. Apakah intipati penyucian seperti itu? Zarah-zarah habuk yang bergerak secara rawak di udara memukul antara satu sama lain dengan lebih kuat dan lebih kerap di bawah pengaruh getaran ultrasonik. Pada masa yang sama, saiz mereka meningkat kerana fakta bahawa mereka bergabung. Pembekuan ialah proses pembesaran zarah. Penapis khas menangkap gugusan berwajaran dan diperbesarkan.
Pemesinan bahan rapuh dan sangat keras
Jika anda memasuki antara bahan kerja dan permukaan kerja alat menggunakan ultrabunyi, bahan pelelas, maka zarah pelelas semasa operasipemancar akan menjejaskan permukaan bahagian ini. Dalam kes ini, bahan dimusnahkan dan dikeluarkan, tertakluk kepada pemprosesan di bawah tindakan pelbagai kesan mikro terarah. Kinematik pemprosesan terdiri daripada pergerakan utama - pemotongan, iaitu, getaran membujur yang dibuat oleh alat, dan tambahan - pergerakan suapan yang dilakukan oleh mesin.
Ultrasound boleh melakukan pelbagai kerja. Untuk butiran kasar, sumber tenaga adalah getaran membujur. Mereka memusnahkan bahan yang diproses. Pergerakan suapan (bantu) boleh berbentuk bulat, melintang dan membujur. Pemprosesan ultrasonik lebih tepat. Bergantung pada saiz butiran pelelas, ia berkisar antara 50 hingga 1 mikron. Menggunakan alat pelbagai bentuk, anda boleh membuat bukan sahaja lubang, tetapi juga potongan kompleks, kapak melengkung, mengukir, mengisar, membuat matriks dan juga menggerudi berlian. Bahan yang digunakan sebagai pelelas - korundum, berlian, pasir kuarza, batu api.
Ultrasound dalam elektronik radio
Ultrasound dalam teknologi sering digunakan dalam bidang elektronik radio. Di kawasan ini, selalunya menjadi perlu untuk menangguhkan isyarat elektrik berbanding isyarat elektrik yang lain. Para saintis telah menemui penyelesaian yang baik dengan mencadangkan penggunaan talian kelewatan ultrasonik (pendek kata LZ). Tindakan mereka adalah berdasarkan fakta bahawa impuls elektrik ditukar menjadi getaran mekanikal ultrasonik. Bagaimana ia berlaku? Hakikatnya ialah kelajuan ultrasound jauh lebih rendah daripada yang dibangunkan oleh ayunan elektromagnet. nadivoltan selepas transformasi terbalik kepada getaran mekanikal elektrik akan ditangguhkan pada keluaran talian berbanding dengan nadi input.
Piezoelektrik dan transduser magnetostriktif digunakan untuk menukar getaran elektrik kepada mekanikal dan sebaliknya. LZ, masing-masing, dibahagikan kepada piezoelektrik dan magnetostriktif.
Ultrasound dalam perubatan
Jenis ultrasound yang berbeza digunakan untuk mempengaruhi organisma hidup. Dalam amalan perubatan, penggunaannya kini sangat popular. Ia berdasarkan kesan yang berlaku dalam tisu biologi apabila ultrasound melaluinya. Gelombang menyebabkan turun naik dalam zarah medium, yang mencipta sejenis micromassage tisu. Dan penyerapan ultrasound membawa kepada pemanasan tempatan mereka. Pada masa yang sama, transformasi fizikokimia tertentu berlaku dalam media biologi. Fenomena ini tidak menyebabkan kerosakan tidak dapat dipulihkan dalam kes intensiti bunyi yang sederhana. Mereka hanya meningkatkan metabolisme, dan oleh itu menyumbang kepada aktiviti penting badan yang terdedah kepada mereka. Fenomena sedemikian digunakan dalam terapi ultrasound.
Ultrasound dalam pembedahan
Ronggaan dan pemanasan yang kuat pada intensiti tinggi membawa kepada kemusnahan tisu. Kesan ini digunakan hari ini dalam pembedahan. Ultrasound terfokus digunakan untuk operasi pembedahan, yang membolehkan pemusnahan tempatan dalam struktur terdalam (contohnya, otak), tanpa merosakkan yang sekeliling. Ultrasound juga digunakan dalam pembedahanalat di mana hujung kerja kelihatan seperti fail, pisau bedah, jarum. Getaran yang dikenakan pada mereka memberikan kualiti baru kepada instrumen ini. Daya yang diperlukan dikurangkan dengan ketara, oleh itu, traumatisme operasi dikurangkan. Di samping itu, kesan analgesik dan hemostatik ditunjukkan. Kesan dengan instrumen tumpul menggunakan ultrasound digunakan untuk memusnahkan jenis neoplasma tertentu yang telah muncul di dalam badan.
Kesan pada tisu biologi dijalankan untuk memusnahkan mikroorganisma dan digunakan dalam proses pensterilan ubat-ubatan dan instrumen perubatan.
Penyelidikan organ dalaman
Terutamanya kita bercakap tentang kajian rongga perut. Untuk tujuan ini, alat khas digunakan. Ultrasound boleh digunakan untuk mencari dan mengenali pelbagai tisu dan anomali anatomi. Cabarannya selalunya seperti berikut: keganasan disyaki dan perlu dibezakan daripada lesi jinak atau berjangkit.
Ultrasound berguna dalam memeriksa hati dan untuk tugas lain, termasuk pengesanan halangan dan penyakit saluran hempedu, serta pemeriksaan pundi hempedu untuk mengesan kehadiran batu dan patologi lain di dalamnya. Di samping itu, ujian untuk sirosis dan penyakit hati jinak meresap lain boleh digunakan.
Dalam bidang ginekologi, terutamanya dalam analisis ovari dan rahim, penggunaan ultrasound adalah masa yang lamaarah utama di mana ia dijalankan terutamanya dengan jayanya. Selalunya, pembezaan formasi benigna dan malignan juga diperlukan di sini, yang biasanya memerlukan kontras terbaik dan resolusi spatial. Kesimpulan yang sama boleh berguna dalam kajian banyak organ dalaman lain.
Penggunaan ultrasound dalam pergigian
Ultrasound juga telah menemui jalan ke dalam bidang pergigian, di mana ia digunakan untuk membuang karang gigi. Ia membolehkan anda membuang plak dan batu dengan cepat, tanpa darah dan tanpa rasa sakit. Pada masa yang sama, mukosa mulut tidak cedera, dan "poket" rongga dibasmi kuman. Daripada kesakitan, pesakit mengalami sensasi kehangatan.
