Ce este ultrasunetele? Aplicarea ultrasunetelor în inginerie și medicină

Secolul 21 este epoca electronicii radio, atomul, cucerirea spațiului și ultrasunetele. Știința ecografică este relativ tânără astăzi. La sfârșitul secolului al XIX-lea PN Lebedev, un fiziolog rus, și-a desfășurat primele studii. După aceasta, mulți oameni de știință remarcabili au început să studieze ecografia.

Ce este ultrasunetele?

Ecografia este o mișcare de propagare a undelor, cum ar fi vibrația, care se realizează prin particule de mediu. Are caracteristici proprii, care diferă de sunetul intervalului audibil. Este relativ ușor să se obțină radiații direcționale în domeniul ultrasonic. În plus, este bine concentrat și, ca urmare a acestui fapt, crește intensitatea oscilațiilor. La propagarea în solide, lichide și gaze, ultrasunetele produc fenomene interesante care au găsit aplicații practice în multe domenii ale ingineriei și științei. Asta este ceea ce este ultrasunetele, rolul cărora este foarte mare în diferite sfere ale vieții de azi.

Rolul ultrasunetelor în știință și practică

Ecografia în ultimii ani a început să joace un rol din ce în ce mai important în cercetarea științifică. Au fost realizate cu succes cercetări experimentale și teoretice în domeniul cavităților acustice și a cavitării cu ultrasunete, care au permis oamenilor de știință să dezvolte procese tehnologice care apar atunci când sunt expuse la ultrasunete în faza lichidă. Este o metodă puternică de investigare a diferitelor fenomene într-un domeniu de cunoaștere ca fizica. Ecografia este utilizată, de exemplu, în fizica semiconductorilor și corpurilor solide. Astăzi se formează o ramură separată a chimiei, numită "chimie ultrasonică". Aplicarea sa ne permite să accelerăm multe procese chimico-tehnologice. Acustica moleculara, o noua sectiune de acustica, este de asemenea in curs de dezvoltare, care studiaza interactiunea moleculara cu materia undele sonore. Au apărut noi domenii de aplicare a ultrasunetelor: holografie, introscopie, acoustoelectronică, spectrometrie cu ultrasunete, acustică cuantică.

În plus față de munca experimentală și teoretică în acest domeniu, multe dintre cele practice au fost realizate astăzi. Și a dezvoltat mașini cu ultrasunete cu destinație specială, instalațiile care funcționează sub presiune statică ridicată, și altele. Introduse în producția de setări automate cu ultrasunete incluse în liniile de producție, care poate crește în mod semnificativ productivitatea.

Mai multe despre ultrasunete

Să vorbim în detaliu despre ceea ce este ultrasunetele. Am spus deja că acestea sunt valuri elastice și fluctuații. frecvență ultrasunetul este mai mare de 15-20 kHz. Proprietățile subiective ale auzului determină limita inferioară a frecvențelor ultrasonice, care îl separă de frecvența sunetului audibil. Această limită, prin urmare, este condiționată și fiecare dintre noi definește diferit ceea ce este ultrasunetele. Limita superioară este marcată de valuri elastice, natura lor fizică. Ele se propagă numai într-un mediu material, adică lungimea de undă trebuie să fie substanțial mai mare decât calea medie liberă a moleculelor existente în gaz sau distanțele interatomice în solide și lichide. La presiunea normală în gaze, limita superioară a frecvențelor UZ-10⁹ Hz, solide și lichide - 10¹²-10¹³ Hz.

Surse de ultrasunete

Ultrasunete natural găsit, de asemenea, ca și componente ale zgomotului naturale (cascada, vânt, ploaie și pietricele, role surf, precum și sunetele însoțitoare și deversări Chance t. D.), și ca parte integrantă a lumii animale. Ei folosesc un fel de animale pentru orientare în spațiu, detectarea obstacolelor. De asemenea, este cunoscut faptul că ecografiile în natură folosesc delfini (în principal frecvențe de la 80 la 100 kHz). Foarte mare în acest caz poate fi puterea semnalelor de locație radiată. Se știe că delfinii sunt capabili să detecteze peștii de pește aflați la o distanță de un kilometru de ei.

Radiatoarele (sursele) de ultrasunete sunt împărțite în 2 grupe mari. În primul rând - un generator în care oscilațiile sunt încântați datorită prezenței acestor obstacole, instalate pe calea fluxului constant - gaz sau jet de lichid. Al doilea grup, care pot fi combinate surse de ultrasunete, - traductoarele electroacustice care transformă curent sau tensiune predeterminată oscilație în oscilații mecanice comise corp solid care emit unde acustice în mediul înconjurător.

Receptoare cu ultrasunete

La medie și înaltă frecvențe joase ecografele sunt cel mai adesea traductoare electroacustice de tip piezoelectric. Ele pot reproduce forma semnalului acustic primit, prezentat ca o dependență de timp a presiunii acustice. Dispozitivele pot fi în bandă largă sau în rezonanță, în funcție de condițiile pentru care sunt destinate. Receptoarele termice sunt utilizate pentru a obține caracteristicile câmpului de sunet medie în timp. Acestea sunt termistori sau termocupluri acoperite cu material de absorbție a sunetului. Presiunea sonoră și intensitatea pot fi de asemenea evaluate prin metode optice, cum ar fi difracția luminii prin ultrasunete.

Unde se utilizează ultrasunetele?

Există multe domenii ale aplicării sale, în timp ce se utilizează caracteristici diferite ale ultrasunetelor. Aceste sfere pot fi împărțite condiționat în trei direcții. Primul dintre acestea este legat de obținerea prin intermediul undelor ultrasonice a diferitelor informații. A doua direcție este influența sa activă asupra substanței. Și a treia este legată de transmisia și prelucrarea semnalelor. Ecografia frecvență este utilizat în fiecare caz specific. Vom vorbi doar despre câteva dintre domeniile în care și-a găsit aplicația.

Curățarea cu ultrasunete

Calitatea unei astfel de curățări nu poate fi comparată cu alte metode. Când clătirea elemente, de exemplu, pe suprafața acestora este păstrată până la 80% impurități, aproximativ 55% - în cazul curățării vibratorie, aproximativ 20% - în cazul manual și cu ultrasunete rămâne la nu mai mult de 0,5% impurități. Părțile care au o formă complexă pot fi curățate numai cu ultrasunete. Un avantaj important al utilizării sale este productivitatea ridicată, precum și costurile reduse ale muncii manuale. Mai mult decât atât, este posibil să se înlocuiască solvenții organici scumpi și inflamabili cu soluții apoase ieftine și sigure, să se utilizeze freon lichid etc.

O problemă serioasă - poluarea aerului funingine, fum, praf, oxizi metalici, etc., pot fi utilizate o metodă de curățare cu ultrasunete a aerului și a gazelor la aerisire, indiferent de umiditate și temperatură ... Dacă radiatorul cu ultrasunete este amplasat într-o cameră de praf, eficiența acțiunii sale va crește de sute de ori. Care este esența unei astfel de curățiri? Dezintegratorii de praf care se deplasează în aer mai puternic și mai adesea lovit reciproc sub influența vibrațiilor cu ultrasunete. În acest caz, mărimea acestora crește datorită faptului că se îmbină. Coagularea este procesul de coagulare a particulelor. Filtrele speciale captează blocurile ponderate și mărite.

Prelucrarea mecanică a materialelor fragile și superhardice

Dacă introduceți între piesa de prelucrat și suprafața de lucru a unei scule folosind ultrasunete, material abraziv, particulele de abraziv vor funcționa pe suprafața acestei părți atunci când emițătorul funcționează. În același timp, materialul este distrus și îndepărtat, supus procesării sub acțiunea multor micro-impacturi direcționate. Cinematica tratament constă în principal de mișcare - instrument de tăiere, care se face de oscilație longitudinală și secundar - mișcarea hranei pentru animale, care poartă aparatul.

Ecografia poate face o varietate de lucruri. Pentru boabele abrazive, sursa de energie este oscilațiile longitudinale. De asemenea, distrug materialul care este procesat. Mișcarea de alimentare (auxiliară) poate fi circulară, transversală și longitudinală. Procesarea cu ultrasunete are o precizie mai mare. În funcție de granularitatea materialului abraziv, acesta este de 50 până la 1 micron. Folosind unelte de diferite forme, puteți face nu numai găuri, ci și decupaje complexe, axe curbate, gravură, șlefuire, fabricarea matricelor și chiar găurirea unui diamant. Utilizate ca materiale abrazive - corindon, diamant, nisip quartz, flint.

Ecografia electronică a radioului

Ecografia în inginerie este adesea folosită în domeniul electronicii radio. În acest domeniu, este adesea necesară întârzierea semnalului electric față de alții. Oamenii de stiinta au gasit o solutie de succes, sugerand folosirea liniilor de intarziere cu ultrasunete (abreviat - LZ). Acțiunea lor se bazează pe faptul că impulsurile electrice sunt transformate în ultrasunete vibrații mecanice. Cum se întâmplă acest lucru? Faptul este că viteza ultrasunetelor este mult mai mică decât cea dezvoltată oscilații electromagnetice. Impulsul de tensiune după conversia inversă la oscilațiile mecanice electrice va fi întârziat la linia de ieșire în raport cu impulsul de intrare.

Traductoarele piezoelectrice și magnetostrictive sunt utilizate pentru a converti oscilațiile electrice la cele mecanice și invers. LZ, respectiv, sunt împărțite în piezoelectrice și magnetostrictive.

Ecografia în medicină

Diferite tipuri de ultrasunete sunt folosite pentru a afecta organismele vii. În practica medicală, utilizarea sa este acum foarte populară. Se bazează pe efectele care apar în țesuturile biologice când ultrasunetele trec prin ele. Valurile produc vibrații ale particulelor mediului, ceea ce creează un fel de micromasaj de țesuturi. O absorbție a ultrasunetelor duce la încălzirea lor locală. În același timp, anumite transformări fizico-chimice au loc în mediile biologice. Aceste fenomene în cazul intensității moderate a sunetului de deteriorare ireversibilă nu provoacă. Ele îmbunătățesc doar metabolismul și contribuie astfel la activitatea vitală a organismului afectat de acesta. Astfel de fenomene sunt folosite în terapia cu ultrasunete.

Ultrasunete în chirurgie

Cavitația și încălzirea puternică la intensități mari duc la distrugerea țesuturilor. Acest efect este folosit astăzi în chirurgie. Ecografia focală este utilizată pentru operații chirurgicale, care permite distrugerea locală în structurile cele mai adânci (de exemplu, creierul) fără a afecta cele din jur. În chirurgie se folosesc și instrumente cu ultrasunete, în care capătul de lucru are forma unui fierăstrău, a unui bisturiu, a unui ac. Oscilațiile impuse acestora oferă calități noi acestor dispozitive. Efortul necesar este redus semnificativ, prin urmare, trauma operației scade. În plus, există un efect anestezic și hemostatic. Efectul unei scule blunt cu utilizarea de ultrasunete este folosit pentru a distruge apariția anumitor tipuri de neoplasme în organism.

Impactul asupra țesuturilor biologice este efectuat pentru distrugerea microorganismelor și este utilizat în sterilizarea medicamentelor și a instrumentelor medicale.

Investigarea organelor interne

Practic este vorba despre examinarea cavității abdominale. În acest scop, se utilizează un aparat special. Ecografia poate fi utilizată pentru localizarea și recunoașterea diferitelor anomalii ale țesuturilor și ale structurilor anatomice. Sarcina este adesea aceasta: există o suspiciune de prezență a unei educații maligne și este necesar să se distingă de formarea unui medicament benign sau infecțios.

Ultrasunete este utilă în studiul ficatului și pentru alte sarcini, care includ detectarea obstrucției și a bolilor biliare, precum și examinarea vezicii biliare pentru a detecta prezența în acesta a pietrelor și a altor patologii. Mai mult, poate fi aplicată ciroză cercetare și alte boli hepatice difuze benigne.

În domeniul ginecologiei, în principal în analiza ovarelor și a uterului, utilizarea ultrasunetelor este o lungă perioadă de timp direcția principală în care se desfășoară în mod deosebit cu succes. De multe ori, există, de asemenea, o nevoie de diferențiere a formărilor benigne și maligne, care de obicei necesită cel mai bun contrast și rezoluție spațială. Astfel de concluzii pot fi utile în studiul multor alte organe interne.

Aplicarea ultrasunetelor în stomatologie

Ecografia și-a găsit și aplicația în stomatologie, unde se utilizează pentru a îndepărta tartrul. Vă permite să îndepărtați rapid, fără sânge și fără durere placa și piatra. În acest caz, mucoasa orală nu este rănită, iar "buzunarele" cavității sunt dezinfectate. În loc de durere, pacientul are un sentiment de căldură.