Как получить ультразвуковую волну: Ультразвук. Методы получения и регистрации.

Содержание

Ультразвук. Методы получения и регистрации.

Ультразвуком называют упругие волны, частота колебания источника которых превышает 20 кГц и не слышимы человеческим ухом

Верхним пределом УЗ частот считают 106 — 107 кГц. Этот предел определяется межмолекулярными расстояниями и поэтому зависит, от агрегатного состояния вещества, в котором распространяется УЗ волна.

Источники и приемники акустических колебаний и ультразвука.

Ультразвук получается с помощью аппаратов, устройств создающих механические колебания ультразвуковых частот. В медицине используется ультразвук получаемый на основе явлений магнитострикции (при низких частотах) или обратного пьезоэлектрического эффекта (при высоких). Магнитострикциязаключается в изменении длины (удлинение и укорочение) ферромагнитного стержня, помещенного в высокочастотное магнитное поле, с частотой изменения направления поля.

Рис. 1. Магнитострикционный излучатель УЗ.

1 – волновод, 2 – концентратор звуковой волны, 3 – сердечник, 4 – обмотка магнитострикционного преобразователя, 5 – провода к генератору электрических колебаний.

Обратный пьезоэлектрический эффект заключается в изменении размера (удлинение и укорочение) кристаллической пластинки (кварц, сегнетова соль, титанат бария) под действием высокочастотного электрического поля (до 3 мГц).

Рис.2.Пьезоэлектрический излучатель УЗ

Существуют аэро- и гидроди-намические излучатели низкочастот-ного ультразвука.

Приемники УЗ — электроакустические преобразователи. К ним относятся в первую очередь пьезоэлектрические преобразователи, магнитострикционные, полупроводниковые , пьезополупроводниковые, электростатические и электродинамические приемники.

Термические приемники— для измерения интенсивности УЗ.

Физические основы действия ультразвуковых волн на вещество. Низкочастотный и высокочастотный ультразвук.

УЗ волна, как и звуковая, состоит из чередующихся участков сгущения и разрежения частиц среды. Скорости распространения звуковых и УЗ волн примерно одинаковы. Длина УЗ волн значительно меньше длины звуковых волн. В связи с этим УЗ волны от плоского источника распространяются направленным потоком (УЗ луч) и легко фокусируются. УЗ волна имеет значительно большую интенсивность, чем звуковая. Она может достигать порядка нескольких ватт на квадратный сантиметр, а при фокусировке волны в небольшом объеме среды — сотен и тысяч Вт/см3.

Например:Если I = 10 Вт/см3, то это в 10000 раз больше силы звука в воздухе от большого оркестра при его максимальном звучании (10-3 Вт/см2).

В зависимости от частоты принято делить ультразвук на 3 диапазона: низкой (1.5

.104 – 105 Гц), средней (105 – 107 Гц) и высокой (107 – 109 Гц) частоты.

Биологическое действие ультразвукаво многомопределяется частотой ультразвуковой волны,и различается для низкочастотных и высокочастотных ультразвуковых колебаний.

При распространении ультразвуковых колебаний в среде их интенсивность ослабевает (для многих сред обратно пропорционально квадрату расстояния от источника). Потеря энергии происходит вследствие поглощения ультразвуковых колебаний средой, и зависит от вязкости и теплопроводности среды. УЗ волны высокой частоты, порядка сотен килогерц, сильно поглощаются воздухом, иотражаются от поверхности раздела твердой или жидкой среды и газа.Поэтому контакт между источником УЗ и облучаемой средой не должен содержать воздушной прослойки.Из биологических среднаименьшее поглощение ультразвуковых волн характернодля жировых тканей. В мышечной ткани поглощение ультразвука вдвое выше, а в сером веществе мозга – в 2 раза больше, чем в белом. Поглощение ультразвука тканями существенно зависит от частоты ультразвуковых колебаний – растет с увеличением частоты. Поэтому низкочастотный ультразвук поглощается тканями слабее, чем высоко- и среднечастотный, а проникает на значительно большую глубину. В среднем, ультразвук частотой 22-44 кГц может проникать на глубину до 16-24 см, в то время как ультразвук частотой 800 кГц – на 7-9 см.

Распространение ультразвуковых колебаний в среде сопровождается возникновением ряда механических, физических( тепловых) и химических эффектов. К первичным физическим эффектам относят переменное движение частиц в направлении распространения ультразвука, на частицы действует переменное акустическое давление.

Для ультразвука большой интенсивности (~ 10 вт/см

2) амплитуды смещения частиц и амплитуды их скоростей относительно невелики, но чрезвычайно велика амплитуда ускорений. Амплитуда ускорений может в десятки тысяч и в сотни тысяч раз превосходить ускорение силы тяжести. Амплитуда давлений может иметь величину нескольких атмосфер.

Распространение ультразвука высокой мощности низкой и средней частоты сопровождается явлением, названным кавитацией. С увеличением частоты ультразвуковых колебаний вероятность возникновения кавитации резко уменьшается, в связи с этим высокочастотный ультразвук оказывается менее опасен для биологических объектов (используется в основном для ультразвуковой диагностики).

При распространении УЗ волн большой интенсивности в жидкости в местах разрежения происходит разрыв сплошности среды — возникает кавитационныйпузырек. Образующийся в фазе разрежения газовый пузырек довольно быстро захлопывается под влиянием последующего сжатия. Это явление называют

акустической кавитацией.Она довольно эффективно трансформирует относительно низкую среднюю плотность энергии звукового поля в высокую плотность энергии, концентрирующуюся в малых объемах внутри и вблизи от захлопывающегося пузырька. Этим обусловлена роль кавитации в возникновении целого ряда УЗ эффектов (возбуждение люминесценции, инициирование химических реакций, деградация полимеров и биомакромолекул, бактерицидное действие, разрушение животных и растительных клеток и их органелл и т.д.), наблюдаемых в интенсивных УЗ полях.

По современным представлениям механизм биологического действия ультразвука протекает по 3 путям:

1. поглощение УЗ на молекулярном уровне и превращение его энергии в тепло, вызывающее необратимые изменения;

2. рассеяние — процесс, зависящий от соотношения размера объекта и длины волны УЗ;

3. кавитация, приводящая к механическим разрывам в структурах, расщеплению молекул воды

(Н2О Н + ОН)с образованием реакционно-способных продуктов, которые взаимодействуют с веществами, входящими в состав клеточных оболочек или мембран.

Важно, что результатом кавитационных процессов являются нарушения структуры и полное разрушение структуры биологических объектов: нарушение структуры биомакромолекул ведет к нарушению или потере функции более крупных биообъектов – клеток, органов или организмов. Так, УЗ разрушает многие микроорганизмы, проявляя бактерицидное действие. Поскольку наблюдаемый биологический эффект есть результат взаимодействия физических и биологических факторов, наблюдается зависимость эффективности УЗ от структурных особенностей биологического объекта. Так, при действии УЗ на клетки преобладают механические изменения, а при действии на ткани – основным повреждающим фактором является тепловая энергия. В растворах макромолекул повреждающее действие определяется резонансными факторами и механическим стрессом, появляющимся в результате относительного перемещения молекул и среды, а также благодаря электрохимическим изменениям в самой среде.

Ультразвук. Основы теории распространения ультразвуковых волн

Механические волны с частотой колебания, большей 20 000 Гц, не воспринимаются человеком как звук. Из называют ультразвуковыми волнами или ультразвуком. Ультразвук сильно поглощается газами и во много раз слабее — твердыми веществами и жидкостями. Поэтому ультразвуковые волны могут распространяться на значительные расстояния только в твердых телах и жидкостях.

Так как энергия, которую переносят волны, пропорциональна плотности среды и квадрату частоты, то ультразвук может переносить энергию, намного большую, чем звуковые волны. Еще одно важное свойство ультразвука заключается в том, что сравнительно просто осуществляется его направленное излучение. Все это позволяет широко использовать ультразвук в технике.

Описанные свойства ультразвука используются в эхолоте — приборе для определения глубины моря (рис. 25.11). Корабль снабжают источником и приемником ультразвука определенной частоты. Источник отправляет кратковременные ультразвуковые импульсы, а приемник улавливает отраженные импульсы. Зная время между отправлением и приемом импульсов и скорость распространения ультразвука в воде, с помощью формулы (25.3) определяют глубину моря. Аналогично действует ультразвуковой локатор, которым пользуются для определения расстояния до препятствия на

пути корабля в горизонтальном направлении. При отсутствии таких препятствий ультразвуковые импульсы не возвращаются к кораблю.

Интересно, что некоторые животные, например летучие мыши, имеют органы, действующие по принципу ультразвукового локатора, что позволяет им хорошо ориентироваться в темноте. Совершенный ультразвуковой локатор имеют дельфины. —

При прохождении ультразвука через жидкость частицы жидкости приобретают большие ускорения и сильно воздействуют на различные тела, помещенные в жидкость. Это используют для ускорения самых различных технологических процессов (например, приготовления растворов, отмывки деталей, дубления кож и т. д.).

При интенсивных ультразвуковых колебаниях в жидкости ее частицы приобретают такие большие ускорения, что в жидкости образуются на короткое время разрывы (пустоты), которые резко захлопываются, создавая множество маленьких ударов, т. е. происходит кавитация. В таких условиях жидкость оказывает сильное дробящее действие, что используется для приготовления суспензий, состоящих из распыленных частиц твердого тела в жидкости, и эмульсий — взвесей мелких капелек одной жидкости в другой.

Ультразвук применяется для обнаружения дефектов в металлических деталях. В современной технике применение ультразвука столь обширно, что трудно даже перечислить все области его использования.

Заметим, что механические волны с частотой колебаний меньше 16 Гц называют инфразвуковыми волнами или инфразвуком. Они также не вызывают звуковых ощущений, Инфразвуковые волны возникают на море во время ураганов и землетрясений. Скорость распространения инфразвука в воде гораздо больше, чем скорость перемещения урагана или гигантских волн цунами, образующихся при землетрясении, Это позволяет некоторым морским животным, обладающим способностью воспринимать инфразвуковые волны, получать таким путем сигналы о приближающейся опасности.


Ультразвук — упругие колебания и волны, частоты которых превышают 15000-20000 гц. Теоретически верхняя граница ультразвуковых колебаний лежит в пределах гц, однако наивысшая полученная в настоящее время частота ультразвука составляет лишь 2 гц.

Первоначально У. и слышимые звуки различали по признаку восприятия или невосприятия их человеческим ухом; однако верхняя граница порога слышимости по частоте различных людей при нормальном слухе колеблется в очень широких пределах от 7000 до 18000 гц. Позднее было установлено что ультразвуковые колебания с частотами 30000-40000 гц. при известных условиях также могут восприниматься человеческим ухом (через механизм так называемой костной проводимости). Многие животные могут воспринимать У. до 80000 гц.

У. встречаются в природе; они содержатся в шуме ветра, водопада, морского прибоя. Некоторые насекомые (бабочки, цикады и др.) не только воспринимают У. но и излучают их. Летучие мыши, дельфины пользуются ультразвуковыми импульсами для локации препятствий. У. присутствуют также в шумах машин; иногда они могут достигать очень большой интенсивности. В частности, У. шумов, реактивных самолетов мог бы оказать вредное воздействие на слух и организм команды и пассажиров, если бы не принимались специальные меры для звукоизоляции.

Изучением У. занимались французский ученый Ф. Савар (1830), сделавшие первые попытки установить частотный порог слышимости человеческого уха, В. Вин (1903), П. Н. Лебедев и его школа, изучавшие поглощение У. в воздухе и разработавшие методику измерения давления звука в области У. Существенный вклад был сделан П. Ланжевеном, который, разрабатывая установку для ультразвуковой импульсной локации подводных лодок (1915-1917) решил ряд физических и технических задач. Следующим этапом были работы Р. Вуда (1927), который получил У. высокой интенсивности и исследовал его воздействие на вещество и на живые организмы. В 1928 году советский ученый С. Я. Соколов предложил применять У. для обнаружения дефектов в металлических изделиях и заготовках, положив этим начало столь широко развитой в настоящее время ультразвуковой дефектоскопией. 50-е гг. XX века характеризуются ростом различных практических применений У. Особняком стоит применение У. в медицинской терапии для лечения заболеваний перифирической нервной системы, абсцессов и так далее. При больших интенсивностях У. происходит разрушение живых клеток и ткани.

В следствии высокой частоты колебаний и, следовательно, малой длины волн У. легко заставить распространяться в виде направленных пучков, получивших название ультразвуковых лучей. Это позволяет применить У. для установления неоднородностей и дефектов внутри оптически не прозрачных (но пропускающих У.) сред, подобно тому, как это производится световыми лучами в оптически прозрачных средах. У. применяется также для гидролокации, а в последнее время в медицинской диагностики для обнаружения опухолевых образований, изучения движения участков сердечной мышцы и другое.

Техническое применение У. может быть разбита на две основные группы. К первой группе относятся приборы для контрольно-измерительных целей, а также установке для получения информации и осуществления связи. Во всех этих случаях применяется У. сравнительно небольшой интенсивности. Наиболее существенными в этой группе являются:

Измерение глубин;

Обнаружение кораблей и подводных лодок;

Промысловая разведка рыбы;

Измерение геометрических размеров;

Уровня жидкости;

Скорости потока жидкости и газа;

Контроль за ходом реакции и т. д.

Для применения второй группы характерна большая интенсивность У. со специальной целью вызвать желаемые изменения в среде, через которую он проходит. Относительная сложность и дороговизна ультразвуковой энергии в настоящее время ограничивает широкое применение У. в промышленности, впредь до разработки более простых и удобных источников У.

Пинемаскин Вадим, ученик 9 класса

В работе представлен наглядный материал к уроку в 9 классе по теме «Инфразвуки и ультразвуки»

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com


Подписи к слайдам:

Ультразвук и его применение.

Ультразвук Ультразвук — упругие колебания с частотой за пределом слышимости для человека. Обычно ультразвуковым диапазоном считают частоты выше 18 000 герц. Хотя о существовании ультразвука известно давно, его практическое использование достаточно молодо. В наше время ультразвук широко применяется в различных физических и технологических методах. Так, по скорости распространения звука в среде судят о её физических характеристиках. Измерения скорости на ультразвуковых частотах позволяет с весьма малыми погрешностями определять, например, адиабатические характеристики быстропротекающих процессов, значения удельной теплоемкости газов, упругие постоянные твердых тел.

Источники ультразвука Частота ультразвуковых колебаний, применяемых в промышленности и биологии, лежит в диапазоне порядка нескольких МГц. Такие колебания обычно создают с помощью пьезокерамических преобразователей из титанита бария. В тех случаях, когда основное значение имеет мощность ультразвуковых колебаний, обычно используются механические источники ультразвука. Первоначально все ультразвуковые волны получали механическим путем (камертоны, свистки, сирены). В природе УЗ встречается как в качестве компонентов многих естественных шумов (в шуме ветра, водопада, дождя, в шуме гальки, перекатываемой морским прибоем, в звуках, сопровождающих грозовые разряды, и т. д.), так и среди звуков животного мира. Некоторые животные пользуются ультразвуковыми волнами для обнаружения препятствий, ориентировки в пространстве. Излучатели ультразвука можно подразделить на две большие группы. К первой относятся излучатели-генераторы; колебания в них возбуждаются из-за наличия препятствий на пути постоянного потока — струи газа или жидкости. Вторая группа излучателей — электроакустические преобразователи; они преобразуют уже заданные колебания электрического напряжения или тока в механическое колебание твердого тела, которое и излучает в окружающую среду акустические волны.

Свисток Гальтона Первый ультразвуковой свисток сделал в 1883 году англичанин Гальтон. Ультразвук здесь создается подобно звуку высокого тона на острие ножа, когда на него попадает поток воздуха. Роль такого острия в свистке Гальтона играет «губа» в маленькой цилиндрической резонансной полости. Газ, пропускаемый под высоким давлением через полый цилиндр, ударяется об эту «губу»; возникают колебания, частота которых (она составляет около 170 кГц) определяется размерами сопла и губы. Мощность свистка Гальтона невелика. В основном его применяют для подачи команд при дрессировке собак и кошек.

Диагностическое применение ультразвука в медицине (УЗИ) Благодаря хорошему распространению ультразвука в мягких тканях человека, его относительной безвредности по сравнению с рентгеновскими лучами и простотой использования в сравнении с магнитно-резонансной томографией ультразвук широко применяется для визуализации состояния внутренних органов человека, особенно в брюшной полости и полости таза.

Терапевтическое применение ультразвука в медицине Помимо широкого использования в диагностических целях (Ультразвуковое исследование), ультразвук применяется в медицине как лечебное средство. Ультразвук обладает действием: противовоспалительным, рассасывающим анальгезирующим, спазмолитическим кавитационным усилением проницаемости кожи Фонофорез — сочетанный метод, при котором на ткани действуют ультразвуком и вводимыми с его помощью лечебными веществами (как медикаментами, так и природного происхождения). Проведение веществ под действием ультразвука обусловлено повышением проницаемости эпидермиса и кожных желез, клеточных мембран и стенок сосудов для веществ небольшой молекулярной массы, особенно — ионов минералов бишофита. Удобство ультрафонофореза медикаментов и природных веществ: лечебное вещество при введении ультразвуком не разрушается синергизм действия ультразвука и лечебного вещества Показания к ультрафонофорезу бишофита: остеоартроз, остеохондроз, артриты, бурситы, эпикондилиты, пяточная шпора, состояния после травм опорно-двигательного аппарата; Невриты, нейропатии, радикулиты, невралгии, травмы нервов. Наносится бишофит -гель и рабочей поверхностью излучателя проводится микро-массаж зоны воздействия. Методика лабильная, обычная для ультрафонофореза (при УФФ суставов, позвоночника интенсивность в области шейного отдела — 0,2-0,4 Вт/см2., в области грудного и поясничного отдела — 0,4-0,6 Вт/см2).

Резка металла с помощью ультразвука На обычных металлорежущих станках нельзя просверлить в металлической детали узкое отверстие сложной формы, например в виде пятиконечной звезды. С помощью ультразвука это возможно, магнитострикционный вибратор может просверлить отверстие любой формы. Ультразвуковое долото вполне заменяет фрезерный станок. При этом такое долото намного проще фрезерного станка и обрабатывать им металлические детали дешевле и быстрее, чем фрезерным станком. Ультразвуком можно даже делать винтовую нарезку в металлических деталях, в стекле, в рубине, в алмазе. Обычно резьба сначала делается в мягком металле, а потом уже деталь подвергают закалке. На ультразвуковом станке резьбу можно делать в уже закалённом металле и в самых твёрдых сплавах. То же и со штампами. Обычно штамп закаляют уже после его тщательной отделки. На ультразвуковом станке сложнейшую обработку производит абразив (наждак, корундовый порошок) в поле ультразвуковой волны. Беспрерывно колеблясь в поле ультразвука, частицы твёрдого порошка врезаются в обрабатываемый сплав и вырезают отверстие такой же формы, как и у долота.

Приготовление смесей с помощью ультразвука Широко применяется ультразвук для приготовления однородных смесей (гомогенизации). Еще в 1927 году американские ученые Лимус и Вуд обнаружили, что если две несмешивающиеся жидкости (например, масло и воду) слить в одну мензурку и подвергнуть облучению ультразвуком, то в мензурке образуется эмульсия, то есть мелкая взвесь масла в воде. Подобные эмульсии играют большую роль в промышленности: это лаки, краски, фармацевтические изделия, косметика.

Применение ультразвука в биологии Способность ультразвука разрывать оболочки клеток нашла применение в биологических исследованиях, например, при необходимости отделить клетку от ферментов. Ультразвук используется также для разрушения таких внутриклеточных структур, как митохондрии и хлоропласты с целью изучения взаимосвязи между их структурой и функциями. Другое применение ультразвука в биологии связано с его способностью вызывать мутации. Исследования, проведённые в Оксфорде, показали, что ультразвук даже малой интенсивности может повредить молекулу ДНК.[источник не указан 694 дня] Искусственное целенаправленное создание мутаций играет большую роль в селекции растений. Главное преимущество ультразвука перед другими мутагенами (рентгеновские лучи, ультрафиолетовые лучи) заключается в том, что с ним чрезвычайно легко работать.

Применение ультразвука для очистки Применение ультразвука для механической очистки основано на возникновении под его воздействием в жидкости различных нелинейных эффектов. К ним относится кавитация, акустические течения, звуковое давление. Основную роль играет кавитация. Её пузырьки, возникая и схлопываясь вблизи загрязнений, разрушают их. Этот эффект известен как кавитационная эрозия. Используемый для этих целей ультразвук имеет низкую частоты и повышенную мощность. В лабораторных и производственных условиях для мытья мелких деталей и посуды применяются ультразвуковые ванны заполоненные растворителем (вода, спирт и т. п.). Иногда с их помощью от частиц земли моют даже корнеплоды (картофель, морковь, свекла и др.). В быту, для стирки текстильных изделий, используют специальные, излучающие ультразвук устройства, помещаемые в отдельную ёмкость.

Применение ультразвука в эхолокации В рыбной промышленности применяют ультразвуковую эхолокацию для обнаружения косяков рыб. Ультразвуковые волны отражаются от косяков рыб и приходят в приёмник ультразвука раньше, чем ультразвуковая волна, отразившаяся от дна. В автомобилях применяются ультразвуковые парктроники.

Ультразвуковая сварка Ультразвуковая сварка — сварка давлением, осуществляемая при воздействии ультразвуковых колебаний. Такой вид сварки применяется для соединения деталей, нагрев которых затруднен, или при соединении разнородных металлов или металлов с прочными окисными пленками (алюминий, нержавеющие стали, магнитопроводы из пермаллоя и т. п.). Так ультразвуковая сварка применяется при производстве интегральных микросхем.

Ультразвук, влияние на организм человека

Защита от ультразвука включает в себя использование изолирующих корпусов и экранов, изоляцию излучающих установок, оборудование дистанционного управления, применение средств индивидуальной защиты.

Ультразвук — это область акустических колебаний в диапазоне от 18 кГц до 100МГц и выше. Ультразву́к — упругие колебания в среде с частотой за пределом слышимости человека. Обычно под ультразвуком понимают частоты выше 20 000 Герц. Хотя о существовании ультразвука известно давно, его практическое использование достаточно молодо. В наше время ультразвук широко применяется в различных физических и технологических методах. Так, по скорости распространения звука в среде судят о её физических характеристиках. Измерения скорости на ультразвуковых частотах позволяет с весьма малыми погрешностями определять, например, адиабатические характеристики быстропротекающих процессов, значения удельной теплоёмкости газов, упругие постоянные твёрдых тел.

Источником ультразвука является оборудование, в котором генерируются ультразвуковые колебания для выполнения технологических процессов, технического контроля и измерений промышленного, медицинского, бытового назначения, а также оборудования, при эксплуатации которого ультразвук возникает как сопутствующий фактор. По спектральным характеристикам ультразвуковых колебаний выделяют:

⇒ низкочастотный ультразвук — 16-63 кГц (указаны среднегеометрические частоты октавных полос), распространяющиеся воздушным и контактным путем,

⇒ среднечастотный ультразвук — 125-250 кГц;

⇒ высокочастотный ультразвук — 1.0-31,5 МГц, распространяющиеся только контактным путем.

По способу распространения ультразвуковых колебаний выделяют:

⇒ контактный способ — ультразвук распространяется при соприкосновении рук или других частей тела человека с источником ультразвука;

⇒ воздушный способ — ультразвук распространяется по воздуху.

Летучие мыши – одни из животных, которые используют эхолокацию для ориентации в пространстве. Они извлекают ультразвуковые волны с частотой от 40 до 100 кГц. В момент испускания этих волн мышцы в ушах летучих мышей закрывают ушные раковины для того, чтобы предотвратить повреждения слухового аппарата. Волны, извлеченные мышью, отражаются от препятствий, от насекомых и от других объектов. Мышь улавливает отраженные волны и оценивает, в каком направлении от неё находится препятствие или добыча.

Дельфины тоже используют эхолокацию. Они способны излучать и воспринимать ультразвуковые волны с частотой до 300 кГц. Благодаря этому, они могут исследовать пространство, обнаруживать препятствия, искать пищу, общаться друг с другом и даже выражать своё эмоциональное состояние.

Ультразвук

Ультразву́к — упругие колебания с частотой за пределом слышимости для человека. Обычно ультразвуковым диапазоном считают частоты выше 18 000 герц.

Хотя о существовании ультразвука известно давно, его практическое использование достаточно молодо. В наше время ультразвук широко применяется в различных физических и технологических методах. Так, по скорости распространения звука в среде судят о её физических характеристиках. Измерения скорости на ультразвуковых частотах позволяет с весьма малыми погрешностями определять, например, адиабатические характеристики быстропротекающих процессов, значения удельной теплоемкости газов, упругие постоянные твердых тел.

Источники ультразвука

Частота ультразвуковых колебаний, применяемых в промышленности и биологии, лежит в диапазоне порядка нескольких МГц . Такие колебания обычно создают с помощью пьезокерамических преобразователей из титанита бария. В тех случаях, когда основное значение имеет мощность ультразвуковых колебаний, обычно используются механические источники ультразвука. Первоначально все ультразвуковые волны получали механическим путем (камертоны, свистки, сирены).

В природе УЗ встречается как в качестве компонентов многих естественных шумов (в шуме ветра, водопада, дождя, в шуме гальки, перекатываемой морским прибоем, в звуках, сопровождающих грозовые разряды, и т. д.), так и среди звуков животного мира. Некоторые животные пользуются ультразвуковыми волнами для обнаружения препятствий, ориентировки в пространстве.

Излучатели ультразвука можно подразделить на две большие группы. К первой относятся излучатели-генераторы; колебания в них возбуждаются из-за наличия препятствий на пути постоянного потока — струи газа или жидкости. Вторая группа излучателей — электроакустические преобразователи; они преобразуют уже заданные колебания электрического напряжения или тока в механическое колебание твердого тела, которое и излучает в окружающую среду акустические волны.

Свисток Гальтона

Первый ультразвуковой свисток сделал в 1883 году англичанин Гальтон. Ультразвук здесь создается подобно звуку высокого тона на острие ножа, когда на него попадает поток воздуха. Роль такого острия в свистке Гальтона играет «губа» в маленькой цилиндрической резонансной полости. Газ, пропускаемый под высоким давлением через полый цилиндр, ударяется об эту «губу»; возникают колебания, частота которых (она составляет около 170 кГц) определяется размерами сопла и губы. Мощность свистка Гальтона невелика. В основном его применяют для подачи команд при дрессировке собак и кошек.

Жидкостный ультразвуковой свисток

Большинство ультразвуковых свистков можно приспособить для работы в жидкой среде. По сравнению с электрическими источниками ультразвука жидкостные ультразвуковые свистки маломощны, но иногда, например, для ультразвуковой гомогенизации, они обладают существенным преимуществом. Так как ультразвуковые волны возникают непосредственно в жидкой среде, то не происходит потери энергии ультразвуковых волн при переходе из одной среды в другую. Пожалуй, наиболее удачной является конструкция жидкостного ультразвукового свистка, изготовленного английскими учеными Коттелем и Гудменом в начале 50-х годов XX века. В нем поток жидкости под высоким давлением выходит из эллиптического сопла и направляется на стальную пластинку. Различные модификации этой конструкции получили довольно широкое распространение для получения однородных сред. Благодаря простоте и устойчивости своей конструкции (разрушается только колеблющаяся пластинка) такие системы долговечны и недороги.

Сирена

Другая разновидность механических источников ультразвука — сирена. Она обладает относительно большой мощностью и применяется в полицейских и пожарных машинах. Все ротационные сирены состоят из камеры, закрытой сверху диском (статором), в котором сделано большое количество отверстий. Столько же отверстий имеется и на вращающемся внутри камеры диске — роторе. При вращении ротора положение отверстий в нём периодически совпадает с положением отверстий на статоре. В камеру непрерывно подаётся сжатый воздух, который вырывается из неё в те короткие мгновения, когда отверстия на роторе и статоре совпадают.

Основная задача при изготовлении сирен — это во-первых- сделать как можно больше отверстий в роторе, во-вторых- достичь большой скорости его вращения. Однако практически выполнить оба эти требования очень трудно.

Ультразвук в природе

Применение ультразвука

Диагностическое применение ультразвука в медицине (УЗИ)

Благодаря хорошему распространению ультразвука в мягких тканях человека, его относительной безвредности по сравнению с рентгеновскими лучами и простотой использования в сравнении с магнитно-резонансной томографией ультразвук широко применяется для визуализации состояния внутренних органов человека, особенно в брюшной полости и полости таза .

Терапевтическое применение ультразвука в медицине

Помимо широкого использования в диагностических целях (см. Ультразвуковое исследование), ультразвук применяется в медицине как лечебное средство.

Ультразвук обладает действием:

  • противовоспалительным, рассасывающим
  • аналгезирующим, спазмолитическим
  • кавитационным усилением проницаемости кожи

Фонофорез — сочетанный метод, при котором на ткани действуют ультразвуком и вводимыми с его помощью лечебными веществами (как медикаментами, так и природного происхождения). Проведение веществ под действием ультразвука обусловлено повышением проницаемости эпидермиса и кожных желез, клеточных мембран и стенок сосудов для веществ небольшой молекулярной массы, особенно — ионов минералов бишофита . Удобство ультрафонофореза медикаментов и природных веществ:

  • лечебное вещество при введении ультразвуком не разрушается
  • синергизм действия ультразвука и лечебного вещества

Показания к ультрафонофорезу бишофита: остеоартроз , остеохондроз , артриты , бурситы , эпикондилиты, пяточная шпора , состояния после травм опорно-двигательного аппарата; Невриты, нейропатии, радикулиты, невралгии, травмы нервов.

Наносится бишофит-гель и рабочей поверхностью излучателя проводится микро-массаж зоны воздействия. Методика лабильная, обычная для ультрафонофореза (при УФФ суставов, позвоночника интенсивность в области шейного отдела — 0,2-0,4 Вт/см2., в области грудного и поясничного отдела — 0,4-0,6 Вт/см2).

Резка металла с помощью ультразвука

На обычных металлорежущих станках нельзя просверлить в металлической детали узкое отверстие сложной формы, например в виде пятиконечной звезды. С помощью ультразвука это возможно, магнитострикционный вибратор может просверлить отверстие любой формы. Ультразвуковое долото вполне заменяет фрезерный станок. При этом такое долото намного проще фрезерного станка и обрабатывать им металлические детали дешевле и быстрее, чем фрезерным станком.

Ультразвуком можно даже делать винтовую нарезку в металлических деталях, в стекле, в рубине, в алмазе. Обычно резьба сначала делается в мягком металле, а потом уже деталь подвергают закалке. На ультразвуковом станке резьбу можно делать в уже закалённом металле и в самых твёрдых сплавах. То же и со штампами. Обычно штамп закаляют уже после его тщательной отделки. На ультразвуковом станке сложнейшую обработку производит абразив (наждак, корундовый порошок) в поле ультразвуковой волны. Беспрерывно колеблясь в поле ультразвука, частицы твёрдого порошка врезаются в обрабатываемый сплав и вырезают отверстие такой же формы, как и у долота.

Приготовление смесей с помощью ультразвука

Широко применяется ультразвук для приготовления однородных смесей (гомогенизации). Еще в 1927 году американские ученые Лимус и Вуд обнаружили, что если две несмешивающиеся жидкости (например, масло и воду) слить в одну мензурку и подвергнуть облучению ультразвуком, то в мензурке образуется эмульсия, то есть мелкая взвесь масла в воде. Подобные эмульсии играют большую роль в промышленности: это лаки, краски, фармацевтические изделия, косметика.

Применение ультразвука в биологии

Способность ультразвука разрывать оболочки клеток нашла применение в биологических исследованиях, например, при необходимости отделить клетку от ферментов. Ультразвук используется также для разрушения таких внутриклеточных структур, как митохондрии и хлоропласты с целью изучения взаимосвязи между их структурой и функциями. Другое применение ультразвука в биологии связано с его способностью вызывать мутации. Исследования, проведённые в Оксфорде, показали, что ультразвук даже малой интенсивности может повредить молекулу ДНК. Искусственное целенаправленное создание мутаций играет большую роль в селекции растений. Главное преимущество ультразвука перед другими мутагенами (рентгеновские лучи, ультрафиолетовые лучи) заключается в том, что с ним чрезвычайно легко работать.

Применение ультразвука для очистки

Применение ультразвука для механической очистки основано на возникновении под его воздействием в жидкости различных нелинейных эффектов. К ним относится кавитация , акустические течения , звуковое давление . Основную роль играет кавитация. Её пузырьки, возникая и схлопываясь вблизи загрязнений, разрушают их. Этот эффект известен как кавитационная эрозия . Используемый для этих целей ультразвук имеет низкую частоты и повышенную мощность.

В лабораторных и производственных условиях для мытья мелких деталей и посуды применяются ультразвуковые ванны заполоненные растворителем (вода, спирт и т. п.). Иногда с их помощью от частиц земли моют даже корнеплоды (картофель, морковь, свекла и др.).

Применение ультразвука в расходометрии

Для контроля расхода и учета воды и теплоносителя с 60-х годов прошлого века в промышленности применяются ультразвуковые расходомеры .

Применение ультразвука в дефектоскопии

Ультразвук хорошо распространяется в некоторых материалах, что позволяет использовать его для ультразвуковой дефектоскопии изделий из этих материалов. В последнее время получает развитие направление ультразвуковой микроскопии, позволяющее исследовать подповерхностный слой материала с хорошей разрешающей способностью.

Ультразвуковая сварка

Ультразвуковая сварка — сварка давлением, осуществляемая при воздействии ультразвуковых колебаний. Такой вид сварки применяется для соединения деталей, нагрев которых затруднен, или при соединении разнородных металлов или металлов с прочными окисными пленками (алюминий, нержавеющие стали, магнитопроводы из пермаллоя и т. п.). Так ультразвуковая сварка применяется при производстве интегральных микросхем.

Применение ультразвука в гальванотехнике

Ультразвук применяют для интенсификации гальванических процессов и улучшения качества покрытий, получаемых электрохимическим способом.

Ультразвуковые волны в природе — Энциклопедия по машиностроению XXL

Ультразвуковые волны в природе  [c.573]

Ультразвуковые волны в природе,573  [c.722]

Инженеры получили техническое средство — ультразвук . Ультразвуковые волны в принципе не отличаются от слышимых звуковых волн, но имеют более высокую частоту. Колеблющаяся поверхность передает энергию колебаний воздуху, а воздух передает эту энергию в виде вынужденной волны. Когда волна достигает наших ушей, то мы воспринимаем ощущение звука, вызванного вибрирующей поверхностью, если частота колебаний лежит в пределах от 18 до 18 ООО Гц. Если вибраторы создают волны более высоких частот, то хотя их природа, в сущности, такая же, как и слышимых волн, мы не можем их слышать, и поэтому по аналогии они называются ультразвуковыми. Ультразвуковые волны обладают рядом замечательных свойств одно из них заключается в том, что они могут передавать существенно большую анергию из одной точки в другую по сравнению с обычными звуковыми волнами.  [c.123]


Исследованию распространения ультразвуковых волн в жидкостях посвящено большое количество работ [1, 129—132]. Теория, связывающая скорость распространения ультразвука в жидкостях с составом и строением молекул последних, отсутствует. Одновременно получили широкое распространение не имеющие теоретического обоснования эмпирические правила, как будто намечающие подобную связь. Вполне понятно поэтому желание исследователей увеличить экспериментальный материал о распространении звука в жидкостях и таким путём определить границы применимости эмпирически установленных закономерностей и попытаться установить их природу. Это обстоятельство является одной из причин обилия в литературе исследований скорости и поглощения звука в жидкостях. Большую роль при этом играло и то обстоятельство, что ультраакустические измерения методически просты и позволяют определять скорость и затухание звука в жидкостях, взятых в очень небольших количествах. Указанные измерения возможно производить практически при любых температурах, начиная от температур, близких к абсолютному нулю [133—135], и кончая критической температурой [4, 136, 137, 357].  [c.149]

Частота упругих волн, слышимых человеческим ухом, находится в пределах 16—2- 10 гц. Упругие колебания с частотой свыше 2 10 гц называются ультразвуком. По своей природе ультразвуковые волны не отличаются от слышимых звуковых волн. Но благодаря большим частотам, а следовательно, малым длинам волн они обладают рядом особенностей и создают своеобразный эффект на трущейся поверхности.  [c.60]

По своей природе ультразвуковые волны ничем не отличаются от звуковых волн. Однако благодаря большим частотам и, следовательно, малым длинам волн они обладают рядом особенностей. В настоящее время удаётся получать ультразвук с частотой колебаний до нескольких сот миллионов герц, что соответствует длине волны в воздухе см, т. е. величине такого же порядка, как длина световой волны.  [c.161]

Предложения осуществить при помощи ультразвука скрытую (неслышимую) связь в воздухе на расстояния порядка километра и более, направляя ультразвук острым пучком от излучателя в точку приема, продолжают поступать и в настоящее время. Они возникают, по-видимому, по той причине, что в популярной литературе часто говорится, что ультразвуковые волны большой частоты во многом ведут себя аналогично световым волнам, и недостаточно подчеркивается коренное ра личие между этими волнами. Такая аналогия наводит неподготовленного читателя на мысль, что ультразвук так же может распространяться на большие расстояния, как и свет, что совершенно неверно, ибо природа упругих волн совсем иная, чем природа света.  [c.194]


Для целей интроскопии могут быть использованы почти все виды проникающих излучений. С этой точки зрения можно считать, что в природе нет непрозрачных сред все они прозрачны для того или иного вида или спектра проникающих излучений. Металлы, например, хорошо пропускают электромагнитные волны очень короткой длины и ультразвуковые волны высокой частоты. Полупроводники и некоторые сплавы прозрачны для инфракрасных лучей. Бетон, кирпич и дерево, например, прозрачны для радиоволн и т. п. Выбор вида излучения ч его энергетического спектра зависит ог физических свойств исследуемой среды (материала).  [c.284]

К числу параметрических эффектов в широком смысле слова можно отнести и взаимодействия акустических волн с волнами иной природы, о которых коротко рассказывалось в гл. V, 4. Например, дифракция света на ультразвуке есть, по-существу, рассеяние света в среде, плотность которой изменена под действием ультразвуковой полны. Однако таких эффектов мы здесь рассматривать ие будем, а ограничимся случаем чисто акустической  [c.145]

Как уже отмечалось выше, ультразвук и звук — это волны одной природы. Поэтому все основные явления акустики наблюдаются и в ультразвуковой области частот.  [c.68]

Звук по своей физической сути является механической волной с продольным распространением. Для распространения ультразвука необходим материальный субстрат (вещество), при этом колебания передаются от одной субстратной единицы (частицы вещества) к другой, т. е. осуществляется перенос энергии. Имея волновую природу, звук в полной мере подчиняется всем тем законам, которые применимы к другим волновым процессам, например свету. Основными характеристиками ультразвуковой волны являются длина, амплитуда, частота, период, скорость.  [c.45]

Рассеяние обусловливается тем, что материал не является строго однородным. В нем имеются граничные поверхности, на которых звуковое сопротивление внезапно изменяется, поскольку там соприкасаются по сути два вещества с различной плотностью или скоростью звука. Такими неоднородностями могут быть, во-первых, просто посторонние включения, например неметаллические включения в поковках или поры. Во-вторых, ими Могут быть собственно дефекты материала — естественные или намеренно полученные, как пористость в материалах, изготовленных методами порошковой металлургии. Однако возможны и материалы, неоднородные по самой своей природе, например литейный чугун, который представляет собой конгломерат зерен феррита и графита, совершенно различных по своим упругим свойствам. В других случаях кристаллиты различной структуры и разного химического состава как бы пронизывают друг друга, как в латуни и сталях. Но даже если материал состоит только из кристаллов одного вида, он может быть неоднородным для ультразвуковых волн, если зерна расположены беспорядочно, поскольку отдельные кристаллы всегда имеют различные упругие свойства в различных направлениях, а следовательно, и разные скорости звука. Такие материалы называют анизотропными. Упругая анизотропия является обязательным свойством металлов только у разных металлов она проявляется более или менее резко.  [c.129]

Природа дефекта. В кованом и катаном металле наблюдаются следующие типы дефектов а—волосовины, б — внутренние трещины, в — ликвационная зона иг — поры. Поскольку в одном и том же образце могут быть два или более типов дефектов, желательно иметь возможность их различать. Дефекты типов а и б (внутренние трещины) обычно можно отличать от дефектов типов виг (ликвации и поры) по рассеиванию вдоль длины стержня или заготовки и по положению дефекта в сечении образца. Если образец имеет круглое сечение, то обычно его вращения уже достаточно для того, чтобы отличить трещину от ликвации, так как эхо обычно исчезает, когда ультразвуковые волны распространяются вдоль плоскости трещины. Вообще говоря, можно считать, что при наличии достаточного опыта в исследовании различных типов дефектов и при параллельном применении других методов определение природы дефекта становится возможным.  [c.284]


Для определения местоположения дефектов (раковин, трещин и других отклонений от однородности состава и структуры) при неразрушающих испытаниях могут использоваться различные волновые процессы. Классическими примерами волновых процессов являются процессы распространения ультразвуковых и электромагнитных волн в среде без затухания. При распространении тепловых колебаний и электромагнитных волн в проводящей среде имеет место столь большое затухание, что соответствующие процессы переноса энергии можно рассматривать как процессы диффузии. Поскольку описанные простые процессы переноса имеют много общего, удобно в дальнейшем относить их и те процессы, которые можно разложить на совокупность таких процессов, к одной группе общих по своей природе волнообразных процессов.  [c.332]

Вследствие малости длин волн ультразвук распространяется направленным пучком — своего рода лучом , и отражение его, воспринятое вибратором, может выдавать неразличимые в темноте или тумане предметы. Природа давно освоила этот принцип — летучие мыши прекрасно ориентируются в своих ночных полетах, благодаря ультразвуковой эхолокации.  [c.112]

Ультразвуковой способ обработки представляется в целом сложным комплексом процессов. Экспериментальные данные характеризуются непостоянством в основном из-за неопределенности концентрации абразива в зоне резания и в связи с большим числом действующих параметров. Не вызывает сомнения то, что основным фактором является разрушение материала ударами зерен абразива, так как без абразива эрозия едва заметна. Но в отношении природы сил, вызывающих движение зерен абразива и удары об обрабатываемую поверхность, существовало несколько гипотез. Такими действующими силами могли быть силы звукового поля и гидродинамических течений (звуковой ветер), ударные волны, возникающие при аннигиляции кавитационных пузырьков, а также механические удары торца инструмента по зерну. В последнем случае возможны три варианта 1) удар следует по зерну, лежащему на обрабатываемой поверхности 2) удар наносится зернами, взвешен-  [c.260]

Современные представления о природе взаимодействия света со звуком сложились под влиянием пионерских работ Л. И. Мандельштама и Л. Бриллюэна (см. [1]), которыми впервые было предсказано существование тонкой структуры рэлеевской линии рассеяния. Эти работы послужили стимулом к открытию в 1932 г. Дебаем и Сирсом и независимо от них Люка и Бикаром (см. [2J) явления дифракции света на ультразвуковых волнах в жидкости. С тех пор было опубликовано большое число как теоретических, так и экспериментальных работ (см. монографию [1] и обзоры [3— 5]), посвященных различным аспектам рассеяния света на звуке, в том числе и изучению с его помощью тепловых возбуждений в жидкостях и твердых телах. В результате этих исследований было получено много физически важных результатов. В частности, удалось экспериментально обнаружить сверхстоксово поглощение и дисперсию звука в жидкостях.  [c.339]

Радиационное давление свойственно всем волнам вообще, независимо от их природы и волны на поверхности жидкости, и звук, и свет давят на пре- пятствия. Экспериментальное доказательство сушест-увования светового давления, полученное русским Гф изиком П. Н. Лебедевым, явилось выдающимся .- кла дом в науку и принесло славу блестящего экспериментатора нашему соотечественнику. Его ученик А. Б. Альтберг, будучи еще студентом, построил первый звуковой радиометр и доказал существование радиационного давления звука. Чтобы почувствовать, насколько непросты были его опыты, проведенные в начале этого столетия, достаточно вдуматься в их условия. Молодой ученый экспериментировал со звуковыми волнами в воздухе длиной порядка 10 см, излучателем которых служила стеклянная трубка, возбуждаемая трением. Громкость звука, обеспечивающего снятие надежных показаний радиометра, была настолько велика, что исследователь мог проводить эксперимент, только закрыв слуховые проходы ушей стеклянными шариками. Вы будете ставить аналогичные опыты с ультразвуковыми волнами в воздухе, имеющими не меньшую интенсивность, но не будете  [c.109]

Прозрачность оказалась понятием относительным. Вероятно, абсолютно непрозрачных тел в природе вообще не существует. Так большинство диэлектриков, поглощая световые волны, прозрачны для радиоволн, гамма- и рентгеновских лучей. Металлы непрозрачны для электромагнитных волн (лишь очень жесткие рентгеновские и гамма-лучи проникают сквозь сравнительно небольшие толщи металла), но они обладают хорошей прозрачностью для ультразвуковых колебаний. Даже земной шар оказывается прозрачным для потока нейтрин.  [c.62]

Еслп усиление превосходит затухание упругих волн в кристалле, наступает самовозбуждение системы, сопровождающееся генерацией когерентных фононов. Увеличение мощности распространяющихся через образец акустич. импульсов в условиях АИР позволило обнаружить ряд новых явлений, имеющих место в когерентной оптике, — ультразвуковые спиновое ахо и самоиндуцироваиную прозрачность. Значительно большее время прохождения акустич. импульса через среду но сравнению с онтич. импульсом даёт возможность получить в этих случаях более точную информацию о механизмах взаимодействия волн ра-зл. природы со средой, При исследовании АПР в кристаллах с нараэлектрич. центрами обнаружено взаимодействие гиперзвука с нараэлектрич, центрами — модуляция диполь-дипольных связей.  [c.44]

Природа звука и ультразвука одна и та же, однако длина ультразвуковых волн значительно меньше. Малая длина волны позволяет посылать ультразвук в желаемом направлении узким пучком, подобно лучу света. Ультразвуковые волны проходят металлы большой толщины почти не осл бквая. Но они заметно теряют мощность, если на пути встречается хотя бы очень тонкая трещина. Эти свойства ультразвука и легли в основу создания ультразвуковых дефектоскопов.  [c.550]


К настоящему времени методы голографии легли в основу новых направлений исследования, представляющих значительный научный и прикладной интерес. Универсальность принципа голографической регистрации, основанного на общности явлений интерференции и дифракции для волновых процессов различной физической природы и различной частоты, открыла ранее недоступные возможности наблюдения этих процессов, связанные с реализацией голографии в рентгеновском, инфракрасном, радиоволновом диапазонах спектра электромагнитных колебаний, на ультразвуковых волнах, квазичастицах различной природы, а также на дебройлевских волнах частиц.  [c.7]

К нелинейным эффектам в известном смысле можно причислить и так называемое радиационное давление или давление ультразвукового излучения, которое, в частности, проявляется в виде постоянных пондеромоторных сил, действующих на препятствия, расположенные на пути распространения ультразвуковой волны. Давление ультразвуковою излучения существует и в свободном ультразвуковом поле в виде постоянной составляющей давления. Радиационное давление присуще любому волновому процессу независимо от его природы отю связано с изменением у препятствия величины переносимого волной импульса. Возникающие прп этом пондеромотор-ные силы малы известно, что для регистрации, например, давления света требуются весьма чувствительные приспособления. Давление ультразвукового излучения также является малой величиной по сравнению с амплитудой переменного давления в ультразвуковой волне. Тем не менее радиационный эффект следует непосредственно из линейных уравнений электродинамики и линеаризованных уравнений гидродинамики. Нелиней1юсть же точных уравнении гидродинамики приводит при расчете давления ультразвукового излучения к поправкам , соизмеримым с величиной эффекта, вычисленной в первом ириблпженни, в отличие от нелинейных поправок к другим акустическим параметрам, таким, например, как скорость звука, плотность энергии и т. д., в которые они входят в качестве величин второго и более высоких порядков малости. Эти сравнительно большие поправки к давлению ультразвукового излучения и представляют собой собственно нелинейный эффект. Отличие акустических  [c.104]

Ешё ученик П. Н. Лебедева Н. П. Неклепаев в 1910 г., занимаясь экспериментальной проверкой формулы для коэффициента поглощения, нашёл, что для воздуха при частоте 400 кгц поглощение примерно в 2 раза больше вычисленного по теоретической формуле. П. Н. Лебедев уже тогда указал на то, что при высоких частотах, когда длина ультразвуковых волн становится очень малой, следует принимать во внимание молекулярную природу газа.  [c.194]

В работе приводятся экспериментальные данные по комплексному исследованию скорости распространения и поглощения ультразвуковых волн, коэффициента сдвиговой вязкости в зависимости от р — — Т состояния к-пропанола и и-бутанола по изотермам, изобарам и изо- хорам. > I Полученные экспериментальные данные обсуждаются с целью выяснения природы вязко-стного механизма в ассоциированных жидкостях. Делается предположение, что в низкотемпературной области существования спиртов основную роль в вязкостном механизме играет реакция полимеризации. i Таблиц 4, библиогр, 7 назв.  [c.216]

Упругие волны —звук —принято делить на ик-фразвуковые с частотой до 20 Гц, звуковые, частота которых лежит в пределах от 20 Гц до 20 кГц, ультразвуковые с частотой от 20 кГц до 1000 МГц и гипер-звуковые, частота которых превышает 1000 Мгц ). Несмотря на то, что слышимый звук и ультразвук — это волны одной природы, для получения ультразвука заметной интенсивности необходимо применять специальные излучатели. Два типа излучателей — пьезоэлектрические и магнитострикционные—пользуются наибольшей популярностью в науке и технике. Поскольку магнитострикционные излучатели значительно более доступны, чем пьезоэлектрические, мы в дальнейшем и рекомендуем изготовление именно этого типа излучателей.  [c.7]

Ультразвуковые волны встречаются в природе и в обыденной жизни довольно часто и иногда имеют такую интенсивность, что отсутствие дополнительной нагрузки от них на человеческое ухо можно считать за счастье таков, например, шум от паровых гудков и турбин авиационных двигателей. Вращающийся шлифовальный круг при обработке деталей излучает кроме слышимого шума еще и интенсивные ультразвуковые волиы, причем в области высоких частот, используемых для испытаний материалов, а именно примерно от 100 кГц до 10 МГц и более.  [c.14]

Природа сейсмических границ , на которых происходит образование волн РЗ. Сопоставление экспериментальных данных с расчетными для толсто- и тонкослоистой моделей сред с однородными слоями показало, что при качественном сходстве часто отмечаются значительные количественные отличия. В частности, иногда отношения амплитуд обменных и продольных волн значительно превосходят расчетные величины. Вероятно, в этих случаях волны РЗ образуются на начке тонких слоев с различными параметрами V > нVs. Для изучения структуры таких пачек необходимо дальнейшее совершенствование методов ультразвукового каротажа (УЗК) в направлении получения детальных данных о скоростях поперечных волн, в том числе и в низкоскоростных разрезах.  [c.211]

Механизм ультразвуковой коагуляции аэрозолей весьма сложен, и неудивительно, что полная количественная теория этого явления отсутствует. В ультразвуковой волне частицы аэрозоля тем точнее следуют за колебаний уш среды, чем ниже частота колебаний, чем меньше масса и плотность частиц и чем выше вязкость газообразной фазы. Соотноишнпе в амплитудах колебаний частиц аэрозоля и газовой фазы в зависимости от размеров частиц аэрозоля изображено на рис. 144. Можно указать два основных фактора, вызывающих коагуляцию 1) силы притяжения осциллирующих частиц, имеющие гидродинамическую природу, и 2) увеличение вероятности соударений частиц. С. В. Горбачев и А. Б, Северн1.1Й [269 показали, что под действием акустического поля между капельками тумана возникают пондеромоторные силы, аналогичные тем, которые возникают между частицами в потоке. Действие этих сил будет способствовать коагуляции аэрозоля. Также способствовать коагуляции будет увеличение числа соударений между частицами, поскольку такие соударения практически всегда бывают неупругими и ведут к агрегации частиц.  [c.266]

Несколько важных работ было посвящено анализу природы дисперсии в композиционных материалах непосредственно с помощью ультразвукового метода. Ассай и др. [15 ] выявиди снижение фазовой скорости по частоте, предсказываемое различными теориями [134] для волн, распространяющихся вдоль углеродных и борных волокон, соединенных карбонизованным фенольным связующим. В неармированном карбонизованном фенольном связующем фазовая скорость не зависит от частоты до частот порядка 4 МГц, а наличие армирующих волокон при частоте 3 МГц вызывает изменение фазовой скорости порядка Aviv 0,20 (рис. 16).  [c.307]

Важным шагом в направлении к реальным представлениям о природе распыления жидкости акустическими колебаниями является теоретическое исследование механизма возбуждения капиллярных волн конечной амплитуды на поверхности жидкости в слое, выполненное Пескиным и Рако [19]. Наиболее обширное и методически обоснованное экспериментальное исследование процесса распыления жидкости в слое принадлежит Штамму и Польману [20, 21]. Как и Ланг, эти авторы полагают, что существование постоянного соотношения между средним диаметром капель аэрозоля D и длиной капиллярных волн служит веским доводом в пользу капиллярно-волновой гипотезы. По их мнению, кавитации в процессе распыления отводится негативная роль. В лаборатории Польмана создана экспериментальная ультразвуковая установка для изготовления высококачественных порошков из сравнительно легко-  [c.340]


В соответствии с полученным решением, даже при незначительном превышении амплитуды колебаний А порогового значения А амплитуда капиллярно-гравитационных волн должна экспоненциально нарастать. Это заканчивается разрушением гребней вследствие неустойчивости с образованием капель жидкости. На самом деле образование капель происходит при значительно больших амплитудах колебаний поверхности жидкости. Так, в области инфразвуковых частот (от 10 до 30 гц) капли начинают отделяться при А > тА (т=7—8) [13] в области ультразвуковых частот (от 10 до 1500 кгц) капли начинают отделяться уже при т=4 [14]. Чтобы объяснить наблюдаемую аномальную устойчивость капиллярных волн при А > А , Эйзенменгер ввел в декремент затухания член-8, зависящий от амплитуды капиллярных волн а, а именно (с — коэффициент, зависящий от частоты, температуры и природы жидкости). В результате выражение для декремента затухания капиллярных волн приобрело вид  [c.369]

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ — Студопедия

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗВУКА В МЕДИЦИНЕ.

ПОНЯТИЕ ПРО АУДИОМЕТРИЮ.

Аудиометрия – комплекс методов измерения остроты слуха путём анализа восприятия человеком стандартных по частоте и интенсивности звуков.

Наиболее часто проводиться с помощью прибора аудиометра. Основной частью аудиометра является генератор гармонических колебаний – электронный прибор, который производит электрические колебания звуковой частоты (от 16-20000Гц). На приборе есть регуляторы частоты и амплитуды колебаний.

В динамике электрические колебания преобразуются в механические (частота их будет такой же, как у электрических колебаний, а интенсивность волны будет зависеть от амплитуды электрических колебаний) и подаются через наушники к пациенту.

Врач задаёт определённую частоту колебаний и, плавно изменяет на этой частоте интенсивность звуковой волны, начиная с минимальной. Пациент должен подать знак, когда звуковые колебания станут слышимыми. Так определяется порог слышимости для данной частоты.

Те же действия выполняются врачом и пациентом и на других частотах. После этого – строят аудиограмму – кривую, отражающую пороги слышимости на различных частотах и сравнивают её с нормальной аудиограммой – результатом статистического исследования остроты слуха выборки здоровых людей.

Модификации методики позволяют выявить, в каком отделе слухового анализатора возникли нарушения (барабанная перепонка, нарушение подвижности слуховых кусточек среднего уха, рецепторы в слуховой улитке внутреннего уха, слуховой нерв или кора больших полушарий мозга) и назначить адекватное лечение.

Аудиометрию проводят также другими способами (исследование с помощью камертонов, шёпотной речью и т.д.)

Другие звуковые методы в медицине – аускультация, перкуссия, електрофонокардиография, где звук – является источником информации о состоянии и работе внутренних органов.

Ультразвук –упругая механическая продольная волна, частота которой превышает 20000Гц. В медицине применяется УЗ частотой 1-1,5МГц.

Ультразвуковая волна вследствие высокой её частоты распространяется в виде лучей (из-за малой длины УЗ-волны можно пренебречь её волновыми свойствами). Такие лучи можно сфокусировать с помощью специальных акустических линз и достигнуть, таким образом, большой интенсивности УЗ-волны. Кроме того, поскольку интенсивность волны пропорциональна квадрату частоты и амплитуды колебаний, то высокая частота УЗ-волны даже при малых её амплитудах предопределяет возможность получения УЗ-волн большой интенсивности.

Способы получения ультразвука:

1. магнитострикционный (получают ультразвук до 200кГц). Магнитострикция – это изменение формы и объёма ферромагнетика (железо, его сплавы с никелем) при помещении его в переменное магнитное поле. Переменное магнитное поле – это поле, вектор магнитной индукции которого изменяется во времени по гармоническому закону, т.е. изменение указанного параметра характеризуется определённой частотой. Это поле действует как вынуждающая сила, заставляющая стержень из железа сжиматься и растягиваться в зависимости от изменения величины магнитной индукции во времени. Частота сжатий и растяжений будет определяться частотой переменного магнитного поля. При этом в воздухе у концов стержня возникают деформации сжатия, которые распространяются в виде УЗ – волн.


Увеличения амплитуды УЗ-волн добиваются путём подбора такой частоты переменного магнитного поля, при которой наблюдается резонанс между собственными и вынужденными колебаниями стержня.

2. обратный пьезоэлектрический эффект (получают ультразвук более 200кГц). Пьезоэлектрики – вещества кристаллического строения, имеющие пьезоэлектрическую ось, то есть направление, в котором они легко деформируются (кварц, сегнетова соль, титанат бария и др.) Когда такие вещества помещают в переменное электрическое поле (по гармоническому закону колеблется напряжённость электрического поля), пьезоэлектрики начинают сжиматься и растягиваться вдоль пьезоэлектрической оси с частотой переменного электрического поля. При этом вокруг кристалла возникают механические возмущения – деформации сжатия и разряжения, которые распространяются в виде УЗ-волн. В достижении нужной амплитуды играют роль резонансные явления.


Эффект назван обратным, поскольку исторически раньше был открыт прямой пьезоэлектрический эффект – явление возникновения переменного электрического поля при деформации пьезоэлектриков.

Наличие прямого и обратного пьезоэлектрического эффекта очень важно для работы УЗ- диагностических приборов. Для того чтобы направить УЗ-волну на тело пациента, необходимо получить её, что делают с помощью обратного пьезоэлектрического эффекта. Для того чтобы зарегистрировать и визуализировать отражённую УЗ-волну, необходимо её превратить в электрическое поле, чего достигают с помощью прямого пьезоэлектрического эффекта.

Особенности распространения УЗ-волн:

1). В однородной среде. При прохождении УЗ-волны интенсивностью I через слой вещества шириной её интенсивность уменьшается и становится равной , где — начальная интенсивность УЗ-волны; — интенсивность волны после прохождения через слой вещества, — ширина слоя вещества, — коэффициент угасания волны.

Угасание УЗ-волны вызвано двумя процессами: рассеянием энергии в тканях (связано с клеточной неоднородностью органов) и её поглощением (связано с макромолекулярной структурой тканей). Значение коэффициента угасания – важный диагностический признак. Так, печень имеет малый коэффициент угасания УЗ-волн вследствие малого коэффициента рассеяния. При циррозе эта величина резко возрастает.

Поглощение тканями УЗ-волн – основа диагностики состояния внутренних органов по принципу трансмиссии – анализа интенсивности волны, прошедшей через тело пациента, и применения УЗ в терапии и хирургии.

2). На границе двух сред. При попадании УЗ-волны интенсивностью на границу раздела сред происходит отражение волны и поглощение волны.

Часть энергии, которая будет заключена в отражённой волне, зависит от соотношения акустических сопротивлений сред. Так на границе тело пациента- воздух отражается почти 100% энергии. Поэтому, чтобы УЗ-волна попала в тело пациента применяют специальные гели (цель — уменьшить перепад акустического сопротивления сред).

Отражение УЗ волны от неоднородностей и границ внутренних органов – основа диагностики их состояния по принципу эхолокации – анализа интенсивности отражённой УЗ — волны. УЗ – волна, направленная на тело пациента, называется зондирующим сигналом, а отражённая УЗ-волна – эхосигналом.

Отражение УЗ-волн также зависит от размера отражающих структур:

— если размер отражающих структур сопоставим с длинной УЗ-волны, то будет происходить дифракция волн, т.е. огибание волной структуры с последующим рассеянием энергии в тканях и формированием УЗ-тени. Это ограничивает разрешающую способность УЗ-диагностики;

— если размер отражающих структур больше длины УЗ-волны, то последняя будет отражаться, причём интенсивность эхосигнала будет зависеть от направления зондирующего сигнала, формы и размера отражающих структур. Существуют так называемые зеркальные структуры, амплитуда эхосигналов от которых имеет самые большие значения (кровеносные сосуды, полости, границы органов и тканей).

В целом, однако, интенсивность эхосигналов очень невелика, что требует для их регистрации очень чувствительной аппаратуры, но, с другой стороны, определяет проникновение УЗ-волн в более глубоколежащие внутренние структуры и способствует их визуализации.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗВУКА В МЕДИЦИНЕ.

ПОНЯТИЕ ПРО АУДИОМЕТРИЮ.

Аудиометрия – комплекс методов измерения остроты слуха путём анализа восприятия человеком стандартных по частоте и интенсивности звуков.

Наиболее часто проводиться с помощью прибора аудиометра. Основной частью аудиометра является генератор гармонических колебаний – электронный прибор, который производит электрические колебания звуковой частоты (от 16-20000Гц). На приборе есть регуляторы частоты и амплитуды колебаний.

В динамике электрические колебания преобразуются в механические (частота их будет такой же, как у электрических колебаний, а интенсивность волны будет зависеть от амплитуды электрических колебаний) и подаются через наушники к пациенту.

Врач задаёт определённую частоту колебаний и, плавно изменяет на этой частоте интенсивность звуковой волны, начиная с минимальной. Пациент должен подать знак, когда звуковые колебания станут слышимыми. Так определяется порог слышимости для данной частоты.

Те же действия выполняются врачом и пациентом и на других частотах. После этого – строят аудиограмму – кривую, отражающую пороги слышимости на различных частотах и сравнивают её с нормальной аудиограммой – результатом статистического исследования остроты слуха выборки здоровых людей.

Модификации методики позволяют выявить, в каком отделе слухового анализатора возникли нарушения (барабанная перепонка, нарушение подвижности слуховых кусточек среднего уха, рецепторы в слуховой улитке внутреннего уха, слуховой нерв или кора больших полушарий мозга) и назначить адекватное лечение.

Аудиометрию проводят также другими способами (исследование с помощью камертонов, шёпотной речью и т.д.)

Другие звуковые методы в медицине – аускультация, перкуссия, електрофонокардиография, где звук – является источником информации о состоянии и работе внутренних органов.

Ультразвук –упругая механическая продольная волна, частота которой превышает 20000Гц. В медицине применяется УЗ частотой 1-1,5МГц.

Ультразвуковая волна вследствие высокой её частоты распространяется в виде лучей (из-за малой длины УЗ-волны можно пренебречь её волновыми свойствами). Такие лучи можно сфокусировать с помощью специальных акустических линз и достигнуть, таким образом, большой интенсивности УЗ-волны. Кроме того, поскольку интенсивность волны пропорциональна квадрату частоты и амплитуды колебаний, то высокая частота УЗ-волны даже при малых её амплитудах предопределяет возможность получения УЗ-волн большой интенсивности.

Способы получения ультразвука:

1. магнитострикционный (получают ультразвук до 200кГц). Магнитострикция – это изменение формы и объёма ферромагнетика (железо, его сплавы с никелем) при помещении его в переменное магнитное поле. Переменное магнитное поле – это поле, вектор магнитной индукции которого изменяется во времени по гармоническому закону, т.е. изменение указанного параметра характеризуется определённой частотой. Это поле действует как вынуждающая сила, заставляющая стержень из железа сжиматься и растягиваться в зависимости от изменения величины магнитной индукции во времени. Частота сжатий и растяжений будет определяться частотой переменного магнитного поля. При этом в воздухе у концов стержня возникают деформации сжатия, которые распространяются в виде УЗ – волн.

Увеличения амплитуды УЗ-волн добиваются путём подбора такой частоты переменного магнитного поля, при которой наблюдается резонанс между собственными и вынужденными колебаниями стержня.

2. обратный пьезоэлектрический эффект (получают ультразвук более 200кГц). Пьезоэлектрики – вещества кристаллического строения, имеющие пьезоэлектрическую ось, то есть направление, в котором они легко деформируются (кварц, сегнетова соль, титанат бария и др.) Когда такие вещества помещают в переменное электрическое поле (по гармоническому закону колеблется напряжённость электрического поля), пьезоэлектрики начинают сжиматься и растягиваться вдоль пьезоэлектрической оси с частотой переменного электрического поля. При этом вокруг кристалла возникают механические возмущения – деформации сжатия и разряжения, которые распространяются в виде УЗ-волн. В достижении нужной амплитуды играют роль резонансные явления.

Эффект назван обратным, поскольку исторически раньше был открыт прямой пьезоэлектрический эффект – явление возникновения переменного электрического поля при деформации пьезоэлектриков.

Наличие прямого и обратного пьезоэлектрического эффекта очень важно для работы УЗ- диагностических приборов. Для того чтобы направить УЗ-волну на тело пациента, необходимо получить её, что делают с помощью обратного пьезоэлектрического эффекта. Для того чтобы зарегистрировать и визуализировать отражённую УЗ-волну, необходимо её превратить в электрическое поле, чего достигают с помощью прямого пьезоэлектрического эффекта.

Особенности распространения УЗ-волн:

1). В однородной среде. При прохождении УЗ-волны интенсивностью I через слой вещества шириной её интенсивность уменьшается и становится равной , где — начальная интенсивность УЗ-волны; — интенсивность волны после прохождения через слой вещества, — ширина слоя вещества, — коэффициент угасания волны.

Угасание УЗ-волны вызвано двумя процессами: рассеянием энергии в тканях (связано с клеточной неоднородностью органов) и её поглощением (связано с макромолекулярной структурой тканей). Значение коэффициента угасания – важный диагностический признак. Так, печень имеет малый коэффициент угасания УЗ-волн вследствие малого коэффициента рассеяния. При циррозе эта величина резко возрастает.

Поглощение тканями УЗ-волн – основа диагностики состояния внутренних органов по принципу трансмиссии – анализа интенсивности волны, прошедшей через тело пациента, и применения УЗ в терапии и хирургии.

2). На границе двух сред. При попадании УЗ-волны интенсивностью на границу раздела сред происходит отражение волны и поглощение волны.

Часть энергии, которая будет заключена в отражённой волне, зависит от соотношения акустических сопротивлений сред. Так на границе тело пациента- воздух отражается почти 100% энергии. Поэтому, чтобы УЗ-волна попала в тело пациента применяют специальные гели (цель — уменьшить перепад акустического сопротивления сред).

Отражение УЗ волны от неоднородностей и границ внутренних органов – основа диагностики их состояния по принципу эхолокации – анализа интенсивности отражённой УЗ — волны. УЗ – волна, направленная на тело пациента, называется зондирующим сигналом, а отражённая УЗ-волна – эхосигналом.

Отражение УЗ-волн также зависит от размера отражающих структур:

— если размер отражающих структур сопоставим с длинной УЗ-волны, то будет происходить дифракция волн, т.е. огибание волной структуры с последующим рассеянием энергии в тканях и формированием УЗ-тени. Это ограничивает разрешающую способность УЗ-диагностики;

— если размер отражающих структур больше длины УЗ-волны, то последняя будет отражаться, причём интенсивность эхосигнала будет зависеть от направления зондирующего сигнала, формы и размера отражающих структур. Существуют так называемые зеркальные структуры, амплитуда эхосигналов от которых имеет самые большие значения (кровеносные сосуды, полости, границы органов и тканей).

В целом, однако, интенсивность эхосигналов очень невелика, что требует для их регистрации очень чувствительной аппаратуры, но, с другой стороны, определяет проникновение УЗ-волн в более глубоколежащие внутренние структуры и способствует их визуализации.

Использование ультразвуковых волн в повседневной жизни

Когда мы говорим об ультразвуке, на самом деле это некая звуковая энергия, которую не слышит нормальное человеческое ухо. Частота ультразвуковых волн составляет 20000 герц. Животные обладают естественной способностью использовать его при излучении в виде волны в общественной и навигационной перспективе. Тем не менее, люди используют ультразвук, но не без технической помощи, и он используется во многих промышленных и медицинских целях.

Использование ультразвука в повседневной жизни

1. Поле общения

Немногие животные, такие как летучие мыши и лягушки, могут использовать ультразвук для общения друг с другом. Летучие мыши испускают высокочастотный звук короткой длины волны для навигации. Эти волны ударяют об окружающие и отскакивают, позволяя летучим мышам получить точную карту окружения. Эти летучие мыши легко общаются друг с другом благодаря ультразвуковым волнам.

2. Ультразвуковая чистка

Одним из многих применений ультразвуковых звуковых волн является ультразвуковая очистка . Это используется, чтобы избавиться от примесей от определенных устройств, которые поглощены в водном растворе. Такие материалы, как стекло, металлы и керамика, могут быть очищены с помощью этого, и в дополнение к этому ультразвуковые волны могут использоваться для удаления жира, масла и грязи. Ультразвуковые звуковые волны также используются в промышленности, чтобы избавиться от стружки и масла от оборудования и другого промышленного оборудования. Это также используется, чтобы избавиться от грязи и смазки от аппарата самолетов и автомобилей.

3. Ультразвуковая сварка

Ультразвуковые звуковые волны также используются для сварки пластмасс. Высокочастотные ультразвуковые колебания используются для сварки нескольких частей пластика. Однако этот процесс сварки очень хорошо запрограммирован и имеет время и частоту, уже запрограммированные в сварочном аппарате, и компьютер выполняет каждый шаг процесса сварки. (Наша сварочная продукция включает в себя: ультразвуковой сварочный генератор и ультразвуковой сварочный преобразователь )

Процесс сварки немного сложен для понимания. Его механизм основан на методе, в котором полу кусочек пластика располагается на постоянной наковальне, а другая часть помещается поверх него. После этого на удлинитель помещают звуковой сигнал, который соединен с преобразователем сварочного аппарата . Этот рупор затем используется для приложения быстрых, но низкоамплитудных ультразвуковых колебаний для сварки пластмассы. Ультразвуковые звуковые волны затем преобразуются в тепло из-за быстрых вибраций, которые приводят к сварке двух частей пластмассы вместе. Однако все еще очень рискованно использовать этот метод для сварки очень больших аппаратов, поскольку в процессе сварки выделяется огромное количество энергии.

4. Другое использование

В дополнение к вышеупомянутому использованию ультразвуковых волн, есть несколько других использованных также. Например, ультразвуковые детекторы движения используют одни и те же ультразвуковые волны при измерении расстояния. Эти детекторы движения выполняют свою работу, испуская ультразвуковые импульсы, а затем измеряют время по возвращении этих волн. Sonogrpahy это процесс, который используется для создания изображений внутренних органов тела. Этот процесс также использует ультразвуковые волны, чтобы сделать работу.

Ультразвуковые продукты, которые мы предлагаем

Английский Французский Испанский Итальянский Немецкий Португальский, Португалия Корейский Турецкий Хинди

Наука: Наука и техника: Lenta.ru

Физики из Лаборатории медицинского и промышленного ультразвука МГУ вместе с коллегами из Вашингтонского университета придумали новый способ дистанционного разрушения опухолей внутри тела человека с помощью крошечных пузырей. О своей работе ученые рассказали в статье, опубликованной в журнале IEEE Transactionson Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control.

Ультразвуковые волны применяются в методе, называемом гитотрипсией с кипением. В ходе этой процедуры происходит механическое разрушение опухолевой ткани, которое достигается за счет ее нагрева до высокой температуры. Однако диффузия тепла делает результат воздействия непредсказуемым и, что очень важно, с помощью УЗИ нельзя увидеть результат такого облучения, поэтому приходится использовать дорогостоящие магнитно-резонансные томографы. Кроме того, было неизвестно, как получить ультразвуковую волну с ударным фронтом необходимой амплитуды.

Ученые установили, что основным параметром излучателя является угол схождения волнового пучка, показывающий, насколько сильно должен быть сфокусирован ультразвук. Чем больше этот угол, тем большей амплитуды ударного фронта можно достичь. Найти количественную зависимость помогли численные методы. Так, если в фокусе нужно получить амплитуду ударного фронта в 100 мегапаскалей, то требуется излучатель с углом схождения в 60 градусов.

Материалы по теме:

Мичиганские исследователи научились механически разрушать ткани, создавая в области «облако кавитации» размером с рисовое зерно с помощью микросекундных ультразвуковых импульсов с рекордно высокой амплитудой. Ученые из Москвы и Сиэтла решили ту же проблему путем локализованного вскипания ткани. Они использовали более длительные импульсы, порядка миллисекунды, но меньшей амплитуды.

При распространении таких импульсов в очень небольшой области (диаметром около 0,1 миллиметра и длиной 1 миллиметр) образуются ударные фронты. Под их действием ткань нагревается и взрывным образом вскипает, вырастая в пузырь миллиметрового размера. Это происходит настолько быстро, что он начинает перекрывать путь тонкому фокусированному ультразвуковому «лучу» еще до окончания действия импульса. Возникают эффекты акустического фонтана и ультразвукового распыления. В результате ткань разрывается на частицы микронного размера, которые выбрасываются внутрь пузыря, образуя в его центре гомогенизированную массу.

По мнению ученых, оба этих метода механического разрушения ткани открывают новые возможности в ультразвуковой хирургии. Их действие предсказуемо, а рождающееся кавитационное облако, как и возникающий в процессе кипения пузырь, дает о себе знать ответным ультразвуковым эхом, которое проявляется при использовании простого УЗИ.

phys_lab_m61 (М-61) — PDF — СтудИзба

Лабораторная работа М-61 Стоячие ультразвуковые волны Цель работы — получить продольную ультразвуковую волну и ее отражение от металлической преграды, проанализировать суперпозицию падающей и отраженной ультразвуковых волн, из чего получить длину волны стоячей волны и ультразвуковой волны источника. Экспериментальная установка Рис.1. Экспериментальная установка Экспериментальная установка изображена на рис.1. Ультразвуковая волна создается излучателем 1 и отражается от поверхности металлической пластины 2. Отраженная волна налагается на падающую волну, что приводит к образованию стоячей волны. Интенсивность стоячей волны вдоль направления измеряется с помощью ультразвукового приемника (микрофона) 3. Приемник 3 можно перемещать с помощью устройства 4. Ультразвуковой излучатель 1 и ультразвуковой приемник 3 должны быть подняты на одну и ту же высоту и их продольные оси должны быть вертикальными и параллельными друг другу.

Излучатель 1 располагается вдоль оптической скамьи 5 и строго вертикально к отражающей пластине 2. Приемник 3 располагается параллельно к отражающей пластине и приблизительно на расстоянии 5см от нее (смотри рис.2). Расстояние между излучателем 1 и отражающей пластиной 2 должно быть д=(25-30) см. ба Рис.2.Диаграмма расположения приборов(И-излучатель, П-приемник, ОП-отражающая плоскость) Соедините излучатель 1 с блоком питания 6, для чего разъем на конце проводника от излучателя вставить в отверстие «ТВ.Г’ блока питания 6 и управлять напряжением на излучатель 1 в непрерывном режиме «Тгапзпппег АтрГ’ ручкой над входом «ТК.1″.

При этом должна быть нажата кнопка «Соп1″ и гореть около нее лампочка красного цвета. Соедините приемник 3 разъемом на конце проводника от приемника к левой «ВХС» муфте (перед усилителем) блока 6. Сигнал с приемника 3, усиленный и выпрямленный, подать на вольтметр 7 постоянного напряжения «2010 ДММ». Вольтметр должен измерять до 20В постоянного напряжения. Чтобы гарантировать пропорциональность между входным сигналом с приемника на усилитель и его выходным с усилителя, необходимо избегать работу усилителя в режиме перегрузки.

При перегрузке загорается красная лампочка 8. Чтобы избежать перегрузку, нужно плавно регулировать ручками 6 и 9 (смотри рис. 1). Чтобы исследовать область стоячей волны, нужно использовать скользящее приспособление 4 (смотри рис. 1) с микрометрическим винтом. Полный оборот микрометрического винта обеспечивает перемещение приемника в горизонтальном направлении на 0,5мм. При вращении ручки микрометрического винта «против часовой стрелки» приемник приближается к экрану 2, при вращении ручки микрометрического винта «по часовой стрелке» приемник удаляется от экрана 2. Удаляя приемник с помощью микрометрического винта с шагом 0,5мм (один оборот) от экрана 2, необходимо на каждом шаге измерять напряжение 1). Замечание: Обычно невозможно полностью избавиться от влияния на сигнал от приемника отраженных сигналов от окружающих предметов.

Чтобы максимально уменьшить влияние окружающих предметов, нельзя располагать эксперимент в узких комнатах, а также в непосредственной близости от отражающих поверхностей (стен, шкафов и т. д.). Теория и анализ данных Рис.З. Обозначения расстояний (И-излучатель, ОП-отражающая поверхность) На рис.З показаны: излучатель ультразвуковой волны, которая реально является сферической, но при выбранном расположении металлической плоскости, приемника и для того, чтобы не делать математическую трактовку излишне трудной, будем предполагать, что плоская волна распространяется от излучателя и отражается без потерь от металлической плоскости, то есть предполагается, что падающая и отраженная волны имеют одинаковую частоту и амплитуду. Суперпозиция падающей и отраженной волн создает стоячую волну. Уравнение плоской волны излучателя фх,1) =А сов ( ои — Ех) в точке расположения.

Но приемник„как микрофон, регистрирует изменения давления окружающей среды. Давление, создаваемое ультразвуковой волной, меняет давление равновесной окружающей среды. Это изменение давления д~ зависит от относительной деформации среды — и от упругих свойств среды. дх Из уравнения (1) (2) — = 1сА з1п (аг — 1сх) дф дх а учет упругих свойств среды позволяет уравнение волны излучателя представить в виде (3) р1 (х, т) = ро яп (со1 — 1сх) . Уравнение отраженной ультразвуковой волны в точке расположения приемника имеет вид (4) р~ (х, 1) = ра з1п (со1 — 1с( 2с1-х )) В результате сложения волн (3) и (4) образуется стоячая волна р = р~ + р~.

о)с — 7сх + юй — 7с(2сй-х)1 сой — /сх- юй+Ц2сй-х) р(х, 1) = 2ра* з1п ~: соя[ Или р(х, 1) = 2ро ‘ а[п (а1 — М) ‘ соя[ 1ф1 — х)1 (5) цв 1Й-х)„им Рис.4 Координатные оси для фиксирования измерений напряжения. Горизонтальная ось (й-х) должна быть во всю длину листа А4. Стоячая волна р(х, 1) периодична в пространстве и во времени. Амплитуда стоячей волны равна 2ра » сов[ ~(й -х)1. Максимум амплитуды стоячей волны тогда, когда соя функции становится равным 1, другими словами, когда его аргумент принимает значения О,я,2л,3л,…, т. е., когда [ Цй — х)1 = пя, а 1 2л — ф ( с1 — х ) = —: пл, где 1с-волновое число, равное —.

Отсюда ( д — х ) = и— (и = 0,1,2,3,…). Следовательно, расстояние между соседними максимумами амплитуд равно —. Это расстояние называют длиной стоячей волны Х„. Длина 2 стоячей волны в два раза меньше длины ультразвуковой волны излучателя Х. Когда соя[ 1с( с1 — х)1 в уравнении (5) равен нулю, тогда амплитуда изменяемого звукового давления также равна нулю. Это будет тогда, когда аргумент соя, а именно 1ф1 — х) равен нечетному числу л/2, т.

е. [ 1( с1 — х)1 = (2п +1) —, где (и = 0,1,2,3, ) и при 1 =; (й — х) = (2п +1)— (п=0,1,2,3,…). Расстояние между соседними минимумами амплитуд также л равно — или длине стоячей волны Х„, г Для экспериментального определения длины ультразвуковои волны заготовьте на миллиметр т овой бумаге размером А4 координатные оси как показано на рис.. становите и .4. У риемник ультразвуковых волн 3 с помощью ст ойства с микрометрическим винтом 4 на расстоянии (5-б)см от металлической отражающей пластины 2 (см.

р . ), р см. ис.1) пе емещайте приемник с аляя его от плоскости, и следите за помощью микрометрического винта, уд показаниями 11 вольтметра. Когда значение напряжения 13 достигнет максимального зн значения измерьте его и отложите графике (см. рис.4 при (й — х) = 50мм. Последующие значения напряжения 13 откладывайте, жаю ей плоскости каждый раз на 0,5мм, т. е. увеличивая расстояние от отражающ » мпочка 8 («ОЛ.») за на один о орот микро б ометрического винта (замечание: лампочка 8 («за все время измерении не дол лжна включаться, если это произойдет, то нужно и 9 а изме ения повторить с самого немного снизить напряжение ручкам, р ). Пол чится кривая с явно выраженными максимумами и минимумами, как, например, на рисунке 5.

На основании гр ф афика составьте таблицу положений максимумов и минимум ов а также расстояний между ними. и,в Рис.5 Полученные напряжения 13 при различных расстояниях. Таблица Положения максимумов и минимумов Расстояние между соседними максимумами и минимумами Л(й — х) равно длине стоячей волны Х„или половине длины ультразвуковой волны Х/2. Рассчитайте из всех значений и для максимумов, и для минимумов среднее значение длины стоячей волны < Х„>.

Определите погрешность ее определения. Для этого проведите расчет по формуле: где п — число всех значений Л( й — х ) в таблице. Их должно быть не меньше шести (трех максимумов и трех минимумов). Результат записать в виде: Х =(<Х > ~ Ы„). Определите длину ультразвуковой волны Х „=(2<1,„>~ 2Ы„.,). Для сравнения рассчитайте длину ультразвуковой волны по частоте ~ =40кГц излучателя и скорости звука в воздухе при температуре 1 = 20 С, равной ч= 343мlс.

Для расчета используйте соотношение Х„, = ч/~. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. В чем отличие упругих звуковых волн от упругих ультразвуковых волн? 2. В данной работе излучатель ультразвуковых волн имеет малые размеры и излучает сферические упругие волны. Запишите уравнение сферической волны. 3. Стоячая волна образуется в результате наложения двух встречных волн одинаковой частоты. Будет ли уравнение (5) уравнением бегущей волны или это уравнение колебаний с меняющейся амплитудой? 4.

Каковы условия интерференционных максимумов и минимумов амплитуды стоячей волны (5)? .

Как производятся ультразвуковые волны

Ультразвуковые волны находят множество невероятных применений в самых разных отраслях, от медицины до производства. Не последним из них является ультразвуковая очистка, в которой ультразвуковые волны проходят через жидкость для создания кавитационных пузырьков, которые очищают более тщательно, чем только растворители и чистка.

Ультразвуковые волны не слышны людям, хотя некоторые животные, например летучие мыши, их слышат. Их воздействие на материалы и их способности может выглядеть как магия, но это чистая наука.

В отличие от обычных способов создания звука, которые часто включают удары по поверхности, ультразвук создается с помощью электрического оборудования, которое вибрирует с чрезвычайно высокой частотой.

Кристаллы таких материалов, как кварц, очень быстро вибрируют, когда через них проходит электричество — эффект, называемый «пьезоэлектричеством». Когда они вибрируют, они манипулируют воздухом вокруг себя и жидкостями, с которыми соприкасаются, создавая ультразвуковые волны. Устройства, генерирующие ультразвуковые волны с помощью пьезоэлектричества, известны как пьезоэлектрические преобразователи.

Для ультразвуковой очистки требуются высокочастотные волны

Ультразвуковые волны, используемые для очистки, имеют высокую частоту, обычно от 20 000 Гц (20 кГц или 20 000 циклов в секунду) до 400 000 Гц (400 кГц или 400 000 циклов в секунду), что намного выше и мощнее, чем ультразвуковые волны. используется для медицинской визуализации или обнаружения дефектов производимой продукции.

Причина такой высокой частоты заключается в том, что когда эти мощные ультразвуковые волны проходят через жидкость и ударяются о поверхность объекта, они создают кавитационные пузырьки, которые схлопываются с выделением большого количества энергии.Миллионы этих крошечных пузырьков, взрывающихся каждую секунду, в совокупности производят тщательную очистку объектов. Чтобы узнать больше о том, как это работает для очистки деталей даже от самой стойкой грязи, посетите страницу Ультразвуковая очистка Omegasonics 101.

Мощность пьезоэлектрических преобразователей

Когда ультразвук предназначен для чистки вещей, высокочастотный источник переменного тока подает питание на пьезоэлектрические преобразователи. Если к одной паре противоположных граней некоторых кристаллов, например кварца, приложить механическое давление, на других его гранях появятся равные и противоположные электрические заряды.Этот эффект называется пьезоэлектрическим эффектом. Справедливо и обратное действие пьезоэлектрического эффекта, заключающееся в том, что при приложении электрического поля к одной паре граней возникают соответствующие изменения размеров другой пары граней кристалла. Этот эффект известен как обратный пьезоэлектрический эффект.

Поскольку пьезоэлектрические преобразователи вибрируют на ультразвуковых частотах, они посылают свои вибрации на тонкую пластину из кварцевого стекла. Эта пластина передает ультразвуковые волны в резервуар, наполненный жидкостью, в которую помещаются очищаемые объекты.

Следует отметить, что ультразвуковые волны также могут быть получены с использованием магнетизма вместо электричества. Точно так же, как пьезоэлектрические кристаллы производят ультразвуковые волны в ответ на электричество, существуют и другие кристаллы, которые излучают ультразвук в ответ на магнетизм. Они называются магнитострикционными кристаллами, а преобразователи, в которых они используются, называются магнитострикционными преобразователями. (Магнитный эффект известен как магнитострикция.)

Ультразвуковые волны — это область применения электротехники и акустики, которой часто пренебрегают, и которая оказывает большое влияние в обрабатывающей промышленности, а также во многих других отраслях.Чтобы узнать больше, позвоните в Omegasonics по телефону 888-989-5560 или напишите нам по адресу [email protected]

.

 

Ультразвуковая физиотерапия: процедура, преимущества и риски

Ультразвук — или ультрасонография — это метод визуализации, используемый не только во время беременности, но и для многих медицинских процедур. Ультразвуковая физиотерапия является частью ультразвука, наряду с ультразвуковой диагностикой и визуализацией беременности. Он используется для выявления и лечения различных проблем с опорно-двигательным аппаратом, включая боль, повреждение тканей и мышечные спазмы.

Как работает ультразвуковая физиотерапия

Ультразвуковой аппарат работает, посылая электрический ток через кристаллы, содержащиеся в ультразвуковом зонде, также известном как ультразвуковой зонд. Зонд вибрирует, заставляя волны проходить через кожу к телу под ней. Волны передают энергию тканям, вызывая желаемый эффект. Ультразвук также может быть сфокусирован на тканях глубоко внутри вашего тела, не затрагивая другие ткани, расположенные близко к поверхности.

Частота и интенсивность ультразвука, продолжительность процедуры и область его применения определяют, как проводится ультразвуковая физиотерапия.

Виды ультразвуковой физиотерапии

Существует два вида лечебного ультразвука: тепловое и механическое.

При тепловом ультразвуке зонд заставляет кожу и мышцы вибрировать и нагреваться. Тепловая ультразвуковая терапия используется для лечения болей при растяжениях, болей в мягких тканях и других проблем с опорно-двигательным аппаратом. Его также можно адаптировать для лечения сложных проблем, таких как миома матки, рак предстательной железы и проблемы с кожей.

При механическом ультразвуке, также известном как кавитационная ультразвуковая терапия, волны, создаваемые ультразвуком, создают перепады давления в тканевых жидкостях, что приводит к образованию пузырьков.Когда эти пузыри взаимодействуют с твердыми предметами, они лопаются и создают ударные волны. Эти ударные волны можно использовать по-разному, например, для разрушения камней в почках и облегчения их удаления.

Использование ультразвуковой физиотерапии

Ультразвук — эффективный способ лечения отека мышц, суставов и связок.

Ультразвук можно использовать для лечения широкого круга проблем со здоровьем. Но чаще всего он используется для решения проблем с мышечной тканью. Согревающий эффект ультразвука помогает излечить мышечную боль и уменьшить хроническое воспаление.

Ультразвук также способствует лучшему оттоку тканевой жидкости, что означает, что через ткани проходит больше лимфы. Лимфа является важной жидкостью, которая транспортирует лейкоциты по всему телу. Таким образом, ультразвук помогает вашим поврежденным клеткам бороться с инфекциями и быстрее заживать.

Риски ультразвуковой физиотерапии

Ультразвуковая физиотерапия имеет низкий риск осложнений. Но длительное воздействие низкоинтенсивного ультразвука может вызвать поверхностные ожоги кожи.Таким образом, практикующие врачи обычно следят за тем, чтобы ультразвуковой датчик находился в движении при контакте с кожей.

Ультразвуковая кавитационная терапия также может вызывать незначительный дискомфорт из-за вызываемых ею ударных волн. Чтобы решить эту проблему, врач введет вам успокоительное или анестезию, чтобы справиться с болью. Иногда также могут возникать внутренние кровотечения и рубцы, в зависимости от общего времени, которое вы тратите на процедуру, и продолжительности воздействия ударных волн.

Терапевтическое ультразвуковое исследование не используется при проблемах вблизи матки беременной женщины, поскольку оно может поставить под угрозу беременность.Он также обычно не используется для лечения позвоночника, глаз, кардиостимуляторов, других имплантатов и областей с активными инфекциями.

Преимущества ультразвуковой физиотерапии

Ультразвуковая физиотерапия имеет много преимуществ:

  • Процедура, как правило, безболезненна и проста в выполнении. Вы будете бодрствовать в течение всего процесса без анестезии или болеутоляющих средств.
  • Терапевтическое ультразвуковое исследование не оказывает вредного воздействия, если оно проводится врачом правильно.
  • Терапия поможет облегчить боль в пораженных участках тела.
  • Ультразвуковая физиотерапия неинвазивна; следовательно, это безопаснее, чем другие методы.

Что ожидать во время ультразвуковой физиотерапии

В день терапии вы должны носить удобную одежду, которую можно легко снять. Однако в большинстве случаев техник, выполняющий процедуру, оценивает область, не заставляя вас снимать одежду или надевать халат.

Перед началом терапии техник осмотрит кожу на наличие инфекции, ожогов или активных ран.Если ваша кожа чистая, то мастер нанесет на кожу гипоаллергенный гель или крем. Это предотвратит попадание воздуха между кожей и зондом, а также поможет проводить ультразвуковые волны к тканям. Затем техник будет наносить ультразвук на вашу кожу в течение примерно 10 минут поглаживающими движениями.

Ультразвуковая терапия для лечения хронической боли

Ультразвуковая терапия — это лечение, используемое физиотерапевтами или эрготерапевтами для облегчения боли и ускорения заживления тканей.

Хотя ультразвуковая терапия эффективна не при всех хронических болевых состояниях, она может помочь уменьшить боль, если у вас есть что-либо из следующего:

Изображения героев / Getty Images

Виды ультразвуковой терапии

Двумя основными типами ультразвуковой терапии являются тепловая и механическая. Оба используют звуковые волны, генерируемые головкой преобразователя (которая немного похожа на микрофон), для проникновения в мягкие ткани.

Разница между двумя типами ультразвуковой терапии заключается в скорости проникновения звуковых волн в ткани.

Тепловая ультразвуковая терапия использует более непрерывную передачу звуковых волн.

Звуковые волны вызывают микроскопические вибрации в молекулах глубоких тканей, увеличивая тепло и трение. Согревающий эффект способствует заживлению мягких тканей за счет увеличения метаболизма на клеточном уровне.

Механическая ультразвуковая терапия использует импульсы звуковых волн для проникновения в ткани.

Хотя это все еще имеет незначительный согревающий эффект, оно также вызывает расширение и сжатие крошечных пузырьков газа в мягких тканях.Это уменьшает воспалительную реакцию, что уменьшает отек и уменьшает боль.

Тип ультразвуковой терапии, которую вы получаете, зависит от вашего состояния. При миофасциальных болях, напряжениях или растяжениях типична тепловая ультразвуковая терапия. При рубцовой ткани или отеке, например, при синдроме запястного канала, механический ультразвук может работать лучше.

Как проводится ультразвуковая терапия

Когда вы отправляетесь на ультразвуковую терапию, ваш терапевт выберет небольшой участок поверхности для работы в течение от пяти до 10 минут.

На головку преобразователя или на кожу наносится гель, который помогает звуковым волнам равномерно проникать в кожу.

Во время лечения ультразвуковой терапией ваш терапевт будет постоянно перемещать головку датчика над выбранной областью и вокруг нее.

Почувствую ли я что-нибудь?

Некоторые люди чувствуют легкую пульсацию во время ультразвуковой терапии, в то время как другие могут ощущать легкое тепло на коже.

Однако не удивляйтесь, если вы вообще ничего не почувствуете, кроме холодного геля на коже.Если обрабатываемая область особенно чувствительна к прикосновению, вы можете почувствовать дискомфорт при прохождении головки датчика.

Однако ультразвуковая терапия не должна быть болезненной.

Безопасна ли ультразвуковая терапия?

Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) считает ультразвуковую терапию безопасной при условии, что она проводится лицензированным лицом и при условии, что терапевт постоянно держит головку датчика в движении.

Если головка датчика остается на одном месте слишком долго, существует вероятность ожога тканей под ней, который вы можете почувствовать или не почувствовать.

Ультразвуковая терапия не должна использоваться на следующих частях тела:

  • На живот, область таза или поясницу у женщин во время менструации или беременных
  • На повреждения, поврежденную кожу или заживающие переломы
  • Вокруг глаз, груди или половых органов
  • На любые области с пластиковыми имплантатами
  • Над или вблизи участков со злокачественными опухолями
  • Над участками с нарушением чувствительности или кровотока

Кроме того, его не следует использовать людям с кардиостимуляторами.

Работает ли ультразвуковая терапия?

Литература неоднозначна в отношении преимуществ ультразвуковой терапии.

Некоторые исследования показывают, что он может эффективно контролировать определенные виды хронической боли, в то время как другие говорят, что нет большой разницы между ультразвуковой терапией и другими традиционными методами лечения (такими как тепло, растяжка и электрическая стимуляция) для контроля боли.

Исследование 2017 года показало, что, хотя у людей, получавших ультразвуковую терапию, наблюдалось некоторое улучшение, инъекция богатой тромбоцитами плазмы была более эффективной, чем ультразвуковая терапия и инъекции стероидов при плечевом периартрите.

Слово от Verywell

Как и в случае с обезболивающими, поиск метода лечения, который лучше всего подходит для вашей боли, часто является процессом проб и ошибок.

Если после нескольких ультразвуковых процедур боль не уменьшилась, попросите своего терапевта или врача попробовать что-нибудь другое.

Руководство для начинающих по использованию ультразвукового уровнемера

Соник — это звук, который мы можем слышать. Ультразвук — это звук выше диапазона человеческого слуха.Человек может слышать максимум до частоты 20 кГц. Ультразвуковые частоты выше 20 кГц. Ультразвуковые волны используются для измерения уровня жидкостей и твердых предметов в промышленности. Ультразвуковое измерение уровня является бесконтактным и наиболее подходит для измерения уровня горячих, агрессивных и кипящих жидкостей. Обычный частотный диапазон, используемый для ультразвуковых измерений уровня, находится в диапазоне от 40 до 200 кГц.

1. Каков принцип ультразвукового измерения уровня?

Ультразвуковые волны обнаруживают объект так же, как это делает радар.Ультразвук использует звуковые волны, а радар использует радиоволны. Когда ультразвуковой импульсный сигнал направлен на объект, он отражается от объекта, и эхо возвращается к отправителю. Рассчитывается время, пройденное ультразвуковым импульсом, и определяется расстояние до объекта. Летучие мыши используют хорошо известный метод измерения расстояния во время путешествия. Принцип ультразвукового измерения уровня также используется для определения положения рыбы в океане, определения местоположения подводных лодок ниже уровня воды, а также положения аквалангиста в море.

Мы обратимся к рис. 1 и постараемся понять технические особенности ультразвукового преобразователя уровня. Ультразвуковой датчик уровня закреплен в верхней части резервуара, наполовину заполненного жидкостью. Контрольным уровнем для всех измерений является дно резервуара. Уровень, который необходимо определить, отмечен буквой «C», а «B» — это расстояние ультразвукового датчика от уровня жидкости. Ультразвуковые импульсные сигналы передаются от передатчика и отражаются обратно к датчику.Рассчитывается время прохождения ультразвукового импульса от датчика до цели и обратно. Уровень «С» можно найти, умножив половину этого времени на скорость звука в воздухе. Конечным результатом единицы измерения могут быть сантиметры, футы, дюймы и т. д.

Уровень = скорость звука в воздухе x время задержки / 2

2. Практические проблемы проектирования системы ультразвукового датчика уровня:

Приведенный выше принцип измерения выглядит достаточно прямолинейным и верным только в теории.На практике существуют некоторые технические трудности, которые необходимо учитывать для получения правильного показания уровня.

  1. Скорость звука изменяется в зависимости от изменения температуры воздуха. Встроенный датчик температуры используется для компенсации изменений скорости звука из-за колебаний температуры.
  2. Имеются некоторые интерференционные эхо-сигналы, образующиеся от краев, сварных швов и т. д. Это устраняется программным обеспечением передатчика и называется подавлением интерференционных эхо-сигналов.
  3. Калибровка преобразователя имеет решающее значение. Точность измерения зависит от точности калибровки. Расстояние вхолостую «A» и интервал измерения «D» должны быть правильно установлены для включения в калибровку преобразователя.
  4. Переходные характеристики датчика будут формировать блок-дистанцию, как показано на рис. 1. Пролет «D» никогда не должен доходить до блок-дистанции.

3. Базовая конструкция ультразвукового преобразователя (см. рис. 2):

Ультразвуковой датчик

является сердцем ультразвукового преобразователя уровня.Этот датчик преобразует электрическую энергию в ультразвуковые волны. Для этого процесса преобразования используются пьезоэлектрические кристаллы. Пьезоэлектрические кристаллы будут колебаться на высоких частотах, когда к ним прикладывается электрическая энергия. Обратное также верно. Эти пьезоэлектрические кристаллы будут генерировать электрические сигналы при получении ультразвука. Эти датчики способны посылать ультразвук на объект и принимать эхо, создаваемое объектом. Эхо преобразуется в электрическую энергию для дальнейшей обработки схемой управления.

4. Функциональная блок-схема типичного ультразвукового преобразователя уровня:

Мы обратимся к рис. 3 функциональной блок-схеме для разъяснения физических структур ультразвукового датчика уровня.

Микроконтроллер на основе схемы управления контролирует все действия ультразвукового преобразователя уровня. Имеются две цепи передачи импульсов , одна для импульса передатчика, а другая для импульса приемника.Импульс, генерируемый импульсом передатчика, преобразуется в ультразвуковые импульсы ультразвуковым датчиком (передатчиком) и направляется на объект.

Этот ультразвуковой импульс отражается обратно в виде эхо-импульса к ультразвуковому датчику (приемнику). Приемник преобразует этот ультразвуковой импульс в импульс электрического сигнала через генератор импульсов. Прошедшее время или время отражения измеряется счетчиком. Это прошедшее время имеет отношение к измеряемому уровню.Это прошедшее время преобразуется в уровень схемой управления. Существует схема синхронизирующего генератора , которая используется для синхронизации всех функций в ультразвуковой системе измерения уровня.

Уровень окончательно преобразуется в сигнал 4-20 мА. 4 мА соответствует уровню 0 %, а 20 мА соответствует уровню 100 % (см. рис. 1). Этот выходной сигнал 4-20 мА, несущий данные об уровне, может передаваться на большие расстояния к приборам управления технологическим процессом.

5. Преимущества ультразвукового датчика уровня:

Ультразвуковой уровнемер

не имеет движущихся частей и может измерять уровень без физического контакта с объектом.Эта типичная характеристика преобразователя полезна для измерения уровней в резервуарах с коррозионно-активными, кипящими и опасными химическими веществами. Точность показаний остается неизменной даже при изменении химического состава или диэлектрической проницаемости материалов в технологических жидкостях.

6. Ограничения ультразвукового датчика уровня:

Ультразвуковые датчики уровня

являются лучшими устройствами для измерения уровня, где принимаемое эхо-сигнал ультразвука имеет приемлемое качество.Это не очень удобно, если глубина резервуара большая или эхо поглощается или рассеивается. Объект не должен быть звукопоглощающим. Он также не подходит для резервуаров со слишком большим количеством дыма или высокой плотностью влаги.

Для измерения уровня жидких и твердых веществ на расстоянии до 15 метров. Прямое чтение на устройстве.

Бесконтактный двухкомпонентный уровнемер, подходящий для суровых условий.
Когда требуются расширенные функции связи и расчеты
Для удаленного наблюдения. Отправляйте SMS-оповещения.
 


Ультразвук для рака

УЗИ (также известное как ультрасонография , сонография, или сонограмма ) помогает врачам искать опухоли в определенных областях тела, которые плохо видны на рентгеновских снимках.Врачи часто используют эту процедуру для направления иглы во время биопсии. УЗИ обычно делается быстро и не требует специальной подготовки. Их часто проводят амбулаторно.

Ультразвук обычно используется для наблюдения за беременными женщинами и их будущими детьми.

Что показывает УЗИ?

Ультразвуковой аппарат создает изображения, называемые сонограммами   , испуская высокочастотные звуковые волны, которые проходят через ваше тело.Когда звуковые волны отражаются от органов и тканей, они создают эхо. Аппарат превращает эти эхосигналы в изображения в режиме реального времени, которые показывают структуру и движение органов и даже кровоток через кровеносные сосуды. Фотографии можно увидеть на экране компьютера.

Ультразвук очень хорош для получения изображений некоторых заболеваний мягких тканей, которые плохо проявляются на рентгеновских снимках. Ультразвук также является хорошим способом отличить заполненные жидкостью кисты от солидных опухолей, потому что они дают очень разные эхо-картины.Это полезно в некоторых ситуациях, потому что обычно это можно сделать быстро и не подвергая людей воздействию радиации.

Ультразвуковые изображения не такие подробные, как снимки КТ или МРТ. УЗИ не может сказать, является ли опухоль раком. Его использование также ограничено в некоторых частях тела, потому что звуковые волны не могут проходить через воздух (например, в легкие) или через кости.

Врачи часто используют ультразвук для направления иглы при проведении биопсии (взятие жидкости или небольших кусочков ткани для изучения под микроскопом).Врач смотрит на ультразвуковой экран, перемещая иглу, и может видеть, как игла движется к опухоли и внутрь нее.

Для некоторых типов ультразвуковых исследований преобразователь (зонд, который излучает звуковые волны и улавливает эхо) прижимается к поверхности кожи и перемещается по ней. Звуковые волны проходят через кожу и достигают внутренних органов. В других случаях, чтобы получить наилучшие изображения, врач должен использовать датчик, который помещают в отверстие тела, например, в пищевод (трубка, соединяющая горло и желудок), прямую кишку или влагалище.

Специальные ультразвуковые аппараты, известные как Допплеровские потоковые аппараты , могут показать, как быстро и в каком направлении кровь течет по сосудам. Это полезно, потому что кровоток в опухолях отличается от кровотока в нормальных тканях. Некоторые из этих машин делают цветные изображения. Цветной допплер помог врачам определить, распространился ли рак на кровеносные сосуды, особенно в печень и поджелудочную железу.

Как работает УЗИ?

Ультразвуковой аппарат состоит из 3 основных частей: панели управления, экрана дисплея и преобразователя, который обычно очень похож на микрофон или компьютерную мышь.Преобразователь посылает звуковые волны и улавливает эхо. Врач или лаборант УЗИ перемещает датчик над изучаемой частью тела. Компьютер внутри основной части машины анализирует сигналы и выводит изображение на экран дисплея.

Форма и интенсивность эхосигналов зависят от плотности ткани. Например, большинство звуковых волн проходят прямо через кисту, заполненную жидкостью, и возвращают очень мало или слабые эхо-сигналы, из-за чего они выглядят черными на экране дисплея.Но волны будут отражаться от солидной опухоли, создавая эхо-паттерн, который компьютер покажет в виде более светлого изображения.

Как мне подготовиться к УЗИ?

Для большинства УЗИ подготовка не требуется, но это зависит от того, что исследуется. Ваш врач или медсестра/медбрат дадут вам инструкции о любых шагах, которые необходимо предпринять перед обследованием. В зависимости от изучаемого органа вам может потребоваться воздержаться от еды, принять слабительное или использовать клизму. Если вам предстоит УЗИ брюшной полости (живота), вам может потребоваться выпить много воды непосредственно перед исследованием, чтобы наполнить мочевой пузырь.Это создаст лучшую картину, потому что звуковые волны хорошо распространяются через жидкость.

Как проходит УЗИ?

УЗИ можно сделать в кабинете врача, поликлинике или больнице. Носите удобную одежду. В зависимости от исследуемой части тела вам может понадобиться переодеться в больничную одежду.

Чаще всего вы будете лежать на столе. Ваше положение будет зависеть от исследуемой части тела. Техник нанесет на вашу кожу гель на водной основе и переместит датчик (инструмент, похожий на палочку) над проверяемой областью.Гель смазывает кожу и помогает проводить звуковые волны. Гель кажется прохладным и скользким. Если используется зонд, он покрывается гелем и вводится в отверстие тела. Это может вызвать давление или дискомфорт.

Во время теста лаборант или врач перемещает датчик так, чтобы он плотно прилегал к вашей коже. Вас могут попросить задержать дыхание во время сканирования. Оператор может регулировать ручки или циферблаты, чтобы увеличить глубину, на которую посылаются звуковые волны. Вы можете почувствовать легкое давление датчика.

После теста гель смывается с кожи. Не оставляет пятен ни на коже, ни на одежде.

Сколько длится УЗИ?

УЗИ обычно занимает от 20 до 30 минут. Продолжительность зависит от типа исследования и сложности обнаружения каких-либо изменений в изучаемых органах.

Какие возможны осложнения УЗИ?

УЗИ — очень безопасная процедура с низким риском осложнений.

Что еще нужно знать об УЗИ?

  • Ультразвук не использует излучение.
  • УЗИ обычно стоит намного меньше, чем другие визуализирующие исследования.
  • Качество результатов во многом зависит от квалификации технолога или врача, работающего с датчиком.
  • Хорошие изображения труднее получить у людей, страдающих ожирением.
  • Новые формы УЗИ позволяют получать трехмерные изображения.

Ультразвук. Как генерируются ультразвуковые волны. Кристалл, ток, направление и распространение

Чтобы воспроизвести ультразвуковые частоты, люди использовали электрические свойства материалов.Когда специально вырезанный кристалл пьезоэлектрического кварца сжимается, кристалл становится электрически заряженным и генерируется электрический ток : чем больше давление , тем больше электрический ток. Если кристалл внезапно растянуть, а не сжать, направление тока изменится на противоположное. Попеременное сжатие и растяжение кристалла приводит к возникновению переменного тока. Из этого следует, что, применяя переменный ток, соответствующий собственной частоте кристалла, можно заставить кристалл расширяться и сжиматься под действием переменного тока.При подаче такого тока на кристалл возникают ультразвуковые волны.

В зависимости от способа огранки кристалла волны могут быть сфокусированы вдоль направления распространения ультразвука или под прямым углом к ​​направлению распространения. Волны, распространяющиеся вдоль направления распространения, называются продольными волнами; как отмечалось выше, эти волны распространяются в том же направлении, в котором молекулы окружающей среды движутся вперед и назад. Волны, распространяющиеся под прямым углом к ​​направлению распространения, называются поперечными волнами; молекулы окружающей среды движутся вверх и вниз относительно направления распространения волн.Ультразвуковые волны также могут распространяться как поверхностные волны; в этом случае молекулы в окружающей среде испытывают движение вверх-вниз , а также расширяющееся и сжимающееся движение.

В большинстве приложений ультразвуковые волны генерируются преобразователем , который включает в себя пьезоэлектрический кристалл, преобразующий электрическую энергию (электрический ток) в механическую энергию (звуковые волны). Эти звуковые волны отражаются и возвращаются к преобразователю в виде эха и преобразуются обратно в электрические сигналы тем же или другим преобразователем.В качестве альтернативы, можно генерировать ультразвуковые волны с помощью магнитострикции (от magneto, означает магнитное и strictio, означает сближение). волны. Ультразвук может также производиться генератором типа свистка или сирены . В этом методе потоки газа или жидкости пропускают через резонатор или отражатель, в результате чего возникают ультразвуковые колебания, характерные для данного газа или жидкости.


УЗИ брюшной полости

УЗИ (также известное как сонография или ультрасонография) — это диагностическая процедура, при которой высокочастотные звуковые волны, неслышимые человеческим ухом, проходят через ткани тела. Эхосигналы записываются и преобразуются в видео- или фотоизображения внутренних структур тела. УЗИ брюшной полости является неинвазивным методом, который направлен на то, чтобы показать структуру органов брюшной полости на ультразвуковых изображениях этой интенсивности (эхо) отраженной волны от пограничной зоны двух или двух тканей, находящихся в контакте.Экранное изображение формируется на основе явлений поглощения ультразвуковых волн тканями в виде мозаики светлых и темных полей в градациях серого и регистрации отраженных ультразвуковых волн от границ двух тканей, имеющих разное строение.

Ультразвуковые изображения помогают в диагностике широкого спектра заболеваний и состояний. Классическое ультразвуковое исследование органов брюшной полости дает детальное представление о размерах и строении паренхиматозных органов: печени, селезенки, поджелудочной железы, желчевыводящей системы (желчный пузырь и желчные протоки), почек, надпочечников.Этим методом также можно четко визуализировать брюшную часть аорты, а также мочевой пузырь и предстательную железу у мужчин, а также женские репродуктивные органы. С другой стороны, УЗИ брюшной полости имеет ограниченные возможности в диагностике заболеваний полых органов пищеварительной системы (желудок, двенадцатиперстная кишка, желудок, тонкая и толстая кишка) при наличии в них содержимого воздуха. Для осмотра этих органов лучше всего подходят эндоскопические методы (гастродуоденоскопия – эндоскопическое исследование желудка и двухнестационарного кишечника или колоноскопия – эндоскопическое исследование толстой кишки).

Ультразвук можно использовать с другими диагностическими процедурами или отдельно. Исследования показали, что ультразвук не опасен. Нет вредных побочных эффектов. Кроме того, при ультразвуковом исследовании не используется излучение, как при рентгенологическом исследовании.

На следующих страницах вы можете более подробно узнать о значении ультразвуковой диагностики в детальной диагностике у пациентов с доброкачественными заболеваниями верхних отделов пищеварительного тракта.
Ультразвуковое исследование органов брюшной полости проводится с помощью датчика, который касается тела пациента (над органом, который необходимо осмотреть) и возбуждается пульс несколькими периодами ультразвуковых волн.Импульс отражается от поверхности кожи и других тканей, а отраженные волны возвращаются, механически возбуждают зонд, имеющий на своих концах вырабатываемое электрическое напряжение, которое обрабатывается и усиливается. На мониторе мы получаем изображение разреза или слоя в теле, а перемещением датчика по телу пациента получаем еще разрез-слой. Таким образом, мы получаем картину внутреннего отдела обследуемого органа. В зависимости от положения тела, которое мы рассматриваем, существуют различные типы зондов, или для более глубокой локализации по отношению к вложенному зонду на кожу пациента используют зонды с меньшей частотой, а с большей частотой используют для поверхностно-локализованной структуры.

По сравнению с другими диагностическими процедурами заболеваний, такими как компьютерная томография брюшной полости (КТ/сканер) или магнитно-резонансная томография (МРТ) и УЗИ быстрее, дешевле и проще, учитывая, что в качестве источника энергии не используется ионизирующее излучение, совершенно безвредная диагностическая процедура. Ультразвуковое исследование органов брюшной полости является необходимым первичным обследованием при диагностике заболеваний органов брюшной полости, обладающим высокой степенью чувствительности, но меньшей специфичностью по сравнению с КТ и МРТ, которые являются окончательным выбором для точной характеристики и локализации инраабдоминальных патологических изменений.

Благодаря простоте и безопасности исследования УЗИ представляет собой надежный и эффективный метод диагностики, а также регулярного наблюдения за различными заболеваниями органов брюшной полости. Ультразвуковое исследование органов брюшной полости позволяет измерить размеры органов брюшной полости, оценить, каков их состав и строение, есть ли в них потенциальное патологическое содержимое. Поле индикации и УЗИ с высокой степенью чувствительности и специфичности позволяют диагностировать следующие патологические процессы в желудке:

Болезнь Орган
Опухоли печень, желчный пузырь, поджелудочная железа, селезенка, почки, мочевой пузырь, яичник
Кисты печень, поджелудочная железа, селезенка, почка, яичник
Наличие камня желчный пузырь, желчные протоки, почки, почечная выделительная система и мочевой пузырь
Течение крови по кровеносным сосудам и обнаружение тромбоза, атероматических бляшек, а также расширение кровеносного сосуда (аневризму) периферические кровеносные сосуды и аорта
Свободная жидкость плевральные полости («легкие») — в нижних отделах легких, т. к. больной при сидении на воде, как тяжелее воздуха, занимает нижнюю часть пространства между двумя плеврами.
брюшная полость и таз – и является ли жидкость свободной, ограниченной или инфицированной.
терапевтический подход – После обнаружения свободной жидкости может быть проведено инвазивное лечение дренированием и эвакуацией жидкости.
Лимфатический лед вследствие воспалительного процесса или реакции на какой-либо другой патологический процесс.
форма и размер лимфатического узла указывают на то, является ли он воспалительной опухолью с изменениями
Кровотечение из кровеносного сосуда и/или
образование кровяного скопления (гематомы)
обычно после травмы

Состояния, при которых в обязательном порядке рекомендуется ультразвуковое исследование органов брюшной полости: боли в животе и/или спине; тошнота и рвота; вздутие живота; необъяснимая потеря веса; внезапное увеличение живота; травмы в области живота и лихорадка неясного генеза.Очень часто камни в желчном пузыре или воспаление желчного пузыря могут давать симптомы заболеваний верхних отделов пищеварительног тракта, поэтому в тяжелых случаях бреою необходимо перед тщательной диагностической оценкой пищевода и желудка провести УЗИ органов брюшной полости.

Подготовка больных к ультразвуковому исследованию органов брюшной полости

Прежде чем приступить к ультразвуковому исследованию органов брюшной полости, необходимо придерживаться некоторых основных правил.

За три дня до проведения УЗИ брюшной полости желательно не принимать продукты, вызывающие газообразование и вздутие живота (поле, капуста, жареное, сухое молоко и молочные продукты, фрукты и овощи, содержащие клетчатку), избегать продуктов с большим количеством мусора, богат клетчаткой, которая больше всего в зернах, фруктах и ​​овощах.

Накануне обследования принимать большое количество жидкости (нежирные супы без теста и чаи). Во второй половине дня рекомендуется есть картофельное пюре или тесто. На осмотр необходимо попасть натощак (без приема пищи и без приема жидкости) за 6-8 часов, а лучше за 12 часов до исследования. В частности, запрещается употребление газированных напитков.

Для осмотра мочевого пузыря и простаты у мужчин необходимо наполнить мочевой пузырь (за 1,5 часа до исследования выпить около 3-4 стаканов жидкости и не мочиться).Веоме важно, чтобы пациент во время обследования сотрудничал с врачом, а также принимал необходимое положение или задерживал дыхание, когда его об этом просят. В экстренных случаях УЗИ брюшной полости проводят без указанной подготовки.

Ультразвуковое исследование органов брюшной полости проводят таким образом, что больной лежит на спине, а врач ультразвуковым зондом, на который предварительно был нанесен гель, проходит через кожу живота. Для получения лучшего изображения некоторых органов больного могут попросить повернуться на правый или левый бок.Крайне важно, чтобы пациент во время обследования сотрудничал с врачом, принимал необходимое положение или задерживал дыхание, когда его об этом просят. Тест длится около 15 минут и во время осмотра больной не чувствует боли.

Просмотр можно повторять несколько раз в течение года без вреда для организма. Комитет Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) на основе многолетних испытаний и исследований позволил использовать ультразвук в медицине как очень безопасный метод, который можно использовать при регулярных диагностических и терапевтических показаниях.Вредное воздействие ультразвука, который используется в медицине, научно не доказано.

В связи с тем, что это очень простая и безопасная диагностическая процедура, современное понимание соответствующей профилактики заболеваний брюшной полости представляет собой профилактическое ежегодное проведение ультразвуковой диагностики, с целью своевременного выявления изменений и предупреждения развития заболевания.

Перед испытанием

Подготовка к этому тесту будет зависеть от типа ультразвуковой процедуры, которую назначил ваш врач.Некоторые препараты включают в себя употребление литра воды перед тестом, чтобы получить более качественные изображения. Другие приготовления могут включать обезжиренный ужин за ночь до теста или, возможно, голодание. Перед обследованием врач, медсестра или администратор дадут вам полные инструкции.

Что такое УЗИ брюшной полости?

Ультразвуковое исследование правого верхнего квадранта исследует печень, поджелудочную железу и желчный пузырь. Полное УЗИ брюшной полости включает органы, перечисленные ранее, но также исследует почки, селезенку, нижнюю полую вену, аорту и мочевой пузырь.

В день теста

Вас попросят ничего не есть и не пить за 8 часов до экзамена. Тем не менее, вы все равно можете принимать лекарство, запивая его глотками воды.

Ваш ультразвуковой тест будет выполняться зарегистрированным, специально обученным технологом и интерпретироваться сертифицированным радиологом.

Во время теста

Вы будете лежать на мягком смотровом столе. Теплый водорастворимый гель наносится на кожу над областью исследования.Гель не наносит вреда коже и не пачкает одежду.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.