Hvad er ultralyd? Anvendelse af ultralyd i teknik og medicin

Det 21. århundrede er alderen af radioelektronik, atom, erobring af plads og ultralyd. Videnskaben om ultralyd er relativt ung i dag. I slutningen af det 19. århundrede gennemførte PN Lebedev, en russisk fysiolog, sine første studier. Herefter begyndte mange fremragende forskere at studere ultralyd.

Hvad er ultralyd?

Ultralyd er en formerende bølgelignende oscillatorisk bevægelse, som udføres af partikler af mediet. Det har sine egne egenskaber, som adskiller sig fra lydens lydsignal. Det er forholdsvis nemt at opnå retningsstråling i ultralydsområdet. Derudover er det godt fokuseret, og som følge heraf øges intensiteten af svingningerne. Ved forplantning i faste stoffer, væsker og gasser genererer ultralyd interessante fænomener, der har fundet praktisk anvendelse inden for mange fagområder inden for ingeniørvidenskab og videnskab. Det er hvad ultralyd er, hvis rolle er meget stor på forskellige områder af livet i dag.

Ultralyds rolle i videnskab og praksis

Ultralyd i de senere år er begyndt at spille en stadig vigtigere rolle i videnskabelig forskning. Eksperimentelle og teoretiske undersøgelser inden for akustiske strømme og ultralydskavitation blev gennemført med succes, hvilket tillod forskere at udvikle teknologiske processer, der opstår, når de udsættes for ultralyd i væskefasen. Det er en stærk metode til at undersøge forskellige fænomener inden for et sådant område af viden som fysik. Ultralyd anvendes f.eks. I fysik af halvledere og faste legemer. I dag dannes en separat filial af kemi, kaldet "ultralydskemi". Dens anvendelse giver os mulighed for at fremskynde mange kemisk-teknologiske processer. Molekylær akustik, en ny sektion af akustik, er også kommet frem, som studerer molekylær interaktion med substansen af lydbølger. Nye anvendelsesområder for ultralyd optrådte: holografi, introskopi, akustikektronik, ultralydfasemeri, kvanteakustik.

Udover det eksperimentelle og teoretiske arbejde på dette område er mange praktiske blevet udført i dag. Der er udviklet specielle og universelle ultralydmaskiner, installationer, der arbejder under øget statisk tryk mv. Ultralydautomatiske enheder indgår i produktionslinierne er indført i produktionen, hvilket gør det muligt at øge arbejdsproduktiviteten væsentligt.

Mere om ultralyd

Lad os tale mere detaljeret om, hvad ultralyd er. Vi har allerede sagt, at disse er elastiske bølger og svingninger. Ultralydfrekvensen er mere end 15-20 kHz. Subjektive egenskaber ved vores hørelse bestemmer den nedre grænse for ultralydfrekvenser, som adskiller den fra lydens frekvens. Denne grænse er derfor betinget, og hver af os definerer forskelligt hvad ultralyd er. Den øvre grænse betegnes af elastiske bølger, deres fysiske natur. De formeres kun i et materiale, dvs. bølgelængden skal være væsentligt større end den gennemsnitlige fri vej af molekyler, der findes i gas- eller interatomiske afstande i faste stoffer og væsker. Under normalt tryk i gasser er den øvre frekvensgrænse for ultralydbølger 10 ⁹ Hz, mens det for faststoffer og væsker er 10 ¹² -10 ¹³ Hz.

Ultralydkilder

Ultralyd findes også i naturen som en bestanddel af mange naturlige lyde (vandfald, vind, regn, småsten rullet af brændingen, samt i ledsagende udledninger af tordenvejr lyde mv.) Og som en integreret del af dyrets verden. De bruger visse slags dyr til orientering i rummet, opdagelse af hindringer. Det er også kendt, at ultralyd i naturen bruger delfiner (hovedsageligt frekvenser fra 80 til 100 kHz). Meget stor i dette tilfælde kan være strømmen af de udstrålede positionssignaler. Det er kendt, at delfiner er i stand til at opdage fiskeskade, der ligger i en afstand af en kilometer fra dem.

Radiatorer (kilder) af ultralyd er opdelt i 2 store grupper. Den første er generatorer, hvor oscillationer er spændte på grund af tilstedeværelsen af forhindringer i dem, der er etableret på vejen for en konstant strømning - en væske eller gasstråle. Den anden gruppe, i hvilken ultralydskilder kan kombineres, er elektroakustiske transducere, som konverterer foreskrevne oscillationer af strøm eller elektrisk spænding til mekanisk oscillation, udført af et faststof, der udsender akustiske bølger ind i miljøet.

Ultralydsmodtagere

Ved mellemstore og lave frekvenser er ultralydmodtagere oftest piezoelektriske type elektroakustiske transducere. De kan gengive formen af det modtagne akustiske signal, repræsenteret som lydtrykets afhængighed. Enheder kan enten være bredbånd eller resonans, afhængigt af de betingelser, de er beregnet til. Termiske modtagere bruges til at opnå lydfeltegenskaber i gennemsnit over tid. De er termistorer eller termoelementer dækket af lydabsorberende materiale. Lydtryk og intensitet kan også evalueres ved optiske metoder, såsom diffraktion af lys ved ultralyd.

Hvor bruges ultralyd?

Der er mange områder af dens anvendelse, mens du bruger forskellige funktioner i ultralyd. Disse kugler kan opdeles betinget i tre retninger. Den første af disse er forbundet med opnåelsen ved hjælp af ultralydbølger af forskellige oplysninger. Den anden retning er dens aktive indflydelse på stoffet. Og den tredje er forbundet med transmission og behandling af signaler. USA i et bestemt frekvensområde anvendes i hvert enkelt tilfælde. Vi vil kun tale om nogle af de mange områder, hvor den har fundet sin anvendelse.

Rengøring med ultralyd

Kvaliteten af sådan rengøring kan ikke sammenlignes med andre metoder. Ved skylning af delene forbliver der f.eks. Op til 80% af forureningen på overfladen, ca. 55% - med vibrationer rengøring, ca. 20% - med manuel og med ultralyd må højst 0,5% af forureningerne være. Dele, der har en kompleks form, kan kun rengøres godt med ultralyd. En vigtig fordel ved anvendelsen er høj produktivitet samt lave lønomkostninger. Desuden er det muligt at erstatte dyre og brændbare organiske opløsningsmidler med billige og sikre vandige opløsninger, brug flydende freon mv.

Et alvorligt problem er luftforurening med sod, røg, støv, metaloxider osv. Du kan bruge ultralydsmetoden til rengøring af luft og gas i gasudtag, uanset mediumets og temperaturens fugtighed. Hvis ultralyd radiatoren er placeret i et støvkammer, vil effektiviteten af dens handling øge hundredvis af gange. Hvad er essensen af sådan rengøring? Disintegratorer af støv, der bevæger sig i luften, er stærkere og oftere ramt hinanden under virkningen af ultralydsvibrationer. I dette tilfælde stiger deres størrelse på grund af det faktum, at de fletter. Koagulation er processen med partikelsammendannelse. Særlige filtre fanger vejet og forstørret deres klynger.

Mekanisk behandling af skøre og superharde materialer

Hvis du går ind mellem emnet og arbejdsfladen af et værktøj, der bruger ultralyd, vil et slibende materiale virke på overfladen af denne del, når emitteren fungerer. Samtidig bliver materialet ødelagt og fjernet, underkastet forarbejdning under virkningen af mange rettede mikropåvirkninger. Kinematikken i forarbejdning består af hovedbevægelsen - skæring, det vil sige de langsgående vibrationer, der foretages af værktøjet og hjælpevægten - de fødebevægelser, som apparatet udfører.

Ultralyd kan gøre en bred vifte af arbejde. For slibekorn er energikilden langsgående svingninger. De ødelægger også det forarbejdede materiale. Foderbevægelsen (hjælpefunktionen) kan være cirkulær, tværgående og langsgående. Behandling med ultralyd er af stor nøjagtighed. Afhængigt af slibens granularitet er det 50 til 1 mikron. Ved hjælp af værktøjer i forskellige former kan du ikke kun lave huller, men også komplekse udskæringer, buede akser, grave, male, fremstille matricer og endda bore en diamant. Anvendes som slibende materialer - korund, diamant, kvarts sand, flint.

Ultralyd i radioelektronik

Ultralyd i teknik bruges ofte inden for radioelektronik. På dette område er der ofte behov for at forsinke det elektriske signal i forhold til andre. Forskere har fundet en vellykket løsning, hvilket tyder på brugen af ultralydforsinkelseslinjer (forkortet - LZ). Deres handling er baseret på det faktum, at elektriske impulser omdannes til ultralyd mekaniske vibrationer. Hvordan sker dette? Pointepunktet er, at ultralydhastigheden er meget mindre end den, som er udviklet af elektromagnetiske svingninger. Spændingsimpulsen efter omvendt konvertering til elektriske mekaniske oscillationer vil blive forsinket ved udgangsledningen i forhold til indgangspulsen.

Piezoelektriske og magnetostriktive transducere bruges til at konvertere elektriske oscillationer til mekaniske og vice versa. LZ, er opdelt i piezoelektriske og magnetostriktive.

Ultralyd i medicin

Forskellige typer af ultralyd anvendes til at påvirke levende organismer. I medicinsk praksis er dens brug nu meget populær. Den er baseret på de effekter, der opstår i biologiske væv, når ultralyd passerer gennem dem. Bølger forårsager vibrationer af partiklernes partikler, hvilket skaber en slags mikromassage af væv. Og absorption af ultralyd fører til deres lokale opvarmning. På samme tid foregår visse fysisk-kemiske transformationer i biologiske medier. Disse fænomener forårsager ikke, i tilfælde af en moderat lydstyrke, irreversibel skade. De forbedrer kun metabolismen og bidrager derfor til den livsvigtige aktivitet af organismen, der er udsat for dem. Sådanne fænomener anvendes i ultralydsbehandling.

Ultralyd i kirurgi

Kavitation og stærk opvarmning ved høje intensiteter fører til ødelæggelse af væv. Denne effekt bruges i dag i kirurgi. Fokal ultralyd bruges til kirurgiske operationer, som muliggør lokal ødelæggelse i de dybeste strukturer (for eksempel hjernen) uden at skade de omgivende. Kirurgi bruger også ultralydsinstrumenter, hvor arbejdsenden har form af en sav, en skalpel, en nål. De oscillationer, der pålægges dem, giver nye kvaliteter til disse enheder. Den krævede kraft er signifikant reduceret, og dermed er traumatismen af operationen reduceret. Derudover er der en bedøvelses- og hæmostatisk virkning. Virkningen af et stump instrument med ultralyd bruges til at ødelægge udseendet af visse typer neoplasmer i kroppen.

Virkningen på biologiske væv udføres til destruktion af mikroorganismer og anvendes til sterilisering af lægemidler og medicinske instrumenter.

Undersøgelse af indre organer

Dybest set handler det om at undersøge bukhulen. Til dette formål anvendes et specielt apparat. Ultralyd kan bruges til at lokalisere og genkende forskellige anomalier af væv og anatomiske strukturer. Opgaven er ofte dette: Der er en mistanke om forekomsten af ondartet uddannelse, og det er nødvendigt at skelne det fra dannelsen af godartet eller infektiøst.

Ultralyd er nyttig til at undersøge leveren og til at løse andre problemer, som omfatter påvisning af obstruktion og sygdomme i galdekanalerne samt undersøgelse af galdeblæren for at detektere tilstedeværelsen af sten og andre patologier i den. Derudover kan en undersøgelse af cirrose og andre diffuse godartede leversygdomme anvendes.

Inden for gynækologi, hovedsagelig i analysen af æggestokkene og livmoderen, er brugen af ultralyd i lang tid hovedretningen, hvor den udføres særdeles vellykket. Ofte er der også behov for differentiering af godartede og ondartede formationer, som normalt kræver den bedste kontrast og rumlige opløsning. Lignende konklusioner kan være nyttige ved undersøgelsen af mange andre indre organer.

Anvendelse af ultralyd i tandlægevidenskab

Ultralyd fandt også sin anvendelse i tandlægen, hvor den bruges til at fjerne tandsten. Det giver dig mulighed for hurtigt, blodløst og smertefrit at fjerne plaque og sten. I dette tilfælde er den orale slimhinde ikke skadet, og "lommerne" i hulrummet desinficeres. I stedet for smerte oplever patienten en følelse af varme.