XXI amžius yra radijo elektronikos, atomo, kosmoso tyrinėjimų ir ultragarso amžius. Ultragarso mokslas šiandien yra palyginti jaunas. XIX amžiaus pabaigoje rusų fiziologas P. N. Lebedevas atliko pirmuosius tyrimus. Po to daugelis žymių mokslininkų pradėjo tyrinėti ultragarsą.
Kas yra ultragarsas?
Ultragarsas yra sklindantis banguotas svyruojantis judėjimas, kurį sukelia terpės dalelės. Jis turi savo ypatybes, kuriomis skiriasi nuo girdimo diapazono garsų. Ultragarso diapazone yra gana lengva gauti kryptingą spinduliuotę. Be to, jis gerai sufokusuoja ir dėl to padidėja svyravimų intensyvumas. Ultragarsas, sklindantis kietose medžiagose, skysčiuose ir dujose, sukelia įdomių reiškinių, kurie buvo praktiškai pritaikyti daugelyje technologijų ir mokslo sričių. Štai kas yra ultragarsas, kurio vaidmuo įvairiose gyvenimo srityse šiandien yra labai didelis.
Ultragarso vaidmuo moksle ir praktikoje
Pastaraisiais metais ultragarsas pradėjo vaidinti mokslinius tyrimusvis svarbesnis vaidmuo. Sėkmingai buvo atlikti eksperimentiniai ir teoriniai akustinių srautų ir ultragarsinės kavitacijos tyrimai, kurie leido mokslininkams sukurti technologinius procesus, atsirandančius ultragarsu veikiant skystoje fazėje. Tai galingas būdas tirti įvairius reiškinius tokioje žinių srityje kaip fizika. Ultragarsas naudojamas, pavyzdžiui, puslaidininkių ir kietojo kūno fizikoje. Šiandien formuojasi atskira chemijos šaka, vadinama „ultragarsine chemija“. Jo taikymas leidžia pagreitinti daugelį cheminių-technologinių procesų. Taip pat gimė molekulinė akustika – nauja akustikos šaka, tirianti garso bangų molekulinę sąveiką su medžiaga. Atsirado naujos ultragarso taikymo sritys: holografija, introskopija, akustoelektronika, ultragarso fazių matavimas, kvantinė akustika.
Be eksperimentinio ir teorinio darbo šioje srityje, šiandien atlikta daug praktinių darbų. Sukurtos specialios ir universalios ultragarsinės mašinos, įrenginiai, kurie veikia esant padidintam statiniam slėgiui ir kt.. Į gamybą pradėtos naudoti automatinės ultragarso sistemos, įtrauktos į gamybos linijas, kurios gali žymiai padidinti darbo našumą.
Daugiau apie ultragarsą
Pakalbėkime plačiau apie tai, kas yra ultragarsas. Jau sakėme, kad tai elastinės bangos ir svyravimai. Ultragarso dažnis yra didesnis nei 15-20 kHz. Subjektyvios mūsų klausos savybės lemia apatinę ultragarso dažnių ribą, kuriatskiria jį nuo girdimo garso dažnio. Todėl ši riba yra sąlyginė, ir kiekvienas iš mūsų skirtingai apibrėžiame, kas yra ultragarsas. Viršutinę ribą rodo tamprios bangos, jų fizinė prigimtis. Jie sklinda tik materialioje terpėje, tai yra, bangos ilgis turi būti žymiai didesnis už vidutinį laisvą dujose esančių molekulių kelią arba tarpatominius atstumus kietose ir skysčiuose. Esant normaliam dujų slėgiui, viršutinė ultragarso dažnių riba yra 109 Hz, o kietose medžiagose ir skysčiuose - 1012-10 13 Hz.
Ultragarsiniai š altiniai
Ultragarsas gamtoje randamas ir kaip daugelio natūralių garsų (krioklio, vėjo, lietaus, banglentės ridenamų akmenukų, taip pat perkūniją lydinčių garsų ir kt.) dalis, ir kaip neatsiejama garsų dalis. gyvūnų pasaulis. Kai kurios gyvūnų rūšys jį naudoja orientuodamosi erdvėje, aptikdamos kliūtis. Taip pat žinoma, kad delfinai gamtoje naudoja ultragarsą (daugiausia dažnius nuo 80 iki 100 kHz). Tokiu atveju jų skleidžiamų vietos nustatymo signalų galia gali būti labai didelė. Yra žinoma, kad delfinai gali aptikti žuvų būrius iki kilometro atstumu.
Ultragarso skleidėjai (š altiniai) skirstomi į 2 dideles grupes. Pirmasis yra generatoriai, kuriuose svyravimai sužadinami dėl juose esančių kliūčių, įrengtų nuolatinio srauto kelyje - skysčio ar dujų srovės. Antroji grupė, į kurią galima sujungti ultragarso š altinius, yraelektroakustiniai keitikliai, paverčiantys tam tikrus srovės ar elektros įtampos svyravimus į mechaninę vibraciją, kurią sukelia kietas kūnas, skleidžiantis akustines bangas į aplinką.
Ultragarso imtuvai
Vidutinio ir žemo dažnio ultragarsiniai imtuvai dažniausiai yra pjezoelektrinio tipo elektroakustiniai keitikliai. Jie gali atkurti gauto akustinio signalo formą, pavaizduotą kaip garso slėgio priklausomybę nuo laiko. Įrenginiai gali būti plačiajuosčio arba rezonansinio ryšio, atsižvelgiant į taikymo sąlygas, kurioms jie skirti. Šiluminiai imtuvai naudojami garso lauko charakteristikų laiko vidurkiui gauti. Tai yra termistoriai arba termoporos, padengtos garsą sugeriančia medžiaga. Garso slėgį ir intensyvumą taip pat galima įvertinti optiniais metodais, pvz., šviesos difrakcija ultragarsu.
Kur naudojamas ultragarsas?
Yra daug jo taikymo sričių, naudojant skirtingas ultragarso funkcijas. Šias sritis galima grubiai suskirstyti į tris sritis. Pirmasis iš jų yra susijęs su įvairios informacijos gavimu ultragarso bangomis. Antroji kryptis – aktyvi jo įtaka medžiagai. Ir trečiasis yra susijęs su signalų perdavimu ir apdorojimu. Kiekvienu atveju naudojamas tam tikro dažnių diapazono US. Apimsime tik kelias iš daugelio sričių, kuriose ji rado savo kelią.
Ultragarsinis valymas
Šio valymo kokybė negali būti lyginama su kitais metodais. Skalaujant detales, pavyzdžiui, jų paviršiuje lieka iki 80% teršalų, apie 55% - valant vibraciniu būdu, apie 20% - valant rankiniu būdu, o valant ultragarsu, teršalų lieka ne daugiau kaip 0,5%. Sudėtingos formos detales galima gerai išvalyti tik ultragarsu. Svarbus jo naudojimo pranašumas yra didelis našumas, taip pat mažos fizinio darbo sąnaudos. Be to, brangius ir degius organinius tirpiklius galite pakeisti pigiais ir saugiais vandeniniais tirpalais, naudoti skystą freoną ir pan.
Rimta problema yra oro užterštumas suodžiais, dūmais, dulkėmis, metalų oksidais ir kt. Galite naudoti ultragarsinį oro ir dujų valymo metodą dujų išleidimo angose, nepaisant aplinkos drėgmės ir temperatūros. Jei ultragarsinis spinduolis bus patalpintas į dulkių nusodinimo kamerą, jo efektyvumas padidės šimtus kartų. Kokia tokio apsivalymo esmė? Atsitiktinai ore judančios dulkių dalelės veikiamos ultragarso virpesių stipriau ir dažniau atsitrenkia viena į kitą. Tuo pačiu metu jų dydis didėja dėl to, kad jie susilieja. Koaguliacija yra dalelių padidėjimo procesas. Specialūs filtrai užfiksuoja jų svertines ir padidintas grupes.
Trapių ir itin kietų medžiagų apdirbimas
Jei įeinate tarp ruošinio ir įrankio darbinio paviršiaus naudojant ultragarsą, abrazyvinę medžiagą, tada abrazyvinės dalelės darbo metuemiteris paveiks šios dalies paviršių. Tokiu atveju medžiaga sunaikinama ir pašalinama, apdorojama veikiant įvairiems nukreiptiems mikropoveikiams. Apdorojimo kinematika susideda iš pagrindinio judesio – pjovimo, tai yra įrankio daromų išilginių virpesių, ir pagalbinio – padavimo judesio, kurį atlieka mašina.
Ultragarsu galima atlikti įvairius darbus. Abrazyvinių grūdelių energijos š altinis yra išilginės vibracijos. Jie sunaikina apdorotą medžiagą. Pašarų judėjimas (pagalbinis) gali būti apskritas, skersinis ir išilginis. Ultragarsinis apdorojimas yra tikslesnis. Priklausomai nuo abrazyvo grūdelių dydžio, jis svyruoja nuo 50 iki 1 mikrono. Įvairių formų įrankiais galima daryti ne tik skylutes, bet ir sudėtingus pjūvius, lenktus kirvius, graviruoti, šlifuoti, daryti matricas ir net gręžti deimantą. Medžiagos, naudojamos kaip abrazyvas – korundas, deimantas, kvarcinis smėlis, titnagas.
Ultragarsas radijo elektronikoje
Ultragarsas technologijose dažnai naudojamas radijo elektronikos srityje. Šioje srityje dažnai reikia atidėti elektrinį signalą, palyginti su kitu signalu. Mokslininkai rado gerą sprendimą, siūlydami naudoti ultragarso vėlinimo linijas (sutrumpintai LZ). Jų veikimas pagrįstas tuo, kad elektriniai impulsai paverčiami ultragarso mechaninėmis vibracijomis. Kaip tai atsitinka? Faktas yra tai, kad ultragarso greitis yra žymiai mažesnis nei sukuriamas elektromagnetinių virpesių. Pulsasįtampa po atvirkštinės transformacijos į elektrinius mechaninius virpesius bus atidėta linijos išvestyje, palyginti su įvesties impulsu.
Pjezoelektriniai ir magnetostrikciniai keitikliai naudojami elektros virpesiams paversti mechaniniais ir atvirkščiai. LZ atitinkamai skirstomi į pjezoelektrinius ir magnetostrikcinius.
Ultragarsas medicinoje
Gyviems organizmams paveikti naudojami įvairūs ultragarso tipai. Medicinos praktikoje jo naudojimas dabar yra labai populiarus. Jis pagrįstas poveikiu, atsirandančiu biologiniuose audiniuose, kai pro juos praeina ultragarsas. Bangos sukelia terpės dalelių svyravimus, o tai sukuria savotišką audinių mikromasažą. Ir ultragarso absorbcija sukelia jų vietinį šildymą. Tuo pačiu metu biologinėse terpėse vyksta tam tikri fizikiniai ir cheminiai virsmai. Šie reiškiniai nesukelia negrįžtamos žalos esant vidutinio stiprumo garsui. Jie tik pagerina medžiagų apykaitą, todėl prisideda prie jų veikiamo organizmo gyvybinės veiklos. Tokie reiškiniai naudojami ultragarso terapijoje.
Ultragarsas chirurgijoje
Kavitacija ir stiprus kaitinimas esant dideliam intensyvumui sukelia audinių sunaikinimą. Šis efektas šiandien naudojamas chirurgijoje. Chirurginėms operacijoms naudojamas fokusuotas ultragarsas, leidžiantis lokaliai sunaikinti giliausias struktūras (pavyzdžiui, smegenis), nepažeidžiant aplinkinių. Ultragarsas taip pat naudojamas chirurgijojeįrankiai, kurių darbinis galas atrodo kaip dildė, skalpelis, adata. Jiems keliamos vibracijos suteikia šiems instrumentams naujų savybių. Reikalinga jėga žymiai sumažėja, todėl sumažėja operacijos traumatizmas. Be to, pasireiškia analgezinis ir hemostazinis poveikis. Smūgis buku instrumentu naudojant ultragarsą naudojamas tam tikrų tipų organizme atsiradusiems navikams sunaikinti.
Poveikis biologiniams audiniams atliekamas siekiant sunaikinti mikroorganizmus ir naudojamas vaistų bei medicinos instrumentų sterilizavimo procesuose.
Vidaus organų tyrimai
Daugiausia kalbame apie pilvo ertmės tyrimą. Šiuo tikslu naudojamas specialus aparatas. Ultragarsu galima rasti ir atpažinti įvairias audinių ir anatomines anomalijas. Iššūkis dažnai būna toks: įtariamas piktybinis navikas ir jį reikia atskirti nuo gerybinio ar infekcinio pažeidimo.
Ultragarsas yra naudingas tiriant kepenis ir atliekant kitas užduotis, kurios apima tulžies latakų obstrukcijų ir ligų nustatymą, taip pat tulžies pūslės tyrimą, siekiant nustatyti, ar joje nėra akmenų ir kitų patologijų. Be to, gali būti atliekami cirozės ir kitų difuzinių gerybinių kepenų ligų tyrimai.
Ginekologijos srityje, daugiausia tiriant kiaušides ir gimdą, ultragarsas naudojamas ilgą laikąpagrindinė kryptis, kuria ji ypač sėkmingai vykdoma. Dažnai čia prireikia ir gerybinių bei piktybinių darinių diferencijavimo, kuris dažniausiai reikalauja geriausio kontrasto ir erdvinės raiškos. Panašios išvados gali būti naudingos tiriant daugelį kitų vidaus organų.
Ultragarso naudojimas odontologijoje
Ultragarsas taip pat atsidūrė odontologijoje, kur jis naudojamas dantų akmenims šalinti. Tai leidžia greitai, be kraujo ir neskausmingai pašalinti apnašas ir akmenis. Tuo pačiu metu nepažeidžiama burnos gleivinė, o ertmės „kišenės“dezinfekuojamos. Vietoj skausmo pacientas jaučia šilumos pojūtį.
