A 21. század a rádióelektronika, az atom, az űrkutatás és az ultrahang évszázada. Az ultrahang tudománya ma viszonylag fiatal. A 19. század végén P. N. Lebegyev orosz fiziológus végezte első tanulmányait. Ezt követően sok kiváló tudós kezdett ultrahanggal foglalkozni.
Mi az ultrahang?
Az ultrahang egy terjedő hullámzó rezgőmozgás, amelyet a közeg részecskéi okoznak. Megvannak a maga sajátosságai, amelyekben eltér a hallható tartomány hangjaitól. Az ultrahangos tartományban viszonylag könnyű irányított sugárzást elérni. Ráadásul jól fókuszál, ennek hatására megnő a megtett oszcillációk intenzitása. Szilárd testekben, folyadékokban és gázokban való terjedése során az ultrahang érdekes jelenségeket eredményez, amelyek a technológia és a tudomány számos területén gyakorlati alkalmazásra találtak. Ez az ultrahang, amelynek az élet különböző területein manapság igen nagy a szerepe.
Az ultrahang szerepe a tudományban és a gyakorlatban
Az ultrahang az utóbbi években kezdett szerepet játszani a tudományos kutatásbanegyre fontosabb szerepet. Sikeresen végeztek kísérleti és elméleti vizsgálatokat az akusztikus áramlások és az ultrahangos kavitáció területén, amelyek lehetővé tették a tudósok számára olyan technológiai folyamatok kidolgozását, amelyek akkor fordulnak elő, amikor a folyadékfázisban ultrahangnak vannak kitéve. Ez egy hatékony módszer a különféle jelenségek tanulmányozására olyan tudásterületen, mint a fizika. Az ultrahangot például a félvezető- és szilárdtestfizikában használják. Ma a kémia egy külön ága alakul ki, az úgynevezett "ultrahangos kémia". Alkalmazása számos kémiai-technológiai folyamat felgyorsítását teszi lehetővé. Megszületett a molekuláris akusztika is - az akusztika új ága, amely a hanghullámok és az anyag molekuláris kölcsönhatását vizsgálja. Megjelentek az ultrahang új alkalmazási területei: holográfia, introszkópia, akusztoelektronika, ultrahangos fázismérés, kvantumakusztika.
Az ezen a területen végzett kísérleti és elméleti munka mellett ma rengeteg gyakorlati munka is történt. Speciális és univerzális ultrahangos gépeket, megnövelt statikus nyomás alatt működő berendezéseket fejlesztettek ki stb.. A termelésbe bekerültek a gyártósorokba beépített automata ultrahangos berendezések, amelyek jelentősen növelhetik a munkatermelékenységet.
További információ az ultrahangról
Beszéljünk többet arról, hogy mi az ultrahang. Már említettük, hogy ezek rugalmas hullámok és oszcillációk. Az ultrahang frekvenciája meghaladja a 15-20 kHz-et. Hallásunk szubjektív tulajdonságai határozzák meg az ultrahang frekvenciák alsó határát, amelyelválasztja a hallható hang frekvenciájától. Ez a határ tehát feltételes, és mindannyian másként határozzuk meg, mi az ultrahang. A felső határt a rugalmas hullámok, azok fizikai természete jelzik. Csak anyagi közegben terjednek, vagyis a hullámhossznak lényegesen nagyobbnak kell lennie, mint a gázban jelenlévő molekulák átlagos szabad útja, illetve a szilárd és folyadékokban lévő atomok közötti távolságok. Normál nyomáson gázokban az ultrahang frekvenciák felső határa 109 Hz, szilárd és folyékony anyagok esetén pedig 1012-10 13 Hz.
Ultrahangos források
Az ultrahang számos természetes zaj összetevőjeként (vízesés, szél, eső, a szörf által görgetett kavicsok, valamint a zivatarokat kísérő hangok stb.) és szerves részeként is megtalálható a természetben. az állatvilág. Egyes állatfajok térbeli tájékozódásra, akadályok észlelésére használják. Az is ismert, hogy a delfinek a természetben ultrahangot használnak (főleg 80-100 kHz-es frekvenciák). Ebben az esetben az általuk kibocsátott helymeghatározó jelek ereje nagyon nagy lehet. Köztudott, hogy a delfinek akár egy kilométeres távolságban is képesek észlelni a halrajokat.
Az ultrahang kibocsátóit (forrásait) 2 nagy csoportra osztják. Az első a generátor, amelyben a rezgéseket gerjesztik az állandó áramlás útján elhelyezett akadályok jelenléte miatt - folyadék- vagy gázsugár. A második csoport, amelybe az ultrahangforrásokat kombinálni lehetelektroakusztikus átalakítók, amelyek az áram vagy az elektromos feszültség adott ingadozásait szilárd test által keltett mechanikai rezgéssé alakítják, amely akusztikus hullámokat sugároz a környezetbe.
Ultrahang vevők
Közepes és alacsony frekvenciákon az ultrahangos vevőkészülékek leggyakrabban piezoelektromos típusú elektroakusztikus átalakítók. Képesek reprodukálni a vett akusztikus jel formáját, amelyet a hangnyomás időfüggőségeként ábrázolnak. Az eszközök lehetnek szélessávúak vagy rezonánsak, attól függően, hogy milyen alkalmazási feltételekre szánják őket. Hővevőket használnak az időátlagos hangtér-jellemzők meghatározására. Ezek hangelnyelő anyaggal bevont termisztorok vagy hőelemek. A hangnyomás és intenzitás optikai módszerekkel is megbecsülhető, például a fény diffrakciójával ultrahanggal.
Hol használják az ultrahangot?
Alkalmazásának számos területe van, miközben az ultrahang különböző funkcióit használja. Ezek a területek nagyjából három területre oszthatók. Ezek közül az első az ultrahanghullámok segítségével történő különféle információk megszerzéséhez kapcsolódik. A második irány az anyagra gyakorolt aktív hatása. A harmadik pedig a jelek továbbításához és feldolgozásához kapcsolódik. Minden esetben egy bizonyos frekvenciatartományú US-t használunk. Csak néhányat fogunk lefedni a sok terület közül, amelyeken megtalálta az utat.
Ultrahangos tisztítás
A tisztítás minősége nem hasonlítható össze más módszerekkel. Az alkatrészek öblítésekor például a szennyeződések legfeljebb 80%-a a felületükön marad, körülbelül 55% - vibrációs tisztítással, körülbelül 20% - kézi tisztítással, ultrahangos tisztításnál pedig legfeljebb 0,5% marad a szennyeződésekből. A bonyolult alakú részleteket csak ultrahang segítségével lehet jól megtisztítani. Használatának fontos előnye a magas termelékenység, valamint a fizikai munka alacsony költsége. Ezenkívül a drága és gyúlékony szerves oldószereket olcsó és biztonságos vizes oldatokkal helyettesítheti, használhat folyékony freont stb.
Súlyos probléma a levegő szennyeződése korom, füst, por, fémoxidok stb. által. A levegő és a gáz ultrahangos tisztítási módszerét használhatja a gázkimenetekben, függetlenül a környezet páratartalmától és hőmérsékletétől. Ha egy ultrahangos emittert porülepítő kamrába helyezünk, annak hatékonysága több százszorosára nő. Mi a lényege egy ilyen megtisztulásnak? A levegőben véletlenszerűen mozgó porszemcsék az ultrahangos rezgések hatására erősebben és gyakrabban ütik egymást. Ugyanakkor méretük növekszik az egyesülés miatt. A koaguláció a részecskék megnagyobbodásának folyamata. A speciális szűrők felfogják súlyozott és kinagyított klasztereiket.
Rendes és szuperkemény anyagok megmunkálása
Ha ultrahanggal lép be a munkadarab és a szerszám munkafelülete közé, csiszolóanyag, akkor működés közben a csiszolószemcsékemitter hatással lesz ennek a résznek a felületére. Ebben az esetben az anyagot megsemmisítik és eltávolítják, és különféle irányított mikrohatások hatására feldolgozásnak vetik alá. A megmunkálás kinematikája a fő mozgásból - vágásból, vagyis a szerszám által keltett hosszirányú rezgésekből és a segéd - előtolásból áll, amit a gép végez.
Az ultrahang különféle feladatokat tud végezni. A csiszolószemcséknél az energiaforrás a hosszanti rezgések. Megsemmisítik a feldolgozott anyagot. Az előtolás mozgása (kisegítő) lehet körkörös, keresztirányú és hosszanti. Az ultrahangos feldolgozás pontosabb. A csiszolóanyag szemcseméretétől függően 50 és 1 mikron között mozog. Különböző formájú szerszámok segítségével nem csak lyukakat készíthet, hanem összetett vágásokat, ívelt tengelyeket, gravírozást, köszörülést, mátrixokat készíthet és még gyémántot is fúrhat. Csiszolóanyagként használt anyagok - korund, gyémánt, kvarchomok, kovakő.
Ultrahang a rádióelektronikában
A technológiai ultrahangot gyakran használják a rádióelektronika területén. Ezen a területen gyakran szükségessé válik egy elektromos jel késleltetése más jelekhez képest. A tudósok jó megoldást találtak az ultrahangos késleltetési vonalak (röviden LZ) alkalmazásának javaslatával. Működésük azon a tényen alapszik, hogy az elektromos impulzusok ultrahangos mechanikai rezgésekké alakulnak. Hogyan történik? Az a tény, hogy az ultrahang sebessége lényegesen kisebb, mint az elektromágneses rezgések által kifejlesztett. Impulzusaz elektromos mechanikai rezgésekké történő fordított átalakítás után a feszültség késik a vonal kimenetén a bemeneti impulzushoz képest.
Piezoelektromos és magnetostrikciós átalakítókat használnak az elektromos rezgések mechanikussá alakítására és fordítva. Az LZ-t piezoelektromosra és magnetostrikciósra osztják.
Ultrahang az orvostudományban
Az ultrahang különböző típusait használják az élő szervezetek befolyásolására. Az orvosi gyakorlatban használata ma már nagyon népszerű. Azon a hatásokon alapul, amelyek a biológiai szövetekben jelentkeznek, amikor az ultrahang áthalad rajtuk. A hullámok ingadozást okoznak a közeg részecskéiben, ami egyfajta szöveti mikromasszázst hoz létre. Az ultrahang elnyelése pedig helyi felmelegedésükhöz vezet. Ugyanakkor a biológiai közegben bizonyos fizikai-kémiai átalakulások mennek végbe. Ezek a jelenségek mérsékelt hangintenzitás esetén nem okoznak visszafordíthatatlan károsodást. Csak javítják az anyagcserét, ezáltal hozzájárulnak a nekik kitett szervezet létfontosságú tevékenységéhez. Ilyen jelenségeket alkalmaznak az ultrahangos terápiában.
Ultrahang a sebészetben
A kavitáció és a nagy intenzitású erős melegítés szövetkárosodáshoz vezet. Ezt a hatást ma a sebészetben használják. A fókuszált ultrahangot sebészeti beavatkozásokhoz használják, amely lehetővé teszi a helyi károsodást a legmélyebb struktúrákban (például az agyban), anélkül, hogy károsítaná a környezőket. Az ultrahangot sebészetben is használjákszerszámok, amelyekben a munkavége úgy néz ki, mint egy reszelő, szike, tű. A rájuk ható rezgések új minőséget adnak ezeknek a hangszereknek. A szükséges erő jelentősen csökken, így a műtét traumatizmusa is csökken. Ezenkívül fájdalomcsillapító és vérzéscsillapító hatás nyilvánul meg. Az ultrahangot használó tompa műszerrel történő ütés a szervezetben megjelent bizonyos típusú daganatok elpusztítására szolgál.
A biológiai szövetekre gyakorolt hatást a mikroorganizmusok elpusztítására hajtják végre, és a gyógyszerek és orvosi műszerek sterilizálására használják.
Belső szervek kutatása
Elsősorban a hasüreg vizsgálatáról beszélünk. Erre a célra speciális berendezést használnak. Az ultrahang segítségével különféle szöveti és anatómiai anomáliákat lehet megtalálni és felismerni. A kihívás gyakran a következő: rosszindulatú daganat gyanúja merül fel, és meg kell különböztetni egy jóindulatú vagy fertőző elváltozástól.
Az ultrahang hasznos a máj vizsgálatánál és egyéb feladatoknál, amelyek magukban foglalják az epeutak elzáródásának és betegségeinek kimutatását, valamint az epehólyag vizsgálatát a benne lévő kövek és egyéb kórképek kimutatására. Ezenkívül cirrózis és más diffúz jóindulatú májbetegségek vizsgálata is alkalmazható.
A nőgyógyászat területén, elsősorban a petefészkek és a méh vizsgálatánál az ultrahang alkalmazása hosszú ideig tarta fő irány, amelyben különösen sikeresen hajtják végre. Gyakran itt is szükség van a jó- és rosszindulatú képződmények megkülönböztetésére, ami általában a legjobb kontrasztot és térbeli felbontást igényli. Hasonló következtetések sok más belső szerv vizsgálatánál is hasznosak lehetnek.
Az ultrahang használata a fogászatban
Az ultrahang a fogászatban is utat talált, ahol fogkő eltávolítására használják. Lehetővé teszi a lepedék és kövek gyors, vérmentes és fájdalommentes eltávolítását. Ugyanakkor a szájnyálkahártya nem sérül, az üreg "zsebeit" fertőtlenítik. Fájdalom helyett a beteg melegséget érez.
