Penggunaan ultrasound dalam perubatan dan teknologi. Ultrasound dan aplikasinya dalam teknologi

Tiga aplikasi utama ultrasound dalam bidang perubatan ialah diagnostik ultrasound, "skalpel ultrasonik" dan fisioterapi ultrasound. Mari kita mulakan dengan dua yang terakhir.

"Salpel ultrasonik" digunakan terutamanya di mana pendedahan yang tepat dan terhad diperlukan, di mana setiap milimeter tambahan tisu yang dimusnahkan boleh menyebabkan akibat yang serius, seperti, sebagai contoh, dalam rawatan pembedahan penyakit mata, pembedahan plastik muka, dll. Memfokuskan ultrasound dalam kecil mengikut saiz kawasan tertentu, ia memungkinkan untuk mempengaruhi struktur badan yang terletak dalam. Ini amat penting apabila melakukan operasi neurosurgikal pada otak, semasa operasi untuk pemusnahan laluan pengaliran tambahan jantung. Dengan peningkatan dalam kekerapan ultrasound, tindakannya sangat setempat. Sebagai contoh, pada frekuensi 4 MHz, adalah mungkin untuk memusnahkan kawasan tisu dengan isipadu hanya 0.05 mm3, manakala tisu di sekelilingnya kekal utuh.

Untuk rawatan penyakit mata, ultrasound pertama kali digunakan oleh pakar perubatan di Institut Penyelidikan Penyakit Mata dan Terapi Tisu Odessa yang dinamakan sempena V.I. V. P. Filatov, yang terkenal dengan pembangunan beberapa kaedah baru untuk rawatan kelegapan kornea, katarak asal traumatik, detasmen retina, dll. Ultrasound frekuensi rendah dengan frekuensi 20-40 kHz digunakan untuk mengembangkan saluran lacrimal, serta semasa operasi pada kornea.

Pembedahan untuk katarak (kekeruhan kanta) biasanya dilakukan hanya selepas ia matang, apabila penglihatan telah hilang sepenuhnya. Di bawah keadaan semula jadi, proses ini kadang-kadang berlangsung selama bertahun-tahun. "Berbunyi" dengan ultrasound mempercepatkannya kepada beberapa minit, yang membolehkan anda melakukan operasi lebih awal dan dengan hasil yang lebih baik. Untuk menjalankan operasi ini, alat ultrasonik asli telah dibangunkan dalam bentuk jarum berongga setebal 1 mm, disertakan dalam sarung silikon nipis dan disambungkan kepada penjana ultrasonik. Memerhatikan pergerakan jarum melalui mikroskop, pakar bedah membawanya dekat dengan kanta dan menghidupkan ultrasound. Di bawah tindakan ultrabunyi, selepas beberapa saat, kanta keruh mencair. Cecair yang terhasil dibasuh keluar dari kapsul dengan larutan disinfektan yang masuk melalui celah antara jarum dan bekasnya, dan disedut keluar melalui saluran dalaman jarum. Kursus tempoh selepas operasi selepas operasi sedemikian dikurangkan dengan ketara.

Ultrasound terfokus telah digunakan untuk menangguhkan detasmen retina yang membutakan. Tindakan terarahnya pada beberapa titik membetulkan retina ke tisu asas. Dalam banyak kes, ultrasound membantu mengelakkan pembedahan untuk glaukoma. Gejala utama penyakit ini ialah peningkatan tekanan intraokular. Sklera mata "disuarakan" oleh ultrasound pada beberapa titik, selepas itu tekanan intraokular berkurangan. Menurut doktor Amerika, kaedah ini berkesan dalam 80% kes.

Kesan merosakkan ultrasound juga digunakan untuk mengeluarkan bekuan darah dari saluran besar. Melalui lubang yang dibuat dengan jarum khas, pakar bedah memasukkan pandu gelombang ultrasonik nipis ke dalam kapal dan dengan berhati-hati memajukannya ke arah trombus. Selepas 10-12 saat "menyuarakan", trombus tidak lagi wujud, dan kandungan cecair yang terhasil dibasuh keluar dari lumen kapal dan disedut keluar melalui jarum yang sama. Alat itu dikeluarkan dan lubang itu dimeterai dengan kimpalan ultrasonik.

Ultrasound juga digunakan dalam rawatan pembedahan penyakit telinga, tekak, dan hidung. Operasi untuk membuang tisu bengkak mukosa hidung yang meradang secara kronik dan membetulkan septum yang menyimpang dilakukan dalam kebanyakan kes dengan pisau bedah, pahat dan tukul. Kemudian membangunkan peralatan ultrasonik untuk operasi ini. Alat ultrasonik memungkinkan untuk menjalankannya tanpa darah, hampir tanpa rasa sakit dan, lebih-lebih lagi, berkali-kali lebih cepat. Kumpulan doktor Rusia yang sama telah membangunkan pisau bedah ultrasonik untuk trakeotomi (hirisan trakea). Operasi ini biasanya dilakukan mengikut tanda-tanda penting - dengan serangan sesak nafas secara tiba-tiba. Setiap saat adalah berharga di sini, dan penggunaan ultrasound menjimatkan sebanyak 10 minit.

Menurut banyak doktor, kaedah ultrasound sudah pasti memperluaskan kemungkinan rawatan pembedahan pesakit dengan pelbagai patologi paru-paru dan pleura. Doktor melakukan pembedahan dada menggunakan ultrasound. Alat ultrasonik memotong dan menyambungkan sternum, rusuk, bronkus, arteri yang menyempitkan bougiens. Pandu gelombang ultrasonik fleksibel panjang untuk manipulasi pada trakea dan bronkus, yang dibangunkan buat pertama kali di dunia oleh sekumpulan saintis Soviet, sedang diperkenalkan ke dalam amalan. Diadakan kajian eksperimen dengan menyambungkan tisu dulang dan menutup tunggul bronkus menggunakan ultrasound.

Para saintis telah membangunkan dan menggunakan kaedah pemotongan ultrasonik dan penyambungan tisu tulang menggunakan kimpalan ultrasonik - pertama dalam banyak eksperimen haiwan, dan kemudian di klinik. Untuk memotong tulang dengan gergaji biasa, adalah perlu untuk mengupas tisu lembut daripadanya pada tahap yang agak besar, dan untuk gergaji ultrasonik, lubang pada tisu lembut dengan diameter 1 cm sudah cukup. makna istimewa dengan pemotongan tengkorak, pemotongan tulang rusuk, dsb.

Kaedah permukaan ultrasonik tisu tulang terdiri daripada fakta bahawa rongga yang terbentuk di dalam tulang selepas penyingkiran fokus patologi dipenuhi dengan cip tulang, yang diresapi dengan bahan pengisi khas dan dibunyikan dengan ultrasound. Selepas "menyuarakan" semua jisim ini bertukar menjadi konglomerat, dipateri dengan kuat ke tulang. Ultrasound juga digunakan untuk menyambungkan tisu hati, limpa, kelenjar endokrin.

Selama bertahun-tahun, peranti ultrasonik telah digunakan dalam pergigian untuk membuang tartar, dan dalam beberapa tahun kebelakangan ini juga untuk merawat karies dan komplikasinya. Bahan pelelas (serbuk aluminium oksida, boron, dsb., terampai dalam air) diletakkan di antara hujung kerja penggetar ultrasonik dan gigi. Zarah kasar, mengenai tisu gigi, secara beransur-ansur mengeluarkan lapisan demi lapisan daripadanya. Rongga yang terhasil menghasilkan semula bentuk hujung vibrator. Dindingnya digilap dengan lancar. Kualiti pengisian juga lebih baik, kerana di bawah pengaruh "berbunyi" struktur berubah dan ketumpatan bahan pengisian meningkat. Rawatan gigi ultrasonik adalah senyap. Pembebasan haba, dan oleh itu pemanasan gigi dengannya, adalah lebih lemah daripada semasa menggerudi dengan bur berputar. Oleh itu, kesakitan pada kebanyakan pesakit tidak hadir atau minimum. AT kes ini Kelebihan ultrasound yang tidak diragukan ini bertukar menjadi kelemahannya. Dengan rawatan ultrasound pulpitis yang hampir tidak menyakitkan, sukar bagi doktor untuk menentukan momen pendekatan ke saraf. Oleh itu, gerudi ultrasonik hanya boleh digunakan oleh profesional yang berpengalaman.

Kesan penghancuran ultrasound juga boleh digunakan untuk memusnahkan batu ureter. Alat ultrasonik menghancurkan batu dalam 5-60 saat, bergantung pada saiz dan ketumpatan batu.

Pisau bedah ultrasonik tidak sama rupa dan prinsip operasinya dengan pembedahan. Secara luaran, ia menyerupai roket dua peringkat mini yang sesuai dengan mudah di tangan. Peringkat pertamanya mengandungi penggetar ultrasonik, tindakannya berdasarkan prinsip magnetostriction (dari perkataan Latin "strictio" - mampatan).

Intipati fenomena magnetostriction adalah bahawa beberapa logam, masuk ke medan magnet, mengubahnya dimensi geometri. Jika dawai kuprum dililit pada rod daripada bahan feromagnetik tersebut dan melaluinya arus ulang alik dengan frekuensi yang sepadan dengan frekuensi ultrasound, maka rod dengan frekuensi yang sama akan mengubah dimensinya. Oleh kerana amplitud perubahan dalam dimensi penggetar adalah sangat kecil, penumpu ultrasound (peringkat kedua "roket") direka untuk menguatkannya. Penumpu menyempit dari pangkalan ke atas, julat ayunan yang sepuluh kali lebih besar daripada tapak, yang mengubah kedudukan bersama-sama dengan penggetar. Amplitud ayunan bahagian atas penumpu mencapai 50-60 mikron, dan frekuensinya ialah 25-50 kHz. Pisau bedah ultrasonik berfungsi seperti gergaji mikro yang tajam. Oleh kerana tenaga getaran ultrasonik, ia memisahkan tisu pada sempadan sentuhan membran sel, hampir tanpa merosakkan sel itu sendiri, yang menyumbang kepada penyembuhan yang lebih baik dan lebih cepat. Dengan memusingkan sedikit instrumen dan dengan itu menukar arah pancaran ultrasound, adalah mungkin untuk menukar arah hirisan tanpa meluaskan akses operasi. Apabila tisu dipotong, ultrasound menghentikan pendarahan kapilari. Ia juga penting bahawa penggunaan ultrasound dengan ketara mengurangkan kesakitan campur tangan pembedahan.

Teknologi ultrasound pembedahan kini menjadi sebahagian daripada senjata perubatan praktikal. Ia digunakan bersama-sama dengan instrumen pembedahan tradisional, electrocoagulation, laser dan kaedah lain, dengan mengambil kira ciri-ciri penyakit, petunjuk dan kontraindikasi. Dengan peningkatan dan peningkatan dalam pengeluaran peralatan ultrasonik untuk campur tangan pembedahan, pengenalannya ke dalam amalan akan berkembang.

Fenomena fizikal yang timbul daripada tindakan ultrasound pada cecair membentuk asas kaedah baru rawatan luka yang dibangunkan oleh saintis Rusia. Penyelesaian antibiotik atau antiseptik disuntik ke dalam luka, yang "disuarakan" menggunakan pandu gelombang ultrasonik. Cecair yang dibunyikan mengeluarkan tisu mati, mengurut permukaan luka, meningkatkan peredaran darah di dalamnya. Penyebaran bahan ubat juga bertambah baik, kesakitan semasa pembalut berkurangan, pencemaran bakteria pada luka berkurangan, yang menyumbang kepada penyembuhan yang lebih cepat dan lancar. Syarat rawatan pesakit sedemikian di hospital berkurangan dengan ketara.

Bidang penggunaan ultrasound yang berasingan dalam perubatan ialah fisioterapi ultrasonik.

Mekanisme tindakan fisiologi ultrasound terapeutik pada tisu organisma hidup masih belum dijelaskan sepenuhnya. Adalah lazim untuk membezakan tiga faktor utama pengaruh ultrasound: mekanikal, haba dan fiziko-kimia. Tindakan mekanikal terdiri daripada mikrourut getaran tisu pada tahap selular dan subselular, yang meningkatkan kebolehtelapan membran sel dan metabolisme dalam sel dan tisu badan. Kesan haba ultrasound pada intensiti rendahnya, digunakan untuk tujuan terapeutik, adalah tidak penting. Haba boleh terkumpul terutamanya dalam tisu yang paling banyak menyerap tenaga ultrasonik (saraf, tulang), serta sempadan media dengan rintangan akustik yang berbeza (di sempadan tulang dengan tisu lembut) dan di tempat dengan peredaran darah yang tidak mencukupi.

Kesan fizikokimia ultrasound terutamanya disebabkan oleh fakta bahawa penggunaan tenaga akustik menyebabkan resonans mekanikal dalam bahan tisu hidup. Pada masa yang sama, pergerakan molekul dipercepatkan, pereputannya menjadi ion meningkat, keadaan elektrik sel dan cecair perisel berubah, medan elektrik baru terbentuk, resapan melalui membran biologi, proses metabolik diaktifkan,

Apabila terdedah kepada ultrasound pada kulit, fungsi pelindung penghalangnya bertambah baik, aktiviti peluh dan kelenjar sebum meningkat, proses penjanaan semula diaktifkan. Menariknya, sensitiviti kulit kawasan yang berlainan badan kepada ultrasound tidak sama: di muka dan perut ia lebih tinggi daripada di bahagian kaki.

Apabila terdedah kepada ultrasound pada sistem saraf dengan kuasa 0.5 W / cm2. meningkatkan kadar pengujaan gentian saraf, dan pada keamatan yang lebih tinggi - 1 W/cm2. - ia semakin berkurangan. Ultrasound dengan intensiti sederhana mempunyai kesan anti-spasmodik - ia melegakan kekejangan bronkus, hempedu dan saluran kencing, usus, dan meningkatkan kencing. Di bawah pengaruhnya, nada vaskular dinormalisasi dan bekalan darah ke tisu bertambah baik, asimilasi oksigen oleh mereka meningkat.

Ultrasound digunakan untuk merawat tonsilitis kronik. Tonsil yang terjejas "disuarakan" oleh ultrasound intensiti rendah, yang mengurangkan aktiviti patogen, meningkatkan pemakanan tisu, dan mengaktifkan proses imunobiologi. Akibatnya, rawatan pesakit luar seperti itu membantu memelihara tonsil, yang memainkan peranan penting dalam tindak balas perlindungan badan. Doktor Rostov telah membangunkan teknik asal untuk urut mata ultrasonik. Selepas penyedutan ubat anestetik, bingkai cincin diletakkan pada mata pesakit dan ultrasound dihidupkan. Selepas sedozen sesi urut ultrasonik sedemikian pada pesakit dengan bentuk awal tekanan intraokular glaukoma menjadi normal.

Dalam ginekologi, ultrasound digunakan untuk merawat hakisan serviks. Sudah selepas dua atau tiga prosedur ultrasonik, dijalankan dengan selang 1-2 hari, hakisan mula sembuh, dan selepas sebulan pada kebanyakan pesakit ia hilang sepenuhnya.

Salah satu pengkhususan terapi ultrasound ialah rawatan adenoma prostat. Penyakit ini menyerang kebanyakan lelaki yang lebih tua. Rawatan dan dalam kebanyakan kes pembedahan. Penggunaan terapi ultrasound untuk adenoma prostat dan prostatitis memberi hasil yang baik: selepas beberapa prosedur, kesakitan hampir hilang sepenuhnya pada pesakit, kencing kembali normal, dan keadaan umum bertambah baik. "Bersuara" yang dijalankan selepas operasi penyingkiran kelenjar, menyumbang kepada perjalanan yang lebih baik dalam tempoh selepas operasi.

Terapi ultrasound yang paling banyak digunakan untuk osteochondrosis, arthrosis, sciatica dan penyakit lain periferal sistem saraf dan sistem muskuloskeletal.

Rawatan ultrabunyi tidak disyorkan untuk akut penyakit berjangkit, angina pectoris, aneurisma jantung, hipertensi II B dan III peringkat, penyakit darah, kecenderungan untuk pendarahan, serta semasa kehamilan. Sebelum ini, kehadiran tumor malignan juga dianggap sebagai kontraindikasi. Tetapi baru-baru ini, persoalan penggunaan terapi ultrasound untuk rawatan mereka, secara berasingan dan digabungkan dengan terapi sinar-X, telah dikaji.

Kadang-kadang ultrasound digunakan dalam kombinasi dengan pelbagai bahan perubatan. Kaedah ini dipanggil phonophoresis, walaupun lebih tepat untuk memanggilnya ultraphonophoresis. Kaedah ini berdasarkan peningkatan kebolehtelapan kulit, membran mukus, membran sel dan meningkatkan peredaran mikro tempatan di bawah pengaruh ultrasound. Semua ini membantu pengenalan sejumlah ubat melalui kulit dan membran mukus.

Pada masa ini, phonophoresis digunakan oleh ramai ubat-ubatan seperti hydrocortisone, analgin, chlorpromazine, interferon, complamin, heparin, ekstrak aloe, FiBS, keseluruhan baris antibiotik, dsb. Pada masa yang sama, didapati bahawa beberapa bahan perubatan, contohnya, eufillin, asid askorbik, tiamin (vitamin B1) dan lain-lain, apabila "berbunyi" dengan ultrasound, sama ada tidak menembusi badan atau dimusnahkan. Kadang-kadang semasa phonophoresis, kulit atau membran mukus pertama kali dibunyikan dengan ultrasound, dan kemudian, selepas mengeluarkan medium sentuhan, bahan ubat digunakan dalam bentuk losyen atau salap. Tetapi lebih kerap prosedur dilakukan dengan cara yang sama seperti penyinaran ultrasound konvensional. Bahan ubat sebelum ini digunakan pada permukaan kulit atau membran mukus dalam bentuk larutan akueus, emulsi atau salap. Mereka juga memainkan peranan sebagai medium kenalan dalam pemarkahan. Dengan phonophoresis, serta dengan "bersuara" tanpa menggunakan ubat, dua kaedah digunakan: stabil dan labil. Dengan penggetar pertama semasa prosedur tetap tidak bergerak, dengan yang kedua - ia perlahan-lahan bergerak di sepanjang permukaan kulit atau membran mukus.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kemungkinan menggunakan ultrafonpunktur, ultrabunyi terfokus, pendedahan ultrabunyi terkawal dan biosegerak telah dikaji. Skop terapi ultrasound terus berkembang.

Baru-baru ini penggunaan yang meluas ultrasound telah digunakan dalam pelbagai bidang sains, teknologi dan perubatan.

Apa itu? Di manakah getaran ultrasonik digunakan? Apakah faedah yang boleh mereka bawa kepada seseorang?

Ultrasound dipanggil pergerakan berayun seperti gelombang dengan frekuensi lebih daripada 15-20 kilohertz, timbul di bawah pengaruh persekitaran dan tidak dapat didengari oleh telinga manusia. Gelombang ultrasonik mudah difokuskan, yang meningkatkan keamatan getaran.

Sumber ultrasound

Secara semula jadi, ultrasound mengiringi pelbagai bunyi semula jadi: hujan, ribut petir, angin, air terjun, ombak laut. Beberapa haiwan (lumba-lumba, kelawar), yang membantu mereka mengesan halangan dan mengemudi di angkasa.

Semua yang ada sumber tiruan Ultrasound dibahagikan kepada 2 kumpulan:

penjana - ayunan berlaku akibat daripada mengatasi halangan dalam bentuk jet gas atau cecair.
transduser elektroakustik - menukar voltan elektrik kepada getaran mekanikal, yang membawa kepada pancaran gelombang akustik dalam persekitaran.

Penerima ultrabunyi

Frekuensi rendah dan sederhana getaran ultrasonik terutamanya dilihat oleh transduser elektro-akustik jenis piezoelektrik. Bergantung pada syarat penggunaan, peranti resonan dan jalur lebar dibezakan.

Untuk mendapatkan ciri medan bunyi yang dipuratakan dari semasa ke semasa, penerima haba digunakan, diwakili oleh termokopel atau termistor, yang disalut dengan bahan dengan sifat menyerap bunyi.

Kaedah optik, yang termasuk pembelauan cahaya, dapat menganggarkan keamatan ultrasound dan tekanan bunyi.

Di manakah gelombang ultrasonik digunakan?

Gelombang ultrasonik telah menemui aplikasi dalam pelbagai bidang.

Secara konvensional, kawasan penggunaan ultrasound boleh dibahagikan kepada 3 kumpulan:

menerima maklumat;
pengaruh aktif;
pemprosesan dan penghantaran isyarat.

Dalam setiap kes, ia digunakan julat tertentu frekuensi.

Pembersihan ultrasonik

Tindakan ultrasonik menyediakan pembersihan bahagian yang berkualiti tinggi. Dengan pembilasan mudah bahagian, sehingga 80% kotoran kekal padanya, dengan pembersihan getaran - hampir 55%, dengan pembersihan manual - kira-kira 20%, dan dengan pembersihan ultrasonik - kurang daripada 0.5%.

Butiran dengan bentuk yang kompleks hanya boleh dikeluarkan dengan bantuan ultrasound.

Gelombang ultrasonik juga digunakan dalam penulenan udara dan gas. Pemancar ultrasonik yang diletakkan di dalam ruang pengendapan habuk meningkatkan keberkesanan tindakannya ratusan kali ganda.

Pemesinan bahan rapuh dan superhard

Terima kasih kepada ultrasound, pemprosesan bahan ultra-tepat menjadi mungkin. Gunakannya untuk membuat potongan pelbagai bentuk, matriks, mengisar, mengukir dan juga menggerudi berlian.

Penggunaan ultrasound dalam elektronik radio

Dalam elektronik radio, selalunya perlu untuk menangguhkan isyarat elektrik berhubung dengan beberapa isyarat lain. Untuk ini, garis kelewatan ultrasonik mula digunakan, tindakannya berdasarkan penukaran impuls elektrik ke gelombang ultrasonik. Mereka juga mampu menukar getaran mekanikal kepada getaran elektrik. Oleh itu, garis kelewatan boleh menjadi magnetostrictive dan piezoelektrik.

Penggunaan ultrasound dalam perubatan

Penggunaan getaran ultrasonik dalam amalan perubatan adalah berdasarkan kesan yang berlaku pada tisu biologi semasa laluan ultrasound melaluinya. Pergerakan berayun mempunyai kesan mengurut pada tisu, dan apabila ultrasound diserap, ia dipanaskan secara tempatan. Pada masa yang sama, pelbagai proses fizikokimia diperhatikan dalam badan yang tidak menyebabkan perubahan yang tidak dapat dipulihkan. Akibatnya, proses metabolik dipercepatkan, yang memberi kesan baik kepada fungsi keseluruhan organisma.

Penggunaan ultrasound dalam pembedahan

Tindakan sengit ultrasound menyebabkan pemanasan yang kuat dan peronggaan, yang telah menemui aplikasi dalam pembedahan. Penggunaan ultrasound focal semasa operasi memungkinkan untuk melakukan kesan pemusnahan tempatan di bahagian dalam badan, termasuk di kawasan otak, tanpa merosakkan tisu berdekatan.

Pakar bedah dalam kerja mereka menggunakan alat dengan hujung berfungsi dalam bentuk jarum, pisau bedah atau gergaji. Dalam kes ini, pakar bedah tidak perlu membuat usaha, yang mengurangkan trauma prosedur. Pada masa yang sama, ultrasound mempunyai kesan analgesik dan hemostatik.

Pendedahan kepada ultrasound ditetapkan apabila neoplasma malignan dikesan di dalam badan, yang menyumbang kepada kemusnahannya.

Gelombang ultrasonik juga mempunyai kesan antibakteria. Oleh itu, ia digunakan untuk mensterilkan instrumen dan ubat-ubatan.

Pemeriksaan organ dalaman

Dengan bantuan ultrasound, pemeriksaan diagnostik organ yang terletak di rongga perut dijalankan. Untuk ini, alat khas digunakan.

Semasa pemeriksaan ultrasound, adalah mungkin untuk mengesan pelbagai patologi dan struktur yang tidak normal, membezakan neoplasma jinak dari yang malignan, dan mengesan jangkitan.

Getaran ultrasonik digunakan dalam diagnosis hati. Mereka membolehkan anda mengenal pasti penyakit aliran hempedu, memeriksa pundi hempedu untuk kehadiran batu dan perubahan patologi di dalamnya, mengenal pasti sirosis dan penyakit hati benigna.

Ultrasound telah menemui aplikasi yang meluas dalam bidang ginekologi, terutamanya dalam diagnosis rahim dan ovari. Ia membantu untuk mengesan penyakit ginekologi dan membezakan antara tumor malignan dan benigna.

Gelombang ultrasonik juga digunakan dalam kajian lain organ dalaman.

Penggunaan ultrasound dalam pergigian

Dalam pergigian, plak gigi dan kalkulus dikeluarkan menggunakan ultrasound. Terima kasih kepadanya, lapisan dikeluarkan dengan cepat dan tanpa rasa sakit, tanpa mencederakan membran mukus. Pada masa yang sama, rongga mulut dibasmi kuman.

Abad ke-21 ialah abad elektronik radio, atom, penerokaan angkasa lepas dan ultrasound. Sains ultrasound agak muda hari ini. Pada akhir abad ke-19, P. N. Lebedev, seorang ahli fisiologi Rusia, menjalankan kajian pertamanya. Selepas itu, ramai saintis terkemuka mula mengkaji ultrasound.

Apakah ultrasound?

Ultrasound ialah kesan penyebaran seperti gelombang bagi zarah sederhana. Ia mempunyai ciri tersendiri, di mana ia berbeza daripada bunyi julat yang boleh didengar. Ia agak mudah untuk mendapatkan sinaran terarah dalam julat ultrasonik. Di samping itu, ia difokuskan dengan baik, dan akibatnya, keamatan ayunan yang dibuat meningkat. Apabila merambat dalam pepejal, cecair dan gas, ultrasound menimbulkan fenomena menarik yang telah menemui aplikasi praktikal dalam banyak bidang teknologi dan sains. Inilah ultrasound, yang peranannya dalam pelbagai bidang kehidupan hari ini sangat besar.

Peranan ultrasound dalam sains dan amalan

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, ultrasound telah mula memainkan peranan yang semakin penting dalam penyelidikan saintifik. Kajian eksperimen dan teori dalam bidang aliran akustik dan peronggaan ultrasonik telah berjaya dijalankan, yang membolehkan para saintis membangunkan proses teknologi yang berlaku apabila terdedah kepada ultrasound dalam fasa cecair. Ia adalah kaedah yang berkuasa untuk mengkaji pelbagai fenomena dalam bidang pengetahuan seperti fizik. Ultrasound digunakan, sebagai contoh, dalam fizik semikonduktor dan badan padat. Hari ini, cabang kimia yang berasingan sedang dibentuk, dipanggil "kimia ultrasonik". Aplikasinya membolehkan mempercepatkan banyak proses kimia-teknologi. Akustik molekul juga dilahirkan - bahagian baru akustik, yang mengkaji interaksi molekul dengan jirim. Bidang penggunaan ultrasound baharu telah muncul: holografi, introskopi, akustoelektronik, pengukuran fasa ultrasonik, akustik kuantum.

Sebagai tambahan kepada kerja eksperimen dan teori dalam bidang ini, banyak kerja amali telah dilakukan hari ini. Mesin ultrasonik khas dan universal, pemasangan yang beroperasi di bawah tekanan statik yang meningkat, dsb. telah dibangunkan. Pemasangan ultrasonik automatik yang termasuk dalam barisan pengeluaran telah diperkenalkan ke dalam pengeluaran, yang boleh meningkatkan produktiviti buruh dengan ketara.

Lebih lanjut mengenai ultrasound

Mari kita bercakap lebih lanjut tentang apa itu ultrasound. Kami telah mengatakan bahawa ini adalah gelombang elastik dan ultrasound melebihi 15-20 kHz. Sifat subjektif pendengaran kita menentukan had bawah frekuensi ultrasonik, yang memisahkannya daripada frekuensi bunyi yang boleh didengar. Sempadan ini, oleh itu, adalah bersyarat, dan setiap daripada kita secara berbeza mentakrifkan apa itu ultrasound. Sempadan atas ditunjukkan oleh gelombang elastik, mereka sifat fizikal. Mereka hanya memohon kepada persekitaran material, iaitu, panjang gelombang mestilah jauh lebih besar daripada laluan bebas purata molekul yang terdapat dalam gas atau jarak interatomik dalam pepejal dan cecair. Pada tekanan normal dalam gas, had atas frekuensi ultrasonik ialah 10 9 Hz, dan dalam pepejal dan cecair - 10 12 -10 13 Hz.

Sumber ultrasound

Ultrasound ditemui di alam semula jadi sebagai komponen banyak bunyi semula jadi (air terjun, angin, hujan, batu kerikil yang digulung oleh ombak, serta dalam bunyi yang mengiringi pelepasan ribut petir, dll.), dan sebagai sebahagian daripada dunia haiwan. Sesetengah spesies haiwan menggunakannya untuk orientasi di angkasa, pengesanan halangan. Ia juga diketahui bahawa ikan lumba-lumba menggunakan ultrasound secara semula jadi (terutamanya frekuensi dari 80 hingga 100 kHz). Dalam kes ini, kuasa isyarat lokasi yang dipancarkan oleh mereka boleh menjadi sangat besar. Ikan lumba-lumba diketahui dapat mengesan kumpulan ikan sehingga satu kilometer dari mereka.

Pemancar (sumber) ultrasound terbahagi kepada 2 kumpulan besar. Yang pertama ialah penjana, di mana ayunan teruja kerana kehadiran halangan di dalamnya dipasang di laluan aliran berterusan - jet cecair atau gas. Kumpulan kedua, di mana sumber ultrasound boleh digabungkan, ialah transduser elektroakustik, yang menukarkan ayunan arus atau voltan elektrik kepada ayunan mekanikal yang dibuat oleh badan pepejal, memancarkan gelombang akustik ke dalam persekitaran.

Penerima ultrabunyi

Pada penerima sederhana dan ultrasonik, transduser elektro-akustik selalunya daripada jenis piezoelektrik. Mereka boleh menghasilkan semula bentuk isyarat akustik yang diterima, diwakili sebagai pergantungan masa tekanan bunyi. Peranti boleh sama ada jalur lebar atau resonan, bergantung pada keadaan aplikasi yang dimaksudkan untuknya. Penerima terma digunakan untuk mendapatkan ciri medan bunyi purata masa. Ia adalah termistor atau termokopel yang disalut dengan bahan penyerap bunyi. Tekanan dan keamatan bunyi juga boleh dinilai kaedah optik, seperti pembelauan cahaya oleh ultrasound.

Di manakah ultrasound digunakan?

Terdapat banyak bidang aplikasinya, sambil menggunakan pelbagai ciri ultrasound. Kawasan ini secara kasar boleh dibahagikan kepada tiga kawasan. Yang pertama disambungkan dengan mendapatkan pelbagai maklumat melalui gelombang ultrasonik. Arah kedua ialah pengaruh aktifnya pada bahan. Dan yang ketiga disambungkan dengan penghantaran dan pemprosesan isyarat. Khusus AS digunakan dalam setiap kes. Kami akan merangkumi hanya beberapa daripada banyak kawasan di mana ia telah menemui aplikasinya.

Pembersihan ultrasonik

Kualiti pembersihan sedemikian tidak dapat dibandingkan dengan kaedah lain. Apabila membilas bahagian, contohnya, sehingga 80% bahan cemar kekal di permukaannya, kira-kira 55% - dengan pembersihan getaran, kira-kira 20% - dengan pembersihan manual, dan dengan pembersihan ultrasonik, tidak lebih daripada 0.5% daripada bahan cemar kekal. Butiran yang mempunyai bentuk yang kompleks boleh dibersihkan dengan baik hanya dengan bantuan ultrasound. Kelebihan penting penggunaannya ialah produktiviti yang tinggi, serta kos yang rendah. buruh fizikal. Selain itu, adalah mungkin untuk menggantikan pelarut organik yang mahal dan mudah terbakar dengan yang murah dan selamat. larutan akueus, sapukan freon cecair, dsb.

Masalah serius ialah pencemaran udara dengan jelaga, asap, habuk, oksida logam, dsb. Anda boleh menggunakan kaedah ultrasonik untuk membersihkan udara dan gas di saluran keluar gas, tanpa mengira kelembapan dan suhu ambien. Jika pemancar ultrasonik diletakkan di dalam ruang pengendapan habuk, kecekapannya akan meningkat ratusan kali ganda. Apakah intipati penyucian seperti itu? Zarah-zarah habuk yang bergerak secara rawak di udara memukul antara satu sama lain dengan lebih kuat dan lebih kerap di bawah pengaruh getaran ultrasonik. Pada masa yang sama, saiz mereka meningkat kerana fakta bahawa mereka bergabung. Pembekuan ialah proses pembesaran zarah. Pengumpulan berwajaran dan diperbesarkan ditangkap oleh penapis khas.

Pemesinan bahan rapuh dan superhard

Jika anda memasuki antara bahan kerja dan permukaan kerja alat yang menggunakan ultrasound, maka zarah kasar semasa operasi pemancar akan menjejaskan permukaan bahagian ini. Dalam kes ini, bahan dimusnahkan dan dikeluarkan, tertakluk kepada pemprosesan di bawah tindakan pelbagai kesan mikro yang diarahkan. Kinematik pemprosesan terdiri daripada pergerakan utama - pemotongan, iaitu, getaran membujur yang dibuat oleh alat, dan yang tambahan - pergerakan suapan yang dilakukan oleh radas.

Ultrasound boleh melakukan pelbagai kerja. Untuk bijirin yang kasar, sumber tenaga adalah pitching. Mereka memusnahkan bahan yang diproses. Pergerakan suapan (bantuan) boleh berbentuk bulat, melintang dan membujur. Pemprosesan ultrasonik adalah lebih tepat. Bergantung pada saiz butiran pelelas, ia berkisar antara 50 hingga 1 mikron. Menggunakan Alat bentuk yang berbeza, anda boleh membuat bukan sahaja lubang, tetapi juga potongan kompleks, kapak melengkung, mengukir, mengisar, membuat matriks dan juga menggerudi berlian. Bahan yang digunakan sebagai pelelas ialah korundum, berlian, pasir kuarza, batu api.

Ultrasound dalam elektronik radio

Ultrasound dalam kejuruteraan sering digunakan dalam bidang elektronik radio. Di kawasan ini, selalunya menjadi perlu untuk menangguhkan isyarat elektrik berbanding isyarat elektrik yang lain. Para saintis telah menemui penyelesaian yang baik dengan mencadangkan penggunaan talian kelewatan ultrasonik (pendek kata LZ). Tindakan mereka adalah berdasarkan fakta bahawa impuls elektrik ditukar kepada ultrasonik.Bagaimana ini berlaku? Hakikatnya ialah kelajuan ultrasound jauh lebih rendah daripada yang dibangunkan oleh ayunan elektromagnet. Nadi voltan selepas penjelmaan songsang kepada ayunan mekanikal elektrik akan ditangguhkan pada output talian berbanding dengan nadi input.

Transduser piezoelektrik dan magnetostriktif digunakan untuk menukar getaran elektrik kepada mekanikal dan sebaliknya. LZ, masing-masing, dibahagikan kepada piezoelektrik dan magnetostrictive.

Ultrasound dalam perubatan

Pelbagai jenis ultrasound digunakan untuk mempengaruhi organisma hidup. Dalam amalan perubatan, penggunaannya kini sangat popular. Ia berdasarkan kesan yang berlaku dalam tisu biologi apabila ultrasound melaluinya. Gelombang menyebabkan turun naik dalam zarah medium, yang mencipta sejenis micromassage tisu. Dan penyerapan ultrasound membawa kepada pemanasan tempatan mereka. Pada masa yang sama, transformasi fizikokimia tertentu berlaku dalam media biologi. Fenomena ini dalam kes kerosakan tidak dapat dipulihkan sederhana tidak menyebabkan. Mereka hanya meningkatkan metabolisme, dan oleh itu menyumbang kepada aktiviti penting badan yang terdedah kepada mereka. Fenomena sedemikian digunakan dalam terapi ultrasound.

Ultrasound dalam pembedahan

Peronggaan dan pemanasan yang kuat pada intensiti tinggi membawa kepada kemusnahan tisu. Kesan ini digunakan hari ini dalam pembedahan. Ultrasound terfokus digunakan untuk operasi pembedahan, yang membolehkan pemusnahan tempatan dalam struktur terdalam (contohnya, otak), tanpa merosakkan yang sekeliling. Dalam pembedahan, instrumen ultrasonik juga digunakan, di mana hujung kerja kelihatan seperti fail, pisau bedah, jarum. Getaran yang dikenakan ke atasnya memberikan kualiti baharu kepada peranti ini. Daya yang diperlukan dikurangkan dengan ketara, oleh itu, traumatisme operasi dikurangkan. Di samping itu, kesan analgesik dan hemostatik ditunjukkan. Kesan dengan instrumen tumpul menggunakan ultrasound digunakan untuk memusnahkan jenis neoplasma tertentu yang telah muncul di dalam badan.

Kesan pada tisu biologi dijalankan untuk memusnahkan mikroorganisma dan digunakan dalam proses pensterilan ubat-ubatan dan instrumen perubatan.

Pemeriksaan organ dalaman

Pada asasnya, kita bercakap tentang kajian rongga perut. Untuk tujuan ini, satu khas boleh digunakan untuk mencari dan mengenali pelbagai anomali tisu dan struktur anatomi. Tugasnya selalunya seperti berikut: terdapat syak wasangka pembentukan malignan dan diperlukan untuk membezakannya daripada pembentukan benigna atau berjangkit.

Ultrasound berguna dalam memeriksa hati dan untuk tugas lain, termasuk mengesan halangan dan penyakit saluran hempedu, serta memeriksa pundi hempedu untuk mengesan kehadiran batu dan patologi lain di dalamnya. Di samping itu, ujian untuk sirosis dan penyakit hati jinak meresap lain boleh digunakan.

Dalam bidang ginekologi, terutamanya dalam analisis ovari dan rahim, penggunaan ultrasound telah lama menjadi arah utama di mana ia dijalankan dengan kejayaan tertentu. Selalunya, pembezaan formasi benigna dan malignan juga diperlukan di sini, yang biasanya memerlukan kontras terbaik dan resolusi spatial. Kesimpulan yang sama boleh berguna dalam kajian banyak organ dalaman yang lain.

Penggunaan ultrasound dalam pergigian

Ultrasound juga telah menemui jalan ke dalam pergigian, di mana ia digunakan untuk membuang karang gigi. Ia membolehkan anda membuang plak dan batu dengan cepat, tanpa darah dan tanpa rasa sakit. Pada masa yang sama, mukosa mulut tidak cedera, dan "poket" rongga dibasmi kuman. Daripada kesakitan, pesakit mengalami sensasi kehangatan.

Ultrasound

Ultrasound - getaran elastik pada frekuensi di luar pendengaran manusia. Biasanya, julat ultrasonik dianggap sebagai frekuensi melebihi 18,000 hertz.

Walaupun kewujudan ultrasound telah diketahui sejak sekian lama, ia kegunaan praktikal cukup muda. Pada masa kini, ultrasound digunakan secara meluas dalam pelbagai fizikal dan kaedah teknologi. Jadi, mengikut kelajuan perambatan bunyi dalam medium, its ciri fizikal. Pengukuran halaju pada frekuensi ultrasonik memungkinkan, dengan ralat yang sangat kecil, untuk menentukan, sebagai contoh, ciri-ciri adiabatik proses pantas, nilai kapasiti haba tentu gas, dan pemalar elastik pepejal.

Sumber ultrasound

Kekerapan getaran ultrasonik yang digunakan dalam industri dan biologi terletak pada julat urutan beberapa MHz. Getaran sedemikian biasanya dibuat menggunakan transduser piezoceramic barium titanite. Dalam kes di mana kuasa getaran ultrasonik adalah penting, sumber mekanikal ultrasound biasanya digunakan. Pada mulanya, semua gelombang ultrasonik diterima secara mekanikal (garpu tala, wisel, siren).

Secara semula jadi, AS didapati sebagai komponen banyak bunyi semula jadi (dalam bunyi angin, air terjun, hujan, dalam bunyi kerikil yang digulung oleh ombak laut, dalam bunyi yang mengiringi pelepasan kilat, dll.), dan antara bunyi daripada dunia haiwan. Sesetengah haiwan menggunakan gelombang ultrasonik untuk mengesan halangan, orientasi di angkasa.

Pemancar ultrabunyi boleh dibahagikan kepada dua kumpulan besar. Yang pertama termasuk pemancar-penjana; ayunan di dalamnya teruja kerana kehadiran halangan di laluan aliran malar - pancutan gas atau cecair. Kumpulan kedua pemancar - transduser elektro-akustik; mereka menukar turun naik voltan atau arus elektrik yang telah diberikan kepada getaran mekanikal badan pepejal, yang memancarkan gelombang akustik ke persekitaran.

Wisel Galton

Wisel ultrasonik pertama dibuat pada tahun 1883 oleh orang Inggeris Galton. Ultrasound dicipta di sini seperti bunyi bernada tinggi di tepi pisau apabila aliran udara mengenainya. Peranan titik sedemikian dalam wisel Galton dimainkan oleh "bibir" dalam silinder kecil rongga resonans. Gas melepasi bawah tekanan tinggi melalui silinder berongga, memukul "bibir" ini; ayunan berlaku, kekerapannya (kira-kira 170 kHz) ditentukan oleh saiz muncung dan bibir. Kuasa wisel Galton adalah rendah. Ia digunakan terutamanya untuk memberi arahan semasa melatih anjing dan kucing.

Wisel ultrasonik cecair

Kebanyakan wisel ultrasonik boleh disesuaikan untuk berfungsi dalam medium cecair. Berbanding dengan sumber elektrik ultrasound, wisel ultrasonik cecair adalah kuasa yang rendah, tetapi kadang-kadang, sebagai contoh, untuk homogenisasi ultrasonik, mereka mempunyai kelebihan yang ketara. Oleh kerana gelombang ultrasonik timbul secara langsung dalam medium cecair, tiada kehilangan tenaga gelombang ultrasonik semasa peralihan dari satu medium ke medium lain. Mungkin yang paling berjaya ialah reka bentuk wisel ultrasonik cecair, yang dibuat oleh saintis Inggeris Kottel dan Goodman pada awal 1950-an. Di dalamnya, aliran bendalir tekanan tinggi keluar dari muncung elips dan diarahkan ke plat keluli. Pelbagai pengubahsuaian reka bentuk ini telah menjadi agak meluas untuk mendapatkan media yang homogen. Oleh kerana kesederhanaan dan kestabilan reka bentuk mereka (hanya plat berayun dimusnahkan), sistem sedemikian tahan lama dan murah.

Siren

Satu lagi jenis sumber mekanikal ultrasound ialah siren. Ia mempunyai kuasa yang agak tinggi dan digunakan dalam jentera polis dan bomba. Semua siren berputar terdiri daripada ruang yang ditutup dari atas oleh cakera (pemegun) di mana sejumlah besar lubang-lubang. Terdapat bilangan lubang yang sama pada cakera yang berputar di dalam ruang - pemutar. Apabila rotor berputar, kedudukan lubang di dalamnya secara berkala bertepatan dengan kedudukan lubang pada stator. Udara termampat dibekalkan secara berterusan ke ruang, yang keluar daripadanya pada saat-saat yang singkat apabila lubang pada pemutar dan pemegun bertepatan.

Tugas utama dalam pembuatan siren ialah, pertama, untuk membuat seberapa banyak lubang yang mungkin dalam pemutar, dan kedua, untuk mencapai kelajuan putaran yang tinggi. Walau bagaimanapun, sangat sukar untuk memenuhi kedua-dua keperluan ini secara praktikal.

Ultrasound dalam alam semula jadi

Penggunaan ultrasound

Penggunaan diagnostik ultrasound dalam perubatan (ultrasound)

Oleh kerana pembiakan ultrasound yang baik dalam tisu lembut manusia, tidak berbahaya relatifnya berbanding sinar-X, dan kemudahan penggunaan berbanding pengimejan resonans magnetik, ultrasound digunakan secara meluas untuk menggambarkan keadaan organ dalaman manusia, terutamanya dalam rongga perut dan rongga pelvis.

Aplikasi terapeutik ultrasound dalam perubatan

Selain digunakan secara meluas untuk tujuan diagnostik (lihat Ultrasound), ultrasound digunakan dalam perubatan sebagai agen terapeutik.

Ultrasound mempunyai kesan:

anti-radang, penyerap
analgesik, antispasmodik
peningkatan peronggaan kebolehtelapan kulit

Phonophoresis adalah kaedah gabungan di mana tisu dipengaruhi oleh ultrasound dan bahan ubat yang diperkenalkan dengannya (kedua-dua ubat dan asal semula jadi). Pengaliran bahan di bawah tindakan ultrasound adalah disebabkan oleh peningkatan kebolehtelapan epidermis dan kelenjar kulit, membran sel dan dinding saluran untuk bahan dengan berat molekul kecil, terutamanya ion mineral bischofite. Kemudahan ultrafonoforesis ubat-ubatan dan bahan semula jadi:

bahan ubat tidak dimusnahkan oleh ultrasound
sinergi tindakan ultrasound dan bahan terapeutik

Petunjuk untuk ultraphonophoresis bischofite: osteoarthritis, osteochondrosis, arthritis, bursitis, epicondylitis, taji tumit, keadaan selepas kecederaan sistem muskuloskeletal; Neuritis, neuropati, radiculitis, neuralgia, kecederaan saraf.

Bischofite-gel digunakan dan permukaan kerja pemancar digunakan untuk urutan mikro kawasan yang terjejas. Teknik ini labil, biasa untuk ultrafonforesis (dengan UVF pada sendi, tulang belakang, keamatan di kawasan serviks ialah 0.2-0.4 W/cm2., di toraks dan lumbar- 0.4-0.6 W/cm2).

Pemotongan logam dengan ultrasound

Pada mesin pemotong logam konvensional, adalah mustahil untuk menggerudi lubang sempit di bahagian logam. bentuk kompleks, contohnya dalam borang bintang berbucu lima. Dengan bantuan ultrasound ini mungkin, penggetar magnetostrictive boleh menggerudi lubang dalam sebarang bentuk. Pahat ultrasonik menggantikan sepenuhnya mesin penggilingan. Pada masa yang sama, pahat sedemikian jauh lebih mudah daripada mesin pengisar dan lebih murah dan lebih cepat untuk memproses bahagian logam dengannya berbanding dengan mesin pengilangan.

Ultrasound juga boleh membuat pemotongan heliks dalam bahagian logam, dalam kaca, dalam delima, dalam berlian. Biasanya, benang pertama kali dibuat dalam logam lembut, dan kemudian bahagian itu dikeraskan. Pada mesin ultrasonik, benang boleh dibuat dalam logam yang telah mengeras dan dalam aloi yang paling keras. Begitu juga dengan setem. Lazimnya, setem itu dibaja selepas ia telah siap dengan teliti. Pada mesin ultrasonik, pemprosesan yang paling kompleks dilakukan oleh pelelas (ampelas, serbuk korundum) dalam bidang gelombang ultrasonik. Berayun secara berterusan dalam bidang ultrasound, zarah serbuk pepejal dipotong ke dalam aloi yang sedang diproses dan memotong lubang yang sama bentuknya dengan pahat.

Penyediaan campuran menggunakan ultrasound

Ultrasound digunakan secara meluas untuk penyediaan campuran homogen (homogenisasi). Pada tahun 1927, saintis Amerika Limus dan Wood mendapati bahawa jika dua cecair tidak boleh larut (contohnya, minyak dan air) dituangkan ke dalam satu bikar dan tertakluk kepada penyinaran ultrasonik, maka emulsi terbentuk di dalam bikar, iaitu, ampaian halus minyak dalam air. Emulsi sedemikian memainkan peranan penting dalam industri: ini adalah varnis, cat, produk farmaseutikal dan kosmetik.

Penggunaan ultrasound dalam biologi

Keupayaan ultrasound untuk memecahkan membran sel telah menemui aplikasi dalam penyelidikan biologi, contohnya, jika perlu, untuk memisahkan sel daripada enzim. Ultrasound juga digunakan untuk memusnahkan struktur intrasel seperti mitokondria dan kloroplas untuk mengkaji hubungan antara struktur dan fungsinya. Satu lagi aplikasi ultrasound dalam biologi adalah berkaitan dengan keupayaannya untuk mendorong mutasi. Kajian yang dijalankan di Oxford telah menunjukkan bahawa walaupun ultrasound intensiti rendah boleh merosakkan molekul DNA. Penciptaan mutasi yang bertujuan tiruan memainkan peranan penting dalam pembiakan tumbuhan. Kelebihan utama ultrasound berbanding mutagen lain (sinar-X, sinar ultraungu) ialah ia amat mudah untuk digunakan.

Penggunaan ultrasound untuk pembersihan

Penggunaan ultrasound untuk pembersihan mekanikal adalah berdasarkan berlakunya pelbagai kesan tak linear dalam cecair di bawah pengaruhnya. Ini termasuk peronggaan, arus akustik, tekanan bunyi. Peranan utama dimainkan oleh peronggaan. Gelembungnya, timbul dan runtuh berhampiran pencemaran, memusnahkannya. Kesan ini dikenali sebagai hakisan peronggaan. Ultrasound yang digunakan untuk tujuan ini mempunyai frekuensi rendah dan peningkatan kuasa.

Dalam keadaan makmal dan pengeluaran, mandian ultrasonik yang diisi dengan pelarut (air, alkohol, dsb.) digunakan untuk mencuci bahagian kecil dan perkakas. Kadang-kadang dengan bantuan mereka, walaupun tanaman akar (kentang, lobak merah, bit, dll.) Dicuci dari zarah bumi.

Penggunaan ultrasound dalam pengukuran aliran

Sejak 60-an abad yang lalu, meter aliran ultrasonik telah digunakan dalam industri untuk mengawal aliran dan mengambil kira air dan penyejuk.

Penggunaan ultrasound dalam pengesanan kecacatan

Ultrasound merambat dengan baik dalam beberapa bahan, yang memungkinkan untuk menggunakannya untuk pengesanan kecacatan ultrasonik produk yang diperbuat daripada bahan ini. Baru-baru ini, arah mikroskop ultrasonik telah dibangunkan, yang memungkinkan untuk mengkaji lapisan bawah permukaan bahan dengan resolusi yang baik.

kimpalan ultrasonik

Kimpalan ultrasonik - kimpalan tekanan, dijalankan di bawah pengaruh getaran ultrasonik. Kimpalan jenis ini digunakan untuk menyambung bahagian yang sukar dipanaskan, atau apabila menyambungkan logam atau logam yang tidak serupa dengan filem oksida yang kuat (aluminium, keluli tahan karat, teras magnet permalloy, dll.). Jadi kimpalan ultrasonik digunakan dalam pengeluaran litar bersepadu.

Penggunaan ultrasound dalam penyaduran elektrik

Ultrasound digunakan untuk mempergiatkan proses galvanik dan meningkatkan kualiti salutan yang dihasilkan oleh kaedah elektrokimia.

Dengan perkembangan akustik dalam lewat XIX abad, ultrasound ditemui, pada masa yang sama kajian pertama ultrasound bermula, tetapi asas-asas untuk aplikasinya diletakkan hanya pada sepertiga pertama abad ke-20.

Ultrasound dan sifatnya

Secara semula jadi, ultrasound ditemui sebagai komponen banyak bunyi semula jadi: dalam bunyi angin, air terjun, hujan, kerikil laut yang digulung oleh ombak, dalam pelepasan kilat. Banyak mamalia, seperti kucing dan anjing, mempunyai keupayaan untuk melihat ultrasound dengan frekuensi sehingga 100 kHz, dan kebolehan lokasi kelawar, serangga malam dan haiwan marin diketahui semua orang.

Ultrasound- getaran mekanikal di atas julat frekuensi yang boleh didengari oleh telinga manusia (biasanya 20 kHz). Getaran ultrasonik bergerak dalam bentuk gelombang, serupa dengan perambatan cahaya. Walau bagaimanapun, tidak seperti gelombang cahaya, yang boleh bergerak dalam vakum, ultrasound memerlukan medium elastik seperti gas, cecair atau pepejal.

Parameter utama gelombang ialah panjang gelombang, frekuensi dan tempoh. Gelombang ultrasonik mengikut sifatnya tidak berbeza daripada gelombang julat yang boleh didengar dan tertakluk kepada yang sama undang-undang fizikal. Tetapi ultrasound mempunyai ciri khusus yang menentukan aplikasinya yang meluas dalam sains dan teknologi. Berikut adalah yang utama:

1. Panjang gelombang pendek. Untuk julat ultrasonik yang paling rendah, panjang gelombang tidak melebihi beberapa sentimeter dalam kebanyakan media. Panjang gelombang pendek menentukan sifat sinar perambatan gelombang ultrasonik. Berhampiran pemancar, ultrasound merambat dalam bentuk rasuk bersaiz hampir dengan saiz pemancar. Mendapat ketidakhomogenan dalam medium, pancaran ultrasonik berkelakuan seperti pancaran cahaya, mengalami pantulan, pembiasan, serakan, yang memungkinkan untuk membentuk imej bunyi dalam media optik legap menggunakan tulen kesan optik(fokus, pembelauan, dll.).
2. Tempoh ayunan yang singkat, yang memungkinkan untuk memancarkan ultrasound dalam bentuk denyutan dan untuk menjalankan pemilihan temporal yang tepat bagi isyarat penyebaran dalam medium.

Kemungkinan mendapatkan nilai yang tinggi tenaga ayunan pada amplitud kecil, kerana tenaga ayunan adalah berkadar dengan kuasa dua frekuensi. Ini memungkinkan untuk mencipta rasuk ultrasonik dan medan dengan tahap tinggi tenaga tanpa memerlukan peralatan yang besar.

Arus akustik yang ketara berkembang dalam medan ultrasonik. Oleh itu, kesan ultrasound terhadap alam sekitar menghasilkan kesan khusus: fizikal, kimia, biologi dan perubatan. Seperti peronggaan, kesan kapilari bunyi, serakan, pengemulsi, penyahgasan, pembasmian kuman, pemanasan tempatan dan lain-lain lagi.

Keperluan tentera laut kuasa terkemuka - England dan Perancis, untuk mengkaji kedalaman laut, membangkitkan minat ramai saintis dalam bidang akustik, tk. ini adalah satu-satunya jenis isyarat yang boleh bergerak jauh di dalam air. Jadi pada tahun 1826, saintis Perancis Colladon menentukan kelajuan bunyi di dalam air. Pada tahun 1838, di Amerika Syarikat, bunyi pertama kali digunakan untuk menentukan profil dasar laut untuk meletakkan kabel telegraf. Keputusan eksperimen itu mengecewakan. Bunyi loceng memberi bergema yang terlalu lemah, hampir tidak dapat didengari di antara bunyi laut yang lain. Ia adalah perlu untuk pergi ke kawasan itu lebih banyak frekuensi tinggi, membolehkan anda mencipta pancaran bunyi terarah.

Penjana ultrasound pertama dibuat pada tahun 1883 oleh orang Inggeris Francis Galton. Ultrasound dicipta seperti wisel di tepi pisau jika anda meniupnya. Peranan mata sedemikian dalam wisel Galton dimainkan oleh silinder dengan tepi tajam. Udara atau gas lain yang terlepas di bawah tekanan melalui muncung anulus dengan diameter yang sama dengan tepi silinder berlari ke tepi, dan ayunan frekuensi tinggi berlaku. Meniup wisel dengan hidrogen, adalah mungkin untuk memperoleh ayunan sehingga 170 kHz.

Pada tahun 1880, Pierre dan Jacques Curie membuat penemuan yang menentukan untuk teknologi ultrasonik. Curie bersaudara menyedari bahawa apabila tekanan dikenakan pada kristal kuarza, cas elektrik, yang berkadar terus dengan daya yang dikenakan pada kristal. Fenomena ini telah dipanggil "piezoelektrik" oleh perkataan Yunani, yang bermaksud "tekan". Di samping itu, mereka menunjukkan kesan piezoelektrik songsang, yang menunjukkan dirinya apabila berubah dengan cepat potensi elektrik digunakan pada kristal, menyebabkan ia bergetar. Mulai sekarang, secara teknikalnya mungkin untuk mengeluarkan pemancar dan penerima ultrabunyi bersaiz kecil.

Kematian Titanic akibat perlanggaran dengan gunung ais, keperluan untuk menangani senjata baru - kapal selam dituntut perkembangan pesat hidroakustik ultrasonik. Pada tahun 1914, ahli fizik Perancis Paul Langevin, bersama-sama dengan saintis emigre Rusia yang berbakat, Konstantin Vasilievich Shilovsky, mula-mula membangunkan sonar yang terdiri daripada pemancar ultrasound dan hidrofon - penerima getaran ultrasonik berdasarkan kesan piezoelektrik. Sonar Langevin - Shilovsky, adalah peranti ultrasonik pertama diaplikasikan dalam amalan. Pada masa yang sama, saintis Rusia S.Ya.Sokolov membangunkan asas pengesanan kecacatan ultrasonik dalam industri. Pada tahun 1937, pakar psikiatri Jerman Karl Dussik, bersama saudaranya Friedrich, seorang ahli fizik, pertama kali menggunakan ultrasound untuk mengesan tumor otak, tetapi keputusan yang mereka perolehi tidak boleh dipercayai. Dalam amalan perubatan, ultrasound pertama kali digunakan hanya pada 50-an abad ke-20 di Amerika Syarikat.