Co je to ultrazvuk? Aplikace ultrazvuku ve strojírenství a lékařství

21. století je věk elektroniky, atomu, dobytí vesmíru a ultrazvuku. Věda o ultrazvuku je dnes relativně mladá. V pozdní 19. století provedl první studium PN Lebedev, ruský fyziolog. Poté se začalo studovat ultrazvuk mnoha vynikajícími vědci.

Co je to ultrazvuk?

Ultrazvuk je vibrační pohyb podobný vlnám, který se provádí částečkami média. Má své vlastní charakteristiky, které se liší od zvuků slyšitelného rozsahu. Je relativně snadné dosáhnout směrového záření v oblasti ultrazvuku. Navíc je dobře zaměřena a v důsledku toho se zvyšuje intenzita oscilací. Při rozmnožování v pevných látkách, kapalinách a plynech produkuje ultrazvuk zajímavé jevy, které nalezly praktickou aplikaci v mnoha oblastech inženýrství a vědy. To je to, co je ultrazvuk, jehož role je v dnešních dnech velmi velká.

Úloha ultrazvuku ve vědě a praxi

Ultrazvuk se v posledních letech začala hrát ve vědeckém výzkumu stále důležitější roli. Experimentální a teoretický výzkum v oblasti akustických proudů a ultrazvukové kavitace byly úspěšně provedeny, což umožnilo vědcům rozvíjet procesy, ke kterým dochází, když jsou vystaveny ultrazvuku v kapalné fázi. Je to mocný nástroj pro studium různých jevů v této oblasti znalostí, jako je například fyzika. Ultrazvuk se používá, například v fyziky polovodičů a pevné látky. Dnes je tvořen samostatnou oblast chemie, s názvem „ultrazvukové chemie“. Jeho aplikace nám umožňuje urychlit mnoho chemicko-technologických procesů. Se ukázal jako molekulární akustiky - Acoustics nového úseku, který zkoumá molekulární interakci s hmotou zvukové vlny. Objevily se nové oblasti aplikace ultrazvuku: holografie, introkopie, acoustoelectronics, ultrazvukové phasemery, kvantová akustika.

Kromě experimentální a teoretické práce v terénu, dnes bylo provedeno mnoho praktických. A vyvinul jednoúčelových ultrazvukové stroje, zařízení, která pracují pod vysokým statickým tlakem a další. Zavedeny do výroby ultrazvukových automatickým nastavením zahrnuty do výrobních linek, které mohou výrazně zvýšit produktivitu.

Více o ultrazvuku

Promluvme si podrobněji o tom, co je ultrazvuk. Již jsme řekli, že jde o elastické vlny a kolísání. Frekvence ultrazvuk je více než 15-20 kHz. Subjektivní vlastnosti našeho sluchu určují spodní hranici ultrazvukových frekvencí, která je odděluje od frekvence slyšitelného zvuku. Tato hranice je tedy podmíněná a každý z nás odlišně definuje, jaký je ultrazvuk. Horní hranice je označována elastickými vlnami, jejich fyzickou povahou. Propagují se pouze v materiálním médiu, to znamená, že vlnová délka musí být podstatně větší než průměrná volná dráha molekul existujících v plynech nebo mezatomocních vzdáleností pevných látek a kapalin. Při normálním tlaku v plynech je horní hranice kmitočtů UZ-10^9. Hz a pevných látek a kapalin - 10^12.-10^{13. místo} Hz.

Zdroje ultrazvuku

Ultrazvuk přirozeně vyskytuje také jako součást přirozeného šumu (vodopád, vítr, déšť a oblázky, surfování rolích, stejně jako doprovodné zvuky a vypouštění Chance t. D.) a jako nedílná součást světa zvířat. Používají několik druhů zvířat pro orientaci ve vesmíru, detekci překážek. Dále je známo, že použití ultrazvuku v přírodě delfíny (hlavně frekvencí od 80 do 100 kHz). V tomto případě může být velká síla vyzařovaných polohových signálů. Je známo, že delfíni jsou schopny detekovat hejna ryb, které jsou ve vzdálenosti až kilometr.

Radiátory (zdroje) ultrazvuku jsou rozděleny do 2 velkých skupin. První z nich - generátor, ve kterém oscilace jsou nadšeni z důvodu přítomnosti těchto překážek, instalovaný na cestě konstantního toku - od plynu nebo kapaliny tryskami. Druhá skupina, která může být v kombinaci zdroje ultrazvuku, - elektroakustické měniče, které převádějí předem stanovený proud nebo napětí kmitání do mechanického kmitání zavazuje pevné těleso emitujících akustické vlny do životního prostředí.

Ultrazvukové přijímače

U středních a vysokých nízké frekvence ultrazvukové přijímače jsou nejčastěji piezoelektrickým typem elektroakustických měničů. Mohou reprodukovat tvar přijatého akustického signálu, který je prezentován jako časová závislost akustického tlaku. Zařízení mohou být širokopásmové nebo rezonující, v závislosti na podmínkách, pro které jsou určeny. Tepelné přijímače se používají k získání charakteristik zvukových polí zprůměrovaných v průběhu času. Jedná se o termistory nebo termočlánky pokryté zvukově absorbujícími materiály. Hladina akustického tlaku a intenzita může být také hodnocena optickými metodami, jako je difrakce světla pomocí ultrazvuku.

Kde se používá ultrazvuk?

Existuje mnoho oblastí jeho použití, přičemž se používají různé vlastnosti ultrazvuku. Tyto koule lze podmíněně rozdělit do tří směrů. První z nich je spojeno s získáním různých informací pomocí ultrazvukových vln. Druhým směrem je jeho aktivní vliv na látku. A třetí je spojeno s přenosem a zpracováním signálů. Ultrazvuk frekvenční rozsah se používá v každém konkrétním případě. Budeme jen mluvit o některých z mnoha oblastí, ve kterých našel svou aplikaci.

Čištění pomocí ultrazvuku

Kvalita tohoto čištění nelze porovnávat s jinými metodami. Při oplachování předmětů, například, na svém povrchu je udržována až do 80% kontaminantů, asi 55% - pokud je vibrační čištění, asi 20% - v použití a s ultrazvukem není více než 0,5% nečistot. Části, které mají složitý tvar, lze dobře vyčistit pouze pomocí ultrazvuku. Důležitou výhodou používat to je vysoce výkonný, a nízké náklady na manuální práce. Kromě toho, že je možné nahradit drahé a hořlavých organických rozpouštědel, levné a spolehlivé vodné roztoky použít kapalný freon a další.

Vážný problém - znečištění vzduchu sazí, kouře, prachu, oxidy kovů, atd. Může být použit způsob ultrazvukového čištění vzduchu a plynu do otvoru bez ohledu na vlhkosti a teploty ... V případě, že ultrazvukový měnič umístí do prachové komory, stokrát zvýšit účinnost svých akcí. Jaká je podstata tohoto čištění? Náhodně pohybující se prachové částice ve vzduchu stále častěji narážejí vzájemně za působení ultrazvukových vibrací. V takovém případě se jejich velikost zvětšuje kvůli tomu, že se spojí. Koagulace je proces hrubnutí částic. Speciální filtry zachycují vážící a zvětšují své klastry.

Mechanické zpracování křehkých a superhrdých materiálů

Pokud vložíte mezi obrobek a pracovní plochu nástroje pomocí ultrazvuku, abrazivní materiál, částice abraziva budou pracovat na povrchu této části, když emitor funguje. Současně se materiál zničí a odstraní, zpracovává se za působení mnoha zaměřených mikroaktiv. Kinematika zpracování je tvořena hlavním pohybem - řezáním, to jest podélnými vibracemi vytvořenými nástrojem a pomocným pohybem - pohyby, které zařízení provádí.

Ultrazvuk může provádět různé práce. U abrazivních zrn je zdrojem energie podélné oscilace. Rovněž zničí zpracovávaný materiál. Posuv (pomocný) může být kruhový, příčný a podélný. Zpracování ultrazvukem má větší přesnost. V závislosti na zrnitosti abraziva je to 50 až 1 mikron. Pomocí nástrojů různých tvarů můžete dělat nejen otvory, ale také komplexní výřezy, zakřivené osy, rytiny, broušení, výrobu matric a dokonce vrtání diamantu. Používá se jako abrazivní materiály - korund, diamant, křemenný písek, křemelina.

Ultrazvuk v rádiové elektronice

Ultrazvuk ve strojírenství se často používá v oblasti radiové elektroniky. V této oblasti je často potřeba zpožďovat elektrický signál s ohledem na některé jiné. Vědci nalezli úspěšné řešení, což naznačuje použití ultrazvukových zpožďovacích linek (zkráceně - LZ). Jejich působení je založeno na skutečnosti, že elektrické impulsy jsou převedeny na ultrazvuku mechanické vibrace. Jak se to děje? Faktem je, že rychlost ultrazvuku je mnohem menší než rychlost, kterou je vyvinut elektromagnetické oscilace. Napěťový impuls po zpětném přeměně elektrických mechanických kmitů bude zpožděn na výstupní lince vzhledem k vstupnímu impulsu.

Piezoelektrické a magnetostriktivní měniče se používají k přeměně elektrických kmitů na mechanické kmity a naopak. LZ, jsou rozděleny na piezoelektrické a magnetostriktivní.

Ultrazvuk v medicíně

Různé typy ultrazvuku se používají k ovlivnění živých organismů. V lékařské praxi je jeho použití velmi populární. Je založen na účincích, které vznikají v biologických tkáních, když jim prochází ultrazvuk. Vlny způsobují vibrace částic média, což vytváří určitý druh mikromasáže tkání. Absorpce ultrazvuku vede k místnímu vytápění. Současně dochází k určitým fyzikálně chemickým přeměnám v biologických prostředích. Tyto jevy v případě mírné intenzity zvuku nevratného poškození nezpůsobují. Zlepšují pouze metabolismus a tím přispívají k životně důležitým aktivitám organismu, jemuž je postižena. Tyto jevy se používají při ultrazvukové terapii.

Ultrazvuk v chirurgii

Kavitace a silné zahřívání při vysokých intenzitách vedou k destrukci tkání. Tento účinek se dnes používá v chirurgii. Fokální ultrazvuk se používá pro chirurgické operace, které umožňují lokální zničení v nejhlubších strukturách (například mozku), aniž by došlo k poškození okolních. V chirurgii se používají také ultrazvukové nástroje, u kterých je pracovní konec tvaru piliny, skalpelu, jehly. Kvůli oscilacím, která jim byla dána, dávají těmto zařízením nové vlastnosti. Požadované úsilí je výrazně sníženo, takže trauma operace klesá. Navíc existuje anestetikum a hemostatická účinnost. Účinek tupého nástroje s použitím ultrazvuku se používá k zničení vzhledu některých typů novotvarů v těle.

Dopad na biologické tkáně se provádí pro ničení mikroorganismů a používá se při sterilizaci léčiv a lékařských přístrojů.

Vyšetřování vnitřních orgánů

V podstatě jde o vyšetření břišní dutiny. Pro tento účel se používá speciální přístroj. Ultrazvuk může být použit k nalezení a rozpoznání různých abnormalit tkání a anatomických struktur. Úkolem je často toto: existuje podezření na přítomnost zhoubného vzdělání a je nutné ho odlišit od vzniku benigního nebo infekčního onemocnění.

Ultrazvuk je užitečný při vyšetřování jater a při řešení dalších problémů, které zahrnují detekci obstrukcí a onemocnění žlučovodů, stejně jako vyšetření žlučníku k detekci přítomnosti kamenů a dalších patologií v něm. Kromě toho může být použita studie o cirhóze a jiných difúzních benigních onemocněních jater.

V oblasti gynekologie, hlavně při analýze vaječníků a dělohy, je použití ultrazvuku po dlouhou dobu hlavní směr, ve kterém se provádí zvláště úspěšně. Často existuje také potřeba diferenciace benigních a maligních formací, které obvykle vyžadují nejlepší kontrast a prostorové rozlišení. Takové závěry mohou být užitečné při studiu mnoha dalších vnitřních orgánů.

Aplikace ultrazvuku ve stomatologii

Ultrazvuk také našel aplikaci ve stomatologii, kde se používá k odstranění zubního kamene. Umožňuje vám rychle, bezkrevně a bezbolestně odstranit povlak a kámen. V tomto případě není ústní sliznice zraněna a "kapsy" dutiny jsou dezinfikovány. Namísto bolesti se u pacienta projevuje pocit tepla.