Ultratovushning ishlash printsipi. Terapiyada foydalaning. Interfeysdan ultratovushni aks ettirish

Ultratovush………………………………………………………………………………….4

Ultratovush elastik to'lqinlar sifatida………………………………..4

Ultratovushning o'ziga xos xususiyatlari…………………………..5

Ultratovush manbalari va qabul qiluvchilar………………………………..7

Mexanik emitentlar……………………………………………………7

Elektroakustik transduserlar…………………………….9

Ultratovush qabul qiluvchilar…………………………………………………………..11

Ultratovushni qo'llash……………………………………………………………11

Ultratovushli tozalash ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………11

O'ta qattiq va mo'rt narsalarni mexanik qayta ishlash

materiallar………………………………………………………13

Ultrasonik payvandlash …………………………………………….14

Ultratovushli lehim va qalaylash…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………14

Ishlab chiqarish jarayonlarini tezlashtirish………………………………15

Ultrasonik nuqsonlarni aniqlash………………………..……………15

Radioelektronikada ultratovush…………………………………………17

Tibbiyotda ultratovush……………………………………………..18

Adabiyot…………………………………………………………………………………….19

Yigirma birinchi asr atom, kosmik tadqiqotlar, radioelektronika va ultratovush asridir. Ultratovush fani nisbatan yosh. Birinchidan laboratoriya ishlari ultratovush bo'yicha tadqiqotlar buyuk rus fizigi P. N. Lebedev tomonidan olib borilgan XIX asr oxiri, va keyin ko'plab taniqli olimlar ultratovushni o'rganishdi.

Ultratovush to'lqinga o'xshash tarqalishdir tebranish harakati atrof-muhit zarralari. Ultratovush eshitiladigan diapazondagi tovushlarga nisbatan ba'zi xususiyatlarga ega. Ultrasonik diapazonda yo'naltirilgan nurlanishni olish nisbatan oson; u diqqatni jamlashga yaxshi yordam beradi, buning natijasida ultratovush tebranishlarining intensivligi oshadi. Gazlarda, suyuqliklarda va taqsimlanganda qattiq moddalar ultratovush qiziqarli hodisalarni keltirib chiqaradi, ularning ko'pchiligi topilgan amaliy foydalanish V turli sohalar fan va texnologiya.

IN o'tgan yillar Ilmiy tadqiqotlarda ultratovush tobora muhim rol o'ynay boshladi. Ultrasonik kavitatsiya va akustik oqimlar sohasida nazariy va eksperimental tadqiqotlar muvaffaqiyatli amalga oshirildi, bu esa yangi texnologiyalarni ishlab chiqishga imkon berdi. texnologik jarayonlar, suyuq fazada ultratovush ta'sirida sodir bo'ladi. Hozirgi vaqtda kimyoning yangi yo'nalishi - ultratovushli kimyo shakllanmoqda, bu ko'plab kimyoviy va texnologik jarayonlarni tezlashtirish imkonini beradi. Ilmiy tadqiqot akustikaning yangi tarmog'i - molekulyar o'zaro ta'sirni o'rganuvchi molekulyar akustikaning paydo bo'lishiga hissa qo'shdi. tovush to'lqinlari modda bilan. Ultratovushni qo'llashning yangi sohalari paydo bo'ldi: introskopiya, golografiya, kvant akustikasi, ultratovush fazasi metriyasi, akustoelektronika.

Ultratovush sohasida nazariy va eksperimental tadqiqotlar bilan bir qatorda ko'p ishlar qilindi amaliy ish. Universal va maxsus ultratovushli mashinalar, yuqori statik bosim ostida ishlaydigan qurilmalar, qismlarni tozalash uchun ultratovushli mexanizatsiyalashgan qurilmalar, chastotali generatorlar va yangi tizim sovutish, bir xil taqsimlangan maydonga ega konvertorlar. Avtomatik ultratovush birliklari, ular mehnat unumdorligini sezilarli darajada oshirishi mumkin bo'lgan ishlab chiqarish liniyalariga kiritilgan.

Ultratovush (AQSh) - chastotasi 15-20 kHz dan oshadigan elastik tebranishlar va to'lqinlar. Ultrasonik chastota mintaqasining pastki chegarasi, uni eshitiladigan tovush hududidan ajratib turadi, inson eshitishining sub'ektiv xususiyatlari bilan belgilanadi va shartli, chunki eshitish idrokining yuqori chegarasi har bir kishi uchun farq qiladi. Ultrasonik chastotalarning yuqori chegarasi elastik to'lqinlarning jismoniy tabiati bilan belgilanadi, ular faqat moddiy muhitda tarqalishi mumkin, ya'ni. to'lqin uzunligi gazdagi molekulalarning o'rtacha erkin yo'lidan yoki suyuqlik va qattiq jismlardagi atomlararo masofadan sezilarli darajada katta bo'lishi sharti bilan. Gazlarda normal bosim Ultrasonik chastotalarning yuqori chegarasi » 10 9 Hz, suyuqlik va qattiq jismlarda chegara chastotasi 10 12 -10 13 Gts ga etadi. To'lqin uzunligi va chastotasiga qarab, ultratovush nurlanish, qabul qilish, tarqalish va qo'llashning turli o'ziga xos xususiyatlariga ega, shuning uchun ultratovush chastotalari hududi uchta hududga bo'linadi:

· past ultratovush chastotalari (1,5×10 4 – 10 5 Hz);

· o'rtacha (10 5 – 10 7 Hz);

· yuqori (10 7 – 10 9 Hz).

10 9 - 10 13 Gts chastotali elastik to'lqinlar odatda gipertovush deb ataladi.

Ultratovush elastik to'lqinlar sifatida.

Ultratovush to'lqinlari (eshitilmaydigan tovush) tabiatan eshitiladigan diapazondagi elastik to'lqinlardan farq qilmaydi. Faqat gaz va suyuqliklarda tarqaladi uzunlamasına to'lqinlar va qattiq jismlarda - uzunlamasına va kesish s.

Ultratovushning tarqalishi har qanday chastota diapazonidagi akustik to'lqinlar uchun umumiy bo'lgan asosiy qonunlarga bo'ysunadi. Tarqalishning asosiy qonunlari quyidagilarni o'z ichiga oladi turli muhitlar chegaralarida tovushning aks etishi va tovushning sinishi qonunlari, tovush diffraksiyasi va tovushning tarqalishi atrof-muhitdagi to'siqlar va bir xillik va chegaralardagi tartibsizliklar mavjud bo'lganda, to'lqin o'tkazgichning tarqalish qonunlari atrof-muhitning cheklangan hududlarida. Muhim rol bu holda, tovush to'lqin uzunligi o'rtasidagi bog'liqlik l va geometrik o'lcham D - tovush manbai yoki to'lqin yo'lidagi to'siqning o'lchami, muhitning bir xilligi o'lchami. D>>l bo'lganda, to'siqlar yaqinida tovushning tarqalishi asosan geometrik akustika qonunlariga muvofiq sodir bo'ladi (aks etish va sinish qonunlaridan foydalanish mumkin). Geometrik tarqalish naqshidan og'ish darajasi va diffraktsiya hodisalarini hisobga olish zarurati parametr bilan belgilanadi.

Cheklanmagan muhitda ultratovush to'lqinlarining tarqalish tezligi muhitning elastiklik xususiyatlari va zichligi bilan belgilanadi. Cheklangan muhitda to'lqin tarqalish tezligiga chegaralarning mavjudligi va tabiati ta'sir qiladi, bu tezlikning chastotaga bog'liqligiga olib keladi (tovush tezligi dispersiyasi). Ultrasonik to'lqin ma'lum bir yo'nalishda tarqalayotganda uning amplitudasi va intensivligining pasayishi, ya'ni tovushning zaiflashishi, har qanday chastotadagi to'lqinlarda bo'lgani kabi, to'lqin frontining manbadan uzoqlashishi, tarqalishi va tarqalishi natijasida yuzaga keladi. tovushni yutish. Eshitish mumkin bo'lgan va eshitilmaydigan diapazondagi barcha chastotalarda "klassik" deb ataladigan yutilish sodir bo'ladi, bu kesish yopishqoqligi ( ichki ishqalanish) muhit. Bundan tashqari, qo'shimcha (relaksatsiya) so'rilish mavjud bo'lib, u ko'pincha "klassik" yutilishdan sezilarli darajada oshadi.

Ovoz to'lqinlarining sezilarli intensivligi bilan chiziqli bo'lmagan effektlar paydo bo'ladi:

· superpozitsiya printsipi buziladi va to'lqinlarning o'zaro ta'siri yuzaga keladi, bu esa ohanglarning paydo bo'lishiga olib keladi;

· to'lqinning shakli o'zgaradi, uning spektri yuqori harmoniklar bilan boyitiladi va shunga mos ravishda yutilish kuchayadi;

· suyuqlikda ultratovush intensivligining ma'lum chegara qiymatiga erishilganda kavitatsiya paydo bo'ladi (pastga qarang).

Chiziqli akustika qonunlarini qo'llash mezoni va chiziqli bo'lmagan effektlarni e'tiborsiz qoldirish imkoniyati: M.<< 1, где М = v/c, v – колебательная скорость частиц в волне, с – скорость распространения волны.

M parametri "Mach raqami" deb ataladi.

Ultratovushning jismoniy tabiati va uning tarqalishini belgilovchi asosiy qonunlar har qanday chastota diapazonidagi tovush to'lqinlari bilan bir xil bo'lsa-da, u bir qator o'ziga xos xususiyatlarga ega. Bu xususiyatlar nisbatan yuqori ultratovush chastotalari bilan bog'liq.

To'lqin uzunligining kichikligi aniqlaydi radial xarakter ultratovush to'lqinlarining tarqalishi. Emitent yaqinida to'lqinlar nurlar shaklida tarqaladi, ularning ko'ndalang o'lchamlari emitentning o'lchamiga yaqin bo'lib qoladi. Katta to'siqlarga urilayotganda, bunday nur (ultratovush nurlari) aks ettirish va sinishni boshdan kechiradi. Nur kichik to'siqlarga urilganda, tarqoq to'lqin paydo bo'ladi, bu muhitda kichik bir xilliklarni aniqlashga imkon beradi (mm ning o'ndan va yuzdan bir qismi). Ultratovushning muhitning bir xilligida aks etishi va tarqalishi optik shaffof bo'lmagan muhitda hosil bo'lishiga imkon beradi. ovozli tasvirlar yorug'lik nurlari yordamida amalga oshiriladigan narsalarga o'xshash ovozni fokuslash tizimlaridan foydalanadigan ob'ektlar.

Ultratovush fokuslash nafaqat ovozli tasvirlarni (tovushli ko'rish va akustik golografiya tizimlari) olish imkonini beradi, balki konsentratsiyalash tovush energiyasi. Ultrasonik fokuslash tizimlaridan foydalanib, ko'rsatilgan shakllarni yaratish mumkin yo'naltirish xususiyatlari emitentlar va ularni nazorat qilish.

Ultrasonik to'lqindagi zichlikning o'zgarishi bilan bog'liq bo'lgan yorug'lik to'lqinlarining sinishi indeksining davriy o'zgarishi sabab bo'ladi. ultratovush yordamida yorug'likning diffraktsiyasi, megahertz-gigahertz diapazonidagi ultratovush chastotalarida kuzatiladi. Bunday holda, ultratovush to'lqinini diffraktsiya panjarasi deb hisoblash mumkin.

Ultrasonik maydondagi eng muhim chiziqli bo'lmagan ta'sir kavitatsiya- suyuqlikda bug ', gaz yoki ularning aralashmasi bilan to'ldirilgan pulsatsiyalanuvchi pufakchalar massasining paydo bo'lishi. Pufakchalarning murakkab harakati, ularning qulashi, bir-biri bilan birlashishi va boshqalar. suyuqlikda siqilish impulslari (mikroshok to'lqinlari) va mikro oqimlarni hosil qiladi, bu muhitning mahalliy isishi va ionlashuviga olib keladi. Ushbu ta'sirlar moddaga ta'sir qiladi: suyuqlikdagi qattiq moddalarning yo'q qilinishi sodir bo'ladi ( kavitatsiya eroziyasi), suyuqlikning aralashishi sodir bo'ladi, turli fizik va kimyoviy jarayonlar boshlanadi yoki tezlashadi. Kavitatsiya uchun sharoitlarni o'zgartirib, turli kavitatsiya ta'sirini kuchaytirish yoki zaiflashtirish mumkin, masalan, ultratovush chastotasining oshishi bilan mikro oqimlarning roli oshadi va suyuqlikdagi bosimning oshishi bilan kavitatsiya eroziyasi kamayadi, mikro ta'sirlarning roli oshadi; Chastotaning oshishi suyuqlikning turiga, uning gaz tarkibiga, haroratiga va hokazolarga bog'liq bo'lgan kavitatsiyaning boshlanishiga mos keladigan pol intensivlik qiymatining oshishiga olib keladi Atmosfera bosimidagi suv uchun odatda 0,3-1,0 Vt / sm. 2018-03-22 Kavitatsiya - bu murakkab hodisalar to'plami. Suyuqlikda tarqaladigan ultratovush to'lqinlari yuqori va past bosimli hududlarni almashtirib, yuqori siqilish va kam uchraydigan zonalarni yaratadi. Noyob zonada gidrostatik bosim shu darajada pasayadiki, suyuqlik molekulalariga ta'sir qiluvchi kuchlar molekulalararo birlashish kuchlaridan kattaroq bo'ladi. Gidrostatik muvozanatning keskin o'zgarishi natijasida suyuqlik "yorilib", ko'plab mayda gazlar va bug'lar pufakchalarini hosil qiladi. Keyingi daqiqada, suyuqlikda yuqori bosim davri sodir bo'lganda, ilgari hosil bo'lgan pufakchalar qulab tushadi. Pufakchaning qulashi jarayoni bir necha yuz atmosferaga etib boradigan juda yuqori mahalliy oniy bosimga ega zarba to'lqinlarining shakllanishi bilan birga keladi.

Tebranish chastotasi 20 000 Gts dan yuqori bo'lgan mexanik to'lqinlar odamlar tomonidan tovush sifatida qabul qilinmaydi. Ular ultratovush to'lqinlari yoki ultratovush deb ataladi. Ultratovush gazlar tomonidan kuchli so'riladi va qattiq va suyuqliklar tomonidan ancha zaifroq. Shuning uchun ultratovush to'lqinlari faqat qattiq va suyuqliklarda sezilarli masofalarga tarqalishi mumkin.

To'lqinlar tomonidan olib boriladigan energiya muhitning zichligi va chastota kvadratiga mutanosib bo'lganligi sababli, ultratovush tovush to'lqinlariga qaraganda ko'proq energiya olib yurishi mumkin. Ultratovushning yana bir muhim xususiyati shundaki, uning yo'naltirilgan nurlanishi nisbatan sodda. Bularning barchasi texnologiyada ultratovushni keng qo'llash imkonini beradi.

Ultratovushning tavsiflangan xususiyatlari echo sounder - dengiz chuqurligini aniqlash uchun qurilmada qo'llaniladi (25.11-rasm). Kema ma'lum chastotali ultratovush manbasi va qabul qiluvchisi bilan jihozlangan. Manba qisqa muddatli ultratovush impulslarini yuboradi va qabul qiluvchi aks ettirilgan impulslarni oladi. Impulslarni yuborish va qabul qilish o'rtasidagi vaqtni va ultratovushning suvda tarqalish tezligini bilib, dengiz chuqurligi (25.3) formuladan foydalanib aniqlanadi. Ultrasonik lokator ham xuddi shunday ishlaydi, u to'siqgacha bo'lgan masofani aniqlash uchun ishlatiladi

gorizontal yo'nalishdagi kema yo'li. Bunday to'siqlar bo'lmasa, ultratovush impulslari kemaga qaytmaydi.

Qizig'i shundaki, ba'zi hayvonlar, masalan, yarasalar, ultratovushli lokator printsipi asosida ishlaydigan organlarga ega bo'lib, ular qorong'uda yaxshi harakat qilish imkonini beradi. Delfinlar mukammal ultratovush lokatorlariga ega. -

Ultratovush suyuqlikdan o'tganda, suyuqlik zarralari katta tezlanishlarga ega bo'ladi va suyuqlikda joylashgan turli jismlarga kuchli ta'sir qiladi. Bu turli xil texnologik jarayonlarni tezlashtirish uchun ishlatiladi (masalan, eritmalar tayyorlash, qismlarni yuvish, terini ko'nlash va boshqalar).

Suyuqlikdagi kuchli ultratovush tebranishlari bilan uning zarralari shunday katta tezlanishlarga ega bo'ladiki, suyuqlikda qisqa vaqt ichida yorilishlar (bo'shliqlar) hosil bo'ladi, ular to'satdan qulab tushadi va ko'plab kichik ta'sirlarni yaratadi, ya'ni kavitatsiya paydo bo'ladi. Bunday sharoitda suyuqlik kuchli maydalash ta'siriga ega bo'lib, u suyuqlikdagi qattiq moddaning atomlashtirilgan zarralaridan iborat suspenziyalarni va emulsiyalar - boshqa suyuqlikdagi kichik tomchilarning suspenziyalarini tayyorlash uchun ishlatiladi.

Ultratovush yordamida metall qismlardagi nuqsonlarni aniqlash mumkin. Zamonaviy texnologiyalarda ultratovushdan foydalanish juda kengdir, hatto undan foydalanishning barcha sohalarini sanab o'tish qiyin.

E'tibor bering, tebranish chastotasi 16 Gts dan kam bo'lgan mexanik to'lqinlar infrasonik to'lqinlar yoki infratovushlar deb ataladi. Ular shuningdek, bo'ronlar va zilzilalar paytida dengizda infratovush to'lqinlari paydo bo'ladi. Suvdagi infratovushlarning tarqalish tezligi zilzila natijasida hosil bo'lgan bo'ron yoki ulkan tsunami to'lqinlarining tezligidan ancha yuqori, bu infratovush to'lqinlarini idrok etish qobiliyatiga ega bo'lgan ba'zi dengiz hayvonlariga shu tarzda yaqinlashib kelayotgan xavf haqida signal olish imkonini beradi.

RAZAN VILOYATI TA'LIM VAZIRLIGI

Viloyat davlat byudjeti

Professional ta'lim muassasasi

"Ryazan pedagogika kolleji"

INDIVIDUAL TA'LIM LOYIHASI

“Fizika” o‘quv fanidan

Mavzu: “Inson hayotida ultratovush va infratovush”

To'ldiruvchi: Vasilyeva

Alena Nikolaevna

Mutaxassisligi: 02/44/02 O'qituvchilik

Boshlang'ich maktabda

Guruh: 11sh

Rahbar: Galkina

Natalya Evgenievna

Kirish.

Men "Inson hayotida ultratovush va infratovush" mavzusini tanladim, chunki men uni juda qiziqarli va foydali deb bilaman.

Infratovushlar va ultratovushlar tovush hissiyotlarini keltirib chiqaradigan chastotalar doirasidan tashqarida.

Infratovushlar yoki chastotasi 16 Gts va undan past bo'lgan elastik to'lqinlar turli xil sharoitlarda - turli xil ob'ektlar shamol tomonidan urilganda, dastgohlar etarli amplituda tebranishda, harakatlanayotgan avtomobil tanasi, ishlaydigan samolyot dvigateli va boshqalarda paydo bo'ladi. Infratovushlar insonning eshitish organlari tomonidan idrok etilmaydi, lekin butun organizm ularga reaksiyaga kirishadi, shuning uchun bunday tebranishlarni batafsil o'rganish zarurati tushunarli. Infratovush bo'yicha tadqiqotlar nisbatan yaqinda boshlangan va hozirda ko'rsatilgan elastik to'lqinlar diapazoni uchun izchil nazariya mavjud emas. Infratovushni o'rganish vazifasi ularning qurilmalar va tirik organizmlarga ta'sirining o'ziga xos xususiyatlari bilan murakkablashadi. Shunday qilib, insonning ichki organlari 6 dan 8 Gts gacha bo'lgan o'zlarining tebranish chastotalariga (rezonans chastotalari) ega, shuning uchun etarli amplituda infrasonik tebranishlarga ta'sir qilish yoqimsiz va hatto og'riqli hislarni keltirib chiqarishi mumkin. Shuning uchun infratovush tadqiqotining vazifalaridan biri past chastotali tebranishlarning insonning asab, yurak-qon tomir tizimlariga va uning ishlashiga ta'sir qilish darajasini aniqlash bilan bog'liq.

Ultratovush yuzalarni, qismlarni va mexanik qismlarni turli ifloslantiruvchi moddalardan, korroziya izlaridan va boshqalardan samarali tozalash uchun ishlatiladi. Shunday qilib, ultratovush qurilmalari yordamida qismlar yog'dan, shkala izlaridan tozalanadi va kemaning pastki qismi tozalanadi, bundan tashqari, himoya ultratovush qurilmasi dengiz kemasi tubining turli xil dengiz hayoti va o'simliklari tomonidan ifloslanishini oldini oladi; organizmlar, shu bilan kemaning operatsion xususiyatlarini saqlab qoladi. Ultratovush yordamida ular havoni ifloslanishdan tozalaydi, iflos zarralarni cho'ktiradi, tumanga qarshi kurashish uchun ultratovushdan foydalanadi va hokazo.

Ultratovush boshqa usullardan foydalanish qiyin bo'lgan bir qator texnologik jarayonlarni tezlashtirishda ham keng qo'llaniladi. Masalan, yupqa plyonkalar yoki simlarni payvandlash yoki lehimlashda yuqori sifatli ulanishlarni olish imkonini beruvchi ultratovushdir. Bularning barchasi haqida sizga loyihaning asosiy qismida batafsil aytib beraman.

Loyihaning maqsadi:

Ultratovush va infratovush tushunchalari bilan tanishing. Ular qaerda ishlatilishini eslang. Ultra va infratovushning inson tanasiga ta'sirini aniqlang.

Loyiha maqsadlari:

1. "Ultratovush va infratovushning inson organizmiga ta'siri" mavzusidagi materialni o'rganing.

2. O‘rganilgan materialni hayotda qo‘llay bilish.

Inson hayotida ultratovush va infratovush.

Ultratovushning ta'siri.

Ultratovush - bu inson qulog'i tomonidan qabul qilinadigan chastotadan yuqori bo'lgan tovush to'lqinlari, ultratovush 20 000 Gerts dan yuqori chastotalarni anglatadi.

Biz tovush sifatida qabul qiladigan o'ziga xos tuyg'u elastik muhit - ko'pincha havoning tebranish harakatining inson eshitish apparatiga ta'siri natijasidir. Biroq, quloqqa yetib boradigan muhitning barcha tebranishlari tovush hissini keltirib chiqarmaydi. Eshitiladigan tovushning pastki chegarasi sekundiga 20 tebranish (20 Gts) chastotali tebranishlar, yuqori chegarasi 16 000 dan 20 000 Gts gacha. Ushbu chegaralarning pozitsiyasi individual o'zgarishlarga bog'liq.

Ultratovushni qo'llash sohasi

Belgilangan chastota diapazonidan tashqarida tovush tebranishlari va to'lqinlaridan jismoniy jihatdan farq qilmaydigan, lekin quloq tomonidan tovush sifatida qabul qilinmaydigan tebranish jarayonlari ham mavjud. Eshitishning yuqori chegarasidan yuqori chastotali, o'nlab va yuz minglab gerts darajasida bo'lgan muhitning tebranishlari odatda ultratovush deb ataladi.

So'nggi yillarda ultratovush xalq xo'jaligi, biologiya va tibbiyotda keng qo'llanilishini topdi. Masalan, AQShda hozirda millionlab ultratovush qurilmalari mavjud.

Sanoat ultratovushdan foydalanadi, uning chastotasi atrofimizdagi eshitiladigan tovushlarning intensivligidan milliardlab marta yuqori. Ultratovushlar diqqatni jamlashi va juda yuqori mahalliy bosim hosil qilishi mumkin. Ultratovush moddalarni maydalashi va kimyoviy reaktsiyalarni tezlashtirishi mumkin. Ultratovush suvni kolloidlarga kiritishga qodir. Ultratovush yordamida terini ko‘nlash, gazlamalarni bo‘yash, oqartirish va yuvish, sintetik tolalar, charm o‘rnini bosuvchi va plastmassa ishlab chiqarish jarayonlari sezilarli darajada tezlashadi. Ultratovush apparati nuqsonlarni aniqlashda, qismlarning ichki nuqsonlarini aniqlashda, qozonlarni shkaladan tozalashda, kemalarning suv osti yuzalarida, alyuminiy bilan qalaylashda, kumushlashda va hokazolarda qo'llaniladi. Ultratovush yuqori o'choq ishlab chiqarishda, suv transportida qo'llanilgan , baliqchilik va geologiyada.

Ultratovush diagnostik maqsadlarda (begona jismlarni aniqlash) tibbiyotda, stomatologiyada (burg'ulashda), dorivor moddalarning emulsiyalarini ishlab chiqarishda va boshqalarda qo'llaniladi.

Hozirgi vaqtda past intensivlikdagi ultratovush tekshiruvi terapevtik maqsadlarda keng qo'llaniladi.

Ultratovush murakkab va aniq biologik ta'sirga ega bo'lib, uning mohiyati hali etarli darajada ochib berilmagan. Bu harakat, asosan, to'qimalarda hosil bo'lgan ulkan mahalliy bosimga va tebranishlarni yumshatish paytida energiyani yutish bilan bog'liq bo'lgan mahalliy termal effektga bog'liq ko'rinadi. Suyuqliklar va gazlar ultratovushni o'zlashtiradi, qattiq moddalar esa uni yaxshi o'tkazadi. Suyaklar ham ultratovushni yaxshi o'tkazuvchidir.

19-asrning oxirida akustikaning rivojlanishi bilan ultratovush kashf qilindi va ultratovushning birinchi tadqiqotlari bir vaqtning o'zida boshlandi, ammo uni qo'llash asoslari faqat 20-asrning birinchi uchdan birida qo'yildi.

Ultratovush va uning xususiyatlari

Tabiatda ultratovush ko'plab tabiiy shovqinlarning tarkibiy qismi sifatida topiladi: shamol shovqinida, sharsharalarda, yomg'irda, dengiz toshlari va momaqaldiroqlarda. Mushuklar va itlar kabi ko'plab sutemizuvchilar 100 kHz gacha bo'lgan chastotali ultratovushni idrok etish qobiliyatiga ega va yarasalar, tungi hasharotlar va dengiz hayvonlarining joylashish qobiliyatlari hammaga yaxshi ma'lum.

Ultratovush- inson qulog'iga eshitiladigan chastota diapazonidan yuqorida joylashgan mexanik tebranishlar (odatda 20 kHz). Ultrasonik tebranishlar yorug'likning tarqalishiga o'xshash to'lqin shakllarida tarqaladi. Biroq, vakuumda harakatlanishi mumkin bo'lgan yorug'lik to'lqinlaridan farqli o'laroq, ultratovush gaz, suyuqlik yoki qattiq kabi elastik muhitni talab qiladi.

To'lqinning asosiy parametrlari to'lqin uzunligi, chastota va davrdir. Ultrasonik to'lqinlar o'z tabiatiga ko'ra eshitiladigan diapazondagi to'lqinlardan farq qilmaydi va bir xil fizik qonunlarga bo'ysunadi. Ammo ultratovushning o'ziga xos xususiyatlari bor, bu uning fan va texnologiyada keng qo'llanilishini aniqladi. Mana asosiylari:

• 1. Qisqa to'lqin uzunligi. Eng past ultratovush diapazoni uchun ko'pgina ommaviy axborot vositalarida to'lqin uzunligi bir necha santimetrdan oshmaydi. Qisqa to'lqin uzunligi ultratovush to'lqinlarining tarqalishining nurlanish xususiyatini aniqlaydi. Emitent yaqinida ultratovush emitterning o'lchamiga o'xshash o'lchamdagi nurlar shaklida tarqaladi. Muhitda bir hil bo'lmagan holatlarga duch kelganida, ultratovush nurlari o'zini yorug'lik nuri kabi tutadi, aks ettirish, sinish va tarqalishni boshdan kechiradi, bu esa sof optik effektlar (fokuslash, difraksiya va boshqalar) yordamida optik shaffof bo'lmagan muhitda tovush tasvirlarini yaratishga imkon beradi.
• 2. Qisqa tebranish davri, bu ultratovushni impulslar shaklida chiqarish va muhitda tarqaladigan signallarni aniq vaqt tanlashni amalga oshirish imkonini beradi.

Past amplituda tebranish energiyasining yuqori qiymatlarini olish imkoniyati, chunki tebranish energiyasi chastota kvadratiga proportsionaldir. Bu katta o'lchamli uskunalarni talab qilmasdan, yuqori energiya darajasiga ega ultratovush nurlari va maydonlarni yaratishga imkon beradi.

Ultrasonik maydonda sezilarli akustik oqimlar rivojlanadi. Shuning uchun ultratovushning atrof-muhitga ta'siri o'ziga xos ta'sirlarni keltirib chiqaradi: fizik, kimyoviy, biologik va tibbiy. Kavitatsiya, sonik kapillyar effekt, dispersiya, emulsifikatsiya, gazsizlantirish, dezinfeksiya, mahalliy isitish va boshqalar.

Etakchi kuchlar - Angliya va Frantsiya dengiz flotining dengiz tubini o'rganishga bo'lgan ehtiyojlari ko'plab olimlarning akustika sohasidagi qiziqishini uyg'otdi, chunki Bu suvda uzoqqa borishi mumkin bo'lgan yagona signal turi. Shunday qilib, 1826 yilda frantsuz olimi Kolladon suvdagi tovush tezligini aniqladi. 1838 yilda AQShda telegraf kabelini yotqizish uchun dengiz tubining profilini aniqlash uchun birinchi marta tovush ishlatilgan. Tajriba natijalari xafa bo'ldi. Qo'ng'iroq ovozi dengizning boshqa tovushlari orasida deyarli eshitilmaydigan juda zaif aks-sado berdi. Yo'naltirilgan tovush nurlarini yaratishga imkon beradigan yuqori chastotalar mintaqasiga borish kerak edi.

Birinchi ultratovush generatori 1883 yilda ingliz Frensis Galton tomonidan yaratilgan. Ultratovush pichog'iga zarba berganingizda, pichoqning chetida hushtak kabi yaratilgan. Galtonning hushtakidagi bunday uchi rolini o'tkir qirralari bo'lgan silindr o'ynadi. Havo yoki boshqa gaz bosim ostida silindrning chetiga teng bo'lgan halqali nozul orqali chetga oqib chiqdi va yuqori chastotali tebranishlar sodir bo'ldi. Vodorod bilan hushtak chalish orqali 170 kHz gacha bo'lgan tebranishlarni olish mumkin edi.

1880 yilda Per va Jak Kyuri ultratovush texnologiyasi uchun hal qiluvchi ahamiyatga ega bo'lgan kashfiyot qildilar. Aka-uka Kyurilar kvars kristallariga bosim o‘tkazilganda kristallga qo‘llaniladigan kuchga to‘g‘ridan-to‘g‘ri proportsional bo‘lgan elektr zaryadi hosil bo‘lishini payqashdi. Bu hodisa yunoncha so'zdan kelib chiqqan holda "bosish" degan ma'noni anglatuvchi "piezoelektrik" deb nomlangan. Ular, shuningdek, kristalga tez o'zgaruvchan elektr potentsial qo'llanilganda, uning tebranishini keltirib chiqaradigan teskari piezoelektrik effektni ko'rsatdilar. Bundan buyon texnik jihatdan kichik o'lchamli ultratovush emitentlari va qabul qiluvchilarni ishlab chiqarish mumkin.

Titanikning aysberg bilan to'qnashuvi natijasida nobud bo'lishi va yangi qurollar - suv osti kemalariga qarshi kurashish zarurati ultratovushli gidroakustikaning jadal rivojlanishini talab qildi. 1914 yilda frantsuz fizigi Pol Langevin iste'dodli rus emigrant olimi Konstantin Vasilevich Shilovskiy bilan birgalikda birinchi marta ultratovushli emitent va gidrofon - ultratovushli tebranishlarni qabul qiluvchidan iborat sonarni yaratdi, u piezoelektrik effektga asoslangan. Sonar Langevin - Shilovskiy, birinchi ultratovush qurilmasi edi, amaliyotda qo'llaniladi. Shu bilan birga, rus olimi S.Ya.Sokolov sanoatda ultratovushli nuqsonlarni aniqlash asoslarini ishlab chiqdi. 1937 yilda nemis psixiatri Karl Dussik o'zining ukasi Fridrix fizik bilan birgalikda miya shishlarini aniqlash uchun birinchi marta ultratovush tekshiruvidan foydalangan, ammo ular olingan natijalar ishonchsiz bo'lib chiqdi. Tibbiy amaliyotda ultratovush birinchi marta XX asrning 50-yillarida AQShda qo'llanila boshlandi.

To'lqinlar yuz yildan ko'proq vaqt oldin boshlangan; faqat so'nggi yarim asrda ular inson faoliyatining turli sohalarida keng qo'llanila boshlandi. Bu akustikaning kvant va chiziqli bo'lmagan tarmoqlari, shuningdek, kvant elektronikasi va qattiq jismlar fizikasining faol rivojlanishi bilan bog'liq. Bugungi kunda ultratovush nafaqat akustik to'lqinlarning yuqori chastotali mintaqasi uchun belgi, balki sanoat, axborot va o'lchash texnologiyalari, shuningdek diagnostika, jarrohlik va terapevtik usullar bilan bog'liq bo'lgan zamonaviy fizika va biologiyaning butun ilmiy yo'nalishidir. zamonaviy tibbiyot.

Nima bu?

Barcha tovush to'lqinlarini odamlar eshitadiganlarga bo'lish mumkin - bu 16 dan 18 ming Gts gacha bo'lgan chastotalar va inson idrok etish doirasidan tashqarida bo'lganlar - infra- va ultratovush. Infratovush deganda tovush toʻlqinlariga oʻxshash, ammo inson qulogʻi tomonidan seziladigan toʻlqinlar tushuniladi. Infratovush mintaqasining yuqori chegarasi 16 Gts, pastki chegarasi esa 0,001 Gts deb hisoblanadi.

Ultratovush ham tovush to'lqinlaridir, lekin ularning chastotasi inson eshitish apparati idrok eta oladigan darajadan yuqori. Qoida tariqasida, ular 20 dan 106 kHz gacha bo'lgan chastotalarni anglatadi. Ularning yuqori chegarasi bu to'lqinlar tarqaladigan muhitga bog'liq. Shunday qilib, gazsimon muhitda chegara 106 kHz, qattiq va suyuqliklarda esa 1010 kHz ga etadi. Yomg'ir ovozi, shamol yoki sharsharalar, momaqaldiroq va dengiz to'lqinlari tomonidan o'ralgan toshlarning shitirlashida ultratovush komponentlari mavjud. Ultrasonik to'lqinlarni idrok etish va tahlil qilish qobiliyati tufayli kitlar va delfinlar, yarasalar va tungi hasharotlar kosmosda harakat qilishadi.

Bir oz tarix

Ultratovush (AQSh)ning birinchi tadqiqotlari 19-asrning boshlarida frantsuz olimi F. Savart tomonidan amalga oshirilgan bo'lib, u inson eshitish apparati eshitilishining yuqori chastotali chegarasini aniqlashga harakat qilgan. Keyinchalik ultratovush to'lqinlarini o'rganishni nemis V.Ven, ingliz F.Galton, rus kabi mashhur olimlar bir guruh talabalar bilan olib bordilar.

1916 yilda frantsuz fizigi P.Langevin rossiyalik muhojir olim Konstantin Shilovskiy bilan hamkorlikda dengiz o'lchovlari uchun ultratovushni qabul qilish va chiqarish va suv ostidagi ob'ektlarni aniqlash uchun kvartsdan foydalanishga muvaffaq bo'ldi, bu tadqiqotchilarga ultratovush emitenti va ultratovush nurlaridan iborat birinchi sonarni yaratishga imkon berdi. qabul qiluvchi.

1925 yilda amerikalik U.Pirs bugungi kunda Pirs interferometri deb ataladigan qurilmani yaratdi, u ultratovush tezligini va suyuq va gazsimon muhitda yutilishini katta aniqlik bilan o'lchaydi. 1928-yilda sovet olimi S.Sokolov birinchi boʻlib ultratovush toʻlqinlari yordamida qattiq jismlardagi, jumladan, metalldagi turli nuqsonlarni aniqladi.

Urushdan keyingi 50-60-yillarda L.D.Rozenberg boshchiligidagi sovet olimlari jamoasining nazariy ishlanmalari asosida KM turli sanoat va texnologik sohalarda keng qoʻllanila boshlandi. Shu bilan birga, ingliz va amerikalik olimlarning, shuningdek, R.V.Xoxlova, V.A.Krasilnikov va boshqa ko'plab tadqiqotchilarning tadqiqotlari tufayli nochiziqli akustikaning ilmiy intizomi jadal rivojlanmoqda.

Taxminan bir vaqtning o'zida tibbiyotda ultratovushdan foydalanishga birinchi Amerika urinishlari amalga oshirildi.

O'tgan asrning 40-yillari oxirida sovet olimi Sokolov shaffof bo'lmagan narsalarni vizualizatsiya qilish uchun mo'ljallangan qurilma - "ultratovushli" mikroskopning nazariy tavsifini ishlab chiqdi. Ushbu ishlar asosida 70-yillarning o'rtalarida Stenford universiteti mutaxassislari skanerlovchi akustik mikroskopning prototipini yaratdilar.

Xususiyatlari

Umumiy xususiyatga ega bo'lib, eshitiladigan diapazondagi to'lqinlar, shuningdek, ultratovushli to'lqinlar fizik qonunlarga bo'ysunadi. Ammo ultratovush uni fan, tibbiyot va texnologiyaning turli sohalarida keng qo'llash imkonini beruvchi bir qator xususiyatlarga ega:

1. Qisqa to'lqin uzunligi. Eng past ultratovush diapazoni uchun u bir necha santimetrdan oshmaydi, bu signal tarqalishining radial tabiatini keltirib chiqaradi. Bunday holda, to'lqin chiziqli nurlarda yo'naltiriladi va tarqaladi.

2. Qisqa tebranish davri, buning natijasida ultratovush impulsli chiqarilishi mumkin.

3. Turli muhitlarda to‘lqin uzunligi 10 mm dan oshmaydigan ultratovushli tebranishlar yorug‘lik nurlariga o‘xshash xususiyatlarga ega bo‘lib, bu tebranishlarni fokuslash, yo‘naltirilgan nurlanishni hosil qilish, ya’ni energiyani nafaqat kerakli yo‘nalishda jo‘natish, balki uni konsentratsiyalash imkonini beradi. kerakli hajmda.

4. Kichik amplituda bilan tebranish energiyasining yuqori qiymatlarini olish mumkin, bu esa katta o'lchamli uskunalardan foydalanmasdan yuqori energiyali ultratovushli maydonlar va nurlarni yaratishga imkon beradi.

5. Atrof-muhitga ultratovush ta'sirida ko'plab o'ziga xos fizik, biologik, kimyoviy va tibbiy ta'sirlar yuzaga keladi, masalan:

• tarqatish;
• kavitatsiya;
• gazsizlantirish;
• mahalliy isitish;
• dezinfeksiya va boshqalar. va boshqalar.

Turlari

Barcha ultratovush chastotalari uch turga bo'linadi:

• ULF - past, diapazoni 20 dan 100 kHz gacha;
• USCh - o'rta chastota - 0,1 dan 10 MGts gacha;
• UHF - yuqori chastota - 10 dan 1000 MGts gacha.

Bugungi kunda ultratovushning amaliy qo'llanilishi, birinchi navbatda, turli materiallar va mahsulotlarning ichki tuzilishini o'lchash, kuzatish va o'rganish uchun past intensivlikdagi to'lqinlardan foydalanish hisoblanadi. Yuqori chastotalar turli moddalarga faol ta'sir qilish uchun ishlatiladi, bu ularning xususiyatlarini va tuzilishini o'zgartirishga imkon beradi. Ultratovush yordamida ko'plab kasalliklarni tashxislash va davolash (turli chastotalar yordamida) zamonaviy tibbiyotning alohida va faol rivojlanayotgan sohasidir.

U qayerda ishlatiladi?

So'nggi o'n yilliklarda ultratovushga nafaqat ilmiy nazariyotchilar, balki uni inson faoliyatining turli turlariga tobora faol ravishda kiritayotgan amaliyotchilar ham qiziqish bildirmoqda. Bugungi kunda ultratovush qurilmalari quyidagilar uchun qo'llaniladi:

Zamonaviy dunyoda ultratovush quyidagi sanoat tarmoqlarida muhim texnologik vositadir:

• metallurgiya;
• kimyoviy;
• qishloq xo'jaligi;
• to'qimachilik;
• ovqat;
• farmakologik;
• mashina va asbobsozlik;
• neft-kimyo, neftni qayta ishlash va boshqalar.

Bundan tashqari, ultratovush tibbiyotda tobora ko'proq foydalanilmoqda. Bu haqda keyingi bobda gaplashamiz.

Tibbiyotda foydalaning

Zamonaviy amaliy tibbiyotda turli chastotali ultratovushdan foydalanishning uchta asosiy yo'nalishi mavjud:

1. Diagnostik.

2. Terapevtik.

3. Jarrohlik.

Keling, ushbu uchta sohaning har birini batafsil ko'rib chiqaylik.

Diagnostika

Tibbiy diagnostikaning eng zamonaviy va informatsion usullaridan biri bu ultratovushdir. Uning shubhasiz afzalliklari quyidagilardir: inson to'qimalariga minimal ta'sir va yuqori axborot mazmuni.

Yuqorida aytib o'tilganidek, ultratovush - bu bir hil muhitda to'g'ri chiziqda va doimiy tezlikda tarqaladigan tovush to'lqinlari. Agar ularning yo'lida turli xil akustik zichlikka ega bo'lgan joylar mavjud bo'lsa, u holda tebranishlarning bir qismi aks ettiriladi va boshqa qismi o'zinikini davom ettirib, sinadi, shuning uchun chegara muhitining zichligi qanchalik katta bo'lsa, ultratovush tebranishlari shunchalik ko'p bo'ladi aks ettiriladi. Ultratovush tekshiruvining zamonaviy usullarini lokalizatsiya va uzatishga bo'lish mumkin.

Ultrasonik joylashuv

Bunday tadqiqot jarayonida turli akustik zichlikka ega bo'lgan muhit chegaralaridan aks ettirilgan impulslar qayd etiladi. Harakatlanuvchi sensor yordamida siz tekshirilayotgan ob'ektning o'lchamini, joylashishini va shaklini aniqlashingiz mumkin.

Transilluminatsiya

Bu usul inson tanasining turli to'qimalari ultratovushni turlicha qabul qilishiga asoslanadi. Ichki organni tekshirish paytida unga ma'lum bir intensivlikdagi to'lqin yuboriladi, shundan so'ng teskari tomondan uzatilgan signal maxsus sensor bilan qayd etiladi. Skanerlangan ob'ektning tasviri "kirish" va "chiqish" da signal intensivligining o'zgarishi asosida qayta ishlab chiqariladi. Qabul qilingan ma'lumotlar kompyuterda echogramma (egri) yoki sonogramma - ikki o'lchovli tasvir shaklida qayta ishlanadi va o'zgartiriladi.

Doppler usuli

Bu impulsli va uzluksiz ultratovushdan foydalanadigan eng faol rivojlanayotgan diagnostika usuli. Doppler ultratovush tekshiruvi akusherlik, kardiologiya va onkologiyada keng qo'llaniladi, chunki u kapillyarlar va kichik qon tomirlaridagi eng kichik o'zgarishlarni ham kuzatish imkonini beradi.

Diagnostik ilovalar

Bugungi kunda ultratovush ko'rish va o'lchash usullari tibbiyotning quyidagi sohalarida keng qo'llaniladi:

• akusherlik;
• oftalmologiya;
• kardiologiya;
• yangi tug'ilgan chaqaloqlar va chaqaloqlarning nevrologiyasi;
• ichki organlarni tekshirish:

Buyrak ultratovush tekshiruvi;

O't pufagi va kanallari;

Ayollarning reproduktiv tizimi;

• tashqi va er osti organlari (qalqonsimon va sut bezlari) diagnostikasi.

Terapiyada foydalaning

Ultratovushning asosiy terapevtik ta'siri uning inson to'qimalariga kirib borishi, ularni isitish va isitish va alohida hududlarning mikromassajini amalga oshirish qobiliyatiga bog'liq. Ultratovush og'riq manbasiga to'g'ridan-to'g'ri va bilvosita ta'sir qilish uchun ishlatilishi mumkin. Bundan tashqari, muayyan sharoitlarda bu to'lqinlar bakteritsid, yallig'lanishga qarshi, analjezik va antispazmodik ta'sirga ega. Terapevtik maqsadlarda ishlatiladigan ultratovush an'anaviy ravishda yuqori va past intensiv tebranishlarga bo'linadi.

Bu fiziologik reaktsiyalarni yoki engil, zarar etkazmaydigan issiqlikni rag'batlantirish uchun eng ko'p ishlatiladigan past intensivlikdagi to'lqinlardir. Ultratovush bilan davolash quyidagi kasalliklar uchun ijobiy natijalar berdi:

• artroz;
• artrit;
• miyalji;
• spondilit;
• nevralgiya;
• varikoz va trofik yaralar;
• Bekhterev kasalligi;
• obliteratsiya qiluvchi endarterit.

Meniere kasalligi, o'n ikki barmoqli ichak va oshqozon yarasi, bronxial astma va otosklerozni davolashda ultratovush tekshiruvi qo'llaniladigan tadqiqotlar olib borilmoqda.

Ultratovushli jarrohlik

Ultratovush to'lqinlaridan foydalangan holda zamonaviy jarrohlik ikki sohaga bo'lingan:

10 6 dan 10 7 Gts gacha bo'lgan chastotali maxsus boshqariladigan yuqori intensivlikdagi ultratovush to'lqinlari bilan to'qimalarni tanlab yo'q qilish;

20 dan 75 kHz gacha bo'lgan ultratovush tebranishlari bilan jarrohlik asbobidan foydalanish.

Selektiv ultratovush jarrohlik misoli ultratovush yordamida buyrak toshlarini maydalashdir. Ushbu invaziv bo'lmagan operatsiya davomida ultratovush to'lqini teri orqali, ya'ni inson tanasidan tashqarida toshga ta'sir qiladi.

Afsuski, bu jarrohlik usuli bir qator cheklovlarga ega. Quyidagi hollarda ultratovushli maydalashdan foydalanmaslik kerak:

Har qanday bosqichda homilador ayollar;

Toshlarning diametri ikki santimetrdan ortiq bo'lsa;

Har qanday yuqumli kasalliklar uchun;

Oddiy qon ivishiga to'sqinlik qiladigan kasalliklar mavjud bo'lganda;

Suyak to'qimalariga jiddiy zarar etkazilgan taqdirda.

Buyrak toshlarini ultratovush yordamida olib tashlash jarrohlik kesmalarsiz amalga oshirilishiga qaramay, bu juda og'riqli va umumiy yoki mahalliy behushlik ostida amalga oshiriladi.

Jarrohlik ultratovush asboblari nafaqat suyak va yumshoq to'qimalarni kamroq og'riqli kesish uchun, balki qon yo'qotilishini kamaytirish uchun ham qo'llaniladi.

Keling, e'tiborimizni stomatologiyaga qaratamiz. Ultratovush tish toshlarini kamroq og'riqli tarzda olib tashlaydi va shifokorning boshqa barcha manipulyatsiyalariga toqat qilish ancha oson. Bundan tashqari, travmatologiya va ortopediya amaliyotida ultratovush singan suyaklarning yaxlitligini tiklash uchun ishlatiladi. Bunday operatsiyalar davomida suyak bo'laklari orasidagi bo'shliq suyak chiplari va maxsus suyuq plastmassadan tashkil topgan maxsus kompozitsion bilan to'ldiriladi, so'ngra ultratovushga ta'sir qiladi, buning natijasida barcha komponentlar mustahkam bog'langan. Ultratovush tekshiruvi paytida jarrohlik aralashuvni boshdan kechirganlar turli xil sharhlarni qoldiradilar - ham ijobiy, ham salbiy. Ammo shuni ta'kidlash kerakki, hali ham qoniqarli bemorlar bor!