21 ғасыр – радиоэлектроника, атом, ғарышты игеру және ультрадыбыс ғасыры. Қазіргі уақытта ультрадыбыстық ғылым салыстырмалы түрде жас. 19 ғасырдың аяғында өзінің алғашқы зерттеулерін орыс физиологы П. Н. Лебедев жүргізді. Осыдан кейін көптеген көрнекті ғалымдар ультрадыбысты зерттей бастады.
УДЗ дегеніміз не?
Ультрадыбыс – орта бөлшектері жасайтын таралатын толқынды тербелмелі қозғалыс. Оның дыбыс диапазонындағы дыбыстардан ерекшеленетін өзіндік ерекшеліктері бар. Ультрадыбыстық диапазонда бағытталған сәулеленуді алу салыстырмалы түрде оңай. Сонымен қатар, ол жақсы фокустайды, соның нәтижесінде тербелістердің қарқындылығы артады. Қатты денелерде, сұйықтарда және газдарда тараған кезде ультрадыбыстық технология мен ғылымның көптеген салаларында практикалық қолдануды тапқан қызықты құбылыстарды тудырады. Бүгінгі өмірдің әртүрлі салаларындағы рөлі өте үлкен УДЗ деген осы.
Ультрадыбыстың ғылым мен тәжірибедегі рөлі
Ультрадыбыс соңғы жылдары ғылыми зерттеулерде ойнай бастадыбарған сайын маңызды рөл атқарады. Акустикалық ағындар мен ультрадыбыстық кавитация саласындағы эксперименттік және теориялық зерттеулер табысты жүргізілді, бұл ғалымдарға сұйық фазада ультрадыбыстық әсер еткенде пайда болатын технологиялық процестерді жасауға мүмкіндік берді. Бұл физика сияқты білім саласындағы әртүрлі құбылыстарды зерттеудің қуатты әдісі. Ультрадыбыс, мысалы, жартылай өткізгіштер және қатты денелер физикасында қолданылады. Бүгінгі таңда химияның «ультрадыбыстық химия» деп аталатын жеке саласы қалыптасуда. Оны қолдану көптеген химиялық-технологиялық процестерді жеделдетуге мүмкіндік береді. Молекулярлық акустика да дүниеге келді - дыбыс толқындарының затпен молекулалық әрекеттесуін зерттейтін акустиканың жаңа саласы. Ультрадыбысты қолданудың жаңа бағыттары пайда болды: голография, интроскопия, акустоэлектроника, ультрадыбыстық фазаны өлшеу, кванттық акустика.
Осы бағыттағы тәжірибелік-теориялық жұмыстармен қатар бүгінгі күні көптеген практикалық жұмыстар атқарылды. Арнайы және әмбебап ультрадыбыстық машиналар, жоғары статикалық қысымда жұмыс істейтін қондырғылар және т.б. әзірленді. Өндіріске өндірістік желілерге кіретін автоматты ультрадыбыстық қондырғылар енгізілді, бұл еңбек өнімділігін айтарлықтай арттыруға мүмкіндік береді.
УЗИ туралы толығырақ
Ультрадыбыстың не екені туралы толығырақ сөйлесейік. Бұл серпімді толқындар мен тербелістер екенін жоғарыда айттық. Ультрадыбыстың жиілігі 15-20 кГц-тен жоғары. Біздің естуіміздің субъективті қасиеттері ультрадыбыстық жиіліктердің төменгі шегін анықтайды, олоны естілетін дыбыс жиілігінен ажыратады. Демек, бұл шекара шартты болып табылады және әрқайсымыз ультрадыбыстың не екенін әртүрлі түрде анықтайды. Жоғарғы шегі серпімді толқындармен, олардың физикалық табиғатымен көрсетілген. Олар тек материалдық ортада таралады, яғни толқын ұзындығы газда болатын молекулалардың орташа еркін жүру жолынан немесе қатты және сұйықтардағы атомаралық қашықтықтардан айтарлықтай үлкен болуы керек. Газдардағы қалыпты қысымда ультрадыбыстық жиіліктердің жоғарғы шегі 109 Гц, ал қатты және сұйықтарда - 1012-10 13 Гц.
Ультрадыбыстық көздер
Ультрадыбыс табиғатта көптеген табиғи шулардың құрамдас бөлігі ретінде де (сарқырама, жел, жаңбыр, серфингпен қозғалған тас, сондай-ақ найзағаймен бірге жүретін дыбыстар, т.б.) және ажырамас бөлігі ретінде кездеседі. жануарлар әлемі. Жануарлардың кейбір түрлері оны кеңістікте бағдарлау, кедергілерді анықтау үшін пайдаланады. Сондай-ақ дельфиндердің ультрадыбысты табиғатта (негізінен 80-ден 100 кГц-ке дейінгі жиіліктер) пайдаланатыны белгілі. Бұл жағдайда олар шығаратын орналасу сигналдарының қуаты өте үлкен болуы мүмкін. Дельфиндердің бір шақырымға дейінгі қашықтықтағы балық үйірлерін анықтай алатыны белгілі.
Ультрадыбыстың эмитенттері (көздері) 2 үлкен топқа бөлінеді. Біріншісі - генераторлар, оларда тұрақты ағынның жолында орнатылған кедергілердің болуына байланысты тербеліс қозғалады - сұйықтық немесе газ ағыны. Ультрадыбыстық көздерді біріктіруге болатын екінші топток немесе электр кернеуіндегі берілген ауытқуларды қоршаған ортаға акустикалық толқындарды тарататын қатты денеден жасалған механикалық тербеліске түрлендіретін электроакустикалық түрлендіргіштер.
Ультрадыбыстық қабылдағыштар
Орта және төмен жиіліктерде ультрадыбыстық қабылдағыштар көбінесе пьезоэлектрлік түрдегі электроакустикалық түрлендіргіштер болып табылады. Олар дыбыс қысымының уақытқа тәуелділігі ретінде ұсынылған, қабылданған акустикалық сигналдың түрін жаңғырта алады. Қолдану жағдайларына байланысты құрылғылар кең жолақты немесе резонансты болуы мүмкін. Жылу қабылдағыштар дыбыс өрісінің уақыт бойынша орташа сипаттамаларын алу үшін қолданылады. Олар термисторлар немесе дыбыс жұтатын затпен қапталған термопарлар. Дыбыс қысымы мен қарқындылығын УДЗ арқылы жарықтың дифракциясы сияқты оптикалық әдістермен де бағалауға болады.
УЗИ қайда қолданылады?
Ультрадыбыстың әртүрлі мүмкіндіктерін пайдалана отырып, оны қолданудың көптеген салалары бар. Бұл аймақтарды шамамен үш аймаққа бөлуге болады. Олардың біріншісі ультрадыбыстық толқындар арқылы әртүрлі ақпаратты алумен байланысты. Екінші бағыт - оның затқа белсенді әсері. Ал үшіншісі сигналдарды беру және өңдеумен байланысты. Әрбір жағдайда белгілі бір жиілік диапазонындағы АҚШ қолданылады. Біз ол өз жолын тапқан көп саланың бірнешеуін ғана қарастырамыз.
Ультрадыбыстық тазалау
Бұл тазалаудың сапасын басқа әдістермен салыстыруға болмайды. Бөлшектерді шаю кезінде, мысалы, олардың бетінде 80% дейін ластаушы заттар қалады, шамамен 55% - дірілмен тазалауда, шамамен 20% - қолмен тазалауда және ультрадыбыстық тазалауда ластаушы заттардың 0,5% -дан аспайды. Күрделі пішіні бар бөлшектерді тек ультрадыбыстың көмегімен жақсы тазалауға болады. Оны пайдаланудың маңызды артықшылығы - жоғары өнімділік, сондай-ақ физикалық еңбектің төмен шығындары. Оның үстіне қымбат және тез тұтанатын органикалық еріткіштерді арзан және қауіпсіз сулы ерітінділермен ауыстыруға, сұйық фреонды және т.б. пайдалануға болады.
Ауаның күйемен, түтінмен, шаңмен, металл оксидтерімен және т.б. заттармен ластануы маңызды мәселе. Қоршаған ортаның ылғалдылығы мен температурасына қарамастан, газ розеткаларындағы ауа мен газды тазалаудың ультрадыбыстық әдісін қолдануға болады. Егер ультрадыбыстық эмитент шаңды тұндыру камерасына қойылса, оның тиімділігі жүздеген есе артады. Мұндай тазартудың мәні неде? Ауада кездейсоқ қозғалатын шаң бөлшектері ультрадыбыстық тербелістердің әсерінен бір-біріне күштірек және жиі соғады. Сонымен бірге олардың бірігуіне байланысты көлемі ұлғаяды. Коагуляция - бұл бөлшектердің ұлғаю процесі. Арнайы сүзгілер олардың салмақты және үлкейтілген кластерлерін ұстайды.
Сынғыш және өте қатты материалдарды өңдеу
Дайындама мен құралдың жұмыс беті арасына ультрадыбысты, абразивті материалды пайдаланып кірсеңіз, жұмыс кезінде абразивті бөлшектерэмитент осы бөліктің бетіне әсер етеді. Бұл жағдайда материал жойылады және жойылады, әртүрлі бағытталған микро әсерлердің әсерінен өңдеуге ұшырайды. Өңдеу кинематикасы негізгі қозғалыстан – кесуден, яғни құрал жасайтын бойлық тербелістерден және көмекші – станок орындайтын беру қозғалысынан тұрады.
Ультрадыбыстық әртүрлі жұмыстарды орындай алады. Абразивті дәндер үшін энергия көзі бойлық тербеліс болып табылады. Олар өңделген материалды бұзады. Жеткізу қозғалысы (көмекші) айналмалы, көлденең және бойлық болуы мүмкін. Ультрадыбыстық өңдеу дәлірек. Абразивтің дәнінің мөлшеріне байланысты ол 50-ден 1 микронға дейін болады. Әртүрлі пішіндегі құралдарды қолдана отырып, сіз тек саңылауларды ғана емес, сонымен қатар күрделі кесулерді, қисық осьтерді де жасауға, оюға, тегістеуге, матрицаларды жасауға және тіпті алмазды бұрғылауға болады. Абразив ретінде қолданылатын материалдар - корунд, алмас, кварц құмы, шақпақ тас.
Радиоэлектроникадағы ультрадыбыстық
Технологиядағы ультрадыбыстық радиоэлектроника саласында жиі қолданылады. Бұл аймақта жиі басқа біреуге қатысты электр сигналын кешіктіру қажет болады. Ғалымдар ультрадыбыстық кешіктіру желілерін (қысқаша LZ) пайдалануды ұсыну арқылы жақсы шешім тапты. Олардың әрекеті электрлік импульстардың ультрадыбыстық механикалық тербелістерге айналуына негізделген. Бұл қалай болады? Өйткені, ультрадыбыстың жылдамдығы электромагниттік тербелістермен салыстырғанда айтарлықтай аз. Импульсэлектр механикалық тербелістерге кері түрлендіруден кейінгі кернеу желі шығысында кіріс импульсіне қатысты кешіктіріледі.
Пьезоэлектрлік және магнитостриктивтік түрлендіргіштер электрлік тербелістерді механикалық және керісінше түрлендіру үшін қолданылады. LZ сәйкесінше пьезоэлектрлік және магнитостриктивтік болып бөлінеді.
Медицинадағы ультрадыбыстық
Тірі ағзаларға әсер ету үшін ультрадыбыстың әртүрлі түрлері қолданылады. Медициналық тәжірибеде оны қолдану қазір өте танымал. Ол ультрадыбыстық олар арқылы өткен кезде биологиялық тіндерде пайда болатын әсерлерге негізделген. Толқындар ортаның бөлшектерінде тербеліс тудырады, бұл тіндік микромассаж түрін жасайды. Ал ультрадыбысты сіңіру олардың жергілікті жылытуына әкеледі. Сонымен бірге биологиялық орталарда белгілі бір физика-химиялық өзгерістер орын алады. Бұл құбылыстар қалыпты дыбыс қарқындылығы жағдайында қайтымсыз зақым келтірмейді. Олар тек метаболизмді жақсартады, сондықтан оларға ұшыраған дененің өмірлік белсенділігіне ықпал етеді. Мұндай құбылыстар ультрадыбыстық терапияда қолданылады.
Операциядағы ультрадыбыстық
Кавитация және жоғары қарқындылықтағы қатты қыздыру тіндердің бұзылуына әкеледі. Бұл әсер бүгінде хирургияда қолданылады. Фокусталған ультрадыбыстық хирургиялық операциялар үшін қолданылады, бұл қоршаған ортаны зақымдамай, ең терең құрылымдарда (мысалы, мида) жергілікті жоюға мүмкіндік береді. Ультрадыбыстық хирургияда да қолданыладыжұмыс ұшы файлға, скальпельге, инеге ұқсайтын құралдар. Оларға жүктелген тербеліс бұл аспаптарға жаңа қасиеттер береді. Қажетті күш айтарлықтай төмендейді, сондықтан операцияның травматизмі азаяды. Сонымен қатар, анальгетикалық және гемостатикалық әсер көрінеді. Ультрадыбысты қолданатын доғал аспаппен соғу денеде пайда болған ісіктердің белгілі бір түрлерін жою үшін қолданылады.
Биологиялық тіндерге әсер ету микроорганизмдерді жою үшін жүргізіледі және дәрілік заттар мен медициналық құралдарды зарарсыздандыру процестерінде қолданылады.
Ішкі ағзаларды зерттеу
Негізінен біз іш қуысын зерттеу туралы айтып отырмыз. Ол үшін арнайы құрылғы қолданылады. Ультрадыбысты әртүрлі тіндер мен анатомиялық аномалияларды табу және тану үшін қолдануға болады. Қиындық жиі келесідей: қатерлі ісікке күдік бар және оны қатерсіз немесе жұқпалы зақымданудан айыру қажет.
Ультрадыбыс бауырды тексеруде және өт жолдарының бітелулері мен ауруларын анықтауды, сондай-ақ ондағы тастардың және басқа патологиялардың болуын анықтау үшін өт қабын тексеруді қамтитын басқа тапсырмаларды орындау үшін пайдалы. Сонымен қатар, бауыр циррозы және басқа да диффузды қатерсіз ауруларға тестілеуді қолдануға болады.
Гинекология саласында негізінен аналық безді және жатырды талдауда УДЗ қолдану ұзақ уақыт.әсіресе табысты жүзеге асырылып жатқан негізгі бағыт. Көбінесе бұл жерде жақсы және қатерлі түзілімдерді саралау қажет, бұл әдетте ең жақсы контраст пен кеңістіктік рұқсатты талап етеді. Ұқсас тұжырымдар көптеген басқа ішкі органдарды зерттеуде пайдалы болуы мүмкін.
Стоматологияда ультрадыбысты қолдану
Ультрадыбыс стоматологияда да өз жолын тапты, мұнда тіс татарын кетіру үшін қолданылады. Бұл бляшка мен тасты тез, қансыз және ауыртпалықсыз жоюға мүмкіндік береді. Бұл ретте ауыз қуысының шырышты қабаты жарақаттанбайды, қуыстың «қалталары» дезинфекцияланады. Науқас ауырсынудың орнына жылу сезімін сезінеді.
