दिमित्री लेव्किन

अल्ट्रासाउंड- मानव कान (आमतौर पर 20 kHz) के लिए श्रव्य आवृत्ति सीमा के ऊपर स्थित यांत्रिक कंपन। अल्ट्रासोनिक कंपन प्रकाश के प्रसार के समान एक तरंग में यात्रा करते हैं। हालांकि, प्रकाश तरंगों के विपरीत, जो निर्वात में यात्रा कर सकती हैं, अल्ट्रासाउंड के लिए एक लोचदार माध्यम जैसे गैस, तरल या ठोस की आवश्यकता होती है।

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अनुप्रस्थ तरंगों के लिए, यह सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

ध्वनि फैलाव- मोनोक्रोमैटिक ध्वनि तरंगों के चरण वेग की उनकी आवृत्ति पर निर्भरता। ध्वनि की गति का फैलाव माध्यम के भौतिक गुणों और उसमें विदेशी समावेशन की उपस्थिति और शरीर की सीमाओं की उपस्थिति दोनों के कारण हो सकता है जिसमें ध्वनि तरंग फैलती है।

अल्ट्रासोनिक तरंगों की किस्में

अधिकांश अल्ट्रासाउंड विधियां या तो अनुदैर्ध्य या कतरनी तरंगों का उपयोग करती हैं। सतह तरंगों और मेम्ने तरंगों सहित अल्ट्रासाउंड प्रसार के अन्य रूप भी हैं।

अनुदैर्ध्य अल्ट्रासोनिक तरंगें- तरंगें, जिनके प्रसार की दिशा माध्यम के कणों के विस्थापन और वेग की दिशा से मेल खाती है।

अनुप्रस्थ अल्ट्रासोनिक तरंगें- तरंगें विमान के लंबवत दिशा में फैलती हैं जिसमें शरीर के कणों के विस्थापन और वेग की दिशाएं होती हैं, जो कतरनी तरंगों के समान होती हैं।

सतह (रेले) अल्ट्रासोनिक तरंगेंकणों की एक अण्डाकार गति होती है और सामग्री की सतह पर फैल जाती है। उनकी गति कतरनी तरंग प्रसार गति का लगभग 90% है, और सामग्री में उनकी गहराई लगभग एक तरंग दैर्ध्य के बराबर है।

मेमने की लहर- मुक्त सीमाओं के साथ एक ठोस प्लेट (परत) में फैलने वाली एक लोचदार तरंग, जिसमें कणों का कंपन विस्थापन तरंग प्रसार और प्लेट के तल के लंबवत दोनों दिशा में होता है। मेम्ने तरंगें एक लोचदार वेवगाइड में सामान्य तरंगों के प्रकारों में से एक हैं - मुक्त सीमाओं वाली प्लेट में। चूंकि इन तरंगों को न केवल लोच के सिद्धांत के समीकरणों को संतुष्ट करना चाहिए, बल्कि प्लेट की सतह पर सीमा की स्थिति भी होनी चाहिए; उनमें गति का पैटर्न और उनके गुण असंबद्ध ठोस में तरंगों की तुलना में अधिक जटिल होते हैं।

अल्ट्रासोनिक तरंगों का विज़ुअलाइज़ेशन

एक समतल साइनसॉइडल यात्रा तरंग के लिए, अल्ट्रासाउंड की तीव्रता I सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है

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वी गोलाकार यात्रा तरंगअल्ट्रासाउंड की तीव्रता स्रोत से दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होती है। वी खड़ी लहर I = 0, यानी औसतन कोई ध्वनि ऊर्जा प्रवाह नहीं होता है। अल्ट्रासाउंड की तीव्रता हार्मोनिक विमान यात्रा तरंगध्वनि तरंग के ऊर्जा घनत्व के बराबर, ध्वनि की गति से गुणा। ध्वनि ऊर्जा का प्रवाह तथाकथित द्वारा विशेषता है Umov वेक्टर द्वारा- ध्वनि तरंग के ऊर्जा प्रवाह घनत्व का वेक्टर, जिसे तरंग सामान्य वेक्टर द्वारा अल्ट्रासाउंड तीव्रता के उत्पाद के रूप में दर्शाया जा सकता है, अर्थात, तरंग के सामने इकाई वेक्टर लंबवत। यदि ध्वनि क्षेत्र विभिन्न आवृत्तियों की हार्मोनिक तरंगों का एक सुपरपोजिशन है, तो ध्वनि ऊर्जा प्रवाह के औसत घनत्व के वेक्टर के लिए घटकों की योजकता होती है।

प्लेन वेव बनाने वाले उत्सर्जकों के लिए, वे बात करते हैं विकिरण तीव्रताइससे समझ उत्सर्जक की विशिष्ट शक्ति, यानी विकिरण सतह के प्रति इकाई क्षेत्र में विकिरणित ध्वनि शक्ति।

ध्वनि की तीव्रता को SI इकाइयों में W / m2 में मापा जाता है। अल्ट्रासाउंड तकनीक में, अल्ट्रासाउंड की तीव्रता में परिवर्तन की सीमा बहुत बड़ी है - अल्ट्रासोनिक सांद्रता के फोकस में ~ 10 -12 W / m 2 के थ्रेशोल्ड मान से लेकर सैकड़ों kW / m 2 तक।

तालिका 1 - कुछ सामान्य सामग्रियों के गुण

सामग्री	घनत्व, किग्रा / मी 3	अनुदैर्ध्य तरंग गति, मी / से	कतरनी तरंग गति, एम / एस	, १० ३ किग्रा / (एम २ * एस)
ऐक्रेलिक	1180	2670	-	3,15
वायु	0,1	330	-	0,00033
अल्युमीनियम	2700	6320	3130	17,064
पीतल	8100	4430	2120	35,883
तांबा	8900	4700	2260	41,830
कांच	3600	4260	2560	15,336
निकल	8800	5630	2960	49,544
पॉलियामाइड (नायलॉन)	1100	2620	1080	2,882
स्टील (कम मिश्र धातु)	7850	5940	3250	46,629
टाइटेनियम	4540	6230	3180	26,284
टंगस्टन	19100	5460	2620	104,286
पानी (293K)	1000	1480	-	1,480

अल्ट्रासाउंड का क्षीणन

अल्ट्रासाउंड की मुख्य विशेषताओं में से एक इसका क्षीणन है। अल्ट्रासाउंड का क्षीणनआयाम में कमी है और इसलिए, ध्वनि तरंग के रूप में यह फैलता है। अल्ट्रासाउंड का क्षीणन कई कारणों से होता है। मुख्य हैं:

इनमें से पहला कारण इस तथ्य से संबंधित है कि जैसे ही तरंग एक बिंदु या गोलाकार स्रोत से फैलती है, स्रोत द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा तरंग मोर्चे की बढ़ती सतह पर वितरित की जाती है और तदनुसार, इकाई सतह के माध्यम से ऊर्जा प्रवाह कम हो जाता है , अर्थात ... एक गोलाकार तरंग के लिए, जिसकी तरंग सतह स्रोत से r 2 की दूरी के साथ बढ़ती है, तरंग आयाम आनुपातिक रूप से कम हो जाता है, और एक बेलनाकार तरंग के लिए - आनुपातिक रूप से।

क्षीणन गुणांक या तो डेसिबल प्रति मीटर (dB / m) या नेपर्स प्रति मीटर (Np / m) में व्यक्त किया जाता है।

एक समतल तरंग के लिए, दूरी के साथ आयाम में क्षीणन गुणांक सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

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क्षीणन गुणांक बनाम समय निर्धारित किया जाता है

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गुणांक को मापने के लिए, इकाई dB / m का भी उपयोग किया जाता है, इस मामले में

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एक डेसिबल (dB) ध्वनिकी में ऊर्जा या शक्तियों के अनुपात को मापने के लिए एक लघुगणकीय इकाई है।

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• जहां ए 1 पहले सिग्नल का आयाम है,
• ए 2 - दूसरे सिग्नल का आयाम

तब माप की इकाइयों (dB / m) और (1 / m) के बीच संबंध होगा:

इंटरफ़ेस से अल्ट्रासाउंड का प्रतिबिंब

जब एक ध्वनि तरंग मीडिया के बीच के इंटरफेस से टकराती है, तो ऊर्जा का कुछ हिस्सा पहले माध्यम में परावर्तित हो जाएगा, और शेष ऊर्जा दूसरे माध्यम में चली जाएगी। परावर्तित ऊर्जा और दूसरे माध्यम में जाने वाली ऊर्जा के बीच का अनुपात पहले और दूसरे माध्यम की तरंग बाधाओं से निर्धारित होता है। ध्वनि की गति के फैलाव के अभाव में लहर प्रतिबाधातरंग पर निर्भर नहीं करता है और सूत्र द्वारा व्यक्त किया जाता है:

परावर्तन और संचरण गुणांक निम्नानुसार निर्धारित किए जाएंगे

• जहां डी ध्वनि दबाव संचरण गुणांक है

यह भी ध्यान दिया जाना चाहिए कि यदि दूसरा माध्यम ध्वनिक रूप से नरम है, अर्थात। Z 1> Z 2, फिर परावर्तन पर तरंग का चरण 180˚ से बदल जाता है।

एक माध्यम से दूसरे माध्यम में ऊर्जा का संचरण दूसरे माध्यम में जाने वाली तरंग की तीव्रता और आपतित तरंग की तीव्रता के अनुपात से निर्धारित होता है।

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अल्ट्रासोनिक तरंगों का हस्तक्षेप और विवर्तन

ध्वनि हस्तक्षेप- अंतरिक्ष में एक बिंदु या किसी अन्य पर जोड़े गए तरंगों के चरणों के बीच संबंध के आधार पर, परिणामी ध्वनि तरंग के आयाम के स्थानिक वितरण की गैर-एकरूपता। जब समान आवृत्ति की हार्मोनिक तरंगों को जोड़ा जाता है, तो आयामों का परिणामी स्थानिक वितरण एक समय-स्वतंत्र हस्तक्षेप पैटर्न बनाता है, जो बिंदु से बिंदु पर जाने पर घटक तरंगों के चरण अंतर में परिवर्तन से मेल खाता है। दो हस्तक्षेप करने वाली तरंगों के लिए, विमान पर इस पैटर्न में ध्वनि क्षेत्र (उदाहरण के लिए, ध्वनि दबाव) की विशेषता वाली मात्रा के आयाम के प्रवर्धन और क्षीणन के वैकल्पिक बैंड का रूप होता है। दो समतल तरंगों के लिए, धारियाँ सीधी होती हैं, जिनका आयाम चरण अंतर में परिवर्तन के अनुसार धारियों में भिन्न होता है। हस्तक्षेप का एक महत्वपूर्ण विशेष मामला एक समतल तरंग का एक समतल सीमा से परावर्तन के साथ जुड़ना है; इस मामले में, सीमा के समानांतर स्थित नोड्स और एंटीनोड्स के विमानों के साथ एक स्थायी लहर बनती है।

ध्वनि विवर्तन- ध्वनि की तरंग प्रकृति के कारण ज्यामितीय ध्वनिकी के नियमों से ध्वनि के व्यवहार का विचलन। ध्वनि विवर्तन का परिणाम उत्सर्जक से दूर जाने पर या स्क्रीन में एक छेद से गुजरने के बाद अल्ट्रासोनिक बीम का विचलन है, तरंग दैर्ध्य की तुलना में बड़ी बाधाओं के पीछे छाया क्षेत्र में ध्वनि तरंगों का झुकना, एक की अनुपस्थिति तरंग दैर्ध्य, आदि की तुलना में छोटी बाधाओं के पीछे छाया। एन। माध्यम में रखी बाधाओं द्वारा प्रारंभिक तरंग के विवर्तन द्वारा निर्मित ध्वनि क्षेत्र, स्वयं माध्यम की असमानताओं के साथ-साथ अनियमितताओं और सीमाओं की असमानताओं द्वारा निर्मित माध्यम, बिखरे हुए क्षेत्र कहलाते हैं। उन वस्तुओं के लिए जिन पर ध्वनि विवर्तन होता है, तरंग दैर्ध्य की तुलना में बड़ा, ज्यामितीय पैटर्न से विचलन की डिग्री तरंग पैरामीटर के मूल्य पर निर्भर करती है

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• जहाँ D वस्तु का व्यास है (उदाहरण के लिए, एक अल्ट्रासोनिक उत्सर्जक या बाधा का व्यास),
• r इस वस्तु से प्रेक्षण बिंदु की दूरी है

अल्ट्रासाउंड उत्सर्जक

अल्ट्रासाउंड उत्सर्जक- गैसीय, तरल और ठोस मीडिया में अल्ट्रासोनिक कंपन और तरंगों को उत्तेजित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरण। अल्ट्रासाउंड उत्सर्जक किसी अन्य प्रकार की ऊर्जा को ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं।

अल्ट्रासाउंड उत्सर्जक के रूप में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है विद्युत ध्वनिक ट्रांसड्यूसर... इस प्रकार के अल्ट्रासाउंड उत्सर्जकों के भारी बहुमत में, अर्थात् पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर , मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर, इलेक्ट्रोडायनामिक उत्सर्जकविद्युत चुम्बकीय और इलेक्ट्रोस्टैटिक उत्सर्जक, विद्युत ऊर्जा किसी भी ठोस शरीर (उत्सर्जक प्लेट, रॉड, डायाफ्राम, आदि) की कंपन ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, जो पर्यावरण में ध्वनिक तरंगों का उत्सर्जन करती है। ये सभी ट्रांसड्यूसर आमतौर पर रैखिक होते हैं, और इसलिए, विकिरण प्रणाली के दोलन रोमांचक विद्युत संकेत के रूप को पुन: उत्पन्न करते हैं; केवल अल्ट्रासाउंड उत्सर्जक की गतिशील सीमा की ऊपरी सीमा के पास दोलनों के बहुत बड़े आयामों पर गैर-रेखीय विकृतियां हो सकती हैं।

एक मोनोक्रोमैटिक तरंग का उत्सर्जन करने के लिए डिज़ाइन किए गए कन्वर्टर्स में, घटना का उपयोग किया जाता है गूंज: वे एक यांत्रिक दोलन प्रणाली के प्राकृतिक दोलनों में से एक पर काम करते हैं, जिसकी आवृत्ति के लिए विद्युत दोलनों के जनरेटर को ट्यून किया जाता है, जो कनवर्टर को उत्तेजित करता है। इलेक्ट्रोकॉस्टिक ट्रांसड्यूसर जिनमें ठोस-अवस्था उत्सर्जक प्रणाली नहीं होती है, उन्हें अपेक्षाकृत कम ही अल्ट्रासाउंड उत्सर्जक के रूप में उपयोग किया जाता है; इनमें शामिल हैं, उदाहरण के लिए, एक तरल में विद्युत निर्वहन या तरल के इलेक्ट्रोस्ट्रिक्शन पर आधारित अल्ट्रासाउंड उत्सर्जक।

अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर विशेषताओं

अल्ट्रासाउंड उत्सर्जक की मुख्य विशेषताएं हैं आवृत्ति स्पेक्ट्रमनिकलने वाली ध्वनि शक्ति, विकिरण प्रत्यक्षता... मोनोफ्रीक्वेंसी विकिरण के मामले में, मुख्य विशेषताएं हैं: कार्यकारी आवृतिअल्ट्रासाउंड एमिटर और उसके आवर्त्त पट्टी, जिसकी सीमाएँ अधिकतम विकिरण की आवृत्ति पर इसके मूल्य की तुलना में विकिरणित शक्ति की दो गुना गिरावट से निर्धारित होती हैं। गुंजयमान इलेक्ट्रोकॉस्टिक ट्रांसड्यूसर के लिए, ऑपरेटिंग आवृत्ति है प्राकृतिक आवृत्तिकनवर्टर का f ०, और लाइन की चौड़ाई f इसके द्वारा निर्धारित किया जाता है गुणवत्ता कारकक्यू।

अल्ट्रासाउंड उत्सर्जक (इलेक्ट्रो-ध्वनिक ट्रांसड्यूसर) संवेदनशीलता, विद्युत-ध्वनिक दक्षता और अपने स्वयं के विद्युत प्रतिबाधा द्वारा विशेषता है।

अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर संवेदनशीलता- उत्सर्जक से एक निश्चित दूरी पर (अक्सर 1 मीटर की दूरी पर) उस पर विद्युत वोल्टेज या उसमें बहने वाली धारा के लिए अधिकतम दिशात्मकता विशेषता पर ध्वनि दबाव का अनुपात। यह विशेषता श्रव्य अलार्म, सोनार सिस्टम और अन्य समान उपकरणों में उपयोग किए जाने वाले अल्ट्रासाउंड उत्सर्जकों पर लागू होती है। तकनीकी उद्देश्यों के लिए उत्सर्जक के लिए, उदाहरण के लिए, अल्ट्रासोनिक सफाई, जमावट, रासायनिक प्रक्रियाओं के संपर्क में, मुख्य विशेषता शक्ति है। डब्ल्यू में अनुमानित कुल विकिरण शक्ति के साथ, अल्ट्रासाउंड उत्सर्जक विशेषताएँ हैं विशिष्ट शक्ति, अर्थात्, विकिरण सतह के प्रति इकाई क्षेत्र की औसत शक्ति, या निकट क्षेत्र में औसत विकिरण तीव्रता, W / m 2 में अनुमानित है।

ध्वनिक वातावरण में ध्वनिक ऊर्जा उत्सर्जित करने वाले इलेक्ट्रोकॉस्टिक ट्रांसड्यूसर की दक्षता उनके मूल्य की विशेषता है विद्युत ध्वनिक दक्षता, जो उत्सर्जित ध्वनिक शक्ति का उपभोग की गई विद्युत शक्ति का अनुपात है। ध्वनि-इलेक्ट्रॉनिक्स में, अल्ट्रासाउंड उत्सर्जकों की दक्षता का आकलन करने के लिए, तथाकथित विद्युत हानि कारक का उपयोग किया जाता है, जो विद्युत शक्ति और ध्वनिक शक्ति के अनुपात (dB में) के बराबर होता है। अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग, मशीनिंग और इसी तरह में उपयोग किए जाने वाले अल्ट्रासोनिक उपकरणों की दक्षता तथाकथित दक्षता कारक द्वारा विशेषता है, जो कि बिजली की खपत के लिए सांद्रक के काम के अंत में कंपन विस्थापन के आयाम के वर्ग का अनुपात है। ट्रांसड्यूसर द्वारा। कभी-कभी अल्ट्रासाउंड उत्सर्जक में ऊर्जा रूपांतरण को चिह्नित करने के लिए प्रभावी इलेक्ट्रोमेकैनिकल युग्मन गुणांक का उपयोग किया जाता है।

उत्सर्जक का ध्वनि क्षेत्र

ट्रांसड्यूसर के ध्वनि क्षेत्र को दो क्षेत्रों में विभाजित किया गया है: निकट क्षेत्र और दूर क्षेत्र। निकट क्षेत्रयह ट्रांसड्यूसर के ठीक आगे का क्षेत्र है जहां प्रतिध्वनि आयाम उच्च और चढ़ाव की एक श्रृंखला से होकर गुजरता है। निकट क्षेत्र अंतिम अधिकतम पर समाप्त होता है, जो ट्रांसड्यूसर से दूरी N पर स्थित है। यह ज्ञात है कि अंतिम अधिकतम का स्थान ट्रांसड्यूसर का प्राकृतिक फोकस है। सुदूर क्षेत्रयह N के पीछे का क्षेत्र है जहाँ ध्वनि क्षेत्र का दबाव धीरे-धीरे घटकर शून्य हो जाता है।

ध्वनिक अक्ष पर अंतिम अधिकतम एन की स्थिति, बदले में, व्यास और तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करती है और एक परिपत्र डिस्क रेडिएटर के लिए सूत्र द्वारा व्यक्त किया जाता है

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हालांकि, चूंकि डी आमतौर पर बहुत बड़ा होता है, समीकरण को सरल बनाया जा सकता है और फॉर्म में घटाया जा सकता है

ध्वनि क्षेत्र की विशेषताओं को अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर के डिजाइन द्वारा निर्धारित किया जाता है। नतीजतन, अध्ययन के तहत क्षेत्र में ध्वनि का प्रसार और सेंसर की संवेदनशीलता उसके आकार पर निर्भर करती है।

अल्ट्रासाउंड का आवेदन

अल्ट्रासाउंड के विभिन्न अनुप्रयोग, जिसमें इसकी विभिन्न विशेषताओं का उपयोग किया जाता है, सशर्त रूप से तीन दिशाओं में विभाजित किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक तरंगों के माध्यम से सूचना की प्राप्ति से जुड़े, - पदार्थ पर सक्रिय प्रभाव के साथ और - संकेतों के प्रसंस्करण और संचरण के साथ (दिशाएं उनके ऐतिहासिक गठन के क्रम में सूचीबद्ध हैं)। प्रत्येक विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए, एक निश्चित आवृत्ति रेंज के अल्ट्रासाउंड का उपयोग किया जाता है।

यदि एक सतत माध्यम - गैसों, तरल पदार्थों या ठोसों में, माध्यम के कण संतुलन की स्थिति से बाहर निकलते हैं, तो अन्य कणों की तरफ से उन पर अभिनय करने वाले लोचदार बल उन्हें संतुलन की स्थिति में वापस कर देंगे। इस मामले में, कण दोलन गति करेंगे। एक सतत माध्यम में लोचदार कंपन का प्रसार एक तरंग जैसी प्रक्रिया है।
हर्ट्ज़ (Hz) की इकाइयों से 20 हर्ट्ज़ तक की आवृत्ति वाले कंपन कहलाते हैं इन्फ्रासोनिक, 20 हर्ट्ज से 16 ... 20 किलोहर्ट्ज़ की आवृत्ति पर, दोलन बनाते हैं श्रव्य ध्वनियाँ. अल्ट्रासोनिक कंपन 16 से आवृत्तियों के अनुरूप ... 20 kHz से 10 8 Hz, और 10 8 Hz से अधिक की आवृत्ति वाले दोलनों को कहा जाता है हाइपरसाउंड... चित्र 1.1 व्यंजक के आधार पर लघुगणक आवृत्ति पैमाना दिखाता है एलजी 2 एफ = 1, 2, 3 ..., एन,कहां 1, 2, 3 ..., नहीं- सप्तक संख्याएँ।

चित्र 1.1 - भौतिक मीडिया में लोचदार कंपन की रेंज

लोचदार कंपन की भौतिक प्रकृति संपूर्ण आवृत्ति रेंज में समान होती है। लोचदार कंपनों की प्रकृति को समझने के लिए, आइए उनके गुणों पर विचार करें।
तरंग वेवफ्रंट का आकार है, अर्थात। एक ही चरण के साथ अंक का एक संग्रह। विमान के दोलन एक समतल ध्वनि तरंग बनाते हैं, यदि एक सिलेंडर रेडिएटर के रूप में कार्य करता है, जो समय-समय पर सिकुड़ता है और अपनी त्रिज्या की दिशा में फैलता है, तो एक बेलनाकार तरंग उत्पन्न होती है। एक बिंदु उत्सर्जक, या एक स्पंदित गेंद, जिसका आयाम उत्सर्जित तरंग की लंबाई की तुलना में छोटा होता है, एक गोलाकार तरंग उत्पन्न करता है।

ध्वनि तरंगों को के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है लहरों का प्रकार : वे अनुदैर्ध्य, अनुप्रस्थ, झुकने, मरोड़ हो सकते हैं - उत्तेजना और प्रसार की स्थितियों के आधार पर। तरल पदार्थ और गैसों में, केवल अनुदैर्ध्य तरंगें फैलती हैं; ठोस में, अनुप्रस्थ और अन्य सूचीबद्ध प्रकार की तरंगें भी हो सकती हैं। एक अनुदैर्ध्य तरंग में, कण दोलनों की दिशा तरंग प्रसार की दिशा के साथ मेल खाती है (चित्र 1.2, ए), कतरनी तरंग कण कंपन की दिशा में लंबवत फैलती है (चित्र 1.2, बी) .

क) अनुदैर्ध्य तरंग के प्रसार के दौरान माध्यम के कणों की गति; बी) एक अनुप्रस्थ तरंग के प्रसार के दौरान माध्यम के कणों की गति।

चित्र 1.2 - तरंग प्रसार के दौरान कण गति

किसी भी तरंग, जैसे समय और स्थान में फैलने वाले दोलन की विशेषता हो सकती है आवृत्ति , तरंग दैर्ध्य तथा आयाम (चित्र तीन)। इस मामले में, तरंग दैर्ध्य आवृत्ति से संबंधित है एफकिसी दी गई सामग्री में तरंग प्रसार की गति के माध्यम से सी: λ = सी / एफ.

चित्र 1.3 - दोलकीय प्रक्रिया के अभिलक्षण

1.6 कम ऊर्जा वाले अल्ट्रासोनिक कंपन का व्यावहारिक अनुप्रयोग

कम तीव्रता (पारंपरिक रूप से 1 डब्ल्यू / सेमी 2 तक) के अल्ट्रासोनिक कंपन के आवेदन का क्षेत्र बहुत व्यापक है और हम बदले में कम तीव्रता के अल्ट्रासोनिक कंपन के कई मुख्य अनुप्रयोगों पर विचार करेंगे।
1. रासायनिक विशेषताओं के नियंत्रण के लिए अल्ट्रासोनिक उपकरणविभिन्न सामग्री और वातावरण। वे सभी माध्यम में अल्ट्रासोनिक कंपन की गति को बदलने पर आधारित हैं और अनुमति देते हैं:
- द्विआधारी मिश्रण की एकाग्रता का निर्धारण;
- समाधान का घनत्व;
- पोलीमराइजेशन की डिग्री;
- अशुद्धियों, गैस बुलबुले के समाधान में उपस्थिति;
- रासायनिक प्रतिक्रियाओं की घटना की दर निर्धारित करने के लिए;
- दूध, क्रीम, खट्टा क्रीम की वसा सामग्री;
- विषम प्रणालियों में फैलाव, आदि।
आधुनिक अल्ट्रासोनिक उपकरणों का संकल्प 0.05% है, 1 मीटर लंबे नमूनों पर प्रसार वेग को मापने की सटीकता 0.5-1 मीटर / सेकंड है (धातु में वेग 5000 मीटर / सेकंड से अधिक है)। लगभग सभी माप एक मानक के साथ तुलना करके किए जाते हैं।
2. भौतिक और रासायनिक विशेषताओं के नियंत्रण के लिए उपकरणअल्ट्रासाउंड क्षीणन की माप के आधार पर। इस तरह के उपकरण चिपचिपाहट को मापने, घनत्व, संरचना, अशुद्धियों की सामग्री, गैसों आदि को मापने की अनुमति देते हैं। उपयोग की जाने वाली तकनीकें भी बेंचमार्किंग विधियों पर आधारित हैं।
3. पाइपलाइनों में तरल पदार्थ के लिए अल्ट्रासोनिक प्रवाह मीटर... उनकी कार्रवाई तरल और अपस्ट्रीम के प्रवाह के साथ अल्ट्रासोनिक कंपन के प्रसार की गति को मापने पर भी आधारित है। दो गति की तुलना आपको प्रवाह दर निर्धारित करने की अनुमति देती है, और पाइपलाइन के ज्ञात क्रॉस-सेक्शन के साथ, प्रवाह दर। प्रवाह मीटरों में से एक का एक उदाहरण (मापने के उपकरणों के राज्य रजिस्टर में संख्या 15183) चित्र 1.4 में दिखाया गया है।

चित्र 1.4 - स्थिर अल्ट्रासोनिक प्रवाहमापी "AKRON"

ऐसा फ्लो मीटर वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह दर और पानी की आपूर्ति, सीवरेज और तेल उत्पादों की आपूर्ति प्रणालियों की दबाव पाइपलाइनों में बहने वाले तरल पदार्थों की कुल मात्रा (राशि) को एक ऑपरेटिंग पाइपलाइन में टाई-इन के बिना मापता है। प्रवाह मीटर के संचालन का सिद्धांत प्रवाह के साथ अल्ट्रासोनिक तरंग के पारगमन समय में अंतर को मापना है और नियंत्रित तरल के प्रवाह के खिलाफ है, इसे बाद के एकीकरण के साथ प्रवाह दर के तात्कालिक मूल्य में पुनर्गणना करना है।
उपकरण त्रुटि ऊपरी माप सीमा का 2% है। ऊपरी और निचली माप सीमा ऑपरेटर द्वारा निर्धारित की जाती है। फ्लो मीटर में एक सेंसर इकाई (दो अल्ट्रासोनिक सेंसर और एक पाइप के साथ उनके लगाव के लिए एक उपकरण शामिल है) और एक इलेक्ट्रॉनिक इकाई, एक आरएफ केबल द्वारा 50 मीटर लंबी (मानक के रूप में 10 मीटर) से जुड़ी होती है। सेंसर बाहरी सतह पर पाइप लाइन के सीधे हिस्से पर लगाए गए हैं, जो गंदगी, पेंट और जंग से मुक्त हैं। सेंसर की सही स्थापना के लिए शर्त कम से कम 10 पाइप व्यास के सीधे पाइप अनुभाग की उपस्थिति है - सामने, और 5 व्यास - सेंसर के बाद।
4. स्तर संकेतक
ऑपरेशन का सिद्धांत एक गैस माध्यम से गुजरने वाले अल्ट्रासोनिक दालों द्वारा तरल या थोक सामग्री के स्तर के स्थान पर और "गैस-नियंत्रित माध्यम" इंटरफ़ेस से इन दालों के प्रतिबिंब की घटना पर आधारित है। इस मामले में, स्तर का माप एमिटर से मीडिया और वापस रिसीवर के बीच नियंत्रित इंटरफ़ेस तक ध्वनि कंपन का प्रसार समय है। माप परिणाम एक व्यक्तिगत कंप्यूटर पर प्रदर्शित किया जाता है, जहां सभी मापों को याद किया जाता है, बाद में उन्हें देखने और विश्लेषण करने की संभावना के साथ-साथ स्वचालित डेटा संग्रह और प्रसंस्करण प्रणाली से कनेक्ट किया जाता है। सिस्टम के हिस्से के रूप में स्तर गेज में अधिकतम और न्यूनतम मूल्य से ऊपर के स्तर पर राज्य मशीन, पंप और अन्य उपकरण शामिल हो सकते हैं, जिससे तकनीकी प्रक्रिया को स्वचालित करना संभव हो जाता है। इसके अतिरिक्त, रिकॉर्डर के लिए एक करंट आउटपुट (0.5 mA, 0-20 mA) बनता है।
स्तर स्विच आपको टैंकों में माध्यम के तापमान की निगरानी करने की अनुमति देता है। मुख्य आउटपुट स्वरूप टैंक के शीर्ष से उस पदार्थ की सतह तक की दूरी है जिसमें वह शामिल है। ग्राहक के अनुरोध पर, आवश्यक जानकारी प्रदान करने पर, टैंक में पदार्थ की ऊंचाई, द्रव्यमान या मात्रा प्रदर्शित करने के लिए उपकरण को संशोधित करना संभव है।
5. गैस संरचना के अल्ट्रासोनिक विश्लेषकइस मिश्रण को बनाने वाली प्रत्येक गैस में वेग पर गैसों के मिश्रण में अल्ट्रासाउंड के वेग की निर्भरता के उपयोग पर आधारित हैं।
6. सुरक्षा अल्ट्रासोनिक उपकरणअल्ट्रासोनिक क्षेत्रों के विभिन्न मापदंडों के माप के आधार पर (कंपन आयाम जब उत्सर्जक और रिसीवर के बीच का स्थान ओवरलैप होता है, एक चलती वस्तु से परावर्तित होने पर आवृत्ति बदल जाती है, आदि)।
7. जब वातावरण का तापमान बदलता है या धुएं की उपस्थिति होती है तो प्रसार गति में बदलाव के आधार पर गैस तापमान मीटर और फायर अलार्म।
8. अल्ट्रासोनिक गैर-विनाशकारी परीक्षण उपकरण।सामग्री और उत्पादों की गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए गैर-विनाशकारी परीक्षण मुख्य तकनीकी विधियों में से एक है। परीक्षण के बिना एक से अधिक उत्पाद संचालित नहीं किए जाने चाहिए। आप परीक्षण द्वारा जांच कर सकते हैं, लेकिन आप 1-10 वस्तुओं का परीक्षण कर सकते हैं, लेकिन आप सभी वस्तुओं का 100% जांच नहीं कर सकते, क्योंकि जांचना - इसका मतलब सभी उत्पादों को खराब करना है। इसलिए, इसे नष्ट किए बिना जांचना आवश्यक है।
गैर-विनाशकारी परीक्षण की अल्ट्रासोनिक विधि सबसे सस्ती, सरल और सबसे संवेदनशील में से एक है। अन्य गैर-विनाशकारी परीक्षण विधियों पर मुख्य लाभ हैं:

- सामग्री के अंदर गहरे स्थित दोषों का पता लगाना, जो बेहतर मर्मज्ञ क्षमता के कारण संभव हुआ। अल्ट्रासाउंड परीक्षा कई मीटर की गहराई तक की जाती है। विभिन्न उत्पाद निरीक्षण के अधीन हैं, उदाहरण के लिए: लंबी स्टील की छड़ें, रोटरी स्टैम्पिंग, आदि;
- कई मिलीमीटर लंबे अत्यंत छोटे दोषों का पता लगाने पर उच्च संवेदनशीलता;
- आंतरिक दोषों के स्थान का सटीक निर्धारण, उनके आकार का आकलन, दिशा, आकार और प्रकृति की विशेषताएं;
- उत्पाद के केवल एक पक्ष तक पहुंच की पर्याप्तता;
- इलेक्ट्रॉनिक माध्यमों से प्रक्रिया का नियंत्रण, जो दोषों की लगभग तुरंत पहचान प्रदान करता है;
- वॉल्यूमेट्रिक स्कैनिंग, जो आपको सामग्री की मात्रा की जांच करने की अनुमति देती है;
- स्वास्थ्य सावधानियों के लिए कोई आवश्यकता नहीं;
- उपकरण पोर्टेबिलिटी।

1.7 उच्च-तीव्रता वाले अल्ट्रासोनिक कंपन का व्यावहारिक अनुप्रयोग

आज, उच्च-ऊर्जा अल्ट्रासोनिक कंपन की मदद से कार्यान्वित और तेज की गई मुख्य प्रक्रियाओं को आमतौर पर तीन मुख्य उपसमूहों में विभाजित किया जाता है, जो पर्यावरण के प्रकार पर निर्भर करता है जिसमें उन्हें लागू किया जाता है (चित्र 1.5)।

चित्र 1.5 - उच्च-ऊर्जा अल्ट्रासोनिक कंपनों का अनुप्रयोग

पर्यावरण के प्रकार के आधार पर, प्रक्रियाओं को पारंपरिक रूप से प्रक्रियाओं में विभाजित किया जाता है तरल, ठोस और थर्मोप्लास्टिक सामग्री और गैसीय (वायु) मीडिया में। निम्नलिखित अनुभागों में, तरल, ठोस और थर्मोप्लास्टिक सामग्री और गैसीय मीडिया में प्रक्रियाओं को तेज करने के लिए प्रक्रियाओं और उपकरणों पर अधिक विस्तार से विचार किया जाएगा।
अगला, हम उच्च-ऊर्जा अल्ट्रासोनिक कंपनों का उपयोग करके कार्यान्वित की जाने वाली मुख्य तकनीकों के उदाहरणों पर विचार करेंगे।
1. आयामी प्रसंस्करण।

अल्ट्रासोनिक कंपन का उपयोग भंगुर और अतिरिक्त कठोर सामग्री और धातुओं को संसाधित करने के लिए किया जाता है।
अल्ट्रासोनिक कंपन द्वारा तेज की गई मुख्य तकनीकी प्रक्रियाएं ड्रिलिंग, काउंटरसिंकिंग, थ्रेडिंग, वायर ड्राइंग, पॉलिशिंग, पीस, जटिल छिद्रों की ड्रिलिंग हैं। इन तकनीकी प्रक्रियाओं की तीव्रता उपकरण पर अल्ट्रासोनिक कंपन लगाने के कारण होती है।
2. अल्ट्रासोनिक सफाई।
आज, विभिन्न संदूषकों से सतहों को साफ करने के कई तरीके हैं। अल्ट्रासोनिक सफाई तेज है, उच्च गुणवत्ता प्रदान करती है और दुर्गम क्षेत्रों को धोती है। यह सादे पानी के साथ अत्यधिक जहरीले, ज्वलनशील और महंगे सॉल्वैंट्स के प्रतिस्थापन को सुनिश्चित करता है।
उच्च आवृत्ति वाले अल्ट्रासोनिक कंपन का उपयोग करके, कार कार्बोरेटर और इंजेक्टर कुछ ही मिनटों में साफ हो जाते हैं।
सफाई में तेजी का कारण गुहिकायन में है, एक विशेष घटना जिसमें तरल में सबसे छोटे गैस बुलबुले बनते हैं। ये बुलबुले फटते (विस्फोट) होते हैं और शक्तिशाली जल धाराएँ बनाते हैं जो सारी गंदगी को धो देती हैं। यही सिद्धांत है कि आज वाशिंग मशीन और छोटी वाशिंग मशीन मौजूद हैं। गुहिकायन प्रक्रिया के कार्यान्वयन की विशेषताएं और इसकी क्षमता पर अलग से विचार किया जाएगा। UZ धातुओं को पॉलिशिंग पेस्ट से, रोल्ड उत्पादों को स्केल से, कीमती पत्थरों को पॉलिशिंग स्थानों से साफ करता है। छपाई की प्लेटों की सफाई, कपड़ों की धुलाई, शीशियों की धुलाई। जटिल पाइपलाइनों की सफाई। सफाई के अलावा, अल्ट्रासाउंड छोटी गड़गड़ाहट और पॉलिशिंग को हटाने में सक्षम है।
तरल मीडिया में अल्ट्रासोनिक क्रिया सूक्ष्मजीवों को नष्ट कर देती है और इसलिए इसका व्यापक रूप से दवा और सूक्ष्म जीव विज्ञान में उपयोग किया जाता है।
अल्ट्रासोनिक सफाई का एक और कार्यान्वयन भी संभव है।
- हवा में ठोस कणों से धुएं का शुद्धिकरण। इसके लिए कोहरे और धुएं के लिए अल्ट्रासोनिक एक्सपोजर का भी उपयोग किया जाता है। अल्ट्रासोनिक क्षेत्र में कण सक्रिय रूप से चलना शुरू करते हैं, टकराते हैं और एक साथ चिपक जाते हैं, और दीवारों पर जमा हो जाते हैं। इस घटना को अल्ट्रासोनिक जमावट कहा जाता है और इसका उपयोग हवाई क्षेत्रों, सड़कों और बंदरगाहों पर कोहरे से निपटने के लिए किया जाता है।
3. अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग।
वर्तमान में, उच्च-तीव्रता वाले अल्ट्रासोनिक कंपन का उपयोग करके, बहुलक थर्मोप्लास्टिक सामग्री को वेल्डेड किया जाता है। पॉलीथीन ट्यूब, बक्से, डिब्बे की वेल्डिंग उत्कृष्ट जकड़न प्रदान करती है। अन्य तरीकों के विपरीत, दूषित प्लास्टिक, तरल ट्यूब आदि को अल्ट्रासाउंड से पकाया जा सकता है। इस मामले में, सामग्री निष्फल हैं।
अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग धातु के हिस्से में सबसे पतली पन्नी या तार को वेल्ड करने के लिए किया जाता है। इसके अलावा, अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग कोल्ड वेल्डिंग है, क्योंकि सीवन पिघलने के तापमान से नीचे के तापमान पर बनता है। इस प्रकार, एल्यूमीनियम, टैंटलम, जिरकोनियम, नाइओबियम, मोलिब्डेनम, आदि वेल्डिंग द्वारा जुड़ जाते हैं।
वर्तमान में, अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग ने उच्च गति पैकेजिंग प्रक्रियाओं और बहुलक पैकेजिंग सामग्री के उत्पादन के लिए सबसे बड़ा अनुप्रयोग पाया है।
4. सोल्डरिंग और टिनिंग
उच्च आवृत्ति वाले अल्ट्रासोनिक कंपन की मदद से, एल्यूमीनियम को मिलाप किया जाता है। अल्ट्रासाउंड की मदद से टिन और फिर सोल्डर सिरेमिक, ग्लास करना संभव है, जो पहले असंभव था। आज अल्ट्रासोनिक तकनीक का उपयोग करके फेराइट्स, सोल्डरिंग सेमीकंडक्टर क्रिस्टल से लेकर गोल्ड प्लेटेड मामलों तक का एहसास किया जाता है।
5. आधुनिक रसायन विज्ञान में अल्ट्रासाउंड
वर्तमान में साहित्यिक स्रोतों से रसायन विज्ञान में एक नई दिशा का निर्माण हुआ है - अल्ट्रासोनिक रसायन। अल्ट्रासाउंड के प्रभाव में होने वाले रासायनिक परिवर्तनों का अध्ययन करते हुए, वैज्ञानिकों ने स्थापित किया है कि अल्ट्रासाउंड न केवल ऑक्सीकरण को तेज करता है, बल्कि कुछ मामलों में एक कम करने वाला प्रभाव प्रदान करता है। इस प्रकार, ऑक्साइड और लवण से लोहा कम हो जाता है।
निम्नलिखित रासायनिक-तकनीकी प्रक्रियाओं के अल्ट्रासाउंड की गहनता पर अच्छे सकारात्मक परिणाम प्राप्त हुए हैं:
- इलेक्ट्रोडपोजिशन, पोलीमराइजेशन, डीपोलीमराइजेशन, ऑक्सीकरण, कमी, फैलाव, पायसीकरण, एरोसोल जमावट, होमोजेनाइजेशन, संसेचन, विघटन, छिड़काव, सुखाने, दहन, कमाना, आदि।
इलेक्ट्रोडपोजिशन - जमा धातु एक महीन-क्रिस्टलीय संरचना प्राप्त कर लेती है, सरंध्रता कम हो जाती है। इस प्रकार, तांबा चढ़ाना, टिनिंग, सिल्वरिंग किया जाता है। प्रक्रिया तेज है और कोटिंग की गुणवत्ता पारंपरिक तकनीकों की तुलना में अधिक है।
इमल्शन प्राप्त करना: पानी और वसा, पानी और आवश्यक तेल, पानी और पारा। अमिश्रणता बाधा को अल्ट्रासाउंड द्वारा दूर किया जाता है।
पॉलिमराइजेशन (अणुओं का एक में संयोजन) - पोलीमराइजेशन की डिग्री अल्ट्रासाउंड की आवृत्ति द्वारा नियंत्रित होती है।
फैलाव - रंग प्राप्त करने के लिए अति सूक्ष्म वर्णक प्राप्त करना।
सुखाने - बिना गर्म किए जैविक रूप से सक्रिय पदार्थ। भोजन में, दवा उद्योग।
तरल पदार्थ का छिड़काव और पिघलता है। स्प्रे ड्रायर में प्रक्रियाओं का गहनता। गलन से धातु का चूर्ण प्राप्त करना। ये स्प्रे डिवाइस घूमने और रगड़ने वाले हिस्सों को खत्म कर देते हैं।
अल्ट्रासोनिक तरल और ठोस ईंधन के 20 गुना दहन दक्षता को बढ़ाता है।
संसेचन। संसेचन सामग्री की केशिकाओं के माध्यम से तरल सैकड़ों गुना तेजी से गुजरता है। इसका उपयोग छत सामग्री, स्लीपर, सीमेंट स्लैब, टेक्स्टोलाइट, गेटिनैक्स, संशोधित रेजिन के साथ लकड़ी के संसेचन के उत्पादन में किया जाता है।
6. धातु विज्ञान में अल्ट्रासाउंड।
- यह ज्ञात है कि जब धातुएं पिघलती हैं, तो एल्यूमीनियम और उसके मिश्र धातुओं की गैसों को अवशोषित करती हैं। पिघली हुई धातु में सभी गैसों में से 80% H2 हैं। इससे धातु की गुणवत्ता में गिरावट आती है। अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके गैसों को हटाया जा सकता है, जिससे हमारे देश में एक विशेष तकनीकी चक्र बनाना और धातुओं के उत्पादन में व्यापक रूप से इसका उपयोग करना संभव हो गया।
- अल्ट्रासोनिक धातुओं के सख्त होने को उत्तेजित करता है
- पाउडर धातु विज्ञान में, अल्ट्रासाउंड उत्पादित सामग्री के कणों के आसंजन को बढ़ावा देता है। यह उच्च दबाव सीलिंग की आवश्यकता को समाप्त करता है।
7. खनन में यूजेड।
अल्ट्रासाउंड का उपयोग निम्नलिखित तकनीकों को लागू करना संभव बनाता है:
- तेल के कुओं की दीवारों से पैराफिन को हटाना;
- इसके छिड़काव से खदानों में होने वाले मिथेन विस्फोटों का उन्मूलन;
- अयस्कों का अल्ट्रासोनिक लाभकारी (अल्ट्रासोनिक का उपयोग करके प्लवनशीलता विधि)।
8. कृषि में कि.मी.
वरदान के अल्ट्रासोनिक कंपन बीज और अनाज को बोने से पहले सुखद प्रभाव डालते हैं। तो, रोपण से पहले टमाटर के बीज का उपचार फलों की संख्या में वृद्धि प्रदान करता है, पकने का समय कम करता है और विटामिन की मात्रा में वृद्धि करता है।
खरबूजे और मकई के बीजों के अल्ट्रासोनिक उपचार से उपज में 40% की वृद्धि होती है।
अल्ट्रासोनिक बीजों को संसाधित करते समय, कीटाणुशोधन सुनिश्चित करना और तरल से आवश्यक ट्रेस तत्वों को पेश करना संभव है
9. खाद्य उद्योग।
व्यवहार में, निम्नलिखित प्रौद्योगिकियां आज पहले से ही लागू की जा रही हैं:
- होमोजेनाइजेशन नसबंदी के लिए दूध प्रसंस्करण;
- जमे हुए दूध की शेल्फ लाइफ और गुणवत्ता बढ़ाने के लिए प्रसंस्करण
- उच्च गुणवत्ता वाला दूध पाउडर प्राप्त करना;
- बेकिंग के लिए इमल्शन प्राप्त करना;
- यीस्ट के उपचार से उनकी किण्वन शक्ति 15% बढ़ जाती है;
- सुगंधित पदार्थ प्राप्त करना, मैश किए हुए आलू, यकृत से वसा निकालना;
- टैटार का आवंटन;
- पौधे और पशु कच्चे माल का निष्कर्षण;
- परफ्यूम प्रोडक्शन (साल के बजाय 6 ... 8 घंटे)।
10. जीव विज्ञान में अल्ट्रासाउंड।
- अल्ट्रासाउंड की बड़ी खुराक सूक्ष्मजीवों (स्टेफिलोकोसी, स्ट्रेप्टोकोकी, वायरस) को मारती है;
- अल्ट्रासोनिक एक्सपोजर की कम तीव्रता सूक्ष्मजीवों की कॉलोनियों के विकास को बढ़ावा देती है;
11. किसी व्यक्ति पर प्रभाव।
0.1 ... 0.4 डब्ल्यू / सेमी तक की तीव्रता के साथ अल्ट्रासोनिक एक्सपोजर का चिकित्सीय प्रभाव होता है। अमेरिका में, 0.8 W/cm तक की तीव्रता के संपर्क में आने को उपचारात्मक माना जाता है।
12. चिकित्सा में।
अल्ट्रासोनिक स्केलपेल, बाहरी और आंतरिक लिपोसक्शन के लिए उपकरण, लैप्रोस्कोपिक उपकरण, इनहेलर, मसाजर व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं और विभिन्न रोगों का इलाज कर सकते हैं।
व्याख्यान का निम्नलिखित पाठ्यक्रम अल्ट्रासोनिक प्रौद्योगिकियों की मूल बातें के साथ विभिन्न उद्योगों के छात्रों, स्नातक छात्रों, इंजीनियरों और प्रौद्योगिकीविदों के प्रारंभिक परिचित के लिए है और इसका उद्देश्य अल्ट्रासोनिक कंपन के गठन के सिद्धांत और अल्ट्रासोनिक का उपयोग करने के अभ्यास पर मौलिक ज्ञान देना है। उच्च तीव्रता के कंपन।

19वीं शताब्दी के अंत में ध्वनिकी के विकास के साथ, अल्ट्रासाउंड की खोज की गई, उसी समय अल्ट्रासाउंड का पहला अध्ययन शुरू हुआ, लेकिन इसके आवेदन की नींव केवल 20 वीं शताब्दी के पहले तीसरे में रखी गई थी।

अल्ट्रासाउंड और इसके गुण

प्रकृति में, अल्ट्रासाउंड कई प्राकृतिक शोरों के एक घटक के रूप में पाया जाता है: हवा के शोर में, झरने, बारिश, सर्फ द्वारा लुढ़के समुद्री कंकड़, बिजली के निर्वहन में। कई स्तनधारी, जैसे कि बिल्लियाँ और कुत्ते, 100 kHz तक की आवृत्ति पर अल्ट्रासाउंड को देखने की क्षमता रखते हैं, और चमगादड़, निशाचर कीड़े और समुद्री जानवरों की स्थान क्षमता सभी को अच्छी तरह से पता है।

अल्ट्रासाउंड- मानव कान (आमतौर पर 20 kHz) के लिए श्रव्य आवृत्ति सीमा के ऊपर स्थित यांत्रिक कंपन। अल्ट्रासोनिक कंपन प्रकाश के प्रसार के समान एक तरंग में यात्रा करते हैं। हालांकि, प्रकाश तरंगों के विपरीत, जो निर्वात में यात्रा कर सकती हैं, अल्ट्रासाउंड के लिए एक लोचदार माध्यम जैसे गैस, तरल या ठोस की आवश्यकता होती है।

एक तरंग के मुख्य पैरामीटर तरंग दैर्ध्य, आवृत्ति और अवधि हैं। अल्ट्रासोनिक तरंगें अपनी प्रकृति से श्रव्य श्रेणी की तरंगों से भिन्न नहीं होती हैं और समान भौतिक नियमों का पालन करती हैं। लेकिन, अल्ट्रासाउंड में विशिष्ट विशेषताएं हैं जिन्होंने विज्ञान और प्रौद्योगिकी में इसके व्यापक अनुप्रयोग को निर्धारित किया है। यहाँ मुख्य हैं:

• 1. छोटी तरंग दैर्ध्य। सबसे कम अल्ट्रासोनिक रेंज के लिए, अधिकांश मीडिया में तरंग दैर्ध्य कुछ सेंटीमीटर से अधिक नहीं होता है। लघु तरंग दैर्ध्य अल्ट्रासोनिक तरंगों के प्रसार के किरण चरित्र को निर्धारित करता है। एमिटर के आसपास, अल्ट्रासाउंड एमिटर के आकार के करीब आकार में बीम के रूप में फैलता है। जब यह एक माध्यम में एक विषमता से टकराता है, तो अल्ट्रासोनिक बीम एक प्रकाश किरण की तरह व्यवहार करता है, प्रतिबिंब, अपवर्तन, बिखरने का अनुभव करता है, जिससे ऑप्टिकली अपारदर्शी मीडिया में विशुद्ध रूप से ऑप्टिकल प्रभावों (ध्यान केंद्रित, विवर्तन, आदि) का उपयोग करना संभव हो जाता है।
• 2. दोलनों की एक छोटी अवधि, जो दालों के रूप में अल्ट्रासाउंड का उत्सर्जन करना और माध्यम में प्रसार संकेतों का सटीक समय चयन करना संभव बनाती है।

एक छोटे आयाम पर कंपन ऊर्जा के उच्च मान प्राप्त करने की संभावना, चूंकि कंपन ऊर्जा आवृत्ति के वर्ग के समानुपाती होती है। इससे बड़े आकार के उपकरणों की आवश्यकता के बिना, उच्च ऊर्जा स्तर वाले अल्ट्रासोनिक बीम और फ़ील्ड बनाना संभव हो जाता है।

अल्ट्रासोनिक क्षेत्र में महत्वपूर्ण ध्वनिक धाराएं विकसित होती हैं। इसलिए, पर्यावरण पर अल्ट्रासाउंड का प्रभाव विशिष्ट प्रभाव उत्पन्न करता है: भौतिक, रासायनिक, जैविक और चिकित्सा। जैसे cavitation, ध्वनि केशिका प्रभाव, फैलाव, पायसीकरण, degassing, कीटाणुशोधन, स्थानीय हीटिंग और कई अन्य।

समुद्र की गहराई की खोज के लिए प्रमुख शक्तियों - इंग्लैंड और फ्रांस के नौसैनिक बेड़े की जरूरतों ने ध्वनिकी, टीके के क्षेत्र में कई वैज्ञानिकों की रुचि जगाई। यह एकमात्र प्रकार का संकेत है जो पानी में दूर तक यात्रा कर सकता है। इसलिए 1826 में फ्रांसीसी वैज्ञानिक कोलाडॉन ने पानी में ध्वनि की गति निर्धारित की। 1838 में, संयुक्त राज्य अमेरिका में, टेलीग्राफ केबल बिछाने के उद्देश्य से समुद्र तल के प्रोफाइल को निर्धारित करने के लिए पहली बार ध्वनि का उपयोग किया गया था। प्रयोग के परिणाम निराशाजनक थे। घंटी की आवाज ने बहुत कमजोर प्रतिध्वनि दी, जो समुद्र की अन्य ध्वनियों के बीच लगभग अश्रव्य थी। निर्देशित ध्वनि बीम के निर्माण की अनुमति देते हुए, उच्च आवृत्तियों के क्षेत्र में जाना आवश्यक था।

पहला अल्ट्रासाउंड जनरेटर 1883 में अंग्रेज फ्रांसिस गैल्टन द्वारा बनाया गया था। अल्ट्रासाउंड को चाकू की नोक पर सीटी की तरह उड़ा दिया गया था। गैल्टन की सीटी में ऐसे बिंदु की भूमिका तेज किनारों वाले एक सिलेंडर द्वारा निभाई गई थी। सिलेंडर के किनारे के समान व्यास वाले कुंडलाकार नोजल के माध्यम से दबाव में निकलने वाली हवा या अन्य गैस, और उच्च-आवृत्ति दोलन हुआ। हाइड्रोजन के साथ सीटी बजाकर 170 kHz तक के कंपन प्राप्त करना संभव था।

1880 में, पियरे और जैक्स क्यूरी ने अल्ट्रासाउंड तकनीक के लिए एक निर्णायक खोज की। क्यूरी बंधुओं ने देखा कि जब क्वार्ट्ज क्रिस्टल पर दबाव डाला जाता है, तो एक विद्युत आवेश उत्पन्न होता है जो क्रिस्टल पर लगाए गए बल के सीधे आनुपातिक होता है। इस घटना का नाम ग्रीक शब्द "पीज़ोइलेक्ट्रिसिटी" से लिया गया था जिसका अर्थ है "धक्का देना।" इसके अलावा, उन्होंने उलटा पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव का प्रदर्शन किया, जो क्रिस्टल पर तेजी से बदलती विद्युत क्षमता को लागू करने पर खुद को प्रकट करता है, जिससे यह कंपन होता है। अब से, छोटे आकार के उत्सर्जक और अल्ट्रासाउंड रिसीवर बनाने की तकनीकी संभावना सामने आई है।

एक हिमखंड से टकराने से "टाइटैनिक" की मृत्यु, नए हथियारों से लड़ने की आवश्यकता - पनडुब्बियों को अल्ट्रासोनिक जलविद्युत के तेजी से विकास की आवश्यकता थी। 1914 में, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी पॉल लैंगविन ने प्रतिभाशाली रूसी प्रवासी वैज्ञानिक कोन्स्टेंटिन वासिलीविच शिलोव्स्की के साथ मिलकर पहली बार एक अल्ट्रासाउंड एमिटर और एक हाइड्रोफोन से मिलकर एक सोनार विकसित किया - पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव के आधार पर अल्ट्रासोनिक कंपन का एक रिसीवर। सोनार लैंगविन - शिलोव्स्की, पहला अल्ट्रासाउंड उपकरण थाव्यवहार में लागू किया। उसी समय, रूसी वैज्ञानिक S.Ya.Sokolov ने उद्योग में अल्ट्रासोनिक दोष का पता लगाने की नींव विकसित की। 1937 में, जर्मन मनोचिकित्सक कार्ल डुसिक ने अपने भाई फ्रेडरिक, एक भौतिक विज्ञानी के साथ, ब्रेन ट्यूमर का पता लगाने के लिए पहली बार अल्ट्रासाउंड का उपयोग किया, लेकिन उन्हें जो परिणाम मिले वे अविश्वसनीय थे। चिकित्सा पद्धति में, अल्ट्रासाउंड का उपयोग पहली बार केवल 1950 के दशक में संयुक्त राज्य अमेरिका में किया गया था।

21वीं सदी रेडियो इलेक्ट्रॉनिक्स, परमाणु, अंतरिक्ष की विजय और अल्ट्रासाउंड की सदी है। अल्ट्रासाउंड का विज्ञान इन दिनों अपेक्षाकृत युवा है। 19वीं शताब्दी के अंत में, एक रूसी शरीर विज्ञानी पी.एन. लेबेदेव ने अपना पहला अध्ययन किया। उसके बाद, कई उत्कृष्ट वैज्ञानिकों ने अल्ट्रासाउंड का अध्ययन करना शुरू किया।

अल्ट्रासाउंड क्या है?

अल्ट्रासाउंड एक प्रसार तरंग है जो माध्यम के कणों द्वारा बनाई जाती है। इसकी अपनी विशेषताएं हैं, जो श्रव्य श्रेणी की ध्वनियों से भिन्न होती हैं। अल्ट्रासोनिक रेंज में दिशात्मक विकिरण प्राप्त करना अपेक्षाकृत आसान है। इसके अलावा, यह अच्छी तरह से ध्यान केंद्रित करता है, और परिणामस्वरूप, प्रदर्शन किए गए कंपन की तीव्रता बढ़ जाती है। ठोस, तरल पदार्थ और गैसों में प्रसार करते समय, अल्ट्रासाउंड दिलचस्प घटनाओं को जन्म देता है जिन्होंने प्रौद्योगिकी और विज्ञान के कई क्षेत्रों में व्यावहारिक अनुप्रयोग पाया है। यह वही है जो अल्ट्रासाउंड है, जिसकी भूमिका आज जीवन के विभिन्न क्षेत्रों में बहुत बड़ी है।

विज्ञान और अभ्यास में अल्ट्रासाउंड की भूमिका

हाल के वर्षों में, अल्ट्रासाउंड ने वैज्ञानिक अनुसंधान में बढ़ती भूमिका निभानी शुरू कर दी है। ध्वनिक प्रवाह और अल्ट्रासोनिक गुहिकायन के क्षेत्र में प्रायोगिक और सैद्धांतिक अध्ययन सफलतापूर्वक किए गए, जिसने वैज्ञानिकों को तरल चरण में अल्ट्रासाउंड के संपर्क में आने पर होने वाली तकनीकी प्रक्रियाओं को विकसित करने की अनुमति दी। यह भौतिकी जैसे ज्ञान के क्षेत्र में विभिन्न घटनाओं का अध्ययन करने के लिए एक शक्तिशाली तरीका है। अल्ट्रासाउंड का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, अर्धचालक और ठोस अवस्था भौतिकी में। आज रसायन विज्ञान का एक अलग क्षेत्र बन रहा है, जिसे "अल्ट्रासोनिक रसायन" कहा जाता है। इसका अनुप्रयोग आपको कई रासायनिक-तकनीकी प्रक्रियाओं को गति देने की अनुमति देता है। आणविक ध्वनिकी का भी जन्म हुआ - ध्वनिकी की एक नई शाखा, जो पदार्थ के साथ आणविक अंतःक्रिया का अध्ययन करती है। अल्ट्रासाउंड अनुप्रयोग के नए क्षेत्र सामने आए हैं: होलोग्राफी, इंट्रोस्कोपी, एकोस्टोइलेक्ट्रॉनिक्स, अल्ट्रासोनिक चरण माप और क्वांटम ध्वनिकी।

इस क्षेत्र में प्रायोगिक और सैद्धांतिक कार्यों के अलावा, आज कई व्यावहारिक कार्य किए गए हैं। विशेष और सार्वभौमिक अल्ट्रासोनिक मशीनें, बढ़े हुए स्थिर दबाव के तहत काम करने वाले प्रतिष्ठान आदि विकसित किए गए हैं। उत्पादन लाइनों में शामिल अल्ट्रासोनिक स्वचालित प्रतिष्ठानों को उत्पादन में पेश किया गया है, जो श्रम उत्पादकता में काफी वृद्धि कर सकता है।

अल्ट्रासाउंड के बारे में अधिक जानकारी

आइए अधिक विस्तार से बात करते हैं कि अल्ट्रासाउंड क्या है। हम पहले ही कह चुके हैं कि यह इलास्टिक वेव और अल्ट्रासाउंड 15-20 kHz से ज्यादा का होता है। हमारी सुनवाई के व्यक्तिपरक गुण अल्ट्रासोनिक आवृत्तियों की निचली सीमा निर्धारित करते हैं, जो इसे श्रव्य ध्वनि की आवृत्ति से अलग करती है। इसलिए, यह सीमा सशर्त है, और हम में से प्रत्येक अलग-अलग तरीकों से परिभाषित करता है कि अल्ट्रासाउंड क्या है। ऊपरी सीमा लोचदार तरंगों, उनकी भौतिक प्रकृति द्वारा इंगित की जाती है। वे केवल एक भौतिक वातावरण में फैलते हैं, अर्थात, तरंग दैर्ध्य गैस में अणुओं के औसत मुक्त पथ या ठोस और तरल पदार्थों में अंतर-परमाणु दूरी से काफी अधिक होना चाहिए। गैसों में सामान्य दबाव में, अल्ट्रासोनिक आवृत्तियों की ऊपरी सीमा 10 9 हर्ट्ज है, और ठोस और तरल पदार्थ में - 10 12 -10 13 हर्ट्ज।

अल्ट्रासाउंड के स्रोत

अल्ट्रासाउंड प्रकृति में कई प्राकृतिक शोरों (झरना, हवा, बारिश, सर्फ द्वारा लुढ़का हुआ कंकड़, साथ ही साथ गरज के साथ होने वाली आवाज़ आदि) के एक घटक के रूप में होता है, और जानवरों की दुनिया के एक अभिन्न अंग के रूप में होता है। जानवरों की कुछ प्रजातियाँ इसका उपयोग अंतरिक्ष में अभिविन्यास के लिए, बाधाओं का पता लगाने के लिए करती हैं। यह भी ज्ञात है कि डॉल्फ़िन प्रकृति में अल्ट्रासाउंड का उपयोग करती हैं (मुख्य रूप से आवृत्ति 80 से 100 kHz तक)। ऐसे में उनके द्वारा उत्सर्जित राडार संकेतों की शक्ति बहुत अधिक हो सकती है। यह ज्ञात है कि डॉल्फ़िन उनसे एक किलोमीटर तक की दूरी पर स्थित लोगों का पता लगाने में सक्षम हैं।

अल्ट्रासाउंड के उत्सर्जक (स्रोत) 2 बड़े समूहों में विभाजित हैं। पहला जनरेटर है जिसमें निरंतर प्रवाह के मार्ग में स्थापित बाधाओं की उपस्थिति के कारण दोलन उत्तेजित होते हैं - तरल या गैस का एक जेट। दूसरा समूह, जिसमें अल्ट्रासाउंड स्रोतों को जोड़ा जा सकता है, इलेक्ट्रोकॉस्टिक ट्रांसड्यूसर हैं, जो वर्तमान या विद्युत वोल्टेज के दिए गए दोलनों को एक ठोस शरीर द्वारा किए गए यांत्रिक दोलनों में परिवर्तित करते हैं, जो पर्यावरण में ध्वनिक तरंगों का उत्सर्जन करता है।

अल्ट्रासाउंड रिसीवर

मध्यम और अल्ट्रासाउंड रिसीवरों पर, इलेक्ट्रो-ध्वनिक ट्रांसड्यूसर अक्सर पीजोइलेक्ट्रिक प्रकार के होते हैं। वे प्राप्त ध्वनिक संकेत के आकार को पुन: पेश कर सकते हैं, जिसे ध्वनि दबाव की समय निर्भरता के रूप में दर्शाया गया है। डिवाइस या तो ब्रॉडबैंड या रेजोनेंट हो सकते हैं, यह उस एप्लिकेशन पर निर्भर करता है जिसके लिए उनका इरादा है। थर्मल रिसीवर का उपयोग समय-औसत ध्वनि क्षेत्र विशेषताओं को प्राप्त करने के लिए किया जाता है। वे थर्मिस्टर्स या थर्मोकपल हैं जो ध्वनि अवशोषित पदार्थ के साथ लेपित होते हैं। ध्वनि दबाव और तीव्रता का अनुमान ऑप्टिकल विधियों जैसे अल्ट्रासाउंड द्वारा प्रकाश के विवर्तन से भी लगाया जा सकता है।

अल्ट्रासाउंड का उपयोग कहाँ किया जाता है?

अल्ट्रासाउंड की विभिन्न विशेषताओं का उपयोग करते हुए, इसके आवेदन के कई क्षेत्र हैं। इन क्षेत्रों को मोटे तौर पर तीन दिशाओं में विभाजित किया जा सकता है। उनमें से पहला अल्ट्रासाउंड तरंगों के माध्यम से विभिन्न सूचनाओं की प्राप्ति से जुड़ा है। दूसरी दिशा पदार्थ पर इसका सक्रिय प्रभाव है। और तीसरा सिग्नल के ट्रांसमिशन और प्रोसेसिंग से संबंधित है। प्रत्येक मामले में एक निश्चित के UZ का उपयोग किया जाता है। हम उन कई क्षेत्रों में से केवल कुछ को ही कवर करेंगे जिनमें इसने अपना आवेदन पाया है।

अल्ट्रासाउंड से सफाई

ऐसी सफाई की गुणवत्ता की तुलना अन्य तरीकों से नहीं की जा सकती है। उदाहरण के लिए, भागों को धोते समय, उनकी सतह पर 80% तक संदूषण रहता है, लगभग 55% - कंपन सफाई के साथ, लगभग 20% - मैनुअल सफाई के साथ, और अल्ट्रासोनिक सफाई के साथ, 0.5% से अधिक संदूषण नहीं रहता है। जटिल आकार वाले भागों को केवल अल्ट्रासाउंड से अच्छी तरह साफ किया जा सकता है। इसके उपयोग का एक महत्वपूर्ण लाभ उच्च उत्पादकता के साथ-साथ शारीरिक श्रम की कम लागत है। इसके अलावा, महंगे और ज्वलनशील कार्बनिक सॉल्वैंट्स को सस्ते और सुरक्षित जलीय घोल से बदलना, तरल फ्रीऑन का उपयोग करना आदि संभव है।

एक गंभीर समस्या कालिख, धुएं, धूल, धातु के आक्साइड आदि के साथ वायु प्रदूषण है। आप परिवेश की आर्द्रता और तापमान की परवाह किए बिना गैस आउटलेट में हवा और गैस को साफ करने की अल्ट्रासोनिक विधि का उपयोग कर सकते हैं। यदि अल्ट्रासाउंड एमिटर को धूल-मिटाने वाले कक्ष में रखा जाए, तो इसकी दक्षता सैकड़ों गुना बढ़ जाएगी। ऐसी सफाई का सार क्या है? हवा में बेतरतीब ढंग से घूमने वाले धूल के कण अल्ट्रासोनिक कंपन के प्रभाव में अधिक से अधिक बार एक दूसरे से टकराते हैं। उसी समय, उनका आकार इस तथ्य के कारण बढ़ जाता है कि वे विलीन हो जाते हैं। जमावट कण वृद्धि की प्रक्रिया है। विशेष फिल्टर उनके भारित और बढ़े हुए संचय को पकड़ते हैं।

भंगुर और सुपरहार्ड सामग्री का यांत्रिक प्रसंस्करण

यदि अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके वर्कपीस और उपकरण की कार्यशील सतह के बीच पेश किया जाता है, तो उत्सर्जक के संचालन के दौरान अपघर्षक कण इस भाग की सतह पर कार्य करेंगे। उसी समय, सामग्री को नष्ट कर दिया जाता है और हटा दिया जाता है, कई निर्देशित सूक्ष्म प्रभावों के प्रभाव में प्रसंस्करण के दौर से गुजर रहा है। प्रसंस्करण के कीनेमेटीक्स में मुख्य आंदोलन होता है - काटने, यानी, उपकरण द्वारा किए गए अनुदैर्ध्य कंपन, और सहायक - फ़ीड आंदोलन जो तंत्र करता है।

अल्ट्रासाउंड कई तरह के काम कर सकता है। अनुदैर्ध्य कंपन अपघर्षक अनाज के लिए ऊर्जा का स्रोत हैं। वे संसाधित सामग्री को नष्ट कर देते हैं। फ़ीड आंदोलन (सहायक) गोलाकार, अनुप्रस्थ और अनुदैर्ध्य हो सकता है। अल्ट्रासाउंड प्रसंस्करण अत्यधिक सटीक है। अपघर्षक के दाने के आकार के आधार पर, यह 50 से 1 माइक्रोन तक होता है। विभिन्न आकृतियों के औजारों का उपयोग करके, आप न केवल छेद बना सकते हैं, बल्कि जटिल कटौती, घुमावदार कुल्हाड़ियों, उत्कीर्णन, पीस, डाई बना सकते हैं और यहां तक ​​​​कि हीरे की ड्रिल भी कर सकते हैं। अपघर्षक के रूप में उपयोग की जाने वाली सामग्री कोरन्डम, हीरा, क्वार्ट्ज रेत, चकमक पत्थर हैं।

इलेक्ट्रॉनिक्स में अल्ट्रासाउंड

इंजीनियरिंग में अल्ट्रासाउंड अक्सर रेडियो इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में प्रयोग किया जाता है। इस क्षेत्र में, किसी अन्य के सापेक्ष विद्युत संकेत में देरी करना अक्सर आवश्यक होता है। वैज्ञानिकों ने अल्ट्रासोनिक देरी लाइनों (एलजेड के रूप में संक्षिप्त) का उपयोग करने का प्रस्ताव करके एक सफल समाधान खोजा है। उनकी क्रिया इस तथ्य पर आधारित है कि विद्युत आवेगों को अल्ट्रासोनिक में परिवर्तित किया जाता है।यह कैसे होता है? तथ्य यह है कि अल्ट्रासाउंड की गति विद्युत चुम्बकीय दोलनों द्वारा विकसित की तुलना में काफी कम है। विद्युत यांत्रिक कंपन में रिवर्स रूपांतरण के बाद वोल्टेज पल्स इनपुट पल्स के सापेक्ष लाइन आउटपुट में देरी होगी।

पीजोइलेक्ट्रिक और मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर का उपयोग विद्युत कंपन को यांत्रिक और इसके विपरीत में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। LZ, क्रमशः, पीजोइलेक्ट्रिक और मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव में विभाजित हैं।

चिकित्सा में अल्ट्रासाउंड

जीवित जीवों को प्रभावित करने के लिए विभिन्न प्रकार के अल्ट्रासाउंड का उपयोग किया जाता है। चिकित्सा पद्धति में, इसका उपयोग अब बहुत लोकप्रिय है। यह उन प्रभावों पर आधारित है जो जैविक ऊतकों में होते हैं जब अल्ट्रासाउंड उनके माध्यम से गुजरता है। तरंगें माध्यम के कणों के कंपन का कारण बनती हैं, जिससे एक प्रकार का ऊतक सूक्ष्म मालिश होता है। और अल्ट्रासाउंड के अवशोषण से उनका स्थानीय तापन होता है। इसी समय, जैविक मीडिया में कुछ भौतिक रासायनिक परिवर्तन होते हैं। मध्यम अपरिवर्तनीय क्षति के मामले में ये घटनाएं कारण नहीं बनती हैं। वे केवल चयापचय में सुधार करते हैं, और इसलिए उनके अधीन जीव की महत्वपूर्ण गतिविधि में योगदान करते हैं। इस तरह की घटनाओं का उपयोग अल्ट्रासाउंड थेरेपी में किया जाता है।

सर्जरी में अल्ट्रासाउंड

उच्च तीव्रता पर गुहिकायन और मजबूत ताप से ऊतक विनाश होता है। यह प्रभाव आज शल्य चिकित्सा में प्रयोग किया जाता है। फोकल अल्ट्रासाउंड का उपयोग सर्जिकल ऑपरेशन के लिए किया जाता है, जो उनके आसपास के लोगों को नुकसान पहुंचाए बिना सबसे गहरी संरचनाओं (उदाहरण के लिए, मस्तिष्क) में स्थानीय विनाश की अनुमति देता है। सर्जरी में अल्ट्रासोनिक उपकरणों का भी उपयोग किया जाता है, जिसमें काम करने वाला सिरा एक फाइल, स्केलपेल, सुई की तरह दिखता है। उन पर आरोपित कंपन इन उपकरणों को नए गुण प्रदान करते हैं। आवश्यक प्रयास काफी कम हो जाता है, इसलिए ऑपरेशन की चोट दर कम हो जाती है। इसके अलावा, एक एनाल्जेसिक और हेमोस्टैटिक प्रभाव प्रकट होता है। अल्ट्रासाउंड का उपयोग करते हुए एक कुंद उपकरण के साथ प्रभाव का उपयोग शरीर में दिखाई देने वाले कुछ प्रकार के नियोप्लाज्म को नष्ट करने के लिए किया जाता है।

जैविक ऊतकों पर प्रभाव सूक्ष्मजीवों को नष्ट करने के लिए किया जाता है और इसका उपयोग दवाओं और चिकित्सा उपकरणों की नसबंदी में किया जाता है।

आंतरिक अंगों की जांच

मूल रूप से हम उदर गुहा के अध्ययन के बारे में बात कर रहे हैं। इस प्रयोजन के लिए, ऊतकों और संरचनात्मक संरचनाओं की विभिन्न विसंगतियों को खोजने और पहचानने के लिए एक विशेष का उपयोग किया जा सकता है। कार्य अक्सर इस प्रकार होता है: एक घातक गठन की उपस्थिति का संदेह होता है और इसे एक सौम्य या संक्रामक गठन से अलग करना आवश्यक होता है।

अल्ट्रासाउंड यकृत की जांच करने और अन्य समस्याओं को हल करने के लिए उपयोगी है, जिसमें पित्त नलिकाओं की रुकावट और रोगों का पता लगाना शामिल है, साथ ही इसमें पत्थरों और अन्य विकृति की उपस्थिति का पता लगाने के लिए पित्ताशय की थैली की जांच करना शामिल है। इसके अलावा, सिरोसिस और अन्य फैलाना सौम्य यकृत रोगों का अध्ययन लागू किया जा सकता है।

स्त्री रोग के क्षेत्र में, मुख्य रूप से अंडाशय और गर्भाशय के विश्लेषण में, अल्ट्रासाउंड का उपयोग लंबे समय से मुख्य दिशा रही है जिसमें इसे विशेष सफलता के साथ किया जाता है। अक्सर, यहां सौम्य और घातक संरचनाओं के भेदभाव की भी आवश्यकता होती है, जिसके लिए आमतौर पर सर्वोत्तम विपरीत और स्थानिक संकल्प की आवश्यकता होती है। कई अन्य आंतरिक अंगों की जांच करते समय इसी तरह के निष्कर्ष उपयोगी हो सकते हैं।

दंत चिकित्सा में अल्ट्रासाउंड का उपयोग

अल्ट्रासाउंड ने दंत चिकित्सा में भी अपना रास्ता खोज लिया है, जहां इसका उपयोग टैटार को हटाने के लिए किया जाता है। यह आपको जल्दी, रक्तहीन और दर्द रहित रूप से पट्टिका और पत्थर को हटाने की अनुमति देता है। इस मामले में, मौखिक श्लेष्म घायल नहीं होता है, और गुहा की "जेब" कीटाणुरहित होती है। दर्द के बजाय, रोगी को गर्मी की अनुभूति होती है।

अल्ट्रासाउंड

अल्ट्रासाउंड- किसी व्यक्ति के लिए सुनने की सीमा से परे आवृत्ति के साथ लोचदार कंपन। 18,000 हर्ट्ज से ऊपर की आवृत्तियों को आमतौर पर अल्ट्रासोनिक रेंज माना जाता है।

यद्यपि अल्ट्रासाउंड के अस्तित्व को लंबे समय से जाना जाता है, लेकिन इसका व्यावहारिक उपयोग काफी युवा है। आजकल, विभिन्न भौतिक और तकनीकी विधियों में अल्ट्रासाउंड का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। अतः किसी माध्यम में ध्वनि के संचरण की गति के आधार पर उसकी भौतिक विशेषताओं का अंदाजा लगाया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक आवृत्तियों पर वेग माप बहुत छोटी त्रुटियों के साथ, उदाहरण के लिए, तेज प्रक्रियाओं की एडियाबेटिक विशेषताओं, गैसों की विशिष्ट गर्मी क्षमता के मूल्यों और ठोस पदार्थों के लोचदार स्थिरांक को निर्धारित करने के लिए संभव बनाता है।

अल्ट्रासाउंड के स्रोत

उद्योग और जीव विज्ञान में प्रयुक्त अल्ट्रासोनिक कंपन की आवृत्ति कई मेगाहर्ट्ज के क्रम की सीमा में है। इस तरह के कंपन आमतौर पर पीजोइलेक्ट्रिक बेरियम टाइटेनाइट ट्रांसड्यूसर का उपयोग करके बनाए जाते हैं। ऐसे मामलों में जहां अल्ट्रासोनिक कंपन की शक्ति प्राथमिक महत्व की होती है, अल्ट्रासाउंड के यांत्रिक स्रोतों का आमतौर पर उपयोग किया जाता है। प्रारंभ में, सभी अल्ट्रासोनिक तरंगें यंत्रवत् (ट्यूनिंग कांटे, सीटी, सायरन) प्राप्त की गईं।

प्रकृति में, अल्ट्रासोनिक तरंगें कई प्राकृतिक शोरों के घटकों के रूप में पाई जाती हैं (हवा, झरने, बारिश के शोर में, समुद्री सर्फ द्वारा लुढ़के कंकड़ के शोर में, बिजली के निर्वहन के साथ आने वाली आवाज़ों में, आदि), और बीच में जानवरों की दुनिया की आवाज़। कुछ जानवर बाधाओं का पता लगाने और अंतरिक्ष में खुद को उन्मुख करने के लिए अल्ट्रासोनिक तरंगों का उपयोग करते हैं।

अल्ट्रासाउंड उत्सर्जक को दो बड़े समूहों में विभाजित किया जा सकता है। पहले में एमिटर-जनरेटर शामिल हैं; निरंतर प्रवाह के मार्ग में बाधाओं की उपस्थिति के कारण उनमें कंपन उत्तेजित होते हैं - गैस या तरल का एक जेट। उत्सर्जक का दूसरा समूह विद्युत-ध्वनिक ट्रांसड्यूसर है; वे विद्युत वोल्टेज या धारा के पहले से निर्दिष्ट उतार-चढ़ाव को एक ठोस के यांत्रिक कंपन में परिवर्तित करते हैं, जो पर्यावरण में ध्वनिक तरंगों का उत्सर्जन करता है।

गैल्टन की सीटी

पहली अल्ट्रासोनिक सीटी 1883 में अंग्रेज गैल्टन द्वारा बनाई गई थी। जब हवा की एक धारा टकराती है तो चाकू की धार पर तेज आवाज की तरह यहां अल्ट्रासाउंड बनाया जाता है। गैल्टन की सीटी में इस तरह के एक टिप की भूमिका एक छोटे बेलनाकार अनुनाद गुहा में "होंठ" द्वारा निभाई जाती है। खोखले सिलेंडर से गुजरने वाली उच्च दबाव वाली गैस इस "होंठ" से टकराती है; कंपन होते हैं, जिसकी आवृत्ति (यह लगभग 170 kHz है) नोजल और होंठ के आकार से निर्धारित होती है। गैल्टन की सीटी की शक्ति कम होती है। यह मुख्य रूप से कुत्तों और बिल्लियों को प्रशिक्षण देते समय आदेश देने के लिए उपयोग किया जाता है।

तरल अल्ट्रासोनिक सीटी

अधिकांश अल्ट्रासोनिक सीटी को तरल वातावरण में संचालित करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। अल्ट्रासाउंड के विद्युत स्रोतों की तुलना में, तरल अल्ट्रासोनिक सीटी कम शक्ति वाली होती हैं, लेकिन कभी-कभी, उदाहरण के लिए, अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइजेशन के लिए, उनका एक महत्वपूर्ण लाभ होता है। चूंकि अल्ट्रासोनिक तरंगें सीधे तरल माध्यम में उत्पन्न होती हैं, इसलिए एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाने पर अल्ट्रासोनिक तरंगों की ऊर्जा का कोई नुकसान नहीं होता है। शायद सबसे सफल 1950 के दशक की शुरुआत में अंग्रेजी वैज्ञानिकों कोटल और गुडमैन द्वारा बनाई गई एक तरल अल्ट्रासोनिक सीटी का डिजाइन है। इसमें, उच्च दाब द्रव की एक धारा एक अण्डाकार नोजल से निकलती है और एक स्टील प्लेट की ओर निर्देशित होती है। सजातीय मीडिया प्राप्त करने के लिए इस डिज़ाइन के विभिन्न संशोधनों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। उनके डिजाइन की सादगी और स्थिरता के कारण (केवल दोलन प्लेट नष्ट हो जाती है), ऐसी प्रणालियां टिकाऊ और सस्ती होती हैं।

भोंपू

एक अन्य प्रकार का यांत्रिक अल्ट्रासाउंड स्रोत एक जलपरी है। इसकी अपेक्षाकृत उच्च शक्ति है और इसका उपयोग पुलिस और दमकल गाड़ियों में किया जाता है। सभी रोटरी सायरन में एक डिस्क (स्टेटर) द्वारा ऊपर से बंद एक कक्ष होता है, जिसमें बड़ी संख्या में छेद किए जाते हैं। चेंबर के अंदर घूमने वाली डिस्क पर समान संख्या में छेद मौजूद होते हैं - रोटर। जब रोटर घूमता है, तो उसमें छिद्रों की स्थिति समय-समय पर स्टेटर पर छिद्रों की स्थिति से मेल खाती है। चैम्बर में लगातार संपीड़ित हवा की आपूर्ति की जाती है, जो इससे उन छोटे क्षणों में बाहर निकल जाती है जब रोटर और स्टेटर पर छेद मेल खाते हैं।

सायरन के निर्माण में मुख्य कार्य है, सबसे पहले, रोटर में अधिक से अधिक छेद करना, और दूसरा, इसके रोटेशन की उच्च गति प्राप्त करना। हालाँकि, व्यवहार में इन दोनों आवश्यकताओं को पूरा करना बहुत कठिन है।

प्रकृति में अल्ट्रासाउंड

अल्ट्रासाउंड का आवेदन

चिकित्सा में अल्ट्रासाउंड का नैदानिक ​​उपयोग (अल्ट्रासाउंड)

मानव कोमल ऊतकों में अल्ट्रासाउंड के अच्छे प्रसार के कारण, एक्स-रे की तुलना में इसकी सापेक्ष हानिरहितता और चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग की तुलना में उपयोग में आसानी के कारण, अल्ट्रासाउंड का व्यापक रूप से मानव आंतरिक अंगों की स्थिति की कल्पना करने के लिए उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से उदर गुहा में और श्रोणि गुहा।

चिकित्सा में अल्ट्रासाउंड के चिकित्सीय उपयोग

नैदानिक ​​​​उद्देश्यों (अल्ट्रासाउंड देखें) के लिए इसके व्यापक उपयोग के अलावा, अल्ट्रासाउंड का उपयोग चिकित्सीय एजेंट के रूप में दवा में किया जाता है।

अल्ट्रासाउंड का प्रभाव है:

• विरोधी भड़काऊ, शोषक
• एनाल्जेसिक, एंटीस्पास्मोडिक
• त्वचा पारगम्यता की गुहिकायन वृद्धि

फोनोफोरेसिस एक संयुक्त विधि है जिसमें ऊतकों पर अल्ट्रासाउंड और इसकी मदद से पेश किए गए औषधीय पदार्थों (दवाओं और प्राकृतिक मूल दोनों) द्वारा कार्य किया जाता है। अल्ट्रासाउंड की कार्रवाई के तहत पदार्थों का संचालन एपिडर्मिस और त्वचा ग्रंथियों, कोशिका झिल्ली और छोटे आणविक भार के पदार्थों के लिए संवहनी दीवारों, विशेष रूप से बिशोफाइट खनिजों के आयनों की पारगम्यता में वृद्धि के कारण होता है। दवाओं और प्राकृतिक पदार्थों के अल्ट्राफोनोफोरेसिस की सुविधा:

• अल्ट्रासाउंड द्वारा प्रशासित होने पर औषधीय पदार्थ नष्ट नहीं होता है
• अल्ट्रासाउंड और एक चिकित्सीय पदार्थ की क्रिया का तालमेल

बिस्कोफाइट अल्ट्राफोनोफोरेसिस के लिए संकेत: ऑस्टियोआर्थराइटिस, ओस्टियोचोन्ड्रोसिस, गठिया, बर्साइटिस, एपिकॉन्डिलाइटिस, एड़ी स्पर, मस्कुलोस्केलेटल सिस्टम की चोटों के बाद की स्थिति; न्यूरिटिस, न्यूरोपैथी, रेडिकुलिटिस, नसों का दर्द, तंत्रिका चोट।

बिशोफाइट जेल लगाया जाता है और प्रभावित क्षेत्र की सूक्ष्म मालिश उत्सर्जक की कामकाजी सतह द्वारा की जाती है। तकनीक सामान्य है, फोनोफोरेसिस के लिए (जोड़ों, रीढ़ की यूवीएफ के साथ, ग्रीवा क्षेत्र में तीव्रता 0.2-0.4 डब्ल्यू / सेमी 2 है, वक्ष और काठ क्षेत्र में - 0.4-0.6 डब्ल्यू / सेमी 2)।

अल्ट्रासाउंड के साथ धातु काटना

पारंपरिक धातु काटने वाली मशीनों पर, आप धातु के हिस्से में एक संकीर्ण, जटिल छेद ड्रिल नहीं कर सकते हैं, उदाहरण के लिए, पांच-बिंदु वाले तारे के रूप में। अल्ट्रासाउंड की मदद से मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव वाइब्रेटर किसी भी आकार के छेद को ड्रिल कर सकता है। अल्ट्रासोनिक छेनी पूरी तरह से मिलिंग मशीन को बदल देती है। इसके अलावा, इस तरह की छेनी मिलिंग मशीन की तुलना में बहुत आसान है और यह मिलिंग मशीन की तुलना में धातु के हिस्सों को सस्ता और तेज संसाधित कर सकती है।

तुम भी धातु भागों, कांच, माणिक, या हीरे में पेंच धागे बनाने के लिए अल्ट्रासाउंड का उपयोग कर सकते हैं। आमतौर पर, धागे को पहले नरम धातु में बनाया जाता है, और फिर भाग को सख्त किया जाता है। एक अल्ट्रासोनिक मशीन पर, पहले से ही कठोर धातु और सबसे कठोर मिश्र धातुओं में धागे बनाए जा सकते हैं। टिकटों के साथ भी ऐसा ही है। आमतौर पर स्टाम्प को सावधानीपूर्वक समाप्त करने के बाद सख्त किया जाता है। एक अल्ट्रासोनिक मशीन पर, सबसे जटिल प्रसंस्करण एक अल्ट्रासोनिक तरंग के क्षेत्र में एक अपघर्षक (एमरी, कोरन्डम पाउडर) द्वारा किया जाता है। अल्ट्रासाउंड क्षेत्र में लगातार कंपन करते हुए, ठोस पाउडर कणों को संसाधित किया जा रहा मिश्र धातु में काट दिया जाता है और बिट के समान आकार का एक छेद काट दिया जाता है।

अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके मिश्रण तैयार करना

सजातीय मिश्रण (होमोजेनाइजेशन) की तैयारी के लिए अल्ट्रासाउंड का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। 1927 में वापस, अमेरिकी वैज्ञानिकों लिमुस और वुड ने पाया कि यदि दो अमिश्रणीय तरल पदार्थ (उदाहरण के लिए, तेल और पानी) को एक बीकर में डाला जाता है और अल्ट्रासाउंड के संपर्क में लाया जाता है, तो बीकर में एक इमल्शन बनता है, जो कि तेल का एक अच्छा निलंबन है। पानी। इस तरह के इमल्शन उद्योग में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं: वार्निश, पेंट, फार्मास्यूटिकल्स, सौंदर्य प्रसाधन।

जीव विज्ञान में अल्ट्रासाउंड का उपयोग

सेल झिल्ली को तोड़ने के लिए अल्ट्रासाउंड की क्षमता को जैविक अनुसंधान में आवेदन मिला है, उदाहरण के लिए, जब सेल को एंजाइमों से अलग करना आवश्यक होता है। अल्ट्रासाउंड का उपयोग माइटोकॉन्ड्रिया और क्लोरोप्लास्ट जैसी इंट्रासेल्युलर संरचनाओं को नष्ट करने के लिए भी किया जाता है ताकि उनकी संरचना और कार्य के बीच संबंधों का अध्ययन किया जा सके। जीव विज्ञान में अल्ट्रासाउंड का एक अन्य अनुप्रयोग उत्परिवर्तन को प्रेरित करने की इसकी क्षमता से संबंधित है। ऑक्सफोर्ड में हुए शोध से पता चला है कि कम तीव्रता वाला अल्ट्रासाउंड भी डीएनए अणु को नुकसान पहुंचा सकता है। उत्परिवर्तनों का कृत्रिम रूप से लक्षित सृजन पादप प्रजनन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। अन्य उत्परिवर्तजनों (एक्स-रे, यूवी किरणों) की तुलना में अल्ट्रासाउंड का मुख्य लाभ यह है कि इसके साथ काम करना बेहद आसान है।

सफाई के लिए अल्ट्रासाउंड का उपयोग

यांत्रिक सफाई के लिए अल्ट्रासाउंड का उपयोग इसके प्रभाव के तहत एक तरल में विभिन्न गैर-रेखीय प्रभावों की घटना पर आधारित है। इनमें पोकेशन, ध्वनिक धाराएं और ध्वनि दबाव शामिल हैं। मुख्य भूमिका गुहिकायन द्वारा निभाई जाती है। इसके बुलबुले, प्रदूषण के पास प्रकट होकर गिरकर उन्हें नष्ट कर देते हैं। इस प्रभाव के रूप में जाना जाता है गुहिकायन क्षरण... इन उद्देश्यों के लिए उपयोग किए जाने वाले अल्ट्रासाउंड में कम आवृत्ति और बढ़ी हुई शक्ति होती है।

प्रयोगशाला और औद्योगिक परिस्थितियों में, विलायक (पानी, शराब, आदि) से भरे अल्ट्रासोनिक स्नान का उपयोग छोटे भागों और व्यंजनों को धोने के लिए किया जाता है। कभी-कभी उनकी मदद से जड़ वाली फसलें (आलू, गाजर, चुकंदर आदि) भी मिट्टी के कणों से धो दी जाती हैं।

फ्लो मीटरिंग में अल्ट्रासाउंड का अनुप्रयोग

पिछली सदी के 60 के दशक से पानी और गर्मी वाहक के प्रवाह और पैमाइश को नियंत्रित करने के लिए उद्योग में अल्ट्रासोनिक फ्लो मीटर का उपयोग किया गया है।

दोष का पता लगाने में अल्ट्रासाउंड का अनुप्रयोग

कुछ सामग्रियों में अल्ट्रासाउंड अच्छी तरह से फैलता है, जिससे इन सामग्रियों से बने उत्पादों के अल्ट्रासोनिक दोष का पता लगाने के लिए इसका उपयोग करना संभव हो जाता है। हाल ही में, अल्ट्रासोनिक माइक्रोस्कोपी की दिशा विकसित हो रही है, जिससे अच्छे रिज़ॉल्यूशन वाली सामग्री की उपसतह परत का अध्ययन करना संभव हो जाता है।

अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग

अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग - अल्ट्रासोनिक कंपन के प्रभाव में दबाव वेल्डिंग किया जाता है। इस प्रकार की वेल्डिंग का उपयोग उन भागों को जोड़ने के लिए किया जाता है जिन्हें गर्म करना मुश्किल होता है, या जब असमान धातुओं या धातुओं को मजबूत ऑक्साइड फिल्मों (एल्यूमीनियम, स्टेनलेस स्टील, पर्मलॉय चुंबकीय कोर, आदि) के साथ मिलाते हैं। तो अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग एकीकृत सर्किट के उत्पादन में किया जाता है।

इलेक्ट्रोप्लेटिंग में अल्ट्रासाउंड का उपयोग

अल्ट्रासाउंड का उपयोग गैल्वेनिक प्रक्रियाओं को तेज करने और इलेक्ट्रोकेमिकल रूप से उत्पादित कोटिंग्स की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए किया जाता है।