Դմիտրի Լևկին

Ուլտրաձայնային- մեխանիկական թրթռումներ, որոնք տեղակայված են մարդու ականջին լսելի հաճախականության միջակայքից (սովորաբար 20 կՀց): Ուլտրաձայնային թրթռումները շարժվում են ալիքի տեսքով, որը նման է լույսի տարածմանը: Այնուամենայնիվ, ի տարբերություն լույսի ալիքների, որոնք կարող են շարժվել վակուումում, ուլտրաձայնը պահանջում է առաձգական միջավայր, ինչպիսիք են գազը, հեղուկը կամ պինդը:

, (3)

Լայնակի ալիքների համար այն որոշվում է բանաձևով

Ձայնի ցրում- մոնոխրոմատիկ ձայնային ալիքների փուլային արագության կախվածությունը դրանց հաճախականությունից. Ձայնի արագության ցրումը կարող է առաջանալ որպես ֆիզիկական հատկություններմիջավայրը, և դրանում օտար ընդգրկումների առկայությունը և մարմնի սահմանների առկայությունը, որտեղ տարածվում է ձայնային ալիքը:

Ուլտրաձայնային ալիքների տարատեսակներ

Ուլտրաձայնային մեթոդներից շատերը օգտագործում են կամ երկայնական կամ կտրող ալիքներ: Կան նաև ուլտրաձայնային տարածման այլ ձևեր, ներառյալ մակերեսային ալիքները և Գառան ալիքները:

Երկայնական ուլտրաձայնային ալիքներ- ալիքներ, որոնց տարածման ուղղությունը համընկնում է միջավայրի մասնիկների տեղաշարժերի և արագությունների ուղղության հետ.

Լայնակի ուլտրաձայնային ալիքներ- ալիքներ, որոնք տարածվում են հարթությանը ուղղահայաց ուղղությամբ, որտեղ գտնվում են մարմնի մասնիկների տեղաշարժերի և արագությունների ուղղությունները, նույնը, ինչ կտրող ալիքները:

Մակերեւութային (Rayleigh) ուլտրաձայնային ալիքներունեն մասնիկների էլիպսաձեւ շարժում և տարածվում են նյութի մակերեսի վրա։ Նրանց արագությունը կազմում է կտրող ալիքի տարածման արագության մոտավորապես 90%-ը, իսկ նյութի խորքում դրանց ներթափանցումը հավասար է մոտավորապես մեկ ալիքի երկարության։

Գառան ալիք- ազատ սահմաններով պինդ ափսեի (շերտի) մեջ տարածվող առաձգական ալիք, որում մասնիկների թրթռումային տեղաշարժը տեղի է ունենում ինչպես ալիքի տարածման ուղղությամբ, այնպես էլ ափսեի հարթությանը ուղղահայաց։ Գառան ալիքները առաձգական ալիքատարի նորմալ ալիքների տեսակներից մեկն են `ազատ սահմաններով ափսեի մեջ: Որովհետեւ այս ալիքները պետք է բավարարեն ոչ միայն առաձգականության տեսության հավասարումները, այլև ափսեի մակերևույթի սահմանային պայմանները, դրանցում շարժման օրինաչափությունը և դրանց հատկությունները ավելի բարդ են, քան անսահմանափակ պինդ մարմինների ալիքները:

Ուլտրաձայնային ալիքների պատկերացում

Հարթ սինուսոիդային շրջող ալիքի համար ուլտրաձայնի I ինտենսիվությունը որոշվում է բանաձևով

, (5)

Վ գնդաձև շրջող ալիքՈւլտրաձայնի ինտենսիվությունը հակադարձ համեմատական ​​է աղբյուրից հեռավորության քառակուսին: Վ կանգնած ալիք I = 0, այսինքն՝ միջինում ձայնային էներգիայի հոսք չկա։ Ուլտրաձայնային ինտենսիվությունը ներս ներդաշնակ ինքնաթիռի ճամփորդող ալիքհավասար է ձայնային ալիքի էներգիայի խտությանը և ձայնի արագությանը: Ձայնային էներգիայի հոսքը բնութագրվում է այսպես կոչված Umov վեկտորի կողմից- ձայնային ալիքի էներգիայի հոսքի խտության վեկտորը, որը կարող է ներկայացվել որպես ուլտրաձայնի ինտենսիվության արտադրյալ ալիքի նորմալ վեկտորով, այսինքն՝ ալիքի ճակատին ուղղահայաց միավորի վեկտորով: Եթե ​​ձայնային դաշտը տարբեր հաճախականությունների ներդաշնակ ալիքների սուպերպոզիցիա է, ապա ձայնային էներգիայի հոսքի միջին խտության վեկտորի համար տեղի է ունենում բաղադրիչների հավելում։

Արտանետիչների համար, որոնք հարթ ալիք են ստեղծում, նրանք խոսում են ճառագայթման ինտենսիվությունըհասկանալով սրանով արտանետիչի հատուկ հզորությունը, այսինքն՝ ճառագայթվող ձայնի հզորությունը ճառագայթվող մակերեսի մեկ միավորի մակերեսի վրա։

Ձայնի ինտենսիվությունը չափվում է SI միավորներով W/m2-ով: Ուլտրաձայնային տեխնոլոգիայի մեջ ուլտրաձայնային ինտենսիվության փոփոխությունների շրջանակը շատ մեծ է՝ ~ 10 -12 Վտ / մ 2 շեմային արժեքներից մինչև հարյուրավոր կՎտ / մ 2 ուլտրաձայնային կոնցենտրատորների ուշադրության կենտրոնում:

Աղյուսակ 1 - Որոշ սովորական նյութերի հատկություններ

Նյութ	Խտությունը, կգ / մ 3	Երկայնական ալիքի արագություն, մ / վ	Կտրող ալիքի արագություն, մ / վ	, 10 3 կգ / (մ 2 * վրկ)
Ակրիլ	1180	2670	-	3,15
Օդ	0,1	330	-	0,00033
Ալյումինե	2700	6320	3130	17,064
փողային	8100	4430	2120	35,883
Պղինձ	8900	4700	2260	41,830
Ապակի	3600	4260	2560	15,336
Նիկել	8800	5630	2960	49,544
Պոլիամիդ (նեյլոն)	1100	2620	1080	2,882
Պողպատ (ցածր խառնուրդ)	7850	5940	3250	46,629
Տիտանի	4540	6230	3180	26,284
Վոլֆրամ	19100	5460	2620	104,286
Ջուր (293K)	1000	1480	-	1,480

Ուլտրաձայնային թուլացում

Ուլտրաձայնի հիմնական բնութագրիչներից մեկը դրա թուլացումն է։ Ուլտրաձայնային թուլացումԱյն տարածման ընթացքում ձայնային ալիքի ամպլիտուդի և, հետևաբար, նվազում է: Ուլտրաձայնի թուլացումը տեղի է ունենում մի շարք պատճառներով. Հիմնականներն են.

Այս պատճառներից առաջինը կապված է այն փաստի հետ, որ երբ ալիքը տարածվում է կետից կամ գնդաձև աղբյուրից, աղբյուրի արտանետվող էներգիան բաշխվում է ալիքի ճակատի աճող մակերևույթի վրա և, համապատասխանաբար, էներգիայի հոսքը միավորի մակերեսով նվազում է։ , այսինքն ... Գնդաձև ալիքի համար, որի ալիքի մակերեսը աճում է աղբյուրից r հեռավորության վրա, որպես r 2, ալիքի ամպլիտուդը համաչափ նվազում է, իսկ գլանաձև ալիքի դեպքում՝ համամասնորեն։

Խոնավեցման գործակիցը արտահայտվում է կամ դեցիբելներով մեկ մետրի համար (dB/m) կամ նեպերով մեկ մետրի համար (Np/m):

Հարթ ալիքի համար հեռավորության հետ ամպլիտուդով թուլացման գործակիցը որոշվում է բանաձևով

, (6)

Որոշվում է թուլացման գործակիցը ժամանակի նկատմամբ

, (7)

Գործակիցը չափելու համար այս դեպքում օգտագործվում է նաև dB/m միավորը

, (8)

Դեցիբելը (dB) լոգարիթմական միավոր է, որը չափում է ակուստիկայում էներգիաների կամ հզորությունների հարաբերակցությունը։

, (9)

• որտեղ A 1-ը առաջին ազդանշանի ամպլիտուդն է,
• A 2 - երկրորդ ազդանշանի ամպլիտուդը

Այնուհետև չափման միավորների (դԲ/մ) և (1/մ) միջև կապը կլինի.

Ուլտրաձայնի արտացոլումը միջերեսից

Երբ ձայնային ալիքը հարվածում է մեդիայի միջերեսին, էներգիայի մի մասը կարտացոլվի առաջին միջավայրում, իսկ մնացած էներգիան կանցնի երկրորդ միջավայր: Արտացոլված էներգիայի և երկրորդ միջավայր անցնող էներգիայի հարաբերակցությունը որոշվում է առաջին և երկրորդ միջավայրի ալիքային դիմադրություններով: Ձայնի արագության ցրման բացակայության դեպքում ալիքի դիմադրությունկախված չէ ալիքի ձևից և արտահայտվում է բանաձևով.

Արտացոլման և փոխանցման գործակիցները կորոշվեն հետևյալ կերպ

• որտեղ D-ը ձայնային ճնշման փոխանցման գործակիցն է

Պետք է նաև նշել, որ եթե երկրորդ միջավայրը ակուստիկորեն ավելի մեղմ է, այսինքն. Z 1> Z 2, ապա անդրադարձելիս ալիքի փուլը փոխվում է 180˚-ով:

Էներգիայի փոխանցումը մի միջավայրից մյուսը որոշվում է երկրորդ միջավայր անցնող ալիքի ինտենսիվության հարաբերակցությամբ՝ ընկնող ալիքի ինտենսիվությանը։

, (14)

Ուլտրաձայնային ալիքների միջամտություն և դիֆրակցիա

Ձայնային միջամտություն- ստացված ձայնային ալիքի ամպլիտուդի տարածական բաշխման անհավասարությունը՝ կախված տարածության այս կամ այն ​​կետում ավելացված ալիքների փուլերի փոխհարաբերությունից: Երբ ավելացվում են նույն հաճախականության ներդաշնակ ալիքները, արդյունքում ամպլիտուդների տարածական բաշխումը ձևավորում է ժամանակից անկախ միջամտության օրինաչափություն, որը համապատասխանում է բաղադրիչ ալիքների փուլային տարբերության փոփոխությանը կետից կետ անցնելիս: Երկու միջամտող ալիքների համար հարթության վրա այս օրինաչափությունն ունի ուժեղացման և ձայնային դաշտը բնութագրող մեծության ամպլիտուդայի (օրինակ՝ ձայնային ճնշում) փոփոխվող գոտիների ձևը։ Երկու հարթ ալիքների համար շերտերը ուղղագիծ են, ընդ որում ամպլիտուդը տատանվում է շերտերի վրա՝ ըստ փուլային տարբերության փոփոխության: Միջամտության կարևոր հատուկ դեպք է հարթ ալիքի ավելացումն իր արտացոլմամբ հարթության սահմանից. այս դեպքում սահմանին զուգահեռ տեղակայված հանգույցների և հակահանգույցների հարթություններով գոյանում է կանգուն ալիք։

Ձայնի դիֆրակցիա- ձայնի վարքագծի շեղումը երկրաչափական ակուստիկայի օրենքներից՝ պայմանավորված ձայնի ալիքային բնույթով. Ձայնի դիֆրակցիայի արդյունքը ուլտրաձայնային ճառագայթների շեղումն է, երբ հեռանում են արձակիչից կամ էկրանի անցքից անցնելուց հետո, ձայնային ալիքների թեքումը դեպի ստվերային շրջան, խոչընդոտների հետևում, որոնք մեծ են ալիքի երկարության համեմատ, բացակայությունը: ստվեր խոչընդոտների հետևում, որոնք փոքր են ալիքի երկարության համեմատ և այլն: n. Ձայնային դաշտեր, որոնք ստեղծված են սկզբնական ալիքի դիֆրակցիայի հետևանքով միջավայրում տեղադրված խոչընդոտների, բուն միջավայրի անհամասեռությունների, ինչպես նաև սահմանների անկանոնությունների և անհամասեռությունների պատճառով: միջավայրը, կոչվում են ցրված դաշտեր։ Օբյեկտների համար, որոնց վրա տեղի է ունենում ձայնի դիֆրակցիա, ալիքի երկարության համեմատ մեծ, երկրաչափական օրինաչափությունից շեղումների աստիճանը կախված է ալիքի պարամետրի արժեքից.

, (15)

• որտեղ D-ը օբյեկտի տրամագիծն է (օրինակ՝ ուլտրաձայնային արտանետիչի կամ խոչընդոտի տրամագիծը),
• r - դիտակետի հեռավորությունը այս օբյեկտից

Ուլտրաձայնային արտանետիչներ

Ուլտրաձայնային արտանետիչներ- սարքեր, որոնք օգտագործվում են գազային, հեղուկ և պինդ միջավայրերում ուլտրաձայնային թրթռումները և ալիքները գրգռելու համար: Ուլտրաձայնային ճառագայթիչները ցանկացած այլ տեսակի էներգիան վերածում են էներգիայի:

Առավել լայնորեն օգտագործվում են որպես ուլտրաձայնային արտանետիչներ էլեկտրաակուստիկ փոխարկիչներ... Այս տիպի ուլտրաձայնային արտանետողների ճնշող մեծամասնությունում, մասնավորապես, ներս պիեզոէլեկտրական փոխարկիչներ , մագնիսական նեղացնող փոխարկիչներ, էլեկտրադինամիկ արտանետիչներ, էլեկտրամագնիսական և էլեկտրաստատիկ արտանետիչներ, էլեկտրական էներգիան վերածվում է ցանկացած պինդ մարմնի (արտանետվող թիթեղ, ձող, դիֆրագմա և այլն) թրթռման էներգիայի, որն ակուստիկ ալիքներ է արձակում շրջակա միջավայր։ Այս բոլոր փոխարկիչները, որպես կանոն, գծային են, և, հետևաբար, ճառագայթային համակարգի տատանումները ձևով վերարտադրում են հուզիչ էլեկտրական ազդանշանը. միայն ուլտրաձայնային արտանետիչի դինամիկ տիրույթի վերին սահմանի մոտ տատանումների շատ բարձր ամպլիտուդների դեպքում կարող են առաջանալ ոչ գծային աղավաղումներ:

Մոնոխրոմային ալիք արձակելու համար նախատեսված փոխարկիչներում օգտագործվում է երեւույթը ռեզոնանսՆրանք գործում են մեխանիկական տատանողական համակարգի բնական տատանումներից մեկի վրա, որի հաճախականության վրա կարգավորվում է էլեկտրական տատանումների գեներատորը, որը գրգռում է փոխարկիչը։ Էլեկտրաակուստիկ փոխարկիչները, որոնք չունեն պինդ վիճակի արտանետման համակարգ, համեմատաբար հազվադեպ են օգտագործվում որպես ուլտրաձայնային արտանետիչներ; դրանք ներառում են, օրինակ, ուլտրաձայնային արտանետիչներ, որոնք հիմնված են հեղուկի մեջ էլեկտրական լիցքաթափման կամ հեղուկի էլեկտրալարման վրա:

Ուլտրաձայնային փոխարկիչի բնութագրերը

Ուլտրաձայնային արտանետիչների հիմնական բնութագրիչները նրանց հաճախականության սպեկտրըարտանետված ձայնային հզորություն, ճառագայթման ուղղորդում... Միահաճախական ճառագայթման դեպքում հիմնական բնութագրերն են գործառնական հաճախականությունըուլտրաձայնային արտանետիչը և դրա հաճախականության գոտի, որի սահմանները որոշվում են ճառագայթվող հզորության երկու անգամ անկմամբ՝ առավելագույն ճառագայթման հաճախականության դեպքում դրա արժեքի համեմատ։ Ռեզոնանսային էլեկտրաակուստիկ փոխարկիչների համար աշխատանքային հաճախականությունը կազմում է բնական հաճախականությունփոխարկիչի f 0, և Գծի լայնությունըΔf-ն որոշվում է նրա կողմից որակի գործոնՔ.

Ուլտրաձայնային արձակիչները (էլեկտրաակուստիկ փոխարկիչները) բնութագրվում են զգայունությամբ, էլեկտրաակուստիկ արդյունավետությամբ և սեփական էլեկտրական դիմադրությամբ:

Ուլտրաձայնային փոխարկիչի զգայունությունը- ձայնային ճնշման հարաբերակցությունը հաղորդիչից որոշակի հեռավորության վրա (առավել հաճախ 1 մ հեռավորության վրա) ուղղորդման բնութագրիչի առավելագույնի վրա դրա վրա գտնվող էլեկտրական լարման կամ դրանում հոսող հոսանքի նկատմամբ: Այս հատկանիշը վերաբերում է ուլտրաձայնային արձակող սարքերին, որոնք օգտագործվում են ձայնային ազդանշանների, սոնար համակարգերի և նմանատիպ այլ սարքերում: Տեխնոլոգիական նպատակներով արտանետիչների համար, որոնք օգտագործվում են, օրինակ, ուլտրաձայնային մաքրման, կոագուլյացիայի, քիմիական գործընթացների ազդեցության մեջ, հիմնական բնութագիրը հզորությունն է: Վտ-ով գնահատված ընդհանուր ճառագայթվող հզորության հետ մեկտեղ բնութագրվում են ուլտրաձայնային արտանետիչները կոնկրետ հզորություն, այսինքն՝ արտանետվող մակերեսի մեկ միավորի մակերեսի միջին հզորությունը կամ մոտակա դաշտում ճառագայթման միջին ինտենսիվությունը՝ գնահատված Վտ/մ 2-ով։

Էլեկտրաակուստիկ փոխարկիչների արդյունավետությունը, որոնք ձայնային էներգիա արձակում են ձայնային միջավայր, բնութագրվում է դրանց արժեքով. էլեկտրաակուստիկ արդյունավետություն, որը արտանետվող ակուստիկ հզորության հարաբերակցությունն է սպառված էլեկտրական հզորությանը։ Ակուստոէլեկտրոնիկայի մեջ ուլտրաձայնային արտանետիչների արդյունավետությունը գնահատելու համար օգտագործվում է այսպես կոչված էլեկտրական կորստի գործակիցը, որը հավասար է էլեկտրական հզորության և ակուստիկ հզորության հարաբերակցությանը (դԲ-ով): Ուլտրաձայնային եռակցման, մեքենաշինության և նմանատիպ այլ սարքերում օգտագործվող ուլտրաձայնային գործիքների արդյունավետությունը բնութագրվում է այսպես կոչված արդյունավետության գործակիցով, որը համակենտրոնացման աշխատանքային ծայրում թրթռումային տեղաշարժի ամպլիտուդի քառակուսու հարաբերակցությունն է սպառված էլեկտրաէներգիայի նկատմամբ: փոխարկիչի կողմից: Երբեմն արդյունավետ էլեկտրամեխանիկական միացման գործակիցը օգտագործվում է ուլտրաձայնային արտանետիչներում էներգիայի փոխակերպումը բնութագրելու համար:

Էմիտերի ձայնային դաշտ

Փոխարկիչի ձայնային դաշտը բաժանված է երկու գոտիների՝ մոտակա և հեռավոր գոտու: Մոտ գոտիսա այն տարածքն է հենց փոխակերպիչի դիմաց, որտեղ արձագանքի ամպլիտուդան անցնում է մի շարք բարձրությունների և ցածրությունների միջով: Մոտ գոտին ավարտվում է վերջին առավելագույնով, որը գտնվում է փոխարկիչից N հեռավորության վրա։ Հայտնի է, որ վերջին առավելագույնի գտնվելու վայրը փոխարկիչի բնական կիզակետն է: Հեռավոր գոտիսա N-ի հետևում գտնվող տարածքն է, որտեղ ձայնային դաշտի ճնշումը աստիճանաբար նվազում է մինչև զրոյի:

Վերջին առավելագույն N-ի դիրքը ձայնային առանցքի վրա, իր հերթին, կախված է տրամագծից և ալիքի երկարությունից, իսկ սկավառակի շրջանաձև ռադիատորի համար արտահայտվում է բանաձևով.

, (17)

Այնուամենայնիվ, քանի որ D-ն սովորաբար շատ ավելի մեծ է, հավասարումը կարող է պարզեցվել և վերածվել ձևի

Ձայնային դաշտի բնութագրերը որոշվում են ուլտրաձայնային փոխարկիչի նախագծմամբ: Հետևաբար, ուսումնասիրվող տարածքում ձայնի տարածումը և սենսորի զգայունությունը կախված են դրա ձևից:

Ուլտրաձայնի կիրառում

Ուլտրաձայնային տարբեր կիրառությունները, որոնցում օգտագործվում են նրա տարբեր հատկանիշները, պայմանականորեն կարելի է բաժանել երեք ուղղությունների. կապված ուլտրաձայնային ալիքների միջոցով տեղեկատվության ստացման հետ, - նյութի վրա ակտիվ ազդեցությամբ և - ազդանշանների մշակման և փոխանցման հետ (ուղղությունները թվարկված են դրանց պատմական ձևավորման կարգով): Յուրաքանչյուր կոնկրետ դիմումի համար օգտագործվում է որոշակի հաճախականության տիրույթի ուլտրաձայնային հետազոտություն:

Եթե ​​շարունակական միջավայրում՝ գազեր, հեղուկներ կամ պինդ մարմիններ, պարզվում է, որ միջավայրի մասնիկները դուրս են բերվել հավասարակշռության դիրքից, ապա այլ մասնիկներից նրանց վրա ազդող առաձգական ուժերը դրանք կվերադարձնեն հավասարակշռության դիրքի։ Այս դեպքում մասնիկները կկատարեն տատանողական շարժում։ Շարունակական միջավայրում առաձգական թրթռումների տարածումը ալիքանման գործընթաց է։
Հերցից (Հց) միավորներից մինչև 20 Հերց հաճախականությամբ թրթռումները կոչվում են ինֆրաձայնային, 20 Հց-ից մինչև 16 ... 20 կՀց հաճախականությամբ, տատանումները ստեղծում են. լսելի հնչյուններ. Ուլտրաձայնային թրթռումներհամապատասխանում են 16 ... 20 կՀց-ից մինչև 10 8 Հց հաճախականություններին, իսկ 10 8 Հց-ից ավելի հաճախականությամբ տատանումները կոչվում են. հիպերձայններ... Նկար 1.1-ը ցույց է տալիս լոգարիթմական հաճախականության սանդղակը, որը հիմնված է արտահայտության վրա lg 2 f = 1, 2, 3 ..., n,որտեղ 1, 2, 3 ..., n- օկտավային թվեր.

Նկար 1.1 - Առաձգական թրթռումների միջակայքերը նյութական միջավայրում

Առաձգական թրթռումների ֆիզիկական բնույթը նույնն է ամբողջ հաճախականության տիրույթում: Որպեսզի հասկանանք առաձգական թրթռումների բնույթը, եկեք դիտարկենք դրանց հատկությունները:
Ալիքի ձև ալիքի ճակատի ձևն է, այսինքն. նույն փուլով միավորների հավաքածու: Ինքնաթիռի տատանումները ստեղծում են հարթ ձայնային ալիք, եթե մխոցը ծառայում է որպես արտանետող՝ պարբերաբար կծկվելով և ընդլայնվելով իր շառավիղի ուղղությամբ, ապա առաջանում է գլանաձև ալիք։ Կետային արձակիչը կամ իմպուլսացիոն գնդակը, որի չափերը փոքր են՝ համեմատած արտանետվող ալիքի երկարության հետ, առաջացնում է գնդաձև ալիք։

Ձայնային ալիքները դասակարգվում են ըստ ալիքների տեսակը դրանք կարող են լինել երկայնական, լայնակի, ճկվող, ոլորող՝ կախված գրգռման և տարածման պայմաններից: Հեղուկների և գազերի մեջ տարածվում են միայն երկայնական ալիքներ, իսկ պինդ մարմիններում կարող են առաջանալ նաև լայնակի և թվարկված ալիքների այլ տեսակներ։ Երկայնական ալիքում մասնիկների տատանումների ուղղությունը համընկնում է ալիքի տարածման ուղղության հետ (Նկար 1.2, ա), կտրող ալիքը տարածվում է մասնիկների տատանումների ուղղությանը ուղղահայաց (Նկար 1.2, բ) .

ա) միջավայրի մասնիկների շարժումը երկայնական ալիքի տարածման ժամանակ. բ) միջավայրի մասնիկների շարժումը լայնակի ալիքի տարածման ժամանակ.

Նկար 1.2 - Մասնիկների շարժում ալիքի տարածման ժամանակ

Ցանկացած ալիք, ինչպես ժամանակի և տարածության մեջ տարածվող տատանումը, կարելի է բնութագրել հաճախականությունը , ալիքի երկարությունը և ամպլիտուդություն (Նկար 3): Այս դեպքում ալիքի երկարությունը λ կապված է հաճախականության հետ զտվյալ նյութում ալիքի տարածման արագության միջոցով գ: λ = գ / զ.

Նկար 1.3 - Տատանողական գործընթացի բնութագրերը

1.6 Ցածր էներգիայի ուլտրաձայնային թրթռումների գործնական կիրառում

Ցածր ինտենսիվության ուլտրաձայնային թրթռումների կիրառման ոլորտը (պայմանականորեն մինչև 1 Վտ / սմ 2) շատ ընդարձակ է, և մենք իր հերթին կքննարկենք ցածր ինտենսիվության ուլտրաձայնային թրթռումների մի քանի հիմնական կիրառություններ:
1. Ուլտրաձայնային սարքեր քիմիական բնութագրերի վերահսկման համարտարբեր նյութեր և միջավայրեր: Դրանք բոլորը հիմնված են միջավայրում ուլտրաձայնային թրթռումների արագության փոփոխման վրա և թույլ են տալիս.
- որոշել երկուական խառնուրդների կոնցենտրացիան.
- լուծույթների խտությունը;
- պոլիմերացման աստիճանը;
- կեղտերի, գազի պղպջակների լուծույթներում առկայություն.
- որոշել քիմիական ռեակցիաների առաջացման արագությունը.
- կաթի, սերուցքի, թթվասերի յուղայնությունը;
- դիսպերսիա տարասեռ համակարգերում և այլն:
Ժամանակակից ուլտրաձայնային սարքերի թույլատրելիությունը 0,05% է, 1 մ երկարությամբ նմուշների վրա տարածման արագության չափման ճշգրտությունը 0,5-1 մ/վ է (մետաղում արագությունը 5000 մ/վ-ից ավելի է): Գրեթե բոլոր չափումները կատարվում են ստանդարտի համեմատությամբ:
2. Ֆիզիկական և քիմիական բնութագրերի վերահսկման գործիքներհիմնված է ուլտրաձայնային թուլացման չափման վրա: Նման սարքերը թույլ են տալիս չափել մածուցիկությունը, չափել խտությունը, կազմը, կեղտերի, գազերի պարունակությունը և այլն։ Օգտագործված տեխնիկան նույնպես հիմնված է չափորոշիչ մեթոդների վրա:
3. Ուլտրաձայնային հոսքաչափեր խողովակաշարերում հեղուկների համար... Նրանց գործողությունը հիմնված է նաև հեղուկի հոսքի երկայնքով և հոսանքին հակառակ ուլտրաձայնային թրթռումների տարածման արագության չափման վրա: Երկու արագությունների համեմատությունը թույլ է տալիս որոշել հոսքի արագությունը, իսկ խողովակաշարի հայտնի խաչմերուկի դեպքում՝ հոսքի արագությունը: Հոսքաչափերից մեկի օրինակը (թիվ 15183 Չափիչ գործիքների պետական ​​ռեգիստրում) ներկայացված է Նկար 1.4-ում:

Նկար 1.4 - Ստացիոնար ուլտրաձայնային հոսքաչափ «AKRON»

Նման հոսքաչափը չափում է ջրամատակարարման, կոյուղու և նավթամթերքի մատակարարման համակարգերի ճնշման խողովակաշարերում առանց գործող խողովակաշարի մեջ կապելու հեղուկների ծավալային հոսքի արագությունը և հեղուկների ընդհանուր ծավալը (քանակը): Հոսքաչափի աշխատանքի սկզբունքը տարանցման ժամանակի տարբերությունը չափելն է ուլտրաձայնային ալիքվերահսկվող հեղուկի հոսանքին ներքև և վերևում՝ այն վերահաշվարկելով ակնթարթային հոսքի արագությամբ՝ հետագա ինտեգրմամբ:
Գործիքների սխալը վերին չափման սահմանի 2%-ն է: Չափման վերին և ստորին սահմանները սահմանվում են օպերատորի կողմից: Հոսքաչափը ներառում է սենսորային միավոր (բաղկացած է երկու ուլտրաձայնային սենսորներից և խողովակին դրանց կցման սարքից) և էլեկտրոնային միավոր, որը միացված է մինչև 50 մ երկարությամբ ՌԴ մալուխով (ստանդարտ 10 մ): Սենսորները տեղադրվում են խողովակաշարի ուղիղ հատվածի վրա՝ արտաքին մակերեսի վրա՝ զերծ կեղտից, ներկից և ժանգից: Սենսորների ճիշտ տեղադրման պայմանը խողովակի ուղիղ հատվածի առկայությունն է առնվազն 10 խողովակի տրամագծով` դիմացից և 5 տրամագծով` սենսորներից հետո:
4. Մակարդակի ցուցանիշներ
Գործողության սկզբունքը հիմնված է գազային միջավայրի միջով անցնող ուլտրաձայնային իմպուլսների միջոցով հեղուկ կամ զանգվածային նյութերի մակարդակի տեղակայման վրա և այդ իմպուլսների արտացոլման երևույթի վրա «գազով կառավարվող միջավայր» միջերեսից: Այս դեպքում մակարդակի չափումը ձայնային թրթռումների տարածման ժամանակն է արտանետիչից մինչև կրիչի միջև վերահսկվող միջերես և հետ դեպի ստացող: Չափման արդյունքը ցուցադրվում է անհատական ​​համակարգչում, որտեղ բոլոր չափումները հիշվում են՝ դրանք դիտելու և վերլուծելու, ինչպես նաև տվյալների հավաքագրման և մշակման ավտոմատացված համակարգին միանալու հնարավորությամբ: Մակարդակաչափը, որպես համակարգի մաս, կարող է ներառել պետական ​​մեքենաներ, պոմպեր և այլ սարքեր՝ առավելագույնից բարձր և նվազագույն արժեքից ցածր մակարդակներում, ինչը հնարավորություն է տալիս ավտոմատացնել տեխնոլոգիական գործընթացը: Բացի այդ, ձայնագրիչների համար ձևավորվում է ընթացիկ ելք (0,5 մԱ, 0-20 մԱ):
Մակարդակի անջատիչը թույլ է տալիս վերահսկել տանկերի միջավայրի ջերմաստիճանը: Հիմնական ելքային ձևաչափը տանկի վերևից մինչև այն պարունակվող նյութի մակերեսը հեռավորությունն է: Հաճախորդի խնդրանքով, անհրաժեշտ տեղեկատվություն տրամադրելով, հնարավոր է փոփոխել բաքում գտնվող նյութի բարձրությունը, զանգվածը կամ ծավալը ցուցադրող սարքը:
5. Գազի բաղադրության ուլտրաձայնային անալիզատորներհիմնված են գազերի խառնուրդում ուլտրաձայնի արագության կախվածության օգտագործման վրա այս խառնուրդը կազմող գազերից յուրաքանչյուրի արագությունից:
6. Անվտանգության ուլտրաձայնային սարքերհիմնված է ուլտրաձայնային դաշտերի տարբեր պարամետրերի չափման վրա (տատանումների ամպլիտուդը, երբ էմիտերի և ստացողի միջև տարածությունը համընկնում է, հաճախականության փոփոխությունները, երբ արտացոլվում են շարժվող առարկայից և այլն):
7. Գազի ջերմաստիճանի հաշվիչներ և հրդեհային ազդանշաններ, որոնք հիմնված են տարածման արագության փոփոխության վրա, երբ շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը փոխվում է կամ ծուխ է հայտնվում:
8. Սարքեր ուլտրաձայնային ոչ կործանարար փորձարկման համար:Ոչ կործանարար փորձարկումը նյութերի և արտադրանքի որակի ապահովման հիմնական տեխնոլոգիական մեթոդներից է։ Մեկից ավելի ապրանքներ չպետք է շահագործվեն առանց փորձարկման: Դուք կարող եք ստուգել թեստավորման միջոցով, բայց կարող եք ստուգել 1-10 կետ, բայց չեք կարող ստուգել բոլոր կետերի 100%-ը, քանի որ. ստուգել - դա նշանակում է փչացնել բոլոր ապրանքները: Ուստի անհրաժեշտ է ստուգել առանց այն քանդելու։
Ամենաէժան, պարզ և զգայուններից մեկը ոչ կործանարար փորձարկման ուլտրաձայնային մեթոդն է: Այլ ոչ կործանարար փորձարկման մեթոդների նկատմամբ հիմնական առավելություններն են.

- նյութի խորքում տեղակայված թերությունների հայտնաբերում, ինչը հնարավոր դարձավ ներթափանցման բարելավված ունակության շնորհիվ: Ուլտրաձայնային հետազոտությունն իրականացվում է մի քանի մետր խորության վրա։ Տարբեր ապրանքներ ենթակա են ստուգման, օրինակ՝ երկար պողպատե ձողեր, պտտվող դրոշմակնիքներ և այլն;
- բարձր զգայունություն մի քանի միլիմետր երկարությամբ չափազանց փոքր թերություններ հայտնաբերելիս.
- ներքին արատների գտնվելու վայրի ճշգրիտ որոշում, դրանց չափերի, ուղղության, ձևի և բնույթի բնութագրերի գնահատում.
- արտադրանքի միայն մեկ կողմի հասանելիության բավարարություն.
- գործընթացի վերահսկում էլեկտրոնային միջոցներով, որն ապահովում է թերությունների գրեթե ակնթարթային նույնականացում.
- ծավալային սկանավորում, որը թույլ է տալիս ուսումնասիրել նյութի ծավալը.
- առողջապահական նախազգուշական միջոցների պահանջ չկա.
- սարքավորումների շարժականություն.

1.7 Բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային թրթռումների գործնական կիրառում

Այսօր բարձր էներգիայի ուլտրաձայնային թրթռումների օգնությամբ իրականացվող և ուժեղացված հիմնական գործընթացները սովորաբար բաժանվում են երեք հիմնական ենթախմբերի՝ կախված միջավայրի տեսակից, որտեղ դրանք իրականացվում են (Նկար 1.5):

Նկար 1.5 - Բարձր էներգիայի ուլտրաձայնային թրթռումների կիրառում

Կախված միջավայրի տեսակից՝ գործընթացները պայմանականորեն բաժանվում են գործընթացների հեղուկ, պինդ և ջերմապլաստիկ նյութերում և գազային (օդային) միջավայրերում։ Հետևյալ բաժիններում ավելի մանրամասն կքննարկվեն հեղուկ, պինդ և ջերմապլաստիկ նյութերում և գազային միջավայրերում գործընթացները ուժեղացնելու գործընթացները և սարքերը:
Հաջորդը, մենք կքննարկենք բարձր էներգիայի ուլտրաձայնային թրթռումների օգտագործմամբ իրականացվող հիմնական տեխնոլոգիաների օրինակները:
1. Չափային մշակում.

Ուլտրաձայնային թրթռումները օգտագործվում են փխրուն և չափազանց կոշտ նյութերի և մետաղների մշակման համար:
Հիմնական տեխնոլոգիական գործընթացները, որոնք ուժեղանում են ուլտրաձայնային թրթռումներով, ներառում են հորատումը, հակասուզումը, պարուրումը, մետաղալարերի գծումը, փայլեցումը, մանրացումը, բարդ անցքերի հորատումը: Այս տեխնոլոգիական գործընթացների ինտենսիվացումը տեղի է ունենում գործիքի վրա ուլտրաձայնային թրթռումների պարտադրման պատճառով:
2. Ուլտրաձայնային մաքրում.
Այսօր մակերեսները տարբեր աղտոտիչներից մաքրելու բազմաթիվ եղանակներ կան: Ուլտրաձայնային մաքրումն ավելի արագ է, ապահովում է բարձր որակ և լվանում դժվար հասանելի տարածքները։ Սա ապահովում է խիստ թունավոր, դյուրավառ և թանկարժեք լուծիչների փոխարինումը սովորական ջրով:
Բարձր հաճախականության ուլտրաձայնային թրթռումների միջոցով մեքենայի կարբյուրատորները և ներարկիչները մաքրվում են մի քանի րոպեում:
Մաքրման արագացման պատճառը կավիտացիայի մեջ է՝ հատուկ երևույթ, որի դեպքում հեղուկի մեջ ձևավորվում են գազի ամենափոքր փուչիկները։ Այս փուչիկները պայթում են (պայթում) և ստեղծում հզոր ջրային հոսանքներ, որոնք լվանում են ամբողջ կեղտը: Սա այն սկզբունքն է, որ այսօր գոյություն ունեն լվացքի մեքենաներ և փոքր լվացքի մեքենաներ: Կավիտացիայի գործընթացի իրականացման առանձնահատկությունները և դրա ներուժը կքննարկվեն առանձին: UZ-ը մաքրում է մետաղները փայլեցնող մածուկներից, գլանվածքը՝ կշեռքից, թանկարժեք քարերը՝ փայլեցնող տեղերից։ Տպագրական թիթեղների մաքրում, գործվածքների լվացում, ամպուլների լվացում։ Բարդ խողովակաշարերի մաքրում. Բացի մաքրումից, ուլտրաձայնը ի վիճակի է հեռացնել փոքր փորվածքները, փայլեցնել:
Ուլտրաձայնային ազդեցությունը հեղուկ միջավայրում ոչնչացնում է միկրոօրգանիզմները և, հետևաբար, լայնորեն օգտագործվում է բժշկության և մանրէաբանության մեջ:
Հնարավոր է նաև ուլտրաձայնային մաքրման մեկ այլ իրականացում։
- ծխի մաքրում օդի պինդ մասնիկներից. Դրա համար օգտագործվում է նաև մառախուղի և ծխի ուլտրաձայնային ազդեցություն: Ուլտրաձայնային դաշտի մասնիկները սկսում են ակտիվորեն շարժվել, բախվել ու կպչել իրար և նստել պատերին: Այս երևույթը կոչվում է ուլտրաձայնային կոագուլյացիա և օգտագործվում է մառախուղի դեմ պայքարելու համար օդանավակայաններում, ճանապարհներին և ծովային նավահանգիստներում:
3. Ուլտրաձայնային զոդում.
Ներկայումս, օգտագործելով բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային թրթռումներ, եռակցվում են պոլիմերային ջերմապլաստիկ նյութեր: Պոլիէթիլենային խողովակների, տուփերի, բանկաների եռակցումն ապահովում է գերազանց ամրություն։ Ի տարբերություն այլ մեթոդների, աղտոտված պլաստմասսա, հեղուկ խողովակներ և այլն կարելի է եփել ուլտրաձայնի միջոցով։ Այս դեպքում բովանդակությունը ստերիլիզացվում է:
Ուլտրաձայնային եռակցումը օգտագործվում է ամենաբարակ փայլաթիթեղը կամ մետաղալարը մետաղական մասի եռակցման համար: Ավելին, ուլտրաձայնային եռակցումը սառը զոդում է, քանի որ կարը ձևավորվում է հալման ջերմաստիճանից ցածր ջերմաստիճանում: Այսպիսով, եռակցման միջոցով միացվում են ալյումինը, տանտալը, ցիրկոնիումը, նիոբիումը, մոլիբդենը և այլն։
Ներկայումս ուլտրաձայնային եռակցումը ամենամեծ կիրառությունն է գտել գերարագ փաթեթավորման գործընթացների և պոլիմերային փաթեթավորման նյութերի արտադրության համար:
4. Զոդում և թիթեղավորում
Ալյումինը զոդվում է բարձր հաճախականության ուլտրաձայնային թրթռումների միջոցով: Ուլտրաձայնի միջոցով հնարավոր է թիթեղել, ապա զոդել կերամիկան ու ապակին, ինչը նախկինում անհնար էր։ Ֆերիտները, կիսահաղորդչային բյուրեղների զոդումը ոսկյա պատյաններին այսօր իրացվում են ուլտրաձայնային տեխնոլոգիայի միջոցով:
5. Ուլտրաձայնը ժամանակակից քիմիայում
Ներկայումս, ինչպես գրական աղբյուրներից երևում է, քիմիայում ձևավորվել է նոր ուղղություն՝ ուլտրաձայնային քիմիա։ Ուսումնասիրելով քիմիական փոխակերպումները, որոնք տեղի են ունենում ուլտրաձայնի ազդեցության տակ, գիտնականները պարզել են, որ ուլտրաձայնը ոչ միայն արագացնում է օքսիդացումը, այլև որոշ դեպքերում ապահովում է նվազեցնող ազդեցություն: Այսպիսով, երկաթը կրճատվում է օքսիդներից և աղերից:
Լավ դրական արդյունքներ են ձեռք բերվել հետևյալ քիմիական-տեխնոլոգիական պրոցեսների ուլտրաձայնային ինտենսիվացման վրա.
- էլեկտրոդեզոնացիա, պոլիմերացում, ապապոլիմերացում, օքսիդացում, նվազեցում, ցրում, էմուլսացում, աերոզոլային կոագուլյացիա, համասեռացում, ներծծում, տարրալուծում, ցողում, չորացում, այրում, դաբաղում և այլն:
Էլեկտրադիտում - նստած մետաղը ձեռք է բերում նուրբ բյուրեղային կառուցվածք, ծակոտկենությունը նվազում է: Այսպիսով, իրականացվում է պղնձապատում, թիթեղապատում, արծաթապատում։ Գործընթացն ավելի արագ է ընթանում, իսկ ծածկույթի որակն ավելի բարձր է, քան սովորական տեխնոլոգիաներում։
Էմուլսիաների ստացում` ջուր և ճարպ, ջուր և եթերային յուղեր, ջուր և սնդիկ: Անխառնելիության արգելքը հաղթահարվում է ուլտրաձայնի միջոցով:
Պոլիմերացում (մոլեկուլների համակցությունը մեկի մեջ) - պոլիմերացման աստիճանը կարգավորվում է ուլտրաձայնի հաճախականությամբ:
Դիսպերսիա - գերնուրբ գունանյութերի ստացում ներկանյութեր ստանալու համար:
Չորացում - կենսաբանական ակտիվ նյութեր առանց ջեռուցման: Սննդի, դեղագործության ոլորտում.
Սրսկիչ հեղուկներ և հալեցնում: Սփրեյ չորանոցներում գործընթացների ինտենսիվացում. Հալոցքներից մետաղի փոշի ստանալը. Այս լակի սարքերը վերացնում են պտտվող և քսվող մասերը:
Ուլտրաձայնային բարձրացնում է այրման արդյունավետությունը 20 անգամ հեղուկ և պինդ վառելիքի դեպքում:
Ներծծում. Հեղուկը հարյուրավոր անգամ ավելի արագ է անցնում ներծծված նյութի մազանոթներով: Օգտագործվում է տանիքի նյութի, քնելու, ցեմենտի սալերի, տեքստոլիտի, գետինաքսի, փայտի ներծծման մեջ՝ փոփոխված խեժերով։
6. Ուլտրաձայնային հետազոտություն մետալուրգիայում.
- Հայտնի է, որ մետաղները հալվելիս կլանում են ալյումինի և դրա համաձուլվածքների գազերը։ Հալած մետաղի բոլոր գազերի 80%-ը H2 է: Սա հանգեցնում է մետաղի որակի վատթարացման: Գազերը կարելի է հեռացնել ուլտրաձայնի միջոցով, ինչը հնարավորություն է տվել մեր երկրում ստեղծել հատուկ տեխնոլոգիական ցիկլ և լայնորեն օգտագործել այն մետաղների արտադրության մեջ։
- Ուլտրաձայնը խթանում է մետաղների կարծրացումը
- Փոշի մետալուրգիայում ուլտրաձայնը նպաստում է արտադրված նյութի մասնիկների կպչունությանը: Սա վերացնում է բարձր ճնշման կնքման անհրաժեշտությունը:
7. UZ հանքարդյունաբերության մեջ.
Ուլտրաձայնի օգտագործումը հնարավորություն է տալիս իրականացնել հետևյալ տեխնոլոգիաները.
- պարաֆինի հեռացում նավթահորերի պատերից;
- Հանքերում մեթանի պայթյունների վերացում՝ դրա ցողման պատճառով.
- Հանքաքարերի ուլտրաձայնային հարստացում (ուլտրաձայնային ֆլոտացիայի մեթոդ):
8. Գյուղատնտեսության մեջ ԿՄ.
Ուլտրաձայնային թրթռումները բարենպաստ ազդեցություն են ունենում սերմերի և հացահատիկի վրա տնկելուց առաջ: Այսպիսով, լոլիկի սերմերի մշակումը նախքան տնկելը ապահովում է մրգերի քանակի ավելացում, հասունացման ժամանակի նվազեցում և վիտամինների քանակի ավելացում։
Սեխի և եգիպտացորենի սերմերի ուլտրաձայնային բուժումը բերում է բերքատվության 40%-ով ավելացման։
Ուլտրաձայնային սերմերը մշակելիս հնարավոր է ապահովել ախտահանումը և հեղուկից ներմուծել անհրաժեշտ միկրոտարրեր.
9. Սննդի արդյունաբերություն.
Գործնականում արդեն իրականացվում են հետևյալ տեխնոլոգիաները.
- կաթի վերամշակում համասեռացման ստերիլիզացման համար;
- Սառեցված կաթի պահպանման ժամկետը և որակը բարձրացնելու նպատակով վերամշակում
- Բարձրորակ կաթի փոշի ստանալը;
- Թխելու համար էմուլսիաներ ստանալը;
- Խմորիչի մշակումը 15%-ով մեծացնում է դրանց խմորման հզորությունը.
- անուշաբույր նյութերի, կարտոֆիլի խյուսի ստացում, լյարդից ճարպի դուրսբերում;
- ատամնաքարերի տեղաբաշխում;
- Բուսական և կենդանական հումքի արդյունահանում;
- Օծանելիքի արտադրություն (6 ... 8 ժամ մեկ տարվա փոխարեն):
10. Ուլտրաձայնը կենսաբանության մեջ.
- Ուլտրաձայնի մեծ չափաբաժինները սպանում են միկրոօրգանիզմները (ստաֆիլոկոկներ, streptococci, վիրուսներ);
- Ուլտրաձայնային ազդեցության ցածր ինտենսիվությունը նպաստում է միկրոօրգանիզմների գաղութների աճին.
11. Ազդեցություն մարդու վրա.
Ուլտրաձայնային ազդեցությունը մինչև 0,1 ... 0,4 Վտ / սմ ինտենսիվությամբ ունի թերապևտիկ ազդեցություն: Ամերիկայում մինչև 0,8 Վտ/սմ ինտենսիվության ազդեցությունը համարվում է բուժիչ։
12. Բժշկության մեջ.
Լայնորեն կիրառվում են ուլտրաձայնային սկալպելները, արտաքին և ներքին լիպոսակցիայի սարքերը, լապարոսկոպիկ գործիքները, ինհալատորները, մերսողները, որոնք կարող են բուժել տարբեր հիվանդություններ։
Ստորև ներկայացված դասախոսությունների դասընթացը նախատեսված է տարբեր ոլորտների ուսանողների, ասպիրանտների, ինժեներների և տեխնոլոգների նախնական ծանոթության համար ուլտրաձայնային տեխնոլոգիաների հիմունքներին և նպատակ ունի տալ հիմնարար գիտելիքներ ուլտրաձայնային թրթռումների ձևավորման տեսության և պրակտիկայի վերաբերյալ: օգտագործելով բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային թրթռումներ:

19-րդ դարի վերջին ակուստիկայի զարգացման հետ մեկտեղ հայտնաբերվեց ուլտրաձայնը, միևնույն ժամանակ սկսվեցին ուլտրաձայնի առաջին ուսումնասիրությունները, սակայն դրա կիրառման հիմքերը դրվեցին միայն 20-րդ դարի առաջին երրորդում։

Ուլտրաձայնային հետազոտությունը և դրա հատկությունները

Բնության մեջ ուլտրաձայնը հանդիպում է որպես բազմաթիվ բնական աղմուկների բաղկացուցիչ՝ քամու, ջրվեժների, անձրևի, ծովային խճաքարերի, որոնք պտտվում են ճամփորդության կողմից, կայծակի արտանետումների մեջ: Շատ կաթնասուններ, ինչպիսիք են կատուներն ու շները, ունեն մինչև 100 կՀց հաճախականությամբ ուլտրաձայնը ընկալելու ունակություն, իսկ չղջիկների, գիշերային միջատների և ծովային կենդանիների տեղորոշման ունակությունները բոլորին լավ հայտնի են:

Ուլտրաձայնային- մեխանիկական թրթռումներ, որոնք տեղակայված են մարդու ականջին լսելի հաճախականության միջակայքից (սովորաբար 20 կՀց): Ուլտրաձայնային թրթռումները շարժվում են ալիքի տեսքով, որը նման է լույսի տարածմանը: Այնուամենայնիվ, ի տարբերություն լույսի ալիքների, որոնք կարող են շարժվել վակուումում, ուլտրաձայնը պահանջում է առաձգական միջավայր, ինչպիսիք են գազը, հեղուկը կամ պինդը:

Ալիքի հիմնական պարամետրերն են ալիքի երկարությունը, հաճախականությունը և ժամանակաշրջանը: Ուլտրաձայնային ալիքներն իրենց բնույթով չեն տարբերվում լսելի տիրույթի ալիքներից և ենթարկվում են նույն ֆիզիկական օրենքներին։ Սակայն ուլտրաձայնը ունի հատուկ առանձնահատկություններ, որոնք որոշել են դրա լայն կիրառումը գիտության և տեխնիկայի մեջ: Ահա հիմնականները.

• 1. Փոքր ալիքի երկարություն: Ամենացածր ուլտրաձայնային տիրույթի համար ալիքի երկարությունը չի գերազանցում մի քանի սանտիմետրը լրատվամիջոցների մեծ մասում: Կարճ ալիքի երկարությունը որոշում է ուլտրաձայնային ալիքների ճառագայթների տարածումը: Էմիտերի շրջակայքում ուլտրաձայնը տարածվում է ճառագայթների տեսքով՝ արտանետիչի չափին մոտ չափերով։ Երբ այն հարվածում է միջավայրում անհամասեռությանը, ուլտրաձայնային ճառագայթն իրեն պահում է լույսի ճառագայթի պես՝ զգալով արտացոլում, բեկում, ցրում, ինչը հնարավորություն է տալիս ձայնային պատկերներ ձևավորել օպտիկական անթափանց միջավայրում՝ օգտագործելով զուտ օպտիկական էֆեկտներ (կենտրոնացում, դիֆրակցիա և այլն):
• 2. Տատանումների կարճ ժամանակաշրջան, որը հնարավորություն է տալիս իմպուլսների տեսքով ուլտրաձայն արձակել և միջավայրում տարածվող ազդանշանների ճշգրիտ ժամանակային ընտրություն կատարել։

Փոքր ամպլիտուդով թրթռման էներգիայի բարձր արժեքներ ստանալու հնարավորությունը, քանի որ թրթռման էներգիան համաչափ է հաճախականության քառակուսիին: Սա թույլ է տալիս ստեղծել ուլտրաձայնային ճառագայթներ և դաշտեր բարձր մակարդակէներգիա՝ չպահանջելով մեծ չափի սարքավորումներ:

Ուլտրաձայնային դաշտում զարգանում են զգալի ակուստիկ հոսանքներ։ Հետևաբար, ուլտրաձայնի ազդեցությունը շրջակա միջավայրի վրա առաջացնում է հատուկ ազդեցություններ՝ ֆիզիկական, քիմիական, կենսաբանական և բժշկական: Ինչպիսիք են կավիտացիան, ձայնային մազանոթային էֆեկտը, ցրումը, էմուլսացումը, գազազերծումը, ախտահանումը, տեղային ջեռուցումը և շատ ուրիշներ:

Առաջատար տերությունների՝ Անգլիայի և Ֆրանսիայի ռազմածովային նավատորմի կարիքները ծովերի խորքերը հետազոտելու համար առաջացրել են բազմաթիվ գիտնականների հետաքրքրությունը ակուստիկայի բնագավառում, տկ. դա ազդանշանի միակ տեսակն է, որը կարող է հեռու ճանապարհորդել ջրում: Այսպիսով, 1826 թվականին ֆրանսիացի գիտնական Կոլադոնը որոշեց ջրի մեջ ձայնի արագությունը: 1838 թվականին Միացյալ Նահանգներում առաջին անգամ ձայնը կիրառվել է հեռագրային մալուխի անցկացման նպատակով ծովի հատակի պրոֆիլը որոշելու համար։ Փորձի արդյունքները հիասթափեցնող էին. Զանգի ձայնը չափազանց թույլ արձագանք տվեց, որը գրեթե անլսելի էր ծովի մյուս ձայների մեջ։ Անհրաժեշտ էր գնալ ավելի բարձր հաճախականությունների տարածաշրջան՝ թույլ տալով ստեղծել ուղղորդված ձայնային ճառագայթներ։

Առաջին ուլտրաձայնային գեներատորը ստեղծվել է 1883 թվականին անգլիացի Ֆրենսիս Գալթոնի կողմից։ Ուլտրաձայնը ստեղծվել է որպես սուլիչ դանակի եզրին, երբ այն փչում է: Գալթոնի սուլիչում նման կետի դերը խաղում էր սուր եզրերով գլան։ Օդը կամ այլ գազը, որը ճնշման տակ դուրս է գալիս բալոնի եզրին տրամագծով օղակաձև վարդակով, վազում է եզրին, և տեղի են ունենում բարձր հաճախականության թրթռումներ: Սուլիչը ջրածնով փչելով՝ հնարավոր եղավ ստանալ թրթռումներ մինչև 170 կՀց։

1880 թվականին Պիեռ և Ժակ Կյուրիները վճռական հայտնագործություն արեցին ուլտրաձայնային տեխնոլոգիայի համար։ Կյուրի եղբայրները նկատել են, որ երբ ճնշում է գործադրվում քվարցային բյուրեղների վրա, առաջանում է էլեկտրական լիցք, որն ուղիղ համեմատական ​​է բյուրեղի վրա կիրառվող ուժին։ Այս երեւույթն անվանվել է «պիեզոէլեկտրականություն» հունարեն բառից, որը նշանակում է «մղել»։ Բացի այդ, նրանք ցույց տվեցին հակառակ պիեզոէլեկտրական էֆեկտը, որը դրսևորվեց, երբ բյուրեղի վրա կիրառվեց արագ փոփոխվող էլեկտրական պոտենցիալ՝ առաջացնելով նրա թրթռում։ Այսուհետ ի հայտ է եկել փոքր չափի էմիտերների և ուլտրաձայնային ընդունիչների արտադրության տեխնիկական հնարավորությունը։

«Տիտանիկի» մահը այսբերգի հետ բախումից, նոր զենքերի՝ սուզանավերի դեմ պայքարելու անհրաժեշտությունը պահանջում էր ուլտրաձայնային հիդրոակուստիկայի արագ զարգացում։ 1914-ին ֆրանսիացի ֆիզիկոս Պոլ Լանգևինը տաղանդավոր ռուս էմիգրանտ գիտնական Կոնստանտին Վասիլևիչ Շիլովսկու հետ միասին առաջին անգամ մշակեցին ուլտրաձայնային արտանետիչից և հիդրոֆոնից բաղկացած սոնար՝ պիեզոէլեկտրական էֆեկտի հիման վրա ուլտրաձայնային թրթռումների ընդունիչ: Սոնար Langevin - Shilovsky, առաջին ուլտրաձայնային սարքն էրկիրառվել է գործնականում։ Միևնույն ժամանակ, ռուս գիտնական Ս.Յա.Սոկոլովը մշակեց արդյունաբերության մեջ ուլտրաձայնային թերությունների հայտնաբերման հիմքերը: 1937 թվականին գերմանացի հոգեբույժ Կարլ Դուսիկը իր եղբոր՝ ֆիզիկոս Ֆրիդրիխի հետ միասին առաջին անգամ օգտագործեց ուլտրաձայնը ուղեղի ուռուցքները հայտնաբերելու համար, սակայն ստացված արդյունքներն անվստահելի էին։ Բժշկական պրակտիկայում ուլտրաձայնը առաջին անգամ օգտագործվել է միայն 1950-ական թվականներին ԱՄՆ-ում:

21-րդ դարը ռադիոէլեկտրոնիկայի, ատոմի, տիեզերքի նվաճման և ուլտրաձայնային դարն է։ Ուլտրաձայնային գիտությունը այս օրերին համեմատաբար երիտասարդ է: 19-րդ դարի վերջին ռուս գիտնական-ֆիզիոլոգ Պ.Ն.Լեբեդևը կատարեց իր առաջին ուսումնասիրությունները։ Դրանից հետո շատ ականավոր գիտնականներ սկսեցին ուսումնասիրել ուլտրաձայնը:

Ի՞նչ է ուլտրաձայնը:

Ուլտրաձայնը տարածվող ալիք է, որն առաջանում է միջավայրի մասնիկներից: Այն ունի իր առանձնահատկությունները, որոնք տարբերվում են լսելի տիրույթի հնչյուններից։ Ուլտրաձայնային տիրույթում ուղղորդված ճառագայթում ստանալը համեմատաբար հեշտ է: Բացի այդ, այն լավ է կենտրոնանում, և արդյունքում մեծանում է կատարված թրթռումների ինտենսիվությունը։ Պինդ մարմիններում, հեղուկներում և գազերում տարածվելիս ուլտրաձայնը առաջացնում է հետաքրքիր երևույթներ, որոնք գործնական կիրառություն են գտել տեխնիկայի և գիտության բազմաթիվ ոլորտներում։ Ահա թե ինչ է իրենից ներկայացնում ուլտրաձայնը, որի դերն այսօր շատ մեծ է կյանքի տարբեր բնագավառներում։

Ուլտրաձայնի դերը գիտության և պրակտիկայում

Վերջին տարիներին ուլտրաձայնը սկսել է խաղալ գիտական ​​հետազոտությունաճող դեր. Հաջողությամբ իրականացվել են փորձարարական և տեսական ուսումնասիրություններ ակուստիկ հոսքերի և ուլտրաձայնային կավիտացիայի ոլորտում, ինչը գիտնականներին թույլ է տվել զարգացնել տեխնոլոգիական գործընթացներ, որոնք տեղի են ունենում, երբ ենթարկվում են. հեղուկ փուլուլտրաձայնային. Դա ֆիզիկայի նման գիտելիքի բնագավառում տարբեր երևույթների ուսումնասիրման հզոր մեթոդ է։ Ուլտրաձայնը օգտագործվում է, օրինակ, կիսահաղորդչային և պինդ վիճակի ֆիզիկայում։ Այսօր ձևավորվում է քիմիայի առանձին տարածք, որը կոչվում է «ուլտրաձայնային քիմիա»։ Դրա կիրառումը թույլ է տալիս արագացնել բազմաթիվ քիմիական տեխնոլոգիական գործընթացներ։ Ծնվել է նաև մոլեկուլային ակուստիկան՝ ակուստիկայի նոր ճյուղ, որն ուսումնասիրում է մոլեկուլային փոխազդեցությունը նյութի հետ, ի հայտ են եկել ուլտրաձայնային կիրառման նոր ոլորտներ՝ հոլոգրաֆիա, ինտրոսկոպիա, ակուստոէլեկտրոնիկա, ուլտրաձայնային փուլի չափում և քվանտային ակուստիկա։

Բացի այս ոլորտում փորձարարական և տեսական աշխատանքներից, այսօր իրականացվել են բազմաթիվ գործնական աշխատանքներ: Մշակվել են հատուկ և ունիվերսալ ուլտրաձայնային մեքենաներ, կայանքներ, որոնք աշխատում են բարձր ստատիկ ճնշման տակ և այլն, արտադրություն են մտցվել ուլտրաձայնային ավտոմատ կայանքներ՝ ներառված արտադրական գծերում, որոնք կարող են զգալիորեն բարձրացնել աշխատանքի արտադրողականությունը։

Ավելին ուլտրաձայնի մասին

Եկեք ավելի մանրամասն խոսենք, թե ինչ է ուլտրաձայնը: Մենք արդեն ասել ենք, որ այս առաձգական ալիքը և ուլտրաձայնը ավելի քան 15-20 կՀց է: Մեր լսողության սուբյեկտիվ հատկությունները որոշում են ուլտրաձայնային հաճախականությունների ստորին սահմանը, որը բաժանում է այն լսելի ձայնի հաճախականությունից: Այս սահմանը, հետևաբար, պայմանական է, և մեզանից յուրաքանչյուրը տարբեր ձևերով է սահմանում, թե ինչ է ուլտրաձայնը: Վերին սահմանը նշվում է առաձգական ալիքներով, դրանց ֆիզիկական բնույթ... Նրանք տարածվում են միայն նյութական միջավայրում, այսինքն՝ ալիքի երկարությունը պետք է զգալիորեն ավելի մեծ լինի, քան գազում մոլեկուլների միջին ազատ ուղին կամ պինդ և հեղուկների միջատոմային հեռավորությունները։ Գազերում նորմալ ճնշման դեպքում ուլտրաձայնային հաճախականությունների վերին սահմանը 10 9 Հց է, իսկ պինդ մարմիններում և հեղուկներում՝ 10 12 -10 13 Հց:

Ուլտրաձայնի աղբյուրները

Ուլտրաձայնը տեղի է ունենում բնության մեջ և՛ որպես բազմաթիվ բնական աղմուկների (ջրվեժ, քամի, անձրև, ժայռաբեկորով գլորված խճաքարեր, ինչպես նաև ամպրոպի արտանետումներին ուղեկցող ձայներում և այլն), և որպես կենդանական աշխարհի անբաժանելի բաղադրիչ: Կենդանիների որոշ տեսակներ այն օգտագործում են տարածության մեջ կողմնորոշվելու, խոչընդոտները հայտնաբերելու համար։ Հայտնի է նաև, որ դելֆինները բնության մեջ օգտագործում են ուլտրաձայնային (հիմնականում 80-ից մինչև 100 կՀց հաճախականություններ): Այս դեպքում նրանց արձակած ռադարային ազդանշանների հզորությունը կարող է շատ մեծ լինել։ Հայտնի է, որ դելֆինները կարողանում են հայտնաբերել նրանցից մինչև մեկ կիլոմետր հեռավորության վրա գտնվողներին։

Ուլտրաձայնային արտանետողները (աղբյուրները) բաժանվում են 2 մեծ խմբի. Առաջինը գեներատորներն են, որոնցում տատանումները գրգռվում են դրանցում խոչընդոտների առկայության պատճառով, որոնք տեղադրված են մշտական ​​հոսքի ճանապարհին՝ հեղուկի կամ գազի շիթ: Երկրորդ խումբը, որի մեջ կարելի է միավորել ուլտրաձայնային աղբյուրները, էլեկտրաակուստիկ փոխարկիչներն են, որոնք հոսանքի կամ էլեկտրական լարման տվյալ տատանումները վերածում են պինդ մարմնի կողմից կատարվող մեխանիկական տատանումների, որն ակուստիկ ալիքներ է արձակում շրջակա միջավայր։

Ուլտրաձայնային ընդունիչներ

Միջին և ուլտրաձայնային ընդունիչների վրա էլեկտրաակուստիկ փոխարկիչները առավել հաճախ պիեզոէլեկտրական տիպի են: Նրանք կարող են վերարտադրել ստացված ակուստիկ ազդանշանի ձևը, որը ներկայացված է որպես ձայնային ճնշման ժամանակային կախվածություն: Սարքերը կարող են լինել ինչպես լայնաշերտ, այնպես էլ ռեզոնանսային՝ կախված նրանից, թե օգտագործման ինչ պայմանների համար են դրանք նախատեսված: Ջերմային ընդունիչներն օգտագործվում են ձայնային դաշտի միջինացված ժամանակի բնութագրերը ստանալու համար: Դրանք թերմիստորներ կամ ջերմազույգեր են՝ պատված ձայնը կլանող նյութով։ Ձայնի ճնշումը և ինտենսիվությունը կարող են գնահատվել նաև օպտիկական մեթոդներով, ինչպիսիք են լույսի դիֆրակցիան ուլտրաձայնի միջոցով:

Որտեղ է օգտագործվում ուլտրաձայնը:

Կան դրա կիրառման բազմաթիվ ոլորտներ, և օգտագործվում են ուլտրաձայնի տարբեր առանձնահատկություններ: Այս ոլորտները կարելի է մոտավորապես բաժանել երեք ուղղությունների. Դրանցից առաջինը կապված է ուլտրաձայնային ալիքների միջոցով տարբեր տեղեկատվության ստացման հետ։ Երկրորդ ուղղությունը դրա ակտիվ ազդեցությունն է նյութի վրա: Իսկ երրորդը կապված է ազդանշանների փոխանցման ու մշակման հետ։ Յուրաքանչյուր դեպքում օգտագործվում է որոշակի UZ: Մենք կանդրադառնանք միայն մի քանի ոլորտներին, որոնցում այն ​​գտել է իր կիրառումը:

Մաքրում ուլտրաձայնով

Նման մաքրման որակը չի կարող համեմատվել այլ մեթոդների հետ: Մասերը լվանալիս, օրինակ, աղտոտիչների մինչև 80%-ը մնում է դրանց մակերեսին, մոտ 55%-ը՝ թրթռումային մաքրման, մոտ 20%-ը՝ ձեռքով, իսկ ուլտրաձայնային մաքրման դեպքում, աղտոտվածության 0,5%-ից ոչ ավելին մնում է: Բարդ ձև ունեցող մասերը կարելի է լավ մաքրել միայն ուլտրաձայնի միջոցով։ Դրա օգտագործման կարևոր առավելությունը բարձր արտադրողականությունն է, ինչպես նաև ֆիզիկական աշխատանքի ցածր ծախսերը: Ավելին, հնարավոր է թանկարժեք և դյուրավառ օրգանական լուծիչները փոխարինել էժան և անվտանգ ջրային լուծույթներով, օգտագործել հեղուկ ֆրեոն և այլն։

Լուրջ խնդիր է օդի աղտոտվածությունը մուրով, ծխով, փոշով, մետաղական օքսիդներով և այլն: Գազի ելքերի օդը և գազը մաքրելու ուլտրաձայնային մեթոդը կարող եք օգտագործել անկախ շրջակա միջավայրի խոնավությունից և ջերմաստիճանից: Եթե ​​ուլտրաձայնային արտանետիչը տեղադրվի փոշու նստեցման խցիկում, դրա արդյունավետությունը կբարձրանա հարյուրավոր անգամներ: Ո՞րն է նման մաքրման էությունը: Օդում պատահականորեն շարժվող փոշու մասնիկները ուլտրաձայնային թրթռումների ազդեցության տակ ավելի ուժեղ և ավելի հաճախ են հարվածում միմյանց: Ընդ որում, դրանց չափերը մեծանում են միաձուլման պատճառով։ Կոագուլյացիան մասնիկների մեծացման գործընթացն է: Հատուկ ֆիլտրերը բռնում են իրենց կշռված և մեծացած կուտակումները:

Փխրուն և գերկարծր նյութերի մեխանիկական մշակում

Եթե ​​ուլտրաձայնի միջոցով ներմուծվում է աշխատանքային մասի և գործիքի աշխատանքային մակերևույթի միջև, ապա արտանետիչի շահագործման ընթացքում հղկող մասնիկները կգործեն այս մասի մակերեսի վրա: Միաժամանակ, նյութը ոչնչացվում և հեռացվում է՝ ենթարկվելով մշակման բազմաթիվ ուղղորդված միկրոազդեցությունների ազդեցության տակ։ Մշակման կինեմատիկան բաղկացած է հիմնական շարժումից՝ կտրումից, այսինքն՝ գործիքի կողմից կատարվող երկայնական թրթռումներից, իսկ օժանդակը՝ սնուցման շարժումից, որն իրականացնում է ապարատը։

Ուլտրաձայնային հետազոտությունը կարող է կատարել տարբեր աշխատանքներ: Երկայնական թրթռումները էներգիայի աղբյուր են հղկող հատիկների համար: Նրանք ոչնչացնում են վերամշակված նյութը։ Սնուցման շարժումը (օժանդակ) կարող է լինել շրջանաձև, լայնակի և երկայնական։ Ուլտրաձայնային մշակումը շատ ճշգրիտ է: Կախված նրանից, թե ինչ հատիկավոր է հղկող նյութը, այն տատանվում է 50-ից մինչև 1 միկրոն: Գործիքներ օգտագործելով տարբեր ձևեր, կարող եք կատարել ոչ միայն անցքեր, այլև բարդ կտրվածքներ, կոր կացիններ, փորագրել, մանրացնել, պատրաստել մատրիցներ և նույնիսկ փորել ադամանդ։ Որպես հղկանյութ օգտագործվող նյութերն են կորունդը, ադամանդը, քվարց ավազը, կայծքարը։

Ուլտրաձայնային հետազոտություն էլեկտրոնիկայի մեջ

Ճարտարագիտության մեջ ուլտրաձայնը հաճախ օգտագործվում է ռադիոէլեկտրոնիկայի ոլորտում: Այս ոլորտում հաճախ անհրաժեշտ է լինում հետաձգել էլեկտրական ազդանշանը մյուսի համեմատ: Գիտնականները հաջող լուծում են գտել՝ առաջարկելով օգտագործել ուլտրաձայնային հետաձգման գծեր (կրճատ՝ LZ): Նրանց գործողությունը հիմնված է այն փաստի վրա, որ էլեկտրական իմպուլսները վերածվում են ուլտրաձայնի:Ինչպե՞ս է դա տեղի ունենում: Բանն այն է, որ ուլտրաձայնի արագությունը զգալիորեն ավելի քիչ է, քան այն, որը զարգացնում է էլեկտրամագնիսական տատանումները: Էլեկտրական մեխանիկական թրթռումների հակադարձ փոխակերպումից հետո լարման իմպուլսը կհետաձգվի գծի ելքի վրա՝ համեմատած մուտքային իմպուլսի հետ:

Էլեկտրական թրթռումները մեխանիկականի և հակառակը փոխակերպելու համար օգտագործվում են պիեզոէլեկտրական և մագնիսական նեղացնող փոխարկիչներ։ LZ-ն, համապատասխանաբար, բաժանվում է պիեզոէլեկտրական և մագնիսական նեղացնող:

Ուլտրաձայնային հետազոտությունը բժշկության մեջ

Կենդանի օրգանիզմների վրա ազդելու համար օգտագործվում են ուլտրաձայնի տարբեր տեսակներ: Բժշկական պրակտիկայում դրա օգտագործումը այժմ շատ տարածված է: Այն հիմնված է այն ազդեցությունների վրա, որոնք տեղի են ունենում կենսաբանական հյուսվածքներում, երբ դրանց միջով անցնում է ուլտրաձայնը: Ալիքները առաջացնում են միջավայրի մասնիկների թրթռումներ, որոնք ստեղծում են մի տեսակ հյուսվածքային միկրոմերսում: Իսկ ուլտրաձայնի կլանումը հանգեցնում է դրանց տեղային տաքացմանը։ Այնուամենայնիվ, մեջ կենսաբանական միջավայրերտեղի են ունենում որոշակի ֆիզիկական և քիմիական փոխակերպումներ. Այս երեւույթները չափավոր անդառնալի վնասների դեպքում չեն առաջացնում։ Դրանք միայն բարելավում են նյութափոխանակությունը, հետևաբար նպաստում են իրենց ենթակա օրգանիզմի կենսագործունեությանը։ Նման երեւույթները կիրառվում են ուլտրաձայնային թերապիայի մեջ։

Ուլտրաձայնային վիրաբուժության մեջ

Կավիտացիան և ուժեղ տաքացումը բարձր ինտենսիվության դեպքում հանգեցնում են հյուսվածքների ոչնչացման: Այս էֆեկտն այսօր կիրառվում է վիրաբուժության մեջ։ Կիզակետային ուլտրաձայնը օգտագործվում է վիրաբուժական վիրահատությունների համար, որը թույլ է տալիս տեղային ոչնչացումը ամենախոր կառույցներում (օրինակ՝ ուղեղը)՝ չվնասելով նրանց շրջապատողներին։ Վիրաբուժության մեջ օգտագործվում են նաև ուլտրաձայնային գործիքներ, որոնցում աշխատանքային ծայրը նման է թիթեղի, scalpel-ի, ասեղի։ Դրանց վրա դրված թրթռումները նոր որակներ են հաղորդում այս սարքերին։ Պահանջվող ջանքերը զգալիորեն կրճատվում են, հետևաբար, վիրահատության վնասվածքի մակարդակը նվազում է: Բացի այդ, դրսևորվում է անալգետիկ և հեմոստատիկ ազդեցություն: Ուլտրաձայնային օգնությամբ բութ գործիքի ազդեցությունը օգտագործվում է մարմնում հայտնված նորագոյացությունների որոշ տեսակների ոչնչացման համար:

Կենսաբանական հյուսվածքների վրա ազդեցությունն իրականացվում է միկրոօրգանիզմների ոչնչացման նպատակով և օգտագործվում է դեղերի և բժշկական գործիքների ստերիլիզացման համար:

Ներքին օրգանների հետազոտություն

Հիմնականում խոսքը որովայնի խոռոչի ուսումնասիրության մասին է։ Այդ նպատակով հատուկը կարող է օգտագործվել հյուսվածքների և անատոմիական կառուցվածքների տարբեր անոմալիաներ հայտնաբերելու և ճանաչելու համար։ Առաջադրանքը հաճախ հետևյալն է՝ կա չարորակ գոյացության առկայության կասկած և պահանջվում է տարբերակել այն բարորակ կամ վարակիչ գոյացությունից։

Ուլտրաձայնային հետազոտությունը օգտակար է լյարդի հետազոտման և այլ խնդիրների լուծման համար, որոնք ներառում են լեղուղիների խցանումների և հիվանդությունների հայտնաբերում, ինչպես նաև լեղապարկի հետազոտություն՝ դրանում քարերի և այլ պաթոլոգիաների առկայությունը հայտնաբերելու համար: Բացի այդ, կարող է կիրառվել ցիռոզի և լյարդի ցրված բարորակ հիվանդությունների ուսումնասիրություն։

Գինեկոլոգիայի բնագավառում, հիմնականում՝ ձվարանների և արգանդի անալիզներում, ուլտրաձայնի կիրառումը վաղուց եղել է այն հիմնական ուղղությունը, որով այն իրականացվում է առանձնահատուկ հաջողությամբ։ Հաճախ այստեղ անհրաժեշտ է նաև բարորակ և չարորակ գոյացությունների տարբերակում, ինչը սովորաբար պահանջում է լավագույն հակադրություն և տարածական լուծում։ Նմանատիպ եզրակացությունները կարող են օգտակար լինել բազմաթիվ այլ ներքին օրգանների հետազոտման ժամանակ:

Ուլտրաձայնի օգտագործումը ստոմատոլոգիայում

Ուլտրաձայնը գտել է նաև ատամնաբուժություն, որտեղ այն օգտագործվում է ատամնաքարերի հեռացման համար: Այն թույլ է տալիս արագ, անարյուն և ցավազուրկ հեռացնել ատամնափառը և քարը: Այս դեպքում բերանի խոռոչի լորձաթաղանթը չի վնասվում, իսկ խոռոչի «գրպանները» ախտահանվում են։ Ցավի փոխարեն հիվանդը զգում է ջերմության սենսացիա։

Ուլտրաձայնային

Ուլտրաձայնային- առաձգական թրթռումներ՝ մարդու լսողության սահմանը գերազանցող հաճախականությամբ: 18000 հերցից բարձր հաճախականությունները սովորաբար համարվում են ուլտրաձայնային միջակայք:

Չնայած ուլտրաձայնի գոյությունը հայտնի է վաղուց, սակայն դրա գործնական կիրառումը բավականին երիտասարդ է։ Մեր օրերում ուլտրաձայնը լայնորեն կիրառվում է տարբեր ֆիզիկական և տեխնոլոգիական մեթոդներում։ Այսպիսով, ըստ միջավայրում ձայնի տարածման արագության, կարելի է դատել դրա ֆիզիկական բնութագրերը։ Ուլտրաձայնային հաճախականություններում արագության չափումները թույլ են տալիս շատ փոքր սխալներով որոշել, օրինակ, արագ գործընթացների ադիաբատիկ բնութագրերը, գազերի հատուկ ջերմային հզորության արժեքները և պինդ մարմինների առաձգական հաստատունները:

Ուլտրաձայնի աղբյուրները

Արդյունաբերության և կենսաբանության մեջ օգտագործվող ուլտրաձայնային թրթռումների հաճախականությունը մի քանի ՄՀց կարգի միջակայքում է: Նման թրթռումները սովորաբար ստեղծվում են պիեզոէլեկտրական բարիումի տիտանիտ փոխարկիչների միջոցով: Այն դեպքերում, երբ ուլտրաձայնային թրթռումների ուժը առաջնային նշանակություն ունի, սովորաբար օգտագործվում են ուլտրաձայնի մեխանիկական աղբյուրներ: Սկզբում բոլոր ուլտրաձայնային ալիքները ստացվում էին մեխանիկական եղանակով (թյունինգ պատառաքաղներ, սուլիչներ, ազդանշաններ):

Բնության մեջ ուլտրաձայնային ալիքները հանդիպում են և որպես բազմաթիվ բնական աղմուկների (քամու, ջրվեժի, անձրևի աղմուկի, ծովի ճամփորդությամբ գլորված խճաքարերի աղմուկի, կայծակնային արտանետումների ուղեկցող ձայների և այլնի) բաղադրիչներ, և կենդանական աշխարհի ձայները. Որոշ կենդանիներ օգտագործում են ուլտրաձայնային ալիքներ՝ խոչընդոտները հայտնաբերելու և տարածության մեջ կողմնորոշվելու համար։

Ուլտրաձայնային ճառագայթիչները կարելի է բաժանել երկու մեծ խմբի. Առաջինը ներառում է արտանետիչներ-գեներատորներ; Դրանցում թրթռումները հուզված են մշտական ​​հոսքի ճանապարհին խոչընդոտների առկայության պատճառով՝ գազի կամ հեղուկի շիթ: Էմիտերների երկրորդ խումբը էլեկտրաակուստիկ փոխարկիչներն են. նրանք էլեկտրական լարման կամ հոսանքի արդեն իսկ նշված տատանումները վերածում են պինդ մարմնի մեխանիկական թրթիռի, որն ակուստիկ ալիքներ է արձակում շրջակա միջավայր։

Գալթոնի սուլիչ

Առաջին ուլտրաձայնային սուլիչը ստեղծվել է 1883 թվականին անգլիացի Գալթոնի կողմից։ Ուլտրաձայնը ստեղծվում է այստեղ, ինչպես բարձր ձայնը դանակի եզրին, երբ օդի հոսքը հարվածում է դրան: Գալթոնի սուլիչում նման ծայրի դերը խաղում է «շրթունքը» փոքր գլանաձև ռեզոնանսային խոռոչում: Սնամեջ գլանով անցած բարձր ճնշման գազը հարվածում է այս շրթունքին. առաջանում են թրթռումներ, որոնց հաճախականությունը (դա մոտ 170 կՀց է) որոշվում է վարդակի և շրթունքի չափսերով։ Գալթոնի սուլիչի ուժը ցածր է։ Այն հիմնականում օգտագործվում է շներին ու կատուներին վարժեցնելիս հրամաններ տալու համար։

Հեղուկ ուլտրաձայնային սուլիչ

Ուլտրաձայնային սուլիչների մեծ մասը կարող է հարմարեցվել հեղուկ միջավայրում աշխատելու համար: Էլեկտրական ուլտրաձայնային աղբյուրների համեմատ, հեղուկ ուլտրաձայնային սուլիչները ցածր էներգիայի են, բայց երբեմն, օրինակ, ուլտրաձայնային հոմոգենացման համար, նրանք ունեն զգալի առավելություն: Քանի որ ուլտրաձայնային ալիքները առաջանում են ուղղակիորեն հեղուկ միջավայրում, ուլտրաձայնային ալիքների էներգիայի կորուստ չկա մեկ միջավայրից մյուսն անցնելիս: Թերևս ամենահաջողը հեղուկ ուլտրաձայնային սուլիչի ձևավորումն է, որը պատրաստվել է անգլիացի գիտնականներ Կոտելի և Գուդմանի կողմից XX դարի 50-ականների սկզբին: Դրանում բարձր ճնշման հեղուկի հոսքը դուրս է գալիս էլիպսաձև վարդակից և ուղղվում պողպատե ափսեի վրա: Այս դիզայնի տարբեր փոփոխությունները լայնորեն օգտագործվում են համասեռ կրիչներ ստանալու համար: Նրանց դիզայնի պարզության և կայունության շնորհիվ (ոչնչացված է միայն տատանվող թիթեղը) նման համակարգերը դիմացկուն են և էժան:

Siren

Ուլտրաձայնի մեխանիկական աղբյուրների մեկ այլ տեսակ է ծովահենը: Այն ունի համեմատաբար բարձր հզորություն և օգտագործվում է ոստիկանական և հրշեջ մեքենաներում: Բոլոր պտտվող ազդանշանները բաղկացած են սկավառակով (ստատորով) վերևից փակված խցիկից, որի մեջ մեծ թվով անցքեր են արված։ Խցիկի ներսում պտտվող սկավառակի վրա կան նույն թվով անցքեր՝ ռոտոր: Երբ ռոտորը պտտվում է, դրա մեջ անցքերի դիրքը պարբերաբար համընկնում է ստատորի վրա անցքերի դիրքի հետ: Սեղմված օդը շարունակաբար մատակարարվում է խցիկ, որը դուրս է մղվում դրանից այն կարճ պահերին, երբ ռոտորի և ստատորի վրա անցքերը համընկնում են:

Սիրենների արտադրության հիմնական խնդիրն է, առաջին հերթին, ռոտորում հնարավորինս շատ անցքեր անել, և երկրորդը, հասնել դրա պտտման բարձր արագության: Այնուամենայնիվ, այս երկու պահանջներն էլ գործնականում բավարարելը շատ դժվար է:

Ուլտրաձայնային բնության մեջ

Ուլտրաձայնի կիրառում

Ուլտրաձայնային ախտորոշիչ օգտագործումը բժշկության մեջ (ուլտրաձայնային)

Շնորհիվ մարդու փափուկ հյուսվածքներում ուլտրաձայնի լավ տարածման, ռենտգենյան ճառագայթների համեմատ դրա հարաբերական անվնասության և մագնիսական ռեզոնանսային տոմոգրաֆիայի համեմատ օգտագործման հեշտության, ուլտրաձայնը լայնորեն օգտագործվում է մարդու ներքին օրգանների վիճակը, հատկապես որովայնի խոռոչում պատկերացնելու համար: և կոնքի խոռոչը:

Ուլտրաձայնի թերապևտիկ օգտագործումը բժշկության մեջ

Բացի ախտորոշիչ նպատակներով տարածված կիրառությունից (տես Ուլտրաձայնային հետազոտություն), ուլտրաձայնը բժշկության մեջ օգտագործվում է որպես թերապևտիկ միջոց։

Ուլտրաձայնը ունի հետևյալ ազդեցությունը.

• հակաբորբոքային, ներծծվող
• անալգետիկ, հակասպազմոդիկ
• մաշկի թափանցելիության կավիտացիայի բարձրացում

Ֆոնոֆորեզը համակցված մեթոդ է, երբ հյուսվածքների վրա գործում են ուլտրաձայնային և դրա օգնությամբ ներմուծվող բուժիչ նյութեր (ինչպես դեղամիջոցներ, այնպես էլ բնական ծագում): Ուլտրաձայնի ազդեցության տակ նյութերի հաղորդունակությունը պայմանավորված է էպիդերմիսի և մաշկի գեղձերի, բջջաթաղանթների և անոթային պատերի թափանցելիության բարձրացմամբ փոքր նյութերի համար: մոլեկուլային քաշը, հատկապես՝ բիշոֆիտ միներալների իոններ։ Դեղորայքի և բնական նյութերի ֆոնոֆորեզի հարմարավետությունը.

• Ուլտրաձայնային հետազոտության ժամանակ բուժիչ նյութը չի քայքայվում
• ուլտրաձայնի և բուժական նյութի գործողության սիներգիզմ

Բիշոֆիտի ուլտրաֆոնոֆորեզի ցուցումներ. օստեոարթրիտ, օստեոխոնդրոզ, արթրիտ, բուրսիտ, էպիկոնդիլիտ, կրունկի ցայտաղբյուր, մկանային-կմախքային համակարգի վնասվածքներից հետո պայմաններ; Նևրիտ, նյարդաբանություն, ռադիկուլիտ, նեվրալգիա, նյարդային վնասվածք:

Կիրառվում է Bischofite գել և ախտահանիչի աշխատանքային մակերեսով իրականացվում է տուժած տարածքի միկրոմերսում։ Տեխնիկան անկայուն է, սովորական ֆոնոֆորեզի համար (հոդերի, ողնաշարի ուլտրամանուշակագույն ճառագայթմամբ, արգանդի վզիկի շրջանում ինտենսիվությունը 0,2-0,4 Վտ/սմ2 է, կրծքային և գոտկային հատվածում՝ 0,4-0,6 Վտ/սմ2):

Մետաղների կտրում ուլտրաձայնով

Սովորական մետաղահատ մեքենաների վրա դուք չեք կարող նեղ, բարդ անցք փորել մետաղական մասում, օրինակ, հնգաթև աստղի տեսքով: Ուլտրաձայնի օգնությամբ հնարավոր է, մագնիսաստրակտիվ վիբրատորը կարող է ցանկացած ձևի անցք փորել։ Ուլտրաձայնային սայրն ամբողջությամբ փոխարինում է ֆրեզերային մեքենան: Ավելին, նման սայրը շատ ավելի հեշտ է, քան ֆրեզերային մեքենան, և այն կարող է մշակել մետաղական մասերը ավելի էժան և արագ, քան ֆրեզերային մեքենան:

Դուք նույնիսկ կարող եք օգտագործել ուլտրաձայնը մետաղական մասերի, ապակու, ռուբինի կամ ադամանդի մեջ պտուտակային թելեր պատրաստելու համար: Սովորաբար թելը նախ պատրաստում են փափուկ մետաղից, այնուհետև հատվածը կարծրացնում են։ Ուլտրաձայնային մեքենայի վրա թելերը կարող են պատրաստվել արդեն կարծրացած մետաղից և ամենադժվար համաձուլվածքներից: Նույնը դրոշմակնիքների դեպքում է: Սովորաբար դրոշմը կարծրանում է այն բանից հետո, երբ այն խնամքով ավարտվել է: Ուլտրաձայնային մեքենայի վրա ամենաբարդ մշակումն իրականացվում է հղկող նյութով (զմրուխտ, կորունդի փոշի) ուլտրաձայնային ալիքի դաշտում: Անընդհատ թրթռալով ուլտրաձայնային դաշտում, պինդ փոշու մասնիկները կտրում են մշակվող համաձուլվածքը և կտրում նույն ձևի անցք, ինչ որ բիթը:

Ուլտրաձայնային օգտագործմամբ խառնուրդների պատրաստում

Ուլտրաձայնը լայնորեն կիրառվում է համասեռ խառնուրդների պատրաստման համար (համասեռացում)։ Դեռևս 1927 թվականին ամերիկացի գիտնականներ Լիմուսը և Վուդը հայտնաբերեցին, որ եթե երկու չխառնվող հեղուկներ (օրինակ՝ յուղ և ջուր) լցվում են մեկ բաժակի մեջ և ենթարկվում ուլտրաձայնի, ապա բաժակում ձևավորվում է էմուլսիա, այսինքն՝ յուղի նուրբ կասեցում։ ջուր. Նման էմուլսիաները կարևոր դեր են խաղում արդյունաբերության մեջ՝ լաքեր, ներկեր, դեղագործություն, կոսմետիկա։

Ուլտրաձայնի օգտագործումը կենսաբանության մեջ

Բջջաթաղանթները կոտրելու ուլտրաձայնային կարողությունը կիրառություն է գտել կենսաբանական հետազոտություններում, օրինակ, երբ անհրաժեշտ է բջիջն առանձնացնել ֆերմենտներից։ Ուլտրաձայնային հետազոտությունը օգտագործվում է նաև ներբջջային կառույցների ոչնչացման համար, ինչպիսիք են միտոքոնդրիումները և քլորոպլաստները, որպեսզի ուսումնասիրեն դրանց կառուցվածքի և ֆունկցիայի փոխհարաբերությունները: Կենսաբանության մեջ ուլտրաձայնի մեկ այլ կիրառություն կապված է մուտացիաներ առաջացնելու նրա ունակության հետ: Օքսֆորդի հետազոտությունները ցույց են տվել, որ նույնիսկ ցածր ինտենսիվության ուլտրաձայնը կարող է վնասել ԴՆԹ-ի մոլեկուլը: Բուսաբուծության մեջ կարևոր դեր է խաղում մուտացիաների արհեստականորեն նպատակաուղղված ստեղծումը: Ուլտրաձայնի հիմնական առավելությունը այլ մուտագենների նկատմամբ ( ռենտգենյան ճառագայթներ, ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներ) այն է, որ դրա հետ աշխատելը չափազանց հեշտ է։

Մաքրման համար ուլտրաձայնի օգտագործումը

Մեխանիկական մաքրման համար ուլտրաձայնի օգտագործումը հիմնված է դրա ազդեցության տակ գտնվող հեղուկում տարբեր ոչ գծային էֆեկտների առաջացման վրա: Դրանք ներառում են կավիտացիա, ակուստիկ հոսանքներ և ձայնային ճնշում: Հիմնական դերը խաղում է կավիտացիան։ Նրա փուչիկները, հայտնվելով և փլուզվելով աղտոտվածության մոտ, ոչնչացնում են դրանք: Այս ազդեցությունը հայտնի է որպես կավիտացիոն էրոզիա... Այս նպատակների համար օգտագործվող ուլտրաձայնը ունի ցածր հաճախականություն և ավելացված հզորություն:

Լաբորատոր և արդյունաբերական պայմաններում ուլտրաձայնային վաննաներ, որոնք լցված են լուծիչով (ջուր, սպիրտ և այլն) օգտագործվում են մանր մասերը և սպասքը լվանալու համար։ Երբեմն նրանց օգնությամբ հողի մասնիկներից լվանում են նույնիսկ արմատային մշակաբույսերը (կարտոֆիլ, գազար, ճակնդեղ և այլն)։

Ուլտրաձայնի կիրառումը հոսքաչափում

Անցյալ դարի 60-ական թվականներից ի վեր արդյունաբերության մեջ օգտագործվում են ուլտրաձայնային հոսքաչափեր ջրի և ջերմության կրիչի հոսքը և չափումը վերահսկելու համար:

Ուլտրաձայնի կիրառումը թերությունների հայտնաբերման մեջ

Ուլտրաձայնը լավ է տարածվում որոշ նյութերում, ինչը հնարավորություն է տալիս օգտագործել այն այս նյութերից պատրաստված արտադրանքի ուլտրաձայնային թերությունների հայտնաբերման համար: Վերջերս զարգանում է ուլտրաձայնային մանրադիտակի ուղղությունը, որը հնարավորություն է տալիս ուսումնասիրել լավ լուծաչափով նյութի ստորգետնյա շերտը։

Ուլտրաձայնային զոդում

Ուլտրաձայնային զոդում - ճնշման եռակցում, որն իրականացվում է ուլտրաձայնային թրթռումների ազդեցության տակ: Եռակցման այս տեսակն օգտագործվում է այն մասերը միացնելու համար, որոնք դժվար է տաքացնել, կամ տարբեր մետաղներ կամ մետաղներ ամուր օքսիդային թաղանթներով (ալյումին, չժանգոտվող պողպատ, հավերժական լյումինե մագնիսական միջուկներ և այլն) միացնելիս: Այսպիսով, ուլտրաձայնային եռակցումը օգտագործվում է ինտեգրալ սխեմաների արտադրության մեջ:

Ուլտրաձայնի օգտագործումը էլեկտրալվացման մեջ

Ուլտրաձայնային հետազոտությունն օգտագործվում է գալվանական պրոցեսների ինտենսիվացման և էլեկտրաքիմիական եղանակով արտադրվող ծածկույթների որակը բարելավելու համար։