დიმიტრი ლევკინი

ულტრაბგერა- მექანიკური ვიბრაციები, რომლებიც მდებარეობს ადამიანის ყურისთვის მოსასმენი სიხშირის დიაპაზონის ზემოთ (ჩვეულებრივ, 20 kHz). ულტრაბგერითი ვიბრაციები მოძრაობენ ტალღის ფორმით, სინათლის გავრცელების მსგავსი. თუმცა, სინათლის ტალღებისგან განსხვავებით, რომლებსაც შეუძლიათ ვაკუუმში გადაადგილება, ულტრაბგერითი საჭიროებს ელასტიურ გარემოს, როგორიცაა აირი, თხევადი ან მყარი.

, (3)

განივი ტალღებისთვის იგი განისაზღვრება ფორმულით

ხმის დისპერსია- მონოქრომატული ხმის ტალღების ფაზური სიჩქარის დამოკიდებულება მათ სიხშირეზე. ხმის სიჩქარის დისპერსია შეიძლება გამოწვეული იყოს როგორც ფიზიკური თვისებებიგარემო და მასში უცხო ჩანართების არსებობა და სხეულის საზღვრების არსებობა, რომელშიც ბგერის ტალღა ვრცელდება.

ულტრაბგერითი ტალღების სახეობები

ულტრაბგერითი მეთოდების უმეტესობაში გამოიყენება გრძივი ან ათვლის ტალღები. ასევე არსებობს ულტრაბგერითი გავრცელების სხვა ფორმები, მათ შორის ზედაპირული ტალღები და ბატკნის ტალღები.

გრძივი ულტრაბგერითი ტალღები- ტალღები, რომელთა გავრცელების მიმართულება ემთხვევა საშუალო ნაწილაკების გადაადგილებისა და სიჩქარის მიმართულებას.

განივი ულტრაბგერითი ტალღები- ტალღები, რომლებიც ვრცელდება სიბრტყის პერპენდიკულარული მიმართულებით, რომელშიც სხეულის ნაწილაკების გადაადგილების მიმართულებები და სიჩქარეები დევს, იგივეა, რაც ათვლის ტალღები.

ზედაპირული (Rayleigh) ულტრაბგერითი ტალღებიაქვს ნაწილაკების ელიფსური მოძრაობა და ვრცელდება მასალის ზედაპირზე. მათი სიჩქარე არის ათვლის ტალღის გავრცელების სიჩქარის დაახლოებით 90%, ხოლო მასალის სიღრმეში მათი შეღწევა დაახლოებით ერთი ტალღის სიგრძის ტოლია.

ბატკნის ტალღა- ელასტიური ტალღა, რომელიც ვრცელდება მყარ ფირფიტაში (ფენაში) თავისუფალი საზღვრებით, რომელშიც ნაწილაკების ვიბრაციული გადაადგილება ხდება როგორც ტალღის გავრცელების მიმართულებით, ასევე ფირფიტის სიბრტყის პერპენდიკულარულად. ბატკნის ტალღები ნორმალური ტალღების ერთ-ერთი სახეობაა ელასტიური ტალღების გამტარში - ფირფიტაში თავისუფალი საზღვრებით. იმიტომ რომ ეს ტალღები უნდა აკმაყოფილებდეს არა მხოლოდ ელასტიურობის თეორიის განტოლებებს, არამედ ფირფიტის ზედაპირზე არსებულ სასაზღვრო პირობებს, მათში მოძრაობის ნიმუში და მათი თვისებები უფრო რთულია, ვიდრე ტალღების ტალღები შეუზღუდავ მყარ სხეულებში.

ულტრაბგერითი ტალღების ვიზუალიზაცია

სიბრტყის სინუსოიდური მოძრავი ტალღისთვის, ულტრაბგერითი ინტენსივობა I განისაზღვრება ფორმულით

, (5)

ვ სფერული მოძრავი ტალღაულტრაბგერის ინტენსივობა უკუპროპორციულია წყაროდან მანძილის კვადრატთან. ვ მდგარი ტალღა I = 0, ანუ საშუალოდ არ არის ხმის ენერგიის ნაკადი. ულტრაბგერითი ინტენსივობა ში ჰარმონიული სიბრტყის მოძრავი ტალღაუდრის ხმის ტალღის ენერგიის სიმკვრივეს გამრავლებული ბგერის სიჩქარეზე. ბგერის ენერგიის დინებას ახასიათებს ე.წ უმოვის ვექტორით- ბგერის ტალღის ენერგიის ნაკადის სიმკვრივის ვექტორი, რომელიც შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ულტრაბგერითი ინტენსივობის ნამრავლად ტალღის ნორმალური ვექტორით, ანუ ტალღის ფრონტის პერპენდიკულარული ერთეული ვექტორი. თუ ხმის ველი არის სხვადასხვა სიხშირის ჰარმონიული ტალღების სუპერპოზიცია, მაშინ ბგერის ენერგიის ნაკადის საშუალო სიმკვრივის ვექტორისთვის ხდება კომპონენტების მატება.

ემიტერებზე, რომლებიც ქმნიან თვითმფრინავის ტალღას, ისინი საუბრობენ რადიაციის ინტენსივობაამით გაგება ემიტერის სპეციფიკური სიმძლავრე, ანუ გამოსხივებული ხმის სიმძლავრე გამოსხივების ზედაპირის ფართობის ერთეულზე.

ხმის ინტენსივობა იზომება SI ერთეულებში W/m2-ში. ულტრაბგერითი ტექნოლოგიაში, ულტრაბგერითი ინტენსივობის ცვლილებების დიაპაზონი ძალიან დიდია - ზღვრული მნიშვნელობებიდან ~ 10 -12 W / m 2 ასობით კვტ / მ 2-მდე ულტრაბგერითი კონცენტრატორების ფოკუსში.

ცხრილი 1 - ზოგიერთი გავრცელებული მასალის თვისებები

მასალა	სიმკვრივე, კგ / მ 3	გრძივი ტალღის სიჩქარე, მ/წმ	ათვლის ტალღის სიჩქარე, მ/წმ	, 10 3 კგ / (მ 2 * წმ)
აკრილის	1180	2670	-	3,15
Საჰაერო	0,1	330	-	0,00033
ალუმინის	2700	6320	3130	17,064
თითბერი	8100	4430	2120	35,883
სპილენძი	8900	4700	2260	41,830
მინა	3600	4260	2560	15,336
ნიკელი	8800	5630	2960	49,544
პოლიამიდი (ნეილონი)	1100	2620	1080	2,882
ფოლადი (დაბალი შენადნობის)	7850	5940	3250	46,629
ტიტანის	4540	6230	3180	26,284
ვოლფრამი	19100	5460	2620	104,286
წყალი (293K)	1000	1480	-	1,480

ულტრაბგერის შესუსტება

ულტრაბგერის ერთ-ერთი მთავარი მახასიათებელია მისი შესუსტება. ულტრაბგერის შესუსტებაარის ამპლიტუდის და, შესაბამისად, ხმის ტალღის დაქვეითება მისი გავრცელებისას. ულტრაბგერის შესუსტება მრავალი მიზეზის გამო ხდება. მთავარია:

ამ მიზეზთაგან პირველი დაკავშირებულია იმ ფაქტთან, რომ ტალღის გავრცელებისას წერტილიდან ან სფერული წყაროდან, წყაროს მიერ გამოსხივებული ენერგია ნაწილდება ტალღის ფრონტის მზარდ ზედაპირზე და, შესაბამისად, ენერგიის ნაკადი ერთეულის ზედაპირზე მცირდება. , ე.ი ... სფერული ტალღისთვის, რომლის ტალღის ზედაპირი იზრდება წყაროდან r მანძილით, როგორც r 2, ტალღის ამპლიტუდა მცირდება პროპორციულად, ხოლო ცილინდრული ტალღისთვის, პროპორციულად.

ამორტიზაციის ფაქტორი გამოიხატება დეციბელებში მეტრზე (დბ/მ) ან ნეპერებში მეტრზე (Np/m).

სიბრტყე ტალღისთვის, ამპლიტუდის შესუსტების კოეფიციენტი მანძილით განისაზღვრება ფორმულით

, (6)

განისაზღვრება შესუსტების კოეფიციენტი დროის მიმართ

, (7)

კოეფიციენტის გასაზომად, ამ შემთხვევაში ასევე გამოიყენება ერთეული dB / m

, (8)

დეციბელი (დბ) არის ლოგარითმული ერთეული აკუსტიკაში ენერგიების ან სიმძლავრის თანაფარდობის გასაზომად.

, (9)

• სადაც A 1 არის პირველი სიგნალის ამპლიტუდა,
• A 2 - მეორე სიგნალის ამპლიტუდა

მაშინ ურთიერთობა გაზომვის ერთეულებს შორის (დბ/მ) და (1/მ) იქნება:

ულტრაბგერის ასახვა ინტერფეისიდან

როდესაც ხმის ტალღა მოხვდება მედიას შორის ინტერფეისში, ენერგიის ნაწილი აისახება პირველ გარემოში, ხოლო დანარჩენი ენერგია გადავა მეორე გარემოში. ასახულ ენერგიასა და მეორე გარემოში გადამავალ ენერგიას შორის თანაფარდობა განისაზღვრება პირველი და მეორე საშუალების ტალღური წინაღობებით. ხმის სიჩქარის დისპერსიის არარსებობის შემთხვევაში ტალღის წინაღობაარ არის დამოკიდებული ტალღის ფორმაზე და გამოიხატება ფორმულით:

ასახვის და გადაცემის კოეფიციენტები განისაზღვრება შემდეგნაირად

• სადაც D არის ხმის წნევის გადაცემის კოეფიციენტი

ასევე უნდა აღინიშნოს, რომ თუ მეორე მედია აკუსტიკურად უფრო რბილია, ე.ი. Z 1> Z 2, შემდეგ ასახვისას ტალღის ფაზა იცვლება 180˚-ით.

ენერგიის გადაცემა ერთი საშუალოდან მეორეზე განისაზღვრება მეორე გარემოში გადასული ტალღის ინტენსივობის თანაფარდობით დაცემის ტალღის ინტენსივობასთან.

, (14)

ულტრაბგერითი ტალღების ჩარევა და დიფრაქცია

ხმის ჩარევა- შედეგად მიღებული ხმის ტალღის ამპლიტუდის სივრცითი განაწილების არაერთგვაროვნება, რაც დამოკიდებულია სივრცეში ამა თუ იმ წერტილში დამატებული ტალღების ფაზებს შორის ურთიერთობაზე. როდესაც ემატება იგივე სიხშირის ჰარმონიული ტალღები, შედეგად მიღებული ამპლიტუდების სივრცითი განაწილება ქმნის დროიდან დამოუკიდებელ ჩარევის შაბლონს, რომელიც შეესაბამება შემადგენელი ტალღების ფაზური სხვაობის ცვლილებას წერტილიდან წერტილამდე გადასვლისას. ორი ჩარევის ტალღისთვის, სიბრტყეზე ამ ნიმუშს აქვს გამაძლიერებელი ზოლების მონაცვლეობა და ხმის ველის დამახასიათებელი სიდიდის ამპლიტუდის შესუსტება (მაგალითად, ხმის წნევა). ორი სიბრტყე ტალღისთვის, ზოლები სწორხაზოვანია, ამპლიტუდა ცვალებადობს ზოლებზე ფაზის სხვაობის ცვლილების მიხედვით. ჩარევის მნიშვნელოვანი განსაკუთრებული შემთხვევაა თვითმფრინავის ტალღის დამატება სიბრტყის საზღვრიდან მისი ასახვით; ამ შემთხვევაში, დგას ტალღა იქმნება კვანძებისა და ანტიკვანძების სიბრტყეებით, რომლებიც მდებარეობს საზღვრის პარალელურად.

ხმის დიფრაქცია- ხმის ქცევის გადახრა გეომეტრიული აკუსტიკის კანონებიდან, ბგერის ტალღური ბუნების გამო. ბგერის დიფრაქციის შედეგია ულტრაბგერითი სხივების დივერგენცია ემიტერიდან მოშორებისას ან ეკრანის ხვრელში გავლის შემდეგ, ხმის ტალღების გადახრა ჩრდილში დაბრკოლებების მიღმა, რომლებიც დიდია ტალღის სიგრძესთან შედარებით, არარსებობა. დაბრკოლებების მიღმა ჩრდილი, რომლებიც ტალღის სიგრძესთან შედარებით მცირეა და ა.შ. n. ხმოვანი ველები, რომლებიც შექმნილია საწყისი ტალღის დიფრაქციის შედეგად, გარემოში მოთავსებული დაბრკოლებებით, თავად საშუალების არაერთგვაროვნებით, აგრეთვე საზღვრების დარღვევითა და არაერთგვაროვნებით. მედიუმს უწოდებენ გაფანტულ ველებს. ობიექტებისთვის, რომლებზეც ხდება ხმის დიფრაქცია, დიდია ტალღის სიგრძესთან შედარებით, გეომეტრიული ნიმუშიდან გადახრების ხარისხი დამოკიდებულია ტალღის პარამეტრის მნიშვნელობაზე.

, (15)

• სადაც D არის ობიექტის დიამეტრი (მაგალითად, ულტრაბგერითი ემიტერის ან დაბრკოლების დიამეტრი),
• r - დაკვირვების წერტილის მანძილი ამ ობიექტიდან

ულტრაბგერითი გამომცემლები

ულტრაბგერითი გამომცემლები- მოწყობილობები, რომლებიც გამოიყენება ულტრაბგერითი ვიბრაციებისა და ტალღების გასაღვიძებლად აირისებრ, თხევად და მყარ გარემოში. ულტრაბგერითი გამოსხივება ნებისმიერი სხვა სახის ენერგიას ენერგიად გარდაქმნის.

ყველაზე ფართოდ გამოიყენება ულტრაბგერითი გამოსხივების სახით ელექტროაკუსტიკური გადამყვანები... ამ ტიპის ულტრაბგერითი გამომცემლების აბსოლუტურ უმრავლესობაში, კერძოდ, ქ პიეზოელექტრული გადამყვანები , მაგნიტოსტრიქტორული გადამყვანები, ელექტროდინამიკური ემიტერები, ელექტრომაგნიტური და ელექტროსტატიკური ემიტერები, ელექტრული ენერგია გარდაიქმნება ნებისმიერი მყარი სხეულის ვიბრაციის ენერგიად (გამომცემი ფირფიტა, ღერო, დიაფრაგმა და სხვ.), რომელიც ასხივებს აკუსტიკური ტალღებს გარემოში. ყველა ეს გადამყვანი, როგორც წესი, წრფივია და, შესაბამისად, გამოსხივების სისტემის რხევები ფორმაში რეპროდუცირებს ამაღელვებელ ელექტრულ სიგნალს; მხოლოდ რხევების ძალიან მაღალი ამპლიტუდების დროს ულტრაბგერითი ემიტერის დინამიური დიაპაზონის ზედა ზღვართან ახლოს შეიძლება მოხდეს არაწრფივი დამახინჯება.

კონვერტორებში, რომლებიც შექმნილია მონოქრომატული ტალღის გამოსაცემად, ფენომენი გამოიყენება რეზონანსი: ისინი მოქმედებენ მექანიკური რხევის სისტემის ერთ-ერთ ბუნებრივ რხევაზე, რომლის სიხშირეზეა მორგებული ელექტრული რხევების გენერატორი, რომელიც აღაგზნებს გადამყვანს. ელექტროაკუსტიკური გადამყვანები, რომლებსაც არ აქვთ მყარი მდგომარეობის გამოსხივების სისტემა, შედარებით იშვიათად გამოიყენება ულტრაბგერითი გამოსხივების სახით; მათ შორისაა, მაგალითად, ულტრაბგერითი ემიტერები, რომლებიც დაფუძნებულია სითხეში ელექტრო გამონადენზე ან სითხის ელექტროსტრიქციაზე.

ულტრაბგერითი გადამყვანის მახასიათებლები

ულტრაბგერითი გამოსხივების ძირითადი მახასიათებლებია მათი სიხშირის სპექტრიემიტირებული ხმის ძალა, რადიაციის მიმართულება... მონოსიხშირული გამოსხივების შემთხვევაში ძირითადი მახასიათებლებია მუშაობის სიხშირეულტრაბგერის გამომცემი და მისი სიხშირის დიაპაზონი, რომლის საზღვრები განისაზღვრება გამოსხივებული სიმძლავრის ორჯერ ვარდნით მაქსიმალური გამოსხივების სიხშირეზე მის მნიშვნელობასთან შედარებით. რეზონანსული ელექტროაკუსტიკური გადამყვანებისთვის მუშაობის სიხშირე არის ბუნებრივი სიხშირეკონვერტორის f 0 და ხაზის სიგანეΔf განისაზღვრება მისი ხარისხის ფაქტორიქ.

ულტრაბგერითი ემიტერები (ელექტროაკუსტიკური გადამყვანები) ხასიათდებიან მგრძნობელობით, ელექტროაკუსტიკური ეფექტურობით და საკუთარი ელექტრული წინაღობით.

ულტრაბგერითი გადამცემის მგრძნობელობა- ხმის წნევის თანაფარდობა მიმართულების მახასიათებლის მაქსიმუმზე ემიტერიდან გარკვეულ მანძილზე (ყველაზე ხშირად 1 მ მანძილზე) მასზე არსებულ ელექტრო ძაბვასთან ან მასში გადინებულ დენთან. ეს მახასიათებელი ეხება ულტრაბგერითი ემიტერებს, რომლებიც გამოიყენება ხმოვან სიგნალიზაციაში, სონარულ სისტემებში და სხვა მსგავს მოწყობილობებში. ტექნოლოგიური მიზნებისთვის გამოსხივებისთვის, რომელიც გამოიყენება, მაგალითად, ულტრაბგერითი გაწმენდის, კოაგულაციის, ქიმიური პროცესების ზემოქმედების დროს, მთავარი მახასიათებელია სიმძლავრე. W-ში შეფასებულ მთლიან გამოსხივებულ სიმძლავრესთან ერთად ახასიათებს ულტრაბგერითი გამოსხივებები სპეციფიკური ძალაანუ, საშუალო სიმძლავრე ემიტირებული ზედაპირის ფართობის ერთეულზე, ან გამოსხივების საშუალო ინტენსივობა ახლო ველში, შეფასებული W/m 2-ში.

ელექტროაკუსტიკური გადამყვანების ეფექტურობა, რომლებიც ასხივებენ აკუსტიკური ენერგია ხმოვან გარემოში, ხასიათდება მათი მნიშვნელობით. ელექტროაკუსტიკური ეფექტურობა, რომელიც არის გამოსხივებული აკუსტიკური სიმძლავრის თანაფარდობა მოხმარებულ ელექტროენერგიასთან. აკუსტოელექტრონიკაში, ულტრაბგერითი გამოსხივების ეფექტურობის შესაფასებლად გამოიყენება ე.წ. ელექტრული დანაკარგის ფაქტორი, რომელიც უდრის ელექტროენერგიის აკუსტიკური სიმძლავრის თანაფარდობას (დბ-ში). ულტრაბგერითი შედუღების, დამუშავებისა და მსგავსების დროს გამოყენებული ულტრაბგერითი ხელსაწყოების ეფექტურობა ხასიათდება ეგრეთ წოდებული ეფექტურობის კოეფიციენტით, რომელიც არის ვიბრაციული გადაადგილების ამპლიტუდის კვადრატის თანაფარდობა კონცენტრატორის სამუშაო ბოლოში მოხმარებულ ელექტრო ენერგიასთან. გადამყვანის მიერ. ზოგჯერ ეფექტური ელექტრომექანიკური შეერთების კოეფიციენტი გამოიყენება ულტრაბგერითი ემიტერებში ენერგიის გარდაქმნის დასახასიათებლად.

ემიტერის ხმის ველი

გადამცემის ხმის ველი იყოფა ორ ზონად: ახლო ზონად და შორს. ზონასთან ახლოსეს არის უბანი გადამცემის წინ, სადაც ექოს ამპლიტუდა გადის მაღალ და დაბალ სერიებს. ახლო ზონა მთავრდება ბოლო მაქსიმუმზე, რომელიც მდებარეობს გადამყვანიდან N მანძილზე. ცნობილია, რომ ბოლო მაქსიმუმის მდებარეობა არის გადამყვანის ბუნებრივი აქცენტი. შორეული ზონაეს არის ის უბანი N უკან, სადაც ხმის ველის წნევა თანდათან მცირდება ნულამდე.

ბოლო მაქსიმალური N-ის პოზიცია აკუსტიკური ღერძზე, თავის მხრივ, დამოკიდებულია დიამეტრზე და ტალღის სიგრძეზე და დისკის წრიული რადიატორისთვის გამოიხატება ფორმულით

, (17)

თუმცა, რადგან D ჩვეულებრივ გაცილებით დიდია, განტოლება შეიძლება გამარტივდეს და ფორმამდე შემცირდეს

ხმის ველის მახასიათებლები განისაზღვრება ულტრაბგერითი გადამცემის დიზაინით. შესაბამისად, ხმის გავრცელება შესასწავლ ტერიტორიაზე და სენსორის მგრძნობელობა დამოკიდებულია მის ფორმაზე.

ულტრაბგერის გამოყენება

ულტრაბგერის სხვადასხვა აპლიკაციები, რომლებშიც გამოიყენება მისი სხვადასხვა ფუნქციები, პირობითად შეიძლება დაიყოს სამ მიმართულებით. დაკავშირებულია ულტრაბგერითი ტალღების საშუალებით ინფორმაციის მიღებასთან, - ნივთიერებაზე აქტიურ ზემოქმედებასთან და - სიგნალების დამუშავებასა და გადაცემასთან (მიმართულებები ჩამოთვლილია მათი ისტორიული ფორმირების თანმიმდევრობით). თითოეული კონკრეტული განაცხადისთვის გამოიყენება კონკრეტული სიხშირის დიაპაზონის ულტრაბგერა.

თუ უწყვეტ გარემოში - აირები, სითხეები ან მყარი ნივთიერებები გარემოს ნაწილაკები გამოდის წონასწორობის მდგომარეობიდან, მაშინ სხვა ნაწილაკებისგან მათზე მოქმედი ელასტიური ძალები დააბრუნებს მათ წონასწორობის მდგომარეობაში. ამ შემთხვევაში, ნაწილაკები შეასრულებენ რხევად მოძრაობას. ელასტიური ვიბრაციების გავრცელება უწყვეტ გარემოში არის ტალღის მსგავსი პროცესი.
ვიბრაციები სიხშირით ჰერცის ერთეულებიდან (ჰც) 20 ჰერცამდე ეწოდება ინფრაბგერითი, სიხშირეზე 20 Hz-დან 16 ... 20 kHz-მდე, რხევები ქმნის გასაგონი ხმები. ულტრაბგერითი ვიბრაციებიშეესაბამება სიხშირეებს 16 ... 20 kHz-დან 10 8 Hz-მდე და რხევები 10 8 Hz-ზე მეტი სიხშირით ე.წ. ჰიპერხმები... ნახაზი 1.1 გვიჩვენებს ლოგარითმული სიხშირის სკალას გამოხატვის საფუძველზე lg 2 f = 1, 2, 3 ..., n,სადაც 1, 2, 3 ..., n- ოქტავის რიცხვები.

სურათი 1.1 - ელასტიური ვიბრაციების დიაპაზონები მატერიალურ მედიაში

ელასტიური ვიბრაციების ფიზიკური ბუნება იგივეა მთელ სიხშირის დიაპაზონში. ელასტიური ვიბრაციების ბუნების გასაგებად, განვიხილოთ მათი თვისებები.
ტალღის ფორმა არის ტალღის ფრონტის ფორმა, ე.ი. იგივე ფაზის მქონე ქულების კოლექცია. თვითმფრინავის რხევები ქმნის სიბრტყის ხმის ტალღას, თუ ცილინდრი ემსახურება როგორც ემიტერი, პერიოდულად იკუმშება და ფართოვდება მისი რადიუსის მიმართულებით, მაშინ წარმოიქმნება ცილინდრული ტალღა. წერტილის ემიტერი, ან პულსირებული ბურთი, რომლის ზომები მცირეა გამოსხივებული ტალღის სიგრძესთან შედარებით, წარმოქმნის სფერულ ტალღას.

ხმის ტალღები კლასიფიცირდება მიხედვით ტალღების ტიპი : ისინი შეიძლება იყოს გრძივი, განივი, მოსახვევი, ბრუნვითი - აგზნების და გავრცელების პირობებიდან გამომდინარე. სითხეებსა და აირებში ვრცელდება მხოლოდ გრძივი ტალღები; მყარ სხეულებში ასევე შეიძლება მოხდეს განივი და ჩამოთვლილი სხვა ტიპის ტალღები. გრძივი ტალღის დროს ნაწილაკების რხევების მიმართულება ემთხვევა ტალღის გავრცელების მიმართულებას (სურათი 1.2, ა), ათვლის ტალღა ვრცელდება ნაწილაკების რხევების მიმართულების პერპენდიკულურად (სურათი 1.2, ბ) .

ა) საშუალო ნაწილაკების მოძრაობა გრძივი ტალღის გავრცელებისას; ბ) საშუალო ნაწილაკების მოძრაობა განივი ტალღის გავრცელებისას.

სურათი 1.2 - ნაწილაკების მოძრაობა ტალღის გავრცელების დროს

ნებისმიერი ტალღა, როგორც დროში და სივრცეში გავრცელებული რხევა, შეიძლება დახასიათდეს სიხშირე , ტალღის სიგრძე და დიაპაზონი (სურათი 3). ამ შემთხვევაში, ტალღის სიგრძე λ დაკავშირებულია სიხშირესთან ვმოცემულ მასალაში ტალღის გავრცელების სიჩქარით გ: λ = გ / ვ.

სურათი 1.3 - რხევის პროცესის მახასიათებლები

1.6 დაბალი ენერგიის ულტრაბგერითი ვიბრაციების პრაქტიკული გამოყენება

დაბალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი ვიბრაციების გამოყენების სფერო (ჩვეულებრივ 1 ვტ/სმ 2-მდე) ძალიან ვრცელია და თავის მხრივ განვიხილავთ დაბალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი ვიბრაციების რამდენიმე ძირითად გამოყენებას.
1. ულტრაბგერითი მოწყობილობები ქიმიური მახასიათებლების კონტროლისთვისსხვადასხვა მასალები და გარემო. ყველა მათგანი დაფუძნებულია ულტრაბგერითი ვიბრაციის სიჩქარის შეცვლაზე და საშუალებას იძლევა:
- ორობითი ნარევების კონცენტრაციის განსაზღვრა;
- ხსნარების სიმკვრივე;
- პოლიმერიზაციის ხარისხი;
- მინარევების, გაზის ბუშტების ხსნარებში ყოფნა;
- ქიმიური რეაქციების წარმოშობის სიჩქარის განსაზღვრა;
- რძის, ნაღების, არაჟანის ცხიმიანობა;
- დისპერსია ჰეტეროგენულ სისტემებში და ა.შ.
თანამედროვე ულტრაბგერითი მოწყობილობების გარჩევადობა არის 0,05%, გამრავლების სიჩქარის გაზომვის სიზუსტე 1 მ სიგრძის ნიმუშებზე არის 0,5-1 მ/წმ (მეტალში სიჩქარე 5000 მ/წმ-ზე მეტია). თითქმის ყველა გაზომვა ხორციელდება სტანდარტთან შედარებით.
2. ფიზიკური და ქიმიური მახასიათებლების კონტროლის ინსტრუმენტებიულტრაბგერითი შესუსტების გაზომვის საფუძველზე. ასეთი მოწყობილობები საშუალებას გაძლევთ გაზომოთ სიბლანტე, გაზომოთ სიმკვრივე, შემადგენლობა, მინარევების შემცველობა, გაზები და ა.შ. გამოყენებული ტექნიკა ასევე ეფუძნება ბენჩმარკინგის მეთოდებს.
3. ულტრაბგერითი ნაკადის მრიცხველები მილსადენებში სითხეებისთვის... მათი მოქმედება ასევე ეფუძნება ულტრაბგერითი ვიბრაციების გავრცელების სიჩქარის გაზომვას სითხის ნაკადის გასწვრივ და ზემოთ. ორი სიჩქარის შედარება საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ ნაკადის სიჩქარე, ხოლო მილსადენის ცნობილი განივი მონაკვეთით, დინების სიჩქარე. ერთ-ერთი მრიცხველის მაგალითი (No15183 საზომი ხელსაწყოების სახელმწიფო რეესტრში) ნაჩვენებია ნახაზზე 1.4.

სურათი 1.4 - სტაციონარული ულტრაბგერითი ნაკადის მრიცხველი "AKRON"

ასეთი ნაკადის მრიცხველი ზომავს მოცულობითი ნაკადის სიჩქარეს და სითხეების მთლიან მოცულობას (რაოდენობას), რომლებიც მიედინება წყალმომარაგების, კანალიზაციის და ნავთობპროდუქტების მიწოდების სისტემების წნევის მილსადენებში, მოქმედ მილსადენში შეერთების გარეშე. ნაკადის მრიცხველის მუშაობის პრინციპია ტრანზიტის დროის სხვაობის გაზომვა ულტრაბგერითი ტალღაკონტროლირებადი სითხის ქვემოთ და ზემოთ, მისი ხელახალი გამოთვლა მყისიერ ნაკადად, შემდგომი ინტეგრაციით.
ინსტრუმენტის შეცდომა არის გაზომვის ზედა ლიმიტის 2%. ზედა და ქვედა გაზომვის ლიმიტები დგინდება ოპერატორის მიერ. ნაკადის მრიცხველი მოიცავს სენსორულ ერთეულს (შედგება ორი ულტრაბგერითი სენსორისგან და მოწყობილობის მილზე დასამაგრებლად) და ელექტრონულ ერთეულს, რომელიც დაკავშირებულია RF კაბელით 50 მ სიგრძით (სტანდარტული 10 მ). სენსორები დამონტაჟებულია მილსადენის სწორ მონაკვეთზე გარე ზედაპირზე, ჭუჭყისგან, საღებავისა და ჟანგისგან. სენსორების სწორი ინსტალაციის პირობა არის მილის არანაკლებ 10 დიამეტრის სწორი მილის მონაკვეთის არსებობა - სენსორების წინ და 5 დიამეტრის სენსორების შემდეგ.
4. დონის ინდიკატორები
მოქმედების პრინციპი ემყარება თხევადი ან ნაყარი მასალების დონის მდებარეობას ულტრაბგერითი იმპულსებით, რომლებიც გადის გაზის გარემოში და ამ პულსების ასახვის ფენომენს "გაზით კონტროლირებადი საშუალო" ინტერფეისიდან. ამ შემთხვევაში, დონის საზომი არის ხმის ვიბრაციების გავრცელების დრო ემიტერიდან მედიის კონტროლირებად ინტერფეისამდე და უკან მიმღებამდე. გაზომვის შედეგი ნაჩვენებია პერსონალურ კომპიუტერზე, სადაც ყველა გაზომვა დამახსოვრებულია, შემდგომი მათი ნახვისა და ანალიზის შესაძლებლობით, ასევე მონაცემთა შეგროვებისა და დამუშავების ავტომატიზებულ სისტემასთან დაკავშირების შესაძლებლობით. დონის ლიანდაგი, როგორც სისტემის ნაწილი, შეიძლება შეიცავდეს სახელმწიფო მანქანებს, ტუმბოებს და სხვა მოწყობილობებს მაქსიმალურ და მინიმალურ მნიშვნელობებზე ზემოთ დონეზე, რაც შესაძლებელს ხდის ტექნოლოგიური პროცესის ავტომატიზაციას. გარდა ამისა, დენის გამომავალი (0,5 mA, 0-20 mA) იქმნება ჩამწერებისთვის.
დონის შეცვლა საშუალებას გაძლევთ აკონტროლოთ საშუალო ტემპერატურა ტანკებში. ძირითადი გამომავალი ფორმატი არის მანძილი ავზის ზემოდან მასში შემავალი ნივთიერების ზედაპირამდე. დამკვეთის მოთხოვნით, საჭირო ინფორმაციის მიწოდებით, შესაძლებელია ავზში ნივთიერების სიმაღლის, მასის ან მოცულობის ჩვენების მოწყობილობის მოდიფიცირება.
5. გაზის შემადგენლობის ულტრაბგერითი ანალიზატორებიემყარება ულტრაბგერითი სიჩქარის დამოკიდებულების გამოყენებას გაზების ნარევში თითოეულ გაზზე, რომელიც ქმნის ამ ნარევის სიჩქარეს.
6. უსაფრთხოების ულტრაბგერითი მოწყობილობებიულტრაბგერითი ველების სხვადასხვა პარამეტრების გაზომვის საფუძველზე (რხევების ამპლიტუდა, როდესაც ემიტერსა და მიმღებს შორის სივრცე გადახურულია, სიხშირის ცვლილებები მოძრავი ობიექტიდან ასახვისას და ა.შ.).
7. გაზის ტემპერატურის მრიცხველები და ხანძარსაწინააღმდეგო სიგნალიზაცია ეფუძნება გავრცელების სიჩქარის ცვლილებას, როდესაც იცვლება გარემო ტემპერატურა ან ჩნდება კვამლი.
8. მოწყობილობები ულტრაბგერითი არა-დესტრუქციული ტესტირებისთვის.არადესტრუქციული ტესტირება მასალებისა და პროდუქტების ხარისხის უზრუნველსაყოფად ერთ-ერთი მთავარი ტექნოლოგიური მეთოდია. ერთზე მეტი პროდუქტი არ უნდა მუშაობდეს ტესტირების გარეშე. შეგიძლიათ შეამოწმოთ ტესტირებით, მაგრამ შეგიძლიათ შეამოწმოთ 1-10 ელემენტი, მაგრამ არ შეგიძლიათ შეამოწმოთ ყველა ელემენტის 100%, რადგან შემოწმება - ეს ნიშნავს ყველა პროდუქტის გაფუჭებას. ამიტომ აუცილებელია მისი განადგურების გარეშე შემოწმება.
ერთ-ერთი ყველაზე იაფი, მარტივი და მგრძნობიარეა არადესტრუქციული ტესტირების ულტრაბგერითი მეთოდი. ძირითადი უპირატესობები სხვა არა-დესტრუქციული ტესტირების მეთოდებთან შედარებით არის:

- მასალის სიღრმეში მდებარე დეფექტების გამოვლენა, რაც შესაძლებელი გახდა შეღწევადობის გაუმჯობესებული უნარის გამო. ულტრაბგერითი გამოკვლევა ტარდება რამდენიმე მეტრის სიღრმეზე. სხვადასხვა პროდუქტი ექვემდებარება შემოწმებას, მაგალითად: გრძელი ფოლადის წნელები, მბრუნავი შტამპები და ა.შ.;
- მაღალი მგრძნობელობა რამდენიმე მილიმეტრიანი უკიდურესად მცირე დეფექტების გამოვლენისას;
- შიდა დეფექტების ადგილმდებარეობის ზუსტი განსაზღვრა, მათი ზომის შეფასება, მიმართულების მახასიათებლები, ფორმა და ბუნება;
- პროდუქტის მხოლოდ ერთ მხარეს ხელმისაწვდომობის საკმარისი რაოდენობა;
- პროცესის კონტროლი ელექტრონული საშუალებებით, რაც უზრუნველყოფს დეფექტების თითქმის მყისიერ გამოვლენას;
- მოცულობითი სკანირება, რომელიც საშუალებას გაძლევთ შეისწავლოთ მასალის მოცულობა;
- არ არის საჭირო ჯანმრთელობის დაცვის ზომები;
- აღჭურვილობის პორტაბელურობა.

1.7 მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი ვიბრაციების პრაქტიკული გამოყენება

დღეს, მაღალი ენერგიის ულტრაბგერითი ვიბრაციების დახმარებით განხორციელებული და გაძლიერებული ძირითადი პროცესები, როგორც წესი, იყოფა სამ მთავარ ქვეჯგუფად, რაც დამოკიდებულია გარემოს ტიპზე, რომელშიც ისინი განხორციელდება (სურათი 1.5).

სურათი 1.5 - მაღალი ენერგიის ულტრაბგერითი ვიბრაციების გამოყენება

გარემოს ტიპებიდან გამომდინარე, პროცესები პირობითად იყოფა პროცესებად თხევადი, მყარი და თერმოპლასტიკური მასალებისა და აირისებრი (ჰაერი) გარემოში. შემდეგ სექციებში უფრო დეტალურად იქნება განხილული პროცესები და მოწყობილობები თხევად, მყარ და თერმოპლასტურ მასალებში და აირისებრ საშუალებებში პროცესების გამაძლიერებელი.
შემდეგი, განვიხილავთ ძირითადი ტექნოლოგიების მაგალითებს, რომლებიც განხორციელებულია მაღალი ენერგიის ულტრაბგერითი ვიბრაციების გამოყენებით.
1. განზომილებიანი დამუშავება.

ულტრაბგერითი ვიბრაციები გამოიყენება მყიფე და ზედმეტად მძიმე მასალებისა და ლითონების დასამუშავებლად.
ულტრაბგერითი ვიბრაციებით გაძლიერებული ძირითადი ტექნოლოგიური პროცესებია ბურღვა, ჩაძირვა, ძაფები, მავთულის ამოღება, გაპრიალება, დაფქვა, რთული ხვრელების ბურღვა. ამ ტექნოლოგიური პროცესების ინტენსიფიკაცია ხდება ინსტრუმენტზე ულტრაბგერითი ვიბრაციის დაწესების გამო.
2. ულტრაბგერითი წმენდა.
დღეს, არსებობს მრავალი გზა სხვადასხვა დამაბინძურებლებისგან ზედაპირების გასაწმენდად. ულტრაბგერითი წმენდა უფრო სწრაფია, უზრუნველყოფს მაღალ ხარისხს და რეცხავს ძნელად მისადგომ ადგილებს. ეს უზრუნველყოფს უაღრესად ტოქსიკური, აალებადი და ძვირადღირებული გამხსნელების ჩანაცვლებას უბრალო წყლით.
მაღალი სიხშირის ულტრაბგერითი ვიბრაციების გამოყენებით მანქანის კარბუტერები და ინჟექტორები იწმინდება რამდენიმე წუთში.
გაწმენდის დაჩქარების მიზეზი არის კავიტაცია, განსაკუთრებული ფენომენი, რომლის დროსაც სითხეში წარმოიქმნება გაზის უმცირესი ბუშტები. ეს ბუშტები იფეთქება (ფეთქდება) და ქმნის წყლის მძლავრ ნაკადებს, რომლებიც შლის მთელ ჭუჭყს. ეს არის პრინციპი, რომლითაც დღეს არსებობს სარეცხი მანქანები და პატარა სარეცხი მანქანები. ცალკე განხილული იქნება კავიტაციის პროცესის განხორციელების თავისებურებები და მისი პოტენციალი. UZ ასუფთავებს ლითონებს გასაპრიალებელი პასტებისაგან, ნაგლინი ნაწარმი სასწორისგან, ძვირფასი ქვებისგან გასაპრიალებელი ადგილებიდან. საბეჭდი ფირფიტების წმენდა, ქსოვილების რეცხვა, ამპულების რეცხვა. რთული მილსადენების გაწმენდა. გაწმენდის გარდა, ულტრაბგერითს შეუძლია მოხსნას მცირე ზომის ჩირქები, გაპრიალება.
თხევადი გარემოში ულტრაბგერითი მოქმედება ანადგურებს მიკროორგანიზმებს და ამიტომ ფართოდ გამოიყენება მედიცინასა და მიკრობიოლოგიაში.
ასევე შესაძლებელია ულტრაბგერითი გაწმენდის კიდევ ერთი განხორციელება.
- კვამლის გაწმენდა ჰაერში არსებული მყარი ნაწილაკებისგან. ამისთვის ასევე გამოიყენება ნისლისა და კვამლის ულტრაბგერითი ზემოქმედება. ულტრაბგერითი ველის ნაწილაკები იწყებენ აქტიურ მოძრაობას, ეჯახებიან და იკვრება ერთმანეთს და დეპონირდება კედლებზე. ამ ფენომენს ულტრაბგერითი კოაგულაცია ეწოდება და გამოიყენება ნისლის წინააღმდეგ საბრძოლველად აეროდრომებზე, გზებსა და საზღვაო პორტებზე.
3. ულტრაბგერითი შედუღება.
ამჟამად, მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი ვიბრაციების გამოყენებით, პოლიმერული თერმოპლასტიკური მასალების შედუღება ხდება. პოლიეთილენის მილების, ყუთების, ქილების შედუღება უზრუნველყოფს შესანიშნავ შებოჭილობას. სხვა მეთოდებისგან განსხვავებით, დაბინძურებული პლასტმასის, თხევადი მილების და ა.შ მოხარშვა შესაძლებელია ულტრაბგერით. ამ შემთხვევაში შიგთავსი სტერილიზდება.
ულტრაბგერითი შედუღება გამოიყენება ყველაზე თხელი ფოლგის ან მავთულის ლითონის ნაწილზე შესადუღებლად. უფრო მეტიც, ულტრაბგერითი შედუღება არის ცივი შედუღება, რადგან ნაკერი იქმნება დნობის ტემპერატურაზე დაბალ ტემპერატურაზე. ამრიგად, შედუღებით უერთდებიან ალუმინი, ტანტალი, ცირკონიუმი, ნიობიუმი, მოლიბდენი და სხვ.
ამჟამად, ულტრაბგერითი შედუღება იპოვა ყველაზე დიდი გამოყენება მაღალსიჩქარიანი შეფუთვის პროცესებში და პოლიმერული შესაფუთი მასალების წარმოებაში.
4. შედუღება და დაკონსერვება
ალუმინის შედუღება ხდება მაღალი სიხშირის ულტრაბგერითი ვიბრაციების გამოყენებით. ულტრაბგერის საშუალებით შესაძლებელია კერამიკისა და მინის თუნუქის და შემდეგ შედუღება, რაც აქამდე შეუძლებელი იყო. ფერიტები, ნახევარგამტარული კრისტალების შედუღება მოოქროვილ გარსაცმებზე დღეს რეალიზებულია ულტრაბგერითი ტექნოლოგიის გამოყენებით.
5. ულტრაბგერა თანამედროვე ქიმიაში
ამჟამად, როგორც ლიტერატურული წყაროებიდან ჩანს, ჩამოყალიბდა ქიმიაში ახალი მიმართულება - ულტრაბგერითი ქიმია. ქიმიური გარდაქმნების შესწავლისას, რომლებიც ხდება ულტრაბგერის გავლენის ქვეშ, მეცნიერებმა დაადგინეს, რომ ულტრაბგერა არა მხოლოდ აჩქარებს დაჟანგვას, არამედ ზოგიერთ შემთხვევაში იძლევა შემცირების ეფექტს. ამრიგად, რკინა მცირდება ოქსიდებისა და მარილებისგან.
კარგი დადებითი შედეგები იქნა მიღებული შემდეგი ქიმიურ-ტექნოლოგიური პროცესების ულტრაბგერითი ინტენსიფიკაციის შესახებ:
- ელექტროდეპოზიცია, პოლიმერიზაცია, დეპოლიმერიზაცია, დაჟანგვა, რედუქცია, დისპერსია, ემულსიფიკაცია, აეროზოლური კოაგულაცია, ჰომოგენიზაცია, გაჟღენთვა, დაშლა, შესხურება, გაშრობა, წვა, გარუჯვა და ა.შ.
ელექტროდეპოზიცია - დეპონირებული ლითონი იძენს წვრილკრისტალურ სტრუქტურას, მცირდება ფორიანობა. ამდენად, სპილენძის მოოქროვება, დაფერვა, დავერცხლობა ხორციელდება. პროცესი უფრო სწრაფია და საფარის ხარისხი უფრო მაღალია, ვიდრე ჩვეულებრივ ტექნოლოგიებში.
ემულსიების მიღება: წყალი და ცხიმი, წყალი და ეთერზეთები, წყალი და ვერცხლისწყალი. შეუთავსებლობის ბარიერის გადალახვა ხდება ულტრაბგერით.
პოლიმერიზაცია (მოლეკულების ერთობლიობა) - პოლიმერიზაციის ხარისხი რეგულირდება ულტრაბგერის სიხშირით.
დისპერსია - ზეწვრილი პიგმენტების მიღება საღებავების მისაღებად.
გაშრობა - ბიოლოგიურად აქტიური ნივთიერებები გათბობის გარეშე. კვების, ფარმაცევტულ მრეწველობაში.
შესხურება სითხეები და დნება. სპრეის საშრობების პროცესების გააქტიურება. ლითონის ფხვნილის მიღება დნობისგან. ეს სპრეის მოწყობილობები აცილებენ მბრუნავ და წებოვან ნაწილებს.
ულტრაბგერითი აძლიერებს წვის ეფექტურობას 20-ჯერ თხევადი და მყარი საწვავით.
გაჟღენთვა. სითხე ასჯერ უფრო სწრაფად გადის გაჟღენთილი მასალის კაპილარებში. გამოიყენება გადახურვის მასალის, შპალების, ცემენტის ფილების, ტექსტოლიტის, გეტინაქსის წარმოებაში, ხის მოდიფიცირებული ფისებით გაჟღენთისთვის.
6. ექოსკოპია მეტალურგიაში.
- ცნობილია, რომ დნობისას ლითონები შთანთქავენ ალუმინის და მისი შენადნობების აირებს. მდნარი ლითონის ყველა გაზების 80% არის H2. ეს იწვევს ლითონის ხარისხის გაუარესებას. გაზების მოცილება შესაძლებელია ულტრაბგერითი საშუალებით, რამაც შესაძლებელი გახადა ჩვენს ქვეყანაში შეგვექმნა სპეციალური ტექნოლოგიური ციკლი და ფართოდ გამოვიყენოთ ლითონების წარმოებაში.
- ულტრაბგერითი ასტიმულირებს ლითონების გამკვრივებას
- ფხვნილის მეტალურგიაში ულტრაბგერა ხელს უწყობს წარმოებული მასალის ნაწილაკების გადაბმას. ეს გამორიცხავს მაღალი წნევის დალუქვის საჭიროებას.
7. UZ მაინინგში.
ულტრაბგერის გამოყენება შესაძლებელს ხდის შემდეგი ტექნოლოგიების დანერგვას:
- ნავთობის ჭაბურღილების კედლებიდან პარაფინის მოცილება;
- შახტებში მეთანის აფეთქების აღმოფხვრა მისი შესხურებით;
- მადნების ულტრაბგერითი გამდიდრება (ფლოტაციის მეთოდი ულტრაბგერითი გამოყენებით).
8. კმ სოფლის მეურნეობაში.
ულტრაბგერითი ვიბრაციები დარგვის წინ სასარგებლო გავლენას ახდენს თესლზე და მარცვლებზე. ასე რომ, პომიდვრის თესლის დამუშავება დარგვამდე უზრუნველყოფს ხილის რაოდენობის ზრდას, ამცირებს სიმწიფის დროს და ვიტამინების რაოდენობის ზრდას.
ნესვისა და სიმინდის თესლის ულტრაბგერითი დამუშავება იწვევს მოსავლიანობის 40%-ით ზრდას.
ულტრაბგერითი თესლის დამუშავებისას შესაძლებელია დეზინფექციის უზრუნველყოფა და სითხიდან საჭირო მიკროელემენტების შეყვანა.
9. კვების მრეწველობა.
პრაქტიკაში უკვე დანერგილია შემდეგი ტექნოლოგიები:
- რძის გადამუშავება ჰომოგენიზაციის სტერილიზაციისთვის;
- დამუშავება გაყინული რძის შენახვის ვადის და ხარისხის გაზრდის მიზნით
- მაღალი ხარისხის რძის ფხვნილის მიღება;
- გამოსაცხობად ემულსიების მიღება;
- საფუარის დამუშავება 15%-ით ზრდის მათ დუღილის ძალას;
- არომატული ნივთიერებების მიღება, კარტოფილის პიურე, ღვიძლიდან ცხიმის ამოღება;
- ქვაბის გამოყოფა;
- მცენარეული და ცხოველური ნედლეულის მოპოვება;
- სუნამოების წარმოება (6 ... 8 საათი წლის ნაცვლად).
10. ექოსკოპია ბიოლოგიაში.
- ულტრაბგერითი დიდი დოზებით კლავს მიკროორგანიზმებს (სტაფილოკოკები, სტრეპტოკოკები, ვირუსები);
- ულტრაბგერითი ზემოქმედების დაბალი ინტენსივობა ხელს უწყობს მიკროორგანიზმების კოლონიების ზრდას;
11. გავლენა ადამიანზე.
ულტრაბგერითი ზემოქმედება 0,1 ... 0,4 ვტ/სმ-მდე ინტენსივობით აქვს თერაპიული ეფექტი. ამერიკაში 0,8 ვტ/სმ-მდე ინტენსივობის ზემოქმედება სამკურნალოდ ითვლება.
12. მედიცინაში.
ფართოდ გამოიყენება ულტრაბგერითი სკალპელები, ხელსაწყოები გარე და შიდა ლიპოსაქციისთვის, ლაპაროსკოპიული ინსტრუმენტები, ინჰალატორები, მასაჟორები და შეუძლიათ სხვადასხვა დაავადების მკურნალობა.
ლექციების შემდეგი კურსი განკუთვნილია ულტრაბგერითი ტექნოლოგიების საფუძვლების სტუდენტების, მაგისტრანტების, ინჟინრებისა და ტექნოლოგების წინასწარი გაცნობისთვის და მიზნად ისახავს ფუნდამენტური ცოდნის მიცემას ულტრაბგერითი ვიბრაციების ფორმირების თეორიისა და ულტრაბგერითი გამოყენების პრაქტიკის შესახებ. მაღალი ინტენსივობის ვიბრაციები.

XIX საუკუნის ბოლოს აკუსტიკის განვითარებასთან ერთად აღმოაჩინეს ულტრაბგერითი, ამავე დროს დაიწყო ულტრაბგერის პირველი კვლევები, მაგრამ მის გამოყენებას საფუძველი ჩაეყარა მხოლოდ მე-20 საუკუნის პირველ მესამედში.

ულტრაბგერა და მისი თვისებები

ბუნებაში ულტრაბგერა გვხვდება როგორც მრავალი ბუნებრივი ხმაურის შემადგენელი ნაწილი: ქარის ხმაურში, ჩანჩქერის, წვიმის, ზღვის კენჭების ტალღის ქვეშ, ელვისებურ გამონადენებში. ბევრ ძუძუმწოვარს, როგორიცაა კატა და ძაღლი, აქვს ულტრაბგერის აღქმის უნარი 100 kHz-მდე სიხშირით, ხოლო ღამურების, ღამის მწერების და ზღვის ცხოველების მდებარეობის შესაძლებლობები ყველასთვის ცნობილია.

ულტრაბგერა- მექანიკური ვიბრაციები, რომლებიც მდებარეობს ადამიანის ყურისთვის მოსასმენი სიხშირის დიაპაზონის ზემოთ (ჩვეულებრივ, 20 kHz). ულტრაბგერითი ვიბრაციები მოძრაობენ ტალღის ფორმით, სინათლის გავრცელების მსგავსი. თუმცა, სინათლის ტალღებისგან განსხვავებით, რომლებსაც შეუძლიათ ვაკუუმში გადაადგილება, ულტრაბგერითი საჭიროებს ელასტიურ გარემოს, როგორიცაა აირი, თხევადი ან მყარი.

ტალღის ძირითადი პარამეტრებია ტალღის სიგრძე, სიხშირე და პერიოდი. ულტრაბგერითი ტალღები თავისი ბუნებით არ განსხვავდება ხმოვანი დიაპაზონის ტალღებისგან და ემორჩილება იმავე ფიზიკურ კანონებს. მაგრამ ულტრაბგერას აქვს სპეციფიკური მახასიათებლები, რამაც განსაზღვრა მისი ფართო გამოყენება მეცნიერებასა და ტექნოლოგიაში. აქ არის მთავარი:

• 1. მცირე ტალღის სიგრძე. ყველაზე დაბალი ულტრაბგერითი დიაპაზონისთვის, ტალღის სიგრძე არ აღემატება რამდენიმე სანტიმეტრს უმეტეს მედიაში. მოკლე ტალღის სიგრძე განსაზღვრავს ულტრაბგერითი ტალღების სხივების გავრცელებას. ემიტერის სიახლოვეს ულტრაბგერითი სხივების სახით ვრცელდება ემიტერის ზომასთან ახლოს ზომით. როდესაც იგი ხვდება გარემოში არაჰომოგენურობას, ულტრაბგერითი სხივი იქცევა როგორც სინათლის სხივი, განიცდის არეკვლას, გარდატეხას, გაფანტვას, რაც შესაძლებელს ხდის ხმის გამოსახულების ფორმირებას ოპტიკურად გაუმჭვირვალე მედიაში წმინდა ოპტიკური ეფექტების გამოყენებით (ფოკუსირება, დიფრაქცია და ა.შ.).
• 2. რხევების ხანმოკლე პერიოდი, რაც შესაძლებელს ხდის ულტრაბგერის გამოსხივებას იმპულსების სახით და განახორციელოს გარემოში გამავრცელებელი სიგნალების ზუსტი დროის შერჩევა.

ვიბრაციის ენერგიის მაღალი მნიშვნელობების მიღების შესაძლებლობა მცირე ამპლიტუდით, ვინაიდან ვიბრაციის ენერგია სიხშირის კვადრატის პროპორციულია. ეს საშუალებას გაძლევთ შექმნათ ულტრაბგერითი სხივები და ველები მაღალი დონეენერგია, ხოლო არ საჭიროებს დიდი ზომის აღჭურვილობას.

მნიშვნელოვანი აკუსტიკური დენები ვითარდება ულტრაბგერითი ველში. ამიტომ ულტრაბგერის ზემოქმედება გარემოზე წარმოშობს სპეციფიკურ ეფექტებს: ფიზიკურ, ქიმიურ, ბიოლოგიურ და სამედიცინო. როგორიცაა კავიტაცია, ხმის კაპილარული ეფექტი, დისპერსია, ემულსიფიკაცია, დეგაზირება, დეზინფექცია, ადგილობრივი გათბობა და მრავალი სხვა.

წამყვანი ძალების - ინგლისისა და საფრანგეთის საზღვაო ფლოტის საჭიროებებმა ზღვის სიღრმეების გამოკვლევისთვის გამოიწვია მრავალი მეცნიერის ინტერესი აკუსტიკის დარგში, ტკ. ეს არის ერთადერთი ტიპის სიგნალი, რომელსაც შეუძლია წყალში შორს გამგზავრება. ასე რომ, 1826 წელს ფრანგმა მეცნიერმა კოლადონმა განსაზღვრა ბგერის სიჩქარე წყალში. 1838 წელს შეერთებულ შტატებში ხმა პირველად გამოიყენეს ზღვის ფსკერის პროფილის დასადგენად ტელეგრაფის კაბელის გაყვანის მიზნით. ექსპერიმენტის შედეგები იმედგაცრუებული იყო. ზარის ხმამ ძალიან სუსტი გამოძახილი გამოსცა, ზღვის სხვა ხმებს შორის თითქმის არ ისმის. საჭირო იყო უფრო მაღალი სიხშირეების რეგიონში წასვლა, რაც საშუალებას მისცემს შექმნას მიმართული ხმის სხივები.

პირველი ულტრაბგერითი გენერატორი 1883 წელს დაამზადა ინგლისელმა ფრენსის გალტონმა. ულტრაბგერა შეიქმნა, როგორც სასტვენი დანის კიდეზე აფეთქებისას. ასეთი წერტილის როლს გალტონის სასტვენში ასრულებდა ცილინდრი ბასრი კიდეებით. ჰაერი ან სხვა გაზი, რომელიც გამოდის წნევით რგოლოვანი საქშენის მეშვეობით, რომლის დიამეტრი იგივეა, რაც ცილინდრის კიდეზეა, და მოხდა მაღალი სიხშირის რხევები. წყალბადით სასტვენის აფეთქებით შესაძლებელი გახდა ვიბრაციის მიღება 170 კჰც-მდე.

1880 წელს პიერ და ჟაკ კიურიმ გადამწყვეტი აღმოჩენა გააკეთეს ულტრაბგერითი ტექნოლოგიის შესახებ. ძმებმა კიურიმ შეამჩნიეს, რომ როდესაც კვარცის კრისტალებზე ზეწოლა ხდება, წარმოიქმნება ელექტრული მუხტი, რომელიც პირდაპირპროპორციულია კრისტალზე მიყენებული ძალის. ამ ფენომენს ეწოდა "პიეზოელექტროენერგია" ბერძნული სიტყვიდან, რაც ნიშნავს "დაძაბვას". გარდა ამისა, მათ აჩვენეს საპირისპირო პიეზოელექტრული ეფექტი, რომელიც გამოიხატებოდა, როდესაც სწრაფად ცვალებადი ელექტრული პოტენციალი გამოიყენებოდა კრისტალზე, რამაც გამოიწვია მისი ვიბრაცია. ამიერიდან გაჩნდა მცირე ზომის ემიტერებისა და ულტრაბგერითი მიმღების დამზადების ტექნიკური შესაძლებლობა.

"ტიტანიკის" დაღუპვა აისბერგთან შეჯახების შედეგად, ახალ იარაღთან ბრძოლის აუცილებლობა - წყალქვეშა ნავები მოითხოვდა ულტრაბგერითი ჰიდროაკუსტიკის სწრაფ განვითარებას. 1914 წელს ფრანგმა ფიზიკოსმა პოლ ლანჟევინმა, ნიჭიერ რუს ემიგრანტ მეცნიერთან კონსტანტინე ვასილიევიჩ შილოვსკისთან ერთად, პირველად შეიმუშავა სონარი, რომელიც შედგება ულტრაბგერითი ემიტერისა და ჰიდროფონისგან - ულტრაბგერითი ვიბრაციების მიმღები, პიეზოელექტრული ეფექტის საფუძველზე. სონარი Langevin - Shilovsky, იყო პირველი ულტრაბგერითი მოწყობილობაგამოიყენება პრაქტიკაში. ამავდროულად, რუსმა მეცნიერმა S.Ya.Sokolov-მა შეიმუშავა ულტრაბგერითი ხარვეზების გამოვლენის საფუძვლები ინდუსტრიაში. 1937 წელს გერმანელმა ფსიქიატრმა კარლ დუსიკმა თავის ძმა ფრიდრიხთან, ფიზიკოსთან ერთად, პირველად გამოიყენა ულტრაბგერა ტვინის სიმსივნეების გამოსავლენად, მაგრამ მათ მიერ მიღებული შედეგები არასანდო იყო. სამედიცინო პრაქტიკაში ულტრაბგერა პირველად მხოლოდ 1950-იან წლებში გამოიყენეს შეერთებულ შტატებში.

21-ე საუკუნე არის რადიოელექტრონიკის, ატომის, კოსმოსის დაპყრობისა და ულტრაბგერითი საუკუნე. ულტრაბგერითი მეცნიერება ამ დღეებში შედარებით ახალგაზრდაა. XIX საუკუნის ბოლოს რუსმა მეცნიერ-ფიზიოლოგმა P.N. Lebedev-მა ჩაატარა პირველი კვლევები. ამის შემდეგ ბევრმა გამოჩენილმა მეცნიერმა დაიწყო ულტრაბგერის შესწავლა.

რა არის ულტრაბგერა?

ულტრაბგერა არის გამავრცელებელი ტალღა, რომელიც წარმოიქმნება საშუალო ნაწილაკებით. მას აქვს საკუთარი მახასიათებლები, რომლებიც განსხვავდება ხმოვანი დიაპაზონის ხმებისგან. შედარებით მარტივია მიმართული გამოსხივების მიღება ულტრაბგერითი დიაპაზონში. გარდა ამისა, ის კარგად აკეთებს ფოკუსირებას და შედეგად იზრდება შესრულებული ვიბრაციების ინტენსივობა. მყარ სხეულებში, სითხეებსა და აირებში გამრავლებისას ულტრაბგერითი წარმოშობს საინტერესო მოვლენებს, რომლებმაც პრაქტიკული გამოყენება ჰპოვეს ტექნოლოგიის და მეცნიერების მრავალ სფეროში. სწორედ ეს არის ულტრაბგერა, რომლის როლი დღეს ძალიან დიდია ცხოვრების სხვადასხვა სფეროში.

ულტრაბგერის როლი მეცნიერებასა და პრაქტიკაში

ბოლო წლებში ულტრაბგერითი დაიწყო თამაში სამეცნიერო გამოკვლევამზარდი როლი. წარმატებით ჩატარდა ექსპერიმენტული და თეორიული კვლევები აკუსტიკური ნაკადების და ულტრაბგერითი კავიტაციის სფეროში, რამაც მეცნიერებს საშუალება მისცა განევითარებინათ ტექნოლოგიური პროცესები, რომლებიც ხდება ზემოქმედების დროს. თხევადი ფაზაულტრაბგერა. ეს არის ძლიერი მეთოდი სხვადასხვა ფენომენის შესასწავლად ცოდნის ისეთ სფეროში, როგორიცაა ფიზიკა. ულტრაბგერა გამოიყენება, მაგალითად, ნახევარგამტარულ და მყარი მდგომარეობის ფიზიკაში. დღეს იქმნება ქიმიის ცალკეული სფერო, რომელსაც "ულტრაბგერითი ქიმია" ეწოდება. მისი გამოყენება საშუალებას გაძლევთ დააჩქაროთ მრავალი ქიმიური ტექნოლოგიური პროცესი. ასევე დაიბადა მოლეკულური აკუსტიკა - აკუსტიკას ახალი ფილიალი, რომელიც სწავლობს მატერიასთან მოლეკულურ ურთიერთქმედებას.გაჩნდა ულტრაბგერითი გამოყენების ახალი სფეროები: ჰოლოგრაფია, ინტროსკოპია, აკუსტოელექტრონიკა, ულტრაბგერითი ფაზის გაზომვა და კვანტური აკუსტიკა.

ამ სფეროში ექსპერიმენტული და თეორიული სამუშაოების გარდა, დღეს მრავალი პრაქტიკული სამუშაოა შესრულებული. შემუშავებულია სპეციალური და უნივერსალური ულტრაბგერითი დანადგარები, დანადგარები, რომლებიც მუშაობენ გაზრდილი სტატიკური წნევის ქვეშ და ა.შ.. წარმოებაში შევიდა ულტრაბგერითი ავტომატური დანადგარები, რომლებიც შედის საწარმოო ხაზებში, რამაც შეიძლება მნიშვნელოვნად გაზარდოს შრომის პროდუქტიულობა.

მეტი ულტრაბგერის შესახებ

მოდით ვისაუბროთ უფრო დეტალურად იმაზე, თუ რა არის ულტრაბგერა. ჩვენ უკვე ვთქვით, რომ ეს ელასტიური ტალღა და ულტრაბგერა 15-20 kHz-ზე მეტია. ჩვენი სმენის სუბიექტური თვისებები განსაზღვრავს ულტრაბგერითი სიხშირის ქვედა ზღვარს, რომელიც განასხვავებს მას ხმოვანი ხმის სიხშირისგან. ეს საზღვარი, შესაბამისად, პირობითია და თითოეული ჩვენგანი განსხვავებულად განსაზღვრავს რა არის ულტრაბგერა. ზედა საზღვარი მითითებულია ელასტიური ტალღებით, მათი ფიზიკური ბუნება... ისინი მრავლდებიან მხოლოდ მატერიალურ გარემოში, ანუ ტალღის სიგრძე უნდა იყოს მნიშვნელოვნად აღემატება აირში მოლეკულების საშუალო თავისუფალ გზას ან მყარ და სითხეებში ატომთაშორის მანძილს. აირებში ნორმალური წნევის დროს ულტრაბგერითი სიხშირეების ზედა ზღვარი არის 10 9 ჰც, ხოლო მყარ და სითხეებში - 10 12 -10 13 ჰც.

ულტრაბგერის წყაროები

ულტრაბგერა ბუნებაში გვხვდება როგორც მრავალი ბუნებრივი ხმაურის კომპონენტი (ჩანჩქერი, ქარი, წვიმა, კენჭები, რომლებიც სერფინგით შემოვიდა, ასევე ჭექა-ქუხილის გამონადენის თანმხლები ხმები და ა.შ.), და როგორც ცხოველთა სამყაროს განუყოფელი ნაწილი. ცხოველთა ზოგიერთი სახეობა მას იყენებს სივრცეში ორიენტირებისთვის, დაბრკოლებების აღმოსაჩენად. ასევე ცნობილია, რომ დელფინები ბუნებაში იყენებენ ულტრაბგერას (ძირითადად სიხშირეებს 80-დან 100 კჰც-მდე). ამ შემთხვევაში, მათ მიერ გამოსხივებული რადარის სიგნალების სიმძლავრე შეიძლება იყოს ძალიან მაღალი. ცნობილია, რომ დელფინებს შეუძლიათ ამოიცნონ ისინი, რომლებიც მათგან კილომეტრის მანძილზე მდებარეობს.

ულტრაბგერის ემიტერები (წყაროები) იყოფა 2 დიდ ჯგუფად. პირველი არის გენერატორები, რომლებშიც რხევები აღგზნებულია მათში დაბრკოლებების არსებობის გამო, რომლებიც დამონტაჟებულია მუდმივი ნაკადის გზაზე - თხევადი ან გაზის ჭავლი. მეორე ჯგუფი, რომელშიც შეიძლება გაერთიანდეს ულტრაბგერითი წყაროები, არის ელექტროაკუსტიკური გადამყვანები, რომლებიც გარდაქმნიან დენის ან ელექტრული ძაბვის მოცემულ რხევებს მექანიკურ რხევებად, რომლებიც შესრულებულია მყარი სხეულის მიერ, რომელიც ასხივებს აკუსტიკური ტალღებს გარემოში.

ულტრაბგერითი მიმღებები

საშუალო და ულტრაბგერითი მიმღებებზე ელექტრო-აკუსტიკური გადამყვანები ყველაზე ხშირად პიეზოელექტრული ტიპისაა. მათ შეუძლიათ მიღებული აკუსტიკური სიგნალის ფორმის რეპროდუცირება, რომელიც წარმოდგენილია როგორც ხმის წნევის დროითი დამოკიდებულება. მოწყობილობები შეიძლება იყოს ფართოზოლოვანი ან რეზონანსული - იმისდა მიხედვით, თუ რა პირობებისთვისაა განკუთვნილი. თერმული მიმღებები გამოიყენება ხმის ველის საშუალო დროის მახასიათებლების მისაღებად. ეს არის თერმისტორები ან თერმოწყვილები, რომლებიც დაფარულია ხმის შთამნთქმელი მასალით. ხმის წნევა და ინტენსივობა ასევე შეიძლება შეფასდეს ოპტიკური მეთოდებით, როგორიცაა ულტრაბგერითი სინათლის დიფრაქცია.

სად გამოიყენება ულტრაბგერა?

მისი გამოყენების მრავალი სფეროა და გამოიყენება ულტრაბგერის სხვადასხვა ფუნქციები. ეს სფეროები უხეშად შეიძლება დაიყოს სამ მიმართულებად. პირველი მათგანი დაკავშირებულია ულტრაბგერითი ტალღების საშუალებით სხვადასხვა ინფორმაციის მიღებასთან. მეორე მიმართულება არის მისი აქტიური გავლენა ნივთიერებაზე. და მესამე დაკავშირებულია სიგნალების გადაცემასთან და დამუშავებასთან. თითოეულ შემთხვევაში გამოიყენება გარკვეული UZ. ჩვენ განვიხილავთ მხოლოდ რამდენიმე სფეროს, სადაც მან იპოვა მისი გამოყენება.

წმენდა ულტრაბგერით

ასეთი გაწმენდის ხარისხი სხვა მეთოდებთან შედარება შეუძლებელია. ნაწილების გამორეცხვისას, მაგალითად, დაბინძურების 80%-მდე რჩება მათ ზედაპირზე, დაახლოებით 55% - ვიბრაციული გაწმენდით, დაახლოებით 20% - ხელით გაწმენდით და ულტრაბგერითი გაწმენდით, რჩება არაუმეტეს 0,5% დაბინძურება. ნაწილები, რომლებსაც რთული ფორმა აქვთ, მხოლოდ ულტრაბგერით შეიძლება კარგად გაიწმინდოს. მისი გამოყენების მნიშვნელოვანი უპირატესობაა მაღალი პროდუქტიულობა, ასევე ფიზიკური შრომის დაბალი ხარჯები. უფრო მეტიც, შესაძლებელია ძვირადღირებული და აალებადი ორგანული გამხსნელების ჩანაცვლება იაფი და უსაფრთხო წყალხსნარებით, თხევადი ფრეონის გამოყენება და ა.შ.

სერიოზულ პრობლემას წარმოადგენს ჰაერის დაბინძურება ჭვარტლით, კვამლით, მტვრით, ლითონის ოქსიდებით და ა.შ. შეგიძლიათ გამოიყენოთ ულტრაბგერითი მეთოდით ჰაერისა და აირის გაწმენდა გაზსადენებში, განურჩევლად გარემოს ტენიანობისა და ტემპერატურისა. თუ ულტრაბგერითი ემიტერი მოთავსებულია მტვრის დასაფენ კამერაში, მისი ეფექტურობა ასჯერ გაიზრდება. რა არის ასეთი გაწმენდის არსი? ჰაერში შემთხვევით მოძრავი მტვრის ნაწილაკები ერთმანეთს უფრო ძლიერად და უფრო ხშირად ურტყამს ულტრაბგერითი ვიბრაციების გავლენით. უფრო მეტიც, მათი ზომა იზრდება იმის გამო, რომ ისინი შერწყმულია. კოაგულაცია არის ნაწილაკების გაფართოების პროცესი. სპეციალური ფილტრები იჭერენ მათ შეწონილ და გაფართოებულ დაგროვებას.

მტვრევადი და ზემყარი მასალების მექანიკური დამუშავება

თუ სამუშაო ნაწილსა და ხელსაწყოს სამუშაო ზედაპირს შორის შეყვანილია ულტრაბგერითი გამოყენებით, მაშინ აბრაზიული ნაწილაკები ემიტერის მუშაობის დროს იმოქმედებს ამ ნაწილის ზედაპირზე. ამავდროულად, მასალა ნადგურდება და ამოღებულია, მიმდინარეობს დამუშავება მრავალი მიმართული მიკრო ზემოქმედების გავლენის ქვეშ. დამუშავების კინემატიკა შედგება ძირითადი მოძრაობისგან - ჭრისაგან, ანუ ხელსაწყოს მიერ შესრულებული გრძივი ვიბრაციებისაგან და დამხმარე - კვების მოძრაობისგან, რომელსაც აპარატი ახორციელებს.

ულტრაბგერას შეუძლია სხვადასხვა სამუშაოს შესრულება. გრძივი ვიბრაციები არის ენერგიის წყარო აბრაზიული მარცვლებისთვის. ისინი ანადგურებენ დამუშავებულ მასალას. საკვების მოძრაობა (დამხმარე) შეიძლება იყოს წრიული, განივი და გრძივი. ულტრაბგერითი დამუშავება ძალიან ზუსტია. იმის მიხედვით, თუ რა ზომის მარცვლეული აქვს აბრაზიულს, ის მერყეობს 50-დან 1 მიკრონიმდე. ხელსაწყოების გამოყენება სხვადასხვა ფორმები, თქვენ შეგიძლიათ გააკეთოთ არა მხოლოდ ნახვრეტები, არამედ რთული ჭრილობები, მოხრილი ცულები, გრავირება, დაფქვა, კვარცხლბეკის გაკეთება და ალმასის გაბურღვაც კი. აბრაზიულად გამოყენებული მასალებია კორუნდი, ბრილიანტი, კვარცის ქვიშა, კაჟი.

ულტრაბგერა ელექტრონიკაში

ულტრაბგერა ინჟინერიაში ხშირად გამოიყენება რადიო ელექტრონიკის სფეროში. ამ სფეროში, ხშირად საჭიროა ელექტრული სიგნალის გადადება სხვასთან შედარებით. მეცნიერებმა იპოვეს წარმატებული გამოსავალი ულტრაბგერითი დაყოვნების ხაზების (შემოკლებით LZ) გამოყენების შეთავაზებით. მათი მოქმედება ეფუძნება იმ ფაქტს, რომ ელექტრული იმპულსები გარდაიქმნება ულტრაბგერით, როგორ ხდება ეს? ფაქტია, რომ ულტრაბგერის სიჩქარე მნიშვნელოვნად ნაკლებია, ვიდრე ის, რაც განვითარებულია ელექტრომაგნიტური რხევებით. ძაბვის პულსი ელექტრულ მექანიკურ ვიბრაციაში საპირისპირო გადაქცევის შემდეგ შეფერხდება ხაზის გამომავალზე შეყვანის იმპულსთან შედარებით.

პიეზოელექტრული და მაგნიტოსტრიქტორული გადამყვანები გამოიყენება ელექტრული ვიბრაციების მექანიკურად გადაქცევისთვის და პირიქით. LZ, შესაბამისად, იყოფა პიეზოელექტრიკულ და მაგნიტოსტრიქტურად.

ულტრაბგერა მედიცინაში

ცოცხალ ორგანიზმებზე ზემოქმედების მიზნით გამოიყენება სხვადასხვა სახის ულტრაბგერითი. სამედიცინო პრაქტიკაში მისი გამოყენება ახლა ძალიან პოპულარულია. იგი ეფუძნება ეფექტებს, რომლებიც წარმოიქმნება ბიოლოგიურ ქსოვილებში, როდესაც ულტრაბგერითი გადის მათში. ტალღები იწვევს გარემოს ნაწილაკების ვიბრაციას, რაც ქმნის ერთგვარ ქსოვილის მიკრომასაჟს. და ულტრაბგერის შეწოვა იწვევს მათ ადგილობრივ გათბობას. თუმცა, in ბიოლოგიური გარემოხდება გარკვეული ფიზიკური და ქიმიური გარდაქმნები. ეს მოვლენები ზომიერი შეუქცევადი დაზიანების შემთხვევაში არ იწვევს. ისინი მხოლოდ აუმჯობესებენ ნივთიერებათა ცვლას და, შესაბამისად, ხელს უწყობენ მათ დაქვემდებარებული ორგანიზმის სასიცოცხლო აქტივობას. ასეთი ფენომენები გამოიყენება ულტრაბგერითი თერაპიის დროს.

ულტრაბგერა ქირურგიაში

კავიტაცია და ძლიერი გათბობა მაღალი ინტენსივობით იწვევს ქსოვილის განადგურებას. ეს ეფექტი დღეს გამოიყენება ქირურგიაში. ფოკალური ულტრაბგერა გამოიყენება ქირურგიული ოპერაციებისთვის, რაც საშუალებას იძლევა ლოკალური განადგურება ღრმა სტრუქტურებში (მაგალითად, ტვინში) გარშემომყოფების დაზიანების გარეშე. ქირურგიაში ასევე გამოიყენება ულტრაბგერითი ინსტრუმენტები, რომლებშიც სამუშაო ბოლო ჰგავს ფაილს, სკალპელს, ნემსს. მათზე განლაგებული ვიბრაციები ახალ თვისებებს აძლევს ამ მოწყობილობებს. საგრძნობლად მცირდება საჭირო ძალისხმევა, შესაბამისად, მცირდება ოპერაციის დაზიანების მაჩვენებელი. გარდა ამისა, ვლინდება ტკივილგამაყუჩებელი და ჰემოსტატიკური ეფექტი. ბლაგვი ინსტრუმენტზე ზემოქმედება ულტრაბგერითი გამოყენებით გამოიყენება ორგანიზმში გაჩენილი გარკვეული ტიპის ნეოპლაზმების გასანადგურებლად.

ბიოლოგიურ ქსოვილებზე ზემოქმედება ხორციელდება მიკროორგანიზმების განადგურების მიზნით და გამოიყენება მედიკამენტებისა და სამედიცინო ინსტრუმენტების სტერილიზაციაში.

შინაგანი ორგანოების გამოკვლევა

ძირითადად, საუბარია მუცლის ღრუს შესწავლაზე. ამ მიზნით, სპეციალური შეიძლება გამოყენებულ იქნას ქსოვილებისა და ანატომიური სტრუქტურების სხვადასხვა ანომალიების მოსაძებნად და ამოცნობისთვის. ამოცანა ხშირად ასეთია: არსებობს ეჭვი ავთვისებიანი წარმონაქმნის არსებობაზე და საჭიროა მისი გარჩევა კეთილთვისებიანი ან ინფექციური წარმონაქმნისგან.

ულტრაბგერა სასარგებლოა ღვიძლის გამოსაკვლევად და სხვა პრობლემების გადასაჭრელად, რაც მოიცავს სანაღვლე გზების ობსტრუქციისა და დაავადებების გამოვლენას, აგრეთვე ნაღვლის ბუშტის გამოკვლევას მასში კენჭების და სხვა პათოლოგიების არსებობის დასადგენად. გარდა ამისა, შეიძლება გამოყენებულ იქნას ციროზის და ღვიძლის სხვა დიფუზური კეთილთვისებიანი დაავადებების შესწავლა.

გინეკოლოგიის დარგში, ძირითადად, საკვერცხეების და საშვილოსნოს ანალიზისას, ექოსკოპიის გამოყენება დიდი ხანია იყო მთავარი მიმართულება, რომლითაც იგი განსაკუთრებული წარმატებით ხორციელდება. ხშირად აქაც საჭიროა კეთილთვისებიანი და ავთვისებიანი წარმონაქმნების დიფერენცირება, რაც, როგორც წესი, მოითხოვს საუკეთესო კონტრასტს და სივრცულ გარჩევადობას. მსგავსი დასკვნები შეიძლება სასარგებლო იყოს მრავალი სხვა შინაგანი ორგანოს გამოკვლევისას.

ულტრაბგერის გამოყენება სტომატოლოგიაში

ულტრაბგერამ ასევე იპოვა გზა სტომატოლოგიაში, სადაც გამოიყენება კბილის ქვის მოსაცილებლად. ის საშუალებას გაძლევთ სწრაფად, უსისხლოდ და უმტკივნეულოდ მოაცილოთ ნადები და ქვები. ამ შემთხვევაში პირის ღრუს ლორწოვანი გარსი არ ზიანდება, ხდება ღრუს „ჯიბეების“ დეზინფექცია. ტკივილის ნაცვლად პაციენტი განიცდის სითბოს შეგრძნებას.

ულტრაბგერა

ულტრაბგერა- ელასტიური ვიბრაციები სიხშირით, რომელიც აღემატება სმენის ზღვარს ადამიანისთვის. ჩვეულებრივ, ულტრაბგერითი დიაპაზონი ითვლება 18000 ჰერცზე ზემოთ სიხშირეებად.

მიუხედავად იმისა, რომ ულტრაბგერის არსებობა დიდი ხანია ცნობილია, მისი პრაქტიკული გამოყენება საკმაოდ ახალგაზრდაა. დღესდღეობით ულტრაბგერა ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა ფიზიკურ და ტექნოლოგიურ მეთოდებში. ასე რომ, გარემოში ხმის გავრცელების სიჩქარის მიხედვით, შეიძლება ვიმსჯელოთ მის ფიზიკურ მახასიათებლებზე. ულტრაბგერითი სიხშირეების სიჩქარის გაზომვა შესაძლებელს ხდის, ძალიან მცირე შეცდომებით, დადგინდეს, მაგალითად, სწრაფი პროცესების ადიაბატური მახასიათებლები, აირების სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრის მნიშვნელობები და მყარი ნივთიერებების ელასტიური მუდმივები.

ულტრაბგერის წყაროები

მრეწველობასა და ბიოლოგიაში გამოყენებული ულტრაბგერითი ვიბრაციების სიხშირე რამდენიმე MHz რიგის ფარგლებშია. ასეთი ვიბრაციები ჩვეულებრივ იქმნება პიეზოელექტრული ბარიუმის ტიტანიტის გადამყვანების გამოყენებით. იმ შემთხვევებში, როდესაც ულტრაბგერითი ვიბრაციების ძალას უპირველესი მნიშვნელობა აქვს, ჩვეულებრივ გამოიყენება ულტრაბგერითი მექანიკური წყაროები. თავდაპირველად, ყველა ულტრაბგერითი ტალღა მიღებულ იქნა მექანიკურად (ჩანგალი, სასტვენები, სირენები).

ბუნებაში, ულტრაბგერითი ტალღები გვხვდება როგორც მრავალი ბუნებრივი ხმაურის შემადგენელი ნაწილი (ქარის ხმაურში, ჩანჩქერში, წვიმაში, ზღვის ტალღის კენჭების ხმაურში, ელვის გამონადენის თანმხლებ ბგერებში და ა.შ.) და მათ შორის. ცხოველთა სამყაროს ხმები. ზოგიერთი ცხოველი იყენებს ულტრაბგერით ტალღებს დაბრკოლებების აღმოსაჩენად და სივრცეში ორიენტირებისთვის.

ულტრაბგერითი გამომცემლები შეიძლება დაიყოს ორ დიდ ჯგუფად. პირველი მოიცავს ემიტერ-გენერატორებს; მათში ვიბრაციები აღფრთოვანებულია მუდმივი ნაკადის გზაზე დაბრკოლებების არსებობის გამო - გაზის ან სითხის ჭავლი. ემიტერების მეორე ჯგუფი არის ელექტრო-აკუსტიკური გადამყვანები; ისინი გარდაქმნიან ელექტრული ძაბვის ან დენის უკვე მითითებულ რყევებს მყარი ნივთიერების მექანიკურ ვიბრაციაში, რომელიც ასხივებს აკუსტიკური ტალღებს გარემოში.

გალტონის სასტვენი

პირველი ულტრაბგერითი სასტვენი გაკეთდა 1883 წელს ინგლისელმა გალტონმა. ულტრაბგერა აქ იქმნება, როგორც მაღალი დონის ხმა დანის კიდეზე, როდესაც მას ჰაერის ნაკადი ხვდება. ასეთი წვერის როლს გალტონის სასტვენში ასრულებს "ტუჩი" პატარა ცილინდრულ რეზონანსულ ღრუში. ღრუ ცილინდრში გავლილი მაღალი წნევის გაზი ურტყამს ამ ტუჩს; ხდება ვიბრაციები, რომელთა სიხშირე (ეს არის დაახლოებით 170 kHz) განისაზღვრება საქშენისა და ტუჩის ზომით. გალტონის სასტვენის ძალა დაბალია. იგი ძირითადად გამოიყენება ბრძანებების მისაცემად ძაღლებისა და კატების წვრთნისას.

თხევადი ულტრაბგერითი სასტვენი

ულტრაბგერითი სასტვენების უმეტესობა შეიძლება მორგებული იყოს თხევად გარემოში მუშაობისთვის. ულტრაბგერის ელექტრო წყაროებთან შედარებით, თხევადი ულტრაბგერითი სასტვენები დაბალი სიმძლავრისაა, მაგრამ ზოგჯერ, მაგალითად, ულტრაბგერითი ჰომოგენიზაციისთვის, მათ აქვთ მნიშვნელოვანი უპირატესობა. ვინაიდან ულტრაბგერითი ტალღები წარმოიქმნება უშუალოდ თხევად გარემოში, ულტრაბგერითი ტალღების ენერგიის დაკარგვა არ ხდება ერთი საშუალოდან მეორეზე გადასვლისას. ალბათ ყველაზე წარმატებული არის თხევადი ულტრაბგერითი სასტვენის დიზაინი, რომელიც დამზადებულია ინგლისელმა მეცნიერებმა კოტელმა და გუდმენმა XX საუკუნის 50-იანი წლების დასაწყისში. მასში მაღალი წნევის სითხის ნაკადი გამოდის ელიფსური საქშენიდან და მიმართულია ფოლადის ფირფიტაზე. ამ დიზაინის სხვადასხვა მოდიფიკაცია ფართოდ გამოიყენება ერთგვაროვანი მედიის მისაღებად. მათი დიზაინის სიმარტივისა და სტაბილურობის გამო (მხოლოდ რხევადი ფირფიტა განადგურებულია) ასეთი სისტემები გამძლე და იაფია.

სირენა

ულტრაბგერის მექანიკური წყაროს კიდევ ერთი ტიპი არის სირენა. მას აქვს შედარებით მაღალი სიმძლავრე და გამოიყენება პოლიციისა და სახანძრო მანქანებში. ყველა მბრუნავი სირენა შედგება დისკით (სტატორით) ზემოდან დახურული კამერისგან, რომელშიც კეთდება დიდი რაოდენობით ხვრელები. პალატის შიგნით მბრუნავ დისკზე არის იგივე რაოდენობის ხვრელები - როტორი. როდესაც როტორი ბრუნავს, მასში ხვრელების პოზიცია პერიოდულად ემთხვევა ხვრელების პოზიციას სტატორზე. შეკუმშული ჰაერი განუწყვეტლივ მიეწოდება კამერას, რომელიც გამოიდევნება მისგან იმ მოკლე მომენტებში, როდესაც როტორზე და სტატორზე ხვრელები ერთმანეთს ემთხვევა.

სირენების წარმოების მთავარი ამოცანაა, პირველ რიგში, როტორში რაც შეიძლება მეტი ხვრელის გაკეთება და მეორეც, მისი ბრუნვის მაღალი სიჩქარის მიღწევა. თუმცა, ამ ორივე მოთხოვნის პრაქტიკაში დაკმაყოფილება ძალიან რთულია.

ულტრაბგერა ბუნებაში

ულტრაბგერის გამოყენება

ექოსკოპიის დიაგნოსტიკური გამოყენება მედიცინაში (ულტრაბგერითი)

ადამიანის რბილ ქსოვილებში ულტრაბგერის კარგი გავრცელების, რენტგენის შედარებით უვნებლობისა და მაგნიტურ-რეზონანსული ტომოგრაფიის შედარებით მარტივი გამოყენების გამო, ულტრაბგერა ფართოდ გამოიყენება ადამიანის შინაგანი ორგანოების მდგომარეობის ვიზუალიზაციისთვის, განსაკუთრებით მუცლის ღრუში. და მენჯის ღრუს.

ექოსკოპიის თერაპიული გამოყენება მედიცინაში

დიაგნოსტიკური მიზნებისათვის ფართო გამოყენების გარდა (იხ. ულტრაბგერა), ექოსკოპია გამოიყენება მედიცინაში, როგორც სამკურნალო საშუალება.

ულტრაბგერას აქვს შემდეგი ეფექტი:

• ანთების საწინააღმდეგო, შთანთქმის
• ტკივილგამაყუჩებელი, ანტისპაზმური
• კანის გამტარიანობის კავიტაციის გაზრდა

ფონოფორეზი არის კომბინირებული მეთოდი, რომლის დროსაც ქსოვილებზე მოქმედებს ულტრაბგერითი და მისი დახმარებით შეყვანილი სამკურნალო ნივთიერებები (როგორც მედიკამენტები, ასევე ბუნებრივი წარმოშობა). ულტრაბგერითი მოქმედებით ნივთიერებების გამტარობა განპირობებულია ეპიდერმისისა და კანის ჯირკვლების, უჯრედის მემბრანების და სისხლძარღვების კედლების გამტარიანობის ზრდით მცირე ნივთიერებებისთვის. მოლეკულური წონაგანსაკუთრებით - ბიშოფიტის მინერალების იონები. მედიკამენტების და ბუნებრივი ნივთიერებების ულტრაფონოფორეზის მოხერხებულობა:

• ულტრაბგერითი გამოყენებისას სამკურნალო ნივთიერება არ ნადგურდება
• ულტრაბგერითი და თერაპიული ნივთიერების მოქმედების სინერგიზმი

ბიშოფიტის ულტრაფონოფორეზის ჩვენებები: ოსტეოართრიტი, ოსტეოქონდროზი, ართრიტი, ბურსიტი, ეპიკონდილიტი, ქუსლის შპრიცი, ძვალ-კუნთოვანი სისტემის დაზიანებების შემდგომი მდგომარეობა; ნევრიტი, ნეიროპათია, რადიკულიტი, ნევრალგია, ნერვის დაზიანება.

ბიშოფიტის გელი გამოიყენება და ემიტერის სამუშაო ზედაპირით ხდება დაზიანებული უბნის მიკრომასაჟი. ტექნიკა ლაბილურია, ჩვეულებრივი ფონოფორეზისთვის (სახსრების, ხერხემლის UVF-ით, ინტენსივობა საშვილოსნოს ყელის მიდამოში არის 0,2-0,4 ვტ/სმ2, გულმკერდის და წელის არეში - 0,4-0,6 ვტ/სმ2).

ლითონის ჭრა ულტრაბგერით

ჩვეულებრივ ლითონის საჭრელ მანქანებზე, თქვენ არ შეგიძლიათ გაბურღოთ ვიწრო, რთული ხვრელი ლითონის ნაწილზე, მაგალითად, ხუთქიმიანი ვარსკვლავის სახით. ულტრაბგერის დახმარებით შესაძლებელია, მაგნიტოსტრიქციულ ვიბრატორს შეუძლია ნებისმიერი ფორმის ხვრელის გაბურღვა. ულტრაბგერითი ჩიზელი მთლიანად ცვლის საღეჭი მანქანას. უფრო მეტიც, ასეთი ჩიზლი გაცილებით ადვილია, ვიდრე საღეჭი მანქანა და მას შეუძლია ლითონის ნაწილების დამუშავება უფრო იაფად და სწრაფად, ვიდრე საღეჭი მანქანა.

თქვენ შეგიძლიათ გამოიყენოთ ულტრაბგერითი ხრახნიანი ძაფების დასამზადებლად ლითონის ნაწილების, მინის, ლალის ან ბრილიანტისგან. ჩვეულებრივ, ძაფს ჯერ რბილ მეტალში ამზადებენ, შემდეგ კი ნაწილს ამაგრებენ. ულტრაბგერითი აპარატზე ძაფების დამზადება შესაძლებელია უკვე გამაგრებულ ლითონში და უმძიმეს შენადნობებში. იგივეა მარკების შემთხვევაშიც. ჩვეულებრივ, შტამპი გამკვრივდება მას შემდეგ, რაც საგულდაგულოდ დასრულდება. ულტრაბგერითი აპარატზე ყველაზე რთულ დამუშავებას აბრაზიული (ზურმუხტისფერი, კორუნდის ფხვნილი) ულტრაბგერითი ტალღის ველზე ახორციელებს. განუწყვეტლივ ვიბრირებს ულტრაბგერითი ველში, მყარი ფხვნილის ნაწილაკები იჭრება დამუშავებულ შენადნობაში და ჭრიან იმავე ფორმის ხვრელს, როგორც ნაჭრის.

ნარევების მომზადება ულტრაბგერის გამოყენებით

ულტრაბგერა ფართოდ გამოიყენება ერთგვაროვანი ნარევების მოსამზადებლად (ჰომოგენიზაცია). ჯერ კიდევ 1927 წელს ამერიკელმა მეცნიერებმა ლიმუსმა და ვუდმა აღმოაჩინეს, რომ თუ ორ ურევ სითხეს (მაგალითად, ზეთს და წყალს) ჩაასხამენ ერთ ჭიქაში და ექვემდებარება ულტრაბგერით, მაშინ ჭიქაში წარმოიქმნება ემულსია, ანუ ზეთის თხელი სუსპენზია. წყალი. ასეთი ემულსიები მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ ინდუსტრიაში: ლაქები, საღებავები, ფარმაცევტული საშუალებები, კოსმეტიკა.

ულტრაბგერის გამოყენება ბიოლოგიაში

ულტრაბგერითი უჯრედის მემბრანების გატეხვის უნარმა იპოვა გამოყენება ბიოლოგიურ კვლევაში, მაგალითად, როდესაც აუცილებელია უჯრედის ფერმენტებისგან გამოყოფა. ულტრაბგერა ასევე გამოიყენება უჯრედშიდა სტრუქტურების განადგურებისთვის, როგორიცაა მიტოქონდრია და ქლოროპლასტები, რათა შეისწავლოს მათ სტრუქტურასა და ფუნქციას შორის ურთიერთობა. ულტრაბგერის კიდევ ერთი გამოყენება ბიოლოგიაში დაკავშირებულია მუტაციების გამოწვევის უნართან. ოქსფორდში ჩატარებულმა კვლევამ აჩვენა, რომ დაბალი ინტენსივობის ულტრაბგერასაც კი შეუძლია დააზიანოს დნმ-ის მოლეკულა. მუტაციების ხელოვნურად მიზანმიმართული შექმნა მნიშვნელოვან როლს ასრულებს მცენარეთა მოშენებაში. ულტრაბგერის მთავარი უპირატესობა სხვა მუტაგენებთან შედარებით ( რენტგენის სხივები, ულტრაიისფერი სხივები) არის ის, რომ ძალიან მარტივია მუშაობა.

ულტრაბგერის გამოყენება დასუფთავებისთვის

მექანიკური გაწმენდისთვის ულტრაბგერის გამოყენება ემყარება მის გავლენის ქვეშ მყოფ სითხეში სხვადასხვა არაწრფივი ეფექტების წარმოქმნას. მათ შორისაა კავიტაცია, აკუსტიკური დენები და ხმის წნევა. მთავარ როლს ასრულებს კავიტაცია. მისი ბუშტები, რომლებიც ჩნდება და იშლება დაბინძურების მახლობლად, ანადგურებს მათ. ეს ეფექტი ცნობილია როგორც კავიტაციის ეროზია... ამ მიზნებისათვის გამოყენებულ ულტრაბგერას აქვს დაბალი სიხშირე და გაზრდილი სიმძლავრე.

ლაბორატორიულ და სამრეწველო პირობებში გამხსნელით (წყალი, სპირტი და ა.შ.) სავსე ულტრაბგერითი აბაზანები გამოიყენება მცირე ნაწილების და ჭურჭლის გასარეცხად. ზოგჯერ მათი დახმარებით ნიადაგის ნაწილაკებისგან ირეცხება ძირეული კულტურებიც (კარტოფილი, სტაფილო, ჭარხალი და სხვ.).

ულტრაბგერის გამოყენება ნაკადის საზომში

ულტრაბგერითი ნაკადის მრიცხველები გამოიყენება მრეწველობაში წყლისა და სითბოს მატარებლის ნაკადის და გაზომვის გასაკონტროლებლად გასული საუკუნის 60-იანი წლებიდან.

ულტრაბგერის გამოყენება ხარვეზების გამოვლენაში

ულტრაბგერა კარგად ვრცელდება ზოგიერთ მასალაში, რაც შესაძლებელს ხდის მის გამოყენებას ამ მასალისგან დამზადებული პროდუქტების ულტრაბგერითი ხარვეზის გამოსავლენად. ბოლო დროს ვითარდება ულტრაბგერითი მიკროსკოპის მიმართულება, რაც შესაძლებელს ხდის მასალის ზედაპირული ფენის კარგი გარჩევადობით შესწავლას.

ულტრაბგერითი შედუღება

ულტრაბგერითი შედუღება - წნევით შედუღება, რომელიც ხორციელდება ულტრაბგერითი ვიბრაციების გავლენის ქვეშ. ამ ტიპის შედუღება გამოიყენება ნაწილების შესაერთებლად, რომლებიც ძნელად თბება, ან განსხვავებული ლითონების ან ლითონების შეერთებისას ძლიერი ოქსიდის ფილებით (ალუმინი, უჟანგავი ფოლადები, პერმალოიდური მაგნიტური ბირთვები და ა.შ.). ასე რომ, ულტრაბგერითი შედუღება გამოიყენება ინტეგრირებული სქემების წარმოებაში.

ულტრაბგერის გამოყენება ელექტრული პლასტირებისას

ულტრაბგერა გამოიყენება გალვანური პროცესების გასაძლიერებლად და ელექტროქიმიურად წარმოებული საფარის ხარისხის გასაუმჯობესებლად.