Ультразвук и его применение
Понятие «ультразвук» приобрело в настоящее время более широкий смысл, чем просто обозначение высокочастотной части спектра акустических волн. С ним связаны целые области современной физики, промышленной технологии, информационной и измерительной техники, медицины и биологии.
Хотя первые ультразвуковые исследования были выполнены ещё в позапрошлом веке, основы широкого практического применения ультразвука были заложены позже, в 1-й трети 20 в. Как область науки и техники ультразвук получил особенно бурное развитие в последние три-четыре десятилетия. Это связано с общим прогрессом акустики как науки и, в частности, со становлением и развитием таких её разделов, как нелинейная акустика и квантовая акустика, а также с развитием физики твёрдого тела, электроники и в особенности с рождением квантовой электроники.
Широкое распространение ультразвуковых методов обусловлено появлением новых надёжных средств излучения и приёма акустических волн, с одной стороны, обеспечивших возможность существенного повышения излучаемой ультразвуковой мощности и увеличения чувствительности при приёме слабых сигналов, а с другой — позволивших продвинуть верхнюю границу диапазона излучаемых и принимаемых волн в область гиперзвуковых частот.
Характерной особенностью современного состояния физики и техники ультразвука является чрезвычайное многообразие его применений, охватывающих частотный диапазон от слышимого звука до предельно достижимых высоких частот и область мощностей от долей милливатта до десятков киловатт.
Ультразвук применяется в металлургии для воздействия на расплавленный металл и в микроэлектронике и приборостроении для прецизионной обработки тончайших деталей.
В качестве средства получения информации он служит как для измерения глубины, локации подводных препятствий в океане, так и для обнаружения микродефектов в ответственных деталях и изделиях.
Ультразвуковые методы используются для фиксации малейших изменений химического состава веществ и для определения степени затвердевания бетона в теле плотины.
В области контрольно-измерительных применений ультразвука в самостоятельный, установившийся раздел выделилась ультразвуковая дефектоскопия, возможности которой и разнообразие решаемых ею задач существенно возросли.
В самое последнее время сформировались как самостоятельные области акустоэлектроника и акустооптика. Первая из них связана с обработкой электрических сигналов, использующей преобразование их в ультразвуковые. Из устройств акустоэлектроники наиболее известными и давно используемыми являются линии задержки и фильтры.
Достижения в области изучения поверхностных волн, генерации и приёма гиперзвуковых волн, установление связи упругих волн с элементарными возбуждениями в твёрдом теле привели к существенному расширению возможностей этих устройств и к созданию новых приборов акустоэлектроники, обеспечивающих более сложную обработку сигналов.
Акустооптика, связанная с обработкой световых сигналов посредством ультразвука, является одной из самых молодых и быстро развивающихся областей ультразвуковой техники. К новейшим ультразвуковым методам принадлежит акустическая голография, перспективы которой весьма многообещающи, поскольку она создаёт возможность получения изображений предметов в непрозрачных для световых лучей средах.
Рассматривая многообразие практических применений ультразвуковых колебаний и волн, нельзя не упомянуть об ультразвуковой медицинской диагностике, которая даёт в ряде случаев более детальную информацию и является более безопасной, чем другие методы диагностики. Об ультразвуковой терапии, занявшей прочное положение среди современных физиотерапевтических методов, и, наконец, о новейшем направлении применения ультразвука в медицине — ультразвуковой хирургии.
Наряду с применениями практического характера, ультразвук играет важную роль в научных исследованиях. Нельзя себе представить современную физику твёрдого тела без применения ультразвуковых и гиперзвуковых методов, без понятия о фотонах, их поведении и взаимодействиях с различными полями и возбуждениями в твёрдом теле. В изучении жидкостей и газов широко используются методы молекулярной акустики; всё большую роль играют ультразвуковые методы в биологии.
Интерес к ультразвуку, к ультразвуковой технике всё возрастает, благодаря его проникновению в самые различные области человеческой деятельности. Растёт число публикаций о нём в газетах и журналах, в популярных изданиях. Инженеры и научные работники, занятые в самых различных областях народного хозяйства и науки, оценивают возможности использования ультразвуковых методов для своих конкретных задач и в связи с этим хотят получить представление о различных аспектах физики и техники ультразвука на современном уровне. Однако имеющаяся научно-техническая литература в настоящее время не в состоянии полностью удовлетворить такую потребность. Известные издания общего характера, посвящённые физике и технике ультразвука, зачастую не соответствуют современному состоянию науки. Опубликованные в последние годы специальные монографии научного и прнкладного характера предназначены для подготовленных читателей, обладающих достаточным запасом знаний в области акустики и смежных разделов физики, например, физики твёрдого тела, или в какой-то определенной, связанной с ультразвуком отрасли техники.
В данной работе я попытался обобщить собранные мною данные об ультразвуке, выделить наиболее современные и актуальные.
- Открытия в области звуковых колебаний
- Рождение ультразвука
- Периодическое движение
- Свободные колебания
- Маятник; кинематика его колебаний
- Гармоническое колебание. Частота
- Динамика гармонических колебаний
- Период
- Сдвиг фаз
- Вынужденные колебания
- Резонанс
- Волны
- Поперечные волны в шнуре
- Продольные волны в столбе воздуха
- Звуковые колебания
- Музыкальный тон. Громкость и высота тона
- Акустический резонанс
- Шумы
- Волны на поверхности жидкости
- Скорость распространения волн
- Радиолокация, гидроакустическая локация и звукометрия
- Отражение волн
- Отражение плоских волн
- Перенос энергии волнами
- Звуковые колебания
- Высота звука
- Громкость звука
- Тембр звука
- Восприятие созвучий
- Устройство уха. Резонансная теория Гельмгольца
- Характеристика ультразвука
- Ультразвук как упругие волны
- Специфические особенности ультразвука
- Измерение скорости звука
- Дисперсия
- Эффект Доплера в акустике
- Ослабление звука для сферических волн
- Поглощение звука
- Коэффициент поглощения звука
- Коэффициент поглощения ультразвука в воздухе.
- Молекулярное поглощение и дисперсия ультразвука
- Физический механизм молекулярного поглощения
- Понятие Дифракции
- Интерференция звука
- Акустооптическая дифракция
- Дифракция света на ультразвуке в анизотропной среде
- Применение на практике акустооптической дифракции
- Введение в ультразвуковую аппаратуру
- Действующие факторы и особенности ультразвукового воздействия
- Общие требования к ультразвуковым аппаратам
- Ультразвуковые колебательные системы
- Ультразвуковые преобразователи
- Согласование преобразователей со средой
- Конструкция колебательной системы
- Рабочие инструменты, соединения и опоры
- Генераторы ультразвуковых колебаний
- Ультразвуковые генераторы с независимым возбуждением
- Генераторы с самовозбуждением
- Генераторы с автоподстройкой частоты
- Конструкции многофункциональных аппаратов
- Многофункциональный аппарат для индивидульного потребителя
- Многофункциональный аппарат мощностью 40 вт (миксер "алёна")
- Многофункциональный ультразвуковой аппарат мощностью 160 вт. (электронный фитомиксер "алёна")
- Многофункциональный аппарат мощностью 400 вт ("сонатор - 22/04 - 01")
- Алгоритм обработки изображений при УЗ-диагностике
- Биофизика ультразвука
- Лучевая безопасность ультразвукового исследования
- Общая схема ультразвукового аппарата.
- Методы и алгоритмы обработки изображений
- Линейное контрастирование
- Пороговая обработка
- Алгоритмы линейной фильтрации изображений
- Медианный фильтр
- Выделение контуров
- Градиентный метод
- Метод активных контуров
- Методика ультразвуковой ангиографии печени
- Техника проведения ультразвуковой ангиографии печени
- Ультразвуковая картина печени при гепатите
- Ультразвуковая диагностика острого гепатита
- Ультразвуковая диагностика хронического гепатита
- Ультразвуковая обработка мяса и рыбопродуктов
- Ультразвуковая обработка молока
- Интенсификация процессов приготовления сыров
- Применение ультразвука при приготовлении соков
- Применение ультразвука в сельском хозяйстве
- Ультразвуковое снятие заусенцев
- Ультразвуковая дегазация жидкостей
- Ультразвуковая мойка и очистка
- Применение ультразвуковых многофункциональных аппаратов для обработки твердых тел
- Ультразвуковая размерная обработка
- Соединение порлимерных материалов под действием ультразвука
- Принципы УЗ-диагностики
- Эхо-имульсивные методы визуализации и измерений
- Акушерство
- Офтальмология
- Исследование внутренних органов
- Приповерхносные и наружные органы
- Кардиология
- Неврология
- Использование эффекта Доплера в диагностике
- Принципы применения УЗ в терапии и хирургии
- Ультразвук в стоматологии
- Ускорение процессов растворения
- Приготовление эмульсий
- Ультразвуковая стерилизация жидких сред
- Ускорение процессов экстрагирования лекарственного сырья
- Ультразвуковое диспергирование и приготовление суспензий
- Заключение