Ультразвук – помощник человека

Импульсный метод позволяет исследовать изделия при одностороннем доступе к ним. Метод обладает повышенной чувствительностью, отражение даже 1% ультразвуковой энергии будет замечено. Преимущество импульсного метода состоит еще и в том, что он позволяет определить на какой глубине находится дефект.

2. 9. Ультразвук в радиоэлектронике

В радиоэлектронике часто возникает необходимость задержать один электрический сигнал относительно другого. Удачное решение нашли ученые, предложив ультразвуковые линии задержки . Действие их основано на преобразовании электрических импульсов в импульсы ультразвуковых механических колебаний, скорость распространения которых значительно меньше скорости распространения электромагнитных колебаний.  После обратного преобразования механических колебаний в электрические импульс напряжения на выходе линии будет задержан относительно входного импульса.

Для преобразования электрических колебаний в механические и обратно используют магнитострикционные и пьезоэлектрические преобразователи. Соответственно этому линии задержки подразделяются на магнитострикционные и пьезоэлектрические.

Магнитострикционная линии задержки состоит из входного и выходного преобразователей, магнитов, звукопровода и поглотителей. Входной преобразователь состоит из катушки, по которой протекает ток входного

сигнала, участка звукопровода из магнитострикционного материала, в котором возникают механические колебания ультразвуковой частоты, и магнита, создающего постоянное подмагничивание зоны преобразования. Выходной преобразователь по устройству почти не отличается от входного.

Звукопровод представляет собой стержень из магнитострикционного материала, в котором возбуждаются ультразвуковые колебания, распространяющиеся со скоростью примерно 5000 м/с для задержки импульса, например, на 100 мкс длина звукопровода должна быть около 43 см. Магнит нужен для создания начальной магнитной индукции и подмагничивания зоны преобразования. Поглотители для уменьшения уровня паразитных отраженных сигналов располагаются на обоих концах звукопровода.

Принцип действия магнитострикционной линии задержки основан на изменении размеров ферромагнитных материалов под воздействием магнитного поля. Механическое возмущение, вызванное магнитным полем катушки входного преобразователя, передается по звокопроводу и, дойдя до катушки выходного преобразователя, наводит в ней электродвижущую силу.

Пьезоэлектрические линии задержки устроены следующим образом. На пути электрического сигнала ставят пьезоэлектрический преобразователь (пластинку кварца), который жестко соединен с металлическим стержнем (звукопроводом). Ко второму концу стержня прикреплен второй пьезоэлектрический преобразователь. Сигнал, подойдя к входному преобразователю, вызывает механические колебания ультразвуковой частоты, которые затем распространяются в звукопроводе. Достигнув второго преобразователя, ультразвуковые колебания вновь преобразуются в электрические. Но так как скорость распространения ультразвука в звукопроводе меньше скорости распространения электрического сигнала, сигнал, на пути которого был звукопровод, отстает от другого на величину, равную разности скорости распространения ультразвука и электромагнитных сигналов на определенном участке.

2. 10. Ультразвук в медицине

Применение ультразвука для активного воздействия на живой организм в медицине основывается на эффектах, возникающих в биологических тканях при прохождении через них ультразвуковых волн. Колебания частиц среды в волне вызывают своеобразный микромассаж тканей, поглощение ультразвука – локальное нагревание их. Одновременно под действием ультразвука происходят физико-химические превращения в биологических средах.

При умеренной интенсивности звука эти явления не вызывают необратимых повреждений, а лишь улучшают обмен веществ и, следовательно, способствуют жизнедеятельности организма. Эти явления находят применение в ультразвуковой терапии (интенсивность ультразвука до 1 Вт/ см). При больших интенсивностях сильное нагревание и кавитация вызывают разрушение тканей. Этот эффект находит применение в ультразвуковой хирургии. Для хирургических операций используют фокусированный ультразвук, который позволяет производить локальные разрушения в глубинных структурах, например мозга, без повреждения окружающих тканей (интенсивность ультразвука достигает сотен и даже тысяч Вт/ см).

В хирургии применяют также ультразвуковые инструменты, рабочий конец которых имеет вид скальпеля, пилки, иглы  и т.п. Наложение ультразвуковых колебаний на такие, обычные для хирургии, инструменты придает им новые качества, существенно снижая требуемое усилие и, следовательно, травматизм операции; кроме того, проявляется кровоостанавливающий и обезболивающий эффект. Контактное воздействие тупым ультразвуковым инструментом применяется для разрушения некоторых новообразований.

Воздействие мощного ультразвука на биологические ткани применяется для разрушения  микроорганизмов в процессах стерилизации медицинских инструментов и лекарственных веществ.

Ультразвук нашел применение в зубоврачебной практике для снятия зубного камня. Он позволяет безболезненно, бескровно, быстро удалять зубной камень и налет с зубов. При этом не травмируется слизистая полость рта и обеззараживаются «карманы» полости, а пациент вместо боли испытывает ощущение теплоты.

2. 11. Ультразвук в гидролокации

Направленные узкие пучки ультразвука применяются, в частности, для измерения глубины моря. Для этой цели на дне судна помещают излучатель и приёмник ультразвука. Излучатель даёт короткие сигналы длительностью всего 0,001 секунды, которые посылаются по направлению ко дну. При этом время отправления каждого сигнала регистрируется прибором. Отражаясь от дна моря, ультразвуковой сигнал через некоторое время достигает приёмника. Момент приёма сигнала тоже регистрируется. Таким образом, за время t, которое проходит с момента отправления сигнала до момента его приёма, сигнал, распространяющийся со скоростью , проходит путь, равный удвоенной глубине моря, т. е. 2h: t. Отсюда легко вычислить глубину моря: .

Описанный метод определения расстояния до объекта называется эхолокацией. Ультразвуковая локация в воздухе малоэффективна, так как волна такой частоты в газах очень быстро затухает.

Ультразвуковые волны применяют в сонарах, позволяющих обнаруживать под водой различные объекты, например субмарины, или составлять карты морского дна. Название «сонар» происходит от английских слов, означающих «определение направления и дальности по звуковому сигналу». Сонар используется на судах для промеров глубины и обнаружения подводных объектов. С его помощью можно измерить расстояние до морского дна, обнаружить подводную лодку или косяк рыбы.

Сонар, установленный на судне, преобразует электрические сигналы в звуковые импульсы. Далее они проходят под водой. Любой объект, встретившийся на пути луча, отражает его, вызывая «эхо». Устройство сонара принимает отражённые сигналы, снова преобразует их в электрические и по времени запаздывания сигнала определяет расстояние до обнаруженной цели. Глубина расположения цели и расстояние до неё отражаются на экране.

Заключение

При проведении  работы были решены следующие задачи:

1. Проведен анализ действующей литературы на тему «Ультразвук» с целью выявления способов применения ультразвука.

2.  Рассмотрены   примеры применения ультразвука  в  жизнедеятельности человека.

Применения ультразвука чрезвычайно разнообразны. Ультразвук служит мощным методом исследования различных явлений во многих областях физики. Так, например, ультразвуковые методы применяются в физике твёрдого тела и физике полупроводников; возникла целая новая область физики — акусто – электроника, на основе достижений которой разрабатываются различные приборы для обработки сигнальной информации в микроэлектронике.

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.

Все свойства ультразвука рассмотренные в данной работе – это лишь широко применимая на сегодня доля всех тех безграничных возможностей, которые ему под силу. И, исходя из того, что эти возможности до конца не изучены, человечество может рассчитывать еще на много открытий в области ультразвука в ближайшем будущем.

Литература

1. Хилл, К. Применение ультразвука в медицине [Текст] / К. Хилл. – М.: Мир, 1989. – 568 с.

2. Ремизов, А.Н. Медицинская и биологическая физика [Текст] / А.Н.              Ремизов. – М.: Дрофа, 2003. – 560 с.

3.      Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2001 (2 CD-ROM).

4.      Джанколи, Д. Физика [Текст] / Д. Джанколи – М.: Мир, 1989. –    656 с.

5. Бергман, Л. Ультразвук и его применение в науке и технике[Текст] / Л. Бергман – 1957. – 726 c.

5.      Шутилов, В.А. Основы физики ультразвука [Текст] / В. А. Шутилов

– Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1980, – 280 с.

6.      Майер В.В. Простые опыты с ультразвуком [Текст] / В. В. Майер –

М. , 1978. – 160 с. с илл.

8. Ультразвуковая и функциональная диагностика: ежекварт. науч.-практ. журн. – М., 1995, №4.

9. Хорбенко, И. Г. Звук, ультразвук, инфразвук [Текст] / И. Г. Хорбенко – М.: Знание, 1986. – 192 с.

10. Северденко, В. П. Применение ультразвука в промышленностит [Текст] / В. П. Северденко, В. В. Клубович. – Минск: Наука и техника, 1967. – 264 с.

2