قرن بیست و یکم قرن الکترونیک رادیویی، اتم، اکتشاف فضا و اولتراسوند است. علم اولتراسوند امروزه نسبتاً جوان است. در پایان قرن نوزدهم، P. N. Lebedev، فیزیولوژیست روسی، اولین مطالعات خود را انجام داد. پس از آن، بسیاری از دانشمندان برجسته شروع به مطالعه سونوگرافی کردند.
سونوگرافی چیست؟
اولتراسوند یک حرکت نوسانی موجی انتشاری است که ذرات محیط ایجاد می کنند. این ویژگی های خاص خود را دارد که در آن با صداهای محدوده قابل شنیدن تفاوت دارد. به دست آوردن تابش هدایت شده در محدوده اولتراسونیک نسبتا آسان است. علاوه بر این، به خوبی فوکوس می کند و در نتیجه شدت نوسانات ایجاد شده افزایش می یابد. هنگام تکثیر در جامدات، مایعات و گازها، امواج فراصوت پدیده‌های جالبی را پدید می‌آورند که در بسیاری از زمینه‌های فناوری و علم کاربرد عملی یافته‌اند. سونوگرافی همین است که امروزه نقش آن در عرصه های مختلف زندگی بسیار زیاد است.
نقش اولتراسوند در علم و عمل
اولتراسوند در سالهای اخیر شروع به بازی در تحقیقات علمی کرده استنقشی فزاینده مهم مطالعات تجربی و نظری در زمینه جریان‌های صوتی و کاویتاسیون اولتراسونیک با موفقیت انجام شد، که به دانشمندان این امکان را داد تا فرآیندهای تکنولوژیکی را توسعه دهند که هنگام قرار گرفتن در معرض اولتراسوند در فاز مایع رخ می‌دهد. این یک روش قدرتمند برای مطالعه پدیده های مختلف در زمینه دانش مانند فیزیک است. از اولتراسوند، به عنوان مثال، در فیزیک نیمه هادی ها و حالت جامد استفاده می شود. امروزه شاخه جداگانه ای از شیمی به نام «شیمی فراصوت» در حال شکل گیری است. کاربرد آن باعث تسریع بسیاری از فرآیندهای شیمیایی-تکنولوژیکی می شود. آکوستیک مولکولی نیز متولد شد - شاخه جدیدی از آکوستیک که برهمکنش مولکولی امواج صوتی با ماده را مطالعه می کند. حوزه های جدیدی از کاربرد اولتراسوند ظاهر شده است: هولوگرافی، اینتروسکوپی، آکوستوالکترونیک، اندازه گیری فاز اولتراسونیک، آکوستیک کوانتومی.
علاوه بر کارهای تجربی و نظری در این زمینه، امروزه کارهای عملی زیادی انجام شده است. دستگاه های اولتراسونیک ویژه و جهانی، تاسیساتی که تحت فشار استاتیکی افزایش یافته کار می کنند و … ساخته شده اند. تاسیسات اولتراسونیک اتوماتیک موجود در خطوط تولید وارد تولید شده است که می تواند بهره وری نیروی کار را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.
اطلاعات بیشتر درباره سونوگرافی
بیایید بیشتر در مورد اینکه سونوگرافی چیست صحبت کنیم. قبلاً گفتیم که اینها امواج و نوسانات الاستیک هستند. فرکانس سونوگرافی بیش از 15-20 کیلوهرتز است. ویژگی های ذهنی شنوایی ما حد پایین فرکانس های اولتراسونیک را تعیین می کند کهآن را از فرکانس صدای قابل شنیدن جدا می کند. بنابراین، این مرز مشروط است و هر یک از ما به طور متفاوتی سونوگرافی را تعریف می کنیم. حد بالایی با امواج الاستیک، ماهیت فیزیکی آنها نشان داده شده است. آنها فقط در یک محیط مادی منتشر می شوند، یعنی طول موج باید به طور قابل توجهی بیشتر از میانگین مسیر آزاد مولکول های موجود در گاز یا فواصل بین اتمی در جامدات و مایعات باشد. در فشار معمولی در گازها، حد بالایی فرکانس‌های اولتراسونیک 109 Hz است و در جامدات و مایعات - 1012-10. 13 هرتز.
منابع اولتراسونیک
اولتراسوند در طبیعت هم به عنوان جزئی از بسیاری از صداهای طبیعی (آبشار، باد، باران، سنگریزه های غلتیده شده توسط موج سواری، و همچنین در صداهای همراه با رعد و برق و غیره) و به عنوان بخشی جدایی ناپذیر از صداهای طبیعی یافت می شود. دنیای حیوانات برخی از گونه های حیوانات از آن برای جهت یابی در فضا، تشخیص موانع استفاده می کنند. همچنین مشخص است که دلفین ها در طبیعت از امواج فراصوت (عمدتا فرکانس های 80 تا 100 کیلوهرتز) استفاده می کنند. در این حالت، قدرت سیگنال های مکان یابی ساطع شده توسط آنها می تواند بسیار زیاد باشد. دلفین‌ها می‌توانند دسته‌های ماهی را تا یک کیلومتری تشخیص دهند.
انتشار دهنده ها (منابع) اولتراسوند به 2 گروه بزرگ تقسیم می شوند. اولین مورد ژنراتورهایی است که در آنها به دلیل وجود موانعی که در آنها در مسیر جریان ثابت نصب شده است - یک جت مایع یا گاز، نوسانات برانگیخته می شوند. گروه دومی که می توان منابع اولتراسوند را در آن ترکیب کردمبدل های الکتروآکوستیک که نوسانات داده شده در جریان یا ولتاژ الکتریکی را به یک ارتعاش مکانیکی ساخته شده توسط یک جسم جامد که امواج صوتی را به محیط تابش می کند تبدیل می کند.
گیرنده اولتراسوند
در فرکانس‌های متوسط و پایین، گیرنده‌های اولتراسونیک اغلب مبدل‌های الکتروآکوستیک از نوع پیزوالکتریک هستند. آنها می توانند شکل سیگنال صوتی دریافتی را که به صورت وابستگی زمانی فشار صدا نشان داده می شود، بازتولید کنند. بسته به شرایط کاربردی که برای آن در نظر گرفته شده اند، دستگاه ها می توانند پهن باند یا رزونانس باشند. گیرنده های حرارتی برای به دست آوردن مشخصه های میدان صوتی متوسط زمان استفاده می شوند. آنها ترمیستورها یا ترموکوپل هایی هستند که با یک ماده جاذب صدا پوشیده شده اند. فشار و شدت صوت را می‌توان با روش‌های نوری، مانند پراش نور با امواج فراصوت، تخمین زد.
سونوگرافی کجا استفاده می شود؟
کاربردهای زیادی دارد، در حالی که از ویژگی های مختلف سونوگرافی استفاده می شود. این مناطق را می توان به طور تقریبی به سه حوزه تقسیم کرد. اولین آنها با به دست آوردن اطلاعات مختلف از طریق امواج اولتراسونیک مرتبط است. جهت دوم تأثیر فعال آن بر ماده است. و سوم با انتقال و پردازش سیگنال ها مرتبط است. US از یک محدوده فرکانس مشخص در هر مورد استفاده می شود. ما فقط چند مورد از بسیاری از زمینه هایی را که راه خود را در آن پیدا کرده است پوشش خواهیم داد.
تمیز کردن اولتراسونیک
کیفیت این تمیز کردن قابل مقایسه با روش های دیگر نیست. به عنوان مثال، هنگام شستشوی قطعات، تا 80٪ از آلاینده ها روی سطح آنها باقی می مانند، حدود 55٪ - با تمیز کردن ارتعاش، حدود 20٪ - با تمیز کردن دستی، و با تمیز کردن اولتراسونیک، بیش از 0.5٪ از آلاینده ها باقی نمی مانند. جزئیاتی که شکل پیچیده ای دارند فقط با کمک اولتراسوند به خوبی تمیز می شوند. مزیت مهم استفاده از آن بهره وری بالا و همچنین هزینه کم کار فیزیکی است. علاوه بر این، می توانید حلال های آلی گران قیمت و قابل اشتعال را با محلول های آبی ارزان و ایمن جایگزین کنید، از فریون مایع و غیره استفاده کنید.
یک مشکل جدی آلودگی هوا با دوده، دود، گرد و غبار، اکسیدهای فلزی و غیره است که بدون در نظر گرفتن رطوبت و دمای محیط می توانید از روش اولتراسونیک برای تمیز کردن هوا و گاز در خروجی های گاز استفاده کنید. اگر یک فرستنده اولتراسونیک در محفظه ته نشینی گرد و غبار قرار گیرد، کارایی آن صدها برابر افزایش می یابد. جوهر چنین تطهیر چیست؟ ذرات گرد و غبار که به طور تصادفی در هوا حرکت می کنند، قوی تر و اغلب تحت تأثیر ارتعاشات اولتراسونیک به یکدیگر برخورد می کنند. در همان زمان، اندازه آنها به دلیل ادغام آنها افزایش می یابد. انعقاد فرآیند بزرگ شدن ذرات است. فیلترهای ویژه خوشه های وزنی و بزرگ شده خود را می گیرند.
ماشینکاری مواد شکننده و فوق سخت
اگر با استفاده از اولتراسوند، مواد ساینده، بین قطعه کار و سطح کار ابزار وارد شوید، سپس ذرات ساینده در حین کارقطره چکان روی سطح این قسمت تاثیر می گذارد. در این حالت، مواد از بین می‌روند و از بین می‌روند و تحت پردازش انواع ضربه‌های ریز جهت‌دار قرار می‌گیرند. سینماتیک پردازش شامل حرکت اصلی - برش است، یعنی ارتعاشات طولی ایجاد شده توسط ابزار، و کمکی - حرکت تغذیه ای که ماشین انجام می دهد.
سونوگرافی می تواند کارهای مختلفی را انجام دهد. برای دانه های ساینده، منبع انرژی ارتعاشات طولی است. آنها مواد پردازش شده را از بین می برند. حرکت تغذیه (کمکی) می تواند دایره ای، عرضی و طولی باشد. پردازش اولتراسونیک دقیق تر است. بسته به اندازه دانه ساینده، از 50 تا 1 میکرون متغیر است. با استفاده از ابزارهایی با اشکال مختلف، می توانید نه تنها سوراخ ها، بلکه برش های پیچیده، محورهای منحنی، حکاکی، آسیاب، ساخت ماتریس و حتی سوراخ کردن الماس ایجاد کنید. مواد مورد استفاده به عنوان ساینده - کوراندوم، الماس، ماسه کوارتز، سنگ چخماق.
سونوگرافی در رادیو الکترونیک
اولتراسوند در فناوری اغلب در زمینه الکترونیک رادیویی استفاده می شود. در این ناحیه، اغلب نیاز به تأخیر در یک سیگنال الکتریکی نسبت به سیگنال دیگری است. دانشمندان با پیشنهاد استفاده از خطوط تاخیر اولتراسونیک (به اختصار LZ) راه حل خوبی پیدا کرده اند. عمل آنها بر این واقعیت استوار است که تکانه های الکتریکی به ارتعاشات مکانیکی اولتراسونیک تبدیل می شوند. چگونه اتفاق می افتد؟ واقعیت این است که سرعت اولتراسوند به طور قابل توجهی کمتر از سرعت ایجاد شده توسط نوسانات الکترومغناطیسی است. نبضولتاژ پس از تبدیل معکوس به ارتعاشات مکانیکی الکتریکی در خروجی خط نسبت به پالس ورودی به تاخیر می افتد.
مبدل های پیزوالکتریک و مغناطیسی برای تبدیل ارتعاشات الکتریکی به مکانیکی و بالعکس استفاده می شوند. LZ به ترتیب به دو دسته پیزوالکتریک و مغناطیسی تقسیم می شوند.
سونوگرافی در پزشکی
انواع مختلف اولتراسوند برای تأثیرگذاری بر موجودات زنده استفاده می شود. در عمل پزشکی، استفاده از آن در حال حاضر بسیار محبوب است. این بر اساس اثراتی است که در بافت های بیولوژیکی هنگام عبور سونوگرافی از آنها ایجاد می شود. امواج باعث ایجاد نوسانات در ذرات محیط می شود که نوعی میکروماساژ بافت ایجاد می کند. و جذب اولتراسوند منجر به گرم شدن موضعی آنها می شود. در همان زمان، دگرگونی های فیزیکوشیمیایی خاصی در محیط های بیولوژیکی رخ می دهد. این پدیده ها در صورت شدت صوت متوسط صدمات جبران ناپذیری ایجاد نمی کنند. آنها فقط متابولیسم را بهبود می بخشند و بنابراین به فعالیت حیاتی بدن در معرض آنها کمک می کنند. از چنین پدیده هایی در سونوگرافی درمانی استفاده می شود.
سونوگرافی در جراحی
کاویتاسیون و حرارت قوی در شدت های بالا منجر به تخریب بافت می شود. این اثر امروزه در جراحی استفاده می شود. اولتراسوند متمرکز برای عملیات جراحی استفاده می شود، که امکان تخریب موضعی در عمیق ترین ساختارها (به عنوان مثال، مغز) را بدون آسیب رساندن به ساختارهای اطراف فراهم می کند. سونوگرافی در جراحی نیز کاربرد داردابزارهایی که در آنها انتهای کار شبیه یک سوهان، چاقوی جراحی، سوزن است. ارتعاشات تحمیل شده بر آنها کیفیت های جدیدی به این سازها می بخشد. نیروی مورد نیاز به طور قابل توجهی کاهش می یابد، بنابراین، آسیب ناشی از عمل کاهش می یابد. علاوه بر این، یک اثر ضد درد و هموستاتیک آشکار می شود. ضربه با ابزار بلانت با استفاده از سونوگرافی برای از بین بردن انواع خاصی از نئوپلاسم هایی که در بدن ظاهر شده اند استفاده می شود.
تاثیر بر بافت های بیولوژیکی برای از بین بردن میکروارگانیسم ها انجام می شود و در فرآیندهای استریل کردن داروها و ابزار پزشکی استفاده می شود.
تحقیق اندام های داخلی
عمدتاً در مورد مطالعه حفره شکم صحبت می کنیم. برای این منظور از دستگاه مخصوص استفاده می شود. از سونوگرافی می توان برای یافتن و تشخیص ناهنجاری های مختلف بافتی و تشریحی استفاده کرد. چالش اغلب به شرح زیر است: یک بدخیمی مشکوک است و باید از یک ضایعه خوش خیم یا عفونی تشخیص داده شود.
سونوگرافی برای معاینه کبد و سایر کارهایی که شامل تشخیص انسداد و بیماری های مجاری صفراوی و همچنین معاینه کیسه صفرا برای تشخیص وجود سنگ و سایر آسیب شناسی ها در آن می شود مفید است. علاوه بر این، ممکن است از آزمایش سیروز و سایر بیماری های خوش خیم کبدی استفاده شود.
در زمینه زنان و زایمان، عمدتاً در آنالیز تخمدان ها و رحم، استفاده از سونوگرافی طولانی است.جهت اصلی که در آن به ویژه با موفقیت انجام می شود. اغلب، تمایز سازندهای خوش خیم و بدخیم نیز در اینجا مورد نیاز است که معمولاً به بهترین کنتراست و وضوح فضایی نیاز دارد. نتیجه گیری های مشابه می تواند در مطالعه بسیاری از اندام های داخلی دیگر مفید باشد.
استفاده از سونوگرافی در دندانپزشکی
سونوگرافی به دندانپزشکی نیز راه پیدا کرده است، جایی که از آن برای از بین بردن تارتار استفاده می شود. این به شما امکان می دهد پلاک و سنگ را به سرعت، بدون خون و بدون درد از بین ببرید. در عین حال، مخاط دهان آسیب نمی بیند و "جیب" حفره ضد عفونی می شود. به جای درد، بیمار احساس گرما می کند.
