Перспективи використання ультразвуку

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

1. Що таке ультразвук?

2. Джерела ультразвуку

3. Вплив ультразвуку на організм людини

4. Профілактика і лікування захворювань, викликаних ультразвуком

5. Використання ультразвуку в промисловості і господарстві

6. Ультразвук в сучасній медицині

7. Перспективи використання ультразвуку

8. Прилади

8.1 Свисток Гальтона

8.2 Сирена

Використана література

1. Що таке ультразвук?

ультразвук медичний промисловість прилад

Ультразвук - пружні коливання з частотою за межею чутності для людини. Зазвичай ультразвуковим діапазоном вважають частоти вище 18 000 герц.

Хоча про існування ультразвука відомо давно, його практичне використання досить молоде. У наш час ультразвук широко застосовується в різних фізичних і технологічних методах. Так, по швидкості поширення звуку в середовищі судять про її фізичних характеристиках. Вимірювання швидкості на ультразвукових частотах дозволяє з досить малими похибками визначати, наприклад, адіабатичні характеристики бистропротекающіх процесів, значення питомої теплоємності газів, пружні постійні твердих тіл.

Останнім часом все більш широке поширення у виробництві знаходять технологічні процеси, засновані на використанні енергії ультразвуку. Ультразвук знайшов також застосування в медицині. У зв'язку із зростанням одиничних потужностей і швидкостей різних агрегатів і машин ростуть рівні шуму, у тому числі і в ультразвукової області частот.

Ультразвуком називають механічні коливання пружного середовища з частотою, що перевищує верхню межу чутності -20 кГц. Одиницею виміру рівня звукового тиску є дБ. Одиницею вимірювання інтенсивності ультразвуку є ват на квадратний сантиметр (Вт/с2) Людське вухоне сприймає ультразвук, проте деякі тварини, наприклад, летючі миші можуть і чути, і видавати ультразвук. Частково сприймають його гризуни, кішки, собаки, кити, дельфіни. Ультразвукові коливання виникають при роботі моторів автомобілів, верстатів і ракетних двигунів.

У практиці для отримання ультразвуку зазвичай застосовуютьелектро-механічні генератори ультразвука, дія яких заснована наздатності деяких матеріалів змінювати свої розміри під дією магнітного (магніто-стрикційні генератори) або електричного поля (п'єзоелектричні генератори), при цьому генератори видають звуки високої частоти.

Унаслідок великої частоти (малої довжини хвилі) ультразвук володіє особливими властивостями. Так, подібно світлу, ультразвукові хвилі можуть утворювати строго направлені пучки. Відображення і заломлення цих пучків на кордоні двох середовищ підкоряється законам геометричної оптики. Він сильно поглинається газами і слабо - рідинами. У рідині під впливомультразвука утворюються порожнечі у вигляді найдрібніших бульбашок зкороткочасним зростанням тиску усередині них. Крім того, ультразвукові хвилі прискорюють протікання процесів дифузії (взаємопроникнення двох середовищ один в одного). Ультразвукові хвилі істотно впливають на розчинність речовини і в цілому на хід хімічних реакцій.

Ці властивості ультразвуку і особливості його взаємодії з середовищем обумовлюють його широке технічне і медичне використання.

Ультразвук застосовують в медицині та біології для ехолокації, для виявлення і лікування пухлин і деяких дефектів в тканинах організму, в хірургії і травматології для розтину м'яких і кісткових тканин при різних операціях, для зварювання зламаних кісток, для руйнування кліток.. У ультразвукової терапії для лікувальних цілей використовують коливання 800-900 кГц.

2. Джерела ультразвуку

Частота ультразвукових коливань, що застосовуються в промисловості і біології, лежить в діапазоні порядку декількох МГц. Такі коливання зазвичай створюють за допомогою п'єзокерамічних перетворювачів з титаніту барію. У тих випадках, коли основне значення має потужність ультразвукових коливань, зазвичай використовуються механічні джерела ультразвуку. Спочатку всі ультразвукові хвилі отримували механічним шляхом (камертони, свистки, сирени).

У природі УЗ зустрічається як в якості компонентів багатьох природних шумів (в шумі вітру, водоспаду, дощу, в шумі гальки, перекочується морським прибоєм, у звуках, які супроводжують грозові розряди, і т. д.), так і серед звуків тваринного світу. Деякі тварини користуються ультразвуковими хвилями для виявлення перешкод, орієнтування в просторі.

Випромінювачі ультразвуку можна поділити на дві великі групи. До першої відносяться випромінювачі-генератори; коливання в них порушуються через наявність перешкод на шляху постійного потоку - струменя газу або рідини. Друга група випромінювачів - електроакустичні перетворювачі; вони перетворять вже задані коливання електричної напруги або струму в механічне коливання твердого тіла, яке і випромінює в навколишнє середовище акустичні хвилі.

3. Вплив ультразвуку на організм людини

Ультразвук має головний образ локальною дією на організм, оскільки передається при безпосередньому контакті з ультразвуковим інструментом, робочою деталями середовищами, де збуджуються ультразвукові коливання. Ультразвукові коливання, що генеруються ультразвуком низько частотним промисловим обладнанням, надають несприятливий вплив на організм людини. Тривалий систематичний вплив ультразвуку, що поширюється повітряним шляхом, викликає зміни нервової, серцево-судинної та ендокринної систем, слухового і вестибулярного аналізаторів. Найбільш характерним є наявність вегетосудинної дистонії і астенічного синдрому. Ступінь вираженості змін залежить від інтенсивності і тривалості впливу ультразвуку і підсилюється при наявності в спектрі високочастотного шуму, при цьому приєднується виражене зниження слуху. У випадку продовження контакту з ультразвуком зазначені розлади здобувають більш стійкий характер. При дії локального ультразвуку виникають явища вегетативного поліневриту рук (рідше ніг) різного ступеня виразності, аж до розвитку парезу кистей і передпліччя, вегетативно-судинної дисфункції. Характер змін, виникають в організмі під впливом ультразвуку, залежить від дозивпливу. Малі дози - рівень звуку 80-90 дб - дають стимулюючий ефект - мікромасаж, прискорення обмінних процесів. Великі дози -- рівень звуку 120 і більш дб - дають вражаючий ефект.

У полі ультразвукових коливань в живих тканинах ультразвук надає механічне, термічне, фізико-хімічний вплив (мікромасаж клітин і тканин). При цьому активізуються обмінні процеси, підвищуються імунні властивості організму.

Ультразвук має виражену знеболююче, спазмолітичну, протизапальну і тонізуючу дію, стимулює крово-і лімфообіг, прискорює регенеративні процеси, поліпшує трофіку тканин. Час впливу на болючу зону 3-5мін, а в сумі - на декілька зон - не більше 12-15 хв на всю процедуру і не більше 10-12 процедур раз на 3 місяці. Оскільки ультразвук повністю відбивається від найтонших прошарків повітря, до тіла його підводять через безповітряні контактні середовища.

4. Профілактика і лікування захворювань, викликаних ультразвуком

Основу профілактики несприятливого впливу ультразвуку на осіб, які обслуговують ультразвукові установки, складає гігієнічне нормування. Відповідно до ДСТ 12.1.01-89 "Ультразвук. Загальні вимоги безпеки "," Санітарними нормами і правилами при роботі на промислових ультразвукових установках "(№ 1733-77) обмежуються рівні звукового тиску в високочастотної області чутних звуків (від 80 до 110 дБ). Ультразвук, що передається контактним шляхом, нормується "Санітарними нормами і правилами при роботі з устаткуванням, що створює ультразвуки, що передаються контактним шляхом на руки працюючих "№ 2282-80. Міри попередження несприятливої дії ультразвуку на організм операторів технологічних установок, персоналу лікувально-діагностичних кабінетів складаються в першу чергу в проведенні заходів технічного характеру. До них відносяться створення автоматизованого ультразвукового устаткування з дистанційним управлінням; використання по можливості мало потужного обладнання, що сприяє зниженню інтенсивності шуму й ультразвуку на робочих місцях на

20-40 дБ; розміщення обладнання в звукоізольованому приміщеннях або кабінетах з дистанційним керуванням; обладнання звукоізолюючих пристроїв, кожухів, екранів з листової сталі або дюралюмінію, покритих гумою, противо-шумовою мастикою та іншими матеріалами. При проектуванні ультразвукових установок доцільно використовувати робочі частоти, найбільш віддалені від чутного діапазону - не нижче 22 кГц. Щоб виключити вплив ультразвуку при контакті з рідкими і твердими середовищами, необхідно встановлювати систему автоматичного відключення ультразвукових перетворювачів при операціях, під час яких можливий контакт (наприклад, завантаження і вивантаження матеріалів). Для захисту рук від контактної дії ультразвуку рекомендується застосування спеціального робочого інструменту з віброізолюючиєю рукояткою. Якщо по виробничих причинах неможливо знизити рівень інтенсивності шуму й ультразвуку до припустимих значень, необхідне використання засобів індивідуального захисту - проти шумів, гумових рукавичок з бавовняної прокладкою.

5. Використання ультразвуку в промисловості і господарстві

Сьогодні ультразвук застосовується у величезній кількості галузей. Серед них: медицина, геологія, сталеливарна промисловість, військова промисловість і т.д. Надзвичайно інтенсивно ультразвук застосовується в геології, існує спеціальна наука - геофізика. За допомогою ультразвуку геофізики знаходять поклади цінних копалин і визначають глибину їх місце знаходження. У металолітейной галузі ультразвук застосовується для діагностики стану кристалічної решітки металу. При «Прослуховування» труб, балок у якісних виробів виходить певний сигнал, якщо ж у вироба щось відрізняється від норми (щільність, дефект конструкції), сигнал буде іншим, що і вкаже інженеру.

Сьогодні величезна поширення набули всілякі апарати з використанням ультразвукових імпульсів. Один з найвідоміших апаратів - ультразвукова пральна машинка: невелика «таблетка». Таке пристосування отримує найбільш позитивні відгуки: прання безшумне і економічне - апарат вимагає вкрай мало допоміжних миючих засобів та споживає енергії менше 50-ваттовой лампочки, білизна не тільки очищається, а ще і дезінфікується.

П'єзокерамічні випромінювачі збуджують ультразвукові коливання, утворюють в розчині величезну кількість мікроскопічних бульбашок (кавітація) з висолів тиском всередині, які, вибухаючи, порушують зчеплення забруднених мікрочастинок з волокнами виробів і полегшують їх видалення поверхнево-активними речовинами миючого розчину прального порошку або мила. Таким чином, очищення волокон тканини відбувається зсередини, що дозволяє досягати високої ефективності прання.

Також використовуються ультразвукові ванни, як для дезінфекції інструментів, так і в косметичних цілях - масаж ступень ніг, рук, обличчя.

Дуже ефективні ультразвукові зволожувачі повітря і форсунки, а також віддалеміри (у всьому відомих радарах швидкості дорожньої поліції також використовуються ультразвукові імпульси).

6. Ультразвук в сучасній медицині

В сучасній медицині також використовується ультразвук. Наприклад, один з найпоширеніших процедур з його використанням - УЗД, де ультразвук використовується для діагностики стану внутрішніх органів. Також застосовується ультрозвукова фізіотерапія, що дозволяє прискорити регенерацію шрамів, тканин, зрощування кісток; ультразвукова кардіограма, ультразвукової остео синтез.

7. Перспективи використання ультразвуку

У перспективі передбачається більш широке використання ультразвукових імпульсів в косметичних цілях - вчені вже в найближчому майбутньому збираються представити технологію застосування ультразвуку для очищення пір, освіження, омолодження зів'ялою шкіри - ультразвуковий пілінг.

Ведуться роботи по створенню ультразвукового зброї, а також розробкисистем захисту від нього. Передбачається більш широке використання ультразвуку в побутовому господарстві.

8. Прилади

8.1 Свисток Гальтона

Перший ультразвуковий свисток зробив в 1883 році англієць Гальтон. Ультразвук тут створюється подібно звуку високого тону на вістря ножа, коли на нього потрапляє потік повітря. Роль такого вістря в свистку Гальтона грає "губа" в маленькій циліндричної резонансної порожнини. Газ, що пропускається під високим тиском через порожнистий циліндр, ударяється об цю "губу"; виникають коливання, частота яких (вона складає близько 170 кГц) визначається розмірами сопла і губи. Потужність свистка Гальтона невелика. В основному його застосовують для подачі команд при дресируванні собак і кішок.

8.2 Сирена

Інший різновид механічних джерел ультразвуку - сирена. Вона володіє відносно великою потужністю і застосовується в поліцейських і пожежних машинах. Всі ротаційні сирени складаються з камери, закритої зверху диском (статором), в якому зроблено велику кількість отворів. Стільки ж отворів є і на що обертається усередині камери диску - роторі. При обертанні ротора положення отворів в ньому періодично співпадає з положенням отворів на статорі. У камеру безперервно подається стисле повітря, яке виривається з неї в ті короткі миті, коли отвори на роторі і статорі співпадають.

Основне завдання при виготовленні сирен - це по-перше-зробити якомога більше отворів в роторі, по-друге-досягти великої швидкості його обертання. Однак практично виконати обидва ці вимоги дуже важко.

Размещено на Allbest.ru