✖


Jump to content

УЗИ

(Перенаправлено с Ультразвукового )

О применении в медицине см. Медицинское ультразвуковое исследование . Чтобы узнать о других значениях, см. Ультразвук (значения) и Ультразвук (значения) .
Не путать со сверхзвуком .

Ультразвуковое исследование

Ультразвук – это частотой более килогерц 20 . звук [1] Эта частота является приблизительным верхним пределом слышимости человеческого слуха у здоровых молодых людей. Физические принципы акустических волн применимы к любому диапазону частот, включая ультразвук. Ультразвуковые устройства работают с частотами от 20 кГц до нескольких гигагерц.

Ультразвук используется во многих областях. Ультразвуковые устройства используются для обнаружения объектов и измерения расстояний. Ультразвуковая визуализация или сонография часто используются в медицине. При неразрушающем контроле изделий и конструкций ультразвук используют для обнаружения невидимых дефектов. В промышленности ультразвук используется для очистки, смешивания и ускорения химических процессов. Такие животные, как летучие мыши и морские свиньи, используют ультразвук для обнаружения добычи и препятствий. [2]

История

[ редактировать ]
Свисток Гальтона — одно из первых устройств, производящих ультразвук.

Акустика , наука о звуке , берет свое начало еще у Пифагора в VI веке до нашей эры, который писал о математических свойствах струнных инструментов . Эхолокация у летучих мышей была открыта Лаццаро ​​Спалланцани в 1794 году, когда он продемонстрировал, что летучие мыши охотятся и ориентируются с помощью неслышимых звуков, а не зрения. Фрэнсис Гальтон в 1893 году изобрел свисток Гальтона , регулируемый свисток , производящий ультразвук, который он использовал для измерения диапазона слуха людей и других животных, продемонстрировав, что многие животные могут слышать звуки, превышающие диапазон слышимости человека.

Первая статья по истории ультразвука была написана в 1948 году. [3] По словам его автора,Во время Первой мировой войны русский инженер Чиловский представил французскому правительству идею обнаружения подводных лодок. Последний пригласил для оценки Поля Ланжевена , тогдашнего директора Школы физики и химии в Париже. Предложение Чиловского заключалось в том, чтобы возбудить цилиндрический слюдяный конденсатор высокочастотной дугой Поульсена с частотой примерно 100 кГц и, таким образом, создать ультразвуковой луч для обнаружения подводных объектов. Идея обнаружения подводных препятствий была предложена еще Л. Ф. Ричардсоном после катастрофы «Титаника» . Ричардсон предложил разместить высокочастотный гидравлический свисток в фокусе зеркала и использовать его для обнаружения подводных навигационных опасностей. Прототип был построен сэром Чарльзом Парсонсом , изобретателем паровой турбины , но устройство оказалось непригодным для этой цели.В устройстве Ланжевена использовался пьезоэлектрический эффект , с которым он был знаком еще во время учебы в лаборатории Жак и Пьер Кюри . [4] Ланжевен рассчитал и изготовил ультразвуковой преобразователь, состоящий из тонкого листа кварца, зажатого между двумя стальными пластинами. Ланжевен был первым, кто сообщил о кавитацией . биоэффектах ультразвука, связанных с [5]

Определение

[ редактировать ]
Приблизительные диапазоны частот, соответствующие ультразвуку, с приблизительными указаниями для некоторых приложений.

Ультразвук определяется Американским национальным институтом стандартов как « звук частотой более 20 кГц». В воздухе при атмосферном давлении ультразвуковые волны имеют длину волны 1,9 см или меньше.

Ультразвук может генерироваться на очень высоких частотах; Ультразвук используется в сонохимии на частотах до нескольких сотен килогерц. [6] [7] Медицинское оборудование для визуализации использует частоты в диапазоне МГц. [8] Ультразвуковые волны УВЧ генерируются в диапазоне гигагерц. [9] [10] [11]

Определение характеристик чрезвычайно высокочастотного ультразвука создает проблемы, поскольку такое быстрое движение приводит к тому, что сигналы становятся круче и образуют ударные волны . [12]

Восприятие

[ редактировать ]

Люди

[ редактировать ]

Верхний предел частоты у человека (около 20 кГц) обусловлен ограничениями среднего уха . Слуховое ощущение может возникнуть, если ультразвук высокой интенсивности подается непосредственно в череп человека и достигает улитки по костной проводимости , минуя среднее ухо. [13]

Дети могут слышать некоторые высокие звуки, которые не слышат пожилые люди, поскольку у людей верхний предел слуха имеет тенденцию снижаться с возрастом. [14] Американская компания сотовой связи использовала это для создания сигналов вызова, которые предположительно слышны только молодым людям. [15] но многие пожилые люди могут слышать эти сигналы, что может быть связано со значительными различиями в возрастном ухудшении верхнего порога слышимости.

Животные

[ редактировать ]
Летучие мыши используют ультразвук, чтобы ориентироваться в темноте.
Собачий свисток , излучающий звук в ультразвуковом диапазоне, используемый для дрессировки собак и других животных.

Летучие мыши используют различные методы ультразвуковой дальнометрии ( эхолокации ) для обнаружения своей добычи. Они могут обнаруживать частоты выше 100 кГц, возможно, до 200 кГц. [16]

Многие насекомые обладают хорошим ультразвуковым слухом, и большинство из них ведут ночной образ жизни и прислушиваются к эхолокационным летучим мышам. К ним относятся многие группы мотыльков , жуков , богомолов и златоглазок . Услышав звук летучей мыши, некоторые насекомые начинают уклоняться, чтобы избежать поимки. [17] Ультразвуковые частоты вызывают рефлекторное действие у совки , которое заставляет ее слегка опускаться во время полета, чтобы избежать нападения. [18] Тигровые мотыльки также издают щелчки, которые могут нарушить эхолокацию летучих мышей. [19] [20] а в других случаях могут рекламировать тот факт, что они ядовиты, издавая звук. [21] [22]

Диапазон слуха собак и кошек простирается до ультразвука; верхний предел слухового диапазона собаки составляет около 45 кГц, а у кошки — 64 кГц. [23] [24] Дикие предки кошек и собак развили этот более высокий диапазон слуха, чтобы слышать высокочастотные звуки, издаваемые их любимой добычей, мелкими грызунами. [23] — Собачий свисток это свисток, излучающий ультразвук, используемый для дрессировки и вызова собак. Частота большинства собачьих свистков находится в диапазоне от 23 до 54 кГц. [25]

Зубатые киты , в том числе дельфины , могут слышать ультразвук и использовать такие звуки в своей навигационной системе ( биосонаре ), чтобы ориентироваться и ловить добычу. [26] У морских свиней самый высокий известный верхний предел слуха составляет около 160 кГц. [27] Некоторые виды рыб способны обнаруживать ультразвук. Было показано, что в отряде Clupeiformes представители подсемейства Alosinae ( shad ) способны улавливать звуки частотой до 180 кГц, тогда как другие подсемейства (например, сельди ) могут слышать только до 4 кГц. [28]

Сообщается, что ни один вид птиц не чувствителен к ультразвуку. [29]

Коммерческие ультразвуковые системы продаются для предполагаемой электронной борьбы с вредителями в помещении и ультразвуковой борьбы с водорослями на открытом воздухе . Однако научных доказательств эффективности таких устройств для этих целей не существует. [30] [31] [32]

Обнаружение и определение дальности

[ редактировать ]

Бесконтактный датчик

[ редактировать ]

Ультразвуковой уровень или сенсорная система не требуют контакта с целью. Для многих процессов в медицинской, фармацевтической, военной и общей промышленности это является преимуществом перед встроенными датчиками, которые могут загрязнять жидкости внутри сосуда или трубки или засоряться продуктом.

Используются как непрерывные, так и импульсные системы. Принцип импульсной ультразвуковой технологии заключается в том, что передаваемый сигнал состоит из коротких всплесков ультразвуковой энергии. После каждого всплеска электроника ищет обратный сигнал в течение небольшого промежутка времени, соответствующего времени, необходимому энергии для прохождения через сосуд. Только сигнал, полученный в течение этого окна, будет соответствовать требованиям для дополнительной обработки сигнала.

Популярным потребительским приложением ультразвуковой дальнометрии была камера Polaroid SX-70 , которая включала в себя легкую систему преобразователей для автоматической фокусировки камеры. Позже компания Polaroid лицензировала эту ультразвуковую технологию, и она стала основой множества ультразвуковых продуктов.

Датчики движения и измерение расхода

[ редактировать ]

Распространенным применением ультразвука является автоматическое открывание дверей, где ультразвуковой датчик обнаруживает приближение человека и открывает дверь. Ультразвуковые датчики также используются для обнаружения злоумышленников; Ультразвук может охватить большую площадь из одной точки. Расход в трубах или открытых каналах можно измерить ультразвуковыми расходомерами, которые измеряют среднюю скорость текущей жидкости. В реологии акустический реометр основан на принципе ультразвука. В механике жидкости поток жидкости можно измерить с помощью ультразвукового расходомера .

Неразрушающий контроль

[ редактировать ]
См. Также: Макросоника и ультразвуковой контроль.
Принцип дефектоскопии ультразвуком. Пустота в твердом материале отражает часть энергии обратно в преобразователь, который обнаруживается и отображается.

Ультразвуковой контроль — это тип неразрушающего контроля, обычно используемый для обнаружения дефектов материалов и измерения толщины объектов. Частоты от 2 до 10 МГц являются общими, но для специальных целей используются другие частоты. Проверка может быть ручной или автоматизированной и является неотъемлемой частью современных производственных процессов. Можно проверять большинство металлов, а также пластмассы и аэрокосмические композиты . Ультразвук более низкой частоты (50–500 кГц) также можно использовать для проверки менее плотных материалов, таких как дерево, бетон и цемент .

Ультразвуковой контроль сварных соединений стал альтернативой рентгенографии для неразрушающего контроля с 1960-х годов. Ультразвуковой контроль исключает использование ионизирующего излучения, обеспечивая безопасность и экономию. Ультразвук также может предоставить дополнительную информацию, например, о глубине дефектов сварного соединения. Ультразвуковой контроль превратился из ручных методов в компьютеризированные системы, которые автоматизируют большую часть процесса. Ультразвуковой контроль соединения позволяет выявить наличие дефектов, измерить их размеры и определить местонахождение. Не все свариваемые материалы одинаково поддаются ультразвуковому контролю; некоторые материалы имеют большой размер зерен, что приводит к высокому уровню фонового шума при измерениях. [33]

Неразрушающий контроль поворотного вала, показывающий шлицев . растрескивание

Ультразвуковое измерение толщины — один из методов контроля качества сварных швов.

Ультразвуковой дальномер

[ редактировать ]
Принцип активного гидролокатора
Основная статья: Сонар

Обычно ультразвук используется для определения дальности под водой ; это использование также называется сонаром . Ультразвуковой импульс генерируется в определенном направлении. Если на пути этого импульса находится объект, часть или весь импульс будет отражен обратно к передатчику в виде эха и может быть обнаружен на пути приемника. Измеряя разницу во времени между передаваемым импульсом и принимаемым эхом, можно определить расстояние.

Измеренное время прохождения импульсов сонара в воде сильно зависит от температуры и солености воды. Ультразвуковая дальнометрия также применяется для измерений в воздухе и на небольших расстояниях. Например, ручные ультразвуковые измерительные инструменты могут быстро измерить планировку помещений.

Хотя дальномер под водой осуществляется как на суб-, так и на слышимых частотах на больших расстояниях (от 1 до нескольких километров), ультразвуковой дальномер используется, когда расстояния короче и требуется более высокая точность измерения расстояний. Ультразвуковые измерения могут быть ограничены барьерными слоями с большими перепадами солености, температуры или вихрей. Расстояние в воде варьируется от сотен до тысяч метров, но может быть выполнено с точностью от сантиметров до метров.

Ультразвуковая идентификация (USID)

[ редактировать ]

Ультразвуковая идентификация (USID) — это технология системы локации в реальном времени (RTLS) или системы внутреннего позиционирования (IPS), используемая для автоматического отслеживания и определения местоположения объектов в реальном времени с использованием простых и недорогих узлов (значков/меток), прикрепленных или встроенных. в объектах и ​​устройствах, которые затем передают ультразвуковой сигнал, чтобы сообщить свое местоположение микрофонным датчикам.

Визуализация

[ редактировать ]
Сонограмма плода в 14 недель (профиль)
Головка плода в возрасте 29 недель на « 3D УЗИ ».

Потенциал ультразвукового изображения объектов, при котором звуковая волна 3 ГГц могла бы обеспечить разрешение, сравнимое с оптическим изображением, был признан Сергеем Соколовым в 1939 году. В то время такие частоты были невозможны, а существующие технологии производили относительно низкокачественные изображения. контрастные изображения с плохой чувствительностью. [34] Ультразвуковая визуализация использует частоты 2 мегагерца и выше; более короткая длина волны позволяет разрешать мелкие внутренние детали в структурах и тканях. Плотность мощности обычно составляет менее 1 Вт на квадратный сантиметр, чтобы избежать эффектов нагрева и кавитации в исследуемом объекте. [35] Приложения ультразвуковой визуализации включают промышленный неразрушающий контроль, контроль качества и медицинское применение. [34]

Акустическая микроскопия

[ редактировать ]

Акустическая микроскопия — это метод использования звуковых волн для визуализации структур, слишком маленьких, чтобы их мог рассмотреть человеческий глаз. В акустических микроскопах используются высокие и сверхвысокие частоты до нескольких гигагерц. Отражение и дифракция звуковых волн от микроскопических структур могут дать информацию, недоступную для света.

Человеческая медицина

[ редактировать ]

Медицинское ультразвуковое исследование на основе ультразвука, — это диагностический метод медицинской визуализации используемый для визуализации мышц, сухожилий и многих внутренних органов для определения их размера, структуры и любых патологических поражений с помощью томографических изображений в реальном времени. Ультразвук использовался рентгенологами и сонографистами для получения изображений человеческого тела на протяжении как минимум 50 лет и стал широко используемым диагностическим инструментом. Эта технология относительно недорогая и портативная, особенно по сравнению с другими методами, такими как магнитно-резонансная томография (МРТ) и компьютерная томография (КТ). Ультразвук также используется для визуализации плода во время планового и неотложного дородового ухода . Такие диагностические методы, используемые во время беременности , называются акушерской сонографией . Правильно выполненное ультразвуковое исследование, применяемое в настоящее время в медицинской сфере, не представляет никаких известных рисков для пациента. [36] В сонографии не используется ионизирующее излучение , а уровни мощности, используемые для визуализации, слишком низки, чтобы вызвать неблагоприятные эффекты нагрева или давления в тканях. [37] [38] Хотя долгосрочные последствия воздействия ультразвука при диагностической интенсивности до сих пор неизвестны, [39] в настоящее время большинство врачей считают, что польза для пациентов перевешивает риски. [40] Для ультразвукового исследования был предложен принцип ALARA (настолько низкий, насколько это разумно достижимый уровень) – то есть сохранение времени сканирования и настроек мощности как можно меньшими, но соответствующими диагностической визуализации – и что согласно этому принципу немедицинские применения, которые по определению являются не обязательно, активно отговариваются. [41]

Ультразвук также все чаще используется при травмах и в случаях оказания первой помощи, при этом экстренное ультразвуковое исследование становится основным методом работы большинства бригад скорой медицинской помощи. Кроме того, ультразвук используется в случаях удаленной диагностики, когда телеконсультация , например, при научных экспериментах в космосе или диагностике мобильных спортивных команд. требуется [42]

По данным RadiologyInfo, [43] УЗИ полезно при обнаружении аномалий таза и может включать методы, известные как УЗИ брюшной полости (трансабдоминальное), вагинальное (трансвагинальное или эндовагинальное) УЗИ у женщин, а также ректальное (трансректальное) УЗИ у мужчин.

Ветеринария

[ редактировать ]
См. Также: Доклиническая визуализация.

Диагностическое ультразвуковое исследование применяется у лошадей наружно для оценки повреждений мягких тканей и сухожилий, а также внутренне, в частности, для репродуктивной работы – оценки репродуктивного тракта кобылы и выявления беременности. [44] Его также можно использовать наружно у жеребцов для оценки состояния и диаметра яичек, а также внутренне для репродуктивной оценки (семявыводящий проток и т. д.). [45]

К 2005 году ультразвуковые технологии начали использоваться в мясном животноводстве для улучшения здоровья животных и повышения продуктивности животноводства. [46] Ультразвук используется для оценки толщины жира, площади ребер и внутримышечного жира у живых животных. [47] Его также используют для оценки здоровья и характеристик нерожденных телят.

Ультразвуковая технология предоставляет производителям крупного рогатого скота возможность получать информацию, которую можно использовать для улучшения разведения и содержания крупного рогатого скота. Эта технология может быть дорогостоящей и требует значительных затрат времени на непрерывный сбор данных и обучение операторов. [47] Тем не менее, эта технология оказалась полезной при управлении и проведении операций по разведению крупного рогатого скота. [46]

Обработка и мощность

[ редактировать ]

В мощных приложениях ультразвука часто используются частоты от 20 до нескольких сотен кГц. Интенсивность может быть очень высокой; При мощности выше 10 Вт на квадратный сантиметр в жидких средах может возникнуть кавитация, а в некоторых приложениях используется мощность до 1000 Вт на квадратный сантиметр. Столь высокая интенсивность может вызывать химические изменения или оказывать значительное воздействие путем прямого механического воздействия, а также инактивировать вредные микроорганизмы. [35]

Физиотерапия

[ редактировать ]
Основная статья: Терапевтическое ультразвуковое исследование

Ультразвук используется с 1940-х годов физиотерапевтами и эрготерапевтами для лечения соединительной ткани : связок , сухожилий и фасций (а также рубцовой ткани ). [48] Состояния, при которых ультразвук можно использовать для лечения, включают следующие примеры: растяжение связок , растяжение мышц , тендинит , воспаление суставов, подошвенный фасциит , метатарзалгия , раздражение фасеточных суставов, импинджмент-синдром , бурсит , ревматоидный артрит , остеоартрит и спайки рубцовой ткани.

Ультразвук относительно высокой мощности может разрушать каменистые отложения или ткани, увеличивать проницаемость кожи , ускорять действие лекарств на целевой области, помогать в измерении эластичных свойств тканей и может использоваться для сортировки клеток или мелких частиц для исследования. [49]

Ультразвуковая ударная обработка

[ редактировать ]

Ультразвуковая ударная обработка (UIT) использует ультразвук для улучшения механических и физических свойств металлов. [50] Это метод металлургической обработки, при котором ультразвуковая энергия воздействует на металлический предмет. Ультразвуковая обработка может привести к контролируемому остаточному напряжению сжатия, измельчению зерна и уменьшению размера зерна. Усталость при низких и высоких циклах увеличивается, и было документально подтверждено, что она обеспечивает увеличение до десяти раз больше, чем у образцов без UIT. Кроме того, UIT доказал свою эффективность в решении проблем коррозионного растрескивания под напряжением , коррозионной усталости и связанных с ними проблем.

Когда инструмент UIT, состоящий из ультразвукового преобразователя, штифтов и других компонентов, вступает в контакт с заготовкой, он акустически соединяется с заготовкой, создавая гармонический резонанс. [51] Этот гармонический резонанс осуществляется на тщательно выверенной частоте, на которую металлы очень хорошо реагируют.

В зависимости от желаемого эффекта лечения применяется комбинация различных частот и амплитуды смещения. Эти частоты находятся в диапазоне от 25 до 55 кГц. [52] с амплитудой смещения резонирующего тела от 22 до 50 мкм (от 0,00087 до 0,0020 дюйма).

Устройства UIT основаны на магнитострикционных преобразователях.

Обработка

[ редактировать ]
Основная статья: Звуковая обработка

Ультразвук предлагает большой потенциал в обработке жидкостей и суспензий за счет улучшения смешивания и химических реакций в различных приложениях и отраслях. Ультразвуковая обработка генерирует чередующиеся волны низкого и высокого давления в жидкостях, что приводит к образованию и резкому коллапсу небольших вакуумных пузырьков. Это явление называется кавитацией и вызывает высокоскоростные удары струй жидкости и сильные гидродинамические сдвиговые силы. Эти эффекты используются для деагломерации и измельчения материалов микрометрового и нанометрового размера, а также для дезинтеграции клеток или смешивания реагентов. В этом аспекте ультразвуковая обработка является альтернативой высокоскоростным миксерам и бисерным мельницам. Ультразвуковая фольга под движущейся проволокой в ​​бумагоделательной машине будет использовать ударные волны от взрывающихся пузырьков для более равномерного распределения целлюлозных волокон в произведенном бумажном полотне, что позволит получить более прочную бумагу с более ровной поверхностью. Кроме того, химические реакции выигрывают от свободных радикалов, создаваемых кавитацией, а также от поступления энергии и переноса материала через пограничные слои. Для многих процессов этот сонохимический (см. сонохимия ) эффект приводит к существенному сокращению времени реакции, как при переэтерификации нефти в биодизель . [ нужна ссылка ]

Схема настольных и промышленных ультразвуковых процессоров обработки жидкости

Существенная интенсивность ультразвука и высокие амплитуды ультразвуковых колебаний необходимы для многих применений обработки, таких как нанокристаллизация, наноэмульгирование, [53] деагломерация, экстракция, разрушение клеток, а также многие другие. Обычно процесс сначала тестируется в лабораторных масштабах, чтобы доказать его осуществимость и установить некоторые необходимые параметры ультразвукового воздействия. После завершения этого этапа процесс переводится в пилотный (стендовый) масштаб для сквозной оптимизации перед производством, а затем в промышленный масштаб для непрерывного производства. На этапе масштабирования важно убедиться, что все местные условия воздействия (амплитуда ультразвука, интенсивность кавитации , время пребывания в активной зоне кавитации и т. д.) остаются неизменными. При выполнении этого условия качество конечного продукта остается на оптимизированном уровне, а производительность увеличивается на предсказуемый «коэффициент масштабирования». Увеличение производительности является результатом того, что лабораторные, настольные и промышленные системы ультразвуковой обработки включают в себя все более крупные ультразвуковые рупоры , способные создавать все более крупные зоны кавитации высокой интенсивности и, следовательно, обрабатывать больше материала в единицу времени. Это называется «прямой масштабируемостью». Важно отметить, что увеличение мощности ультразвукового процессора само по себе не дает не приводит к прямой масштабируемости, поскольку может сопровождаться (и часто сопровождается) уменьшением амплитуды ультразвука и интенсивности кавитации. Во время прямого масштабирования необходимо поддерживать все условия обработки, в то время как номинальная мощность оборудования увеличивается, чтобы обеспечить работу более крупного ультразвукового рупора. [54] [55] [56]

Ультразвуковые манипуляции и определение характеристик частиц

[ редактировать ]

Исследователь из Научно-исследовательского института промышленных материалов Алессандро Малутта разработал эксперимент, который продемонстрировал захватывающее действие стоячих ультразвуковых волн на волокна древесной массы, разведенные в воде, и их параллельную ориентацию в эквидистантных плоскостях давления. [57] Время ориентации волокон в эквидистантных плоскостях измеряется лазером и электрооптическим датчиком. Это могло бы обеспечить бумажной промышленности систему быстрого онлайн-измерения размера волокна. Несколько иная реализация была продемонстрирована в Университете штата Пенсильвания с использованием микрочипа, который генерировал пару перпендикулярных стоячих поверхностных акустических волн, позволяющих располагать частицы на равном расстоянии друг от друга на сетке. Этот эксперимент, называемый акустическим пинцетом , может быть использован в материаловедении, биологии, физике, химии и нанотехнологиях.

Ультразвуковая очистка

[ редактировать ]
Основная статья: Ультразвуковая чистка

Ультразвуковые очистители , иногда ошибочно называемые сверхзвуковыми очистителями , используются на частотах от 20 до 40 кГц для ювелирных изделий, линз и других оптических деталей, часов, стоматологических инструментов , хирургических инструментов , регуляторов дайвинга и промышленных деталей. Ультразвуковой очиститель работает в основном за счет энергии, выделяющейся при коллапсе миллионов микроскопических кавитационных пузырьков вблизи грязной поверхности. Схлопывающиеся пузырьки образуют крошечные ударные волны, которые разбивают и рассеивают загрязнения по поверхности объекта.

Ультразвуковая дезинтеграция

[ редактировать ]

Подобно ультразвуковой очистке, биологические клетки , включая бактерии, могут быть разрушены. Ультразвук высокой мощности вызывает кавитацию , которая способствует распаду частиц или реакциям. Он используется в биологической науке для аналитических или химических целей ( обработка ультразвуком и сонопорация ), а также для уничтожения бактерий в сточных водах. Ультразвук высокой мощности может расщеплять кукурузную суспензию и усиливать разжижение и осахаривание, обеспечивая более высокий выход этанола на заводах по переработке сухой кукурузы. [58] [59]

Ультразвуковой увлажнитель

[ редактировать ]

Ультразвуковой увлажнитель, один из типов распылителей (устройство, создающее очень мелкую струю), является популярным типом увлажнителя. Он работает путем вибрации металлической пластины на ультразвуковых частотах для распыления (иногда неправильно называемого «распылением») воды. Поскольку вода не нагревается для испарения, она образует прохладный туман. Ультразвуковые волны давления распыляют не только воду, но и содержащиеся в воде материалы, включая кальций, другие минералы, вирусы, грибы, бактерии, [60] и другие примеси. Заболевания, вызванные загрязнениями, находящимися в резервуаре увлажнителя, подпадают под категорию «лихорадка увлажнителя».

Ультразвуковые увлажнители часто используются в аэропонике , где их обычно называют туманообразователями .

Ультразвуковая сварка

[ редактировать ]

При ультразвуковой сварке пластмасс высокочастотная (от 15 кГц до 40 кГц) вибрация низкой амплитуды используется для создания тепла за счет трения между соединяемыми материалами. Интерфейс двух частей специально разработан для концентрации энергии для достижения максимальной прочности сварного шва.

Сонохимия

[ редактировать ]
Основная статья: Сонохимия

Мощный ультразвук в диапазоне 20–100 кГц используется в химии. Ультразвук не взаимодействует напрямую с молекулами , вызывая химические изменения, поскольку его типичная длина волны (в миллиметровом диапазоне) слишком длинна по сравнению с длиной волны молекул. Вместо этого энергия вызывает кавитацию , которая приводит к экстремальным температурам и давлениям в жидкости, где происходит реакция. Ультразвук также разрушает твердые частицы и удаляет пассивирующие слои инертного материала, обеспечивая большую площадь поверхности для протекания реакции. Оба этих эффекта ускоряют реакцию. В 2008 году Атул Кумар сообщил о синтезе сложных эфиров Ханча и производных полигидрохинолина по протоколу многокомпонентной реакции в водных мицеллах с использованием ультразвука. [61]

используется ультразвук При экстракции , использующий разные частоты.

Другое использование

[ редактировать ]

При применении в определенных конфигурациях ультразвук может производить короткие вспышки света в явлении, известном как сонолюминесценция .

Ультразвук используется для характеристики твердых частиц с помощью метода спектроскопии затухания ультразвука , наблюдения электроакустических явлений или транскраниального импульсного ультразвука .

Беспроводная связь

[ редактировать ]

Звук может распространяться с помощью модулированного ультразвука .

Ранее популярным потребительским применением ультразвука были пульты дистанционного управления телевизорами для регулировки громкости и переключения каналов. Представленная компанией Zenith в конце 1950-х годов, система использовала ручной пульт дистанционного управления, содержащий резонаторы с короткими стержнями, по которым ударяют небольшими молоточками, и микрофон на съемочной площадке. Фильтры и детекторы различали различные операции. Основные преимущества заключались в том, что в ручном блоке управления не требовалась батарея и, в отличие от радиоволн , ультразвук вряд ли влиял на соседние устройства. Ультразвук продолжал использоваться до тех пор, пока его не заменили инфракрасные системы, начиная с конца 1980-х годов. [62]

В июле 2015 года журнал The Economist сообщил, что исследователи из Калифорнийского университета в Беркли провели ультразвуковые исследования с использованием графеновых диафрагм . Тонкость и малый вес графена в сочетании с его прочностью делают его эффективным материалом для использования в ультразвуковой связи. Одним из предполагаемых применений этой технологии может быть подводная связь, где радиоволны обычно плохо распространяются. [63]

Ультразвуковые сигналы использовались в «аудиомаяках» для на разных устройствах . отслеживания пользователей Интернета [64] [65]

Безопасность

[ редактировать ]

Профессиональное воздействие ультразвука мощностью более 120 дБ может привести к потере слуха. Воздействие, превышающее 155 дБ, может вызвать нагревание, вредное для человеческого организма, и было подсчитано, что воздействие выше 180 дБ может привести к смерти. [66] Независимая британская консультативная группа по неионизирующему излучению (AGNIR) в 2010 году подготовила отчет, который был опубликован Агентством по охране здоровья Великобритании (HPA). В этом отчете рекомендован предел воздействия на население уровня звукового давления ультразвука (SPL) в воздухе 70 дБ (при 20 кГц) и 100 дБ (при 25 кГц и выше). [67]

В медицинском ультразвуке существуют рекомендации по предотвращению инерционной кавитации. Риск инерционного кавитационного повреждения выражается механическим индексом .

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Дэнс Д., Кристофидес С., Мейдмент А., Маклин И., Нг К., ред. (2014). «12: Физика ультразвука». Физика диагностической радиологии: Пособие для преподавателей и студентов . Вена, Австрия: Международное агентство по атомной энергии . п. 291. ИСБН  978-92-0-131010-1 .
  2. ^ Новеллин Р (1997). Основы радиологии Сквайра (5-е изд.). Издательство Гарвардского университета. стр. 34–35. ISBN  978-0-674-83339-5 .
  3. ^ Кляйн Э (1948). «Некоторые предыстории ультразвука». Журнал Акустического общества Америки . 20 (5): 601–604. Бибкод : 1948ASAJ...20..601K . дои : 10.1121/1.1906413 .
  4. ^ Поллет Б (2012). Мощный ультразвук в электрохимии: от универсального лабораторного инструмента к инженерному решению . Хобокен: Уайли. ISBN  978-1-119-96786-6 .
  5. ^ Постема М (2004). Медицинские пузыри (Диссертация). Венендал: Универсальная пресса. дои : 10.5281/zenodo.4771630 . ISBN  90-365-2037-1 .
  6. ^ Энтезари М.Х., Крузе П., Отсон Р. (январь 1997 г.). «Влияние частоты на сонохимические реакции III: диссоциация сероуглерода». Ультразвуковая сонохимия . 4 (1): 49–54. Бибкод : 1997UltS....4...49E . дои : 10.1016/S1350-4177(96)00016-8 . ПМИД   11233925 .
  7. ^ Энтезари М.Х., Круус П. (1994). «Влияние частоты на сонохимические реакции. I: Окисление йодида» . Ультразвуковая сонохимия . 1 (2): С75–С79. Бибкод : 1994UltS....1S..75E . дои : 10.1016/1350-4177(94)90001-9 .
  8. ^ Пассманн С., Эрмерт Х. (1996). «Система ультразвуковой визуализации 100 МГц для дерматологической и офтальмологической диагностики» . Транзакции IEEE по ультразвуку, сегнетоэлектрике и контролю частоты . 43 (4): 545–552. дои : 10.1109/58.503714 . S2CID   42359059 .
  9. ^ Стеркель У., Водопьянов К.Л., Гриль В. (21 сентября 1998 г.). «Пакеты ультразвуковых волн ГГц в воде, генерируемые эрбиевым лазером». Журнал физики D: Прикладная физика . 31 (18): 2258–2263. Бибкод : 1998JPhD...31.2258S . дои : 10.1088/0022-3727/31/18/010 . S2CID   250886242 .
  10. ^ Брайнер Дж. (2009). Применение гигагерцового ультразвука: определение характеристик материалов и распространение волн в микроструктурах (диссертация). ETH Цюрих. doi : 10.3929/ethz-a-005902021 . hdl : 20.500.11850/22143 .
  11. ^ Такеда Х., Оцука П., Томода М., Мацуда О., Райт О.Б. (2019). «Ультразвуковая томография поверхностных волн 3J2-2 ГГц». Материалы симпозиума по ультразвуковой электронике . 40 . дои : 10.24492/use.40.0_3J2-2 .
  12. ^ Ватанха Э., Мэн Ю, Лю З, Ню Х, Холл Н.А. (май 2023 г.). «Характеристика прогрессивных ультразвуковых лучей высокой интенсивности в воздухе при частоте 300 кГц». Журнал Акустического общества Америки . 153 (5): 2878. Бибкод : 2023ASAJ..153.2878V . дои : 10.1121/10.0019376 . ПМИД   37171898 . S2CID   258659463 .
  13. ^ Корсо Дж.Ф. (1963). «Пороги костной проводимости для звуковых и ультразвуковых частот». Журнал Акустического общества Америки . 35 (11): 1738–1743. Бибкод : 1963ASAJ...35.1738C . дои : 10.1121/1.1918804 .
  14. ^ Такеда С., Мориока И., Мияшита К., Окумура А., Ёсида Ю., Мацумото К. (1992). «Возрастные изменения верхней границы слуха». Европейский журнал прикладной физиологии и физиологии труда . 65 (5): 403–8. дои : 10.1007/BF00243505 . ПМИД   1425644 . S2CID   33698151 .
  15. ^ Вителло П. (12 июня 2006 г.). «Звуковой сигнал, призванный остаться глухим к ушам» . Нью-Йорк Таймс .
  16. ^ Поппер А., Фэй Р.Р., ред. (1995). Слушание Бэтса . Справочник Спрингера по слуховым исследованиям. Том. 5. Спрингер. ISBN  978-1-4612-2556-0 .
  17. ^ Сурликке А., Миллер Л.А. (2001). «Как некоторые насекомые обнаруживают и избегают быть съеденными летучими мышами: тактика и тактика противодействия жертвам и хищникам» . Бионаука . 51 (7): 570. doi : 10.1641/0006-3568(2001)051[0570:HSIDAA]2.0.CO;2 .
  18. ^ Джонс Дж., Уотерс Д.А. (август 2000 г.). «Слух мотыльков в ответ на эхолокационные сигналы летучих мышей изменяется независимо по времени и частоте» . Слушания. Биологические науки . 267 (1453): 1627–32. дои : 10.1098/rspb.2000.1188 . ПМК   1690724 . ПМИД   11467425 .
  19. ^ Каплан М. (17 июля 2009 г.). «Сонар летучих мышей Moths Jam, сбивай хищников с курса» . Национальные географические новости. Архивировано из оригинала 22 августа 2009 года . Проверено 26 августа 2009 г.
  20. ^ «Некоторые мотыльки спасаются от летучих мышей, глушя сонар» . Разговор о нации . Национальное общественное радио. Архивировано из оригинала 10 августа 2017 года.
  21. ^ Сурликке А., Миллер Л.А. (1985). «Влияние щелчков арктиидной моли на эхолокацию летучих мышей: глушение или предупреждение?». Журнал сравнительной физиологии А. 156 (6): 831–843. дои : 10.1007/BF00610835 .
  22. ^ Тугаард Дж., Миллер Л.А., Симмонс Дж.А. (2003). «Роль щелчков арктиидной моли в защите от летучих мышей, использующих эхолокацию: вмешательство во временную обработку» . Томас Дж., Мосс К.Ф., Фатер М. (ред.). Эхолокация у летучих мышей и дельфинов . Чикаго: Издательство Чикагского университета. стр. 365–372. ISBN  978-0-226-79599-7 .
  23. ^ Перейти обратно: а б Кранц Л. (2009). Сила собаки: вещи, которые ваша собака может сделать, а вы — нет . Макмиллан. стр. 35–37. ISBN  978-0-312-56722-4 .
  24. ^ Штамм GM (2010). «Насколько хорошо слышат собаки и другие животные?» . Сайт профессора Штрейна . Школа ветеринарной медицины Университета штата Луизиана. Архивировано из оригинала 8 августа 2011 года . Проверено 21 июля 2012 г.
  25. ^ Койл, округ Колумбия, Бонэм, М.Х. (2008). «Почему собаки любят мячи?: раскрыто более 200 собачьих причуд, курьезов и загадок» . Sterling Publishing Company, Inc : 116. ISBN.  978-1-4027-5039-7 .
  26. ^ Au WW (1993). Сонар дельфинов . дои : 10.1007/978-1-4612-4356-4 . ISBN  978-1-4612-8745-2 . [ нужна страница ]
  27. ^ Кастелен Р.А., Бунскоек П., Хагедорн М., Ау В.В., де Хаан Д. (июль 2002 г.). «Аудиограмма морской свиньи (Phocoena phocoena), измеренная с помощью узкополосных частотно-модулированных сигналов». Журнал Акустического общества Америки . 112 (1): 334–44. Бибкод : 2002ASAJ..112..334K . дои : 10.1121/1.1480835 . ПМИД   12141360 .
  28. ^ Манн Д.А., Хиггс Д.М., Таволга В.Н., Соуза М.Дж., Поппер А.Н. (июнь 2001 г.). «Ультразвуковое детектирование блачковидных рыб». Журнал Акустического общества Америки . 109 (6): 3048–54. Бибкод : 2001ASAJ..109.3048M . дои : 10.1121/1.1368406 . ПМИД   11425147 .
  29. ^ Бисон Р. (сентябрь 2004 г.). Что слышат птицы? (Отчет).
  30. ^ Хуэй Ю. Х. (2003). Санитария пищевых предприятий . ЦРК Пресс. п. 289. ИСБН  978-0-8247-0793-4 .
  31. ^ Позвоночные вредители: проблемы и борьба; Том 5 Принципов борьбы с вредителями растений и животных, Национальный исследовательский совет (США). Комитет по вредителям растений и животных; Выпуск 1697 публикации (Национальный исследовательский совет (США))) . Национальные академии. 1970. с. 92.
  32. ^ Джексон В., Маккартни В., Эштон А. (1989). «Протокол полевых испытаний ультразвуковых устройств для борьбы с грызунами». Материалы по борьбе с позвоночными вредителями и борьбе с ними: шестой том . стр. 7–12. дои : 10.1520/STP25255S . ISBN  0-8031-1281-5 .
  33. ^ Бушоу К.Х. и др., ред. (2001). Энциклопедия материалов . Эльзевир. п. 5990. ISBN  978-0-08-043152-9 .
  34. ^ Перейти обратно: а б Пападакис Е.П., изд. (1999). Ультразвуковые инструменты и устройства . Академическая пресса. п. 752. ИСБН  978-0-12-531951-5 .
  35. ^ Перейти обратно: а б Беттс Г.Д., Уильямс А., Окли Р.М. (2000). «Инактивация пищевых микроорганизмов с помощью мощного ультразвука». Робинсон Р.К., Батт К.А., Патель П.Д. (ред.). Энциклопедия пищевой микробиологии . Академическая пресса. п. 2202. ИСБН  978-0-12-227070-3 .
  36. ^ Хангиандреу, Нью-Джерси (2003). «Учебник по физике AAPM/RSNA для жителей. Темы в США: B-режим в США: базовые концепции и новые технологии». Рентгенография . 23 (4): 1019–33. дои : 10.1148/rg.234035034 . ПМИД   12853678 .
  37. ^ Центр устройств и радиологического здоровья. «Медицинская визуализация – ультразвуковая визуализация» . www.fda.gov . Проверено 18 апреля 2019 г.
  38. ^ Тер Хаар Г. (август 2011 г.). «Ультразвуковая визуализация: соображения безопасности» . Фокус на интерфейсе . 1 (4): 686–97. дои : 10.1098/rsfs.2011.0029 . ПМЦ   3262273 . ПМИД   22866238 .
  39. ^ «Радиологическое здоровье FDA – ультразвуковая визуализация» . Управление по контролю за продуктами и лекарствами США. 6 сентября 2011 года. Архивировано из оригинала 3 июля 2015 года . Проверено 13 ноября 2011 г.
  40. ^ «Информация для пациентов – безопасность ультразвука» . Американский институт ультразвука в медицине. Архивировано из оригинала 21 февраля 2007 года.
  41. ^ «Практические рекомендации Американского института ультразвука в медицине» . Американский институт ультразвука в медицине. Архивировано из оригинала 1 июля 2015 года . Проверено 1 июля 2015 г.
  42. ^ «DistanceDoc и MedRecorder: новый подход к решениям для удаленной ультразвуковой визуализации» . Эпифан Системс. Архивировано из оригинала 14 февраля 2011 года.
  43. ^ «УЗИ малого таза» . radiologyinfo.org . Архивировано из оригинала 25 июня 2008 года . Проверено 21 июня 2008 г.
  44. ^ Пикок Дж. Ф. «Ультразвуковые характеристики матки у велосипедных кобыл и их корреляция со стероидными гормонами и сроками овуляции» . Архивировано из оригинала 31 января 2009 года.
  45. ^ Маккиннон А.О., Восс Дж.Л. (1993). Размножение лошадей . Леа и Фебигер. ISBN  978-0-8121-1427-0 .
  46. ^ Перейти обратно: а б Беннетт Д. (19 мая 2005 г.). «Стадо ангусов в аббатстве Субиако» . Дельта Фарм Пресс . Архивировано из оригинала 4 апреля 2007 года . Проверено 27 февраля 2010 г.
  47. ^ Перейти обратно: а б Вагнер В. «Усилия по расширению возможностей разведения и селекции мясного скота» . Университета Западной Вирджинии Служба повышения квалификации . Архивировано из оригинала 14 декабря 2008 года . Проверено 27 февраля 2010 г.
  48. ^ Уотсон Т. (2006). «Терапевтическое ультразвуковое исследование» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 12 апреля 2007 г. (версия в формате PDF с информацией об авторе и дате).
  49. ^ Репаколи М.Х., Бенвелл Д.А. (1982). Основы медицинского ультразвука . 3Айленд Пресс. ISBN  978-1-4612-5806-3 . [ нужна страница ]
  50. ^ Статников Е.С., Корольков О.В., Витязев В.Н. (декабрь 2006 г.). «Физика и механизм ультразвукового воздействия». Ультразвук . 44 : е533–е538. дои : 10.1016/j.ultras.2006.05.119 . ПМИД   16808946 .
  51. ^ «Видео о решениях UIT» . applyultrasonics.com . Архивировано из оригинала 10 мая 2012 года . Проверено 28 сентября 2012 г.
  52. ^ «Инструменты торговли» . applyultrasonics.com . Архивировано из оригинала 31 мая 2008 года . Проверено 28 сентября 2012 г.
  53. ^ Пешковский А.С., Пешковский С.Л., Быстряк С. (июль 2013 г.). «Масштабируемая мощная ультразвуковая технология производства полупрозрачных наноэмульсий». Химическая инженерия и переработка: интенсификация процессов . 69 : 77–82. Бибкод : 2013CEPPI..69...77P . дои : 10.1016/j.cep.2013.02.010 .
  54. ^ Пешковский С.Л., Пешковский А.С. (март 2007 г.). «Согласование преобразователя с водой в условиях кавитации: принципы проектирования акустического рупора» . Ультразвуковая сонохимия . 14 (3): 314–22. Бибкод : 2007UltS...14..314P . дои : 10.1016/j.ultsonch.2006.07.003 . ПМИД   16905351 .
  55. ^ Пешковский А.С., Пешковский С.Л. (2010). «Промышленная обработка жидкостей методом высокоинтенсивной акустической кавитации – основная теория и принципы проектирования ультразвукового оборудования». В Новак FM (ред.). Сонохимия: теория, реакции и синтезы, приложения . Хауппож, Нью-Йорк: Издательство Nova Science.
  56. ^ Пешковский А.С., Пешковский С.Л. (2010). Теория акустической кавитации и принципы проектирования оборудования для промышленного применения ультразвука высокой интенсивности . Физические исследования и технологии. Хауппож, Нью-Йорк: Издательство Nova Science.
  57. ^ Дион Дж.Л., Малутта А., Сьело П. (ноябрь 1982 г.). «Ультразвуковой контроль волокнистых суспензий». Журнал Акустического общества Америки . 72 (5): 1524–1526. Бибкод : 1982ASAJ...72.1524D . дои : 10.1121/1.388688 .
  58. ^ Акин Б., Ханал С.К., Сунг С., Гревелл Д. (2006). «Ультразвуковая очистка отходов активного ила». Водные науки и технологии: Водоснабжение . 6 (6): 35. doi : 10.2166/ws.2006.962 .
  59. ^ Нейс У, Никель К., Тим А. (ноябрь 2000 г.). «Улучшение анаэробного сбраживания осадка путем ультразвуковой дезинтеграции». Водные науки и технологии . 42 (9): 73. doi : 10.2166/wst.2000.0174 .
  60. ^ Ойе С., Масумото Н., Хиронага К., Коширо А., Камия А. (1992). «Микробное загрязнение атмосферного воздуха ультразвуковым увлажнителем и меры профилактики». Микробиос . 72 (292–293): 161–6. ПМИД   1488018 .
  61. ^ Кумар А., Маурья Р. (апрель 2008 г.). «Эффективный синтез сложных эфиров Ханча и производных полигидрохинолина в водных мицеллах». Синлетт . 2008 (6): 883–885. дои : 10.1055/s-2008-1042908 .
  62. ^ Батлер Дж.Г. (2006). Телевидение: критические методы и приложения . Рутледж. п. 276. ИСБН  978-0-8058-5415-2 .
  63. ^ «Акустическая болтовня» . Экономист . Экономист.com. 11 июля 2015 года. Архивировано из оригинала 24 июля 2015 года . Проверено 23 июля 2015 г.
  64. ^ Арп Д., Квайринг Э., Ресснеггер С., Рик К. (2017). «Угрозы конфиденциальности через ультразвуковые побочные каналы на мобильных устройствах». Европейский симпозиум IEEE по безопасности и конфиденциальности (EuroS&P) 2017 г. стр. 35–47. дои : 10.1109/ЕвроСП.2017.33 . ISBN  978-1-5090-5762-7 .
  65. ^ Маврудис В., Хао С., Фратантонио Й., Магги Ф., Крюгель С., Винья Г. (апрель 2017 г.). «О конфиденциальности и безопасности ультразвуковой экосистемы». Труды по технологиям повышения конфиденциальности . 2017 (2): 95–112. дои : 10.1515/popets-2017-0018 .
  66. ^ Часть II, промышленное и коммерческое применение (1991). Руководство по безопасному использованию ультразвука. Часть II – Промышленное и коммерческое применение – Кодекс безопасности 24 . Здоровье Канады. ISBN  978-0-660-13741-4 . Архивировано из оригинала 10 января 2013 года.
  67. ^ АГНИР (2010). Влияние на здоровье воздействия ультразвука и инфразвука . Агентство по охране здоровья, Великобритания. стр. 167–170. Архивировано из оригинала 8 ноября 2011 года . Проверено 16 ноября 2011 г.

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
Ресурсы библиотеки о
УЗИ
  • Кунду Т. (2004). Ультразвуковая неразрушающая оценка: инженерная и биологическая характеристика материалов . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN  978-0-8493-1462-9 .
  • Гжесик Дж, Плута Э (1983). «Высокочастотный слуховой риск операторов промышленных ультразвуковых устройств». Международные архивы гигиены труда и окружающей среды . 53 (1): 77–88. Бибкод : 1983IAOEH..53...77G . дои : 10.1007/BF00406179 . ПМИД   6654504 . S2CID   37176293 .
[ редактировать ]
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Ultrasound&oldid=1237484899"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 035602136ab084d5a7fbe8b9870e533e__1722292620
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/03/3e/035602136ab084d5a7fbe8b9870e533e.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Ultrasound - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)