ศตวรรษที่ 21 เป็นศตวรรษของวิทยุอิเล็กทรอนิกส์ อะตอม การสำรวจอวกาศ และอัลตราซาวนด์ วิทยาศาสตร์ของอัลตราซาวนด์ยังเด็กอยู่ในปัจจุบัน ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 P. N. Lebedev นักสรีรวิทยาชาวรัสเซีย ได้ทำการศึกษาครั้งแรกของเขา หลังจากนั้นนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงหลายคนก็เริ่มศึกษาอัลตราซาวนด์
อัลตราซาวนด์คืออะไร
อัลตราซาวนด์เป็นคลื่นลูกคลื่นที่แพร่กระจายโดยอนุภาคของตัวกลาง มีลักษณะเฉพาะซึ่งแตกต่างจากเสียงของช่วงที่ได้ยิน มันค่อนข้างง่ายที่จะได้รับรังสีโดยตรงในช่วงอัลตราโซนิก นอกจากนี้ยังโฟกัสได้ดี ด้วยเหตุนี้ ความเข้มของการแกว่งจึงเพิ่มขึ้น เมื่อแพร่กระจายในของแข็ง ของเหลว และก๊าซ อัลตราซาวนด์จะทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่น่าสนใจซึ่งพบการใช้งานจริงในหลายๆ ด้านของเทคโนโลยีและวิทยาศาสตร์ นี่คือสิ่งที่อัลตราซาวนด์เป็น ซึ่งมีบทบาทในหลาย ๆ ด้านของชีวิตในปัจจุบันนี้มีขนาดใหญ่มาก
บทบาทของอัลตราซาวนด์ในวิทยาศาสตร์และการปฏิบัติ
อัลตราซาวนด์ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเริ่มมีบทบาทในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์บทบาทที่สำคัญเพิ่มมากขึ้น การศึกษาเชิงทดลองและทฤษฎีในด้านการไหลของเสียงและการเกิดโพรงด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงได้ดำเนินการอย่างประสบความสำเร็จ ซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถพัฒนากระบวนการทางเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นเมื่อสัมผัสกับอัลตราซาวนด์ในระยะของเหลว เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการศึกษาปรากฏการณ์ต่างๆ ในสาขาความรู้เช่นฟิสิกส์ ใช้อัลตราซาวนด์เช่นในเซมิคอนดักเตอร์และฟิสิกส์สถานะของแข็ง วันนี้มีการสร้างสาขาเคมีที่แยกจากกันเรียกว่า "เคมีอัลตราโซนิก" แอพพลิเคชั่นนี้ช่วยเร่งกระบวนการทางเคมีและเทคโนโลยีหลายอย่าง อะคูสติกระดับโมเลกุลก็ถือกำเนิดขึ้นเช่นกัน ซึ่งเป็นสาขาใหม่ของอะคูสติกที่ศึกษาปฏิสัมพันธ์ระดับโมเลกุลของคลื่นเสียงกับสสาร พื้นที่ใหม่ของการใช้อัลตราซาวนด์ปรากฏขึ้น: โฮโลแกรม, อินโทรสโกปี, อะคูสติกอิเล็กทรอนิกส์, การวัดเฟสอัลตราโซนิก, อะคูสติกควอนตัม
นอกจากงานทดลองและงานทฤษฎีในพื้นที่นี้แล้ว วันนี้ยังมีงานเชิงปฏิบัติอีกมากที่ทำเสร็จแล้ว ได้มีการพัฒนาเครื่องอัลตราโซนิกแบบพิเศษและแบบสากล การติดตั้งที่ทำงานภายใต้แรงดันสถิตที่เพิ่มขึ้น ฯลฯ ได้มีการนำการติดตั้งอัลตราโซนิกอัตโนมัติที่รวมอยู่ในสายการผลิตมาใช้ในการผลิตแล้ว ซึ่งสามารถเพิ่มประสิทธิภาพแรงงานได้อย่างมาก
เพิ่มเติมเกี่ยวกับอัลตราซาวนด์
มาว่าอัลตราซาวด์คืออะไร เราได้กล่าวไปแล้วว่าสิ่งเหล่านี้คือคลื่นยืดหยุ่นและการสั่น ความถี่ของอัลตราซาวนด์มากกว่า 15-20 kHz คุณสมบัติเชิงอัตนัยของการได้ยินของเรากำหนดขีด จำกัด ล่างของความถี่อัลตราโซนิกซึ่งแยกจากความถี่ของเสียงที่ได้ยิน ขอบเขตนี้จึงเป็นเงื่อนไขและเราแต่ละคนกำหนดว่าอัลตราซาวนด์คืออะไร ขีด จำกัด บนระบุด้วยคลื่นยืดหยุ่นซึ่งมีลักษณะทางกายภาพ พวกมันแพร่กระจายเฉพาะในตัวกลางของวัสดุ กล่าวคือ ความยาวคลื่นต้องมากกว่าเส้นทางว่างเฉลี่ยของโมเลกุลที่มีอยู่ในก๊าซหรือระยะห่างระหว่างอะตอมในของแข็งและของเหลวอย่างมีนัยสำคัญ ที่ความดันปกติในก๊าซ ขีดจำกัดบนของความถี่อัลตราโซนิกคือ 109 Hz และในของแข็งและของเหลว - 1012-10 13 Hz.
แหล่งอัลตราโซนิก
อัลตราซาวนด์พบได้ในธรรมชาติทั้งที่เป็นส่วนประกอบของเสียงธรรมชาติมากมาย (น้ำตก ลม ฝน ก้อนกรวดกลิ้งไปตามคลื่น และเสียงที่มาพร้อมกับพายุฝนฟ้าคะนอง ฯลฯ) และเป็นส่วนหนึ่งของ โลกของสัตว์ สัตว์บางชนิดใช้ในการปฐมนิเทศในอวกาศ ตรวจจับสิ่งกีดขวาง เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าปลาโลมาใช้อัลตราซาวนด์ในธรรมชาติ (ส่วนใหญ่ความถี่ตั้งแต่ 80 ถึง 100 kHz) ในกรณีนี้ พลังของสัญญาณบอกตำแหน่งที่ปล่อยออกมาอาจมีขนาดใหญ่มาก เป็นที่ทราบกันว่าโลมาสามารถตรวจจับฝูงปลาได้ไกลถึงหนึ่งกิโลเมตร
อิมิตเตอร์ (แหล่งที่มา) ของอัลตราซาวนด์แบ่งออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ อย่างแรกคือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งการสั่นนั้นตื่นเต้นเนื่องจากมีสิ่งกีดขวางที่ติดตั้งอยู่ในเส้นทางของการไหลคงที่ - ไอพ่นของของเหลวหรือก๊าซ กลุ่มที่สองที่สามารถรวมแหล่งอัลตราซาวนด์ได้คือทรานสดิวเซอร์ไฟฟ้า-อะคูสติกที่แปลงความผันผวนของกระแสหรือแรงดันไฟฟ้ าให้เป็นการสั่นสะเทือนทางกลที่ทำโดยตัวแข็งที่แผ่คลื่นเสียงออกสู่สิ่งแวดล้อม
เครื่องรับอัลตราซาวนด์
ที่ความถี่ปานกลางและต่ำ เครื่องรับอัลตราโซนิกมักเป็นทรานสดิวเซอร์ไฟฟ้าชนิดเพียโซอิเล็กทริก พวกเขาสามารถทำซ้ำรูปแบบของสัญญาณเสียงที่ได้รับซึ่งแสดงเป็นเวลาขึ้นอยู่กับความดันเสียง อุปกรณ์อาจเป็นแบบบรอดแบนด์หรือแบบก้องกังวานก็ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของแอปพลิเคชันที่ต้องการ ตัวรับความร้อนใช้เพื่อให้ได้คุณลักษณะของสนามเสียงที่ใช้เวลาโดยเฉลี่ย พวกมันคือเทอร์มิสเตอร์หรือเทอร์โมคัปเปิลที่เคลือบด้วยสารดูดซับเสียง นอกจากนี้ยังสามารถประเมินความดันและความเข้มของเสียงด้วยวิธีการมองเห็น เช่น การเลี้ยวเบนของแสงด้วยอัลตราซาวนด์
อัลตราซาวนด์ใช้ที่ไหน
มีแอพพลิเคชั่นมากมายในขณะที่ใช้คุณสมบัติต่าง ๆ ของอัลตราซาวนด์ พื้นที่เหล่านี้สามารถแบ่งคร่าวๆ ได้เป็นสามส่วน ประการแรกเกี่ยวข้องกับการรับข้อมูลต่าง ๆ โดยใช้คลื่นอัลตราโซนิก ทิศทางที่สองคืออิทธิพลที่มีต่อสาร และส่วนที่สามเชื่อมต่อกับการส่งและประมวลผลสัญญาณ ใช้สหรัฐอเมริกาในช่วงความถี่ที่แน่นอนในแต่ละกรณี เราจะกล่าวถึงเพียงไม่กี่พื้นที่ที่มันได้พบ
ทำความสะอาดอัลตราโซนิก
คุณภาพของการทำความสะอาดนี้ไม่สามารถเทียบกับวิธีอื่นได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อล้างชิ้นส่วน สารปนเปื้อนมากถึง 80% ยังคงอยู่บนพื้นผิวของพวกเขา ประมาณ 55% - ด้วยการทำความสะอาดด้วยการสั่นสะเทือน ประมาณ 20% - ด้วยการทำความสะอาดด้วยตนเองและด้วยการทำความสะอาดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง ไม่เกิน 0.5% ของสารปนเปื้อนยังคงอยู่ รายละเอียดที่มีรูปร่างซับซ้อนสามารถทำความสะอาดได้ดีโดยใช้อัลตราซาวนด์เท่านั้น ข้อได้เปรียบที่สำคัญของการใช้งานคือผลิตภาพสูงและต้นทุนแรงงานทางกายภาพต่ำ นอกจากนี้ คุณยังสามารถแทนที่ตัวทำละลายอินทรีย์ที่มีราคาแพงและติดไฟได้ด้วยสารละลายที่มีราคาถูกและปลอดภัย ใช้ฟรีออนเหลว เป็นต้น
ปัญหาร้ายแรงคือมลพิษทางอากาศที่มีเขม่า ควัน ฝุ่น โลหะออกไซด์ ฯลฯ คุณสามารถใช้อัลตราโซนิกในการทำความสะอาดอากาศและก๊าซในช่องจ่ายก๊าซ โดยไม่คำนึงถึงความชื้นและอุณหภูมิแวดล้อม หากวางเครื่องปล่อยอัลตราโซนิกไว้ในห้องดักจับฝุ่น ประสิทธิภาพของมันจะเพิ่มขึ้นหลายร้อยเท่า สาระสำคัญของการทำให้บริสุทธิ์ดังกล่าวคืออะไร? อนุภาคฝุ่นที่เคลื่อนที่แบบสุ่มในอากาศกระทบกันแรงขึ้นและบ่อยขึ้นภายใต้อิทธิพลของการสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิก ในเวลาเดียวกันขนาดของมันก็เพิ่มขึ้นเนื่องจากการรวมกัน การแข็งตัวของเลือดเป็นกระบวนการของการขยายอนุภาค ตัวกรองพิเศษจับกลุ่มที่มีน้ำหนักและขยายใหญ่
การตัดเฉือนวัสดุที่เปราะและแข็งมาก
หากคุณเข้าไประหว่างชิ้นงานและพื้นผิวการทำงานของเครื่องมือโดยใช้อัลตราซาวนด์ วัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อน อนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนระหว่างการทำงานอีซีแอลจะส่งผลต่อพื้นผิวของส่วนนี้ ในกรณีนี้ วัสดุจะถูกทำลายและนำออก โดยอยู่ภายใต้การประมวลผลภายใต้การกระทำของผลกระทบขนาดเล็กโดยตรงต่างๆ จลนศาสตร์ของการประมวลผลประกอบด้วยการเคลื่อนไหวหลัก - การตัด นั่นคือการสั่นสะเทือนตามยาวที่เกิดจากเครื่องมือ และสิ่งเสริม - การเคลื่อนที่ของฟีดที่เครื่องจักรทำ
อัลตราซาวนด์ทำงานได้หลากหลาย สำหรับเมล็ดขัดหยาบ แหล่งพลังงานคือการสั่นสะเทือนตามยาว พวกเขาทำลายวัสดุแปรรูป การเคลื่อนที่ของฟีด (เสริม) สามารถเป็นวงกลม ตามขวาง และตามยาว การประมวลผลอัลตราโซนิกมีความแม่นยำมากขึ้น มีตั้งแต่ 50 ถึง 1 ไมครอน ขึ้นอยู่กับขนาดเกรนของวัสดุกัดกร่อน การใช้เครื่องมือที่มีรูปร่างหลากหลาย คุณสามารถสร้างไม่เพียงแค่รูเท่านั้น แต่ยังสามารถตัดที่ซับซ้อน แกนโค้ง แกะสลัก เจียร ทำเมทริกซ์ และแม้แต่เจาะเพชร วัสดุที่ใช้ขัด - คอรันดัม, เพชร, ทรายควอทซ์, หินเหล็กไฟ
อัลตราซาวนด์ในวิทยุอิเล็กทรอนิกส์
อัลตราซาวนด์ในเทคโนโลยีมักใช้ในด้านวิทยุอิเล็กทรอนิกส์ ในพื้นที่นี้ มักจะจำเป็นต้องชะลอสัญญาณไฟฟ้าที่สัมพันธ์กับสัญญาณอื่น นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบวิธีแก้ปัญหาที่ดีโดยแนะนำให้ใช้เส้นหน่วงเวลาด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง (LZ เรียกสั้นๆ ว่า LZ) การกระทำของพวกเขาขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าแรงกระตุ้นไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นการสั่นสะเทือนทางกลแบบอัลตราโซนิก มันเกิดขึ้นได้อย่างไร? ความจริงก็คือความเร็วของอัลตราซาวนด์นั้นน้อยกว่าความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่พัฒนาขึ้นอย่างมาก ชีพจรแรงดันไฟฟ้าหลังจากการแปลงย้อนกลับเป็นการสั่นสะเทือนทางกลทางไฟฟ้าจะล่าช้าที่เอาต์พุตของสายที่สัมพันธ์กับพัลส์อินพุต
ทรานสดิวเซอร์แบบเพียโซอิเล็กทริกและแมกนีโตสทริคทีฟใช้เพื่อแปลงการสั่นสะเทือนทางไฟฟ้าเป็นกลไกและในทางกลับกัน LZ ตามลำดับ แบ่งออกเป็น piezoelectric และ magnetostrictive
อัลตราซาวด์ในยา
อัลตราซาวนด์ประเภทต่างๆ ถูกใช้เพื่อสร้างอิทธิพลต่อสิ่งมีชีวิต ในทางการแพทย์ ปัจจุบันนิยมใช้กันมาก ขึ้นอยู่กับผลกระทบที่เกิดขึ้นในเนื้อเยื่อชีวภาพเมื่ออัลตราซาวนด์ผ่านเข้าไป คลื่นทำให้เกิดความผันผวนในอนุภาคของตัวกลางซึ่งทำให้เกิดการนวดแบบจุลภาคของเนื้อเยื่อ และการดูดซึมของอัลตราซาวนด์ทำให้เกิดความร้อนในท้องถิ่น ในเวลาเดียวกัน การเปลี่ยนแปลงทางเคมีกายภาพบางอย่างเกิดขึ้นในสื่อทางชีววิทยา ปรากฏการณ์เหล่านี้ไม่ก่อให้เกิดความเสียหายที่ไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้ในกรณีที่มีความเข้มของเสียงปานกลาง พวกเขาปรับปรุงการเผาผลาญเท่านั้นและส่งผลให้กิจกรรมที่สำคัญของร่างกายสัมผัสกับพวกเขา ปรากฏการณ์ดังกล่าวถูกนำมาใช้ในการบำบัดด้วยอัลตราซาวนด์
อัลตราซาวนด์ในการผ่าตัด
การเกิดโพรงและความร้อนสูงที่ความเข้มสูงนำไปสู่การทำลายเนื้อเยื่อ เอฟเฟกต์นี้ถูกใช้ในการผ่าตัดในปัจจุบัน อัลตราซาวนด์แบบโฟกัสใช้สำหรับการผ่าตัด ซึ่งช่วยให้สามารถทำลายเฉพาะที่ในโครงสร้างที่ลึกที่สุด (เช่น สมอง) โดยไม่ทำลายสิ่งรอบข้าง อัลตราซาวนด์ยังใช้ในการผ่าตัดเครื่องมือที่ปลายการทำงานดูเหมือนไฟล์, มีดผ่าตัด, เข็ม การสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นทำให้เครื่องมือเหล่านี้มีคุณสมบัติใหม่ แรงที่ต้องการลดลงอย่างมากดังนั้นบาดแผลของการผ่าตัดจึงลดลง นอกจากนี้ยังมีผลยาแก้ปวดและการห้ามเลือด การกระแทกด้วยเครื่องทื่อโดยใช้อัลตราซาวนด์ใช้เพื่อทำลายเนื้องอกบางชนิดที่ปรากฏในร่างกาย
ส่งผลกระทบต่อเนื้อเยื่อชีวภาพเพื่อทำลายจุลินทรีย์และใช้ในกระบวนการฆ่าเชื้อยาและเครื่องมือแพทย์
วิจัยอวัยวะภายใน
ส่วนใหญ่เรากำลังพูดถึงการศึกษาช่องท้อง เพื่อจุดประสงค์นี้จะใช้เครื่องมือพิเศษ สามารถใช้อัลตราซาวนด์เพื่อค้นหาและจดจำเนื้อเยื่อและความผิดปกติทางกายวิภาคต่างๆ ความท้าทายมักเป็นดังนี้: สงสัยว่าเป็นมะเร็งและจำเป็นต้องแยกความแตกต่างจากรอยโรคที่ไม่ร้ายแรงหรือติดเชื้อ
อัลตราซาวนด์มีประโยชน์ในการตรวจตับและงานอื่นๆ ซึ่งรวมถึง การตรวจหาสิ่งกีดขวางและโรคของท่อน้ำดี ตลอดจนการตรวจถุงน้ำดีเพื่อตรวจหานิ่วและพยาธิสภาพอื่นๆ นอกจากนี้ อาจใช้การทดสอบโรคตับแข็งและโรคตับที่ไม่เป็นพิษเป็นภัยอื่นๆ
ในด้านนรีเวชวิทยาส่วนใหญ่ในการวิเคราะห์รังไข่และมดลูกการใช้อัลตราซาวนด์เป็นเวลานานทิศทางหลักที่จะดำเนินการโดยเฉพาะอย่างยิ่งประสบความสำเร็จ บ่อยครั้งที่จำเป็นต้องมีการสร้างความแตกต่างของการก่อตัวที่ไม่เป็นพิษเป็นภัยและเป็นอันตรายซึ่งมักจะต้องการความคมชัดและความละเอียดเชิงพื้นที่ที่ดีที่สุด ข้อสรุปที่คล้ายกันอาจเป็นประโยชน์ในการศึกษาอวัยวะภายในอื่นๆ
การใช้อัลตราซาวนด์ในทางทันตกรรม
อัลตราซาวนด์ยังพบทางทันตกรรม ซึ่งใช้เพื่อขจัดคราบหินปูน ช่วยให้คุณขจัดคราบพลัคและหินได้อย่างรวดเร็ว ไร้เลือด และไม่เจ็บปวด ในเวลาเดียวกันเยื่อเมือกในช่องปากไม่ได้รับบาดเจ็บและ "กระเป๋า" ของโพรงจะถูกฆ่าเชื้อ แทนที่จะเจ็บปวด ผู้ป่วยกลับรู้สึกอบอุ่น