Ультразвук

редактировать
Звуковые волны с частотами выше диапазона человеческого слуха

Ультразвуковое изображение (сонограмма) плода в утробе матери, просмотренное через 12 недель беременности (двумерное сканирование) Ультразвуковое исследование Ультразвук плода

Ультразвук - это звуковые волны с частотами выше верхнего предела слышимости человека слушание. Ультразвук по своим физическим свойствам не отличается от «нормального» (слышимого) звука, за исключением того, что люди его не слышат. Этот предел варьируется от человека к человеку и составляет примерно 20 килогерц (20 000 герц) у здоровых молодых людей. Ультразвуковые устройства работают на частотах от 20 кГц до нескольких гигагерц.

Ультразвук используется во многих различных областях. Ультразвуковые устройства используются для обнаружения объектов и измерения расстояний. Ультразвуковая визуализация или сонография часто используются в медицине. В неразрушающем контроле изделий и конструкций ультразвук используется 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.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Определение
  • 3 Восприятие
    • 3.1 Люди
    • 3.2 Животные
  • 4 Обнаружение и определение расстояния
    • 4.1 Бесконтактный датчик
    • 4.2 Датчики движения и измерение расхода
    • 4.3 Неразрушающий контроль
    • 4.4 Ультразвуковое определение дальности
    • 4.5 Ультразвуковая идентификация (USID)
  • 5 Визуализация
  • 6 Акустическая микроскопия
    • 6.1 Медицина человека
    • 6.2 Ветеринария
  • 7 Обработка и мощность
    • 7.1 Физическая терапия
    • 7.2 Биомедицинские применения
    • 7.3 Ультразвуковая обработка
    • 7.4 Обработка
    • 7.5 Ультразвуковая обработка и определение характеристик частиц
    • 7.6 Ультразвуковая очистка
    • 7.7 Ультразвуковая дезинтеграция
    • 7.8 Ультразвуковой увлажнитель
    • 7.9 Ультразвуковая сварка
    • 7.10 Сонохимия
    • 7.11 Оружие
    • 7.12 Беспроводная связь
  • 8 Другое использование
  • 9 Безопасность
  • 10 См. Также
  • 11 Ссылки
  • 12 Дополнительная литература
  • 13 Внешние ссылки

История

Свисток Гальтона, одно из первых устройств, производящих ультразвук

Акустика, наука о звуке, началась еще в Пифагоре в 6 век до н.э., который писал о математических свойствах струнных инструментов. Эхолокация у летучих мышей была обнаружена Лаззаро Спалланцани в 1794 году, когда он продемонстрировал, что летучие мыши охотятся и перемещаются с помощью неслышных звуков, а не зрения. Фрэнсис Гальтон в 1893 году изобрел свисток Гальтона, регулируемый свисток, производивший ультразвук, который он использовал для измерения диапазона слышимости людей и других животных, продемонстрировав, что многие животные могли слышать звуки, превышающие диапазон слышимости человека. Первым технологическим применением ультразвука была попытка обнаружения подводных лодок, сделанная Полем Ланжевеном в 1917 году. пьезоэлектрический эффект, открытый Жаком и Пьер Кюри в 1880 году был использован в преобразователях для генерации и обнаружения ультразвуковых волн в воздухе и воде.

Определение

Приблизительные диапазоны частот, соответствующие ультразвуку, с приблизительное руководство по некоторым приложениям

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

Восприятие

A медицинский ультразвук результат на листе бумаги

Люди

Верхний предел частоты у людей (приблизительно 20 кГц) обусловлен ограничениями среднее ухо. Слуховые ощущения могут возникнуть, если ультразвук высокой интенсивности подается непосредственно в человеческий череп и достигает улитки через костную проводимость, не проходя через через среднее ухо.

Дети могут слышать некоторые высокие звуки, которые пожилые люди не могут слышать, потому что у людей верхний предел высоты слуха имеет тенденцию уменьшаться с возрастом. Американская компания по производству сотовых телефонов использовала это для создания сигналов вызова, которые предположительно слышны только молодым людям, но многие пожилые люди могут слышать эти сигналы, что может быть связано со значительными вариациями возрастного ухудшения качества звука. верхний порог слышимости. Mosquito - это электронное устройство, которое использует высокие частоты, чтобы сдерживать праздношатание молодых людей.

Животные

Летучие мыши используют ультразвук для навигации в темноте. A свисток для собак, свисток, издающий звук в ультразвуковом диапазоне, используемый для дрессировки собак и других животных

Летучие мыши используют разнообразные методы ультразвуковой дальнометрии (эхолокация ) для обнаружения их добычи. Они могут обнаруживать частоты выше 100 кГц, возможно, до 200 кГц.

Многие насекомые обладают хорошим ультразвуковым слухом, и большинство из них - ночные насекомые, которые прислушиваются к эхолокации летучих мышей. К ним относятся многие группы бабочек, жуков, богомолов и златоглазок. Услышав звук летучей мыши, некоторые насекомые будут совершать маневры уклонения, чтобы не попасться. Ультразвуковые частоты вызывают рефлекторное действие у совок, которое заставляет его слегка опускаться в полете, чтобы уклониться от атаки. Тигровые бабочки также издают щелчки, которые могут беспокоить летучих мышей 'эхолокация, а в других случаях может рекламировать тот факт, что они ядовиты, издавая звук.

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

Зубастые киты, включая дельфинов, могут слышать ультразвук и использовать такие звуки в своей навигационной системе (биосонар ), чтобы ориентироваться и ловить добычу. Морские свиньи имеют самый высокий известный верхний предел слуха около 160 кГц. Ультразвук может обнаружить несколько видов рыб. Было показано, что в порядке Clupeiformes члены подсемейства Alosinae (shad ) способны обнаруживать звуки с частотой до 180 кГц, в то время как другие подсемейства ( например, сельдь ) может слышать только до 4 кГц.

Ультразвуковые генераторы / акустические системы продаются как электронные устройства для борьбы с вредителями, которые, как утверждается, отпугивают грызунов и насекомых, но нет никаких научных доказательств того, что эти устройства работают.

Обнаружение и определение расстояния

Бесконтактный датчик

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

Используются как непрерывные, так и импульсные системы. Принцип, лежащий в основе импульсно-ультразвуковой технологии, заключается в том, что передаваемый сигнал состоит из коротких импульсов ультразвуковой энергии. После каждого всплеска электроника ищет обратный сигнал в пределах небольшого временного окна, соответствующего времени, необходимому для прохождения энергии через сосуд. Только сигнал, полученный в течение этого окна, будет иметь право на дополнительную обработку сигнала.

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

Датчики движения и измерение расхода

Распространенным ультразвуковым приложением является автоматическое устройство открывания двери, в котором 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 может быть измерен ультразвуковыми расходомерами, которые измеряют среднюю скорость протекающей жидкости. В реологии акустический реометр основан на принципе ультразвука. В механике жидкости расход жидкости можно измерить с помощью ультразвукового расходомера.

неразрушающего контроля

Принцип обнаружения дефектов с помощью ультразвука. Пустота в твердом материале отражает некоторую энергию обратно в датчик, который обнаруживается и отображается.

Ультразвуковой контроль - это тип неразрушающего контроля, обычно используемый для обнаружения дефектов в материалах и измерения толщина предметов. Обычны частоты от 2 до 10 МГц, но для специальных целей используются другие частоты. Контроль может быть ручным или автоматизированным и является неотъемлемой частью современных производственных процессов. Можно проверять большинство металлов, а также пластмассы и аэрокосмические композиты. Ультразвук с более низкой частотой (50–500 кГц) также может использоваться для проверки менее плотных материалов, таких как дерево, бетон и цемент.

Ультразвуковой контроль сварных соединений был альтернатива 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 перешел от ручных методов к компьютеризированным системам, которые автоматизируют большую часть процесса. Ультразвуковой тест сустава может определить наличие дефектов, измерить их размер и определить их местоположение. Не все сварные материалы одинаково поддаются ультразвуковому контролю; некоторые материалы имеют большой размер зерна, что создает высокий уровень фонового шума при измерениях.

Неразрушающий контроль качающегося вала, показывающий шлиц растрескивание

Ультразвуковое измерение толщины является одним из методов используется для контроля качества сварных швов.

Ультразвуковое определение дальности

Принцип работы активного сонара

Ультразвук обычно используется для определения дальности под водой ; это использование также называется Сонар. Ультразвуковой импульс генерируется в определенном направлении. Если на пути этого импульса есть объект, часть или весь импульс будет отражен обратно к передатчику в виде эхо и может быть обнаружен на пути приема. 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 дальность также применяется для измерения в воздухе и на короткие расстояния. Например, портативные ультразвуковые измерительные приборы могут быстро измерять планировку помещений.

Хотя определение дальности под водой выполняется как на слышимой, так и на слышимой частоте на больших расстояниях (от 1 до нескольких километров), ультразвуковое определение дальности используется, когда расстояния короче и точность измерения расстояния желательна. тоньше. Ультразвуковые измерения могут быть ограничены барьерными слоями с большими перепадами солености, температуры или вихря. Диапазон измерения в воде варьируется от сотен до тысяч метров, но может быть выполнен с точностью от сантиметров до метров

Ультразвуковая идентификация (USID)

Ультразвуковая идентификация (USID) - это Реальный- Технология определения местоположения по времени (RTLS) или Система определения местоположения в помещении (IPS), используемая для автоматического отслеживания и определения местоположения объектов в режиме реального времени с помощью простых и недорогих узлов (бейджей / тегов), прикрепленных или встроенных в объектах и ​​устройствах, которые затем передают ультразвуковой сигнал, чтобы сообщить о своем местонахождении датчикам микрофона.

Визуализация

Сонограмма плода на 14 неделе (профиль) Голова плода в возрасте 29 недель на "3D УЗИ "

Возможности ультразвукового исследования получение изображений объектов с помощью звуковой волны 3 ГГц, создающей разрешение, сравнимое с оптическим изображением, было признано Соколовым в 1939 году, но методы того времени давали относительно низкоконтрастные изображения с низкой чувствительностью.Ультразвуковая визуализация использует частоты 2 мегагерца и выше; более короткая длина волны обеспечивает разрешение мелких внутренних деталей в структурах и тканях. Плотность мощности обычно составляет менее 1 Вт на квадратный сантиметр, чтобы избежать эффектов нагрева и кавитации в исследуемом объекте. В используются высокие и сверхвысокие ультразвуковые волны. акустическая микроскопия, с частотами до 4 гигагерц. Применение ультразвуковой визуализации включает промышленный неразрушающий контроль, контроль качества и медицинские применения.

Акустическая микроскопия

Акустическая микроскопия - это метод использования звуковых волн визуализировать структуры, слишком маленькие, чтобы их мог разглядеть человеческий глаз. В акустических микроскопах используются частоты до нескольких гигагерц. Отражение и дифракция звуковых волн от микроскопических структур может дать информацию, недоступную для света.

Медицина человека

Медицинский ультразвук - это основанный на ультразвуке диагностический метод медицинской визуализации, используемый для визуализации мышц, сухожилий и многих внутренних органов, чтобы зафиксировать их размер, структуру и любые патологические поражения с томографическими изображениями в реальном времени. Ультразвук использовался радиологами и сонографами для визуализации человеческого тела в течение по крайней мере 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 плодов во время плановой и неотложной дородовой помощи. Такие диагностические приложения, используемые во время беременности, называются акушерской сонографией. Правильно проведенное ультразвуковое исследование, применяемое в настоящее время в медицине, не представляет опасности для пациента. Сонография не использует ионизирующее излучение, а уровни мощности, используемые для визуализации, слишком низкие, чтобы вызывать неблагоприятные эффекты нагрева или давления в ткани. Хотя долгосрочные эффекты воздействия ультразвука при диагностической интенсивности все еще неизвестны, в настоящее время большинство врачей считают, что польза для пациентов перевешивает риски. Принцип ALARA (разумно достижимый низкий уровень) пропагандируется для ультразвукового исследования, то есть с минимальными настройками времени и мощности сканирования, но совместимыми с диагностической визуализацией, и в соответствии с этим принципом в немедицинских целях, которые по определению являются не являются необходимыми, активно обескураживаются.

Ультразвук также все чаще используется в случаях травм и оказания первой помощи, при этом экстренное ультразвуковое исследование становится основным продуктом большинства бригад экстренной помощи. Кроме того, ультразвук используется в случаях удаленной диагностики, где это необходимо, например, в научных экспериментах в космосе или диагностике мобильных спортивных команд.

Согласно RadiologyInfo, ультразвук полезен для обнаружения аномалий таза и может включать методы, известные как абдоминальное (трансабдоминальное) ультразвуковое исследование, вагинальное (трансвагинальное или эндовагинальное) ультразвуковое исследование у женщин, а также ректальное (трансректальное) ультразвуковое исследование у мужчин.

Ветеринария

Диагностический ультразвук используется для наружной диагностики у лошадей для оценки повреждений мягких тканей и сухожилий, а также для внутреннего применения, в частности, для репродуктивной работы - оценки репродуктивного тракта кобылы и выявления беременности. Его также можно использовать наружно у жеребцов для оценки состояния и диаметра яичек, а также внутри для оценки репродуктивной функции (семявыносящий проток и т. Д.).

К 2005 году в мясной отрасли начали использовать ультразвуковые технологии. животноводство промышленность по улучшению здоровья животных и продуктивности животноводческих хозяйств. Ультразвук используется для оценки толщины жира, области ребер и внутримышечного жира у живых животных. Он также используется для оценки здоровья и характеристик будущих телят.

Ультразвуковая технология предоставляет животноводам средство для получения информации, которая может быть использована для улучшения разведения и содержания крупного рогатого скота. Технология может быть дорогой и требует значительных затрат времени на непрерывный сбор данных и обучение операторов. Тем не менее, эта технология оказалась полезной для управления и ведения животноводческой деятельности.

Обработка и мощность

В мощных ультразвуковых приложениях часто используются частоты от 20 кГц до нескольких сотен кГц. Интенсивность может быть очень высокой; свыше 10 Вт на квадратный сантиметр кавитация может быть вызвана в жидких средах, а в некоторых приложениях используется до 1000 Вт на квадратный сантиметр. Такая высокая интенсивность может вызывать химические изменения или вызывать значительные эффекты при прямом механическом воздействии и может инактивировать вредные микроорганизмы.

Физическая терапия

Ультразвук используется с 1940-х годов физиотерапевтами и терапевтами для лечения соединительная ткань : связки, сухожилия и фасция (а также рубцовая ткань ). Условия, при которых для лечения может использоваться ультразвук, включают следующие примеры: растяжения связок , мышечные растяжения, тендинит, воспаление суставов, подошвенный фасциит, метатарзалгия, раздражение фасеток, синдром соударения, бурсит, ревматоидный артрит, остеоартрит и рубцовая ткань адгезия.

Биомедицинские применения

Ультразвук также имеет терапевтическое применение, которое может быть очень полезным при использовании с осторожностью в дозировке. Ультразвук с относительно высокой мощностью может разрушать каменистые отложения или ткани, ускорять действие лекарств в целевой области, помогать в измерении упругих свойств ткани и может использоваться для сортировки клеток или мелких частиц для исследования.

Обработка ультразвуковым воздействием

Обработка ультразвуковым воздействием (UIT) использует ультразвук для улучшения механических и физических свойств металлов. Это технология металлургической обработки, при которой ультразвуковая энергия применяется к металлическому объекту. Ультразвуковая обработка может привести к контролируемому остаточному напряжению сжатия, измельчению зерна и уменьшению размера зерна. Утомляемость при низких и высоких циклах повышается, и было документально подтверждено, что она обеспечивает повышение до десяти раз больше, чем у образцов без UIT. Кроме того, UIT доказал свою эффективность в решении коррозионного растрескивания под напряжением, коррозионной усталости и связанных с ними проблем.

Когда инструмент UIT, состоящий из ультразвукового преобразователя, штифтов и других компонентов, входит в контакт с заготовкой, он акустически соединяется с заготовкой, создавая гармонический резонанс. Этот гармонический резонанс осуществляется на тщательно откалиброванной частоте, на которую металлы реагируют очень благоприятно.

В зависимости от желаемых эффектов лечения применяется комбинация различных частот и амплитуды смещения. Эти частоты находятся в диапазоне от 25 до 55 кГц, а амплитуда смещения резонансного тела составляет от 22 до 50 мкм (от 0,00087 до 0,0020 дюйма).

Устройства UIT полагаются на магнитострикционные преобразователи.

Обработка

Ультразвуковая обработка предлагает большой потенциал в обработке жидкостей и суспензий за счет улучшения перемешивания и химических реакций в различных областях применения и отраслях промышленности. Обработка ультразвуком генерирует в жидкостях чередующиеся волны низкого и высокого давления, что приводит к образованию и резкому схлопыванию небольших вакуумных пузырьков. Это явление называется кавитацией и вызывает столкновение струй жидкости с высокой скоростью и сильные гидродинамические поперечные силы. Эти эффекты используются для дезагломерации и измельчения материалов микрометровых и нанометровых размеров, а также для дезинтеграции клеток или смешивания реагентов. В этом аспекте обработка ультразвуком является альтернативой высокоскоростным миксерам и бисерным мельницам. Ультразвуковая пленка под движущейся проволокой в ​​бумагоделательной машине будет использовать ударные волны от взрывающихся пузырьков для более равномерного распределения целлюлозных волокон в произведенном бумажном полотне, что сделает бумагу более прочной с более ровными поверхностями. Кроме того, химические реакции выигрывают от свободных радикалов, создаваемых кавитацией, а также от подводимой энергии и передачи материала через пограничные слои. Для многих процессов этот сонохимический эффект (см. сонохимия ) приводит к значительному сокращению времени реакции, как в переэтерификации нефти в биодизель.

Схема стенда и ультразвуковые жидкостные процессоры промышленного масштаба

Значительная интенсивность ультразвука и высокие амплитуды ультразвуковых колебаний требуются для многих технологических процессов, таких как нанокристаллизация, наноэмульсификация, деагломерация, экстракция, разрушение клеток и многие другие. Обычно процесс сначала тестируется в лабораторном масштабе, чтобы подтвердить его осуществимость и установить некоторые из требуемых параметров ультразвукового воздействия. После завершения этой фазы процесс переводится в пилотный (стендовый) масштаб для оптимизации предпроизводственного потока, а затем в промышленный масштаб для непрерывного производства. Во время этих этапов увеличения масштаба важно убедиться, что все местные условия воздействия (амплитуда ультразвука, кавитация интенсивность, время, проведенное в зоне активной кавитации и т. Д.) Остаются неизменными. Если это условие выполняется, качество конечного продукта остается на оптимизированном уровне, а производительность увеличивается за счет предсказуемого «коэффициента масштабирования». Повышение производительности связано с тем, что лабораторные, настольные и промышленные ультразвуковые процессорные системы включают в себя все более крупные ультразвуковые рупоры, способные создавать все более крупные зоны высокой интенсивности кавитации и, следовательно, обрабатывать больше материала в единицу времени. Это называется «прямая масштабируемость». Важно отметить, что увеличение мощности одного только ультразвукового процессора не приводит к прямому масштабированию, поскольку оно может (и часто сопровождается) сопровождаться уменьшением ультразвуковой амплитуды и интенсивности кавитации. Во время прямого масштабирования необходимо поддерживать все условия обработки, в то время как номинальная мощность оборудования увеличивается, чтобы обеспечить работу ультразвукового рупора большего размера.

Ультразвуковая обработка и определение характеристик частиц

Исследователь из Института Промышленных Исследований Материалов Алессандро Малутта разработал эксперимент, который продемонстрировал улавливающее действие ультразвуковых стоячих волн на разбавленные водой волокна древесной массы и их параллельную ориентацию в равноудаленных плоскостях давления. Время ориентации волокон в эквидистантных плоскостях измеряется с помощью лазера и электрооптического датчика. Это может предоставить бумажной промышленности оперативную систему измерения размера волокна. Несколько иная реализация была продемонстрирована в Университете штата Пенсильвания с использованием микрочипа, который генерировал пару перпендикулярных стоячих поверхностных акустических волн, позволяющих размещать частицы на равном расстоянии друг от друга на сетке. Этот эксперимент, названный акустическим пинцетом, может использоваться для приложений в области материаловедения, биологии, физики, химии и нанотехнологий.

Ультразвуковая очистка

Ультразвуковые очистители, иногда ошибочно называемые сверхзвуковыми очистителями, используются на частотах от 20 до 40 кГц для ювелирных изделий, линзы и другие оптические детали, часы, стоматологические инструменты, хирургические инструменты, регуляторы для дайвинга и промышленные детали. Ультразвуковой очиститель работает в основном за счет энергии, выделяемой в результате разрушения миллионов микроскопических кавитаций вблизи грязной поверхности. Пузырьки, образовавшиеся в результате кавитации, схлопываются, образуя крошечные струи, направленные на поверхность.

Ультразвуковая дезинтеграция

Подобно ультразвуковой очистке биологические клетки, включая бактерии, могут быть дезинтегрированы. Ультразвук высокой мощности производит кавитацию, которая способствует распаду частиц или реакциям. Это используется в биологической науке для аналитических или химических целей (обработка ультразвуком и сонопорация ) и для уничтожения бактерий в сточных водах. Ультразвук высокой мощности может дезинтегрировать кукурузную суспензию и улучшить разжижение и осахаривание для повышения выхода этанола на заводах по переработке сухой кукурузы.

Ультразвуковой увлажнитель

Ультразвуковой увлажнитель, один из типов распылителей (устройство, которое создает очень мелкую струю) - популярный тип увлажнителя. Он работает, вибрируя металлическую пластину на ультразвуковых частотах, чтобы распылить (иногда неправильно называемое «распыление») воду. Поскольку вода не нагревается для испарения, образуется прохладный туман. Волны ультразвукового давления распыляют не только воду, но и материалы в воде, включая кальций, другие минералы, вирусы, грибки, бактерии и другие примеси. Заболевания, вызванные загрязнениями, находящимися в резервуаре увлажнителя, относятся к категории «Лихорадка увлажнителя».

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

Ультразвуковая сварка

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

Сонохимия

Мощный ультразвук в диапазоне 20–100 кГц используется в химии. Ультразвук не взаимодействует напрямую с молекулами, чтобы вызвать химическое изменение, поскольку его типичная длина волны (в миллиметровом диапазоне) слишком велика по сравнению с молекулами. Вместо этого энергия вызывает кавитацию, которая создает экстремальные значения температуры и давления в жидкости, где происходит реакция. Ультразвук также разрушает твердые частицы и удаляет пассивирующие слои инертного материала, чтобы получить большую площадь поверхности для протекания реакции. Оба эти эффекта ускоряют реакцию. В 2008 году Атул Кумар сообщил о синтезе эфиров Ганча и производных полигидрохинолина с помощью протокола многокомпонентной реакции в водных мицеллах с использованием ультразвука.

Ультразвук используется в извлечение с использованием разных частот.

Оружие

Ультразвук был изучен как основа для звукового оружия для таких приложений, как борьба с беспорядками, дезориентация нападающих, вплоть до смертельных уровней звука.

Беспроводная связь

В июле 2015 года The Economist сообщил, что исследователи из Калифорнийского университета в Беркли провели ультразвуковые исследования с использованием графен диафрагмы. Тонкость и малый вес графена в сочетании с его прочностью делают его эффективным материалом для использования в ультразвуковой коммуникации. Одним из предлагаемых приложений этой технологии может быть подводная связь, где радиоволны обычно плохо переносятся.

Ультразвуковые сигналы использовались в «аудиомаяках» для отслеживания пользователей Интернета.

Другое применение

Ультразвук при его применении в определенных конфигурациях может производить короткие вспышки света в виде экзотического явления, известного как сонолюминесценция. Это явление изучается частично из-за возможности слияния пузырьков (реакция слияния ядер, предположительно происходящая во время сонолюминесценции).

Ультразвук используется для определения характеристик твердых частиц с помощью метода спектроскопии ослабления ультразвука или путем наблюдения электроакустических явлений или транскраниального импульсного ультразвука.

Аудио может быть распространяется с помощью модулированного ультразвука.

Ранее популярным потребительским применением ультразвука было телевидение дистанционное управление для регулировки громкости и переключения каналов. Представленная Zenith в конце 1950-х, система использовала ручной пульт дистанционного управления, содержащий короткие стержневые резонаторы, поражаемые небольшими молотками, и микрофон на съемочной площадке. Фильтры и детекторы различают различные операции. Основные преимущества заключались в том, что в переносном блоке управления не требовалось батарейки, и, в отличие от радиоволн, ультразвук вряд ли повлиял на соседние устройства. Ультразвук использовался до тех пор, пока его не вытеснили инфракрасные системы с конца 1980-х.

Безопасность

Профессиональное воздействие ультразвука более 120 дБ может привести к потере слуха. Воздействие, превышающее 155 дБ, может вызвать тепловые эффекты, вредные для человеческого тела, и было подсчитано, что воздействие свыше 180 дБ может привести к смерти. Независимая консультативная группа Великобритании 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 уровней ультразвукового звукового давления (SPL), составляющий 70 дБ (при 20 кГц) и 100 дБ (при 25 кГц и выше).

См. Также

  • Медицинский портал

Ссылки

Дополнительная литература

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-20 10:08:26
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте