El segle XXI és el segle de la radioelectrònica, l'àtom, l'exploració espacial i els ultrasons. La ciència de l'ecografia és relativament jove avui dia. A finals del segle XIX, P. N. Lebedev, un fisiòleg rus, va realitzar els seus primers estudis. Després d'això, molts científics eminents van començar a estudiar els ultrasons.
Què és l'ecografia?
L'ultrasò és un moviment oscil·latori ondulant de propagació que fan les partícules del medi. Té les seves pròpies característiques, en què es diferencia dels sons del rang audible. És relativament fàcil obtenir radiació dirigida en el rang ultrasònic. A més, enfoca bé i, com a conseqüència d'això, augmenta la intensitat de les oscil·lacions realitzades. Quan es propaga en sòlids, líquids i gasos, els ultrasons donen lloc a fenòmens interessants que han trobat aplicació pràctica en molts àmbits de la tecnologia i la ciència. Això és el que és l'ecografia, el paper del qual en diferents àmbits de la vida avui és molt important.
El paper de l'ecografia en la ciència i la pràctica
L'ultrasò en els últims anys va començar a jugar en la investigació científicaun paper cada cop més important. Es van dur a terme amb èxit estudis experimentals i teòrics en el camp dels fluxos acústics i la cavitació ultrasònica, que van permetre als científics desenvolupar processos tecnològics que es produeixen quan s'exposen als ultrasons en fase líquida. És un mètode potent per estudiar diversos fenòmens en un camp del coneixement com la física. L'ultrasò s'utilitza, per exemple, en la física de semiconductors i d'estat sòlid. Actualment, s'està formant una branca separada de la química, anomenada "química ultrasònica". La seva aplicació permet accelerar molts processos químic-tecnològics. També va néixer l'acústica molecular, una nova branca de l'acústica que estudia la interacció molecular de les ones sonores amb la matèria. Han aparegut noves àrees d'aplicació dels ultrasons: holografia, introscòpia, acustoelectrònica, mesura de fase ultrasònica, acústica quàntica.
A més del treball experimental i teòric en aquesta àrea, avui s'han fet molts treballs pràctics. S'han desenvolupat màquines d'ultrasons especials i universals, instal·lacions que funcionen amb una pressió estàtica augmentada, etc.. S'han introduït en producció instal·lacions automàtiques d'ultrasons incloses a les línies de producció, que poden augmentar significativament la productivitat laboral.
Més sobre l'ecografia
Parlem més sobre què és l'ecografia. Ja hem dit que són ones elàstiques i oscil·lacions. La freqüència d'ultrasons és de més de 15-20 kHz. Les propietats subjectives de la nostra audició determinen el límit inferior de les freqüències ultrasòniques, queel separa de la freqüència del so audible. Aquest límit, per tant, és condicional, i cadascun de nos altres defineix de manera diferent què és l'ecografia. El límit superior està indicat per ones elàstiques, la seva naturalesa física. Es propaguen només en un medi material, és a dir, la longitud d'ona ha de ser significativament més gran que la trajectòria lliure mitjana de les molècules presents en el gas o les distàncies interatòmiques en sòlids i líquids. A pressió normal en gasos, el límit superior de les freqüències ultrasòniques és 109 Hz, i en sòlids i líquids - 1012-10 13 Hz.
Fonts d'ultrasò
L'ultrasò es troba a la natura tant com a component de molts sorolls naturals (cascada, vent, pluja, còdols rodats pel surf, així com en els sons que acompanyen les tempestes, etc.), com a part integral de el món animal. Algunes espècies d'animals l'utilitzen per a l'orientació a l'espai, la detecció d'obstacles. També se sap que els dofins utilitzen ultrasons a la natura (principalment freqüències de 80 a 100 kHz). En aquest cas, la potència dels senyals de localització emesos per ells pot ser molt gran. Se sap que els dofins són capaços de detectar bancs de peixos fins a un quilòmetre de distància.
Els emissors (fonts) d'ecografia es divideixen en 2 grans grups. El primer són els generadors, en els quals les oscil·lacions s'exciten a causa de la presència d'obstacles instal·lats en el camí d'un flux constant: un raig de líquid o gas. El segon grup en què es poden combinar les fonts d'ultrasons éstransductors electroacústics que converteixen determinades fluctuacions de corrent o tensió elèctrica en una vibració mecànica produïda per un cos sòlid que irradia ones acústiques a l'entorn.
Receptors d'ultrasò
A freqüències mitjanes i baixes, els receptors d'ultrasons solen ser transductors electroacústics de tipus piezoelèctric. Poden reproduir la forma del senyal acústic rebut, representat com una dependència temporal de la pressió sonora. Els dispositius poden ser de banda ampla o de ressonància, depenent de les condicions d'aplicació a les quals estiguin destinats. Els receptors tèrmics s'utilitzen per obtenir les característiques del camp sonor promediades en el temps. Són termistors o termoparells recoberts d'una substància que absorbeix el so. La pressió i la intensitat del so també es poden estimar mitjançant mètodes òptics, com ara la difracció de la llum per ultrasons.
On s'utilitza l'ecografia?
Hi ha moltes àrees de la seva aplicació, alhora que s'utilitza diferents característiques de l'ecografia. Aquestes àrees es poden dividir aproximadament en tres àrees. El primer d'ells està relacionat amb l'obtenció d'informació diversa mitjançant ones ultrasòniques. La segona direcció és la seva influència activa sobre la substància. I el tercer està relacionat amb la transmissió i processament de senyals. Els EUA d'un determinat rang de freqüències s'utilitzen en cada cas. Cobrirem només algunes de les moltes àrees en què ha trobat el seu camí.
Neteja per ultrasons
La qualitat d'aquesta neteja no es pot comparar amb altres mètodes. En esbandir peces, per exemple, fins a un 80% dels contaminants romanen a la seva superfície, al voltant del 55% - amb la neteja per vibracions, al voltant del 20% - amb la neteja manual i amb la neteja per ultrasons, no queda més del 0,5% dels contaminants. Els detalls que tenen una forma complexa només es poden netejar bé amb l'ajuda d'ultrasons. Un avantatge important del seu ús és l' alta productivitat, així com els baixos costos de mà d'obra física. A més, podeu substituir dissolvents orgànics cars i inflamables per solucions aquoses barates i segures, utilitzar freó líquid, etc.
Un problema greu és la contaminació de l'aire amb sutge, fum, pols, òxids metàl·lics, etc. Podeu utilitzar el mètode d'ultrasons per netejar l'aire i el gas a les sortides de gas, independentment de la humitat i la temperatura ambient. Si es col·loca un emissor d'ultrasons en una cambra de decantació de pols, la seva eficiència augmentarà centenars de vegades. Quina és l'essència d'aquesta purificació? Les partícules de pols que es mouen aleatòriament a l'aire xoquen entre si amb més força i més sovint sota la influència de les vibracions ultrasòniques. Al mateix temps, la seva mida augmenta a causa del fet que es fusionen. La coagulació és el procés d'engrandiment de partícules. Els filtres especials capturen els seus grups ponderats i ampliats.
Mecanització de materials fràgils i súper durs
Si entres entre la peça de treball i la superfície de treball de l'eina mitjançant ultrasons, material abrasiu, les partícules abrasives durant el funcionamentemissor afectarà la superfície d'aquesta part. En aquest cas, el material es destrueix i s'elimina, sotmès a processament sota l'acció d'una varietat de microimpactes dirigits. La cinemàtica de processament consisteix en el moviment principal, el tall, és a dir, les vibracions longitudinals realitzades per l'eina, i l'auxiliar, el moviment d'alimentació que realitza la màquina.
L'ultrasò pot fer diverses feines. Per als grans abrasius, la font d'energia són les vibracions longitudinals. Destrueixen el material processat. El moviment d'alimentació (auxiliar) pot ser circular, transversal i longitudinal. El processament d'ultrasons és més precís. Depenent de la mida del gra de l'abrasiu, oscil·la entre 50 i 1 micra. Amb eines de diferents formes, podeu fer no només forats, sinó també talls complexos, eixos corbats, gravar, moldre, fer matrius i fins i tot perforar un diamant. Materials utilitzats com a abrasiu: corindó, diamant, sorra de quars, sílex.
Utrasò en electrònica de ràdio
L'ultrasò en tecnologia s'utilitza sovint en el camp de la radioelectrònica. En aquesta àrea, sovint es fa necessari retardar un senyal elèctric en relació amb un altre. Els científics han trobat una bona solució suggerint l'ús de línies de retard ultrasòniques (LZ per abreujar). La seva acció es basa en el fet que els impulsos elèctrics es converteixen en vibracions mecàniques ultrasòniques. Com passa? El fet és que la velocitat dels ultrasons és significativament menor que la desenvolupada per les oscil·lacions electromagnètiques. PolsLa tensió després de la transformació inversa en vibracions elèctriques mecàniques es retardarà a la sortida de la línia en relació amb el pols d'entrada.
S'utilitzen transductors piezoelèctrics i magnetoestrictius per convertir les vibracions elèctriques en mecàniques i viceversa. LZ, respectivament, es divideixen en piezoelèctrics i magnetostrictius.
Ecografia en medicina
S'utilitzen diferents tipus d'ecografia per influir en els organismes vius. En la pràctica mèdica, el seu ús és ara molt popular. Es basa en els efectes que es produeixen en els teixits biològics quan els ultrasò travessen. Les ones provoquen fluctuacions en les partícules del medi, la qual cosa crea una mena de micromassatge tissular. I l'absorció d'ultrasons condueix al seu escalfament local. Al mateix temps, es produeixen determinades transformacions fisicoquímiques en medis biològics. Aquests fenòmens no causen danys irreversibles en el cas d'intensitat sonora moderada. Només milloren el metabolisme, i per tant contribueixen a l'activitat vital del cos exposat a ells. Aquests fenòmens s'utilitzen en la teràpia amb ultrasons.
Ecografia en cirurgia
La cavitació i l'escalfament fort a altes intensitats condueixen a la destrucció dels teixits. Aquest efecte s'utilitza avui en dia en cirurgia. L'ecografia focalitzada s'utilitza per a operacions quirúrgiques, que permet la destrucció local de les estructures més profundes (per exemple, el cervell), sense danyar les que l'envolten. L'ecografia també s'utilitza en cirurgiaeines en què l'extrem de treball sembla una llima, bisturí, agulla. Les vibracions que se'ls imposen donen noves qualitats a aquests instruments. La força requerida es redueix significativament, per tant, es redueix el traumatisme de l'operació. A més, es manifesta un efecte analgèsic i hemostàtic. L'impacte amb un instrument contundent mitjançant ultrasons s'utilitza per destruir certs tipus de neoplàsies que han aparegut al cos.
L'impacte sobre els teixits biològics es porta a terme per destruir microorganismes i s'utilitza en els processos d'esterilització de medicaments i instruments mèdics.
Recerca d'òrgans interns
Parlem principalment de l'estudi de la cavitat abdominal. Per a això, s'utilitza un aparell especial. L'ecografia es pot utilitzar per trobar i reconèixer diverses anomalies anatòmiques i de teixits. El repte sovint és el següent: se sospita d'una malignitat i cal distingir-la d'una lesió benigna o infecciosa.
L'ecografia és útil per examinar el fetge i per a altres tasques, que inclouen la detecció d'obstruccions i mal alties dels conductes biliars, així com l'examen de la vesícula biliar per detectar la presència de pedres i altres patologies en ella. A més, es poden fer proves de cirrosi i altres mal alties hepàtiques benignes difuses.
En el camp de la ginecologia, principalment en l'anàlisi dels ovaris i l'úter, l'ús de l'ecografia és molt de tempsla direcció principal en què es porta a terme amb especial èxit. Sovint, aquí també es necessita diferenciació de formacions benignes i malignes, que sol requerir el millor contrast i resolució espacial. Conclusions similars poden ser útils en l'estudi de molts altres òrgans interns.
L'ús de l'ecografia en odontologia
L'ecografia també ha trobat el seu camí a l'odontologia, on s'utilitza per eliminar el tàrtar. Li permet eliminar ràpidament, sense sang i sense dolor la placa i la pedra. Al mateix temps, la mucosa oral no està lesionada i es desinfecten les "butxaques" de la cavitat. En lloc de dolor, el pacient experimenta una sensació de calor.
