القرن الحادي والعشرون هو قرن إلكترونيات الراديو والذرة واستكشاف الفضاء والموجات فوق الصوتية. يعتبر علم الموجات فوق الصوتية حديثًا نسبيًا اليوم. في نهاية القرن التاسع عشر ، أجرى بي إن ليبيديف ، عالم فيزيولوجي روسي ، دراساته الأولى. بعد ذلك ، بدأ العديد من العلماء البارزين في دراسة الموجات فوق الصوتية.
ما هي الموجات فوق الصوتية؟
الموجات فوق الصوتية هي حركة تذبذبية متموجة منتشرة تصنعها جزيئات الوسط. لها خصائصها الخاصة ، والتي تختلف فيها عن أصوات النطاق المسموع. من السهل نسبيًا الحصول على إشعاع موجه في نطاق الموجات فوق الصوتية. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يركز بشكل جيد ، ونتيجة لذلك ، زادت شدة التذبذبات. عند التكاثر في المواد الصلبة والسوائل والغازات ، تؤدي الموجات فوق الصوتية إلى ظهور ظواهر مثيرة للاهتمام وجدت تطبيقات عملية في العديد من مجالات التكنولوجيا والعلوم. هذا هو ما يمثله التصوير بالموجات فوق الصوتية ، والذي يعد دوره في مختلف مجالات الحياة اليوم كبيرًا جدًا.
دور الموجات فوق الصوتية في العلم و الممارسة
بدأت الموجات فوق الصوتية في السنوات الأخيرة تلعب في البحث العلميدور متزايد الأهمية. تم إجراء الدراسات التجريبية والنظرية في مجال التدفقات الصوتية والتجويف بالموجات فوق الصوتية بنجاح ، مما سمح للعلماء بتطوير العمليات التكنولوجية التي تحدث عند التعرض للموجات فوق الصوتية في المرحلة السائلة. إنها طريقة قوية لدراسة الظواهر المختلفة في مجال المعرفة مثل الفيزياء. تستخدم الموجات فوق الصوتية ، على سبيل المثال ، في فيزياء أشباه الموصلات والحالة الصلبة. اليوم ، يتم تشكيل فرع منفصل من الكيمياء يسمى "كيمياء الموجات فوق الصوتية". يسمح تطبيقه بتسريع العديد من العمليات التكنولوجية الكيميائية. ولدت أيضًا علم الصوتيات الجزيئية - فرع جديد من علم الصوتيات يدرس التفاعل الجزيئي للموجات الصوتية مع المادة. ظهرت مجالات جديدة لتطبيق الموجات فوق الصوتية: التصوير المجسم ، التنظير الداخلي ، الإلكترونيات الصوتية ، قياس الطور فوق الصوتي ، الصوتيات الكمومية.
بالإضافة إلى العمل التجريبي والنظري في هذا المجال ، تم إنجاز الكثير من العمل العملي اليوم. تم تطوير آلات الموجات فوق الصوتية الخاصة والعالمية ، والتركيبات التي تعمل تحت ضغط ثابت متزايد ، وما إلى ذلك. تم إدخال تركيبات الموجات فوق الصوتية الأوتوماتيكية المضمنة في خطوط الإنتاج في الإنتاج ، والتي يمكن أن تزيد بشكل كبير من إنتاجية العمل.
المزيد عن الموجات فوق الصوتية
دعنا نتحدث أكثر عن الموجات فوق الصوتية. لقد قلنا بالفعل أن هذه موجات وتذبذبات مرنة. تردد الموجات فوق الصوتية أكثر من 15-20 كيلو هرتز. تحدد الخصائص الذاتية لسمعنا الحد الأدنى من الترددات فوق الصوتية ، والتييفصله عن تردد الصوت المسموع. وبالتالي ، فإن هذه الحدود مشروطة ، ويحدد كل واحد منا بشكل مختلف ما هي الموجات فوق الصوتية. يشار إلى الحد الأعلى من خلال الموجات المرنة ، طبيعتها الفيزيائية. تنتشر فقط في وسط مادي ، أي أن الطول الموجي يجب أن يكون أكبر بكثير من متوسط المسار الحر للجزيئات الموجودة في الغاز أو المسافات بين الذرية في المواد الصلبة والسوائل. عند الضغط العادي في الغازات ، يكون الحد الأعلى لترددات الموجات فوق الصوتية هو 109هرتز ، وفي المواد الصلبة والسوائل - 1012-1013هرتز.
مصادر الموجات فوق الصوتية
الموجات فوق الصوتية موجودة في الطبيعة كمكون للعديد من الضوضاء الطبيعية (الشلال ، والرياح ، والمطر ، والحصى التي تدحرجت بواسطة الأمواج ، وكذلك في الأصوات المصاحبة للعواصف الرعدية ، وما إلى ذلك) ، وكجزء لا يتجزأ من عالم الحيوان. تستخدمه بعض أنواع الحيوانات للتوجيه في الفضاء ، واكتشاف العقبات. ومن المعروف أيضًا أن الدلافين تستخدم الموجات فوق الصوتية في الطبيعة (ترددات بشكل أساسي من 80 إلى 100 كيلو هرتز). في هذه الحالة ، يمكن أن تكون قوة إشارات الموقع المنبعثة منها كبيرة جدًا. من المعروف أن الدلافين قادرة على اكتشاف مجموعات الأسماك على بعد كيلومتر واحد.
تنقسم بواعث (مصادر) الموجات فوق الصوتية إلى مجموعتين كبيرتين. الأول هو المولدات ، حيث تكون التذبذبات متحمسة بسبب وجود عقبات فيها مثبتة في مسار التدفق المستمر - نفاثة من السائل أو الغاز. المجموعة الثانية التي يمكن دمج مصادر الموجات فوق الصوتية فيها هيمحولات كهربائية صوتية تحول تقلبات معينة في التيار أو الجهد الكهربائي إلى اهتزاز ميكانيكي يصنعه جسم صلب يشع الموجات الصوتية في البيئة.
مستقبلات الموجات فوق الصوتية
في الترددات المتوسطة والمنخفضة ، غالبًا ما تكون أجهزة الاستقبال بالموجات فوق الصوتية من النوع الكهروضغطي من النوع الكهروضوئي. يمكنهم إعادة إنتاج شكل الإشارة الصوتية المستقبلة ، والتي يتم تمثيلها كاعتماد زمني لضغط الصوت. يمكن أن تكون الأجهزة ذات نطاق عريض أو طنين ، اعتمادًا على ظروف التطبيق المخصصة لها. تُستخدم المستقبلات الحرارية للحصول على خصائص المجال الصوتي بمتوسط زمني. وهي عبارة عن مقاومات حرارية أو مزدوجات حرارية مغلفة بمادة ممتصة للصوت. يمكن أيضًا تقدير ضغط الصوت وشدته بالطرق البصرية ، مثل انعراج الضوء بالموجات فوق الصوتية.
أين تستخدم الموجات فوق الصوتية؟
هناك العديد من مجالات تطبيقه ، أثناء استخدام ميزات مختلفة من الموجات فوق الصوتية. يمكن تقسيم هذه المناطق تقريبًا إلى ثلاث مناطق. يرتبط أولهم بالحصول على معلومات مختلفة عن طريق الموجات فوق الصوتية. الاتجاه الثاني هو تأثيره النشط على المادة. والثالث متصل بنقل الإشارات ومعالجتها. يتم استخدام الولايات المتحدة من نطاق تردد معين في كل حالة. سنغطي فقط عددًا قليلاً من المجالات العديدة التي وجدت طريقها إليها.
التنظيف بالموجات فوق الصوتية
لا يمكن مقارنة جودة هذا التنظيف بالطرق الأخرى. عند شطف الأجزاء ، على سبيل المثال ، يبقى ما يصل إلى 80٪ من الملوثات على سطحها ، وحوالي 55٪ - مع التنظيف بالاهتزاز ، وحوالي 20٪ - بالتنظيف اليدوي ، والتنظيف بالموجات فوق الصوتية ، لا يتبقى أكثر من 0.5٪ من الملوثات. لا يمكن تنظيف التفاصيل التي لها شكل معقد جيدًا إلا بمساعدة الموجات فوق الصوتية. من المزايا المهمة لاستخدامه الإنتاجية العالية ، فضلاً عن انخفاض تكاليف العمل البدني. علاوة على ذلك ، يمكنك استبدال المذيبات العضوية باهظة الثمن والقابلة للاشتعال بمحاليل مائية رخيصة وآمنة ، واستخدام الفريون السائل ، وما إلى ذلك.
مشكلة خطيرة هي تلوث الهواء بالسخام والدخان والغبار وأكاسيد المعادن ، إلخ. يمكنك استخدام طريقة الموجات فوق الصوتية لتنظيف الهواء والغاز في منافذ الغاز ، بغض النظر عن الرطوبة ودرجة الحرارة المحيطة. إذا تم وضع باعث بالموجات فوق الصوتية في غرفة ترسيب الغبار ، فستزيد كفاءته مئات المرات. ما هو جوهر هذا التطهير؟ تضرب جزيئات الغبار التي تتحرك بشكل عشوائي في الهواء بعضها البعض بشكل أقوى وفي كثير من الأحيان تحت تأثير الاهتزازات فوق الصوتية. في الوقت نفسه ، يزداد حجمها بسبب اندماجها. التخثر هو عملية تضخم الجسيمات. فلاتر خاصة تلتقط مجموعاتها المرجحة والمتضخمة.
تصنيع مواد هشة وصعبة للغاية
إذا دخلت بين قطعة العمل وسطح العمل للأداة باستخدام الموجات فوق الصوتية ، والمواد الكاشطة ، ثم الجزيئات الكاشطة أثناء التشغيلسيؤثر الباعث على سطح هذا الجزء. في هذه الحالة ، يتم تدمير المادة وإزالتها ، وتعريضها للمعالجة تحت تأثير مجموعة متنوعة من التأثيرات الدقيقة الموجهة. تتكون حركيات المعالجة من الحركة الرئيسية - القطع ، أي الاهتزازات الطولية التي تحدثها الأداة ، والحركة المساعدة - حركة التغذية التي تقوم بها الآلة.
يمكن للموجات فوق الصوتية القيام بوظائف مختلفة. بالنسبة للحبوب الكاشطة ، يكون مصدر الطاقة هو الاهتزازات الطولية. إنهم يدمرون المواد المعالجة. يمكن أن تكون حركة التغذية (المساعدة) دائرية وعرضية وطولية. المعالجة بالموجات فوق الصوتية أكثر دقة. اعتمادًا على حجم حبيبات المادة الكاشطة ، فإنها تتراوح من 50 إلى 1 ميكرون. باستخدام أدوات ذات أشكال مختلفة ، لا يمكنك عمل ثقوب فحسب ، بل يمكنك أيضًا إجراء عمليات قطع معقدة ، ومحاور منحنية ، ونقش ، وطحن ، وصنع مصفوفات ، وحتى حفر الماس. المواد المستخدمة كمادة كاشطة - اكسيد الالمونيوم ، الماس ، رمل الكوارتز ، الصوان.
الموجات فوق الصوتية في إلكترونيات الراديو
غالبًا ما تستخدم الموجات فوق الصوتية في التكنولوجيا في مجال الإلكترونيات الراديوية. في هذه المنطقة ، غالبًا ما يكون من الضروري تأخير إشارة كهربائية بالنسبة إلى إشارة أخرى. وجد العلماء حلاً جيدًا من خلال اقتراح استخدام خطوط التأخير بالموجات فوق الصوتية (LZ للاختصار). يعتمد عملهم على حقيقة أن النبضات الكهربائية تتحول إلى اهتزازات ميكانيكية بالموجات فوق الصوتية. كيف يحدث ذلك؟ الحقيقة هي أن سرعة الموجات فوق الصوتية أقل بكثير من تلك التي طورتها التذبذبات الكهرومغناطيسية. نبضالجهد بعد التحول العكسي إلى اهتزازات ميكانيكية كهربائية سوف يتأخر عند إخراج الخط بالنسبة لنبض الإدخال.
تُستخدم محولات الطاقة الكهرضغطية والمغناطيسية لتحويل الاهتزازات الكهربائية إلى ميكانيكية والعكس صحيح. LZ ، على التوالي ، مقسمة إلى كهرضغطية ومغناطيسية.
الموجات فوق الصوتية في الطب
تستخدم أنواع مختلفة من الموجات فوق الصوتية للتأثير على الكائنات الحية. في الممارسة الطبية ، أصبح استخدامه الآن شائعًا للغاية. يعتمد على التأثيرات التي تحدث في الأنسجة البيولوجية عندما تمر الموجات فوق الصوتية من خلالها. تسبب الموجات تقلبات في جزيئات الوسط ، مما يخلق نوعًا من التدليك المجهري للأنسجة. وامتصاص الموجات فوق الصوتية يؤدي إلى تسخينها الموضعي. في الوقت نفسه ، تحدث بعض التحولات الفيزيائية والكيميائية في الوسائط البيولوجية. لا تسبب هذه الظواهر ضررًا لا يمكن إصلاحه في حالة شدة الصوت المعتدلة. إنها تعمل فقط على تحسين التمثيل الغذائي ، وبالتالي تساهم في النشاط الحيوي للجسم المعرض لها. تستخدم مثل هذه الظواهر في العلاج بالموجات فوق الصوتية.
الموجات فوق الصوتية في الجراحة
التجويف والتسخين القوي عند الشدة العالية يؤدي إلى تدمير الأنسجة. يستخدم هذا التأثير اليوم في الجراحة. تستخدم الموجات فوق الصوتية المركزة في العمليات الجراحية ، مما يسمح بالتدمير الموضعي في أعمق الهياكل (على سبيل المثال ، الدماغ) ، دون الإضرار بالبنى المحيطة. تستخدم الموجات فوق الصوتية أيضًا في الجراحةالأدوات التي تبدو فيها نهاية العمل مثل ملف ، مشرط ، إبرة. الاهتزازات المفروضة عليهم تعطي صفات جديدة لهذه الآلات. يتم تقليل القوة المطلوبة بشكل كبير ، وبالتالي ، يتم تقليل صدمة العملية. بالإضافة إلى ذلك ، يتجلى تأثير مسكن ومرقئ. التأثير بأداة حادة باستخدام الموجات فوق الصوتية يستخدم لتدمير أنواع معينة من الأورام التي ظهرت في الجسم.
التأثير على الأنسجة البيولوجية لتدمير الكائنات الحية الدقيقة ويستخدم في عمليات تعقيم الأدوية والأدوات الطبية.
بحث في الأعضاء الداخلية
بشكل رئيسي نتحدث عن دراسة تجويف البطن. لهذا الغرض ، يتم استخدام جهاز خاص. يمكن استخدام الموجات فوق الصوتية للعثور على الأنسجة المختلفة والتشوهات التشريحية والتعرف عليها. غالبًا ما يكون التحدي على النحو التالي: يشتبه في وجود ورم خبيث ويجب تمييزه عن آفة حميدة أو معدية.
الموجات فوق الصوتية مفيدة في فحص الكبد وللمهام الأخرى والتي تشمل الكشف عن انسدادات وأمراض القنوات الصفراوية وكذلك فحص المرارة للكشف عن وجود حصوات وأمراض أخرى بها. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام اختبار تليف الكبد وغيره من أمراض الكبد الحميدة المنتشرة.
في مجال أمراض النساء ، وخاصة في تحليل المبايض والرحم ، فإن استخدام الموجات فوق الصوتية هو وقت طويلالاتجاه الرئيسي الذي يتم تنفيذه بنجاح خاص. في كثير من الأحيان ، هناك حاجة أيضًا إلى التمايز بين التكوينات الحميدة والخبيثة ، الأمر الذي يتطلب عادةً أفضل تباين ودقة مكانية. يمكن أن تكون الاستنتاجات المماثلة مفيدة في دراسة العديد من الأعضاء الداخلية الأخرى.
استخدام الموجات فوق الصوتية في طب الاسنان
وجدت الموجات فوق الصوتية طريقها أيضًا إلى طب الأسنان ، حيث يتم استخدامها لإزالة الجير. يسمح لك بإزالة البلاك والحجر بسرعة وبدون دم وبدون ألم. في الوقت نفسه ، لا يصاب الغشاء المخاطي للفم ، ويتم تطهير "جيوب" التجويف. بدلا من الألم يشعر المريض بالدفء
