Страница полузащищенная
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
О применении к медицине см. Медицинское УЗИ . Для использования в других целях, см Ультразвук (значения) .
Не следует путать со сверхзвуком .

Ультразвуковое изображение (сонограмма) плода в утробе матери на 12 неделе беременности (двумерное сканирование)
Ультразвуковое исследование
УЗИ плода

Ультразвук - это звуковые волны с частотами выше верхнего предела слышимости человеческого слуха . Ультразвук не отличается от «нормального» (слышимого) звука по своим физическим свойствам, 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 с частотами от 20 кГц до нескольких гигагерц.

Ультразвук используется во многих различных областях. Ультразвуковые устройства используются для обнаружения объектов и измерения расстояний. В медицине часто используется ультразвуковая визуализация или сонография . При 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. [1]

История

Свисток Гальтона, одно из первых устройств, производящих ультразвук

Акустика , наука о звуке , началась еще с Пифагора в 6 веке до нашей эры, который писал о математических свойствах струнных инструментов . Эхолокация у летучих мышей была открыта Лаззаро Спалланцани в 1794 году, когда он продемонстрировал, что летучие мыши охотятся и управляются с помощью неслышных звуков, а не зрения. Фрэнсис Гальтон в 1893 году изобрел регулируемый свисток Гальтона.Это произвело ультразвук, который он использовал для измерения диапазона слышимости людей и других животных, продемонстрировав, что многие животные могут слышать звуки, превышающие диапазон слышимости человека. Первое технологическое применение ультразвука была сделана попытка обнаружить подводные лодки от Поля Ланжевена в 1917 году пьезоэлектрический эффект , обнаруженный Жак и Пьер Кюри в 1880 г., была полезна в измерительных преобразователей генерировать и обнаруживать ультразвуковые волны в воздухе и воде. [2]

Определение

Примерные диапазоны частот, соответствующие ультразвуку, с приблизительным указанием некоторых приложений

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

Медицинский ультразвук результат на листе бумаги

Люди

Верхний предел частоты у людей (примерно 20 кГц) обусловлен ограничениями среднего уха . Слуховые ощущения могут возникать, если ультразвук высокой интенсивности подается непосредственно в череп человека и достигает улитки через костную проводимость , не проходя через среднее ухо. [3]

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. [4] Американская компания сотовой связи использовала это для создания сигналов вызова, которые предположительно слышны только более молодым людям, [5] но многие пожилые люди могут слышать сигналы, что может быть связано со значительными различиями в возрастном ухудшении верхний порог слышимости. Mosquito - это электронное устройство, которое использует высокие частоты, чтобы сдерживать бродяжничество молодых людей.

Животные

Летучие мыши используют ультразвук для навигации в темноте.
Собаки свисток , свисток , который излучает звук в ультразвуковом диапазоне, используются для обучения собак и других животных

Летучие мыши используют различные методы ультразвуковой локации ( эхолокации ) для обнаружения своей добычи. Они могут обнаруживать частоты выше 100 кГц, возможно, до 200 кГц. [6]

Многие насекомые обладают хорошим ультразвуковым слухом, и большинство из них ведут ночной образ жизни, прислушиваясь к эхолокационным летучим мышам . К ним относятся многие группы бабочек , жуков , богомолов и златоглазок . Услышав звук летучей мыши, некоторые насекомые будут уклоняться, чтобы не попасться. [7] Ультразвуковые частоты вызывают у совочной бабочки рефлекторное действие, которое заставляет ее слегка опускаться в полете, чтобы избежать атаки. [8] Тигровая моль также издает щелчки, которые могут нарушить эхолокацию летучих мышей, [9] [10] а в других случаях может рекламировать тот факт, что они ядовиты , издавая звук. [11] [12]

Диапазон слышимости собак и кошек расширяется до ультразвука; верхний предел диапазона слышимости собаки составляет около 45 кГц, а у кошки - 64 кГц. [13] [14] Дикие предки кошек и собак развили этот более высокий диапазон слуха, чтобы слышать высокочастотные звуки, издаваемые их любимой добычей, маленькими грызунами. [13] свисток собака является свисток , который излучает ультразвук, используемый для обучения и вызова собак. Частота большинства собачьих свистков находится в диапазоне от 23 до 54 кГц. [15]

Зубчатые киты , в том числе дельфины , могут слышать ультразвук и использовать эти звуки в своей навигационной системе ( биозонаре ) для ориентации и захвата добычи. [16] У морских свиней самый высокий известный верхний предел слышимости - около 160 кГц. [17] Некоторые виды рыб могут обнаруживать ультразвук. В порядке сельдеобразных , члены подсемейства Alosinae ( сельдей ) было показано , чтобы быть в состоянии обнаружить звуки до 180 кГц, в то время как другие подсемейства (например , сельдь ) можно услышать только до 4 кГц. [18]

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. [19] [20] [21]

Обнаружение и дальность

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 приложением 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 приложением ультразвука является автоматическое устройство открывания дверей, 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 опирается на принципе ультразвука. В гидромеханике поток жидкости можно измерить с помощью ультразвукового расходомера .

Неразрушающий контроль

См. Также: Макросоническое и ультразвуковое тестирование.
Принцип дефектоскопии с помощью ультразвука. Пустота в твердом материале отражает некоторую энергию обратно в датчик, который обнаруживается и отображается.

Ультразвуковой контроль - это вид неразрушающего контроля, обычно используемый для обнаружения дефектов в материалах и измерения толщины объектов. 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 исследования менее плотных материалов, таких как дерево , бетон и цемент .

Ультразвуковой контроль сварных соединений был альтернативой радиографии 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 крупный размер зерна, что создает высокий уровень фонового шума при измерениях. [22]

Неразрушающие качели показывая вал сплайна растрескиванию

Ультразвуковое измерение толщины - это один из методов контроля качества сварных швов.

Ультразвуковой дальномер

Принцип активного сонара
Основная статья: Сонар

Ультразвук обычно используется для определения дальности под водой ; это использование также называется сонаром . Ультразвуковой импульс генерируется в определенном направлении. Если на пути этого импульса есть объект, часть или весь импульс будет отражен обратно в передатчик в виде эха 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 не слышимой частоте на больших расстояниях (от 1 до нескольких километров), ультразвуковое определение дальности используется, когда расстояния короче и точность измерения расстояний желательна. Ультразвуковые измерения могут быть ограничены барьерными слоями с большими перепадами солености, температуры или вихря. Диапазон в воде варьируется от сотен до тысяч метров, но может выполняться с точностью от сантиметров до метров.

Ультразвуковая идентификация (USID)

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

Изображения

Основная статья: Медицинское УЗИ
Сонограмма плода в 14 недель (профиль)
Голова плода в возрасте 29 недель на « 3D УЗИ »

Возможность ультразвуковой визуализации объектов с разрешением звуковой волны 3 ГГц, сравнимой с оптическим изображением, была признана Соколовым в 1939 году, но методы того времени давали относительно низкоконтрастные изображения с низкой чувствительностью. [23] Ультразвуковая визуализация использует частоты 2 мегагерца и выше; более короткая длина волны позволяет разрешить 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. [24] В акустической микроскопии используются высокие и сверхвысокие ультразвуковые волны., с частотами до 4 гигагерц. Приложения ультразвуковой визуализации включают промышленный неразрушающий контроль, контроль качества и медицинские применения. [23]

Акустическая микроскопия

Акустическая микроскопия - это метод использования звуковых волн для визуализации структур, которые слишком малы, 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.

Человеческая медицина

См. Также: Медицинское УЗИ

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 помощью томографических изображений в реальном времени. Ультразвук используется радиологами и сонографами для визуализации человеческого тела уже не менее 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. [25] Сонография не использует ионизирующее излучение , а уровни мощности, используемые для визуализации, слишком низкие, чтобы вызвать неблагоприятное воздействие тепла или давления на ткани. [26] [27] Хотя долгосрочные эффекты воздействия ультразвука при диагностической интенсивности все еще неизвестны, [28] в настоящее время большинство врачей считают, что польза для пациентов перевешивает риски. [29]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 нужны, активно отговариваются. [30]

Ультразвук также все чаще используется при травмах и при оказании первой помощи, причем экстренное ультразвуковое исследование становится основным продуктом большинства бригад экстренной помощи . Кроме того, ультразвук используется в случаях удаленной диагностики, когда требуется телеконсультация , например, в научных экспериментах в космосе или диагностике мобильных спортивных команд. [31]

Согласно RadiologyInfo [32], ультразвук полезен для выявления патологий тазовых органов и может включать методы, известные как абдоминальное (трансабдоминальное), вагинальное (трансвагинальное или эндовагинальное) ультразвуковое исследование у женщин, а также ректальное (трансректальное) ультразвуковое исследование у мужчин.

Ветеринария

См. Также: Доклиническая визуализация

Диагностический ультразвук используется наружно у лошадей для оценки повреждений мягких тканей и сухожилий, а внутри, в частности, для репродуктивной работы - оценки репродуктивного тракта кобылы и выявления беременности. [33] 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.). [34]

К 2005 году в мясном скотоводстве начали использовать ультразвуковые технологии для улучшения здоровья животных и продуктивности животноводческих хозяйств. [35] Ультразвук используется для оценки толщины жира, области ребер глаз и внутримышечного жира у живых животных. [36] Он также используется для оценки здоровья и характеристик еще не родившихся телят.

Ультразвуковая технология дает животноводам возможность получить информацию, 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. [36] Тем не менее, эта технология оказалась полезной при управлении и ведении животноводческой деятельности. [35]

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. [24]

Физиотерапия

Основная статья: терапевтический ультразвук

Ультразвук используется с 1940-х годов физиотерапевтами и терапевтами для лечения соединительной ткани : связок , сухожилий и фасций (а также рубцовой ткани ). [37] Условие , для которых ультразвук может быть использован для лечения включает примеры: связок вывихи , мышечные деформации , тендинит , воспаление суставов, подошвенный фасциит , Metatarsalgia , фасет раздражение, соударения синдрома , бурсит , ревматоидный артрит , остеоартрит, и адгезия рубцовой ткани.

Биомедицинские приложения

Ультразвук также имеет терапевтическое применение, которое может быть очень полезным при соблюдении дозировки. [38] Ультразвук относительно высокой мощности 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. [39] Это метод металлургической обработки, при котором ультразвуковая энергия применяется к металлическому объекту. Ультразвуковая обработка может привести к контролируемому остаточному напряжению сжатия, измельчению зерна и уменьшению размера зерна. Низкая и многоцикловая усталость увеличиваются, и было документально подтверждено, что она увеличивает до десяти раз больше, чем у образцов без UIT. Кроме того, UIT доказал свою эффективность в борьбе с коррозионным растрескиванием под напряжением , коррозионной усталостью и другими подобными проблемами.

Когда инструмент UIT, состоящий из ультразвукового преобразователя, штифтов и других компонентов, входит в контакт с заготовкой, он акустически соединяется с заготовкой, создавая гармонический резонанс. [40] 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 [41] с амплитудой смещения резонирующего тела от 22 до 50 мкм (от 0,00087 до 0,0020 дюйма).

В устройствах UIT используются магнитострикционные преобразователи.

Обработка

Основная статья: Обработка ультразвуком

Ультразвуковая обработка предлагает большой потенциал в обработке жидкостей и суспензий за счет улучшения перемешивания и химических реакций в различных областях применения и отраслях. Ультразвук генерирует в жидкостях чередующиеся волны низкого и высокого давления, что приводит к образованию и сильному схлопыванию маленьких пузырьков вакуума . Это явление называется кавитацией.и вызывает высокие скорости сталкивающихся 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 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 (см. Сонохимия) эффект приводит к значительному сокращению времени реакции, как при переэтерификации масла в биодизельное топливо . [ необходима цитата ]

Схема настольных и промышленных ультразвуковых жидкостных процессоров

Значительная интенсивность ультразвука и высокие амплитуды ультразвуковых колебаний требуются для многих технологических процессов, таких как нанокристаллизация, наноэмульсификация, [42] деагломерация, экстракция, разрушение клеток и многие другие. Обычно процесс сначала тестируется в лабораторном масштабе, чтобы доказать осуществимость и установить некоторые требуемые параметры ультразвукового воздействия. После завершения этого этапа процесс переводится в пилотный (стендовый) масштаб для оптимизации предпроизводственного потока, а затем в промышленный масштаб для непрерывного производства. Во время этих шагов по увеличению масштаба важно убедиться, что все местные условия воздействия (амплитуда ультразвука, кавитацияинтенсивность, время пребывания в активной зоне кавитации и т. д.) остаются прежними. Если это условие выполняется, качество конечного продукта остается на оптимизированном уровне, а производительность увеличивается за счет предсказуемого «коэффициента масштабирования». Повышение производительности является результатом того факта, что лабораторные, настольные и промышленные ультразвуковые процессорные системы включают в себя все более крупные ультразвуковые рупоры , способные создавать постепенно увеличивающиеся зоны высокой интенсивности кавитации и, следовательно, обрабатывать больше материала за единицу времени. Это называется «прямая масштабируемость». Важно отметить, что увеличение мощности одного только ультразвукового процессора неприводит к прямому масштабированию, поскольку это 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. [43] [44] [45]

Ультразвуковая обработка и определение характеристик частиц

Исследователь из Института исследования промышленных материалов Алессандро Малутта разработал эксперимент, который продемонстрировал улавливающее действие стоячих ультразвуковых волн на разбавленные водой волокна древесной массы и их параллельную ориентацию в плоскостях равноудаленного давления. [46] Время ориентирования волокон в эквидистантных плоскостях измеряется с помощью лазера и электрооптического датчика. Это может предоставить бумажной промышленности оперативную систему измерения размера волокна. Несколько иную реализацию продемонстрировали в Государственном университете Пенсильвании 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 быть использован для приложений в материаловедении, биологии, физике, химии и нанотехнологиях.

Ультразвуковая чистка

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 для дайвинга и промышленных деталей. Ультразвуковой очиститель работает в основном за счет энергии, высвобождаемой в результате разрушения миллионов микроскопических кавитаций возле 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 разрушены. Ультразвук высокой мощности создает 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 производству сухой кукурузы. [47] [48]

Ультразвуковой увлажнитель воздуха

Ультразвуковой увлажнитель воздуха, один из типов небулайзеров (устройство, создающее очень мелкую струю), является популярным типом увлажнителей. 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 [49] 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

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

Сонохимия

Основная статья: Сонохимия

Мощный ультразвук в диапазоне 20–100 кГц применяется в химии . Ультразвук не взаимодействует напрямую с молекулами, чтобы вызвать химические изменения, поскольку его типичная длина волны (в миллиметровом диапазоне) слишком велика по сравнению с молекулами. Вместо этого энергия вызывает кавитацию, которая порождает экстремальные значения температуры и давления в жидкости, в которой происходит реакция. Ультразвук также разрушает твердые частицы и удаляет пассивирующие слои инертного материала, чтобы обеспечить большую площадь поверхности для протекания реакции. Оба эти эффекта ускоряют реакцию. В 2008 году Атул Кумарсообщили о синтезе эфиров Ганча и производных полигидрохинолина посредством протокола многокомпонентной реакции в водных мицеллах с использованием ультразвука. [50]

При экстракции используется ультразвук с разными частотами.

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 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 коммуникации. Одно из предлагаемых применений технологии - подводная связь, где радиоволны обычно плохо передаются. [51]

Ультразвуковые сигналы использовались в «звуковых маяках» для отслеживания пользователей Интернета между устройствами . [52]

Другое использование

Ультразвук, применяемый 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 ядерного слияния, предположительно происходящая во время сонолюминесценции).

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

Аудио может распространяться с помощью модулированного ультразвука .

Ранее популярным потребительским применением ультразвука было дистанционное управление телевизором 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. Принципиальные преимущества заключались в том, что в переносном блоке управления не требовалась батарея, и, в отличие от радиоволн, ультразвук вряд ли повлиял на соседние устройства. Ультразвук использовался до тех пор, пока его не вытеснили инфракрасные системы, начиная с конца 1980-х годов. [53]

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 более 180 дБ может привести к смерти. [54] 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) в 70 дБ (при 20 кГц) и 100 дБ (при 25 кГц и выше). [55]

Смотрите также

  • Акустический выброс капель
  • Акустическая эмиссия
  • Детектор летучих мышей
  • Память линии задержки
  • Инфразвук - звук крайне низких частот
  • Isochoic
  • Лазерный ультразвук
  • Ультразвук с фазированной решеткой
  • Пикосекундный ультразвук
  • Сономикрометрия
  • Звук от ультразвука (также известный как гиперзвуковой звук)
  • Поверхностная акустическая волна
  • Ультразвуковой мотор
  • Затухание ультразвука
  • Спектроскопия затухания ультразвука

Рекомендации

  1. ^ Novelline R (1997). Основы радиологии Сквайра (5-е изд.). Издательство Гарвардского университета. С.  34–35 . ISBN 978-0-674-83339-5.
  2. ^ Pollet B (2012). "Глава 1". Мощность ультразвука в электрохимии: от универсального лабораторного инструмента до инженерного решения . Джон Вили и сыновья. ISBN 978-1-119-96786-6.
  3. ↑ Corso JF (1963). «Пороги костной проводимости для звуковых и ультразвуковых частот». Журнал Акустического общества Америки . 35 (11): 1738–1743. Bibcode : 1963ASAJ ... 35.1738C . DOI : 10.1121 / 1.1918804 .
  4. Перейти ↑ Takeda S, Morioka I, Miyashita K, Okumura A, Yoshida Y, Matsumoto K (1992). «Возрастная изменчивость верхней границы слуха». Европейский журнал прикладной физиологии и физиологии труда . 65 (5): 403–8. DOI : 10.1007 / BF00243505 . PMID 1425644 . S2CID 33698151 .  
  5. ^ Vitello P (12 июня 2006). «Рингтон, предназначенный для глухих» . Нью-Йорк Таймс .
  6. ^ Поппер А., Фэй Р. Р., ред. (1995). Слух летучими мышами . Справочник Springer по слуховым исследованиям. 5 . Springer. ISBN 978-1-4612-2556-0.
  7. ^ Surlykke А, Миллер Л. (2001). «Как некоторые насекомые обнаруживают и избегают поедания летучих мышей: Тактика и противодействие добыче и хищнику» . Бионаука . 51 (7): 570. DOI : 10,1641 / 0006-3568 (2001) 051 [0570: HSIDAA] 2.0.CO; 2 . Архивировано 03 марта 2015 года . Проверено 6 августа 2016 .
  8. Перейти ↑ Jones G, Waters DA (август 2000). «Слух бабочки в ответ на эхолокационные крики летучих мышей управляется независимо во времени и частоте» . Ход работы. Биологические науки . 267 (1453): 1627–32. DOI : 10.1098 / rspb.2000.1188 . PMC 1690724 . PMID 11467425 .  
  9. Перейти ↑ Kaplan M (17 июля 2009 г.). "Мотылек Джем Летучая Мышь, Сбрось Хищников с курса" . National Geographic News. Архивировано 22 августа 2009 года . Проверено 26 августа 2009 .
  10. ^ "Некоторые мотыльки сбегают от летучих мышей с помощью глушителя сонара" . Разговор о нации . Национальное общественное радио. Архивировано из оригинала на 2017-08-10.
  11. ^ Surlykke А, Миллер Л. (1985). «Влияние щелчков мотылька на эхолокацию летучих мышей; глушение или предупреждение?» (PDF) . Журнал сравнительной физиологии А . 156 (6): 831–843. DOI : 10.1007 / BF00610835 . S2CID 25308785 . Архивировано из оригинального (PDF) 25 апреля 2012 года.  
  12. ^ Tougaard J, Миллер Л., Симмонс JA (2003). «Роль моли арктид в защите от эхолокационных летучих мышей: вмешательство во временную обработку». В Thomas J, Moss CF, Vater M (ред.). Успехи в изучении эхолокации летучих мышей и дельфинов . Чикаго: Издательство Чикагского университета. С. 365–372.
  13. ^ а б Кранц L (2009). Сила собаки: что ваша собака может делать, чего вы не можете . Макмиллан. С. 35–37. ISBN 978-0312567224.
  14. ^ Штамм GM (2010). "Насколько хорошо слышат собаки и другие животные?" . Сайт профессора Стрейна . Школа ветеринарной медицины Университета штата Луизиана. Архивировано из оригинала на 8 августа 2011 года . Проверено 21 июля 2012 года .
  15. ^ Coile DC, Бонэм MH (2008). «Почему собаки любят мячи?: Выявлено более 200 собачьих причуд, диковинок и загадок» . Sterling Publishing Company, Inc : 116. ISBN 978-1-4027-5039-7.
  16. ^ Уитлоу WL (1993). Гидролокатор дельфинов . Springer. ISBN 978-0-387-97835-2. Проверено 13 ноября 2011 года .
  17. ^ Kastelein RA, Bunskoek P, Hagedoorn M, Au WW, де Хаан D (июль 2002). «Аудиограмма морской свиньи (Phocoena phocoena), измеренная с помощью узкополосных частотно-модулированных сигналов». Журнал акустического общества Америки . 112 (1): 334–44. Bibcode : 2002ASAJ..112..334K . DOI : 10.1121 / 1.1480835 . PMID 12141360 . 
  18. Перейти ↑ Mann DA, Higgs DM, Tavolga WN, Souza MJ, Popper AN (июнь 2001 г.). «Ультразвуковое обнаружение клубковидных рыб» . Журнал акустического общества Америки . 109 (6): 3048–54. Bibcode : 2001ASAJ..109.3048M . DOI : 10.1121 / 1.1368406 . PMID 11425147 . 
  19. ^ Хуэй YH (2003). Санитарная обработка пищевых растений . CRC Press. п. 289. ISBN. 978-0-8247-0793-4.
  20. ^ 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. стр. 92.
  21. Перейти ↑ Jackson WB, McCartney WC, Ashton AD (1989). «Протокол полевых испытаний ультразвуковых устройств для борьбы с грызунами». В Fagerstone KA, Curnow RD (ред.). Материалы по борьбе с позвоночными вредителями и борьбе с ними . 6 . ASTM International. п. 8. ISBN 978-0-8031-1281-0.
  22. ^ Бушоу KH и др., Ред. (2001). Энциклопедия материалов . Эльзевир. п. 5990. ISBN 978-0-08-043152-9.
  23. ^ a b Пападакис Е.П., изд. (1999). Ультразвуковые инструменты и устройства . Академическая пресса. п. 752. ISBN. 978-0-12-531951-5.
  24. ^ a b Беттс Г.Д., Уильямс А., Окли Р.М. (2000). «Инактивация пищевых микроорганизмов с помощью мощного ультразвука». В Робинсон РК, Батт, Калифорния, Пател П.Д. (ред.). Энциклопедия пищевой микробиологии . Академическая пресса. п. 2202. ISBN 978-0-12-227070-3.
  25. ^ Hangiandreou NJ (2003). «Учебник по физике AAPM / RSNA для местных жителей. Темы в США: B-режим США: основные концепции и новые технологии». Рентгенография . 23 (4): 1019–33. DOI : 10,1148 / rg.234035034 . PMID 12853678 . 
  26. ^ Центр устройств и радиологического здоровья. «Медицинская визуализация - ультразвуковая визуализация» . www.fda.gov . Проверено 18 апреля 2019 .
  27. ↑ Ter Haar G (август 2011 г.). «Ультразвуковая визуализация: соображения безопасности» . Интерфейсный фокус . 1 (4): 686–97. DOI : 10,1098 / rsfs.2011.0029 . PMC 3262273 . PMID 22866238 .  
  28. ^ "Радиологическое здоровье FDA - УЗИ" . Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США. 2011-09-06. Архивировано из оригинала на 2015-07-03 . Проверено 13 ноября 2011 .
  29. ^ «Информация для пациентов - Ультразвуковая безопасность» . Американский институт ультразвука в медицине. Архивировано из оригинала на 2007-02-21.
  30. ^ "Американский институт ультразвука в практических рекомендациях по медицине" . Американский институт ультразвука в медицине. Архивировано из оригинала на 2015-07-01 . Проверено 1 июля 2015 .
  31. ^ «DistanceDoc и MedRecorder: новый подход к решениям для удаленной ультразвуковой визуализации» . Epiphan Systems. Архивировано из оригинала на 2011-02-14.
  32. ^ "Ультразвуковая визуализация таза" . radiologyinfo.org . Архивировано 25 июня 2008 года . Проверено 21 июня 2008 .
  33. ^ Pycock JF. «Ультразвуковые характеристики матки у кобылы-велосипедиста и их корреляция со стероидными гормонами и временем овуляции» . Архивировано из оригинала на 31 января 2009 года.
  34. Перейти ↑ McKinnon AO, Voss JL (1993). Размножение лошадей . Леа и Фебигер. ISBN 978-0-8121-1427-0.
  35. ^ а б Беннетт Д. (19 мая 2005 г.). "Стадо ангусов аббатства Субиако" . Дельта Фарм Пресс . Архивировано из оригинала 4 апреля 2007 года . Проверено 27 февраля 2010 года .
  36. ^ a b Вагнер В. "Расширение усилий в области разведения и селекции мясного скота" . Информационная служба Университета Западной Вирджинии . Архивировано из оригинального 14 декабря 2008 года . Проверено 27 февраля 2010 года .
  37. Перейти ↑ Watson T (2006). «Лечебный ультразвук» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 12 апреля 2007 года. для версии pdf с указанием автора и даты)
  38. ^ Rapacholi MH, изд. (1982). Основы медицинского ультразвука: практическое введение в принципы, методы и биомедицинские применения . Humana Press.
  39. ^ Статников Э. "Физика и механизм обработки ультразвуковым воздействием" . Международный институт сварки.
  40. ^ "Видео решений UIT" . applicationultrasonics.com . Архивировано 10 мая 2012 года . Проверено 28 сентября 2012 года .
  41. ^ «Инструменты торговли» . applicationultrasonics.com . Архивировано 31 мая 2008 года . Проверено 28 сентября 2012 года .
  42. ↑ Пешковский А.С., Пешковский С.Л., Быстряк С (июль 2013 г.). «Масштабируемая мощная ультразвуковая технология для производства полупрозрачных наноэмульсий». Химическая инженерия и переработка: интенсификация процессов . 69 : 77–82. DOI : 10.1016 / j.cep.2013.02.010 .
  43. ↑ Пешковский С.Л., Пешковский А.С. (март 2007 г.). «Согласование датчика с водой при кавитации: принципы проектирования акустического рупора» . Ультразвуковая сонохимия . 14 (3): 314–22. DOI : 10.1016 / j.ultsonch.2006.07.003 . PMID 16905351 . 
  44. ↑ Пешковский А.С., Пешковский С.Л. (2010). «Промышленная обработка жидкостей с помощью акустической кавитации высокой интенсивности - лежащая в основе теория и принципы проектирования ультразвукового оборудования». В Новак FM (ред.). Сонохимия: теория, реакции и синтез, приложения . Hauppauge, Нью-Йорк: Издательство Nova Science.
  45. ↑ Пешковский А.С., Пешковский С.Л. (2010). Теория акустической кавитации и принципы проектирования оборудования для промышленного применения ультразвука высокой интенсивности . Физические исследования и технологии. Hauppauge, Нью-Йорк: Издательство Nova Science.
  46. ^ Дион JL, Malutta A, Cielo P (ноябрь 1982). «Ультразвуковой контроль волокнистых суспензий». Журнал Акустического общества Америки . 72 (5): 1524–1526. Bibcode : 1982ASAJ ... 72.1524D . DOI : 10.1121 / 1.388688 .
  47. ^ Akin B, Khanal SK, Sung S, Grewell D (2006). «Предварительная ультразвуковая обработка отработанного активного ила». Водные науки и технологии: водоснабжение . 6 (6): 35. DOI : 10,2166 / ws.2006.962 .
  48. ^ Neis U, никель K, Tiehm A (ноябрь 2000). «Улучшение анаэробного сбраживания ила ультразвуковым измельчением». Водные науки и технологии . 42 (9): 73. DOI : 10,2166 / wst.2000.0174 .
  49. ^ Oie S, Масумото Н, Hironaga К, Коширо А, Камия А (1992). «Микробное загрязнение окружающего воздуха от ультразвукового увлажнителя воздуха и меры профилактики». Microbios . 72 (292–293): 161–6. PMID 1488018 . 
  50. ^ Атула K, Ram AM (2008). «Эффективный синтез эфиров Ганча и производных полигидрохинолина в водных мицеллах» . Synlett . 2008 (6): 883–885. DOI : 10,1055 / с-2008-1042908 .
  51. ^ "Акустическая болтовня" . Экономист . Economist.com. 2015-07-11. Архивировано 24 июля 2015 года . Проверено 23 июля 2015 .
  52. ↑ Арп, Дэниел. «Угрозы конфиденциальности через ультразвуковые побочные каналы на мобильных устройствах» . Европейский симпозиум IEEE по безопасности и конфиденциальности : 1–13 - через IEEE Xplore.
  53. ^ Батлер JG (2006). Телевидение: критические методы и приложения . Рутледж. п. 276. ISBN. 978-0-8058-5415-2.
  54. ^ Часть II, промышленная; коммерческие приложения (1991). Руководство по безопасному использованию ультразвука, часть II - Промышленное и коммерческое применение - Кодекс безопасности 24 . Министерство здравоохранения Канады. ISBN 978-0-660-13741-4. Архивировано из оригинала на 2013-01-10.
  55. ^ AGNIR (2010). Влияние на здоровье воздействия ультразвука и инфразвука . Агентство по охране здоровья, Великобритания. С. 167–170. Архивировано 8 ноября 2011 года . Проверено 16 ноября 2011 .

дальнейшее чтение

Библиотечные ресурсы по
УЗИ
  • Ресурсы в вашей библиотеке
  • Кунду Т. (2004). Ультразвуковой неразрушающий контроль: технические и биологические характеристики материалов . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 978-0-8493-1462-9.
  • Гржесик Дж, Плута Э (1983). «Высокочастотный риск слуха операторов промышленных ультразвуковых аппаратов». Международный архив гигиены труда и окружающей среды . 53 (1): 77–88. DOI : 10.1007 / BF00406179 . PMID  6654504 . S2CID  37176293 .

внешняя ссылка

  • Рекомендации по безопасному использованию ультразвука : ценная информация о граничных условиях, ведущих к злоупотреблению ультразвуком
  • Проблемы безопасности при ультразвуковом исследовании плода
  • Повреждение красных кровяных телец, вызванное акустической кавитацией (ультразвук)