Darba teksts tiek ievietots bez attēliem un formulām.
Pilna versija darbi ir pieejami PDF cilnē "Darba faili"

Divdesmit pirmais gadsimts ir atoma gadsimts, kosmosa iekarošana, radioelektronika un ultraskaņa. Ultraskaņas zinātne ir salīdzinoši jauna. Pirmkārt laboratorijas darbi ultraskaņas pētījumus veica krievu zinātnieks - P.N. Ļebedevs XIX gadsimta beigās, pēc tam J.-D. Kolladons, Dž. Un P. Kerijs, F. Galtons.

Mūsdienu pasaulē ultraskaņai ir arvien lielāka nozīme zinātniskajā izpētē. Veiksmīgi ir veikti teorētiskie un eksperimentālie pētījumi ultraskaņas kavitācijas un akustisko plūsmu jomā, kas ļāva attīstīt jaunus tehnoloģiskos procesus, kas rodas, saskaroties ar ultraskaņu šķidrā fāzē. Pašlaik tiek veidots jauns ķīmijas virziens - ultraskaņas ķīmija, kas ļauj paātrināt daudzus ķīmiski tehnoloģiskos procesus. Zinātniskie pētījumi sekmēja jaunas akustikas nozares - molekulārās akustikas - parādīšanos, kas pēta skaņas viļņu molekulāro mijiedarbību ar matēriju. Ir radušās jaunas ultraskaņas pielietošanas jomas. Vienlaicīgi ar teorētiskiem un eksperimentāliem pētījumiem ultraskaņas jomā ir paveikts daudz praktisku darbu.

Apmeklējot slimnīcu, es redzēju ierīces, kuru pamatā ir ultraskaņa. Šādas ierīces ļauj noteikt dažādas vielas viendabīgumu vai neviendabīgumu cilvēka audos, smadzeņu audzējos un citos veidojumos, smadzeņu patoloģiskos stāvokļus un ļauj kontrolēt sirds ritmu. Man bija jautājums, kā šīs ierīces darbojas ar ultraskaņas palīdzību, un vispār - kas ir ultraskaņa. Skolas fizikas kurss neko nesaka par ultraskaņu un tās īpašībām, un es nolēmu pats izpētīt ultraskaņas parādības.

Objektīvs: pētīt ultraskaņu, eksperimentāli izpētīt tās īpašības, izpētīt ultraskaņas izmantošanas iespējas tehnoloģijā.

Uzdevumi:

teorētiski apsvērt ultraskaņas veidošanās cēloņus;

iegūt ultraskaņas strūklaku;

izpētīt ultraskaņas viļņu īpašības ūdenī;

izpētīt strūklakas augstuma atkarību no izšķīdušās vielas koncentrācijas dažādiem šķīdumiem (viskozs un bezskābs);

izpētīt mūsdienu ultraskaņas pielietojumus tehnoloģijās.

Hipotēze:ultraskaņas viļņiem ir tādas pašas īpašības kā skaņas viļņiem (atstarošanās, refrakcija, traucējumi), taču, ņemot vērā lielāku iespiešanās spēju matērijā, ultraskaņai ir vairāk pielietojumu tehnoloģijās; palielinoties šķīduma koncentrācijai (šķidruma blīvumam), samazinās ultraskaņas strūklakas augstums.

Pētījuma metodes:

Teorētiskās informācijas analīze un atlase; hipotēžu izpēte; eksperimentēt; hipotēzes pārbaude.

II. - Teorētiskā daļa.

1. Ultraskaņas vēsture.

Uzmanību akustikai izraisīja vadošo lielvalstu - Anglijas un Francijas - flotes vajadzības, jo Akustiskais ir vienīgais signāls, kas var izplatīties tālu ūdenī. 1826. gadā franču zinātnieki J.-D. Kolladons un S.-F. Uzbrukums noteica skaņas ātrumu ūdenī. Viņu eksperiments tiek uzskatīts par mūsdienu sonāra dzimšanu. Trieciens zemūdens zvanam Ženēvas ezerā notika vienlaikus ar šaujampulvera sadedzināšanu. 10 jūdžu attālumā zinātnieki novēroja šaujampulvera uzliesmojumu. Arī zvana signāls tika dzirdams, izmantojot zemūdens dzirdes cauruli. Izmērot laika intervālu starp šiem diviem notikumiem, tika aprēķināts skaņas ātrums - 1435 m / s. Atšķirība no mūsdienu aprēķiniem ir tikai 3 m / s.

1838. gadā ASV skaņu pirmo reizi izmantoja, lai noteiktu jūras dibena profilu telegrāfa kabeļa uzlikšanai. Skaņas avots, tāpat kā Kolladona eksperimentā, bija zvans, kas atskanēja zem ūdens, un uztvērējs bija liels dzirdes caurulesnolaižoties virs kuģa. Eksperimenta rezultāti lika vilties. Zvana zvans (kā arī pulvera patronu eksplozija ūdenī) radīja pārāk vāju atbalsi, gandrīz nedzirdamu starp citām jūras skaņām. Bija nepieciešams iedziļināties augstāku frekvenču reģionā, kas ļāva radīt virziena skaņas starus, tas ir, pārslēgties uz ultraskaņu.

Pirmo ultraskaņas ģeneratoru 1883. gadā izgatavoja anglis Fransiss Galtons. Ultraskaņa tika izveidota kā svilpe uz naža malas, ja uz tās pūš. Šāda punkta lomu Galtona svilpienā spēlēja cilindrs ar asām malām. Gaiss vai citas gāzes, kas izplūst zem spiediena caur gredzenveida sprauslu, kuras diametrs ir tāds pats kā cilindra malai, aizskrēja uz malu, un notika augstas frekvences svārstības. Pūšot svilpi ar ūdeņradi, bija iespējams iegūt svārstības līdz 170 kHz.

1880. gadā Pjērs un Žaks Kirī veica izšķirošu atklājumu ultraskaņas tehnoloģijai. Brieži Kērija pamanīja, ka, kad kvarca kristāliem tiek izdarīts spiediens, rodas elektriskais lādiņš, kas ir tieši proporcionāls kristālam pieliktajam spēkam. Šo fenomenu sauca par "pjezoelektrību" no grieķu vārda "noklikšķiniet". Turklāt viņi demonstrēja apgriezto pjezoelektrisko efektu, kas izpaudās, kad kristālam tika piemērots strauji mainīgs elektriskais potenciāls, izraisot tā vibrāciju. Šī vibrācija notika ar ultraskaņas frekvenci. Kopš šī brīža bija tehniska iespēja ražot maza izmēra izstarotājus un ultraskaņas uztvērējus.

Elektrostrikcijas parādība (apgrieztais pjezoelektriskais efekts) ir saistīta ar ūdens molekulu daļas orientāciju un stingru iesaiņošanu ap aminoskābju jonu grupām, un to papildina bipolāru jonu šķīdumu siltumietilpības un saspiežamības samazināšanās. Elektrostrikcijas fenomens tiek noslēgts, deformējot doto ķermeni elektriskajā laukā. Sakarā ar elektrisko sašaurināšanos, dielektriķa iekšienē rodas mehāniski spēki. Kaut arī daudzos dielektriķos tiek novērotas elektrostrikcijas parādības, vairumā kristālu tās ir vāji izteiktas. Dažos kristālos, piemēram, Rošela sālī un bārija titanātā, elektriskās sašaurināšanās parādība ir ļoti intensīva.

III. - Praktiskā daļa.

Ultraskaņas strūklaku izveidošana.

Ultraskaņas iegūšanai darbā tika izmantotas 2 dažādas ultraskaņas vienības: 1) UD-1 skolas ultraskaņas bloks un 2) UD-6 ultraskaņas demonstrācijas bloks.

Lai iegūtu strūklaku, mēs paņēmām objektīva stiklu un novietojām to virs emitētāja tā, lai starp stikla apakšu un pjezoelektrisko elementu neveidotos gaisa burbuļi, kas ļoti traucēja eksperimentiem. Lai to izdarītu, ielieciet stiklu, pārvietojot emitētāja vāka dibenu, līdz stikls nonāk emitētāja dzega. Pareizi uzstādījis objektīva stiklu, mēs sākām veikt novērojumus, un objektīva stiklā viņi ielēja parastu dzeramo ūdeni.

Apmēram minūti pēc tam, kad ģenerators tika piegādāts no elektrotīkla, tika novērota ultraskaņas strūklaka (1. papildinājums, 1. att.), Kuru pielāgo ar frekvences regulēšanas pogu un regulēšanas skrūvēm. Pagriežot frekvences vadības pogu, mēs saņēmām tāda augstuma strūklaku, ka virs stikla malas sāka izsmidzināt ūdens (1. papildinājums, 3., 12. attēls). Atkal es pagriezu tuning kondensators ar skrūvgriezi, samazināja strūklaku un turpināja pielāgot skrūvi ar jaunu strūklakas maksimumu (strūklakas maksimālais augstums 13-15 cm) .Tajā pašā laikā, kad parādījās strūklaka, parādījās ūdens migla, kas radās kavitācijas parādības dēļ (1. papildinājums, 2. att.).

Strūklakas nolaišana ar šķidruma izsmidzināšanu ir izskaidrojama ar šķidruma līmeņa plaknes novirzīšanos traukā no ultraskaņas objektīva fokusa, pateicoties līmeņa pazemināšanai. Ilgstošai strūklakas novērošanai tā tika ievietota stikla mēģenē, uz kuras iekšējās sienas plūst brāzmains šķidrums, tāpēc tā līmenis traukā nemainās. Lai to izdarītu, viņi paņēma 50 cm augstu cauruli, kuras diametrs nepārsniedz objektīva stikla iekšējo diametru (d \u003d 3 cm). Izmantojot stikla cauruli, objektīva kausā šķidrumu ielēja 5 mm zem kausa augšējās malas, lai uzturētu šķidruma līmeni, jo tas tiek izsmidzināts uz caurules iekšējās sienas (1. papildinājums, 4., 5., 6. att.).

Ultraskaņas īpašību novērošana .

Lai iegūtu viļņu atstarojumu, kivetē ar glicerīnu un ūdeni ielej plakanu metāla plāksni un novieto virs tās 45 ° leņķī pret ūdens virsmu. Viņi ieslēdza ģeneratoru un panāca stāvošu viļņu veidošanos (1. papildinājums, 10. att.), Kas tiek iegūti viļņu atstarošanās rezultātā no ievietotās plāksnes un kameras sienas. Šajā eksperimentā vienlaicīgi tika novēroti viļņu traucējumi (1. papildinājums, 8., 9. attēls). Mēs veicām tieši tādu pašu eksperimentu, bet lejpus ūdens ielej stipru kālija permanganāta šķīdumu (1. papildinājums, 11. att.), Pēc tam glicerīnu un ūdeni. Šajā eksperimentā tika panākta arī viļņu refrakcija: kad ultraskaņas viļņi šķērsoja divu šķidrumu saskarni, tika novērotas stāvošā viļņa garuma izmaiņas, tā vilnis glicerīnā ir lielāks nekā ūdenī un tajā izšķīdinātā mangāna daudzumā, kas izskaidrojams ar atšķirību starp ultraskaņas izplatīšanās ātrumiem šajos šķidrumos. Tika iegūta arī daļiņu koagulācijas parādība: ciete tika pievienota kivetei ar tīru ūdeni, rūpīgi samaisa; pēc ģeneratora ieslēgšanas mēs redzējām, kā daļiņas pulcējas stāvošo viļņu mezglos un pēc ģeneratora izslēgšanas nokrīt, attīrot ūdeni, tādējādi šajos eksperimentos tika novērota refleksija, refrakcija, ultraskaņas traucējumi un daļiņu koagulācija.

Novērot strūklakas augstuma atkarību no izšķīdušās vielas molekulas lieluma un šķīduma veida.

Mēs pārbaudījām hipotēzi par ultraskaņas strūklakas augstuma atkarību no šķidruma blīvuma (šķīduma koncentrācijas) un molekulas lieluma. Šim nolūkam tika mainīts blīvums, izšķīdinot tajā vielas ar dažādu molekulu lielumu (ciete, cukurs, olu baltums).

Lai noskaidrotu, kā strūklakas augstums ir atkarīgs no šķīduma blīvuma un izšķīdušās vielas molekulas lieluma, tika veikti šādi eksperimenti. Ar nemainīgu frekvenci, spriegumu un šķidruma tilpumu (25 ml) ūdeni apstaroja ar ultraskaņu, tajā izšķīdinot cieti, cukuru un olu baltumu. Katrai vielai tika veikti 4 eksperimenti, katru reizi samazinot vielu koncentrāciju 2 reizes, t.i., otrajā eksperimentā koncentrācija bija 2 reizes zemāka, trešajā eksperimentā - 4 reizes zemāka, ceturtajā - 8 reizes zemāka. Visi novērojumi tiek reģistrēti un formalizēti iepriekš tabulā. Pielikumā ir arī diagramma, kurā skaidri redzams, kā samazinās vielu koncentrācija (2. papildinājums, 1. diagramma).

Tādējādi tika iegūta strūklakas augstuma atkarība no vielu koncentrācijas (2. pielikums, 2. diagramma), un eksperimentos ar olu baltumu un cieti strūklakas augstums palielinājās, un eksperimentos ar cukuru tas samazinājās.

Tas notiek tāpēc, ka cietes un olbaltumvielu molekulas ir bioloģiski polimēri (IUD - savienojumi ar lielu molekulmasu). Izšķīdinot ūdenī, tie veido koloidālus šķīdumus (koloidālo daļiņu diametrs - 1-100 nm) ar augstu viskozitāti. Sakarā ar liela skaita hidroksigrupu (-OH) klātbūtni, šādu vielu molekulās (starp ūdens un cietes, ūdens un olbaltumvielu molekulām) veidojas ūdeņraža saites, kas veicina vienmērīgāku daļiņu sadalījumu šķīdumā, kas negatīvi ietekmē viļņu pārnešanu.

Cukurs ir dimērs (C 12 H 22 O 11) n, tā izšķīšana noved pie patiesa šķīduma veidošanās (izšķīdušās vielas daļiņu izmērs ir salīdzināms ar šķīdinātāja molekulu lielumu), nemanāms, ar lielu iespiešanās spēku, šī šķīduma struktūra veicina spēcīgāku viļņu enerģijas pārnešanu.

Tādējādi viskoziem šķidrumiem ar palielinātu šķīduma koncentrāciju ultraskaņas strūklakas augstums samazinās, un nekontrolētiem šķidrumiem ar paaugstinātu šķīduma koncentrāciju ultraskaņas strūklakas augstums palielinās.

IV. - Ultraskaņas tehniskie pielietojumi.

Dažādos ultraskaņas pielietojumus var iedalīt trīs zonās:

informācijas iegūšana par vielu;

vielas iedarbība;

signālu apstrāde un pārraide.

Šajos pētījumos tiek izmantota akustisko viļņu izplatīšanās un vājināšanās ātruma atkarība no vielas īpašībām un tajās notiekošajiem procesiem:

gāzu, šķidrumu un polimēru molekulāro procesu izpēte;

kristālu un citu cietvielu struktūras izpēte;

ķīmisko reakciju, fāžu pāreju, polimerizācijas uc kontrole;

šķīdumu koncentrācijas noteikšana;

materiālu stiprības īpašību un sastāva noteikšana;

piemaisījumu klātbūtnes noteikšana;

šķidruma un gāzes plūsmas ātruma noteikšana.

Informāciju par vielas molekulāro struktūru sniedz, izmērot ātrumu un skaņas absorbcijas koeficientu tajā. Tas ļauj izmērīt šķīdumu un suspensiju koncentrāciju celulozes un šķidrumos, kontrolēt ekstrakcijas, polimerizācijas, novecošanās gaitu un ķīmisko reakciju kinētiku. Vielu sastāva un piemaisījumu klātbūtnes noteikšanas precizitāte ar ultraskaņu ir ļoti augsta un veido procentuālo daļu.

Skaņas ātruma mērīšana cietās daļās ļauj noteikt struktūras materiālu elastības un stiprības īpašības. Šāda netieša stiprības noteikšanas metode ir ērta vienkāršība un izmantošanas iespēja reālos apstākļos.

Gāzes analizatori ar ultraskaņu uzrauga bīstamo piemaisījumu uzkrāšanās procesus. Gāzu un šķidrumu bezkontakta termometrijai tiek izmantota ultraskaņas ātruma atkarība no temperatūras.

Ultraskaņas plūsmas mērītāji, kuru pamatā ir K. Doplera efekts, ir balstīti uz skaņas ātruma mērīšanu kustīgos šķidrumos un gāzēs, ieskaitot neviendabīgus (emulsijas, suspensijas, pulpas). Līdzīgu aprīkojumu izmanto, lai klīniskajos pētījumos noteiktu asins plūsmas ātrumu un plūsmas ātrumu.

Liela mērīšanas metožu grupa ir balstīta uz ultraskaņas viļņu atspoguļošanu un izkliedi pie robežām starp barotnēm. Šīs metodes ļauj precīzi noteikt videi svešu ķermeņu atrašanās vietu un tiek izmantotas tādās jomās kā:

hidrolokatoru;

nesagraujoša pārbaude un trūkumu noteikšana;

medicīniskā diagnostika;

šķidrumu un beztaras cietvielu līmeņa noteikšana slēgtos traukos;

izmēra produkti;

skaņas lauku vizualizācija - skaņas redze un akustiskā hologrāfija.

Refleksiju, refrakciju un spēju koncentrēt ultraskaņu izmanto ultraskaņas plaisu noteikšanā, ultraskaņas akustiskos mikroskopos, medicīniskajā diagnostikā, vielas makrohomogēniju izpētei. Heterogenitāšu klātbūtni un to koordinātas nosaka atspoguļotie signāli vai ēnas struktūra.

Lai nepārtraukti izmērītu šķidrumu viskozitāti un blīvumu, izmērītu to detaļu biezumu, kurām var piekļūt tikai no vienas puses, tiek izmantotas mērīšanas metodes, kuru pamatā ir rezonanses oscilējošās sistēmas parametru atkarība no to noslogojošās vides īpašībām (pretestība). Tas pats princips attiecas uz cietības testēšanu ar ultraskaņu, līmeņa mērītājiem, līmeņa trauksmēm. Ultraskaņas testēšanas metožu priekšrocības: īss mērīšanas laiks, spēja kontrolēt sprādzienbīstamu, agresīvu un toksisku vidi, instrumenta ietekmes neesamība uz kontrolēto vidi un procesiem.

V. - Secinājums:

Notiek izstrāde pētniecības darbs Es teorētiski izpētīju ultraskaņas veidošanās iemeslus; pētīja mūsdienu ultraskaņas pielietojumus tehnoloģijās: ultraskaņa ļauj noskaidrot vielas molekulāro struktūru, noteikt strukturālo materiālu elastības un stiprības īpašības, uzraudzīt bīstamo piemaisījumu uzkrāšanos; to izmanto ultraskaņas plaisu noteikšanā, ultraskaņas akustiskos mikroskopos, medicīniskajā diagnostikā, vielas makrohomogēnumu izpētei, šķidrumu viskozitātes un blīvuma nepārtrauktai mērīšanai, to detaļu biezuma mērīšanai, kurām var piekļūt tikai no vienas puses. Viņa eksperimentāli saņēma ultraskaņas strūklaku: viņa atklāja, ka strūklakas maksimālais augstums ir 13-15 cm (atkarīgs no ūdens līmeņa stiklā, ultraskaņas frekvences, šķīduma koncentrācijas un šķīduma viskozitātes). Viņa eksperimentāli pētīja ultraskaņas viļņu īpašības ūdenī: viņa noteica, ka ultraskaņas viļņa īpašības ir tādas pašas kā skaņas viļņa īpašībām, taču visi procesi augstās ultraskaņas frekvences dēļ notiek ar lielu iespiešanos vielas dziļumā.

Eksperimenti parādīja, ka ultraskaņas strūklaku var izmantot šķīdumu īpašību, piemēram, koncentrācijas, blīvuma, caurspīdīguma, izšķīdušo daļiņu lieluma izpētei. Šī izpētes metode ir ātra un viegli izpildāma, pētījumu precizitāte, spēja viegli salīdzināt dažādus risinājumus. Šādi pētījumi ir nozīmīgi vides monitoringa ieviešanā. Piemēram, pētot Olenegorskas kalnrūpniecības dīķa sastāvu dažādos dziļumos vai ūdens monitoringam notekūdeņu attīrīšanas iekārtās.

Tādējādi es apstiprināju savu hipotēzi, ka ultraskaņas viļņiem ir tādas pašas īpašības kā skaņas viļņiem (atstarošanai, refrakcijai, traucējumiem), taču, ņemot vērā lielāku iespiešanās spēju matērijā, ultraskaņai ir vairāk pielietojumu tehnoloģijās. Daļēji apstiprinājās hipotēze par ultraskaņas strūklakas augstuma atkarību no šķidruma blīvuma: mainoties izšķīdušās vielas koncentrācijai, mainās strūklakas blīvums un augstums, bet ultraskaņas viļņa enerģijas pārnešana vairāk ir atkarīga no šķīduma viskozitātes, tāpēc dažādiem šķidrumiem (viskozs un nešķidrs) strūklakas augstuma atkarība no koncentrēšanās izrādījās atšķirīga.

VI. - Bibliogrāfiskais saraksts:

Myasnikov L.L. Nedzirdama skaņa. Ļeņingradas "Kuģu būve", 1967. 140 lpp.

Pase Instalācijas ultraskaņas demonstrācija UD-76 3.836.000 PS

Khorbenko I.G. Skaņa, ultraskaņa, infraskaņa. M., “Zināšanas”, 1978. 160 lpp. (Zinātne un progress)

1. papildinājums

2. papildinājums

1. diagramma

Ja pastāvīgā vidē - gāzēs, šķidrumos vai cietās daļiņās - barības vielas daļiņas izrādās izvadītas no līdzsvara stāvokļa, tad elastīgie spēki, kurus uz tām iedarbojas citas daļiņas, atgriezīs tās līdzsvara stāvoklī. Šajā gadījumā daļiņas svārstīsies. Elastīgo vibrāciju izplatīšanās nepārtrauktā vidē ir viļņiem līdzīgs process.
Tiek izsauktas svārstības ar frekvenci no Hz (Hz) līdz 20 Hz infraskaņas, frekvencē no 20 Hz līdz 16 ... 20 kHz, rodas svārstības dzirdamas skaņas. Ultraskaņas vibrācijas atbilst frekvencēm no 16 ... 20 kHz līdz 10 8 Hz, un tiek izsauktas vibrācijas ar frekvenci virs 10 8 Hz hiperskaņas . 1.1. Attēlā parādīta logaritmiskā frekvences skala, kuras pamatā ir izteiksme log 2 f \u003d 1, 2, 3 ..., n, Kur 1, 2, 3 ..., n - oktāvu skaitļi.

1.1. Attēls. Elastīgo vibrāciju diapazoni materiāla vidē

Elastīgo vibrāciju fiziskais raksturs ir vienāds visā frekvenču diapazonā. Lai izprastu elastīgo vibrāciju raksturu, mēs apsveram to īpašības.
Viļņu forma ir viļņu frontes forma, t.i. punktu kopas ar vienādu fāzi. Plaknes svārstības rada plaknes skaņas vilni, ja emitētājs ir cilindrs, kas periodiski sašaurinās un izplešas tā rādiusa virzienā, tad rodas cilindrisks vilnis. Punkta izstarotājs vai pulsējoša bumba, kuras izmēri ir mazi salīdzinājumā ar izstarotā viļņa garumu, rada sfērisku viļņu.

Skaņas viļņi ir sadalīti viļņu tips : tie var būt gareniski, šķērseniski, liekti, vērpjoši - atkarībā no ierosināšanas un izplatīšanās apstākļiem. Šķidrumos un gāzēs izplešas tikai garenvirziena viļņi, cietās daļās var rasties arī šķērseniski un citi uzskaitītie viļņu veidi. Garenvirzienā daļiņu svārstību virziens sakrīt ar viļņa izplatīšanās virzienu (1.2. Attēls, un), šķērsvirziens izplatās perpendikulāri daļiņu svārstību virzienam (1.2. attēls, b) .

a) barotnes daļiņu kustība gareniskā viļņa izplatīšanās laikā; b) barotnes daļiņu kustība bīdes viļņa izplatīšanās laikā.

Attēls - daļiņu kustība viļņu izplatīšanās laikā

Var raksturot jebkuru vilni kā svārstības, kas izplatās laikā un telpā biežums , viļņa garums un amplitūda (3. attēls). Šajā gadījumā viļņa garums λ ir saistīts ar frekvenci f caur viļņu izplatīšanās ātrumu dotajā materiālā c: λ = c / f.

1.3. Attēls. Svārstīgā procesa raksturojums

1.6. Zemas enerģijas ultraskaņas vibrāciju praktiska pielietošana

Zemas intensitātes (nosacīti līdz 1 W / cm 2) ultraskaņas vibrāciju pielietojuma lauks ir ļoti plašs, un mēs pārmaiņus apsvērsim vairākus galvenos zemas intensitātes ultraskaņas vibrāciju pielietojumus.
1. Ultraskaņas ierīces ķīmisko īpašību uzraudzībai dažādi materiāli un vide. Visu to pamatā ir izmaiņas ultraskaņas vibrāciju ātrumā vidē un ļauj:
- noteikt bināro maisījumu koncentrāciju;
- šķīdumu blīvums;
- polimēru polimerizācijas pakāpe;
- piemaisījumu, gāzes burbuļu klātbūtne šķīdumos;
- noteikt ķīmisko reakciju ātrumu;
- tauku saturs pienā, krējumā, skābo krējumu;
- izkliede neviendabīgās sistēmās utt.
Mūsdienu ultraskaņas ierīču izšķirtspēja ir 0,05%, izplatīšanās ātruma mērīšanas precizitāte uz 1 m gariem paraugiem ir 0,5 -1 m / s (metālā ātrums pārsniedz 5000 m / s). Gandrīz visi mērījumi tiek veikti, salīdzinot ar standartu.
2. Instrumenti fizikālo un ķīmisko īpašību kontroleipamatojoties uz ultraskaņas vājināšanās mērījumiem. Šādas ierīces ļauj izmērīt viskozitāti, blīvumu, sastāvu, piemaisījumu, gāzu saturu utt. Izmantoto metožu pamatā ir arī etalonuzdevumu metodes.
3. Ultraskaņas šķidrumu caurplūdes mērītāji cauruļvados. Viņu darbība balstās arī uz ultraskaņas vibrāciju izplatīšanās ātruma mērīšanu gar šķidruma plūsmu un pret plūsmu. Divu ātrumu salīdzinājums ļauj noteikt plūsmas ātrumu un ar zināmu cauruļvada plūsmas sadaļu. Viena no plūsmas mērītājiem (Nr. 15183 Mērinstrumentu valsts reģistrā) piemērs ir parādīts 1.4. Attēlā.

1.4. Attēls - Stacionārs ultraskaņas caurplūdes mērītājs "ACRON"

Šāds plūsmas mērītājs nodrošina šķidruma tilpuma ātruma un kopējā tilpuma (daudzuma) mērījumus, kas plūst ūdens padeves, notekūdeņu un naftas produktu spiediena cauruļvados bez ievietošanas esošajā cauruļvadā. Plūsmas mērītāja darbības princips ir izmērīt atšķirību starp ultraskaņas viļņa tranzīta laiku gar plūsmu un pret kontrolētā šķidruma plūsmu, pārrēķinot to momentānā plūsmas vērtībā ar sekojošu integrāciju.
Ierīces precizitāte ir 2% no mērījuma augšējās robežas. Mērījuma augšējo un apakšējo robežu nosaka operators. Plūsmas mērītājā ietilpst sensora vienība (sastāv no diviem ultraskaņas sensoriem un ierīces to uzstādīšanai uz caurules) un elektroniska vienība, kas savienota ar RF kabeli, kura garums ir līdz 50 m (standarta 10 m.). Sensori ir uzstādīti taisnā cauruļvada posmā uz ārējās virsmas, notīrot tos no netīrumiem, krāsas un rūsas. Sensoru pareizas uzstādīšanas nosacījums ir taisnas caurules sekcijas klātbūtne ar vismaz 10 caurules diametriem pirms un 5 diametriem pēc sensoriem.
4. Līmeņa slēdži
Darbības princips ir balstīts uz šķidru vai neiesaiņotu materiālu līmeņa noteikšanu ar ultraskaņas impulsiem, kas iet caur gāzes barotni, un uz šo impulsu atstarošanās parādību no gāzi kontrolētās vides saskarnes. Līmeņa lielums šajā gadījumā ir skaņas vibrāciju izplatīšanās laiks no emitētāja uz kontrolējamo datu nesēja saskarni un atpakaļ uz uztvērēju. Mērījumu rezultāts tiek parādīts personālajā datorā, kur tiek glabāti visi mērījumi, ar sekojošu iespēju tos aplūkot un analizēt, kā arī izveidot savienojumu ar automatizētu datu vākšanas un apstrādes sistēmu. Līmeņa mērītājs sistēmā var ietvert valsts iekārtas, sūkņus un citas ierīces līmenī, kas pārsniedz maksimālo un zem minimālās vērtības, kas ļauj automatizēt procesu. Turklāt reģistratoriem tiek ģenerēta strāvas izeja (0,5 mA, 0-20 mA).
Līmeņa slēdzis ļauj kontrolēt barotnē esošās vides temperatūru. Izvades datu galvenais formāts ir attālums no tvertnes augšdaļas līdz tajā esošās vielas virsmai. Pēc klienta pieprasījuma, sniedzot nepieciešamo informāciju, ir iespējams modificēt ierīci, lai tvertnē parādītu vielas augstumu, masu vai tilpumu.
5. Ultraskaņas gāzu sastāva analizatori pamatojoties uz gāzes maisījuma ultraskaņas ātruma atkarības izmantošanu no ātrumiem katrā gāzē, kas veido šo maisījumu.
6. Drošības ultraskaņas ierīces pamatojoties uz dažādu ultraskaņas lauku parametru mērīšanu (svārstību amplitūda, ja tiek bloķēta telpa starp emitētāju un uztvērēju, mainās frekvence refleksijas laikā no kustīga objekta utt.).
7. Gāzes temperatūras mērītāji un ugunsgrēka trauksmes signāli balstās uz izplatīšanās ātruma izmaiņām, mainoties apkārtējās vides temperatūrai vai dūmiem.
8. Nesagraujošās ultraskaņas pārbaudes ierīces. Nesagraujošā pārbaude ir viena no galvenajām tehnoloģiskajām metodēm materiālu un izstrādājumu kvalitātes nodrošināšanai. Nevienu produktu nedrīkst darbināt bez verifikācijas. Jūs varat pārbaudīt, pārbaudot, bet jūs varat pārbaudīt 1-10 produktus, bet jūs nevarat pārbaudīt 100% visu produktu, jo pārbaude - tas nozīmē visu produktu sabojāšanu. Tāpēc ir jāpārbauda, \u200b\u200bneiznīcinot.
Viens no lētākajiem, vienkāršākajiem un jutīgākajiem ir nesagraujošās pārbaudes ultraskaņas metode. Galvenās priekšrocības salīdzinājumā ar citām nesagraujošām testēšanas metodēm ir:

- dziļi materiāla iekšienē esošo defektu noteikšana, kas bija iespējama, pateicoties uzlabotai iespiešanās iespējai. Ultraskaņas pārbaude turēti vairāku metru dziļumā. Tiek uzraudzīti dažādi izstrādājumi, piemēram: garie tērauda stieņi, rotācijas štancēšana utt .;
- augsta jutība, atklājot ļoti mazus, dažus milimetrus garus defektus;
- precīza iekšējo defektu atrašanās vietas noteikšana, to lieluma, virziena, formas un rakstura īpašību novērtēšana;
- pietiekama pieeja tikai vienai produkta pusei;
- procesa vadība ar elektroniskiem līdzekļiem, kas nodrošina gandrīz tūlītēju defektu atklāšanu;
- tilpuma skenēšana, kas ļauj pārbaudīt materiāla apjomu;
- veselības aizsardzības prasību prasību trūkums;
- aprīkojuma pārnesamība.

1.7. Augstas intensitātes ultraskaņas vibrāciju praktiska pielietošana

Mūsdienās galvenie procesi, kas tiek ieviesti un pastiprināti, izmantojot augstas enerģijas ultraskaņas vibrācijas, parasti tiek sadalīti trīs galvenajās apakšgrupās atkarībā no barotnes veida, kurā tie tiek realizēti (1.5. Attēls).

1.5. Attēls. Augstas enerģijas ultraskaņas vibrāciju pielietojums

Atkarībā no barotnes veida procesus parasti iedala procesos šķidros, cietos un termoplastiskos materiālos un gāzveida (gaisa) vidē. Turpmākajās sadaļās sīkāk tiks apskatīti procesi un aparāti procesu pastiprināšanai šķidros, cietos un termoplastiskos materiālos, gāzveida vidēs.
Tālāk mēs aplūkosim galveno tehnoloģiju piemērus, kas ieviesti, izmantojot augstas enerģijas ultraskaņas vibrācijas.
1. Izmēru apstrāde.

Ultraskaņas vibrācijas tiek izmantotas trauslu un īpaši cietu materiālu un metālu apstrādei.
Galvenie tehnoloģiskie procesi, kurus pastiprina ultraskaņas vibrācijas, ir sarežģītas formas urbumu urbšana, padziļināšana, vītne, stiepļu vilkšana, pulēšana, slīpēšana, urbšana. Šo tehnoloģisko procesu pastiprināšanās notiek sakarā ar instrumenta ultraskaņas vibrāciju uzlikšanu.
2. Ultraskaņas tīrīšana.
Mūsdienās ir daudz veidu, kā notīrīt virsmas no dažādiem piesārņotājiem. Ultraskaņas tīrīšana ir ātrāka, nodrošina augstu kvalitāti un atmazgā grūti sasniedzamās vietas. Tas nodrošina ļoti toksisku, viegli uzliesmojošu un dārgu šķīdinātāju aizstāšanu ar vienkāršu ūdeni.
Izmantojot augstas frekvences ultraskaņas vibrācijas, automašīnu karburatori un inžektori tiek iztīrīti dažu minūšu laikā.
Tīrīšanas paātrināšanās iemesls kavitācijā, īpaša parādība, kurā šķidrumā veidojas sīki gāzes burbuļi. Šie burbuļi eksplodē (eksplodē) un rada jaudīgus hidrofluusus, kas mazgā visus netīrumus. Mūsdienās veļas mašīnas un mazas mazgāšanas iekārtas pastāv pēc šī principa. Kavitācijas procesa ieviešanas iezīmes un tā iespējamās iespējas tiks apskatītas atsevišķi. UZ attīra metālus no pulēšanas pastām, dzirnavas no netīrumiem, dārgakmeņus no pulēšanas vietām. Plākšņu tīrīšana, audumu mazgāšana, ampulu mazgāšana. Sarežģītas formas cauruļvadu tīrīšana. Papildus tīrīšanai ultraskaņa ir spējīga noņemt mazus urbumus un pulēšanu.
Ultraskaņas iedarbība šķidrā vidē iznīcina mikroorganismus, tāpēc to plaši izmanto medicīnā un mikrobioloģijā.
Ir iespējama vēl viena tīrīšana ar ultraskaņu.
- dūmu attīrīšana no cietām daļiņām gaisā. Tam tiek izmantota arī ultraskaņas iedarbība uz miglu un dūmiem. Daļiņas ultraskaņas laukā sāk aktīvi kustēties, saduras un pielīp kopā un nosēžas uz sienām. Šo parādību sauc par ultraskaņas koagulāciju, un to izmanto, lai apkarotu miglu lidlaukos, uz ceļiem un jūras ostās.
3. Ultraskaņas metināšana.
Pašlaik, izmantojot augstas intensitātes ultraskaņas vibrācijas, tiek veikta polimēru termoplastisko materiālu metināšana. Polietilēna cauruļu, kārbu, kārbu metināšana nodrošina izcilu hermētiskumu. Atšķirībā no citām metodēm, izmantojot ultraskaņu, ir iespējams pagatavot piesārņotu plastmasu, mēģenes ar šķidrumu utt. Šajā gadījumā saturs tiek sterilizēts.
Izmantojot ultraskaņas metināšanu, smalkākā folija vai stieple tiek metināta pie metāla daļas. Turklāt ultraskaņas metināšana ir aukstā metināšana, jo šuve tiek veidota temperatūrā, kas ir zemāka par kušanas temperatūru. Tādējādi metināšana tiek savienota ar alumīniju, tantalu, cirkoniju, niobiju, molibdēnu utt.
Pašlaik ultraskaņas metināšana ir atradusi vislielāko pielietojumu ātrgaitas iesaiņošanas procesos un polimēru iesaiņošanas materiālu ražošanā.
4. Lodēšana un skalošana
Izmantojot augstas frekvences ultraskaņas vibrācijas, alumīnijs tiek cietlodēts. Ar ultraskaņas palīdzību jūs varat alvas un pēc tam lodēt keramiku, stiklu, kas iepriekš nebija iespējams. Ferīti, pusvadītāju kristālu lodēšana līdz apzeltītiem korpusiem mūsdienās tiek ieviesti, izmantojot ultraskaņas tehnoloģiju.
5. Ultraskaņa mūsdienu ķīmijā
Pašlaik, kā izriet no literatūras avotiem, ķīmijā veidojas jauns virziens - ultraskaņas ķīmija. Pētot ķīmiskās pārvērtības, kas notiek ultraskaņas ietekmē, zinātnieki ir noskaidrojuši, ka ultraskaņa ne tikai paātrina oksidāciju, bet dažos gadījumos nodrošina samazinošu efektu. Tādējādi dzelzs tiek reducēts no oksīdiem un sāļiem.
Labi pozitīvi rezultāti tika iegūti, pastiprinot ultraskaņu šādos ķīmiski tehnoloģiskajos procesos:
- elektrolītiskā pārklāšana, polimerizācija, depolimerizācija, oksidēšana, reducēšana, dispersija, emulģēšana, aerosola koagulācija, homogenizācija, impregnēšana, izšķīšana, izsmidzināšana, žāvēšana, dedzināšana, miecēšana utt.
Elektrodepozīcija - nogulsnētais metāls iegūst smalku kristālisku struktūru, un porainība samazinās. Tādējādi tiek veikta vara galvanizācija, skalošana, sudrabošana. Process ir ātrāks un pārklājuma kvalitāte ir augstāka nekā parastajās tehnoloģijās.
Emulsiju sagatavošana: ūdens un tauki, ūdens un ēteriskās eļļas, ūdens un dzīvsudrabs. Neuzlabojamības barjera tiek pārvarēta, pateicoties ultraskaņai.
Polimerizācija (molekulu apvienošana vienā) - polimerizācijas pakāpi kontrolē ar ultraskaņas frekvenci.
Dispersija - īpaši smalku pigmentu iegūšana, lai iegūtu krāsvielas.
Žāvēšana - bioloģiski aktīvas vielas bez karsēšanas. Pārtikas, farmakoloģiskajā nozarē.
Izsmidzina šķidrumus un kūst. Procesu intensificēšana smidzinātājos. Metāla pulvera iegūšana no kūst. Šīs izsmidzināšanas ierīces novērš rotējošas un berzējošas detaļas.
Ultraskaņa palielina sadegšanas efektivitāti 20 reizes šķidrā un cietā kurināmā gadījumā.
Impregnēšana. Šķidrums simtiem reižu caur impregnētā materiāla kapilāriem iziet cauri. To izmanto jumta materiāla, gulšņu, cementa plātņu, textolīta, getinaku, koka impregnēšanai ar modificētiem sveķiem ražošanā
6. Ultraskaņa metalurģijā.
- Ir zināms, ka metāli kausēšanas laikā absorbē alumīnija gāzes un tās sakausējumus. H2 veido 80% no visām izkausētā metāla gāzēm. Tas noved pie metāla kvalitātes pasliktināšanās. Gāzes var noņemt, izmantojot ultraskaņu, kas ļāva mums izveidot īpašu tehnoloģisko ciklu un plaši izmantot to metālu ražošanā.
- Ultraskaņa veicina metālu sacietēšanu
- Pulvermetalurģijā ultraskaņa veicina saražotā materiāla daļiņu adhēziju. Tas novērš nepieciešamību pēc blīvēšanas ar augstu spiedienu.
7. KM kalnrūpniecībā.
Ultraskaņas izmantošana ļauj ieviest šādas tehnoloģijas:
- parafīna noņemšana no naftas urbumu sienām;
- metāna sprādzienu novēršana raktuvēs tā izkliedes dēļ;
- Rūdu apstrāde ar ultraskaņu (flotācijas metode, izmantojot ultraskaņu).
8. KM lauksaimniecībā.
Ultraskaņas vibrācijas labvēlīgi ietekmē sēklas un graudus pirms stādīšanas. Tātad, tomātu sēklu apstrāde pirms stādīšanas nodrošina augļu skaita palielināšanos, samazina nogatavošanās laiku un vitamīnu skaita palielināšanos.
Apstrādājot melones un kukurūzas ultraskaņas sēklas, produktivitāte palielinās par 40%.
Apstrādājot ultraskaņas sēklas, ir iespējams nodrošināt dezinfekciju un no šķidruma ievest nepieciešamos mikroelementus
9. Pārtikas rūpniecība.
Praksē šodien jau tiek ieviestas šādas tehnoloģijas:
- Piena pārstrāde sterilizācijas homogenizēšanai;
- Pārstrāde, lai palielinātu saldēta piena piena glabāšanas laiku un kvalitāti
- augstas kvalitātes piena pulvera iegūšana;
- emulsiju iegūšana cepšanai;
- Rauga pārstrāde par 15% palielina to raudzēšanas spēju;
- aromātisko vielu, kartupeļu biezeni iegūšana, tauku izdalīšana no aknām;
- zobakmens izolēšana;
- augu un dzīvnieku izejvielu ieguve;
- Smaržu izgatavošana (6 līdz 8 stundas gada laikā).
10. Ultraskaņa bioloģijā.
- Lielas ultraskaņas devas iznīcina mikroorganismus (stafilokokus, streptokokus, vīrusus);
- zema ultraskaņas iedarbības intensitāte veicina mikroorganismu koloniju augšanu;
11. Ietekme uz cilvēku.
Ultraskaņas iedarbībai ar intensitāti līdz 0,1 ... 0,4 W / cm ir terapeitisks efekts. Amerikā ārstēšanu ar intensitāti līdz 0,8 W / cm uzskata par terapeitisku
12. Medicīnā.
Ultraskaņas skalpeļi, ierīces ārējai un iekšējai tauku atsūkšanai, laparoskopiski instrumenti, inhalatori, masieri izmanto visplašāko pielietojumu un ļauj ārstēt dažādas slimības.
Zemāk aprakstītais lekciju kurss ir paredzēts dažādu nozaru studentu, maģistrantu, inženieru un tehnologu sākotnējai iepazīšanai ar ultraskaņas tehnoloģiju pamatiem, un tas ir paredzēts, lai sniegtu pamatzināšanas par ultraskaņas vibrāciju veidošanās teoriju un augstas intensitātes ultraskaņas vibrāciju izmantošanas praksi.

ULTRĪNĪGAS OSCILLĀCIJAS, auss neuztver vibrācijas ar tik augstu frekvenci, ka skaņas no tām rodas. Ultraskaņas vibrāciju frekvences sākas no 15000-20000 Hz. Ultraskaņas vibrāciju esamība bija zināma ilgu laiku, un pēc tam, kad 1883. gadā parādījās Galtona svilpe, kas radīja nedzirdamas skaņas, to demonstrēšana ienāca mācīšanas praksē. Tomēr vēl nesen ultraskaņas vibrācijām nebija praktiskas vērtības, jo nebija pietiekami spēcīgu ultraskaņas vibrāciju avotu. Ultraskaņas vibrāciju izpētes atdzīvināšanas sākums būtu jāuzskata par 1917. – 19. Gadu, kad Langevinam Parīzē izdevās izmantot kvarcu, lai iegūtu spēcīgus ultraskaņas viļņus ūdenī. Jo īpaši ultraskaņas vibrāciju izpēte ir atdzīvojusies pēc Kadija darba, kas sākās 1922. gadā; šī atdzimšana turpinās šajā laikā.

Ultraskaņas vibrāciju iegūšanas metodes ļoti daudzveidīga; gandrīz visas vibrāciju ģenerēšanas metodes ir piemērotas arī ultraskaņas vibrācijām. Ne pārāk spēcīgas skaņas visvieglāk iegūst Galtona svilpe (1. att.), Kas attēlo gaisa rezonatoru, kura dabiskā frekvence var mainīties no 10 000 līdz 30 000 Hz un pret kuru gaisa atvere ir vērsta pret atveri. Šādas svilpes jauda ir maza, un visās zemāk aprakstītajās metodēs ultraskaņas frekvences enerģijas avots ir mainīga elektriskā strāva, ko parasti iegūst no pašregulējošām elektriskajām ķēdēm ar elektronisko lampu; vienīgais izņēmums ir dziedošā loka, ar kuru Neklepajevs 1911. gadā saņēma ultraskaņas vibrācijas un viļņus ar frekvenci līdz 3500 000 Hz, kas atbilst aptuveni 0,1 mm viļņa garumam. Viļņi tika uztverti gaisā, un izrādījās, ka pēdējais tos ļoti spēcīgi absorbē. Pirmais spēcīgais ultraskaņas vibrāciju avots bija Langevin pjezoelektriskais raidītājs, kas paredzēts darbam ūdenī. Langevina raidītāja galvenā daļa ir kvarca plāksne Q (2. att.), Sagriezta perpendikulāri elektriskajai asij un ar to cieši pielīmētas A, A plāksnes. Ja tām tiek uzlikta maiņstrāva, pjezoelektriskās kvarca plāksnes dēļ tā izplešas un saraujas ar frekvenci, kas vienāda ar frekvenci. maiņstrāva. Ar piemērotu frekvences izvēli, kad raidītāja dabiskās svārstības rezonē ar strāvu, tie kļūst ļoti jaudīgi un izstaro lielu ultraskaņas enerģiju.

Zemūdenes Langevin raidītājā tikai viena plāksne A ir saskarē ar ūdeni, otra ir norobežota gadījumā, kas parādīts 1. attēlā. 2 shematiski raustīts. Šādi raidītāji parasti tiek veidoti frekvencēs ap 30000–40000 Hz.

Koks un Lumis eksperimentiem izmantoja plāksnes ar ļoti plānām plāksnēm, kas praktiski neietekmēja plāksnes dabisko frekvenci. Tā kā kopējais raidītāja biezums bija daudz mazāks, ultraskaņas vibrāciju frekvence bija daudz augstāka, proti, aptuveni 5 · 10 5 Hz. Myasnikov izdevās sasniegt frekvences 10 6 -10 7 Hz; raidītāji abos gadījumos tika ievietoti eļļas vannā, kur izplatījās ultraskaņas viļņi. Ir bijuši veiksmīgi mēģinājumi iegūt pietiekamas jaudas ultraskaņas vibrācijas un izmantojot magnetostriktīvas vibrācijas. Geinss saņēma ļoti spēcīgu ultraskaņu ar aizraujošām magnetostriktīvām vibrācijām niķeļa caurulītē, kuras apakšējā daļā gaisā bija mainīgs magnētiskais lauks, bet augšējā - šķidruma izstarotajā skaņā. Neapmierinošus rezultātus iegūst arī ar elektrisko dzirksteli. Pašlaik labākais praktiskais veids, kā iegūt jaudīgus ultraskaņas raidītājus, ir Langevina metode. Eksperimenti ar tādu pašu ultraskaņas viļņu iegūšanu gaisā parādīja, ka šāda veida raidītāju atgriešanās gaisā ir ļoti maza.

Ultraskaņas viļņu izplatīšanās gāzēs un šķidrumos Kopumā tas ievēro tos pašus likumus kā parastie skaņas viļņi, taču ir arī dažas funkcijas. Ultraskaņas viļņi gaisā un gāzēs ir ļoti ievērojami absorbēti un jo spēcīgāks, jo augstāks ir ultraskaņas viļņu frekvence. Īsākais no tiem, ko izpētījis Neklepajevs, novājina 100 reizes, jau pārsniedzot 6 mm. Viļņus, kas ir 8 reizes garāki, vājina tas pats daudzums, kas iet 40 cm utt. Turklāt ir pamanāma zināma ultraskaņas viļņu izkliede. Pie ultraskaņas raidītāju lielām jaudām papildus ultraskaņas starojumam ir arī “vējš”, ko Meissners vispirms atklāj uz kvarca plāksnēm, un tas tiek novērots arī zemūdens raidītājiem. Ja, tāpat kā Koka un Lumis eksperimentos, ultraskaņas viļņi nokrīt uz divu barotņu robežas (savos eksperimentos eļļa - gaiss un eļļa - ūdens), tad to saskares virsma ir stipri izkropļota tā dēvētās. skaņas spiediens, veidojas veselas sīku šļakatu strūklakas, un eksperimentos ar eļļu un ūdeni veidojas eļļas emulsija ūdenī; ultraskaņas viļņi, kas pārvietojas pa stikla stieni, izraisa dedzināšanas sajūtu, kad tam pieskaraties, lai gan termometrs rāda tikai nelielu temperatūras paaugstināšanos. Svarīga ir arī spēcīgu ultraskaņas viļņu fizioloģija un darbība: ultraskaņas viļņu laukā mirst dzīvnieku un augu šūnas un baktērijas, tāpēc šādā veidā bija iespējams sterilizēt pienu; tuvumā esošie Langevina raidītāji, zivis gāja bojā. Varbūt ar tālāku attīstību ultraskaņas viļņi iegūs terapeitisko vērtību. Sakarā ar ārkārtīgi īso viļņu garumu ultraskaņas viļņu laukā tiek novērota gaismas viļņu difrakcija, tāpat kā difrakcijas režģos (Debye un Sears). Iebūvēti (Pīrsa) interferometri ultraskaņas viļņiem, ko izmanto, lai noteiktu skaņas ātrumu gāzēs un šķidrumos. Ultraskaņas vibrāciju pielietojuma dažādība tehnoloģijāsun gandrīz visu pamatā ir kvarca rezonatoru īpašības. Tā kā svārstīgo kvarca stieņu, plākšņu un it īpaši gredzenu vājināšanās ir daudz mazāka nekā elektriskās ķēdēs, pēdējos tos aizstāj ar pirmajiem visos gadījumos, kad nepieciešama izteikta rezonanse. Tā ieguva plašu izplatību kvarca stabilizatori priekš; kvarca īpašība mirdzēt vibrāciju laikā, jo uz tā parādās elektriski lādiņi, ko izmanto viļņu indikatoros (Ghibe). Svārstību frekvence, ko piešķir kvarca gredzeni, ir tik nemainīga, ka Morissons tos izmantoja elektriskajam pulkstenim, kas pārspēja visu iepriekš zināmo precizitāti, jo kvarcs šobrīd ir labākais frekvences standarts.

Zemūdens kvarca raidītāji jo ultraskaņas vibrācijas joprojām ir nenozīmīgas, taču to augstās frekvences dēļ tām ir divas priekšrocības salīdzinājumā ar elektromagnētiskajiem zemūdens raidītājiem: tām, pirmkārt, ir; liels fokuss, ļaujot fokusēt no tiem izstaroto staru šaurā vienveidīgā leņķī; otrkārt, tiem ir (ar labu dizainu, kas vēl nav pilnībā sasniegts) augsta efektivitāte. Pirmkārt, tie tika izmantoti kā instrumenti dziļuma noteikšanai ts. atbalss signāli. Skaņas stars, kas nāk no raidītāja, iet uz leju; atlecot no tā, atgriežas pie tā paša raidītāja, kurš to saņem; ierakstīšanas iekārta reģistrē laiku, kas nepieciešams skaņas pārvietošanai no raidītāja uz apakšu un atpakaļ, no kurienes tiek aprēķināts dziļums. Ultraskaņas raidītāji, cita starpā, tiek izmantoti telegrāfijai no kuģa uz kuģi un zemūdenēm, kurām skaņas sakari ir gandrīz vienīgie iespējamie; šajā gadījumā uztvērējs ir arī ultraskaņas raidītājs. Ir bijuši mēģinājumi izmantot ultraskaņas starus, lai atvērtu zemūdenes un ledus kalnus (Boyle and Reid, 1926), lai apgaismotu metālu defektus (S. Sokolovs), taču joprojām nav ticamu rezultātu, lai atbilstošās instalācijas varētu ieviest praksē.

Ultraskaņa - tās ir elastīgas mehāniskas vibrācijas, kuru frekvence pārsniedz 18 kHz, kas ir dzirdamības augšējais slieksnis cilvēka auss. Sakarā ar palielinātu frekvenci, ultraskaņas vibrācijām (ultraskaņas pārbaude) ir vairākas specifiskas iezīmes (iespēja fokusēties un starojuma virzība), kas ļauj akustisko enerģiju koncentrēt mazos izstarotās virsmas laukumos.

Ultraskaņu no svārstību avota vidē pārraida elastīgo viļņu veidā, un to var attēlot kā viļņu vienādojumu garenvirziena plaknes viļņam:

kur L - svārstīgo daļiņu pārvietojums; t- laiks; x- attālums no svārstību avota; no plkst - skaņas ātrums vidē.

Skaņas ātrums katrā vidē ir atšķirīgs un atkarīgs no tā blīvuma un elastības. Īpašas viļņu vienādojuma formas ļauj aprakstīt viļņa izplatību daudzos praktiskos gadījumos.

Ultraskaņas viļņu forma

Ultraskaņas viļņi no svārstību avota izplatās visos virzienos. Blakus katrai barotnes daļiņai tajā pašā fāzē svārstās arī citas daļiņas. Tiek izsaukts punktu komplekts ar vienādu svārstību fāzi viļņu virsma.

Tiek saukts attālums, kurā vilnis izplatās laikā, kas vienāds ar barotnes daļiņu svārstību periodu viļņa garums.

kur T - svārstību periods; / ir svārstību frekvence.

Vilnis priekšā sauc par punktu kopumu, līdz kuram svārstības sasniedz noteiktu laika punktu. Katrā laika posmā viļņu fronte ir tikai viena, un tā visu laiku pārvietojas, un viļņu virsmas paliek nekustīgas.

Atkarībā no viļņu virsmas formas izšķir plakni, cilindriskos un sfēriskos viļņus. Vienkāršākā gadījumā viļņu virsmas ir plakanas, un viļņi tiek saukti plakans un viņu satraukuma avots ir plakne. Cilindriskas sauc par viļņiem, kuros viļņu virsmas ir koncentriski cilindri. Šādu viļņu ierosmes avoti parādās taisnas līnijas vai cilindra formā. Sfēriska viļņus ģenerē punktveida vai sfēriski avoti, kuru rādiuss ir daudz mazāks par viļņa garumu. Ja rādiuss pārsniedz viļņa garumu, tad to var uzskatīt par plakanu.

Gar asi asu plaknes viļņa vienādojums Xja ierosmes avots veic harmoniskas svārstības ar leņķa frekvenci ω un amplitūdu Л 0, ir šāda forma

Sākotnējo viļņa fāzi nosaka, izvēloties koordinātu sākumu x un laiks t.

Analizējot viena viļņa pāreju, atskaites punktu parasti izvēlas tā, lai un \u003d 0. Tad vienādojumu (3.2.) Var uzrakstīt kā

Pēdējais vienādojums apraksta pārvietošanās vilni, kas izplatās vērtību pieauguma (+) vai samazināšanas (-) virzienā. Tas ir viens no viļņu vienādojuma (3.1) risinājumiem plaknes viļņam.

Atkarībā no barotnes daļiņu svārstību virziena attiecībā pret viļņu izplatīšanās virzienu izšķir vairākus ultraskaņas viļņu veidus (3.1. Att.).

Ja barotnes daļiņas svārstās pa līniju, kas sakrīt ar viļņu izplatīšanās virzienu, tad šādus viļņus sauc gareniskā (3.1. un). Kad vidēju daļiņu pārvietojums notiek perpendikulāri viļņu izplatīšanās virzienam, viļņi tiek saukti šķērsvirzienā (3.1. b)

Att. 3.1. Vidēja lieluma daļiņu vibrāciju pārvietojumu shēma dažāda veida viļņiem: un - gareniski; b - šķērsvirzienā; iekšā - liekšanās

Šķidrumos un gāzēs var izplatīties tikai garenvirziena viļņi, jo elastīgās deformācijas tajos rodas saspiešanas laikā un nerodas bīdes laikā. Gan garenvirziena, gan šķērsvirziena viļņi var izplatīties cietās daļās, jo cietām vielām ir elastīga forma, t.i. mēdz saglabāt savu formu, kad tiek pakļauti mehāniskiem spēkiem. Tajās rodas elastīgas deformācijas un spriegumi ne tikai saspiešanas laikā, bet arī bīdes laikā.

Nelielās cietās daļās, piemēram, stieņos, plāksnēs, viļņu izplatīšanās modelis ir sarežģītāks. Šādos ķermeņos parādās viļņi, kas ir divu galveno tipu apvienojums: vērpes, lieces, virsma.

Cietā viļņa tips ir atkarīgs no vibrācijas ierosināšanas rakstura, cietās vielas formas, tā lieluma attiecībā pret viļņa garumu, un noteiktos apstākļos vairāki viļņu veidi var pastāvēt vienlaicīgi. Liekuma viļņa shematisks attēlojums parādīts 4. attēlā. 3.1., C. Kā redzat, barotnes daļiņu pārvietojums notiek gan perpendikulāri viļņu izplatīšanās virzienam, gan gar to. Tādējādi lieces vilnim ir kopīgas gan garenvirziena, gan šķērsvirziena iezīmes.