Satuan pengukuran USG. Apa itu USG dan bagaimana penggunaannya dalam industri?

USG

USG- getaran elastis dengan frekuensi melebihi batas pendengaran manusia. Biasanya rentang ultrasonik dianggap frekuensi di atas 18.000 hertz.

Meskipun keberadaan USG telah dikenal sejak lama, namun kegunaan praktisnya masih terbilang muda. Saat ini USG banyak digunakan dalam berbagai metode fisik dan teknologi. Jadi, kecepatan rambat bunyi dalam suatu medium digunakan untuk menilai karakteristik fisiknya. Pengukuran kecepatan pada frekuensi ultrasonik memungkinkan untuk menentukan, misalnya, karakteristik adiabatik dari proses cepat, kapasitas panas spesifik gas, dan konstanta elastis padatan dengan kesalahan yang sangat kecil.

Sumber USG

Frekuensi getaran ultrasonik yang digunakan dalam industri dan biologi terletak pada kisaran beberapa MHz. Getaran seperti itu biasanya dibuat menggunakan transduser piezoceramic yang terbuat dari barium titanit. Dalam kasus di mana kekuatan getaran ultrasonik sangat penting, sumber ultrasonik mekanis biasanya digunakan. Awalnya, semua gelombang ultrasonik diterima secara mekanis (garpu tala, peluit, sirene).

Di alam, USG ditemukan baik sebagai komponen dari banyak kebisingan alam (dalam kebisingan angin, air terjun, hujan, dalam kebisingan kerikil yang digulung oleh ombak laut, dalam suara yang menyertai pelepasan badai petir, dll.), dan di antara suara-suara tersebut. dari dunia binatang. Beberapa hewan menggunakan gelombang ultrasonik untuk mendeteksi rintangan dan bernavigasi di luar angkasa.

Pemancar ultrasonik dapat dibagi menjadi dua kelompok besar. Yang pertama mencakup generator penghasil emisi; osilasi di dalamnya tereksitasi karena adanya hambatan di jalur aliran konstan - aliran gas atau cairan. Kelompok penghasil emisi kedua adalah transduser elektroakustik; mereka mengubah fluktuasi tegangan atau arus listrik menjadi getaran mekanis benda padat, yang memancarkan gelombang akustik ke lingkungan.

peluit Galton

Peluit ultrasonik pertama dibuat pada tahun 1883 oleh orang Inggris Galton. Ultrasonografi di sini tercipta mirip dengan suara bernada tinggi di ujung pisau ketika aliran udara menerpanya. Peran ujung seperti itu dalam peluit Galton dimainkan oleh "bibir" dalam rongga resonansi silinder kecil. Gas yang dipaksakan di bawah tekanan tinggi melalui silinder berongga mengenai “bibir” ini; osilasi muncul, yang frekuensinya (sekitar 170 kHz) ditentukan oleh ukuran nosel dan bibir. Kekuatan peluit Galton rendah. Hal ini terutama digunakan untuk memberi perintah saat melatih anjing dan kucing.

Peluit Ultrasonik Cair

Kebanyakan peluit ultrasonik dapat diadaptasi untuk beroperasi di lingkungan cair. Dibandingkan dengan sumber listrik USG, peluit ultrasonik cair memiliki daya yang rendah, namun terkadang, misalnya, untuk homogenisasi ultrasonik, peluit tersebut memiliki keunggulan yang signifikan. Karena gelombang ultrasonik timbul langsung dalam medium cair, maka tidak ada energi yang hilang dari gelombang ultrasonik ketika berpindah dari satu medium ke medium lainnya. Mungkin desain yang paling sukses adalah peluit ultrasonik cair yang dibuat oleh ilmuwan Inggris Cottel dan Goodman pada awal tahun 50-an abad ke-20. Di dalamnya, aliran cairan bertekanan tinggi keluar dari nosel elips dan diarahkan ke pelat baja. Berbagai modifikasi desain ini sudah cukup meluas hingga diperoleh media yang homogen. Karena kesederhanaan dan stabilitas desainnya (hanya pelat osilasi yang dihancurkan), sistem seperti ini tahan lama dan murah.

Sirene

Jenis lain dari sumber USG mekanik adalah sirene. Ia memiliki kekuatan yang relatif tinggi dan digunakan pada kendaraan polisi dan pemadam kebakaran. Semua sirene putar terdiri dari ruang yang bagian atasnya ditutup dengan piringan (stator) yang di dalamnya dibuat banyak lubang. Ada jumlah lubang yang sama pada disk yang berputar di dalam ruangan - rotor. Saat rotor berputar, posisi lubang di dalamnya secara berkala bertepatan dengan posisi lubang pada stator. Udara terkompresi terus-menerus disuplai ke dalam ruang, yang keluar dari ruang tersebut pada saat-saat singkat ketika lubang pada rotor dan stator bertepatan.

Tugas utama dalam pembuatan sirene adalah, pertama, membuat lubang sebanyak-banyaknya pada rotor, dan kedua, mencapai kecepatan putaran yang tinggi. Namun pada praktiknya sangat sulit untuk memenuhi kedua persyaratan tersebut.

USG di alam

Aplikasi USG

Aplikasi diagnostik USG dalam kedokteran (USG)

Karena perambatan USG yang baik pada jaringan lunak manusia, relatif tidak berbahaya dibandingkan dengan sinar-X dan kemudahan penggunaan dibandingkan dengan pencitraan resonansi magnetik, USG banyak digunakan untuk memvisualisasikan kondisi organ dalam manusia, terutama pada rongga perut dan panggul. .

Aplikasi terapeutik USG dalam pengobatan

Selain penggunaannya yang luas untuk tujuan diagnostik (lihat USG), USG juga digunakan dalam pengobatan sebagai agen terapeutik.

USG memiliki efek sebagai berikut:

anti-inflamasi, penyerap
analgesik, antispasmodik
peningkatan kavitasi permeabilitas kulit

Fonoforesis adalah metode gabungan di mana jaringan dipaparkan dengan ultrasound dan zat obat yang diberikan dengannya (baik obat-obatan maupun yang berasal dari alam). Konduksi zat di bawah pengaruh USG disebabkan oleh peningkatan permeabilitas epidermis dan kelenjar kulit, membran sel dan dinding pembuluh terhadap zat dengan berat molekul kecil, terutama ion mineral bischofite. Kenyamanan ultraphonophoresis obat-obatan dan bahan alami:

zat terapeutik tidak hancur bila diberikan melalui USG
sinergi antara USG dan zat obat

Indikasi fonoforesis bischofite: osteoartritis, osteochondrosis, arthritis, bursitis, epicondylitis, taji tumit, kondisi setelah cedera pada sistem muskuloskeletal; Neuritis, neuropati, radikulitis, neuralgia, cedera saraf.

Gel bischofite dioleskan dan pijat mikro pada area perawatan dilakukan menggunakan permukaan kerja emitor. Tekniknya labil, biasa untuk ultraphonophoresis (dengan UVF sendi dan tulang belakang, intensitas di daerah serviks adalah 0,2-0,4 W/cm2, di daerah toraks dan pinggang - 0,4-0,6 W/cm2).

Memotong logam menggunakan USG

Pada mesin pemotong logam konvensional, tidak mungkin mengebor lubang sempit dengan bentuk yang rumit, misalnya berbentuk bintang berujung lima, pada bagian logam. Dengan bantuan USG hal ini dimungkinkan; vibrator magnetostriktif dapat mengebor lubang dalam bentuk apa pun. Pahat ultrasonik sepenuhnya menggantikan mesin penggilingan. Selain itu, pahat semacam itu jauh lebih sederhana daripada mesin penggilingan dan pemrosesan bagian logam dengannya lebih murah dan lebih cepat dibandingkan dengan mesin penggilingan.

USG bahkan dapat digunakan untuk membuat potongan sekrup pada bagian logam, kaca, ruby, dan berlian. Biasanya, benang pertama-tama dibuat dari logam lunak, dan kemudian bagian tersebut dikeraskan. Pada mesin ultrasonik, benang dapat dibuat dari logam yang sudah mengeras dan dari paduan yang paling keras. Sama halnya dengan perangko. Biasanya stempel tersebut mengeras setelah dikerjakan dengan hati-hati. Pada mesin ultrasonik, pemrosesan paling rumit dilakukan dengan bahan abrasif (ampelas, bubuk korundum) di bidang gelombang ultrasonik. Berosilasi terus menerus di bidang ultrasonik, partikel bubuk padat dipotong menjadi paduan yang sedang diproses dan membuat lubang dengan bentuk yang sama seperti pahat.

Persiapan campuran menggunakan USG

USG banyak digunakan untuk membuat campuran homogen (homogenisasi). Pada tahun 1927, ilmuwan Amerika Leamus dan Wood menemukan bahwa jika dua cairan yang tidak dapat bercampur (misalnya, minyak dan air) dituangkan ke dalam satu gelas kimia dan diiradiasi dengan ultrasound, maka akan terbentuk emulsi di dalam gelas kimia tersebut, yaitu suspensi halus minyak di dalamnya. air. Emulsi semacam itu memainkan peran penting dalam industri: pernis, cat, produk farmasi, kosmetik.

Penerapan USG dalam biologi

Kemampuan USG untuk memecahkan membran sel telah diterapkan dalam penelitian biologi, misalnya, ketika diperlukan untuk memisahkan sel dari enzim. USG juga digunakan untuk mengganggu struktur intraseluler seperti mitokondria dan kloroplas untuk mempelajari hubungan antara struktur dan fungsinya. Kegunaan lain USG dalam biologi berkaitan dengan kemampuannya untuk menginduksi mutasi. Penelitian yang dilakukan di Oxford menunjukkan bahwa USG dengan intensitas rendah sekalipun dapat merusak molekul DNA. Penciptaan mutasi yang ditargetkan secara artifisial memainkan peran penting dalam pemuliaan tanaman. Keuntungan utama USG dibandingkan mutagen lainnya (sinar-X, sinar ultraviolet) adalah sangat mudah untuk digunakan.

Penggunaan USG untuk pembersihan

Penggunaan ultrasonik untuk pembersihan mekanis didasarkan pada terjadinya berbagai efek nonlinier pada cairan di bawah pengaruhnya. Ini termasuk kavitasi, aliran akustik, dan tekanan suara. Kavitasi memainkan peran utama. Gelembungnya, yang timbul dan pecah di dekat kontaminan, menghancurkannya. Efek ini dikenal sebagai erosi kavitasi. Ultrasonografi yang digunakan untuk tujuan ini memiliki frekuensi rendah dan daya yang meningkat.

Dalam kondisi laboratorium dan produksi, rendaman ultrasonik yang diisi dengan pelarut (air, alkohol, dll.) digunakan untuk mencuci bagian-bagian kecil dan piring. Kadang-kadang, dengan bantuan mereka, bahkan tanaman umbi-umbian (kentang, wortel, bit, dll.) dicuci dari partikel tanah.

Penerapan USG dalam pengukuran aliran

Sejak tahun 60an abad terakhir, pengukur aliran ultrasonik telah digunakan di industri untuk mengontrol aliran dan memperhitungkan air dan cairan pendingin.

Penerapan USG dalam deteksi cacat

Ultrasonografi menyebar dengan baik di beberapa bahan, yang memungkinkannya digunakan untuk deteksi cacat ultrasonik pada produk yang terbuat dari bahan tersebut. Akhir-akhir ini arah mikroskop ultrasonik telah berkembang sehingga memungkinkan untuk mempelajari lapisan bawah permukaan suatu material dengan resolusi yang baik.

Pengelasan ultrasonik

Pengelasan ultrasonik adalah pengelasan tekanan yang dilakukan di bawah pengaruh getaran ultrasonik. Pengelasan jenis ini digunakan untuk menyambung bagian-bagian yang sulit dipanaskan, atau saat menyambung logam yang berbeda atau logam dengan lapisan oksida kuat (aluminium, baja tahan karat, inti magnet yang terbuat dari permalloy, dll.). Pengelasan ultrasonik digunakan dalam produksi sirkuit terpadu.

Penerapan USG dalam pelapisan listrik

Ultrasonografi digunakan untuk mengintensifkan proses galvanik dan meningkatkan kualitas lapisan yang dihasilkan dengan metode elektrokimia.

USG- getaran suara elastis frekuensi tinggi. Telinga manusia merasakan gelombang elastis yang merambat dalam medium dengan frekuensi kira-kira 16-20 kHz; Getaran frekuensi yang lebih tinggi adalah USG (di luar batas terdengar). Biasanya, rentang ultrasonik dianggap rentang frekuensi dari 20.000 hingga satu miliar Hz. Getaran bunyi yang frekuensinya lebih tinggi disebut hipersonik. Pada zat cair dan padat, getaran suara bisa mencapai 1000 GHz

Meskipun para ilmuwan telah mengetahui keberadaan USG sejak lama, penggunaan praktisnya dalam sains, teknologi, dan industri baru saja dimulai. Kini USG banyak digunakan di berbagai bidang fisika, teknologi, kimia dan kedokteran.

Sumber USG

Frekuensi gelombang ultrasonik frekuensi ultra tinggi yang digunakan dalam industri dan biologi terletak pada kisaran beberapa MHz. Pemfokusan sinar seperti itu biasanya dilakukan dengan menggunakan lensa dan cermin sonik khusus. Sinar ultrasonik dengan parameter yang diperlukan dapat diperoleh dengan menggunakan transduser yang sesuai. Transduser keramik yang paling umum adalah barium titanit. Dalam kasus di mana kekuatan sinar ultrasonik sangat penting, sumber ultrasonik mekanis biasanya digunakan. Awalnya, semua gelombang ultrasonik diterima secara mekanis (garpu tala, peluit, sirene).

Di alam, USG ditemukan baik sebagai komponen dari banyak kebisingan alam (dalam kebisingan angin, air terjun, hujan, dalam kebisingan kerikil yang digulung oleh ombak laut, dalam suara yang menyertai pelepasan badai petir, dll.), dan di antara suara-suara tersebut. suara dunia binatang. Beberapa hewan menggunakan gelombang ultrasonik untuk mendeteksi rintangan dan bernavigasi di luar angkasa.

Propagasi USG.

Propagasi gelombang ultrasonik merupakan proses pergerakan ruang dan waktu dari gangguan yang terjadi pada suatu gelombang bunyi.

Gelombang suara merambat dalam suatu zat dalam wujud gas, cair atau padat dengan arah yang sama dengan perpindahan partikel-partikel zat tersebut, yaitu menyebabkan deformasi medium. Deformasi terdiri dari fakta bahwa terjadi pelepasan berurutan dan kompresi volume medium tertentu, dan jarak antara dua area yang berdekatan sesuai dengan panjang gelombang ultrasonik. Semakin besar resistivitas akustik suatu medium, semakin besar pula derajat kompresi dan penghalusan medium pada amplitudo getaran tertentu.

Partikel-partikel medium yang terlibat dalam transfer energi gelombang berosilasi di sekitar posisi kesetimbangannya. Kecepatan osilasi partikel di sekitar posisi kesetimbangan rata-rata disebut osilasi

kecepatan.

Difraksi, interferensi

Ketika gelombang ultrasonik merambat, fenomena difraksi, interferensi, dan refleksi mungkin terjadi.

Difraksi (gelombang yang membelok di sekitar rintangan) terjadi ketika panjang gelombang ultrasonik sebanding (atau lebih besar) dengan ukuran rintangan di jalurnya. Jika hambatannya besar dibandingkan dengan panjang gelombang akustik, maka tidak terjadi fenomena difraksi.

Ketika beberapa gelombang ultrasonik bergerak secara bersamaan dalam jaringan pada titik tertentu dalam medium, superposisi gelombang tersebut dapat terjadi. Superposisi gelombang satu sama lain ini umumnya disebut interferensi. Jika gelombang ultrasonik berpotongan dalam proses melewati suatu benda biologis, maka pada titik tertentu dalam lingkungan biologis diamati peningkatan atau penurunan getaran. Hasil interferensi akan bergantung pada hubungan spasial fase getaran ultrasonik pada titik tertentu di medium. Jika gelombang ultrasonik mencapai suatu area medium tertentu dalam fase yang sama (dalam fase), maka perpindahan partikel mempunyai tanda yang sama dan interferensi pada kondisi tersebut membantu meningkatkan amplitudo getaran ultrasonik. Jika gelombang ultrasonik sampai pada suatu daerah tertentu secara antifase, maka perpindahan partikel akan disertai dengan tanda-tanda yang berbeda-beda, sehingga menyebabkan penurunan amplitudo getaran ultrasonik.

Interferensi memainkan peran penting dalam menilai fenomena yang terjadi pada jaringan di sekitar pemancar ultrasonik. Interferensi sangat penting ketika gelombang ultrasonik merambat ke arah yang berlawanan setelah dipantulkan dari suatu penghalang.

Penyerapan gelombang ultrasonik

Jika medium tempat rambat gelombang ultrasonik mempunyai kekentalan dan daya hantar panas atau terdapat proses gesekan internal lainnya di dalamnya, maka serapan bunyi terjadi seiring dengan rambat gelombang, yaitu ketika menjauhi sumber maka amplitudo getaran ultrasonik menjadi lebih kecil, serta energi yang mereka bawa. Media di mana USG merambat berinteraksi dengan energi yang melewatinya dan menyerap sebagian darinya. Bagian utama dari energi yang diserap diubah menjadi panas, bagian yang lebih kecil menyebabkan perubahan struktural yang tidak dapat diubah pada zat yang mentransmisikannya. Penyerapan merupakan hasil gesekan partikel satu sama lain; berbeda-beda pada media yang berbeda. Penyerapan juga tergantung pada frekuensi getaran ultrasonik. Secara teoritis, penyerapan sebanding dengan kuadrat frekuensi.

Besarnya serapan dapat dicirikan oleh koefisien serapan, yang menunjukkan bagaimana intensitas USG berubah pada media yang disinari. Ini meningkat seiring dengan meningkatnya frekuensi. Intensitas getaran ultrasonik dalam medium menurun secara eksponensial. Proses ini disebabkan oleh gesekan internal, konduktivitas termal dari media penyerap dan strukturnya. Hal ini secara kasar dicirikan oleh ukuran lapisan semi-penyerap, yang menunjukkan pada kedalaman berapa intensitas getaran berkurang setengahnya (lebih tepatnya, sebesar 2,718 kali atau sebesar 63%). Menurut Pahlman, pada frekuensi 0,8 MHz, nilai rata-rata lapisan semi-penyerap untuk beberapa jaringan adalah sebagai berikut: jaringan adiposa - 6,8 cm; berotot - 3,6 cm; jaringan lemak dan otot bersama-sama - 4,9 cm Dengan meningkatnya frekuensi USG, ukuran lapisan semi-penyerap berkurang. Jadi, pada frekuensi 2,4 MHz, intensitas USG yang melewati jaringan lemak dan otot berkurang setengahnya pada kedalaman 1,5 cm.

Selain itu, penyerapan energi getaran ultrasonik yang tidak normal pada rentang frekuensi tertentu dimungkinkan - hal ini bergantung pada karakteristik struktur molekul jaringan tertentu. Diketahui bahwa 2/3 energi ultrasonik dilemahkan pada tingkat molekuler dan 1/3 pada tingkat struktur jaringan mikroskopis.

Kedalaman penetrasi gelombang ultrasonik

Kedalaman penetrasi USG mengacu pada kedalaman di mana intensitasnya berkurang setengahnya. Nilai ini berbanding terbalik dengan serapan: semakin kuat medium menyerap USG, semakin pendek jarak di mana intensitas USG dilemahkan hingga setengahnya.

Hamburan gelombang ultrasonik

Jika terdapat ketidakhomogenan dalam medium, maka akan terjadi hamburan suara, yang secara signifikan dapat mengubah pola perambatan sederhana USG dan, pada akhirnya, juga menyebabkan gelombang melemah ke arah perambatan aslinya.

Pembiasan gelombang ultrasonik

Karena ketahanan akustik jaringan lunak manusia tidak jauh berbeda dengan ketahanan air, maka dapat diasumsikan bahwa pembiasan gelombang ultrasonik akan diamati pada antarmuka antar media (epidermis - dermis - fasia - otot).

Refleksi gelombang ultrasonik

Diagnostik USG didasarkan pada fenomena refleksi. Refleksi terjadi pada daerah perbatasan kulit dan lemak, lemak dan otot, otot dan tulang. Jika USG ketika merambat menemui hambatan, maka terjadi refleksi; jika hambatannya kecil, maka USG seolah-olah mengalir di sekitarnya. Heterogenitas benda tidak menyebabkan penyimpangan yang berarti, karena dibandingkan dengan panjang gelombang (2 mm) ukurannya (0,1-0,2 mm) dapat diabaikan. Jika USG dalam jalurnya bertemu dengan organ yang dimensinya lebih besar dari panjang gelombang, maka terjadi pembiasan dan pemantulan USG. Refleksi terkuat diamati pada batas tulang - jaringan di sekitarnya dan jaringan - udara. Udara memiliki kepadatan rendah dan pantulan ultrasonografi hampir sempurna diamati. Refleksi gelombang ultrasonik diamati pada batas otot - periosteum - tulang, pada permukaan organ berongga.

Gelombang ultrasonik bergerak dan berdiri

Jika, ketika gelombang ultrasonik merambat dalam suatu medium, gelombang tersebut tidak dipantulkan, maka akan terbentuk gelombang berjalan. Akibat hilangnya energi, gerakan osilasi partikel-partikel medium secara bertahap melemah, dan semakin jauh partikel-partikel tersebut berada dari permukaan radiasi, semakin kecil amplitudo osilasinya. Jika, pada jalur perambatan gelombang ultrasonik, terdapat jaringan dengan resistensi akustik spesifik yang berbeda, maka, pada tingkat tertentu, gelombang ultrasonik dipantulkan dari antarmuka batas. Superposisi gelombang ultrasonik datang dan gelombang pantulan dapat menghasilkan gelombang berdiri. Agar gelombang berdiri dapat terjadi, jarak dari permukaan emitor ke permukaan pantul harus merupakan kelipatan setengah panjang gelombang.

USG

USG- getaran elastis dengan frekuensi melebihi batas pendengaran manusia. Biasanya rentang ultrasonik dianggap frekuensi di atas 18.000 hertz.

Sumber USG

peluit Galton

Peluit Ultrasonik Cair

Sirene

USG di alam

Aplikasi USG

Aplikasi diagnostik USG dalam kedokteran (USG)

Aplikasi terapeutik USG dalam pengobatan

Selain penggunaannya yang luas untuk tujuan diagnostik (lihat USG), USG juga digunakan dalam pengobatan sebagai agen terapeutik.

USG memiliki efek sebagai berikut:

anti-inflamasi, penyerap
analgesik, antispasmodik
peningkatan kavitasi permeabilitas kulit

zat terapeutik tidak hancur bila diberikan melalui USG
sinergi antara USG dan zat obat

Indikasi fonoforesis bischofite: osteoarthrosis, osteochondrosis, arthritis, bursitis, epicondylitis, taji tumit, kondisi setelah cedera pada sistem muskuloskeletal; Neuritis, neuropati, radikulitis, neuralgia, cedera saraf.

Memotong logam menggunakan USG

Persiapan campuran menggunakan USG

Penerapan USG dalam biologi

Penggunaan USG untuk pembersihan

Penerapan USG dalam pengukuran aliran

Sejak tahun 60an abad terakhir, pengukur aliran ultrasonik telah digunakan di industri untuk mengontrol aliran dan memperhitungkan air dan cairan pendingin.

Penerapan USG dalam deteksi cacat

Pengelasan ultrasonik

Pengelasan ultrasonik adalah pengelasan tekanan yang dilakukan di bawah pengaruh getaran ultrasonik. Jenis pengelasan ini digunakan untuk menyambung bagian-bagian yang sulit dipanaskan, atau saat menyambung logam yang berbeda atau logam dengan lapisan oksida kuat (aluminium, baja tahan karat, inti magnet permalloy, dll.). Ini digunakan dalam produksi sirkuit terpadu.

Ensiklopedia Rusia tentang perlindungan tenaga kerja

Gelombang elastis dengan frekuensi kira-kira. dari (1,5 2) 104Hz (15 20 kHz) hingga 109 Hz (1 GHz); rentang frekuensi kamu dari 109 hingga 1012 1013 Hz biasa disebut. hipersuara. Rentang frekuensi U. dengan mudah dibagi menjadi tiga rentang: U. frekuensi rendah (1,5 104 105 Hz), U. ... ... Ensiklopedia fisik

USG, gelombang elastis yang tidak terdengar oleh telinga manusia, yang frekuensinya melebihi 20 kHz. Ultrasonografi terkandung dalam kebisingan angin dan laut, dipancarkan dan dirasakan oleh sejumlah hewan (kelelawar, lumba-lumba, ikan, serangga, dll), hadir dalam kebisingan... ... Ensiklopedia modern

Gelombang elastis, tidak terdengar oleh telinga manusia, frekuensinya melebihi 20 kHz. Ultrasonografi terkandung dalam kebisingan angin dan laut, dipancarkan dan dirasakan oleh sejumlah hewan (kelelawar, ikan, serangga, dll), dan terdapat dalam kebisingan mobil. Digunakan dalam... ... Kamus Ensiklopedis Besar

Gelombang elastis dengan frekuensi osilasi dari 20 kHz hingga 1 GHz. Bidang penerapan ultrasound yang paling penting adalah sonar, komunikasi bawah air, navigasi, pelacak senjata, eksplorasi laut dalam, dll. EdwART. Kamus Penjelasan Angkatan Laut, 2010 ... Kamus Kelautan

USG- getaran dan gelombang elastis dengan frekuensi di atas jangkauan pendengaran manusia...

Abad ke-21 adalah abad elektronik radio, atom, eksplorasi ruang angkasa, dan USG. Ilmu USG masih relatif muda saat ini. Pada akhir abad ke-19, P.N. Lebedev, seorang ilmuwan-fisiologi Rusia, melakukan penelitian pertamanya. Setelah itu, banyak ilmuwan terkemuka mulai mempelajari USG.

Apa itu USG?

Ultrasonografi adalah gerakan osilasi seperti gelombang yang merambat yang dilakukan oleh partikel-partikel suatu medium. Ia memiliki ciri khas tersendiri yang membedakannya dengan suara dalam jangkauan pendengaran. Relatif mudah untuk mendapatkan radiasi terarah dalam rentang ultrasonik. Selain itu, fokusnya baik, dan sebagai hasilnya, intensitas getaran yang dilakukan meningkat. Ketika merambat dalam benda padat, cair dan gas, USG menimbulkan fenomena menarik yang telah diterapkan secara praktis di banyak bidang teknologi dan sains. Inilah yang dimaksud dengan USG yang peranannya sangat besar dalam berbagai bidang kehidupan saat ini.

Peran USG dalam sains dan praktik

USG telah memainkan peran yang semakin penting dalam penelitian ilmiah dalam beberapa tahun terakhir. Penelitian eksperimental dan teoritis di bidang aliran akustik dan kavitasi ultrasonik berhasil dilakukan, yang memungkinkan para ilmuwan mengembangkan proses teknologi yang terjadi ketika USG terkena dalam fase cair. Ini adalah metode yang ampuh untuk mempelajari berbagai fenomena di bidang pengetahuan seperti fisika. Ultrasonografi digunakan, misalnya, dalam fisika semikonduktor dan keadaan padat. Saat ini, cabang kimia terpisah sedang dibentuk, yang disebut “kimia ultrasonik”. Penggunaannya memungkinkan untuk mempercepat banyak proses kimia dan teknologi. Akustik molekuler juga muncul - cabang akustik baru yang mempelajari interaksi molekul dengan materi. Area baru penerapan ultrasound telah muncul: holografi, introskopi, akustikelektronik, pengukuran fase ultrasonik, akustik kuantum.

Selain pekerjaan eksperimental dan teoritis di bidang ini, banyak pekerjaan praktis telah dilakukan saat ini. Mesin ultrasonik khusus dan universal, instalasi yang beroperasi di bawah tekanan statis yang meningkat, dll. telah dikembangkan. Instalasi otomatis ultrasonik yang termasuk dalam jalur produksi telah diperkenalkan ke dalam produksi, yang secara signifikan dapat meningkatkan produktivitas tenaga kerja.

Lebih lanjut tentang USG

Mari ceritakan lebih banyak tentang apa itu USG. Kami telah mengatakan bahwa ini adalah gelombang elastis dan frekuensi ultrasonik lebih dari 15-20 kHz. Sifat subyektif pendengaran kita menentukan batas bawah frekuensi ultrasonik, yang memisahkannya dari frekuensi suara yang terdengar. Oleh karena itu, batasan ini bersifat arbitrer, dan masing-masing dari kita mendefinisikan apa itu USG secara berbeda. Batas atas ditunjukkan oleh gelombang elastis dan sifat fisiknya. Mereka hanya merambat dalam media material, yaitu panjang gelombangnya harus jauh lebih besar daripada jalur bebas molekul yang ada dalam gas atau jarak antar atom dalam padatan dan cairan. Pada tekanan normal dalam gas, batas atas frekuensi ultrasonik adalah 10 9 Hz, dan dalam padatan dan cairan - 10 12 -10 13 Hz.

Sumber USG

Ultrasonografi terdapat di alam baik sebagai komponen dari banyak suara alam (air terjun, angin, hujan, kerikil yang digulung oleh ombak, serta suara yang menyertai pelepasan badai petir, dll.), dan sebagai bagian integral dari dunia hewan. Beberapa spesies hewan menggunakannya untuk bernavigasi di luar angkasa dan mendeteksi rintangan. Diketahui juga bahwa lumba-lumba di alam menggunakan gelombang ultrasonik (terutama frekuensi 80 hingga 100 kHz). Dalam hal ini, kekuatan sinyal lokasi yang dipancarkannya bisa sangat tinggi. Diketahui bahwa lumba-lumba mampu mendeteksi gerombolan ikan yang terletak hingga satu kilometer jauhnya dari mereka.

Pemancar (sumber) ultrasonik dibagi menjadi 2 kelompok besar. Yang pertama adalah generator di mana osilasi tereksitasi karena adanya hambatan yang ditempatkan di jalur aliran konstan - semburan cairan atau gas. Kelompok kedua yang dapat digabungkan dengan sumber ultrasonik adalah transduser elektroakustik, yang mengubah fluktuasi arus atau tegangan listrik tertentu menjadi getaran mekanis yang dilakukan oleh benda padat, memancarkan gelombang akustik ke lingkungan.

Penerima USG

Rata-rata, penerima ultrasonik paling sering merupakan transduser elektroakustik tipe piezoelektrik. Mereka dapat mereproduksi bentuk sinyal akustik yang diterima, direpresentasikan sebagai ketergantungan tekanan suara terhadap waktu. Perangkat dapat berupa broadband atau resonansi, tergantung pada kondisi aplikasi yang dimaksudkan. Penerima termal digunakan untuk mendapatkan karakteristik medan suara rata-rata waktu. Mereka adalah termistor atau termokopel yang dilapisi dengan bahan penyerap suara. Tekanan dan intensitas suara juga dapat dinilai dengan metode optik, seperti difraksi cahaya dengan USG.

Di mana USG digunakan?

Ada banyak bidang penerapannya, menggunakan berbagai fitur USG. Area-area ini secara kasar dapat dibagi menjadi tiga area. Yang pertama terkait dengan perolehan berbagai informasi melalui gelombang ultrasonik. Arah kedua adalah pengaruh aktifnya terhadap substansi. Dan yang ketiga terkait dengan transmisi dan pemrosesan sinyal. Ultrasonografi khusus digunakan dalam setiap kasus tertentu. Kami hanya akan memberi tahu Anda tentang beberapa dari banyak bidang di mana ia telah menemukan penerapannya.

Pembersihan ultrasonik

Kualitas pembersihan tersebut tidak dapat dibandingkan dengan metode lain. Saat membilas komponen, misalnya, hingga 80% kontaminan tertahan di permukaannya, sekitar 55% dengan pembersihan getaran, sekitar 20% dengan pembersihan manual, dan dengan pembersihan ultrasonik tidak lebih dari 0,5% kontaminan yang tersisa. Bagian yang bentuknya rumit hanya bisa dibersihkan secara menyeluruh menggunakan USG. Keuntungan penting dari penggunaannya adalah produktivitas yang tinggi, serta biaya tenaga kerja fisik yang rendah. Selain itu, pelarut organik yang mahal dan mudah terbakar dapat diganti dengan larutan encer yang murah dan aman, menggunakan freon cair, dll.

Masalah serius adalah polusi udara dengan jelaga, asap, debu, oksida logam, dll. Anda dapat menggunakan metode ultrasonik untuk membersihkan udara dan gas di saluran keluar gas, terlepas dari kelembapan dan suhu. Jika pemancar ultrasonik ditempatkan di ruang sedimentasi debu, efektivitasnya akan meningkat ratusan kali lipat. Apa inti dari pemurnian tersebut? Partikel debu yang bergerak secara acak di udara saling bertabrakan lebih keras dan lebih sering di bawah pengaruh getaran ultrasonik. Pada saat yang sama, ukurannya bertambah karena fakta bahwa mereka bergabung. Koagulasi adalah proses pembesaran partikel. Filter khusus menangkap akumulasi yang banyak dan membesar.

Pemrosesan mekanis bahan rapuh dan sangat keras

Jika Anda memasukkan alat di antara benda kerja dan permukaan kerja menggunakan ultrasound, maka partikel abrasif akan mulai bekerja pada permukaan bagian ini selama pengoperasian emitor. Dalam hal ini, material tersebut dihancurkan dan dihilangkan, diproses di bawah pengaruh banyak dampak mikro yang diarahkan. Kinematika pemrosesan terdiri dari gerakan utama - pemotongan, yaitu getaran memanjang yang dilakukan oleh alat, dan gerakan bantu - gerakan pengumpanan, yang dilakukan oleh alat.

USG dapat melakukan berbagai pekerjaan. Untuk butiran abrasif, sumber energinya adalah getaran longitudinal. Mereka menghancurkan bahan yang diproses. Gerakan umpan (bantu) dapat berbentuk lingkaran, melintang dan memanjang. Pemrosesan USG memiliki akurasi yang lebih besar. Tergantung pada ukuran butiran bahan abrasif, ukurannya berkisar antara 50 hingga 1 mikron. Dengan menggunakan perkakas dengan berbagai bentuk, Anda tidak hanya dapat membuat lubang, tetapi juga potongan rumit, sumbu melengkung, mengukir, menggiling, membuat cetakan, dan bahkan mengebor berlian. Bahan yang digunakan sebagai bahan abrasif adalah korundum, intan, pasir kuarsa, batu api.

Ultrasonografi dalam elektronik radio

Ultrasonografi dalam teknologi sering digunakan dalam bidang elektronik radio. Di area ini sering kali terdapat kebutuhan untuk menunda sinyal listrik dibandingkan dengan sinyal lainnya. Para ilmuwan telah menemukan solusi sukses dengan mengusulkan penggunaan garis penundaan ultrasonik (disingkat LZ). Tindakan mereka didasarkan pada fakta bahwa impuls listrik diubah menjadi impuls ultrasonik. Faktanya adalah bahwa kecepatan USG jauh lebih kecil daripada yang dikembangkan. Pulsa tegangan, setelah diubah kembali menjadi getaran mekanis listrik, akan tertunda pada keluaran saluran relatif terhadap pulsa masukan.

Transduser piezoelektrik dan magnetostriktif digunakan untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran mekanis dan sebaliknya. Oleh karena itu, LZ dibagi menjadi piezoelektrik dan magnetostriktif.

USG dalam pengobatan

Berbagai jenis USG digunakan untuk mempengaruhi organisme hidup. Penggunaannya kini sangat populer dalam praktik medis. Hal ini didasarkan pada efek yang terjadi pada jaringan biologis ketika USG melewatinya. Gelombang menyebabkan getaran partikel medium, yang menciptakan semacam pijat mikro jaringan. Dan penyerapan USG menyebabkan pemanasan lokalnya. Pada saat yang sama, transformasi fisikokimia tertentu terjadi pada media biologis. Fenomena ini tidak menyebabkan kerusakan permanen pada intensitas suara sedang. Mereka hanya meningkatkan metabolisme, dan karenanya berkontribusi pada fungsi organisme yang terkena dampaknya. Fenomena seperti ini digunakan dalam terapi USG.

USG dalam pembedahan

Kavitasi dan pemanasan yang kuat dengan intensitas tinggi menyebabkan kerusakan jaringan. Efek ini digunakan saat ini dalam pembedahan. Ultrasonografi terfokus digunakan untuk operasi bedah, yang memungkinkan terjadinya kerusakan lokal pada struktur terdalam (misalnya otak), tanpa merusak struktur di sekitarnya. Pembedahan juga menggunakan instrumen ultrasonik, yang ujung kerjanya terlihat seperti kikir, pisau bedah, atau jarum. Getaran yang ditimbulkannya memberikan kualitas baru pada perangkat ini. Kekuatan yang dibutuhkan berkurang secara signifikan, sehingga trauma operasi berkurang. Selain itu, efek analgesik dan hemostatik diwujudkan. Paparan alat tumpul menggunakan USG digunakan untuk menghancurkan jenis tumor tertentu yang muncul di tubuh.

Dampaknya terhadap jaringan biologis dilakukan untuk menghancurkan mikroorganisme dan digunakan dalam proses sterilisasi obat-obatan dan peralatan medis.

Pemeriksaan organ dalam

Pada dasarnya kita berbicara tentang pemeriksaan rongga perut. Peralatan khusus digunakan untuk tujuan ini. USG dapat digunakan untuk menemukan dan mengenali berbagai kelainan jaringan dan struktur anatomi. Tugasnya sering kali sebagai berikut: ada kecurigaan adanya formasi ganas dan perlu dibedakan dari formasi jinak atau menular.

USG berguna untuk memeriksa hati dan memecahkan masalah lain, termasuk mendeteksi penyumbatan dan penyakit pada saluran empedu, serta memeriksa kandung empedu untuk mendeteksi keberadaan batu dan patologi lainnya. Selain itu, studi tentang sirosis dan penyakit hati jinak lainnya yang menyebar dapat digunakan.

Di bidang ginekologi, terutama dalam analisis ovarium dan rahim, penggunaan USG telah lama menjadi arah utama yang berhasil dilakukan. Seringkali hal ini juga memerlukan pembedaan antara formasi jinak dan ganas, yang biasanya memerlukan kontras dan resolusi spasial terbaik. Kesimpulan serupa dapat berguna dalam mempelajari banyak organ dalam lainnya.

Penerapan USG dalam kedokteran gigi

USG juga telah menemukan penerapannya dalam kedokteran gigi, yang digunakan untuk menghilangkan karang gigi. Ini memungkinkan Anda menghilangkan plak dan batu dengan cepat, tanpa darah dan tanpa rasa sakit. Dalam hal ini, mukosa mulut tidak terluka, dan “kantong” rongga didesinfeksi. Alih-alih nyeri, pasien malah merasakan kehangatan.

Jika suatu benda berosilasi dalam medium elastis lebih cepat daripada waktu yang dimiliki medium untuk mengalir di sekitarnya, maka pergerakannya akan menekan atau memperhalus medium tersebut. Lapisan tekanan tinggi dan rendah tersebar dari benda yang berosilasi ke segala arah dan membentuk gelombang suara. Jika getaran benda yang menimbulkan gelombang itu saling mengikuti paling sedikit 16 kali per detik, tidak lebih dari 18 ribu kali per detik, maka telinga manusia dapat mendengarnya.

Frekuensi antara 16 dan 18.000 Hz yang dapat ditangkap oleh alat bantu dengar manusia biasanya disebut frekuensi bunyi, misalnya derit nyamuk »10 kHz. Namun udara, kedalaman laut, dan perut bumi dipenuhi dengan suara yang berada di bawah dan di atas kisaran ini - infra dan ultrasonografi. Di alam, USG ditemukan sebagai komponen dari banyak suara alam: suara angin, air terjun, hujan, kerikil laut yang digulung ombak, dan pelepasan petir. Banyak mamalia, seperti kucing dan anjing, memiliki kemampuan untuk merasakan USG dengan frekuensi hingga 100 kHz, dan kemampuan lokasi kelelawar, serangga nokturnal, dan hewan laut sudah diketahui semua orang. Keberadaan suara yang tidak terdengar ditemukan seiring dengan berkembangnya akustik pada akhir abad ke-19. Pada saat yang sama, studi pertama tentang USG dimulai, tetapi dasar penggunaannya baru diletakkan pada sepertiga pertama abad ke-20.

Batas bawah jangkauan ultrasonik disebut getaran elastis dengan frekuensi 18 kHz. Batas atas USG ditentukan oleh sifat gelombang elastis, yang hanya dapat merambat jika panjang gelombangnya jauh lebih besar daripada jalur bebas molekul (dalam gas) atau jarak antar atom (dalam cairan dan gas). Dalam gas batas atasnya adalah »106 kHz, dalam cairan dan padatan »1010 kHz. Biasanya, frekuensi hingga 106 kHz disebut ultrasonik. Frekuensi yang lebih tinggi biasa disebut hipersonik.

Gelombang ultrasonik pada dasarnya tidak berbeda dengan gelombang dalam jangkauan suara dan mematuhi hukum fisika yang sama. Tetapi USG memiliki ciri-ciri khusus yang menentukan penggunaannya secara luas dalam ilmu pengetahuan dan teknologi. Inilah yang utama:

Panjang gelombang pendek. Untuk rentang ultrasonik terendah, panjang gelombangnya tidak melebihi beberapa sentimeter di sebagian besar media. Panjang gelombang yang pendek menentukan sifat sinar dari rambat gelombang ultrasonik. Di dekat emitor, USG merambat dalam bentuk berkas yang ukurannya serupa dengan ukuran emitor. Ketika mengenai ketidakhomogenan dalam medium, berkas ultrasonik berperilaku seperti berkas cahaya, mengalami pemantulan, pembiasan, dan hamburan, yang memungkinkan pembentukan gambar suara dalam media buram optik menggunakan efek optik murni (pemfokusan, difraksi, dll.)
Periode osilasi yang singkat, yang memungkinkan untuk memancarkan ultrasound dalam bentuk pulsa dan melakukan pemilihan waktu yang tepat untuk sinyal rambat dalam medium.
Kemungkinan memperoleh nilai energi getaran yang tinggi pada amplitudo rendah, karena energi getaran sebanding dengan kuadrat frekuensi. Hal ini memungkinkan terciptanya pancaran dan medan ultrasonik dengan tingkat energi yang tinggi, tanpa memerlukan peralatan berukuran besar.
Arus akustik yang signifikan berkembang di bidang ultrasonik. Oleh karena itu, dampak USG terhadap lingkungan menimbulkan efek tertentu: fisik, kimia, biologi dan medis. Seperti kavitasi, efek kapiler sonik, dispersi, emulsifikasi, degassing, desinfeksi, pemanasan lokal dan masih banyak lagi lainnya.
USG tidak terdengar dan tidak menimbulkan ketidaknyamanan bagi personel operasi.

Sejarah USG. Siapa yang menemukan USG?

Perhatian terhadap akustik disebabkan oleh kebutuhan angkatan laut negara-negara maju - Inggris dan Perancis, karena akustik adalah satu-satunya jenis sinyal yang dapat merambat jauh di dalam air. Pada tahun 1826 Ilmuwan Perancis Colladon menentukan cepat rambat bunyi di dalam air. Eksperimen Colladon dianggap sebagai kelahiran hidroakustik modern. Lonceng bawah air di Danau Jenewa dibunyikan bersamaan dengan penyalaan bubuk mesiu. Kilatan mesiu diamati oleh Colladon pada jarak 10 mil. Ia juga mendengar suara bel menggunakan tabung pendengaran bawah air. Dengan mengukur interval waktu antara dua peristiwa ini, Colladon menghitung kecepatan suara menjadi 1435 m/detik. Selisihnya dengan perhitungan modern hanya 3 m/detik.

Pada tahun 1838, di Amerika, suara pertama kali digunakan untuk menentukan profil dasar laut untuk keperluan pemasangan kabel telegraf. Sumber bunyi, seperti dalam eksperimen Colladon, adalah bel yang berbunyi di bawah air, dan penerimanya adalah pipa pendengaran besar yang diturunkan ke sisi kapal. Hasil percobaannya mengecewakan. Bunyi bel (serta ledakan selongsong mesiu di dalam air) memberikan gema yang terlalu lemah, hampir tidak terdengar di antara bunyi-bunyi laut lainnya. Penting untuk pergi ke wilayah frekuensi yang lebih tinggi, memungkinkan terciptanya pancaran suara yang terarah.

Generator ultrasonik pertama dibuat pada tahun 1883 oleh orang Inggris Fransiskus Galton. USG tercipta seperti peluit di ujung pisau ketika ditiup. Peran ujung seperti itu dalam peluit Galton dimainkan oleh sebuah silinder dengan ujung yang tajam. Udara atau gas lain yang keluar di bawah tekanan melalui nosel berbentuk cincin dengan diameter yang sama dengan tepi silinder mengalir ke tepi, dan terjadi osilasi frekuensi tinggi. Dengan meniup peluit dengan hidrogen, osilasi hingga 170 kHz dapat diperoleh.

Pada tahun 1880 Pierre dan Jacques Curie membuat penemuan yang menentukan teknologi USG. Curie bersaudara memperhatikan bahwa ketika tekanan diterapkan pada kristal kuarsa, muatan listrik dihasilkan yang berbanding lurus dengan gaya yang diterapkan pada kristal. Fenomena ini disebut “piezoelektrik” dari kata Yunani yang berarti “menekan”. Mereka juga menunjukkan efek piezoelektrik terbalik, yang terjadi ketika potensial listrik yang berubah dengan cepat diterapkan pada kristal, menyebabkan kristal bergetar. Mulai sekarang, secara teknis dimungkinkan untuk memproduksi pemancar dan penerima ultrasonik berukuran kecil.

Kematian Titanic akibat tabrakan dengan gunung es dan kebutuhan untuk memerangi senjata baru - kapal selam - memerlukan perkembangan pesat hidroakustik ultrasonik. Pada tahun 1914, fisikawan Perancis Paul Langevin bersama dengan ilmuwan emigran Rusia berbakat Konstantin Vasilyevich Shilovsky, untuk pertama kalinya, mereka mengembangkan sonar yang terdiri dari pemancar ultrasonik dan hidrofon - penerima getaran ultrasonik, berdasarkan efek piezoelektrik. Sonar Langevin - Shilovsky, adalah perangkat ultrasonik pertama, digunakan dalam praktik. Pada saat yang sama, ilmuwan Rusia S.Ya. Sokolov mengembangkan dasar-dasar deteksi cacat ultrasonik di industri. Pada tahun 1937, psikiater Jerman Karl Dussick, bersama saudaranya Friedrich, seorang fisikawan, pertama kali menggunakan USG untuk mendeteksi tumor otak, namun hasil yang diperoleh ternyata tidak dapat diandalkan. Dalam praktik medis, USG pertama kali mulai digunakan hanya pada tahun 50-an abad ke-20 di Amerika Serikat.

Menerima USG.

Pemancar ultrasonik dapat dibagi menjadi dua kelompok besar:

1) Osilasi ditimbulkan oleh hambatan pada jalur aliran gas atau cairan, atau oleh gangguan aliran gas atau cairan. Mereka digunakan sampai batas tertentu, terutama untuk mendapatkan USG yang kuat di lingkungan gas.

2) Osilasi dibangkitkan dengan transformasi arus atau tegangan menjadi osilasi mekanis. Sebagian besar perangkat ultrasonik menggunakan penghasil emisi dari kelompok ini: transduser piezoelektrik dan magnetostriktif.

Selain transduser berdasarkan efek piezoelektrik, transduser magnetostriktif digunakan untuk menghasilkan sinar ultrasonik yang kuat. Magnetostriksi adalah perubahan ukuran benda ketika keadaan magnetnya berubah. Inti dari bahan magnetostriktif yang ditempatkan pada belitan konduktif berubah panjangnya sesuai dengan bentuk sinyal arus yang melewati belitan. Fenomena yang ditemukan pada tahun 1842 oleh James Joule ini merupakan ciri khas feromagnet dan ferit. Bahan magnetostriktif yang paling umum digunakan adalah paduan berbahan dasar nikel, kobalt, besi dan aluminium. Intensitas radiasi ultrasonik tertinggi dapat dicapai dengan paduan permendur (49% Co, 2% V, sisanya Fe), yang digunakan dalam pemancar ultrasonik yang kuat. Khususnya, yang diproduksi oleh perusahaan kami.

Penerapan USG.

Beragam penerapan USG dapat dibagi menjadi tiga bidang:

memperoleh informasi tentang suatu zat
berpengaruh pada zat tersebut
pemrosesan dan transmisi sinyal

Ketergantungan kecepatan rambat dan redaman gelombang akustik pada sifat-sifat materi dan proses yang terjadi di dalamnya digunakan dalam penelitian berikut:

studi tentang proses molekuler dalam gas, cairan dan polimer
mempelajari struktur kristal dan padatan lainnya
kontrol reaksi kimia, transisi fase, polimerisasi, dll.
penentuan konsentrasi larutan
penentuan karakteristik kekuatan dan komposisi bahan
penentuan keberadaan pengotor
penentuan laju aliran cairan dan gas

Informasi tentang struktur molekul suatu zat diperoleh dengan mengukur kecepatan dan koefisien serapan bunyi di dalamnya. Hal ini memungkinkan Anda mengukur konsentrasi larutan dan suspensi dalam pulp dan cairan, memantau kemajuan ekstraksi, polimerisasi, penuaan, dan kinetika reaksi kimia. Keakuratan penentuan komposisi zat dan keberadaan pengotor menggunakan USG sangat tinggi dan jumlahnya hanya sepersekian persen.

Mengukur kecepatan suara dalam benda padat memungkinkan untuk menentukan karakteristik elastis dan kekuatan bahan struktural. Metode tidak langsung untuk menentukan kekuatan ini nyaman karena kesederhanaannya dan kemungkinan digunakan dalam kondisi nyata.

Alat analisa gas ultrasonik memantau akumulasi kotoran berbahaya. Ketergantungan kecepatan ultrasonik pada suhu digunakan untuk termometri gas dan cairan non-kontak.

Pengukur aliran ultrasonik yang beroperasi berdasarkan efek Doppler didasarkan pada pengukuran kecepatan suara dalam cairan dan gas yang bergerak, termasuk cairan dan gas yang tidak homogen (emulsi, suspensi, pulp). Peralatan serupa digunakan untuk menentukan kecepatan dan laju aliran darah dalam studi klinis.

Sekelompok besar metode pengukuran didasarkan pada pemantulan dan hamburan gelombang ultrasonik pada batas antar media. Metode ini memungkinkan Anda menentukan secara akurat lokasi benda asing di lingkungan dan digunakan di berbagai bidang seperti:

sonar
pengujian non-destruktif dan deteksi cacat
diagnosa medis
menentukan kadar cairan dan padatan dalam wadah tertutup
menentukan ukuran produk
visualisasi bidang suara - penglihatan suara dan holografi akustik

Refleksi, refraksi dan kemampuan untuk memfokuskan USG digunakan dalam deteksi cacat ultrasonik, dalam mikroskop akustik ultrasonik, dalam diagnostik medis, dan untuk mempelajari ketidakhomogenan makro suatu zat. Adanya ketidakhomogenan dan koordinatnya ditentukan oleh sinyal yang dipantulkan atau oleh struktur bayangan.

Metode pengukuran berdasarkan ketergantungan parameter sistem osilasi resonansi pada sifat media pembebanannya (impedansi) digunakan untuk pengukuran viskositas dan kepadatan cairan secara terus menerus, dan untuk mengukur ketebalan bagian yang hanya dapat diakses. dari satu sisi. Prinsip yang sama mendasari penguji kekerasan ultrasonik, pengukur level, dan sakelar level. Keuntungan metode pengujian ultrasonik: waktu pengukuran yang singkat, kemampuan untuk mengendalikan lingkungan yang mudah meledak, agresif dan beracun, tidak adanya dampak instrumen pada lingkungan dan proses yang dikendalikan.

Pengaruh USG pada suatu zat.

Pengaruh USG pada suatu zat, yang menyebabkan perubahan permanen di dalamnya, banyak digunakan dalam industri. Pada saat yang sama, mekanisme kerja USG berbeda untuk lingkungan yang berbeda. Dalam gas, faktor operasi utama adalah arus akustik, yang mempercepat proses perpindahan panas dan massa. Selain itu, efisiensi pencampuran ultrasonik secara signifikan lebih tinggi daripada pencampuran hidrodinamik konvensional, karena lapisan batas memiliki ketebalan yang lebih kecil dan, sebagai akibatnya, gradien suhu atau konsentrasi yang lebih besar. Efek ini digunakan dalam proses seperti:

pengeringan ultrasonik
pembakaran di medan ultrasonik
koagulasi aerosol

Dalam pemrosesan cairan ultrasonik, faktor operasi utama adalah kavitasi . Proses teknologi berikut didasarkan pada efek kavitasi:

pembersihan ultrasonik
metalisasi dan penyolderan
efek kapiler suara - penetrasi cairan ke dalam pori-pori dan retakan terkecil. Ini digunakan untuk impregnasi bahan berpori dan terjadi selama pemrosesan ultrasonik padatan dalam cairan.
kristalisasi
intensifikasi proses elektrokimia
memperoleh aerosol
penghancuran mikroorganisme dan sterilisasi instrumen ultrasonik

Arus akustik- salah satu mekanisme utama pengaruh USG pada suatu zat. Hal ini disebabkan oleh penyerapan energi ultrasonik pada zat dan lapisan batas. Aliran akustik berbeda dari aliran hidrodinamik dalam ketebalan lapisan batas yang kecil dan kemungkinan penipisannya dengan meningkatnya frekuensi osilasi. Hal ini menyebabkan penurunan ketebalan lapisan batas suhu atau konsentrasi dan peningkatan gradien suhu atau konsentrasi yang menentukan laju perpindahan panas atau massa. Hal ini membantu mempercepat proses pembakaran, pengeringan, pencampuran, distilasi, difusi, ekstraksi, impregnasi, penyerapan, kristalisasi, pelarutan, degassing cairan dan lelehan. Pada aliran berenergi tinggi, pengaruh gelombang akustik dilakukan akibat energi aliran itu sendiri, dengan mengubah turbulensinya. Dalam hal ini, energi akustik hanya sebagian kecil dari persen energi aliran.

Ketika gelombang suara berintensitas tinggi melewati cairan, disebut kavitasi akustik . Dalam gelombang suara yang intens, selama setengah periode penghalusan, muncul gelembung kavitasi, yang runtuh tajam ketika berpindah ke area bertekanan tinggi. Pada daerah kavitasi timbul gangguan hidrodinamika yang kuat berupa gelombang kejut mikro dan aliran mikro. Selain itu, pecahnya gelembung disertai dengan pemanasan lokal yang kuat pada zat dan pelepasan gas. Paparan seperti itu bahkan menyebabkan kehancuran zat tahan lama seperti baja dan kuarsa. Efek ini digunakan untuk membubarkan padatan, menghasilkan emulsi halus dari cairan yang tidak dapat bercampur, merangsang dan mempercepat reaksi kimia, menghancurkan mikroorganisme, dan mengekstrak enzim dari sel hewan dan tumbuhan. Kavitasi juga menentukan efek seperti pancaran lemah cairan di bawah pengaruh ultrasound - sonoluminesensi , dan penetrasi cairan yang sangat dalam ke dalam kapiler - efek sonokapiler .

Dispersi kavitasi kristal kalsium karbonat (skala) adalah dasar dari perangkat anti kerak akustik. Di bawah pengaruh ultrasound, partikel-partikel dalam air terbelah, ukuran rata-ratanya berkurang dari 10 menjadi 1 mikron, jumlah dan luas permukaan total partikel meningkat. Hal ini menyebabkan perpindahan proses pembentukan kerak dari permukaan pertukaran panas langsung ke dalam cairan. Ultrasonografi juga mempengaruhi lapisan kerak yang terbentuk, membentuk retakan mikro di dalamnya yang berkontribusi terhadap pecahnya serpihan kerak dari permukaan pertukaran panas.

Dalam instalasi pembersihan ultrasonik, dengan bantuan kavitasi dan aliran mikro yang dihasilkannya, kontaminan yang terikat keras pada permukaan, seperti kerak, kerak, gerinda, dan kontaminan lunak, seperti lapisan berminyak, kotoran, dll., dihilangkan. Efek yang sama digunakan untuk mengintensifkan proses elektrolitik.

Di bawah pengaruh USG, efek aneh seperti koagulasi akustik terjadi, yaitu. konvergensi dan pembesaran partikel tersuspensi dalam cairan dan gas. Mekanisme fisik dari fenomena ini belum sepenuhnya jelas. Koagulasi akustik digunakan untuk pengendapan debu industri, asap dan kabut pada frekuensi rendah untuk USG, hingga 20 kHz. Ada kemungkinan bahwa efek menguntungkan dari membunyikan lonceng gereja didasarkan pada efek ini.

Pemrosesan mekanis padatan menggunakan ultrasound didasarkan pada efek berikut:

pengurangan gesekan antar permukaan selama getaran ultrasonik salah satunya
penurunan kekuatan luluh atau deformasi plastis di bawah pengaruh ultrasound
penguatan dan pengurangan tegangan sisa pada logam di bawah pengaruh alat dengan frekuensi ultrasonik
Efek gabungan dari kompresi statis dan getaran ultrasonik digunakan dalam pengelasan ultrasonik

Ada empat jenis pemesinan yang menggunakan ultrasound:

pemrosesan dimensi bagian-bagian yang terbuat dari bahan keras dan rapuh
memotong bahan yang sulit dipotong dengan aplikasi ultrasonik pada alat pemotong
deburring dalam rendaman ultrasonik
penggilingan bahan kental dengan pembersihan ultrasonik pada roda gerinda

Pengaruh USG pada objek biologis menyebabkan berbagai efek dan reaksi pada jaringan tubuh, yang banyak digunakan dalam terapi USG dan pembedahan. Ultrasonografi adalah katalis yang mempercepat pembentukan keseimbangan, dari sudut pandang fisiologis, keadaan tubuh, yaitu. keadaan sehat. USG memiliki dampak yang jauh lebih besar pada jaringan yang sakit dibandingkan pada jaringan yang sehat. Penyemprotan ultrasonik obat untuk inhalasi juga digunakan. Pembedahan USG didasarkan pada efek berikut: penghancuran jaringan dengan USG terfokus itu sendiri dan penerapan getaran ultrasonik pada instrumen bedah pemotongan.

Perangkat ultrasonik digunakan untuk konversi dan pemrosesan analog sinyal elektronik dan untuk mengendalikan sinyal cahaya dalam optik dan optoelektronik. USG kecepatan rendah digunakan pada jalur tunda. Pengendalian sinyal optik didasarkan pada difraksi cahaya dengan USG. Salah satu jenis difraksi tersebut, yang disebut difraksi Bragg, bergantung pada panjang gelombang ultrasonik, yang memungkinkan untuk mengisolasi interval frekuensi sempit dari spektrum radiasi cahaya yang luas, yaitu. menyaring cahaya.

USG merupakan hal yang sangat menarik dan dapat diasumsikan bahwa banyak penerapan praktisnya yang masih belum diketahui umat manusia. Kami menyukai dan mengetahui USG dan dengan senang hati akan mendiskusikan ide apa pun terkait penerapannya.

Di mana USG digunakan - tabel ringkasan

Perusahaan kami, Koltso-Energo LLC, bergerak dalam produksi dan pemasangan perangkat akustik anti-skala "Acoustic-T". Perangkat yang diproduksi oleh perusahaan kami dibedakan oleh tingkat sinyal ultrasonik yang sangat tinggi, yang memungkinkannya bekerja pada boiler tanpa pengolahan air dan boiler air uap dengan air artesis. Namun mencegah kerak hanyalah sebagian kecil dari manfaat USG. Alat alami yang menakjubkan ini memiliki kemungkinan yang sangat besar dan kami ingin memberi tahu Anda tentangnya. Karyawan perusahaan kami telah bekerja selama bertahun-tahun di perusahaan Rusia terkemuka yang bergerak di bidang akustik. Kami tahu banyak tentang USG. Dan jika tiba-tiba muncul kebutuhan untuk menggunakan USG dalam teknologi Anda,

Beras. 2. Aliran akustik yang terjadi ketika gelombang ultrasonik merambat pada frekuensi 5 MHz dalam benzena.

Di antara fenomena nonlinier penting yang muncul selama perambatan ultrasonografi intens adalah akustik - pertumbuhan gelembung di bidang ultrasonik dari inti gas atau uap submikroskopis yang ada hingga ukuran pecahan mm, yang mulai berdenyut pada frekuensi ultrasonografi dan runtuh dalam fase positif. Ketika gelembung gas runtuh, tekanan lokal yang besar hingga ribuan atmosfer muncul, dan gelombang kejut berbentuk bola terbentuk. Aliran mikro akustik terbentuk di dekat gelembung yang berdenyut. Fenomena di bidang kavitasi menyebabkan sejumlah fenomena yang berguna (produksi, pembersihan bagian yang terkontaminasi, dll.) dan berbahaya (erosi pemancar Ultrasound). Frekuensi ultrasonik di mana ultrasonik digunakan untuk tujuan teknologi terletak di wilayah ULF. Intensitas yang sesuai dengan ambang kavitasi bergantung pada jenis cairan, frekuensi suara, suhu, dan faktor lainnya. Dalam air pada frekuensi 20 kHz sekitar 0,3 W/cm2. Pada frekuensi frekuensi ultrasonik dalam medan ultrasonik dengan intensitas beberapa W/cm2, dapat terjadi semburan cairan ( beras. 3) dan menyemprotnya dengan kabut yang sangat halus.

Beras. 3. Air mancur cairan terbentuk ketika sinar ultrasonik jatuh dari dalam cairan ke permukaannya (frekuensi ultrasonik 1,5 MHz, intensitas 15 W/cm2).

GenerasiUSG. Untuk menghasilkan USG, berbagai perangkat digunakan, yang dapat dibagi menjadi 2 kelompok utama - mekanik, di mana USG adalah aliran gas mekanis atau, dan elektromekanis, di mana energi ultrasonik dihasilkan secara elektrik. Pemancar ultrasonik mekanis - udara dan cairan - dibedakan berdasarkan desainnya yang relatif sederhana dan tidak memerlukan energi listrik frekuensi tinggi yang mahal, efisiensinya 10-20%. Kerugian utama dari semua pemancar ultrasonik mekanis adalah rentang frekuensi yang dipancarkan dan ketidakstabilan frekuensi yang relatif luas, yang tidak memungkinkannya digunakan untuk tujuan kontrol dan pengukuran; Mereka digunakan terutama dalam ultrasonik industri dan sebagian sebagai alat.

Beras. 4. Emisi (penerimaan) gelombang longitudinal L oleh pelat yang ketebalannya berosilasi menjadi benda padat: 1 - pelat irisan kuarsa X dengan ketebalan l/2, di mana l adalah panjang gelombang dalam kuarsa; 2 - elektroda logam; 3 - cairan (minyak transformator) untuk membuat kontak akustik; 4 - generator osilasi listrik; 5 - benda padat.

Penerimaan dan deteksi USG. Karena efek piezoelektrik yang dapat dibalik, ia juga banyak digunakan untuk menerima USG. Studi tentang bidang ultrasonik juga dapat dilakukan dengan menggunakan metode optik: USG, yang merambat di media apa pun, menyebabkan perubahan indeks bias optiknya, karena yang dapat divisualisasikan jika mediumnya transparan terhadap cahaya. Bidang optik terkait (acousto-optik) telah mengalami perkembangan pesat sejak munculnya laser gas gelombang kontinu; Penelitian tentang cahaya pada USG dan berbagai aplikasinya telah berkembang.

Aplikasi USG. Penerapan USG sangat beragam. USG berfungsi sebagai metode yang ampuh untuk mempelajari berbagai fenomena di banyak bidang fisika. Misalnya, metode ultrasonik digunakan dalam fisika dan fisika benda padat; Bidang fisika yang benar-benar baru telah muncul - akustik-elektronik, berdasarkan pencapaian berbagai perangkat untuk memproses informasi sinyal sedang dikembangkan. USG memainkan peran besar dalam belajar. Seiring dengan metode akustik molekuler untuk gas, dalam bidang studi padatan, c dan serapan a digunakan untuk menentukan modulus dan karakteristik disipatif suatu zat. Ilmu kuantum telah dikembangkan, mempelajari interaksi kuanta gangguan elastis - - dengan, dll, dan gangguan dasar pada benda padat. USG banyak digunakan dalam teknologi, dan metode ultrasonik semakin merambah ke dalam teknologi.

Penerapan Ultrasonografi dalam teknologi. Menurut data dari c dan a, dalam banyak masalah teknis dilakukan selama proses tertentu (pemantauan campuran gas, komposisi berbagai gas, dll.). Menggunakan Ultrasonografi pada antarmuka media yang berbeda, perangkat ultrasonik dirancang untuk mengukur dimensi produk (misalnya, pengukur ketebalan ultrasonik), untuk menentukan ketinggian cairan dalam wadah besar yang tidak dapat diakses untuk pengukuran langsung. Ultrasonografi dengan intensitas yang relatif rendah (hingga ~0,1 W/cm2) banyak digunakan untuk pengujian non-destruktif produk yang terbuat dari bahan padat (rel, coran besar, produk canai berkualitas tinggi, dll.) (lihat). Suatu arah berkembang pesat, yang disebut emisi akustik, yang terdiri dari fakta bahwa ketika gaya mekanis diterapkan pada sampel (struktur) benda padat, ia “berderak” (mirip dengan bagaimana batang timah “berderak” ketika ditekuk) . Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa terjadi pergerakan dalam sampel, yang dalam kondisi tertentu (belum sepenuhnya diklarifikasi) menjadi (serta sekumpulan dislokasi dan retakan submikroskopis) pulsa akustik dengan spektrum yang mengandung frekuensi Ultrasonografi Menggunakan emisi akustik, itu adalah memungkinkan untuk mendeteksi dan mengembangkan retakan, serta menentukan lokasinya di bagian-bagian penting dari berbagai struktur. Dengan bantuan USG, hal ini dilakukan: dengan mengubah ultrasonik menjadi listrik, dan yang terakhir menjadi cahaya, dengan bantuan USG menjadi mungkin untuk melihat objek tertentu di lingkungan yang buram terhadap cahaya. Mikroskop ultrasonik telah dibuat pada frekuensi ultrasonik - perangkat yang mirip dengan mikroskop konvensional, kelebihannya dibandingkan mikroskop optik adalah untuk penelitian biologi tidak diperlukan pewarnaan awal pada objek ( beras. 5). Perkembangan telah membawa kemajuan tertentu di bidang USG.

Beras. 5B. Sel darah merah diperoleh dengan mikroskop USG.

Ultrasonografi mewakili gelombang longitudinal yang memiliki frekuensi osilasi lebih dari 20 kHz. Ini lebih tinggi dari frekuensi getaran yang dirasakan alat bantu dengar manusia. Seseorang dapat merasakan frekuensi dalam kisaran 16-20 KHz, disebut suara. Gelombang ultrasonik tampak seperti rangkaian kondensasi dan penghalusan suatu zat atau medium. Karena sifatnya, mereka banyak digunakan di banyak bidang.

Apa ini

Rentang ultrasonik mencakup frekuensi mulai dari 20 ribu hingga beberapa miliar hertz. Ini adalah getaran frekuensi tinggi yang berada di luar jangkauan pendengaran telinga manusia. Namun, beberapa spesies hewan cukup rentan terhadap gelombang ultrasonik. Ini adalah lumba-lumba, paus, tikus dan mamalia lainnya.

Dilihat dari sifat fisiknya, gelombang ultrasonik bersifat elastis sehingga tidak berbeda dengan gelombang bunyi. Akibatnya, perbedaan antara suara dan getaran ultrasonik sangat sewenang-wenang, karena bergantung pada persepsi subjektif pendengaran seseorang dan sama dengan tingkat atas suara yang dapat didengar.

Tetapi kehadiran frekuensi yang lebih tinggi, dan karena itu panjang gelombang yang pendek, memberikan ciri-ciri tertentu pada getaran ultrasonik:

Frekuensi ultrasonik memiliki kecepatan pergerakan yang berbeda melalui zat yang berbeda, sehingga dimungkinkan untuk menentukan dengan akurasi tinggi sifat-sifat proses yang sedang berlangsung, kapasitas termal spesifik gas, serta karakteristik benda padat.
Gelombang dengan intensitas yang signifikan mempunyai efek tertentu yang tunduk pada akustik nonlinier.
Ketika gelombang ultrasonik bergerak dengan kekuatan yang signifikan dalam media cair, terjadi fenomena kavitasi akustik. Fenomena ini sangat penting, karena akibatnya tercipta bidang gelembung yang terbentuk dari partikel submikroskopis gas atau uap dalam media berair atau lainnya. Mereka berdenyut dengan frekuensi tertentu dan membanting dengan tekanan lokal yang sangat besar. Hal ini menciptakan gelombang kejut berbentuk bola, yang menyebabkan munculnya aliran akustik mikroskopis. Dengan menggunakan fenomena ini, para ilmuwan telah belajar untuk membersihkan bagian-bagian yang terkontaminasi, serta membuat torpedo yang bergerak di dalam air lebih cepat dari kecepatan suara.
USG dapat difokuskan dan dikonsentrasikan, memungkinkan terciptanya pola suara. Properti ini telah berhasil digunakan dalam holografi dan penglihatan suara.
Gelombang ultrasonik mungkin bertindak sebagai kisi difraksi.

Properti

Gelombang ultrasonik memiliki sifat yang mirip dengan gelombang suara, tetapi gelombang ultrasonik juga memiliki ciri-ciri khusus:

Panjang gelombang pendek. Bahkan untuk batas rendah, panjangnya kurang dari beberapa sentimeter. Panjang yang begitu kecil menyebabkan sifat radial dari pergerakan getaran ultrasonik. Tepat di sebelah emitor, gelombang merambat dalam bentuk berkas, yang mendekati parameter emitor. Namun, ketika berada dalam lingkungan yang tidak homogen, berkas tersebut bergerak seperti seberkas cahaya. Bisa juga dipantulkan, dihamburkan, dibiaskan.
Periode osilasinya yang singkat sehingga memungkinkan untuk menggunakan getaran ultrasonik dalam bentuk pulsa.
USG tidak dapat didengar dan tidak menimbulkan efek iritasi.
Ketika terkena getaran ultrasonik pada media tertentu, efek tertentu dapat dicapai. Misalnya, Anda dapat membuat pemanasan lokal, degassing, mendisinfeksi lingkungan, kavitasi, dan banyak efek lainnya.

Prinsip operasi

Berbagai perangkat digunakan untuk menciptakan getaran ultrasonik:

Mekanis, dimana sumbernya adalah energi suatu zat cair atau gas.
Elektromekanis, dimana energi ultrasonik tercipta dari energi listrik.

Peluit dan sirene yang digerakkan oleh udara atau cairan dapat bertindak sebagai pemancar mekanis. Mereka nyaman dan sederhana, tetapi mereka juga memiliki kekurangan. Jadi efisiensinya berkisar 10-20 persen. Mereka menciptakan spektrum frekuensi yang luas dengan amplitudo dan frekuensi yang tidak stabil. Hal ini mengarah pada fakta bahwa perangkat tersebut tidak dapat digunakan dalam kondisi yang memerlukan akurasi. Paling sering mereka digunakan sebagai alat pemberi sinyal.

Perangkat elektromekanis menggunakan prinsip efek piezoelektrik. Keunikannya adalah ketika muatan listrik terbentuk pada permukaan kristal, ia berkontraksi dan meregang. Akibatnya, osilasi tercipta dengan frekuensi tergantung pada periode perubahan potensial pada permukaan kristal.

Selain transduser yang didasarkan pada efek piezoelektrik, transduser magnetostriktif juga dapat digunakan. Mereka digunakan untuk membuat sinar ultrasonik yang kuat. Inti yang terbuat dari bahan magnetostriktif, ditempatkan pada belitan konduktif, berubah panjangnya sendiri sesuai dengan bentuk sinyal listrik yang masuk ke belitan.

Aplikasi

USG banyak digunakan di berbagai bidang.

Paling sering digunakan di bidang berikut:

Memperoleh data tentang suatu zat tertentu.
Pemrosesan dan transmisi sinyal.
Dampak terhadap substansi.

Jadi, dengan bantuan gelombang ultrasonik mereka mempelajari:

Proses molekuler dalam berbagai struktur.
Penentuan konsentrasi zat dalam larutan.
Penentuan komposisi, karakteristik kekuatan bahan, dan sebagainya.

Dalam pemrosesan ultrasonik, metode kavitasi sering digunakan:

Metalisasi.
Pembersihan ultrasonik.
Degassing cairan.
Penyebaran.
Menerima aerosol.
Sterilisasi ultrasonik.
Penghancuran mikroorganisme.
Intensifikasi proses elektrokimia.

Operasi teknologi berikut dilakukan di industri di bawah pengaruh gelombang ultrasonik:

Pembekuan.
Pembakaran di lingkungan ultrasonik.
Pengeringan.
Pengelasan.

Dalam pengobatan, gelombang ultrasonik digunakan dalam terapi dan diagnostik. Diagnostik melibatkan metode lokasi menggunakan radiasi berdenyut. Ini termasuk kardiografi ultrasonografi, ekoensefalografi dan sejumlah metode lainnya. Dalam terapi, gelombang ultrasonik digunakan sebagai metode yang didasarkan pada efek termal dan mekanis pada jaringan. Misalnya, pisau bedah ultrasonik sering digunakan selama operasi.

Getaran ultrasonik juga melakukan:

Pijat mikro pada struktur jaringan menggunakan getaran.
Stimulasi regenerasi sel, serta pertukaran antar sel.
Peningkatan permeabilitas membran jaringan.

USG dapat bekerja pada jaringan melalui penghambatan, stimulasi atau penghancuran. Semua ini tergantung pada dosis getaran ultrasonik yang diterapkan dan kekuatannya. Namun, tidak semua area tubuh manusia diperbolehkan menggunakan gelombang tersebut. Jadi, dengan hati-hati, mereka bekerja pada otot jantung dan sejumlah organ endokrin. Otak, tulang leher, skrotum dan sejumlah organ lainnya tidak terpengaruh sama sekali.

Getaran ultrasonik digunakan dalam kasus di mana tidak mungkin menggunakan sinar-X di:

Traumatologi menggunakan metode ekografi yang dengan mudah mendeteksi pendarahan internal.
Dalam kebidanan, gelombang digunakan untuk menilai perkembangan janin, serta parameternya.
Kardiologi mereka memungkinkan Anda untuk memeriksa sistem kardiovaskular.

USG di masa depan

Saat ini USG banyak digunakan di berbagai bidang, namun kedepannya akan lebih banyak lagi penerapannya. Saat ini kami berencana untuk membuat perangkat yang fantastis untuk saat ini.

Teknologi hologram akustik ultrasonik sedang dikembangkan untuk tujuan medis. Teknologi ini melibatkan penataan mikropartikel dalam ruang untuk menciptakan gambar yang dibutuhkan.
Para ilmuwan sedang berupaya menciptakan teknologi untuk perangkat nirsentuh yang akan menggantikan perangkat sentuh. Misalnya, telah diciptakan perangkat game yang mengenali gerakan manusia tanpa kontak langsung. Teknologi sedang dikembangkan yang melibatkan penciptaan tombol tak kasat mata yang dapat dirasakan dan dikendalikan oleh tangan. Perkembangan teknologi tersebut akan memungkinkan terciptanya smartphone atau tablet contactless. Selain itu, teknologi ini akan memperluas kemampuan virtual reality.
Dengan bantuan gelombang ultrasonik, benda-benda kecil sudah bisa melayang. Di masa depan, mungkin akan muncul mesin-mesin yang akan melayang di atas tanah akibat gelombang dan, tanpa adanya gesekan, bergerak dengan kecepatan yang luar biasa.
Para ilmuwan berpendapat bahwa di masa depan USG akan mengajarkan orang buta untuk melihat. Keyakinan ini didasarkan pada fakta bahwa kelelawar mengenali objek menggunakan pantulan gelombang ultrasonik. Helm telah dibuat yang mengubah gelombang pantulan menjadi suara yang terdengar.
Saat ini orang-orang berharap bisa mengekstraksi mineral di luar angkasa, karena semuanya ada di sana. Maka para astronom menemukan planet berlian yang penuh dengan batu berharga. Tapi bagaimana material padat seperti itu bisa ditambang di luar angkasa? Ultrasonografilah yang akan membantu dalam mengebor material padat. Proses seperti itu sangat mungkin terjadi bahkan tanpa adanya atmosfer. Teknologi pengeboran seperti itu akan memungkinkan pengumpulan sampel, melakukan penelitian, dan mengekstraksi mineral yang saat ini dianggap mustahil.

Jika dalam medium kontinu - gas, cairan atau padatan, partikel-partikel medium dipindahkan dari posisi setimbang, maka gaya elastis yang bekerja padanya dari partikel lain akan mengembalikannya ke posisi setimbang. Dalam hal ini partikel akan mengalami gerak osilasi. Perambatan getaran elastik dalam medium kontinyu merupakan proses seperti gelombang.
Osilasi dengan frekuensi dari satuan Hertz (Hz) sampai 20 Hertz disebut infrasonik, pada frekuensi dari 20 Hz hingga 16...20 kHz, terjadi osilasi suara yang terdengar. Getaran ultrasonik sesuai dengan frekuensi dari 16...20 kHz hingga 10 8 Hz, dan getaran dengan frekuensi lebih dari 10 8 Hz disebut hipersonik. Gambar 1.1 menunjukkan skala frekuensi logaritmik berdasarkan ekspresi lg 2 f = 1, 2, 3…, n, Di mana 1, 2, 3…, hal– angka oktaf.

Gambar 1.1 - Rentang getaran elastis pada media material

Sifat fisik getaran elastis adalah sama pada seluruh rentang frekuensi. Untuk memahami sifat getaran elastis, mari kita perhatikan sifat-sifatnya.
Bentuk gelombang adalah bentuk muka gelombang, mis. kumpulan titik-titik yang mempunyai fase yang sama. Osilasi bidang menimbulkan gelombang bunyi bidang; jika pemancarnya berupa silinder yang secara periodik berkontraksi dan mengembang searah jari-jarinya, maka timbullah gelombang silinder. Sebuah titik emitor, atau bola yang berdenyut, yang ukurannya kecil dibandingkan dengan panjang gelombang yang dipancarkan, menghasilkan gelombang berbentuk bola.

Gelombang suara diklasifikasikan menurut jenis gelombang : bisa memanjang, melintang, menekuk, memutar - tergantung pada kondisi eksitasi dan propagasi. Hanya gelombang longitudinal yang merambat dalam cairan dan gas; gelombang transversal dan jenis gelombang lainnya juga dapat terjadi pada benda padat. Pada gelombang longitudinal, arah osilasi partikel bertepatan dengan arah rambat gelombang (Gambar 1.2, A), gelombang transversal merambat tegak lurus terhadap arah osilasi partikel (Gambar 1.2, B) .

a) pergerakan partikel medium selama rambat gelombang longitudinal; b) pergerakan partikel medium selama rambat gelombang transversal.

Gambar 1.2 – Pergerakan partikel selama perambatan gelombang

Gelombang apa pun, seperti osilasi yang merambat dalam ruang dan waktu, dapat dikarakterisasi frekuensi , panjang gelombang Dan amplitudo (Gambar 3) . Dalam hal ini, panjang gelombang λ berhubungan dengan frekuensi F melalui kecepatan rambat gelombang pada suatu material tertentu C: λ = c/f.

Gambar 1.3 - Karakteristik proses osilasi

1.6 Penerapan praktis getaran ultrasonik berenergi rendah

Cakupan osilasi ultrasonik intensitas rendah (secara kondisional hingga 1 W/cm 2) sangat luas, dan kami akan mempertimbangkan beberapa aplikasi utama osilasi ultrasonik intensitas rendah.
1. Perangkat ultrasonik untuk memantau karakteristik kimia berbagai bahan dan lingkungan. Semuanya didasarkan pada perubahan kecepatan getaran ultrasonik dalam medium dan memungkinkan:
- menentukan konsentrasi campuran biner;
- kepadatan solusi;
- tingkat polimerisasi polimer;
- adanya pengotor dan gelembung gas dalam larutan;
- menentukan laju reaksi kimia;
- kandungan lemak susu, krim, krim asam;
- dispersi dalam sistem heterogen, dll.
Resolusi perangkat ultrasonik modern adalah 0,05%, keakuratan pengukuran kecepatan rambat pada sampel dengan panjang 1 m adalah 0,5 -1 m/s (kecepatan dalam logam lebih dari 5000 m/s). Hampir semua pengukuran dilakukan dengan membandingkannya dengan standar.
2. Instrumen untuk memantau karakteristik fisik dan kimia, berdasarkan pengukuran redaman USG. Perangkat tersebut memungkinkan Anda mengukur viskositas, kepadatan, komposisi, kandungan pengotor, gas, dll. Metode yang digunakan juga berdasarkan metode perbandingan dengan suatu standar.
3. Pengukur aliran ultrasonik untuk cairan dalam pipa. Tindakan mereka juga didasarkan pada pengukuran kecepatan rambat getaran ultrasonik sepanjang aliran fluida dan melawan aliran. Membandingkan dua kecepatan memungkinkan Anda menentukan laju aliran, dan dengan penampang pipa yang diketahui, laju aliran. Contoh salah satu flow meter (No. 15183 dalam Daftar Alat Ukur Negara) disajikan pada Gambar 1.4.

Gambar 1.4 – Pengukur aliran ultrasonik stasioner "AKRON"

Pengukur aliran semacam itu menyediakan pengukuran aliran volumetrik dan total volume (kuantitas) cairan yang mengalir dalam pipa bertekanan dari pasokan air, saluran pembuangan, dan sistem pasokan produk minyak bumi tanpa dimasukkan ke dalam pipa yang ada. Prinsip pengoperasian pengukur aliran adalah mengukur perbedaan waktu perjalanan gelombang ultrasonik sepanjang aliran dan melawan aliran cairan yang dikontrol, mengubahnya menjadi laju aliran sesaat dengan integrasi selanjutnya.
Kesalahan instrumen adalah 2% dari batas atas pengukuran. Batas pengukuran atas dan bawah ditentukan oleh operator. Pengukur aliran mencakup blok sensor (terdiri dari dua sensor ultrasonik dan perangkat untuk memasangnya pada pipa) dan unit elektronik yang dihubungkan dengan kabel frekuensi radio hingga panjang 50 m (standar - 10 m). Sensor dipasang pada bagian lurus pipa pada permukaan luar, dibersihkan dari kotoran, cat dan karat. Syarat pemasangan sensor yang benar adalah adanya bagian pipa lurus minimal 10 diameter pipa - di depan, dan 5 diameter - setelah sensor.
4. Sakelar tingkat
Prinsip operasinya didasarkan pada penentuan lokasi level bahan cair atau curah dengan pulsa ultrasonik yang melewati media gas, dan pada fenomena pantulan pulsa ini dari antarmuka media yang dikontrol gas. Ukuran level dalam hal ini adalah waktu perambatan getaran suara dari emitor ke antarmuka yang dikontrol dan kembali ke penerima. Hasil pengukuran ditampilkan di komputer pribadi, tempat semua pengukuran disimpan, dengan kemungkinan selanjutnya untuk melihat dan menganalisisnya, serta menghubungkan ke sistem pengumpulan dan pemrosesan data otomatis. Pengukur level dalam sistem dapat mencakup mesin keadaan terbatas, pompa, dan perangkat lain yang berada pada level di atas nilai maksimum dan di bawah nilai minimum, yang memungkinkan otomatisasi proses teknologi. Selain itu, keluaran arus (0,5 mA, 0-20 mA) dihasilkan untuk alat perekam.
Sakelar level memungkinkan Anda memantau suhu media di dalam tangki. Format utama data keluarannya adalah jarak dari bagian atas tangki ke permukaan zat yang terkandung di dalamnya. Atas permintaan pelanggan, jika informasi yang diperlukan tersedia, perangkat dapat dimodifikasi untuk menampilkan tinggi, massa, atau volume zat di dalam tangki.
5. Alat analisa gas ultrasonik didasarkan pada penggunaan ketergantungan kecepatan ultrasonik dalam campuran gas pada kecepatan masing-masing gas yang membentuk campuran tersebut.
6. Perangkat ultrasonik keamanan didasarkan pada pengukuran berbagai parameter medan ultrasonik (amplitudo osilasi ketika ruang antara emitor dan penerima diblokir, perubahan frekuensi ketika dipantulkan dari benda bergerak, dll.).
7. Pengukur suhu gas dan alarm kebakaran berdasarkan perubahan kecepatan rambat ketika suhu lingkungan berubah atau munculnya asap.
8. Perangkat pengujian non-destruktif ultrasonik. Pengujian non-destruktif adalah salah satu metode teknologi utama untuk memastikan kualitas bahan dan produk. Tidak ada produk yang boleh digunakan tanpa pemeriksaan. Anda dapat memeriksanya dengan menguji, tetapi dengan cara ini Anda dapat menguji 1-10 produk, tetapi Anda tidak dapat menguji 100% dari semua produk, karena periksa - itu berarti merusak semua produk. Oleh karena itu, perlu dilakukan pengecekan tanpa merusaknya.
Salah satu yang termurah, paling sederhana dan paling sensitif adalah metode pengujian non-destruktif ultrasonik. Keuntungan utama dibandingkan metode pengujian non-destruktif lainnya adalah:

- deteksi cacat yang terletak jauh di dalam material, yang dimungkinkan berkat peningkatan kemampuan penetrasi. Pemeriksaan USG dilakukan hingga kedalaman beberapa meter. Berbagai produk dapat dikontrol, misalnya: batang baja panjang, stempel putar, dll.;
- sensitivitas tinggi ketika mendeteksi cacat yang sangat kecil sepanjang beberapa milimeter;
- penentuan lokasi cacat internal secara akurat, penilaian ukurannya, karakterisasi arah, bentuk dan sifatnya;
- akses yang cukup hanya ke satu sisi produk;
- kontrol proses dengan cara elektronik, yang memastikan deteksi cacat hampir seketika;
- pemindaian volumetrik, yang memungkinkan Anda memeriksa volume material;
- kurangnya persyaratan tindakan pencegahan kesehatan;
- portabilitas peralatan.

1.7 Penerapan praktis getaran ultrasonik intensitas tinggi

Saat ini, proses utama yang diwujudkan dan diintensifkan dengan bantuan getaran ultrasonik berenergi tinggi biasanya dibagi menjadi tiga subkelompok utama, tergantung pada jenis lingkungan di mana proses tersebut dilaksanakan (Gambar 1.5).

Gambar 1.5 – Penerapan getaran ultrasonik berenergi tinggi

Tergantung pada jenis lingkungannya, proses secara kondisional dibagi menjadi beberapa proses dalam bahan cair, padat dan termoplastik dan media gas (udara). Pada bagian selanjutnya, proses dan peralatan untuk mengintensifkan proses pada bahan cair, padat dan termoplastik, serta media gas akan dibahas lebih rinci.
Selanjutnya, kita akan melihat contoh teknologi dasar yang diterapkan menggunakan getaran ultrasonik berenergi tinggi.
1. Pemrosesan dimensi.

Getaran ultrasonik digunakan untuk memproses material dan logam yang rapuh dan sangat keras.
Proses teknologi utama yang diintensifkan oleh getaran ultrasonik adalah pengeboran, countersinking, threading, penarikan kawat, pemolesan, penggilingan, pengeboran lubang dengan bentuk yang kompleks. Intensifikasi proses teknologi tersebut terjadi karena penerapan getaran ultrasonik pada alat.
2. Pembersihan ultrasonik.
Saat ini ada banyak cara untuk membersihkan permukaan dari berbagai kontaminan. Pembersihan ultrasonik lebih cepat, memberikan kualitas tinggi dan membersihkan area yang sulit dijangkau. Hal ini memastikan penggantian pelarut yang sangat beracun, mudah terbakar dan mahal dengan air biasa.
Menggunakan getaran ultrasonik frekuensi tinggi, karburator dan injektor mobil dibersihkan dalam beberapa menit.
Alasan percepatan pembersihan adalah kavitasi, sebuah fenomena khusus di mana gelembung gas kecil terbentuk di dalam cairan. Gelembung-gelembung ini pecah (meledak) dan menciptakan arus air yang kuat yang membersihkan semua kotoran. Mesin cuci dan instalasi cuci kecil saat ini ada berdasarkan prinsip ini. Fitur penerapan proses kavitasi dan potensinya akan dibahas secara terpisah. Ultrasonografi membersihkan logam dari pasta pemoles, logam yang digulung dari kerak, dan batu mulia dari area pemolesan. Membersihkan pelat cetak, mencuci kain, mencuci ampul. Pembersihan pipa dengan bentuk yang rumit. Selain membersihkan, USG mampu menghilangkan gerinda kecil dan memoles.
Paparan ultrasonik dalam media cair menghancurkan mikroorganisme dan oleh karena itu banyak digunakan dalam pengobatan dan mikrobiologi.
Penerapan pembersihan ultrasonik lainnya dimungkinkan.
- pemurnian asap dari partikel padat di udara. Pengaruh ultrasonik pada kabut dan asap juga digunakan untuk ini. Partikel-partikel di bidang ultrasonik mulai bergerak aktif, bertabrakan dan saling menempel, serta mengendap di dinding. Fenomena ini disebut koagulasi ultrasonik dan digunakan untuk memerangi kabut di lapangan terbang, jalan raya, dan pelabuhan.
3. Pengelasan ultrasonik.
Saat ini, bahan termoplastik polimer dilas dengan getaran ultrasonik intensitas tinggi. Pengelasan tabung polietilen, kotak, kaleng memastikan kekencangan yang sangat baik. Berbeda dengan metode lainnya, USG dapat digunakan untuk memasak plastik yang terkontaminasi, tabung berisi cairan, dan lain-lain. Dalam hal ini, isinya disterilkan.
Menggunakan pengelasan ultrasonik, foil atau kawat tertipis dilas ke bagian logam. Selain itu, pengelasan ultrasonik adalah pengelasan dingin, karena lapisan terbentuk pada suhu di bawah titik leleh. Jadi, aluminium, tantalum, zirkonium, niobium, molibdenum, dll. disambung dengan pengelasan.
Saat ini, pengelasan ultrasonik telah menemukan aplikasi terbesarnya dalam proses pengemasan berkecepatan tinggi dan produksi bahan kemasan polimer.
4. Menyolder dan melapisi
Aluminium disolder menggunakan getaran ultrasonik frekuensi tinggi. Dengan bantuan ultrasonik, dimungkinkan untuk melapisi timah dan kemudian menyolder keramik dan kaca, yang sebelumnya tidak mungkin dilakukan. Ferit, penyolderan kristal semikonduktor ke kotak berlapis emas kini diwujudkan menggunakan teknologi ultrasonik.
5. USG dalam kimia modern
Saat ini, berdasarkan sumber literatur, arah baru dalam kimia telah terbentuk - kimia ultrasonik. Dengan mempelajari transformasi kimia yang terjadi di bawah pengaruh USG, para ilmuwan telah menemukan bahwa USG tidak hanya mempercepat oksidasi, namun dalam beberapa kasus memberikan efek reduksi. Dengan demikian, besi direduksi dari oksida dan garam.
Hasil positif yang baik telah diperoleh untuk intensifikasi USG dalam proses kimia dan teknologi berikut:
- elektrodeposisi, polimerisasi, depolimerisasi, oksidasi, reduksi, dispersi, emulsifikasi, koagulasi aerosol, homogenisasi, impregnasi, pelarutan, penyemprotan, pengeringan, pembakaran, penyamakan, dll.
Elektrodeposisi - logam yang diendapkan memperoleh struktur kristal halus dan porositas berkurang. Dengan demikian, pelapisan tembaga, pelapisan timah, dan pelapisan perak dilakukan. Prosesnya lebih cepat dan kualitas lapisannya lebih tinggi dibandingkan teknologi konvensional.
Pembuatan emulsi: air dan lemak, air dan minyak atsiri, air dan merkuri. Penghalang ketidakcampuran diatasi berkat USG.
Polimerisasi (menggabungkan molekul menjadi satu) - tingkat polimerisasi diatur oleh frekuensi ultrasound.
Dispersi - memperoleh pigmen ultra halus untuk menghasilkan pewarna.
Pengeringan - tanpa pemanasan zat aktif biologis. Dalam industri makanan dan farmasi.
Menyemprotkan cairan dan meleleh. Intensifikasi proses dalam pengeringan semprot. Memperoleh bubuk logam dari lelehan. Perangkat semprot ini menghilangkan bagian yang berputar dan bergesekan.
Ultrasonografi meningkatkan efisiensi pembakaran bahan bakar cair dan padat sebanyak 20 kali lipat.
Impregnasi. Cairan melewati kapiler bahan yang diresapi ratusan kali lebih cepat. Digunakan dalam produksi bahan atap, bantalan, papan semen, textolite, getinax, impregnasi kayu dengan resin yang dimodifikasi
6. Ultrasonik dalam metalurgi.
- Diketahui bahwa logam, ketika dicairkan, menyerap gas dari aluminium dan paduannya. 80% dari seluruh gas dalam logam cair adalah H2. Hal ini menyebabkan penurunan kualitas logam. Gas dapat dihilangkan dengan menggunakan ultrasonik, yang memungkinkan di negara kita menciptakan siklus teknologi khusus dan menggunakannya secara luas dalam produksi logam.
- USG mendorong pengerasan logam
- Dalam metalurgi serbuk, ultrasonik mendorong adhesi partikel bahan yang diproduksi. Hal ini menghilangkan kebutuhan akan pemadatan dengan tekanan tinggi.
7. Ultrasonik di pertambangan.
Penggunaan USG memungkinkan penerapan teknologi berikut:
- Penghapusan parafin dari dinding sumur minyak;
- Penghapusan ledakan metana di tambang akibat penyemprotannya;
- Pengayaan bijih secara ultrasonik (metode flotasi menggunakan ultrasonik).
8. KM di bidang pertanian.
Getaran ultrasonik memiliki efek menguntungkan pada benih dan biji-bijian sebelum ditanam. Jadi, merawat benih tomat sebelum ditanam akan meningkatkan jumlah buah, mempersingkat waktu pemasakan, dan meningkatkan jumlah vitamin.
Perawatan ultrasonografi pada benih melon dan jagung menghasilkan peningkatan hasil sebesar 40%.
Saat memproses benih dengan ultrasound, dimungkinkan untuk melakukan desinfeksi dan memasukkan elemen mikro yang diperlukan dari cairan
9. Industri makanan.
Teknologi berikut telah diterapkan dalam praktiknya:
- Pengolahan susu untuk homogenisasi dan sterilisasi;
- Pengolahan untuk meningkatkan umur simpan dan kualitas susu beku
- Memperoleh susu bubuk berkualitas tinggi;
- Memperoleh emulsi untuk dipanggang;
- Pengolahan ragi meningkatkan kekuatan fermentasi sebesar 15%;
- Memperoleh zat aromatik, haluskan, mengekstraksi lemak dari hati;
- Isolasi krim tartar;
- Ekstraksi bahan baku tumbuhan dan hewan;
- Produksi parfum (6...8 jam, bukan setahun).
10. USG dalam biologi.
- USG dosis besar membunuh mikroorganisme (stafilokokus, streptokokus, virus);
- Intensitas paparan ultrasonik yang rendah mendorong pertumbuhan koloni mikroorganisme;
11. Dampak terhadap manusia.
Paparan USG dengan intensitas hingga 0,1...0,4 W/cm memiliki efek terapeutik. Di Amerika, paparan dengan intensitas hingga 0,8 W/cm dianggap terapeutik.
12. Dalam pengobatan.
Pisau bedah ultrasonik, alat sedot lemak eksternal dan internal, instrumen laparoskopi, inhaler, pemijat banyak digunakan dan memungkinkan pengobatan berbagai penyakit.
Mata kuliah berikut ini dimaksudkan untuk pengenalan awal mahasiswa, mahasiswa pascasarjana, insinyur dan teknolog dari berbagai industri dengan dasar-dasar teknologi ultrasonik dan dimaksudkan untuk memberikan pengetahuan dasar tentang teori pembentukan getaran ultrasonik dan praktek penggunaan getaran ultrasonik tinggi. -getaran ultrasonik intensitas.

USG………………………………………………………………………………….4

USG sebagai gelombang elastis……………………………………..4

Ciri-ciri khusus USG……………………………..5

Sumber dan penerima USG……………………………………..7

Pemancar mekanis…………………………………………………...7

Transduser elektroakustik…………………………….9

Penerima USG……………………………………………………………..11

Penerapan USG……………………………………………………………...11

Pembersihan ultrasonik…………………………………………………...11

Pemrosesan mekanis sangat keras dan rapuh

bahan…………………………………………………13

Pengelasan ultrasonik……………………………………….14

Penyolderan dan pelapisan ultrasonik……………………………………14

Percepatan proses produksi………..…………15

Deteksi cacat ultrasonik…………………………..............15

Ultrasonografi dalam elektronik radio…………………..…………………17

USG dalam kedokteran……………………………..……………..18

Sastra……………………………………………………………..……………….19

melakukan.

Abad kedua puluh satu adalah abad atom, eksplorasi ruang angkasa, elektronik radio, dan ultrasound. Ilmu USG masih relatif muda. Pekerjaan laboratorium pertama pada penelitian USG dilakukan oleh fisikawan besar Rusia P.N. Lebedev pada akhir abad ke-19, dan kemudian banyak ilmuwan terkemuka mempelajari USG.

Ultrasonografi adalah gerakan osilasi partikel yang merambat seperti gelombang dalam suatu medium. Ultrasonografi memiliki beberapa keistimewaan dibandingkan dengan suara dalam jangkauan suara. Dalam jangkauan ultrasonik relatif mudah untuk memperoleh radiasi terarah; ini cocok untuk pemfokusan, akibatnya intensitas getaran ultrasonik meningkat. Ketika merambat dalam gas, cairan dan padatan, USG menimbulkan fenomena menarik, banyak di antaranya telah diterapkan secara praktis di berbagai bidang ilmu pengetahuan dan teknologi.

Dalam beberapa tahun terakhir, USG mulai memainkan peran yang semakin penting dalam penelitian ilmiah. Studi teoritis dan eksperimental telah berhasil dilakukan di bidang kavitasi ultrasonik dan aliran akustik, yang memungkinkan untuk mengembangkan proses teknologi baru yang terjadi di bawah pengaruh ultrasonik dalam fase cair. Saat ini, arah kimia baru sedang dibentuk - kimia ultrasonik, yang memungkinkan untuk mempercepat banyak proses kimia dan teknologi. Penelitian ilmiah berkontribusi pada munculnya cabang baru akustik - akustik molekuler, yang mempelajari interaksi molekuler gelombang suara dengan materi. Bidang baru penerapan USG telah muncul: introskopi, holografi, akustik kuantum, pengukuran fase ultrasonik, akustikelektronik.

Seiring dengan penelitian teoritis dan eksperimental di bidang USG, banyak kerja praktek telah dilakukan. Mesin ultrasonik universal dan khusus, instalasi yang beroperasi di bawah tekanan statis yang meningkat, instalasi mekanis ultrasonik untuk membersihkan komponen, generator dengan frekuensi yang ditingkatkan dan sistem pendingin baru, dan konverter dengan medan yang terdistribusi secara merata telah dikembangkan. Unit ultrasonik otomatis telah dibuat dan diperkenalkan ke dalam produksi, yang merupakan bagian dari jalur produksi, yang memungkinkan peningkatan produktivitas tenaga kerja secara signifikan.

USG

Ultrasonografi (AS) adalah getaran dan gelombang elastis yang frekuensinya melebihi 15–20 kHz. Batas bawah wilayah frekuensi ultrasonik, yang memisahkannya dari wilayah suara yang terdengar, ditentukan oleh sifat subjektif pendengaran manusia dan bersifat kondisional, karena batas atas persepsi pendengaran berbeda untuk setiap orang. Batas atas frekuensi ultrasonik ditentukan oleh sifat fisik gelombang elastis, yang hanya dapat merambat dalam media material, yaitu. asalkan panjang gelombangnya secara signifikan lebih besar daripada jalur bebas rata-rata molekul dalam gas atau jarak antar atom dalam cairan dan padatan. Pada gas pada tekanan normal batas atas frekuensi ultrasonik adalah » 10 9 Hz, pada zat cair dan padat frekuensi batasnya mencapai 10 12 -10 13 Hz. Tergantung pada panjang gelombang dan frekuensinya, USG memiliki karakteristik radiasi, penerimaan, propagasi dan penerapan yang berbeda-beda, oleh karena itu wilayah frekuensi USG dibagi menjadi tiga wilayah:

· frekuensi ultrasonik rendah (1,5×10 4 – 10 5 Hz);

· rata-rata (10 5 – 10 7 Hz);

· tinggi (10 7 – 10 9 Hz).

Gelombang elastis dengan frekuensi 10 9 – 10 13 Hz biasa disebut hipersonik.

USG sebagai gelombang elastis.

Gelombang ultrasonik (suara tidak terdengar) sifatnya tidak berbeda dengan gelombang elastis dalam jangkauan suara. Hanya terdistribusi dalam bentuk gas dan cairan membujur gelombang, dan dalam benda padat - memanjang dan geser S.

Perambatan gelombang ultrasonik mematuhi hukum dasar yang umum pada gelombang akustik pada rentang frekuensi apa pun. Hukum dasar perambatan antara lain hukum pemantulan bunyi dan pembiasan bunyi pada batas berbagai media, difraksi bunyi, dan hamburan bunyi adanya hambatan dan ketidakhomogenan lingkungan hidup serta ketidakteraturan batas-batas, hukum propagasi pandu gelombang pada area lingkungan yang terbatas. Peran penting dimainkan oleh hubungan antara panjang gelombang suara l dan ukuran geometris D - ukuran sumber suara atau hambatan pada jalur gelombang, ukuran ketidakhomogenan medium. Ketika D>>l, perambatan bunyi di dekat rintangan terjadi terutama menurut hukum akustik geometri (hukum pemantulan dan pembiasan dapat digunakan). Derajat penyimpangan dari pola rambat geometri dan kebutuhan untuk memperhitungkan fenomena difraksi ditentukan oleh parameter

, dimana r adalah jarak titik pengamatan ke benda yang menyebabkan difraksi.

Kecepatan rambat gelombang ultrasonik pada medium tak terikat ditentukan oleh sifat elastisitas dan densitas medium tersebut. Dalam lingkungan terbatas, kecepatan rambat gelombang dipengaruhi oleh keberadaan dan sifat batas, yang menyebabkan ketergantungan frekuensi pada kecepatan (dispersi kecepatan suara). Penurunan amplitudo dan intensitas gelombang ultrasonik ketika merambat ke arah tertentu, yaitu redaman suara, disebabkan, seperti untuk gelombang frekuensi apa pun, oleh perbedaan muka gelombang dengan jarak dari sumber, hamburan dan penyerapan suara. Pada semua frekuensi baik rentang suara maupun suara, terjadi apa yang disebut serapan “klasik”, yang disebabkan oleh viskositas geser (gesekan internal) medium. Selain itu, terdapat penyerapan tambahan (relaksasi), yang seringkali jauh melebihi penyerapan “klasik”.

Dengan intensitas gelombang suara yang signifikan, efek nonlinier muncul:

· prinsip superposisi dilanggar dan terjadi interaksi gelombang, yang menyebabkan munculnya nada;

· bentuk gelombang berubah, spektrumnya diperkaya dengan harmonik yang lebih tinggi dan serapannya meningkat;

· ketika nilai ambang batas intensitas ultrasonik tertentu tercapai dalam cairan, terjadi kavitasi (lihat di bawah).

Kriteria penerapan hukum akustik linier dan kemungkinan mengabaikan efek nonlinier adalah: M<< 1, где М = v/c, v – колебательная скорость частиц в волне, с – скорость распространения волны.

Parameter M disebut “bilangan Mach”.

ciri-ciri khusus USG

Meskipun sifat fisik USG dan hukum dasar yang menentukan perambatannya sama dengan gelombang suara pada rentang frekuensi apa pun, USG memiliki sejumlah ciri khusus. Ciri-ciri ini disebabkan oleh frekuensi USG yang relatif tinggi.

Kecilnya panjang gelombang menentukan karakter radial perambatan gelombang ultrasonik. Di dekat emitor, gelombang merambat dalam bentuk berkas, yang ukuran melintangnya tetap mendekati ukuran emitor. Ketika sinar tersebut (sinar ultrasonik) mengenai rintangan besar, ia mengalami pemantulan dan pembiasan. Ketika sinar mengenai rintangan kecil, gelombang tersebar muncul, yang memungkinkan untuk mendeteksi ketidakhomogenan kecil dalam medium (sekitar sepersepuluh dan seperseratus mm). Refleksi dan hamburan USG pada ketidakhomogenan medium memungkinkan terbentuknya media yang buram secara optik gambar suara objek menggunakan sistem pemfokusan suara, serupa dengan yang dilakukan dengan menggunakan sinar cahaya.

Pemfokusan ultrasonik memungkinkan tidak hanya memperoleh gambar suara (penglihatan suara dan sistem holografi akustik), tetapi juga konsentrat energi suara. Dengan menggunakan sistem pemfokusan ultrasonik, dimungkinkan untuk membentuk tertentu karakteristik directivity penghasil emisi dan mengendalikannya.

Perubahan periodik pada indeks bias gelombang cahaya berhubungan dengan perubahan densitas gelombang ultrasonik difraksi cahaya dengan USG, diamati pada frekuensi ultrasonik dalam rentang megahertz-gigahertz. Dalam hal ini gelombang ultrasonik dapat dianggap sebagai kisi difraksi.

Efek nonlinier terpenting dalam bidang ultrasonik adalah kavitasi– munculnya massa gelembung berdenyut dalam cairan yang berisi uap, gas, atau campurannya. Pergerakan gelembung yang kompleks, keruntuhannya, penggabungan satu sama lain, dll. menghasilkan pulsa kompresi (gelombang kejut mikro) dan aliran mikro dalam cairan, menyebabkan pemanasan lokal pada medium dan ionisasi. Efek-efek ini berdampak pada zat: terjadi penghancuran padatan dalam cairan ( erosi kavitasi), pencampuran cairan terjadi, berbagai proses fisik dan kimia dimulai atau dipercepat. Dengan mengubah kondisi kavitasi, dimungkinkan untuk memperkuat atau melemahkan berbagai efek kavitasi, misalnya dengan meningkatnya frekuensi ultrasonik, peran aliran mikro meningkat dan erosi kavitasi menurun; dengan meningkatnya tekanan dalam cairan, peran pengaruh mikrodampak meningkat. Peningkatan frekuensi menyebabkan peningkatan nilai intensitas ambang batas yang sesuai dengan permulaan kavitasi, yang bergantung pada jenis cairan, kandungan gasnya, suhu, dll. Untuk air pada tekanan atmosfer biasanya 0,3-1,0 W/cm 2. Kavitasi adalah serangkaian fenomena yang kompleks. Gelombang ultrasonik merambat dalam bentuk cair secara bergantian di area bertekanan tinggi dan rendah, menciptakan zona kompresi tinggi dan zona penghalusan. Di zona yang dijernihkan, tekanan hidrostatik menurun sedemikian rupa sehingga gaya yang bekerja pada molekul cairan menjadi lebih besar daripada gaya kohesi antarmolekul. Sebagai akibat dari perubahan tajam dalam kesetimbangan hidrostatik, cairan “meledak”, membentuk banyak gelembung kecil berisi gas dan uap. Saat berikutnya, ketika periode tekanan tinggi terjadi dalam cairan, gelembung-gelembung yang terbentuk sebelumnya runtuh. Proses keruntuhan gelembung tersebut disertai dengan terbentuknya gelombang kejut dengan tekanan lokal sesaat yang sangat tinggi hingga mencapai beberapa ratus atmosfer.

Portal untuk anak sekolah. Persiapan diri

Sumber USG

peluit Galton

Peluit Ultrasonik Cair

Sirene

USG di alam

Aplikasi USG

Aplikasi diagnostik USG dalam kedokteran (USG)

Aplikasi terapeutik USG dalam pengobatan

Memotong logam menggunakan USG

Persiapan campuran menggunakan USG

Penerapan USG dalam biologi

Penggunaan USG untuk pembersihan

Penerapan USG dalam pengukuran aliran

Penerapan USG dalam deteksi cacat

Pengelasan ultrasonik

Penerapan USG dalam pelapisan listrik

Difraksi, interferensi

Penyerapan gelombang ultrasonik

Kedalaman penetrasi gelombang ultrasonik

Hamburan gelombang ultrasonik

Pembiasan gelombang ultrasonik

Refleksi gelombang ultrasonik

Gelombang ultrasonik bergerak dan berdiri

Sumber USG

peluit Galton

Peluit Ultrasonik Cair

Sirene

USG di alam

Aplikasi USG

Aplikasi diagnostik USG dalam kedokteran (USG)

Aplikasi terapeutik USG dalam pengobatan

Memotong logam menggunakan USG

Persiapan campuran menggunakan USG

Penerapan USG dalam biologi

Penggunaan USG untuk pembersihan

Penerapan USG dalam pengukuran aliran

Penerapan USG dalam deteksi cacat

Pengelasan ultrasonik

Apa itu USG?

Peran USG dalam sains dan praktik

Lebih lanjut tentang USG

Sumber USG

Penerima USG

Di mana USG digunakan?

Pembersihan ultrasonik

Pemrosesan mekanis bahan rapuh dan sangat keras

Ultrasonografi dalam elektronik radio

USG dalam pengobatan

USG dalam pembedahan

Pemeriksaan organ dalam

Penerapan USG dalam kedokteran gigi

Sejarah USG. Siapa yang menemukan USG?

Menerima USG.

Penerapan USG.

Pengaruh USG pada suatu zat.

Di mana USG digunakan - tabel ringkasan

Apa ini

Tetapi kehadiran frekuensi yang lebih tinggi, dan karena itu panjang gelombang yang pendek, memberikan ciri-ciri tertentu pada getaran ultrasonik:

Properti

Prinsip operasi

Aplikasi

Paling sering digunakan di bidang berikut:

Jadi, dengan bantuan gelombang ultrasonik mereka mempelajari:

Dalam pemrosesan ultrasonik, metode kavitasi sering digunakan:

Operasi teknologi berikut dilakukan di industri di bawah pengaruh gelombang ultrasonik:

Getaran ultrasonik juga melakukan:

Getaran ultrasonik digunakan dalam kasus di mana tidak mungkin menggunakan sinar-X di:

USG di masa depan

1.6 Penerapan praktis getaran ultrasonik berenergi rendah

1.7 Penerapan praktis getaran ultrasonik intensitas tinggi

USG………………………………………………………………………………….4

ARTIKEL TERKAIT