УЗИ - Ultrasound

О применении к медицине см. Медицинское УЗИ. Для использования в других целях см. Ультразвук (значения).
Не путать с Сверхзвуковой.

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

УЗИ является звуковые волны с частоты выше верхнего предела слышимости человеческого слушание. Ультразвук по своим физическим свойствам не отличается от «нормального» (слышимого) звука, за исключением того, что люди его не слышат. Этот предел варьируется от человека к человеку и составляет примерно 20 килогерц (20 000 герц) у здоровых молодых людей. Ультразвуковые устройства работают на частотах от 20 кГц до нескольких гигагерц.

Ультразвук используется во многих различных областях. Ультразвуковые устройства используются для обнаружения объектов и измерения расстояний. Ультразвуковая визуализация или сонография часто используется в лекарство. в неразрушающий контроль изделий и конструкций ультразвуковое исследование используется для обнаружения невидимых изъянов. В промышленности ультразвук используется для очистки, смешивания и ускорения химических процессов. Такие животные как летучие мыши и морские свиньи использовать ультразвук для определения местонахождения добыча и препятствия.[1]

История

Свисток Гальтона, одно из первых устройств, производящих ультразвук

Акустика, наука о звук, начинается еще в Пифагор в VI веке до нашей эры, который писал на математический свойства струнные инструменты. Эхолокация у летучих мышей был обнаружен Лаззаро Спалланцани в 1794 году, когда он продемонстрировал, что летучие мыши охотятся и управляются с помощью неслышных звуков, а не зрения. Фрэнсис Гальтон в 1893 году изобрел Свисток гальтона, регулируемый свист Это произвело ультразвук, который он использовал для измерения диапазона слышимости людей и других животных, продемонстрировав, что многие животные могут слышать звуки, превышающие диапазон слышимости человека. Первым технологическим применением ультразвука была попытка обнаружить подводные лодки к Поль Ланжевен в 1917 году. пьезоэлектрический эффект, обнаруженный Жак и Пьер Кюри в 1880 г. преобразователи для генерации и обнаружения ультразвуковых волн в воздухе и воде.[2]

Определение

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

Ультразвук определяется Американский национальный институт стандартов в качестве "звук на частотах более 20 кГц ". В воздухе при атмосферном давлении ультразвуковые волны длины волн 1,9 см или меньше.

Восприятие

А медицинский ультразвук результат на листе бумаги

Люди

Верхний предел частоты у людей (примерно 20 кГц) обусловлен ограничениями среднее ухо. Слуховое ощущение может произойти, если ультразвук высокой интенсивности подается непосредственно в человеческий череп и достигает улитка через костная проводимость, не проходя через среднее ухо.[3]

Дети могут слышать некоторые высокие звуки, которые пожилые люди не могут слышать, потому что у людей верхний предел высоты слуха имеет тенденцию уменьшаться с возрастом.[4] Американец сотовый телефон компания использовала это для создания сигналов вызова, которые предположительно слышны только молодым людям,[5] но многие пожилые люди могут слышать сигналы, что может быть связано со значительными вариациями возрастного ухудшения верхнего порога слышимости. Комар электронное устройство, использующее высокую частоту для сдерживания слоняющийся молодыми людьми.

Животные

Летучие мыши используют ультразвук для навигации в темноте.
А свисток собаки, свисток, издающий звук в ультразвуковом диапазоне, используемый для дрессировки собак и других животных.

Летучие мыши используют различные ультразвуковые измерения (эхолокация ) методы обнаружения своей добычи. Они могут обнаруживать частоты выше 100 кГц, возможно, до 200 кГц.[6]

Многие насекомые обладают хорошим ультразвуковым слухом, и большинство из них ночной образ жизни насекомые прислушиваются к эхолокационный летучие мыши. К ним относятся многие группы моль, жуки, богомолы и златоглазки. Услышав летучую мышь, некоторые насекомые сделают уклончивые маневры чтобы не попасться.[7] Ультразвуковые частоты запускают рефлекторное действие в совок моль, которая заставляет его слегка опускаться в полете, чтобы уклониться от атаки.[8] Тигровые мотыльки также издают щелчки, которые могут нарушить эхолокацию летучих мышей,[9][10] а в других случаях может рекламировать тот факт, что они ядовитый издавая звук.[11][12]

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

Зубчатые киты, включая дельфины, могут слышать ультразвук и использовать такие звуки в своей навигационной системе (биосонар ) ориентироваться и ловить добычу.[16] Морские свиньи имеют самый высокий известный верхний предел слышимости около 160 кГц.[17] Ультразвук может обнаружить несколько видов рыб. В порядке Clupeiformes, члены подсемейства Alosinae (Shad ) было показано, что они способны обнаруживать звуки частотой до 180 кГц, в то время как другие подсемейства (например, селедка ) слышно только до 4 кГц.[18]

Генератор ультразвука / акустические системы продаются как электронный контроль вредителей устройства, которые, как утверждается, отпугивают грызуны и насекомые, но нет никаких научных доказательств того, что устройства работают.[19][20][21]

Обнаружение и дальность

Бесконтактный датчик

Ультразвуковой уровень или сенсорная система не требует контакта с целью. Для многих процессов в медицинской, фармацевтической, военной и общей промышленности это преимущество перед встроенными датчиками, которые могут загрязнять жидкости внутри сосуда или трубки или которые могут быть забиты продуктом.

Используются как непрерывные, так и импульсные системы. Принцип, лежащий в основе импульсно-ультразвуковой технологии, заключается в том, что передаваемый сигнал состоит из коротких импульсов ультразвуковой энергии. После каждого всплеска электроника ищет обратный сигнал в пределах небольшого временного окна, соответствующего времени, необходимому для прохождения энергии через сосуд. Только сигнал, полученный в течение этого окна, будет иметь право на дополнительную обработку сигнала.

Популярным потребительским применением ультразвуковой дальнометрии был Polaroid SX-70 камера, которая включала в себя легкую систему датчиков для автоматической фокусировки камеры. Позже компания Polaroid лицензировала эту ультразвуковую технологию, и она стала основой для множества ультразвуковых устройств.

Датчики движения и измерение расхода

Распространенным приложением ультразвука является автоматический открыватель дверей, в котором ультразвуковой датчик обнаруживает приближение человека и открывает дверь. Ультразвуковые датчики также используются для обнаружения злоумышленников; Ультразвук может охватить большую площадь из одной точки. Расход в трубах или открытых каналах может быть измерен ультразвуковыми расходомерами, которые измеряют среднюю скорость протекающей жидкости. В реология, акустический реометр опирается на принцип ультразвука. В механика жидкости, расход жидкости можно измерить с помощью ультразвуковой расходомер.

Неразрушающий контроль

Смотрите также: Макросонический и Ультразвуковой контроль
Принцип дефектоскопии с помощью ультразвука. Пустота в твердом материале отражает некоторую энергию обратно в датчик, который обнаруживается и отображается.

Ультразвуковой контроль это тип неразрушающий контроль обычно используется для поиска дефектов в материалах и измерения толщины объектов. Обычны частоты от 2 до 10 МГц, но для специальных целей используются другие частоты. Контроль может быть ручным или автоматизированным и является неотъемлемой частью современных производственных процессов. Наиболее металлы можно проверить так же, как пластмассы и аэрокосмический композиты. Ультразвук с более низкой частотой (50–500 кГц) также можно использовать для исследования менее плотных материалов, таких как дерево, конкретный и цемент.

Ультразвуковой контроль сварных соединений стал альтернативой рентгенография за неразрушающий контроль с 1960-х гг. Ультразвуковой контроль исключает использование ионизирующего излучения, обеспечивая безопасность и экономию. Ультразвук также может предоставить дополнительную информацию, например о глубине дефектов сварного соединения. Ультразвуковой контроль перешел от ручных методов к компьютеризированным системам, которые автоматизируют большую часть процесса. Ультразвуковой тест сустава может определить наличие дефектов, измерить их размер и определить их местоположение. Не все сварные материалы одинаково поддаются ультразвуковому контролю; некоторые материалы имеют крупный размер зерна, что создает высокий уровень фонового шума при измерениях.[22]

Неразрушающий контроль поворотного вала, показывающий сплайн треск

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

Ультразвуковой дальномер

Принцип активного сонара
Основная статья: Сонар

Ультразвук обычно используется под водой. определение дальности; это использование также называется Сонар. Ультразвуковой импульс генерируется в определенном направлении. Если на пути прохождения этого импульса есть объект, часть или весь импульс будет отражен обратно в передатчик в виде эхо и может быть обнаружен через тракт приемника. Измеряя разницу во времени между передаваемым импульсом и принимаемым эхом, можно определить расстояние.

Измеренное время прохождения импульсов сонара в воде сильно зависит от температуры и солености воды. Ультразвуковая дальность также применяется для измерения в воздухе и на короткие расстояния. Например, портативные ультразвуковые измерительные приборы могут быстро измерять планировку комнат.

Хотя определение дальности под водой выполняется как на слышимой, так и на не слышимой частоте на больших расстояниях (от 1 до нескольких километров), ультразвуковое определение дальности используется, когда расстояния короче и точность измерения расстояний желательна. Ультразвуковые измерения могут быть ограничены барьерными слоями с большими перепадами солености, температуры или вихря. Диапазон в воде варьируется от сотен до тысяч метров, но может выполняться с точностью от сантиметров до метров.

Ультразвуковая идентификация (USID)

Ультразвуковая идентификация (USID) - это Система определения местоположения в реальном времени (RTLS) или Система позиционирования в помещении (IPS) технология, используемая для автоматического отслеживания и определения местоположения объектов в режиме реального времени с помощью простых и недорогих узлов (бейджей / тегов), прикрепленных к объектам и устройствам или встроенных в них, которые затем передают ультразвуковой сигнал для передачи своего местоположения на датчики микрофона.

Изображения

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

Возможность ультразвуковой визуализации объектов с разрешением звуковой волны 3 ГГц, сравнимой с оптическим изображением, была признана Соколовым в 1939 году, но методы того времени давали относительно низкоконтрастные изображения с плохой чувствительностью.[23]Ультразвуковая визуализация использует частоты 2 мегагерца и выше; более короткая длина волны позволяет разрешить мелкие внутренние детали в структурах и тканях. Плотность мощности обычно составляет менее 1 Вт на квадратный сантиметр, чтобы избежать эффектов нагрева и кавитации в исследуемом объекте.[24] Высокие и сверхвысокие ультразвуковые волны используются в акустическая микроскопия, с частотами до 4 гигагерц. Приложения ультразвуковой визуализации включают промышленный неразрушающий контроль, контроль качества и медицинские применения.[23]

Акустическая микроскопия

Акустическая микроскопия это техника использования звуковых волн для визуализации структур, слишком маленьких, чтобы их мог разглядеть человеческий глаз. В акустических микроскопах используются частоты до нескольких гигагерц. Отражение и дифракция звуковых волн от микроскопических структур может дать информацию, недоступную для света.

Человеческая медицина

Смотрите также: Медицинское УЗИ

Медицинское УЗИ это ультразвуковая диагностика медицинская визуализация техника, используемая для визуализации мышц, сухожилий и многих внутренних органов, чтобы запечатлеть их размер, структуру и любые патологические поражения с томографическими изображениями в реальном времени. Ультразвук использовался радиологи и сонографисты визуализировать человеческое тело уже не менее 50 лет и стало широко используемым диагностическим инструментом. Технология относительно недорогая и портативная, особенно по сравнению с другими методами, такими как магнитно-резонансная томография (МРТ) и компьютерная томография (КТ). Ультразвук также используется для визуализации плода во время повседневной и неотложной помощи. дородовой уход. Такие диагностические приложения используются во время беременность называются акушерская сонография. Правильно проведенное ультразвуковое исследование, применяемое в настоящее время в медицине, не представляет опасности для пациента.[25] Сонография не использует ионизирующего излучения, а уровни мощности, используемые для визуализации, слишком низкие, чтобы вызывать неблагоприятные эффекты нагрева или давления в ткани.[26][27] Хотя долгосрочные эффекты воздействия ультразвука при диагностической интенсивности все еще неизвестны,[28] в настоящее время большинство врачей считают, что польза для пациентов перевешивает риски.[29] Принцип ALARA (разумно достижимый низкий уровень) пропагандируется для ультразвукового исследования, то есть с минимальными настройками времени и мощности сканирования, но совместимыми с диагностической визуализацией, и в соответствии с этим принципом в немедицинских целях, которые по определению являются не нужны, активно отговариваются.[30]

Ультразвук также все чаще используется в случаях травм и оказания первой помощи. экстренное ультразвуковое исследование становится основным продуктом большинства бригад реагирования ЕМТ. Кроме того, ультразвук используется в случаях удаленной диагностики, когда: телеконсультация требуется, например, научные эксперименты в космосе или диагностика мобильных спортивных команд.[31]

По данным RadiologyInfo,[32] Ультразвук полезен для обнаружения тазовый аномалии и могут включать методы, известные как брюшной (трансабдоминальное) УЗИ, вагинальный (трансвагинальное или эндовагинальное) УЗИ у женщин, а также ректальный (трансректальное) УЗИ у мужчин.

Ветеринария

Смотрите также: Доклиническая визуализация

Диагностический ультразвук используется наружно у лошадей для оценки повреждений мягких тканей и сухожилий, а внутри, в частности, для репродуктивной работы - оценки репродуктивного тракта кобылы и выявления беременности.[33] Его также можно использовать наружно у жеребцов для оценки состояния и диаметра яичек, а также внутри для оценки репродуктивной функции (семявыносящий проток и т. Д.).[34]

К 2005 году в говядине начали использовать ультразвуковые технологии. крупный рогатый скот промышленность для улучшения здоровья животных и продуктивности животноводческих хозяйств.[35] Ультразвук используется для оценки толщины жира, области ребер и внутримышечного жира у живых животных.[36] Он также используется для оценки здоровья и характеристик будущих телят.

Ультразвуковая технология позволяет производителям крупного рогатого скота получать информацию, которая может быть использована для улучшения разведения и содержания крупного рогатого скота. Технология может быть дорогой и требует значительных затрат времени на непрерывный сбор данных и обучение операторов.[36] Тем не менее, эта технология оказалась полезной для управления и ведения животноводческой деятельности.[35]

Обработка и мощность

В мощных ультразвуковых приложениях часто используются частоты от 20 кГц до нескольких сотен кГц. Интенсивность может быть очень высокой; свыше 10 Вт на квадратный сантиметр кавитация может быть вызвана в жидких средах, а в некоторых приложениях используется до 1000 Вт на квадратный сантиметр. Такая высокая интенсивность может вызывать химические изменения или вызывать значительные эффекты при прямом механическом воздействии и может инактивировать вредные микроорганизмы.[24]

Физиотерапия

Основная статья: терапевтический ультразвук

Ультразвук используется с 1940-х годов физиотерапевтами и терапевтами для лечения соединительная ткань: связки, сухожилия, и фасция (а также рубцовая ткань ).[37] Состояния, при которых для лечения может использоваться ультразвук, включают следующие примеры: связки растяжения, мышца напряжения, тендинит, воспаление суставов, подошвенный фасциит, метатарзалгия, фасеточное раздражение, синдром соударения, бурсит, ревматоидный артрит, остеоартроз, и адгезия рубцовой ткани.

Биомедицинские приложения

Ультразвук также имеет терапевтическое применение, которое может быть очень полезным при соблюдении дозированных мер.[38] Ультразвук с относительно высокой мощностью может разрушать каменистые отложения или ткани, ускорять действие лекарств в целевой области, помогать в измерении упругих свойств ткани и может использоваться для сортировки клеток или мелких частиц для исследования.

Обработка ультразвуковым воздействием

Обработка ультразвуковым воздействием (UIT) использует ультразвук для улучшения механических и физических свойств металлов.[39] Это метод металлургической обработки, при котором ультразвуковая энергия применяется к металлическому объекту. Ультразвуковая обработка может привести к контролируемому остаточному напряжению сжатия, измельчению зерна и уменьшению размера зерна. Утомляемость при низких и высоких циклах повышается, и было документально подтверждено, что она обеспечивает повышение до десяти раз больше, чем у образцов без UIT. Кроме того, UIT доказал свою эффективность в решении коррозионное растрескивание под напряжением, коррозионная усталость и связанные вопросы.

Когда инструмент UIT, состоящий из ультразвукового преобразователя, штифтов и других компонентов, входит в контакт с заготовкой, он акустически соединяется с заготовкой, создавая гармонический резонанс.[40] Этот гармонический резонанс осуществляется на тщательно откалиброванной частоте, на которую металлы реагируют очень благоприятно.

В зависимости от желаемых эффектов лечения применяется комбинация различных частот и амплитуды смещения. Эти частоты находятся в диапазоне от 25 до 55 кГц,[41] с амплитудой смещения резонансного тела от 22 до 50 мкм (от 0,00087 до 0,0020 дюйма).

Устройства UIT полагаются на магнитострикционный преобразователи.

Обработка

Основная статья: Обработка ультразвуком

Ультразвуковая обработка предлагает большой потенциал в обработке жидкостей и суспензий за счет улучшения перемешивания и химических реакций в различных областях применения и отраслях. Обработка ультразвуком генерирует в жидкостях чередующиеся волны низкого и высокого давления, что приводит к образованию и насильственному разрушению небольших вакуум пузыри. Это явление называется кавитация и вызывает высокие скорости сталкивающихся струй жидкости и сильные гидродинамические сдвиговые силы. Эти эффекты используются для деагломерации и измельчения материалов микрометрового и нанометрового размеров, а также для дезинтеграции клеток или смешивания реагентов. В этом аспекте обработка ультразвуком является альтернативой высокоскоростным смесителям и бисерным мельницам. Ультразвуковая пленка под движущейся проволокой в ​​бумагоделательной машине будет использовать ударные волны от взрывающихся пузырьков для более равномерного распределения целлюлозных волокон в произведенном бумажном полотне, что сделает бумагу более прочной с более ровными поверхностями. Кроме того, химические реакции выигрывают от свободных радикалов, создаваемых кавитацией, а также от подводимой энергии и передачи материала через пограничные слои. Для многих процессов этот сонохимический (см. сонохимия ) эффект приводит к существенному сокращению времени реакции, как и в переэтерификация масла в биодизель.[нужна цитата ]

Схема настольных и промышленных ультразвуковых жидкостных процессоров

Значительная интенсивность ультразвука и высокие амплитуды ультразвуковых колебаний необходимы для многих технологических процессов, таких как нанокристаллизация, наноэмульгирование,[42] деагломерация, экстракция, разрушение клеток и многие другие. Обычно процесс сначала тестируется в лабораторном масштабе, чтобы подтвердить его осуществимость и установить некоторые из требуемых параметров ультразвукового воздействия. После завершения этого этапа процесс переводится в пилотный (стендовый) масштаб для оптимизации предпроизводственного потока, а затем в промышленный масштаб для непрерывного производства. На этих этапах масштабирования важно убедиться, что все местные условия воздействия (амплитуда ультразвука, кавитация интенсивность, время пребывания в активной зоне кавитации и т. д.) остаются прежними. Если это условие выполняется, качество конечного продукта остается на оптимизированном уровне, в то время как производительность увеличивается за счет предсказуемого «коэффициента масштабирования». Повышение производительности связано с тем, что лабораторные, настольные и промышленные ультразвуковые процессорные системы включают в себя все более крупные ультразвуковые рожки, способный генерировать все более и более высокоинтенсивные кавитация зон и, следовательно, для обработки большего количества материала в единицу времени. Это называется «прямая масштабируемость». Важно отметить, что только увеличение мощности ультразвукового процессора нет приводят к прямому масштабированию, поскольку это может (и часто сопровождается) сопровождаться уменьшением ультразвуковой амплитуды и интенсивности кавитации. Во время прямого масштабирования необходимо поддерживать все условия обработки, в то время как номинальная мощность оборудования увеличивается, чтобы обеспечить работу ультразвукового рупора большего размера.[43][44][45]

Ультразвуковая обработка и определение характеристик частиц

Исследователь из Института исследования промышленных материалов Алессандро Малутта разработал эксперимент, который продемонстрировал улавливающее действие стоячих ультразвуковых волн на разбавленные водой волокна древесной массы и их параллельную ориентацию в плоскостях равноудаленного давления.[46] Время ориентации волокон в эквидистантных плоскостях измеряется с помощью лазера и электрооптического датчика. Это может предоставить бумажной промышленности оперативную систему измерения размера волокна. Несколько иную реализацию продемонстрировали в Государственном университете Пенсильвании с использованием микрочипа, который генерировал пару перпендикулярных стоячих поверхностных акустических волн, позволяющих размещать частицы на равном расстоянии друг от друга на сетке. Этот эксперимент, названный акустический пинцет, может быть использован для приложений в материаловедении, биологии, физике, химии и нанотехнологиях.

Ультразвуковая чистка

Основная статья: Ультразвуковая чистка

Ультразвуковые очистители, иногда ошибочно называют сверхзвуковой очистители, используются на частотах от 20 до 40 кГц за украшения, линзы и другие оптические детали, часы, стоматологические инструменты, хирургические инструменты, регуляторы для дайвинга и промышленный части. Ультразвуковой очиститель работает в основном за счет энергии, высвобождаемой в результате разрушения миллионов микроскопических кавитации возле грязной поверхности. Пузырьки, образовавшиеся в результате кавитации, схлопываются, образуя крошечные струи, направленные на поверхность.

Ультразвуковая дезинтеграция

Подобно ультразвуковой очистке, биологические клетки включая бактерии может распадаться. Ультразвук высокой мощности производит кавитация что облегчает распад частиц или реакции. Это используется в биологическая наука для аналитических или химических целей (обработка ультразвуком и сонопорация ) и в уничтожении бактерий в сточные воды. Ультразвук высокой мощности может дезинтегрировать кукурузную суспензию и улучшить разжижение и осахаривание для повышения выхода этанола на заводах по производству сухой кукурузы.[47][48]

Ультразвуковой увлажнитель

Ультразвуковой увлажнитель воздуха, один тип распылитель (устройство, которое создает очень мелкую струю) - популярный тип увлажнителя. Он работает, вибрируя металлическую пластину на ультразвуковых частотах, чтобы распылить (иногда неправильно называемое «распыление») воду. Поскольку вода не нагревается для испарения, образуется прохладный туман. Ультразвуковые волны давления распыляют не только воду, но и материалы в воде, включая кальций, другие минералы, вирусы, грибки, бактерии,[49] и другие примеси. Заболевания, вызванные загрязнениями, находящимися в резервуаре увлажнителя, относятся к категории «Лихорадка увлажнителя».

Ультразвуковые увлажнители воздуха часто используются в аэропоника, где их обычно называют туманы.

Ультразвуковая сварка

В ультразвуковая сварка В пластиках высокочастотная (от 15 кГц до 40 кГц) вибрация с низкой амплитудой используется для создания тепла за счет трения между соединяемыми материалами. Интерфейс двух частей специально разработан для концентрации энергии для максимальной прочности сварного шва.

Сонохимия

Основная статья: Сонохимия

Мощный ультразвук в диапазоне 20–100 кГц используется в химия. Ультразвук не взаимодействует напрямую с молекулы чтобы вызвать химическое изменение, поскольку его типичная длина волны (в миллиметровом диапазоне) слишком велика по сравнению с молекулами. Вместо этого энергия вызывает кавитация который приводит к возникновению экстремальных значений температуры и давления в жидкости, в которой происходит реакция. Ультразвук также разрушает твердые частицы и удаляет пассивирующий слои инертный материал, чтобы дать больший площадь поверхности чтобы реакция произошла. Оба эти эффекта ускоряют реакцию. В 2008, Атул Кумар сообщил о синтезе эфиров Ганча и производных полигидрохинолина с помощью протокола многокомпонентной реакции в водной среде. мицеллы с помощью ультразвука.[50]

Ультразвук используется в добыча, используя разные частоты.

Оружие

Ультразвук был изучен как основа для звуковое оружие, для таких приложений, как борьба с беспорядками, дезориентация злоумышленников, вплоть до смертельного уровня звука.

Беспроводная связь

В июле 2015 г. Экономист сообщил, что исследователи в Калифорнийский университет в Беркли провели ультразвуковые исследования с использованием графен диафрагмы. Тонкость и малый вес графена в сочетании с его прочностью делают его эффективным материалом для использования в ультразвуковой коммуникации. Одно из предлагаемых применений технологии - подводная связь, где радиоволны обычно плохо передаются.[51]

Ультразвуковые сигналы использовались в "звуковых маяках" для кросс-девайсное отслеживание интернет-пользователей.[52]

Другое использование

Ультразвук, применяемый в определенных конфигурациях, может производить короткие вспышки света в экзотическом явлении, известном как сонолюминесценция. Это явление изучается частично из-за возможности пузырьковый синтез (а термоядерная реакция предполагается, что реакция происходит во время сонолюминесценции).

Ультразвук используется для определения характеристик твердых частиц с помощью техники спектроскопия затухания ультразвука или наблюдая электроакустические явления или по транскраниальный импульсный ультразвук.

Аудио можно распространять модулированный ультразвук.

Ранее популярное потребительское применение ультразвука было на телевидении. пульты управления для регулировки громкости и переключения каналов. Представлен Зенит В конце 1950-х в системе использовался ручной пульт дистанционного управления, содержащий короткие стержневые резонаторы, поражаемые небольшими молотками, и микрофон на съемочной площадке. Фильтры и детекторы различают различные операции. Принципиальные преимущества заключались в том, что в переносном блоке управления не требовалась батарея, и, в отличие от радиоволн, ультразвук вряд ли повлиял на соседние устройства. Ультразвук использовался до тех пор, пока его не вытеснили инфракрасные системы, начиная с конца 1980-х годов.[53]

Безопасность

Профессиональное воздействие ультразвука более 120 дБ может привести к потере слуха. Воздействие, превышающее 155 дБ, может вызвать тепловые эффекты, вредные для человеческого тела, и было подсчитано, что воздействие более 180 дБ может привести к смерти.[54] Независимая консультативная группа Великобритании по неионизирующему излучению (AGNIR) в 2010 году подготовила отчет, который был опубликован Агентством по охране здоровья Великобритании (HPA). В этом отчете рекомендован предел воздействия на население уровней ультразвукового звукового давления (SPL) в 70 дБ (при 20 кГц) и 100 дБ (при 25 кГц и выше).[55]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Novelline R (1997). Основы радиологии Сквайра (5-е изд.). Издательство Гарвардского университета. стр.34–35. ISBN  978-0-674-83339-5.
  2. ^ Pollet B (2012). "Глава 1". Мощный ультразвук в электрохимии: от универсального лабораторного инструмента до инженерного решения. Джон Вили и сыновья. ISBN  978-1-119-96786-6.
  3. ^ Корсо Дж. Ф. (1963). «Пороги костной проводимости для звуковых и ультразвуковых частот». Журнал Акустического общества Америки. 35 (11): 1738–1743. Bibcode:1963ASAJ ... 35.1738C. Дои:10.1121/1.1918804.
  4. ^ Такеда С., Мориока И., Мияшита К., Окумура А., Ёсида Ю., Мацумото К. (1992). «Возрастная изменчивость верхней границы слуха». Европейский журнал прикладной физиологии и физиологии труда. 65 (5): 403–8. Дои:10.1007 / BF00243505. PMID  1425644. S2CID  33698151.
  5. ^ Вителло П. (12 июня 2006 г.). "Рингтон, предназначенный для глухих ушей". Нью-Йорк Таймс.
  6. ^ Поппер А., Фэй Р. Р., ред. (1995). Слух летучими мышами. Справочник Springer по слуховым исследованиям. 5. Springer. ISBN  978-1-4612-2556-0.
  7. ^ Сурлыкке А, Миллер Л.А. (2001). «Как некоторые насекомые обнаруживают и избегают поедания летучих мышей: Тактика и противодействие добыче и хищнику». Бионаука. 51 (7): 570. Дои:10.1641 / 0006-3568 (2001) 051 [0570: HSIDAA] 2.0.CO; 2. В архиве из оригинала от 03.03.2015. Получено 2016-08-06.
  8. ^ Джонс Дж., Уотерс Д.А. (август 2000 г.). «Слух мотылька в ответ на эхолокационные крики летучей мыши регулируется независимо по времени и частоте». Ход работы. Биологические науки. 267 (1453): 1627–32. Дои:10.1098 / rspb.2000.1188. ЧВК  1690724. PMID  11467425.
  9. ^ Каплан М. (17 июля 2009 г.). "Мотылек джем летучая мышь, сбейте хищников с курса". National Geographic News. В архиве из оригинала от 22.08.2009. Получено 2009-08-26.
  10. ^ "Некоторые мотыльки сбегают от летучих мышей, заглушая сонар". Разговор о нации. Национальное общественное радио. Архивировано из оригинал на 2017-08-10.
  11. ^ Сурликке А, Миллер Л.А. (1985). «Влияние щелчков мотылька на эхолокацию летучих мышей; глушение или предупреждение?» (PDF). Журнал сравнительной физиологии А. 156 (6): 831–843. Дои:10.1007 / BF00610835. S2CID  25308785. Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-04-25.
  12. ^ Тугаард Дж, Миллер Л.А., Симмонс Дж.А. (2003). «Роль мотыльков в защите от эхолокационных летучих мышей: вмешательство во временную обработку». В Thomas J, Moss CF, Vater M (ред.). Достижения в изучении эхолокации у летучих мышей и дельфинов. Чикаго: Издательство Чикагского университета. С. 365–372.
  13. ^ а б Кранц Л (2009). Сила собаки: что может делать ваша собака, чего нельзя. Макмиллан. С. 35–37. ISBN  978-0312567224.
  14. ^ Штамм GM (2010). "Насколько хорошо слышат собаки и другие животные?". Сайт профессора Стрейна. Школа ветеринарной медицины Университета штата Луизиана. Архивировано из оригинал 8 августа 2011 г.. Получено 21 июля, 2012.
  15. ^ Coile DC, Bonham MH (2008). "Почему собаки любят мячи? Раскрыто более 200 собачьих причуд, диковинок и головоломок". Sterling Publishing Company, Inc: 116. ISBN  978-1-4027-5039-7.
  16. ^ Уитлоу WL (1993). Сонар дельфинов. Springer. ISBN  978-0-387-97835-2. Получено 13 ноября 2011.
  17. ^ Kastelein RA, Bunskoek P, Hagedoorn M, Au WW, de Haan D (июль 2002 г.). «Аудиограмма морской свиньи (Phocoena phocoena), измеренная с помощью узкополосных частотно-модулированных сигналов». Журнал акустического общества Америки. 112 (1): 334–44. Bibcode:2002ASAJ..112..334K. Дои:10.1121/1.1480835. PMID  12141360.
  18. ^ Манн Д.А., Хиггс Д.М., Таволга В.Н., Соуза М.Дж., Поппер А.Н. (июнь 2001 г.). «Ультразвуковое обнаружение ключицеобразных рыб». Журнал акустического общества Америки. 109 (6): 3048–54. Bibcode:2001ASAJ..109.3048M. Дои:10.1121/1.1368406. PMID  11425147.
  19. ^ Хуэй YH (2003). Санитария пищевых растений. CRC Press. п. 289. ISBN  978-0-8247-0793-4.
  20. ^ Позвоночные вредители: проблемы и борьба; Том 5 Принципов борьбы с вредителями растений и животных, Национальный исследовательский совет (США). Комитет по вредителям растений и животных; Выпуск 1697 публикации (Национальный исследовательский совет (США)). Национальные академии. 1970. стр. 92.
  21. ^ Джексон В.Б., Маккартни В.К., Эштон А.Д. (1989). «Протокол полевых испытаний ультразвуковых устройств для борьбы с грызунами». В Fagerstone KA, Curnow RD (ред.). Материалы по борьбе с позвоночными вредителями и борьбе с ними. 6. ASTM International. п. 8. ISBN  978-0-8031-1281-0.
  22. ^ Бушоу К.Х. и др., Ред. (2001). Энциклопедия материалов. Эльзевир. п. 5990. ISBN  978-0-08-043152-9.
  23. ^ а б Пападакис Е.П., изд. (1999). Ультразвуковые инструменты и устройства. Академическая пресса. п. 752. ISBN  978-0-12-531951-5.
  24. ^ а б Беттс Г.Д., Уильямс А., Окли Р.М. (2000). «Инактивация пищевых микроорганизмов с помощью мощного ультразвука». В Робинсон РК, Батт, Калифорния, Пател П.Д. (ред.). Энциклопедия пищевой микробиологии. Академическая пресса. п. 2202. ISBN  978-0-12-227070-3.
  25. ^ Хангиандреу, штат Нью-Джерси (2003). «Учебник по физике AAPM / RSNA для местных жителей. Темы в США: B-режим США: основные концепции и новые технологии». Радиография. 23 (4): 1019–33. Дои:10.1148 / rg.234035034. PMID  12853678.
  26. ^ Центр приборов и радиологического здоровья. «Медицинская визуализация - ультразвуковая визуализация». www.fda.gov. Получено 2019-04-18.
  27. ^ Тер Хаар Дж. (Август 2011 г.). «Ультразвуковая визуализация: соображения безопасности». Фокус интерфейса. 1 (4): 686–97. Дои:10.1098 / rsfs.2011.0029. ЧВК  3262273. PMID  22866238.
  28. ^ «Радиологическое здоровье FDA - УЗИ». Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США. 2011-09-06. Архивировано из оригинал на 2015-07-03. Получено 2011-11-13.
  29. ^ «Информация для пациентов - ультразвуковая безопасность». Американский институт ультразвука в медицине. Архивировано из оригинал 21 февраля 2007 г.
  30. ^ «Практические рекомендации Американского института ультразвука в медицине». Американский институт ультразвука в медицине. Архивировано из оригинал на 2015-07-01. Получено 2015-07-01.
  31. ^ «DistanceDoc и MedRecorder: новый подход к решениям для удаленной ультразвуковой визуализации». Epiphan Systems. Архивировано из оригинал 14 февраля 2011 г.
  32. ^ «Ультразвуковое исследование таза». radiologyinfo.org. В архиве из оригинала от 25.06.2008. Получено 2008-06-21.
  33. ^ Pycock JF. «Ультразвуковые характеристики матки велосипедной кобылы и их корреляция со стероидными гормонами и временем овуляции». Архивировано из оригинал 31 января 2009 г.
  34. ^ Маккиннон А.О., Восс JL (1993). Размножение лошадей. Леа и Фебигер. ISBN  978-0-8121-1427-0.
  35. ^ а б Беннетт Д. (19 мая 2005 г.). "Стадо ангусов аббатства Субиако". Пресс Delta Farm. Архивировано из оригинал 4 апреля 2007 г.. Получено 27 февраля, 2010.
  36. ^ а б Вагнер В. «Расширение деятельности в области разведения и селекции мясного скота». Университет Западной Вирджинии Служба продления. Архивировано из оригинал 14 декабря 2008 г.. Получено 27 февраля, 2010.
  37. ^ Уотсон Т. (2006). «Лечебное УЗИ» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2007-04-12. для версии в формате pdf с указанием автора и даты)
  38. ^ Rapacholi MH, изд. (1982). Основы медицинского ультразвука: практическое введение в принципы, методы и биомедицинские применения. Humana Press.
  39. ^ Статников Э. «Физика и механизм обработки ультразвуковым воздействием». Международный институт сварки.
  40. ^ "Видео о решениях UIT". applicationultrasonics.com. В архиве из оригинала 2012-05-10. Получено 28 сентября 2012.
  41. ^ "Инструменты торговли". applicationultrasonics.com. В архиве из оригинала 31.05.2008. Получено 28 сентября 2012.
  42. ^ Пешковский А.С., Пешковский С.Л., Быстряк С (июль 2013). «Масштабируемая мощная ультразвуковая технология для производства полупрозрачных наноэмульсий». Химическая инженерия и переработка: интенсификация процессов. 69: 77–82. Дои:10.1016 / j.cep.2013.02.010.
  43. ^ Пешковский С.Л., Пешковский А.С. (март 2007 г.). «Согласование преобразователя с водой при кавитации: принципы проектирования акустического рупора». Ультразвуковая сонохимия. 14 (3): 314–22. Дои:10.1016 / j.ultsonch.2006.07.003. PMID  16905351.
  44. ^ Пешковский А.С., Пешковский С.Л. (2010). «Промышленная обработка жидкостей с помощью акустической кавитации высокой интенсивности - лежащая в основе теория и принципы проектирования ультразвукового оборудования». В Новак FM (ред.). Сонохимия: теория, реакции и синтез, приложения. Hauppauge, Нью-Йорк: Издательство Nova Science.
  45. ^ Пешковский А.С., Пешковский С.Л. (2010). Теория акустической кавитации и принципы проектирования оборудования для промышленного применения ультразвука высокой интенсивности. Физические исследования и технологии. Hauppauge, Нью-Йорк: Издательство Nova Science.
  46. ^ Дион Дж. Л., Малутта А., Сьело П. (ноябрь 1982 г.). «Ультразвуковой контроль волокнистых суспензий». Журнал Акустического общества Америки. 72 (5): 1524–1526. Bibcode:1982ASAJ ... 72.1524D. Дои:10.1121/1.388688.
  47. ^ Акин Б., Ханал С.К., Сун С., Грюэлл Д. (2006). «Предварительная ультразвуковая обработка отработанного активного ила». Водные науки и технологии: водоснабжение. 6 (6): 35. Дои:10.2166 / ws.2006.962.
  48. ^ Neis U, Nickel K, Tiehm A (ноябрь 2000 г.). «Улучшение анаэробного сбраживания ила ультразвуковым измельчением». Водные науки и технологии. 42 (9): 73. Дои:10.2166 / wst.2000.0174.
  49. ^ Oie S, Masumoto N, Hironaga K, Koshiro A, Kamiya A (1992). «Микробное загрязнение окружающего воздуха от ультразвукового увлажнителя воздуха и меры профилактики». Микробиос. 72 (292–293): 161–6. PMID  1488018.
  50. ^ Атул К., Рам А.М. (2008). «Эффективный синтез эфиров Ганча и производных полигидрохинолина в водных мицеллах». Synlett. 2008 (6): 883–885. Дои:10.1055 / с-2008-1042908.
  51. ^ «Акустическая болтовня». Экономист. Economist.com. 2015-07-11. В архиве из оригинала от 24.07.2015. Получено 2015-07-23.
  52. ^ Арп, Даниэль. «Угрозы конфиденциальности через ультразвуковые боковые каналы на мобильных устройствах». Европейский симпозиум IEEE по безопасности и конфиденциальности: 1–13 - через IEEE Xplore.
  53. ^ Батлер Дж. Г. (2006). Телевидение: важнейшие методы и приложения. Рутледж. п. 276. ISBN  978-0-8058-5415-2.
  54. ^ Часть II, промышленная; коммерческие приложения (1991). Руководство по безопасному использованию ультразвука, часть II - Промышленное и коммерческое применение - Кодекс безопасности 24. Министерство здравоохранения Канады. ISBN  978-0-660-13741-4. Архивировано из оригинал 10 января 2013 г.
  55. ^ АГНИР (2010). Влияние на здоровье ультразвука и инфразвука. Агентство по охране здоровья, Великобритания. С. 167–170. В архиве из оригинала от 08.11.2011. Получено 2011-11-16.

дальнейшее чтение

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

внешняя ссылка