Le 21e siècle est le siècle de la radioélectronique, de l'atome, de l'exploration spatiale et des ultrasons. La science de l'échographie est relativement jeune aujourd'hui. A la fin du XIXe siècle, P. N. Lebedev, un physiologiste russe, a mené ses premières études. Après cela, de nombreux scientifiques éminents ont commencé à étudier les ultrasons.
Qu'est-ce que l'échographie ?
L'ultrason est un mouvement oscillatoire ondulatoire se propageant que font les particules du milieu. Il a ses propres caractéristiques, dans lesquelles il diffère des sons de la gamme audible. Il est relativement facile d'obtenir un rayonnement dirigé dans le domaine des ultrasons. De plus, il se concentre bien et, de ce fait, l'intensité des oscillations effectuées augmente. Lorsqu'ils se propagent dans les solides, les liquides et les gaz, les ultrasons donnent lieu à des phénomènes intéressants qui ont trouvé une application pratique dans de nombreux domaines de la technologie et de la science. C'est ce qu'est l'échographie, dont le rôle dans diverses sphères de la vie est aujourd'hui très important.
Le rôle de l'échographie dans la science et la pratique
L'échographie ces dernières années a commencé à jouer dans la recherche scientifiqueun rôle de plus en plus important. Des études expérimentales et théoriques dans le domaine des flux acoustiques et de la cavitation ultrasonore ont été menées avec succès, ce qui a permis aux scientifiques de développer des processus technologiques qui se produisent lorsqu'ils sont exposés à des ultrasons en phase liquide. C'est une méthode puissante pour étudier divers phénomènes dans un domaine de connaissance comme la physique. Les ultrasons sont utilisés, par exemple, dans la physique des semi-conducteurs et de l'état solide. Aujourd'hui, une branche distincte de la chimie est en cours de formation, appelée "chimie ultrasonique". Son application permet d'accélérer de nombreux processus chimico-technologiques. L'acoustique moléculaire est également née - une nouvelle branche de l'acoustique qui étudie l'interaction moléculaire des ondes sonores avec la matière. De nouveaux domaines d'application des ultrasons sont apparus: holographie, introscopie, acoustoélectronique, mesure de phase ultrasonore, acoustique quantique.
En plus des travaux expérimentaux et théoriques dans ce domaine, de nombreux travaux pratiques ont été réalisés aujourd'hui. Des machines à ultrasons spéciales et universelles, des installations fonctionnant sous une pression statique accrue, etc. ont été développées. Des installations à ultrasons automatiques incluses dans les lignes de production ont été introduites dans la production, ce qui peut augmenter considérablement la productivité du travail.
En savoir plus sur l'échographie
Parlons un peu plus de ce qu'est l'échographie. Nous avons déjà dit que ce sont des ondes élastiques et des oscillations. La fréquence des ultrasons est supérieure à 15-20 kHz. Les propriétés subjectives de notre audition déterminent la limite inférieure des fréquences ultrasonores, quile sépare de la fréquence du son audible. Cette limite est donc conditionnelle et chacun de nous définit différemment ce qu'est l'échographie. La limite supérieure est indiquée par les ondes élastiques, leur nature physique. Ils ne se propagent que dans un milieu matériel, c'est-à-dire que la longueur d'onde doit être nettement supérieure au libre parcours moyen des molécules présentes dans le gaz ou aux distances interatomiques dans les solides et les liquides. À pression normale dans les gaz, la limite supérieure des fréquences ultrasonores est de 109 Hz, et dans les solides et les liquides - 1012-10 13 Hz.
Sources ultrasoniques
Les ultrasons se retrouvent dans la nature à la fois comme composant de nombreux bruits naturels (chute d'eau, vent, pluie, cailloux roulés par les vagues, ainsi que dans les sons accompagnant les orages, etc.), et comme partie intégrante de le monde animal. Certaines espèces d'animaux l'utilisent pour l'orientation dans l'espace, la détection d'obstacles. On sait également que les dauphins utilisent les ultrasons dans la nature (principalement des fréquences de 80 à 100 kHz). Dans ce cas, la puissance des signaux de localisation émis par ceux-ci peut être très importante. Les dauphins sont connus pour être capables de détecter des bancs de poissons jusqu'à un kilomètre de distance.
Les émetteurs (sources) d'ultrasons sont divisés en 2 grands groupes. Le premier est celui des générateurs, dans lesquels les oscillations sont excitées en raison de la présence d'obstacles installés sur le trajet d'un flux constant - un jet de liquide ou de gaz. Le deuxième groupe dans lequel les sources ultrasonores peuvent être combinées esttransducteurs électro-acoustiques qui convertissent des fluctuations données de courant ou de tension électrique en une vibration mécanique produite par un corps solide qui émet des ondes acoustiques dans l'environnement.
Récepteurs à ultrasons
Aux moyennes et basses fréquences, les récepteurs ultrasonores sont le plus souvent des transducteurs électroacoustiques de type piézoélectrique. Ils peuvent reproduire la forme du signal acoustique reçu, représenté comme une dépendance temporelle de la pression acoustique. Les appareils peuvent être à large bande ou à résonance, selon les conditions d'application auxquelles ils sont destinés. Les récepteurs thermiques sont utilisés pour obtenir des caractéristiques de champ sonore moyennées dans le temps. Ce sont des thermistances ou des thermocouples recouverts d'une substance insonorisante. La pression et l'intensité sonores peuvent également être estimées par des méthodes optiques, telles que la diffraction de la lumière par ultrasons.
Où utilise-t-on l'échographie ?
Il existe de nombreux domaines d'application, tout en utilisant différentes fonctionnalités de l'échographie. Ces zones peuvent être grossièrement divisées en trois zones. Le premier d'entre eux est lié à l'obtention de diverses informations au moyen d'ondes ultrasonores. La deuxième direction est son influence active sur la substance. Et le troisième est lié à la transmission et au traitement des signaux. US d'une certaine gamme de fréquences est utilisé dans chaque cas. Nous n'aborderons que quelques-uns des nombreux domaines dans lesquels il a trouvé sa voie.
Nettoyage par ultrasons
La qualité de ce nettoyage ne peut être comparée à d'autres méthodes. Lors du rinçage des pièces, par exemple, jusqu'à 80% des contaminants restent sur leur surface, environ 55% - avec un nettoyage par vibration, environ 20% - avec un nettoyage manuel et avec un nettoyage par ultrasons, il ne reste pas plus de 0,5% des contaminants. Les détails de forme complexe ne peuvent être bien nettoyés qu'à l'aide d'ultrasons. Un avantage important de son utilisation est une productivité élevée, ainsi que de faibles coûts de travail physique. De plus, vous pouvez remplacer les solvants organiques coûteux et inflammables par des solutions aqueuses bon marché et sûres, utiliser du fréon liquide, etc.
Un problème sérieux est la pollution de l'air par la suie, la fumée, la poussière, les oxydes métalliques, etc. Vous pouvez utiliser la méthode par ultrasons pour nettoyer l'air et le gaz dans les sorties de gaz, quelles que soient l'humidité et la température ambiantes. Si un émetteur à ultrasons est placé dans une chambre de décantation des poussières, son efficacité augmentera des centaines de fois. Quelle est l'essence d'une telle purification ? Les particules de poussière se déplaçant au hasard dans l'air se heurtent plus fort et plus souvent sous l'influence des vibrations ultrasonores. Dans le même temps, leur taille augmente du fait de leur fusion. La coagulation est le processus de grossissement des particules. Des filtres spéciaux capturent leurs clusters pondérés et agrandis.
Usinage de matériaux cassants et super durs
Si vous entrez entre la pièce et la surface de travail de l'outil à l'aide d'ultrasons, d'un matériau abrasif, puis les particules abrasives pendant le fonctionnementl'émetteur affectera la surface de cette pièce. Dans ce cas, le matériau est détruit et retiré, soumis à un traitement sous l'action de divers micro-impacts dirigés. La cinématique de traitement comprend le mouvement principal - la coupe, c'est-à-dire les vibrations longitudinales effectuées par l'outil, et l'auxiliaire - le mouvement d'avance effectué par la machine.
L'échographie peut faire divers travaux. Pour les grains abrasifs, la source d'énergie est constituée par les vibrations longitudinales. Ils détruisent le matériel traité. Le mouvement d'alimentation (auxiliaire) peut être circulaire, transversal et longitudinal. Le traitement par ultrasons est plus précis. Selon la granulométrie de l'abrasif, elle varie de 50 à 1 micron. À l'aide d'outils de différentes formes, vous pouvez non seulement faire des trous, mais également des coupes complexes, des axes courbes, graver, meuler, créer des matrices et même percer un diamant. Matériaux utilisés comme abrasifs - corindon, diamant, sable de quartz, silex.
Ultrasons dans l'électronique radio
La technologie des ultrasons est souvent utilisée dans le domaine de l'électronique radio. Dans ce domaine, il devient souvent nécessaire de retarder un signal électrique par rapport à un autre. Les scientifiques ont trouvé une bonne solution en suggérant l'utilisation de lignes à retard ultrasonores (LZ en abrégé). Leur action est basée sur le fait que les impulsions électriques sont converties en vibrations mécaniques ultrasonores. Comment ça se passe ? Le fait est que la vitesse des ultrasons est nettement inférieure à celle développée par les oscillations électromagnétiques. Impulsionla tension après la transformation inverse en vibrations mécaniques électriques sera retardée à la sortie de la ligne par rapport à l'impulsion d'entrée.
Les transducteurs piézoélectriques et magnétostrictifs sont utilisés pour convertir les vibrations électriques en mécaniques et vice versa. LZ, respectivement, sont divisés en piézoélectrique et magnétostrictif.
L'échographie en médecine
Différents types d'ultrasons sont utilisés pour influencer les organismes vivants. Dans la pratique médicale, son utilisation est maintenant très populaire. Il est basé sur les effets qui se produisent dans les tissus biologiques lorsque les ultrasons les traversent. Les ondes provoquent des fluctuations dans les particules du milieu, ce qui crée une sorte de micromassage tissulaire. Et l'absorption des ultrasons entraîne leur échauffement local. Parallèlement, certaines transformations physico-chimiques se produisent dans les milieux biologiques. Ces phénomènes ne provoquent pas de dommages irréversibles en cas d'intensité sonore modérée. Ils ne font qu'améliorer le métabolisme, et contribuent donc à l'activité vitale de l'organisme qui y est exposé. De tels phénomènes sont utilisés dans la thérapie par ultrasons.
L'échographie en chirurgie
La cavitation et un fort échauffement à haute intensité entraînent la destruction des tissus. Cet effet est aujourd'hui utilisé en chirurgie. Les ultrasons focalisés sont utilisés pour les opérations chirurgicales, ce qui permet une destruction locale dans les structures les plus profondes (par exemple, le cerveau), sans endommager les structures environnantes. L'échographie est également utilisée en chirurgieoutils dans lesquels l'extrémité de travail ressemble à une lime, un scalpel, une aiguille. Les vibrations qui leur sont imposées donnent de nouvelles qualités à ces instruments. La force requise est considérablement réduite, par conséquent, le traumatisme de l'opération est réduit. De plus, un effet analgésique et hémostatique se manifeste. L'impact avec un instrument contondant à l'aide d'ultrasons est utilisé pour détruire certains types de néoplasmes apparus dans le corps.
L'impact sur les tissus biologiques est effectué pour détruire les micro-organismes et est utilisé dans les processus de stérilisation des médicaments et des instruments médicaux.
Recherche des organes internes
Nous parlons principalement de l'étude de la cavité abdominale. A cet effet, un appareil spécial est utilisé. L'échographie peut être utilisée pour trouver et reconnaître diverses anomalies tissulaires et anatomiques. Le défi est souvent le suivant: une tumeur maligne est suspectée et doit être distinguée d'une lésion bénigne ou infectieuse.
L'échographie est utile pour examiner le foie et pour d'autres tâches, notamment la détection d'obstructions et de maladies des voies biliaires, ainsi que l'examen de la vésicule biliaire pour détecter la présence de calculs et d'autres pathologies. En outre, des tests de dépistage de la cirrhose et d'autres maladies hépatiques bénignes diffuses peuvent être utilisés.
Dans le domaine de la gynécologie, principalement dans l'analyse des ovaires et de l'utérus, l'utilisation de l'échographie est de longue datela direction principale dans laquelle il est réalisé avec un succès particulier. Souvent, la différenciation des formations bénignes et malignes est également nécessaire ici, ce qui nécessite généralement le meilleur contraste et la meilleure résolution spatiale. Des conclusions similaires peuvent être utiles dans l'étude de nombreux autres organes internes.
L'utilisation des ultrasons en dentisterie
L'échographie a également trouvé sa place dans la dentisterie, où elle est utilisée pour éliminer le tartre. Il vous permet d'éliminer rapidement, sans effusion de sang et sans douleur la plaque et les calculs. Dans le même temps, la muqueuse buccale n'est pas blessée et les "poches" de la cavité sont désinfectées. Au lieu de douleur, le patient ressent une sensation de chaleur.
