Стойността на ултразвука. Блокада. Основи на теорията на разпространението на ултразвукови вълни.

Въпреки че изследванията на ултразвуковите вълни са започнали преди повече от сто години, само през последния половин век те са били широко използвани в различни области на човешката дейност. Това се дължи на активното развитие както на квантовите, така и на нелинейните раздели на акустиката, както и на квантовата електроника и физиката на твърдото тяло. Днес ултразвукът не е просто обозначение на високочестотния регион на акустичните вълни, а цялостно научно направление в съвременната физика и биология, което е свързано с индустриални, информационни и измервателни технологии, както и диагностични, хирургически и терапевтични методи на съвременната медицина.

Какво е това?

Всички звукови вълни могат да се разделят на човешки звук - това са честоти от 16 до 18 хиляди Hz и тези, които са извън обхвата на човешкото възприятие - инфра-и ултразвук. Под инфразвук те се разбират като вълни, подобни на звук, но с възприемано човешко ухо. Горната граница на инфразвуковата област е 16 Hz, а дъното е 0.001 Hz.

Ултразвукът е също звукови вълни, но само тяхната честота е по-висока от тази на човешкия слухов апарат. Като правило те разбират честоти от 20 до 106 kHz. Горната им граница зависи от средата, в която се разпространяват тези вълни. Така, в газообразна среда, границата е 106 kHz, а в твърдите вещества и течностите достига маркировка от 1010 kHz. Съществуват ултразвукови компоненти в шума от дъжд, вятър или водопад, мълниеносни изхвърляния и шумолене на валцувани камъчета. Това се дължи на способността да се възприемат и анализират вълните на ултразвуковия кит и делфините, прилепите и нощните насекоми са ориентирани в пространството.

Малко история

Първите ултразвукови (ултразвукови) изследвания са проведени в началото на 19 век от френския учен Ф. Саварт, който се опитва да установи горната честотна граница на слуха на човешкия слухов апарат. Освен това, изучаването на ултразвуковите вълни включва такива известни учени като германския V. Win, англичанин руски с група студенти.

През 1916 г. френският физик П. Ланжевен, в сътрудничество с руския емигрантски учен Константин Шиловски, е успял да използва кварц за получаване и излъчване на ултразвук за морски измервания и за откриване на подводни обекти, което позволява на изследователите да създадат първия ултразвук.
През 1925 г. американецът V. Pierce създаде устройство, наречено днес интерферометърът Pierce, който измерва с висока точност скоростта и абсорбцията на ултразвук в течни и газообразни среди. През 1928 г. съветският учен С. Соколов е първият, който използва ултразвукови вълни за откриване на различни дефекти в твърдите частици, включително металните.

В следвоенните 50-60-те години, на базата на теоретичните разработки на колектива на съветските учени, оглавяван от Л. Д. Розенберг, започва широко приложение  Ултразвук в различни промишлени и технологични области. В същото време благодарение на работата на британски и американски учени, както и на изследвания от съветски изследователи като Р. В. Хохлов, В. А. Красильников и много други, научната дисциплина като нелинейна акустика се развива бързо.

По същото време се правят първите опити на американците да използват ултразвук в медицината.

В края на 40-те години на миналия век съветският учен Соколов разработи теоретично описание на устройство, предназначено да визуализира непрозрачни обекти - „ултразвуков“ микроскоп. Въз основа на тези работи, в средата на 70-те години, специалистите от Станфордския университет създадоха прототип на сканиращ акустичен микроскоп.

Специални функции

Като имат обща природа, вълните на звуковия диапазон, както и ултразвукови, се подчиняват на физичните закони. Но ултразвукът има редица характеристики, които му позволяват да се използва широко в различни области на науката, медицината и технологиите:

1. Къса дължина на вълната. За най-ниския диапазон на ултразвук, той не превишава няколко сантиметра, което води до радиален характер на разпространението на сигнала. В този случай вълната се фокусира и разпространява чрез линейни лъчи.

2. Незначителният период на колебания, благодарение на което ултразвукът може да се излъчва импулсивно.

3. В различни среди, ултразвукови вибрации с дължина на вълната не повече от 10 mm имат свойства, подобни на светлинните лъчи, които позволяват фокусиране на вибрациите, формиране на насочена радиация, т.е. не само изпращане на енергия в правилната посока, но и концентриране в необходимия обем.

4. С малка амплитуда е възможно да се получат високи стойности на енергията на трептенията, което ви позволява да създавате високоенергийни ултразвукови полета и лъчи, без да използвате голямо оборудване.

5. Под влиянието на ултразвук върху околната среда има много специфични физични, биологични, химични и медицински ефекти, като:

• дисперсия;
• кавитация;
• обезгазяване;
• локално отопление;
• дезинфекция и мн. и др.

видове

Всички ултразвукови честоти са разделени на три типа:

• ULF - ниско, с обхват от 20 до 100 kHz;
• USS - средна честота - от 0.1 до 10 MHz;
• ULF - висока честота - от 10 до 1000 MHz.

Днес практическото използване на ултразвук е предимно използването на вълни с ниска интензивност за измерване, наблюдение и изследване на вътрешната структура различни материали  и продукти. Високочестотните се използват за активно влияние върху различни вещества, което позволява да се променят техните свойства и структура. Диагностиката и ултразвуковото лечение на много заболявания (използващи различни честоти) е отделна и активно развиваща се област на съвременната медицина.

Къде се прилага?

През последните десетилетия не само научните теоретици се интересуват от ултразвук, но и практикуващи, които все повече я въвеждат в различни видове човешка дейност. Днес ултразвуковите звена се използват за:

В съвременния свят ултразвукът е важен технологичен инструмент в такива индустриални сектори като:

• желязо и стомана;
• химически;
• селското стопанство;
• текстил;
• храна;
• фармакологична;
• машиностроене и приборостроене;
• нефтохимия, преработка и други.

В допълнение, ултразвукът все повече се използва в медицината. За това ще говорим в следващия раздел.

Употреба в медицината

В съвременната практическа медицина има три основни области на използване на ултразвук с различни честоти:

1. Диагностика.

2. Терапевтични.

3. Хирургично.

Нека разгледаме по-подробно всяка от тези три области.

диагностика

Един от най-модерните и информативни методи за медицинска диагностика е ултразвук. Несъмнените му предимства са: минимално въздействие върху човешките тъкани и високото информационно съдържание.

Както вече споменахме, ултразвукът е звукова вълна, която се разпространява в хомогенна среда по права линия и с постоянна скорост. Ако по пътя им има области с различни акустични плътности, тогава част от осцилациите се отразява, а друга част се пречупва, докато продължава своята собствена.Така, колкото по-голяма е разликата в плътността на граничната среда, толкова повече са отразени ултразвуковите вибрации. Съвременните методи на ултразвук могат да бъдат разделени на място и полупрозрачни.

Местоположение на ултразвука

В хода на такова изследване се записват импулси, отразени от границите на средата с различни акустични плътности. С помощта на подвижен сензор можете да зададете размера, местоположението и формата на обекта, който се изучава.

полупрозрачност

Този метод се основава на факта, че различните тъкани на човешкото тяло абсорбират ултразвук по различни начини. По време на изследването на който и да е вътрешен орган, към нея се изпраща вълна с определена интензивност, след което предаваният сигнал от обратната страна се записва със специален сензор. Картината на сканирания обект се възпроизвежда въз основа на промяна в интензитета на сигнала при "вход" и "изход". Получената информация се обработва и преобразува от компютър под формата на ехограма (крива) или сонограма - двуизмерно изображение.

Доплеров метод

Това е най-активният диагностичен метод, който използва както пулсиращ, така и непрекъснат ултразвук. Доплеровата сонография е широко използвана в акушерството, кардиологията и онкологията, тъй като ви позволява да проследявате дори най-малките промени в капилярите и малките кръвоносни съдове.

Приложения за диагностика

Днес методите за визуализация и измерване на ултразвук са най-широко използвани в областта на медицината, като:

• акушерство;
• офталмологията;
• кардиология;
• неврология на новородени и кърмачета;
• проучване вътрешни органи:

Ултразвуково изследване на бъбреците;

Жлъчен мехур и канали;

Женска репродуктивна система;

• диагностика на външни и близки повърхностни органи (щитовидни и млечни жлези).

Употреба в терапията

Основният терапевтичен ефект на ултразвука се дължи на способността му да прониква в човешките тъкани, да ги затопля и затопля, да извършва микромасаж на отделни секции. Ултразвукът може да се използва както за пряко, така и за непряко въздействие върху фокуса на болката. В допълнение, при определени условия, тези вълни имат бактерицидно, противовъзпалително, аналгетично и спазмолитично действие. Използван за терапевтични цели, ултразвукът е условно разделен на високи и ниски вибрации.

Това е вълна с ниска интензивност, която е най-широко използвана за стимулиране на физиологични реакции или незначителна, невредима топлина. Ултразвукова терапия е дала положителни резултати при заболявания като:

• артрит;
• артрит;
• миалгия;
• спондилит;
• невралгия;
• разширени и трофични язви;
• анкилозиращ спондилит;
• облитериращ ендартариит.

Провеждат се проучвания, при които ултразвукът се използва за лечение на болестта на Меньер, дуоденални язви и стомашни язви, бронхиална астма и отосклероза.

Ултразвукова хирургия

Модерната хирургия с ултразвукови вълни е разделена на две области:

Селективно унищожаване на участъци от тъкани със специално контролирани ултразвукови вълни с висока интензивност с честоти от 10 6 до 10 7 Hz;

Използване на хирургически инструмент с налагане на ултразвукови вибрации от 20 до 75 kHz.

Пример за селективна ултразвукова хирургия може да бъде използването на ултразвукови камъни в бъбреците. В процеса на такава неинвазивна операция ултразвуковата вълна действа върху камъка през кожата, т.е. извън човешкото тяло.   За съжаление, този хирургичен метод има няколко ограничения. Не използвайте ултразвуково раздробяване в следните случаи:

Бременни жени по всяко време;

Ако диаметърът на камъните е повече от два сантиметра;

За всякакви инфекциозни заболявания;

При наличие на заболявания, които нарушават нормалното съсирване на кръвта;

В случай на тежки костни лезии.

Въпреки че отстраняването на ултразвукови камъни в бъбреците се извършва без хирургични разрези, то е доста болезнено и се извършва под обща или локална анестезия.

Хирургичните ултразвукови инструменти се използват не само за по-малко болезнено дисекация на костите и меките тъкани, но и за намаляване на загубата на кръв.

Нека погледнем в посока на стоматологията. Ултразвукът премахва стоматологичните камъни по-малко болезнени и всички други манипулации на лекаря са много по-лесни. В допълнение, при травма и ортопедична практика, ултразвукът се използва за възстановяване на целостта на счупените кости. По време на такива операции пространството между костните фрагменти се запълва със специално съединение, състоящо се от костни стружки и специална течна пластмаса, след което се излага на ултразвук, благодарение на което всички компоненти са здраво свързани. Тези, които са претърпели операция, по време на която е използван ултразвук, оставят различни прегледи - положителни и отрицателни. Трябва да се отбележи обаче, че има още по-доволни пациенти!

Ултразвукът е област на физиката и технологията, която работи с високочестотни звукови вълни. Основното условие е честотата на трептенията да е над 20 kHz, т.е. 20 хиляди осцилации в секунда. Човешкият слух може да възприеме вибрациите до максимум 18 kHz, така че ултразвуковите вълни не се чуват от нас. Ултразвуковите вълни имат огромен брой медицински и промишлени приложения. Използват се в инструменти за рязане, почистване, смесване, проверка и запояване.

Ултразвуковите вълни могат да бъдат създадени по три основни начина: чрез прилагане на променлив ток през кварцов кристал; механично - с помощта на специална сирена (високоговорител); използване на магнитно поле върху кух метален прът.

През 1890 г. Пиер Кюри открива първия метод за получаване на ултразвукови вибрации. По време на Втората световна война ултразвукът е използван за откриване на подводници под вода с помощта на акустичен сонар. Днес ултразвуковите вълни са намерили много важни приложения.

В медицината ултразвукът намери много широко приложение. Ултразвуково изследване или ултразвук е метод за изследване на вътрешните органи на пациент без операция и рентгеново облъчване. Ултразвукът включва изследването със специална сонда, която се поставя върху повърхността на кожата и излъчва ниско енергийни ултразвукови вълни вътре в тялото. Отразявайки се от различни тъкани, вълните се връщат към сондата, където се превръщат в електрически сигнал, който след това се показва на монитора. Ултразвукът може да се използва за откриване на тумори, диагностика на заболявания на жлъчния мехур, бъбреците, черния дроб и някои други органи. В допълнение, ултразвукът се използва за диагностициране на състоянието на детето по време на бременност.

Ултразвукова енергия с по-голяма мощност може да се използва за нагряване на тъканите в тялото. Този метод може да се използва за лечение на артрит, бурсит, мускулна дистрофия и други тъкани. В стоматологията се използва ултразвук за почистване на зъбите от зъбен камък.

Друго важно свойство на ултразвука, способността за генериране на милиони малки мехурчета в течност, позволява да се използва за почистване на части. Този процес се нарича кавитация. Използва се за почистване на перките на витла на кораби, хирургически инструменти и други предмети, където е необходима висока степен на почистване.

Техниката подобна на кавитацията позволява използването на ултразвук за механична обработка на различни твърди материали, дори и стомана и диаманти. Течността и абразивният материал се превръщат чрез ултразвук в непрекъснат поток, който е способен да реже материали. Тази технология дори се използва за пробиване на скали.

Друго приложение на ултразвук в областта на диагностицирането на метални изделия за износване и скрап. Ултразвуковият поток от вълни, изпратен вътре в частта, се отразява от пукнатини и неравности обратно към радиатора. Тази функция ви позволява да проверите детайлите. превозни средства, машини и конструкции за скрити и опасни дефекти.

В допълнение към горните приложения, ултразвуковите вълни се използват и за боядисване, смесване на течности, запояване на метали, както и в средства за дистанционно управление и аларми за сигурност.

ултразвук  - еластични звукови вибрации с висока честота. Човешкото ухо възприема еластични вълни, разпространяващи се в средата с честота приблизително 16–20 kHz; вибрациите с по-висока честота са ултразвук (извън слуха). Обикновено, ултразвуковият обхват се счита за честотна лента от 20 000 до един милиард Hz. По-високите честотни звукови вибрации се наричат ​​хиперзвук. При течности и твърди вещества звуковите вибрации могат да достигнат 1000 GHz

Въпреки че учените отдавна знаят за съществуването на ултразвук, практическото му използване в науката, технологията и индустрията започва сравнително скоро. Сега ултразвукът е широко използван в различни области на физиката, технологията, химията и медицината.

Честотата на микровълновите ултразвукови вълни, използвани в промишлеността и биологията, е от порядъка на няколко MHz. Фокусирането на такива греди обикновено се извършва с помощта на специални звукови лещи и огледала. С помощта на подходящ преобразувател може да се получи ултразвуков лъч с необходимите параметри. Най-често срещаните керамични преобразуватели от бариев титанит. В случаите, когато силата на ултразвуковия лъч е от първостепенно значение, обикновено се използват механични източници на ултразвук. Първоначално всички ултразвукови вълни се получават механично (камертони, свирки, сирени).

В природата ултразвукът се намира и като компонент на много естествени шумове (в шума на вятъра, водопада, дъжда, в шума от камъчета, преобърнат от морския прилив, в звуци, придружаващи светкавици и т.н.) и сред звуците на животинския свят. Някои животни използват ултразвукови вълни за откриване на препятствия, ориентация в пространството.

Ултразвуковите излъчватели могат да бъдат разделени на две големи групи. Първата включва излъчватели-генератори; трептенията в тях се възбуждат поради наличието на препятствия по пътя на постоянния поток - струя газ или течност. Втората група излъчватели - електроакустични преобразуватели; преобразуват вече определените осцилации на електрическо напрежение или ток в механично колебание на твърдо вещество, което излъчва акустични вълни в околната среда.Примери на излъчватели: свирка на Галтън, течна и ултразвукова свирка, сирена.

Разпространението на ултразвук.

Разпространението на ултразвук е процесът на движение в пространството и във времето на смущения, които се случват в звуковата вълна.

Звукова вълна се разпространява в вещество, което е в газообразно, течно или твърдо състояние в същата посока, в която частиците на това вещество се изместват, т.е. причинява деформация на средата. Деформацията се дължи на факта, че се случва последователно разреждане и компресия на определени обеми на средата, а разстоянието между две съседни области съответства на дължината на ултразвуковата вълна. Колкото по-голяма е специфичната акустична устойчивост на средата, толкова по-голяма е степента на компресия и разреждане на средата при дадена амплитуда на колебание.

Частиците на средата, участващи в предаването на енергията на вълната, осцилират около позицията на тяхното равновесие. Скоростта, с която частиците осцилират около средното равновесно състояние, се нарича колебателна

скорост.

Дифракция, интерференция

С разпространението на ултразвукови вълни са възможни явления на дифракция, интерференция и отражение.

Дифракцията (огъване на вълната около препятствия) възниква, когато дължината на ултразвуковата вълна е сравнима (или повече) с размера на препятствието по пътя. Ако препятствието е голямо в сравнение с дължината на акустичната вълна, няма дифракционен феномен.

С едновременното движение на няколко ултразвукови вълни в тъкан в определена точка от средата, тези вълни могат да бъдат насложени. Това налагане на вълни един на друг се нарича колективно интерференция. Ако в процеса на преминаване през биологичен обект ултразвуковите вълни се пресичат, то в дадена точка в биологичната среда има увеличаване или намаляване на трептенията. Резултатът от интерференцията ще зависи от пространственото съотношение на фазите на ултразвукови вибрации в дадена точка на средата. Ако ултразвуковите вълни достигнат определена част от средата в същите фази (във фаза), тогава изместването на частиците има едни и същи знаци и интерференцията в такива условия увеличава амплитудата на ултразвуковите вибрации. Ако ултразвуковите вълни попаднат в специфична област в антифаза, тогава изместването на частиците ще бъде придружено от различни знаци, което води до намаляване на амплитудата на ултразвуковите вибрации.

Интерференцията играе важна роля в оценката на явленията, които се случват в тъканите около ултразвуков излъчвател. От особено значение е намесата в разпространението на ултразвуковите вълни в противоположни посоки, след като те се отразяват от препятствие.

Поглъщане на ултразвукови вълни

Ако средата, в която се разпространява ултразвукът, има вискозитет и топлопроводимост или има други вътрешни процеси на триене в него, тогава, когато вълната се разпространява, звукът се абсорбира, т.е. те носят. Средата, в която се разпространява ултразвукът, взаимодейства с преминаващата през нея енергия и поглъща част от нея. Преобладаващата част от абсорбираната енергия се превръща в топлина, по-малка част причинява необратими структурни промени в предаващото вещество. Абсорбцията е резултат от триене на частици един срещу друг, тя е различна в различни среди. Абсорбцията зависи и от честотата на ултразвуковите вибрации. На теория абсорбцията е пропорционална на квадрата на честотата.

Степента на абсорбция може да се характеризира с коефициента на поглъщане, който показва как се променя интензивност на ултразвука  в облъчената среда. С нарастващата честота тя се увеличава. Интензивността на ултразвуковите вибрации в околната среда намалява експоненциално. Този процес се дължи на вътрешно триене, топлинна проводимост на абсорбиращата среда и нейната структура. Тя грубо характеризира размера на полуабсорбиращия слой, който показва на каква дълбочина интензивността на трептенията е намалена наполовина (по-точно 2.718 пъти, или 63%). Според Палман при честота от 0.8 MHz средните стойности на полу-абсорбиращия слой за някои тъкани са следните: мастна тъкан - 6,8 cm; мускул - 3,6 cm; мастната и мускулната тъкан заедно - 4.9 см. С увеличаване на честотата на ултразвука, величината на полуабсорбиращия слой намалява. Така при честота от 2,4 MHz интензивността на ултразвука, преминаваща през мастната и мускулната тъкан, се намалява наполовина на дълбочина 1,5 cm.

Освен това е възможно аномално поглъщане на енергията на ултразвуковите вибрации в определени честотни диапазони - това зависи от специфичната молекулна структура на тази тъкан. Известно е, че 2/3 от ултразвуковата енергия отслабва на молекулярно ниво и 1/3 на нивото на микроскопични тъканни структури.

Дълбочината на проникване на ултразвукови вълни

Под дълбочината на проникване на ултразвук се разбира дълбочината, при която интензитетът се намалява наполовина. Тази стойност е обратно пропорционална на абсорбцията: колкото по-силна е абсорбцията на ултразвука, толкова по-малко е разстоянието, на което интензивността на ултразвука е намалена наполовина.

Разсейване на ултразвукови вълни

Ако има нееднородности в средата, тогава има разсейване на звука, което може значително да промени простите картини на разпространението на ултразвука и в крайна сметка да предизвика затихване на вълната в първоначалната посока на разпространение.

Пречупване на ултразвукови вълни

Тъй като акустичната резистентност на човешките меки тъкани не се различава много от резистентността на водата, може да се предположи, че на границата между средата (епидермис - дерма - фасция - мускул) ще се наблюдава пречупване на ултразвукови вълни.

Отражение на ултразвукови вълни

Ултразвуковата диагностика се основава на феномена на отражението. Отражението настъпва в граничните зони на кожата и мазнините, мазнините и мускулите, мускулите и костите. Ако ултразвукът в разпространението срещне препятствие, тогава се появява отражение, ако препятствието е малко, тогава ултразвукът се движи около него. Хетерогенностите на организма не причиняват значителни отклонения в сравнение с дължината на вълната (2 mm), като размерите им (0,1-0,2 mm) могат да бъдат пренебрегнати. Ако ултразвукът по пътя му се сблъска с органи, чиито размери са по-големи от дължината на вълната, тогава се случва рефракцията и отражението на ултразвука. Най-силното отражение се наблюдава на границите на костта - околните тъкани и тъкани - въздуха. Въздухът е с ниска плътност и има почти пълно отражение на ултразвука. Отражението на ултразвуковите вълни се наблюдава на границата на мускула - надкостница - кост, на повърхността на кухите органи.

Работещи и стоящи ултразвукови вълни

Ако разпространението на ултразвукови вълни в средата не ги отразява, се формират пътуващи вълни. В резултат на загуби на енергия, колебателните движения на частиците на средата постепенно изчезват, а колкото по-далеч са частиците от излъчващата повърхност, толкова по-малка е амплитудата на техните колебания. Ако по пътя на разпространението на ултразвуковите вълни има тъкани с различни специфични акустични импеданси, то до известна степен ултразвуковите вълни се отразяват от граничната част. Налагането на инцидентни и отразени ултразвукови вълни може да доведе до появата на стоящи вълни. За появата на стоящи вълни разстоянието от повърхността на излъчвателя до отразяващата повърхност трябва да бъде кратно на половината от дължината на вълната.

ултразвук- това са еластични вибрации и вълни с честота по-висока от 20 kHz, която не се чува от човешкото ухо. Понастоящем е възможно да се получат ултразвукови вибрации с честота до 10 GHz. Според посочените честотни диапазони, дължината на ултразвуковите вълни във въздуха е от 1,6 до 0,3 - 10 - 4 cm в течности - от 6.0 до 1.2? 10- 4 cm   и в твърди вещества - от 20.0 до 4.0? 10- 4 cm

Ултразвуковите вълни по своята природа не се различават от еластичните вълни на звуков обхват. Разпространението на ултразвук е подчинено на основните закони, които са общи за акустичните вълни на всеки честотен диапазон. Основните закони на разпространението на ултразвука включват законите на отражение и пречупване на границите на различни среди, дифракция и разсейване на ултразвука в присъствието на препятствия и нееднородности на границите, законите на разпространение на вълноводите в ограничени области на средата.

Въпреки това, високата честота на ултразвуковите вибрации и малките дължини на вълната определят редица специфични свойства, присъщи само на ултразвука.

Така е възможно визуалното наблюдение на ултразвуковите вълни с помощта на оптични методи. Поради малката дължина на ултразвуковите вълни са добре фокусирани, и следователно е възможно да се получи насочено лъчение. Друга много важна характеристика на ултразвука е възможността за получаване на високи стойности на интензивност при относително малки амплитуди на колебания.

Намаляване на амплитудата и интензивността на ултразвуковата вълна, тъй като тя се разпространява в дадена посока, т.е. затихването се определя от разсейването и абсорбцията на ултразвука, прехода на ултразвукова енергия в други форми, например в топлина.

Източници на ултразвук на работното място. Технологичните източници на ултразвук включват всички видове ултразвуково технологично оборудване, ултразвукови устройства и оборудване за промишлени, медицински и битови цели, които

генерират ултразвукови вибрации в честотния диапазон от 20 kHz до 100 MHz и повече. Източникът на ултразвук може да бъде и оборудване, по време на работа на което ултразвукови вибрации възникват като съпътстващ фактор.

Основните елементи на ултразвуковата технология са ултразвукови преобразуватели и генератори. Ултразвукови преобразувателив зависимост от вида на консумираната енергия, те се разделят на механични (ултразвукови свирки, сирени) и електромеханични (магнитострикционни, пиезоелектрични, електродинамични). За генериране на нискочестотни ултразвук се използват механични и магнитострикционни преобразуватели, а пиезоелектричните преобразуватели позволяват да се получат високочестотни ултразвуци - до 10 9 Hz.

Ултразвукови генератори те са предназначени за преобразуване на индустриален честотен ток във високочестотен ток и за захранване на електроакустични системи - преобразуватели както на пиезоелектрични, така и на магнитостриктивни.

В момента ултразвукът се използва широко в машиностроенето, металургията, химията, електрониката, строителството, геологията, леката и хранителната промишленост, рибарството, медицината и др.

От разнообразието от начини за използване на ултразвук от гледна точка на оценката на възможните неблагоприятни ефекти върху тялото на работниците е препоръчително да се разпределят две основни области:

1. Заявление нискочестотни (до 100 kHz) ултразвукови вибрации,разпръскване чрез контактни и дихателни пътища, за активно влияние върху вещества и технологични процеси - почистване, дезинфекция, заваряване, запояване, механична и топлинна обработка на материали (свръхтвърди сплави, диаманти, керамика и др.), аерозолна коагулация; в медицината - ултразвукови хирургически инструменти, оборудване за стерилизиране на ръцете на медицинския персонал, различни артикули и др.

2. Приложение високочестотни (100 kHz - 100 MHz и по-високи) ултразвуковиколебания, разпространявани изключително чрез контакт за безразрушителен контрол и измерване; в медицината - диагностика и лечение на различни заболявания.

Анализът на разпространението и перспективата за използване на различни източници на ултразвук показват, че 60-70% от всички хора, работещи при неблагоприятни ефекти от ултразвука

к дефектоскопи за обработка на дефекти, оператори за почистване, заваряване, режещи звена, лекари по ултразвук, физиотерапевти, хирурзи и др.

С цел унифициране на критериите и методите за оценка на степента на производствените ефекти на ултразвука е разработена “Хигиенна класификация на ултразвука, действаща върху човешки оператор”. Класифицираните признаци на ултразвука, действащи върху операционните, са: метод на разпространение на фактор, вид на източника на ултразвук, метод и режим на генериране на трептения, честотна характеристика на ултразвуковите колебания (табл. 12.1).

Работещите с технологични и медицински ултразвукови източници са изложени на комплекс от неблагоприятни фактори на производствената среда, водещи от които е ултразвук с честота на трептене от 20 Hz - 20.0 MHz и интензивност 50-160 dB.

Така, стационарните почистващи, заваръчни, режещи инсталации генерират постоянни ултразвукови вибрации с честоти

Таблица 12.1.Хигиенно класифициране на ултразвука, действащо върху оператора

24.0-22.0 kHz, разширяване на контактните и въздушните маршрути (25-30% от работната смяна).

Интензивността на ултразвука в зоната на контакт с ръцете на операторите на агрегатите за почистване, рязане и заваряване е 0.03–1.4 W / cm 2, т.е. нивата варират от практически нормални стойности до 14 пъти над IMU. Нивата на звуково налягане в звуковите и ултразвуковите честотни диапазони на работните места достигат 80-101 dB с максимум при работните честоти на блоковете, което съответства на нормата.

Сред многобройните методи за ултразвукова дефектоскопия, най-често срещаният е импулсният метод (честоти от 0.5–20.0 MHz с честота на повторение на импулса в рамките на 300–4000 Hz; честоти от 50 и 80 kHz с честота на повторение на импулса в рамките на 100–4000 Hz).

При ултразвуково изпитване на заварени и стоманобетонни продукти, операторът е изложен на ултразвук за 72-75% от работното време, интензивността на ултразвука в контактните точки варира от 1 × 10 -3 до 1.0 W / cm 2, нивата на въздушния ултразвук не надвишават RC.

Средното време на експозиция на контактния ултразвук върху работниците зависи от вида на ултразвуковия източник (ръчен или стационарен), за който той обикновено е 2,5-3 пъти по-малък.

Диагностичните блокове, използвани в лечебните заведения и превантивните лечебни заведения работят в честотния диапазон 0,8–20,0 MHz, честотата на повторение на импулсите е 50–100 Hz. Диагностичното сканиране се извършва от ръчен ултразвуков сензор. Продължителността на едно проучване варира от 15-20 минути до 1-1.5 часа, а нивата на високочестотния контактен ултразвук, действащ на ръцете на лекар, варират от 0,5-25,0-40,0 mW / cm 2 до 1,0 W / cm 2 в диагностични изследвания, заемащи 70% от работното време.

В ултразвукова хирургическа апаратура, честотата на трептене е 26.6-44.0-66.0-88.0 kHz. Когато хирурзите работят, се отбелязва предаването на контакт на ултразвук с ръце, продължителността на ултразвуковата експозиция не надвишава 14% от работното време. Интензивността на контактния ултразвук е в диапазона 0.07–1.5 W / cm 2, нивата на ултразвук на въздуха на работните места на хирурзите са под допустимите - 80–89 dB.

Ултразвуковото физиотерапевтично оборудване генерира трептения с честоти от 0.88 и 2.64 MHz. Нивата на постоянен и пулсиращ контакт ултразвук, действащ върху ръцете на медицинския персонал, разпространяващ се през страничната повърхност на ръчния предавател, са 0.02-1.5 W / cm. Продължителността на една процедура не надвишава 15 минути, времето на контакт с ултразвук е 33% на смяна.

Биологичен ефект на ултразвука. Ултразвуковите вълни са способни да причиняват многопосочни биологични ефекти, чиято природа се определя от много фактори: интензивност на ултразвуковите вибрации, честота, времеви параметри на трептенията (постоянни, импулсни), продължителност на експозиция, чувствителност на тъкан.

По-специално, честотата на ултразвуковите вибрации определя дълбочината на проникване на фактора: колкото по-висока е честотата, толкова повече енергия се абсорбира от тъканите, но ултразвуковите вибрации проникват на по-малка дълбочина. Трябва да се отбележи, че абсорбцията на ултразвук в биологичните тъкани не се подчинява на общите закони. Според наличните данни в биологичните тъкани няма квадратична, а линейна зависимост на абсорбцията от честотата. Това се дължи на голямата хетерогенност на телесните тъкани. Хетерогенността на биологичните тъкани се дължи на различна степен на абсорбция на ултразвука. Най-малката абсорбция се наблюдава в мастния слой и почти два пъти в мускулната тъкан. Сивото вещество на мозъка абсорбира ултразвука 2 пъти повече от бялото; малко гръбначна течност абсорбира ултразвукова енергия. Най-голямата абсорбция се наблюдава в костната тъкан. (табл. 12.2).

При системно излагане на интензивен нискочестотен ултразвук с нива, превишаващи максимално допустимите, работниците могат да получат функционални промени в централната и периферната нервна система, сърдечно-съдовата, ендокринната система, слуховите и вестибуларните анализатори, хуморалните смущения.

При експозиция на 130 dB ултразвукови вибрации с честота 25 kHz се наблюдават промени в сърдечната честота, кръвната картина, ендокринната функция и електрогенезата на мозъка (сплескване на ЕЕГ); подчертана умора, умора, намалена работоспособност.

Таблица 12.2.Ултразвукова абсорбция от човешки тъкани

Под действието на ултразвук с честота 20 kHz с нива на звуково налягане от 120, 110 и 100 dB няма забележима промяна в праговете на слуховата чувствителност след излагане на един час.

Най-характерно е наличието на вегетативна дистония и астеничен синдром. Лица, обслужващи нискочестотно ултразвуково оборудване за дълго време, се оплакват от главоболие, замаяност, обща слабост, умора, нарушение на съня, сънливост през деня, раздразнителност, загуба на паметта, повишена чувствителност към звуци, страх от ярка светлина. Има оплаквания от понижаване на температурата на крайниците, пристъпи на бледност или зачервяване на лицето, често диспептични оплаквания.

Мозъчните нарушения често се комбинират с умерено вегетативен полиневрит на ръцете. Това се дължи на факта, че заедно с общия ефект на ултразвука върху тялото, работещо през въздуха, нискочестотният ултразвук има локален ефект, когато влезе в контакт с обработваните части и средата, в която вибрациите са възбудени, или с ръчни източници.

При експозиция на нискочестотен ултразвук се проявяват вегетативно-съдови нарушения (със същия трудов стаж), по правило по-рано от излагане на високочестотен ултразвук, и се характеризират с наличие на трофични разстройства в мускулната тъкан с последваща хипертрофия на мускулите на ръцете.

Систематичният, дори краткотраен контакт с течни и твърди среди, в които ултразвуковите вибрации се развълнуват, значително засилва ефекта на въздушния ултразвук.

В сравнение с високочестотния шум ултразвукът има по-малък ефект върху слуховата функция, но причинява по-изразени отклонения от нормата от страна на вестибуларната функция.

Разкрити са неблагоприятните ефекти на нискочестотния ултразвук върху функционалното състояние на централната нервна система. Работниците в динамиката на работния ден забавят скоростта на извършване на условни рефлексни реакции към външни дразнения, има напрежение или нарушена терморегулация и съответно повишаване на телесната температура до 37.1-37.3 ° С, дисоциация в степента на повишаване на телесната температура и кожата, липса на корелация между показатели за изпотяване, пулс и телесна температура. Отбелязва се също така тенденцията за намаляване на диастолното налягане, до артериална хипотония, промени на ЕКГ при екстракардиален тип, повишени прагове на слуховата чувствителност, ако нивата на звуково налягане значително надвишават RC, забележими промени във вестибуларната функция (според стабилография).

Тези промени се проявяват ясно при индивиди, изложени на интензивен ултразвук (122-130 dB), и много по-слабо изразени при ултразвук със средна и ниска интензивност (92-115 dB).

Използва се в промишлеността, биологията, медицината, интензивността на контактния ултразвук обикновено се разделя на ниско(до 1,5 W / cm 2) среден(1.5-3.0 W / cm2) и високо(3.0-10.0 W / cm2).

В зависимост от интензивността на контактния ултразвук се различават три основни вида действия:

1) ултразвук с ниска интензивностспомага за ускоряване на метаболитните процеси в организма, лесно загряване на тъканите, микромасаж и др. Ниските интензитети не водят до морфологични промени вътре в клетките, тъй като променливото звуково налягане причинява само известно ускорение на биофизичните процеси, поради което малките ултразвукови експозиции се считат за физиологичен катализатор;

2) ултразвук със средна интензивностчрез увеличаване на променливото звуково налягане причинява обратима реакция на потискане, по-специално на нервната тъкан. Скоростта на възстановяване на функциите зависи от интензивността и времето на излагане на ултразвук;

3) ултразвук с висок интензитет причинява необратимо потискане, превръщайки се в процес на пълно разрушаване на тъканите.

Данните сочат, че ултразвуковите вибрации с импулсен режим имат малко по-различен ефект. биологично действиеот постоянните колебания. Особеността на физиологичното действие на импулсния ултразвук е по-слабо изразена, но по-голяма мекота и продължителност на ефектите. Мекотата на действието на пулсиращия контакт е свързана с преобладаването на физикохимичните ефекти на действието върху термичните и механичните.

Влиянието на ултразвука върху биологичните структури се дължи на редица фактори. вещипричинени от ултразвук, условно разделени на:

механични,причинени от променливо изместване на средата, радиационно налягане и др. Така при ниски интензитети (до 2-3 W / cm2 при честоти от порядъка на 10 5 -10 6 Hz), колебанията на частиците на биологичната среда произвеждат един вид микромасаж на тъканните елементи, допринасящ за по-добър метаболизъм;

физически и химическисвързани с ускоряване на дифузионните процеси чрез биологични мембрани, промени в скоростта на биологичните реакции;

термични,в резултат на отделянето на топлина, когато тъканите абсорбират ултразвукова енергия, температурата се повишава на границите на тъканните структури, нагрявайки се на газовите мехурчета;

Ефекти, свързани с появата на тъкан ултразвукова кавитация(образуване последвано от срутване на газови мехурчета в средата под действието на ултразвук). Кавитацията води до разкъсване на молекулярните връзки. Например, водните молекули се разпадат на свободни радикали ОН - и Н +, което е основната причина за окислителното действие на ултразвука. По същия начин, разделянето под действието на ултразвук на високомолекулни съединения в биологични обекти, например, нуклеинови киселини, протеинови вещества.

Информацията за биологичните ефекти на нискочестотния ултразвук е много ограничена. Наличните данни показват, че нискочестотният ултразвук е фактор, който има голям

биологична активност и способни да причиняват функционални и органични нарушения на нервната, сърдечно-съдовата, хемопоетичната, ендокринната и други системи на тялото.

Данните за ефекта на високочестотния ултразвук върху човешкия организъм показват полиморфни и комплексни промени, които настъпват в почти всички тъкани, органи и системи.

Промените, протичащи под влиянието на ултразвук (въздух и контакт), следват общ модел: ниски интензивности стимулират и активират, средно и голямо потискат, инхибират и могат напълно да потискат функциите.

Високочестотният контакт ултразвук поради малка дължина на вълната практически не се разпределя във въздуха и засяга работниците само когато ултразвуковият източник влезе в контакт с повърхността на тялото. Промените, причинени от действието на контактния ултразвук, обикновено са по-изразени в контактната зона, по-често са пръсти, ръце, въпреки че не се изключва възможността за дистални прояви, дължащи се на рефлексни и неврохуморални връзки.

Продължителната работа с ултразвук по време на контактното предаване на ръцете причинява увреждане на периферния невроваскуларен апарат, а тежестта на промените зависи от интензивността на ултразвука, времето за звучане и зоната на контакт, т.е. ултразвукова експозиция и може да се усилва при наличие на съпътстващи фактори на производствената среда, утежняващо действието й (ултразвуково въздушно, локално и общо охлаждане, контактни смазки - различни видове масла, статично напрежение в мускулите и т.н.).

Сред работещите с контактни ултразвукови източници се забелязва висок процент на оплаквания за наличие на парестезии, повишена чувствителност на ръце към студ, чувство на слабост и болка в ръцете през нощта, намалена тактилна чувствителност, изпотяване на дланите. Има и оплаквания от главоболие, замаяност, шум в ушите и главата, обща слабост, сърцебиене, болка в областта на сърцето.

Установено е, че високочестотният ултразвук, действащ при контакт дълго време, има неблагоприятен ефект, предизвикващ развитие на вегетативно-съдови лезии в операторите на дефектоскопи. Операторите на ултразвукова дефектоскопия разкриха повишено

това е хемодинамично разстройство на окото, главно под формата на хипотонично състояние, проявяващо се в атония на вените, венули и венозни колене на капилярите на предния сегмент на очната ябълка, понижение на ретината и хипотонична ангиопатия на ретината. Идентифицираните съдови нарушения на очите в тази професионална група трябва да се интерпретират като проявление на общо вегетативно-съдово разстройство, свързано с ефектите на ултразвукови вибрации (0.5-5.0 MHz, интензивност до 1.0 W / cm2).

Отбелязано е неблагоприятното въздействие на контактния ултразвук върху медицинския персонал, обслужващ физиотерапевтично и диагностично оборудване, което се проявява и в развитието на вегетативно-съдови лезии на ръцете.

Автономно-сензорна (ангионевроза) полиневропатия на ръцете, която се развива при контакт с ултразвук, за първи път е призната като професионално заболяване и е посочена като болест през 1989 г. Установено е, че биологичният ефект на ултразвуковите вибрации по време на контактно предаване се дължи на неговия ефект върху нервно-рецепторния апарат на кожата последващо включване на рефлексни, неврохуморални връзки. Тя се определя от механични и физикохимични фактори, тъй като ролята на термичните и кавитационните компоненти на нивата, създавани от ултразвуковите източници в контактните среди, е незначителна.

Специфичните особености на въздействието върху работния контакт ултразвук, поради високата си биофизична активност, се проявяват в сетивни, вегетативно-съдови нарушения и промени в опорно-двигателния апарат на горните крайници.

Наред с промените в нервно-мускулния апарат при лица, работещи с контактни ултразвукови източници, се откриват промени в костната структура под формата на остеопороза, остеосклероза на дисталните части на фалангите на ръцете, както и някои други промени на дегенеративно-дистрофичен характер. Най-информативният рентгенов метод, който позволява да се даде количествено описание на състоянието на минералната наситеност на костната тъкан и да се оцени степента на неговите промени, е методът рентгенова кситофотометрия.

Кожата е „входна порта” за контакт ултразвук, както при работа с различни ултразвук

източници, които главно изразяват кожата на ръцете на работниците. Интензивността на ултразвуковите вибрации в кожата на ръцете е най-близо до интензивността на ултразвука върху повърхностите на радиатора.

Кожата в различни области на човешкото тяло има различна чувствителност: кожата на лицето е по-чувствителна от кожата на корема, а кожата на стомаха е по-чувствителна от кожата на крайниците. Интензивността на ултразвука от 0.6 W / cm 2 (честота 2.5 MHz) причинява зачервяване на кожата, леко подуване на дермата.

Влиянието на ултразвука с интензитет от 0.4 W / cm 2 (1-2 MHz) е съпроводено с редовно намаляване на стойността на рН на повърхността на кожата, което показва преобладаващата употреба на въглехидрати за енергиен метаболизъм, тъй като усилените им трансформации в тъканите акумулират кисели метаболитни продукти. Може би промяната в pH на повърхността на кожата под влиянието на ултразвук е свързана с повишаване на функционалната активност на мастните жлези. При излагане на ултразвук се увеличава броят на активните потни жлези и съответно се увеличава отделянето на хлоридите.

Клинични и лабораторни изследвания на дефектоскопи разкриват следните кожни заболявания: хиперхидроза на дланите и ходилата, дисхидроза на дланите и ходилата, рупрофития и крак и ръка на спортиста, себорея на скалпа и др. При повечето пациенти с хиперхидроза, дисхидроза и др. по-специално, с невроваскуларни нарушения, проявяващи се под формата на автономна полиневрит на ръцете, автономни съдови дисфункции. Това прави възможно свързването на кожната патология с излагане на ултразвук.

При излагане на ултразвук с нисък интензитет - 20-35 mW / cm 2 (честота 1 MHz), пропускливостта на кожните съдове се увеличава, а местният топлинен ефект, водещ до повишаване на температурата на кожата от 0,8-1,0 ° С, няма никакви ефекти върху съдовата пропускливост на кожата. Следователно, в процесите на промяна на съдовата пропускливост на кожата при излагане на ултразвукови вълни, важна роля играе не топлинният фактор, а механичния ефект. При висока интензивност на ултразвука, съдовата пропускливост може също да се промени с помощта на рефлекторни механизми.

Важен момент в действието на ултразвука и неговия аналгетичен ефект е, в допълнение към понижаване на рН на средата, локалното натрупване

хистамин, допринасящ за инхибиране на импулси в синапсите на симпатиковите ганглии.

Смята се, че ултразвуковото дразнене, попадащо върху рецепторния апарат на кожата, се предава във всички посоки към периферните и централните форми на симпатиковата и парасимпатиковата нервна система, както по специфични, така и по неспецифични начини.

Моделите в промяната на сърдечно-съдовата активност при контакт с ултразвук. Така, когато дублираме пациенти с терапевтични дози на ултразвук (2,46 MHz, 1 W / cm 2), се наблюдава повишаване на сърдечния ритъм с ECG промяна. Увеличаването на интензивността на ултразвука води до брадикардия, аритмии и намаляване на биологичната активност. Подобни реакции се наблюдават и при звучене не само на сърдечния район, но и на съседните райони.

Изследването на васкуларните реакции на организма върху ефектите на ултразвука по време на контактния предавател показва, че малки дози от високочестотен ултразвук (0.2-1.0 W / cm 2) предизвикват вазодилатиращ ефект, а големи дози (3 W / cm 2 и по-високи) имат вазоконстриктивен ефект.

Намаляване на съдовия тонус и разширяване на съдовете се отбелязва не само в зоната, изложена на ултразвук, но и в симетрични области, което предполага важната роля на нервно-рефлекторните механизми при формирането на отговора на действието на ултразвука.

Ефектът на ултразвук върху организма е съпроводен с биохимични промени: количеството на протеините в кръвния серум намалява, интензифицира се въглехидратният метаболизъм, увеличава се съдържанието на свързания билирубин в кръвта, намалява активността на адренокортикотропния хормон (АСТН) в плазмата. Смята се, че оптималният стимулиращ ефект върху ензимните процеси в тъканите е с интензивност на ултразвука от 0.1-0.3 W / cm 2.

Изследването на антитуморния ефект на високочестотния ултразвук показва, че високата интензивност на ултразвука (3,0-10,0 W / cm 2) допринася за унищожаването на туморните клетки, инхибира растежа на туморите.

Когато високочестотният ултразвук действа върху костната тъкан, се забелязва нарушение на минералния метаболизъм - намалява съдържанието на калциеви соли в костите.

Така, когато са изложени на контактно ултразвук, е възможно развитието на генерализирани рефлексо-съдови промени. Въпреки това, патогенезата на промените, установени при пациенти с изразени прояви на ултразвукова патология на стомашно-чревния тракт, бъбреците, сърдечно-съдовата система, не е проучена достатъчно.

В момента е разработен математически модел за прогнозиране на вероятността от развитие на професионална патология сред работниците, работещи с контактни ултразвукови източници с различни честоти, в зависимост от интензивността и продължителността на контакта, което дава възможност да се определи безопасният трудов опит в професията, т.е. управление на риска от увреждане чрез „защита на времето“. Изчислени данни за вероятността от развитие на полиневропатия на ръцете от ултразвукова етиология са представени в таблица. 12.3.

Хигиенно регулиране на въздуха и контактния ултразвук. При разработването на ефективни превантивни мерки, насочени към оптимизиране и подобряване на условията на труд на работниците на ултразвукови професии, първо се поставят въпросите за хигиеничното регулиране на ултразвука като неблагоприятен физически фактор на работната среда и местообитанието.

Материалите от комплексните изследвания, проведени в Изследователския институт по трудова медицина на Руската академия на медицинските науки, послужиха като основа за разработването на нова система за хигиенно регулиране на ултразвука, която беше отразена в санитарните норми и правила „Хигиенни изисквания при работа с източници на въздух и контактни ултразвуци”.

Санитарните норми и правила установяват хигиенна класификация на ултразвука, действаща върху човешки оператор; нормализирани параметри и максимално допустими нива на ултразвук за работниците и обществеността; изисквания за контрол на въздуха и контакт ултразвук, превантивни мерки. Трябва да се отбележи, че тези правила и разпоредби не се прилагат за лица (пациенти), които са изложени на ултразвук за терапевтични и диагностични цели.

Таблица 12.3.Вероятността за развитие на полиневропатия на ръцете, работещи с източници на контактно ултразвук, разпространяваща се в течни и твърди среди

Нормализирани параметри ултразвук във въздухаса нивата на звуковото налягане в децибели в ленти от една трета октава с средни геометрични честоти 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100 kHz.

Нормализирани параметри контакт ултразвукса пиковите стойности на скоростта на вибрациите или логаритмичните им нива в dB в октавни ленти с геометрични средни честоти 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000; 16000; 31 500 kHz, определена по формулата:

L v = 20 lgV / V0,

когато:

V - пикова стойност на скоростта на вибрация, m / s;

V0 е референтната стойност на скоростта на вибрациите, равна на 5 × 10 -8 m / s.

Най- таблица. 12.4представени са максимално допустимите нива на ултразвук във въздуха на работните места и контактно ултразвуково изследване в зоните на контакт на ръцете или други части на тялото, работещи с източници на ултразвукови вибрации или носителите, в които се разпространяват.

Новите стандарти се основават на спектралния принцип, като се отчита комбинирания ефект на контактния и въздушния ултразвук чрез поставяне на корекция надолу, равна на 5 dB към RCU на контактния ултразвук, който има по-висока биологична активност.

Когато се използват ултразвукови източници за домашна употреба (перални машини, устройства за плашене на насекоми, гризачи, кучета, аларми срещу крадци и др.), Които обикновено работят на честоти под 100 kHz, стандартните нива на въздушния и контактния ултразвук, действащи върху човек, не трябва да превишава 75 dB на работната честота.

В допълнение към санитарните правила и норми са разработени редица нормативни документи, регламентиращи по-специално условията на труд на здравните работници, използващи ултразвукови източници под формата на оборудване, оборудване или инструменти.

Таблица 12.4.Максимално допустими нива на ултразвук на работното място

Забележка. 1 Максимално допустимите нива на контактния ултразвук трябва да се приемат с 5 dB под табличните данни със съвместно действие върху работния въздух и контактния ултразвук.

ултразвукова диагностика, организация и провеждане на диагностични изследвания, както и санитарни, хигиенни и медицински профилактични мерки за ограничаване на неблагоприятните ефекти от контактния ултразвук върху медицинския персонал. Например, в съответствие с хигиенните препоръки, зоната на помещението за ултразвуково изследване (ултразвук) трябва да бъде най-малко 20 m 2, при условие, че в нея е разположена единица за ултразвукова диагностика. В помещението за ултразвук трябва да има естествено и изкуствено осветление, мивка със студена и топла вода, обща вентилационна система с вентилационно съотношение 1: 3, монтаж на климатици. На закрито трябва да се поддържат определени микроклиматични параметри: температура на въздуха - 22 ° С, относителна влажност 40-60%, скорост на въздуха не повече от 0.16 m / s.

При измерване на въздуха и контактния ултразвук, генериран от домакински уреди и оборудване,

спазвайте изискванията на приложимите санитарни норми и правила.

Превантивни мерки. Мерките за защита на работниците от неблагоприятните ефекти от контактния ултразвук и свързаните с тях фактори на работната среда и работния процес включват:

1. Медицински и биологичен скрининг за допускане до работа, като се вземат предвид субективните (индивидуалните) и обективните (професионално-производствени) рискови фактори.

2. Използването на различни видове труд (взаимозаменяеми и плъзгащи се седмично, десетдневно, месечно, тримесечно и т.н.) и договорната система за извършване на работа за период от прогнозираната продължителност на записа за безопасност.

3. Хигиенно, включително експозиция, както и клинично и физиологично наблюдение.

4. Медицински и превантивни мерки за подобряване на здравето на работниците.

Биомедицинският скрининг за допускане до работа трябва да се извършва на няколко етапа:

Етап I - социален подбор. Според действащите хигиенни норми и правила основното противопоказание за работа в условия на излагане на ултразвук е на възраст под 18 години.

II етап - медицинска селекция, включително предварителни медицински прегледи и провеждане на функционални проучвания, като се отчитат особеностите на действието на контактния ултразвук и рисковите фактори (идентифицирани индивидуални и специфични професионални и индустриални такива, установени при сертифициране или лицензиране на работното място, за което се очаква заетост).

Предварителен медицински преглед се извършва в съответствие с действащата заповед. При провеждане на предварителни медицински прегледи трябва да се обмислят противопоказания за работа в „ултразвукови“ професии, които, заедно с общи медицински противопоказания за допускане до работа в контакт с вредни, опасни вещества и производствени фактори, включват хронични заболявания на периферната нервна система, артериалните облитериращи и периферни заболявания. вазоконстрикция.

В допълнение към медицинските противопоказания са идентифицирани индивидуални и обективни рискови фактори, които могат да влошат ефекта от контактния ултразвук. Субективните (лични) рискови фактори включват наследствена тежест на съдови заболявания, астеничен тип конституция, студена алергия, увреждания на крайниците и измръзване в анамнезата, вегетативна лабилност, предимно с преобладаващ тонус на симпатиковата нервна система, дълъг трудов стаж в професията и др.

Обективни или професионални рискови фактори са високите нива на контакт и въздушен ултразвук, предаване на ултразвукови вибрации през течна среда, голяма област на контакт с източника, замърсяване на ръцете с контактни смазочни материали, ръчно охлаждане, висок индекс на ултразвук, статично натоварване на мускулите на пръстите и ръцете, принудителна поза, охлаждащ микроклимат, високи нива на общия индекс на едноцифрена оценка на комплексното въздействие на факторите и др.

От голямо значение при превенцията на ултразвуковата експозиция са рационалните форми на труд, установени за конкретно работно място или източник на колебания. В развитието на трудовите режими трябва да се ръководи от следното принципи:

Намаляване на общото време на контакт и намаляване на облъчването с ултразвук при превишаване на стандартите;

Провеждане на работа с редовно прекъснати ултразвукови ефекти;

Организацията на две регулирани почивки, първата - с продължителност 10 минути, втората - 15 минути за дейности на открито, специален комплекс от промишлена гимнастика, физико-профилактични процедури и др. Рационално е първата почивка да се организира в рамките на 1,5-2 часа след началото на смяна, а втората - 1,5 часа след обедната почивка;

Обяд за най-малко 30 минути. В допълнение към взаимозаменяемите режими на труда, препоръчително е да се въведат плъзгащи режими - седмични, десетилетни, месечни, тримесечни и др. Тези модерни форми на труд са най-подходящи за медицинските работници, когато ултразвуковото натоварване на работниците, надвишаващо допустимото, може да бъде равномерно разпределено във времето.

Мерките за повишаване на резистентността на организма, включително при контакт с ултразвук, включват различни видове физиопрофилактични процедури, рефлекторна профилактика, индустриална гимнастика, рационално балансирано хранене, витаминизиране, психофизиологично разтоварване.

Въвеждащата гимнастика се провежда преди работа и се препоръчва на всеки, който работи без изключение. Неговата основна задача е да повиши общия тонус на тялото, да активира дейността на органите и системите, да помогне бързо да се включи в работен ритъм и да съкрати периода на годност. Комплексът включва 7-9 упражнения и се извършва за 5-7 минути преди започване на работа.

В резултат на множество експериментални изследвания бяха избрани най-ефективните начини за защита на ръцете на работниците от ефектите на нискочестотния и високочестотен ултразвук, разпространяващ се в твърда и течна среда.

Работа с нискочестотни източници

Когато колебанията се разпространяват в твърда среда, два чифта дебели памучни ръкавици;

Когато колебанията се разпространяват в течна среда, има два чифта ръкавици: долните са памучни, а горните са гъсти.

Работа с високочестотни източниципрепоръчва се да се използва ултразвук за контакт:

Когато трептенията се разпространяват в твърда среда, една двойка памучни ръкавици или памучни ръкавици с водоустойчива повърхност на палмата (направена например от водоустойчиви синтетични материали) или памучни връхчета;

Когато осцилациите се разпространяват в течна среда, има два чифта ръкавици: долните са памучни, а горните са каучукови.

Като средство за индивидуална защита от излагане на шум и ултразвук във въздуха, работниците трябва да използват антишуми - слушалки, слушалки.

Сред мерките за защита на работниците от ултразвукова експозиция, важно място заемат въпросите за обучение на работниците в основите на законодателството за защита на труда

мерки за безопасност и превенция при работа с контактни ултразвукови източници; здравно образование сред работниците, насърчаване на здравословен начин на живот.

Мерки за формиране и управление на качеството на работната среда на работните места с ултразвукови източници с цел намаляване на риска от нараняване на работниците. Важна роля в управлението на качеството на производствената среда заемат средствата и методите за колективна защита на работниците. Най-ефективни в това отношение са организационни и технически меркипри източника, намалявайки нивата на контактния ултразвук, действащ върху работниците, намалявайки времето за контакт с тях и ограничавайки влиянието на неблагоприятните съпътстващи фактори на работната среда, по-специално:

Разработване и внедряване на ново, подобрено оборудване с подобрени ултразвукови характеристики;

Създаване на автоматично ултразвуково оборудване, например за почистване на части, инспекция, механична обработка на материали и др .;

Създаване на инсталации с дистанционно управление;

Използването на ултразвукови генератори с малка мощност в оборудването, ако това не противоречи на изискванията на технологичните процеси;

Проектиране на ултразвукови системи с работна честота, доколкото е възможно от звуковия честотен диапазон (най-малко 22 kHz), за да се избегне ефекта на силно изразения високочестотен шум;

Блокиране, т.е. автоматично изключване на оборудване, инструменти при извършване на спомагателни операции по товарене и разтоварване на продукти, прилагане на контактни смазки и др .;

Проектиране на търсещи и сензори, държани с ръце, като се има предвид необходимостта от осигуряване на минимално напрежение на мускулите на ръцете;

Използването на дръжки решетки и различни устройства при товарене и разтоварване на части от ултразвукови вълни или специални устройства (скоби, стативи, куки и др.) За задържане на детайлите или източника на ултразвук;

Облицоване на контактните точки на ръцете на оператора с източника (сканиращи устройства на дефектоскопи и диагностично оборудване,

дръжки на ръчен ултразвуков инструмент и др.) с изолационен материал;

Мониторинг на навременността на превантивните и рутинните ремонти на ултразвукова техника и оборудване;

Инсталиране на ултразвуково оборудване със звукоизолиращи устройства (капаци, екран), изработени от стоманена ламарина или дуралуминий, покрити с гума, анти-шум мастика или други материали, оборудване за звукоизолиращи кабини, кутии;

Екраниране на захранващи линии;

Ефективно вентилационно оборудване.

Освен това, при проектирането и разработването на ново ултразвуково оборудване с видеотерминални устройства, трябва да се спазва следното технически и хигиенни изисквания:

Яркостта на екрана най-малко 100 cd / m 2;

Минималният размер на точките за монохромен дисплей е 0,4 мм, а за цветен дисплей - 0,6 мм;

Контрастът на изображението на символите е не по-малък от 0.8;

Нискочестотен трептене в диапазона от 0.05-1.0 Hz в диапазона от 0.1 mm;

Честота на обновяване на изображението при работа с положителен контраст от най-малко 72 Hz;

Наличието на покритие против отблясъци на екрана.

Оптимизирането на факторите, определящи тежестта на труда, се постига в резултат на правилния избор на позата, поради рационалното разположение на работното място. За да се направи това, преди всичко е необходимо да се избере производствено оборудване и работно обзавеждане, които да съответстват на антропометрични данни и психо-физиологични възможности на човек.

Размерите на работната зона трябва да се поддържат, включително пространството, в което управляващите устройства за оборудването, детайлите, частите, инструментите, т.е. всичко, което е необходимо за изпълнението на работата.

По време на трудовите операции е препоръчително, ако е възможно, да се изключат статични натоварвания, които възникват при поддържането, например на детайли, детайли и др. Благодарение на работните маси, опорите за детайли, както и използването на манипулатори, колички, различни средства за малка механизация за намаляване на динамичното натоварване и пренапрежение на опорно-двигателния апарат.

В комплекса от мерки за научна организация на труда специално място заемат препоръките за рационализиране на трудовите движения и усилия.

за фактори за оптимизацияопределя интензивността на труда, препоръчително е:

Създаване на рационална система за осветление във всеки случай (или, обратно, затъмняване, например, по време на инспекция и ултразвукова диагностика), правилното поставяне на лампите;

Борба срещу блясъка на екраните на ултразвуковото оборудване;

Създаване на необходимия цветен климат в помещенията;

Устройството за светлинни и звукови индикации за дефекти по време на ултразвукова дефектоскопия;

Въвеждане на начини на работа и почивка (гимнастика за очите, индустриална гимнастика, психофизиологично разтоварване и др.).

Колебания и вълни, Колебанията са повторение на същите или близки до същите процеси. Процесът на разпространение на трептенията в околната среда се нарича вълна. Линията, посочваща посоката на разпространение на вълната, се нарича лъч, а границата, определяща осцилиращите частици от средните частици, които все още не са започнали да колебаят, се нарича вълнов фронт.

Времето, през което се извършва пълен цикъл на колебания, се нарича период Т и се измерва в секунди. Стойността 1 = 1 / T, която показва колко пъти в секунда се повтаря осцилацията, се нарича честота и се измерва в с -1.

Стойността на ω, показваща броя на пълните обороти на точка по окръжност в 2T s, се нарича кръгова честота ω = 2 π   / T = 2 π   ƒ и се измерва в радиани в секунда (rad / s).

Фазата на вълната е параметър, който показва колко част от периода е преминал от момента на началото на последния цикъл на колебания.

Дължината на вълната λ е минималното разстояние между две точки, осцилиращи в същата фаза. Дължината на вълната е свързана с честотата и скоростта на съотношението λ = с / ƒ. Плоска вълна, простираща се по хоризонталната ос X, се описва с формулата:

u = U cos (ω t - kx),

където k = 2 π / λ. - вълново число; U е амплитудата на трептенията.

От формулата е ясно, че стойността на u варира периодично във времето и пространството.

Преместването на частиците от равновесното положение u и акустичното налягане p се използват като количество, вариращо с колебания.

В ултразвукова (САЩ) инспекция, трептения с честота 0,5 ... 15 MHz (дължина на надлъжната вълна в стомана 0,4 ... 12 mm) и амплитуда на отместване 10 -11 ... 10 -4 mm (възникващи в стомана с честота от 2 MHz акустично напрежение 10 ... 10 8 Pa).

Интензивността на вълна I е равна на I = p 2 / (2ρc),

където ρ е плътността на средата, в която се разпространява вълната.

Интензивността на вълните, използвани за управление на вълните, е много ниска (~ 10 -5 W / m 2). При откриването на дефекти не се записва интензивността, а амплитудата на вълните А. Обикновено се измерва затихването на амплитудата А спрямо амплитудата на осцилациите А о (звуков импулс), т.е. За целта използвайте децибели логаритмични единици (dB), т.е. A "/ A o = 20 Ig A" / A o.

Видове вълни. В зависимост от посоката на колебанията на частиците спрямо лъча има няколко вида вълни.

Надлъжната вълна е вълната, в която колебателното движение на отделните частици се случва в същата посока, в която се разпространява вълната (фиг. 1).

Надлъжната вълна се характеризира с факта, че в средата се редуват области на компресия и разреждане, или високо и ниско налягане, или висока и ниска плътност. Затова те се наричат ​​още вълни на налягане, плътност или компресия. надлъжен могат да бъдат разпределени в твърди вещества, течности, газове.

Фиг. 1. Осцилации на частици среда v в надлъжната вълна.

Срязване (напречно)  Те наричат ​​такава вълна, в която отделните частици осцилират в посока, перпендикулярна на посоката на разпространение на вълната. В същото време разстоянието между отделните равнини на трептене остава непроменено (фиг. 2).

Фиг. 2. Среда на колебание на частиците v в напречната вълна.

Надлъжните и напречните вълни, които са получили обобщеното наименование "насипни вълни", могат да съществуват в неограничена среда. Те са най-широко използвани за ултразвукова дефектоскопия.

Скоростта на разпространение на надлъжната вълна в неограничено твърдо вещество се определя от израза

където Е е модулът на Юнг, определен като съотношението между силата на опън, приложена към някакъв прът, и получената деформация; v е съотношението на Поасон, което е отношението на промяната в ширината на пръчката към промяната в дължината му, ако пръчката е разтегната по дължината му; ρ е плътността на материала.

Скорост на срязваща вълна При неограничено твърдо тяло тя се изразява по следния начин:

Тъй като в метали v ≈ 0.3 има съотношение между надлъжната и напречната вълна

c t ≈ 0,55 s l.

Повърхностни вълни  (Вълните на Рейли) наричат ​​еластични вълни, които се разпространяват по свободната (или леко натоварена) граница на твърдо тяло и бързо се разпада с дълбочина. Повърхностната вълна е комбинация от надлъжни и напречни вълни. Частиците в повърхностната вълна осцилират по елиптична траектория (фиг. 3). Основната ос на елипсата е перпендикулярна на границата.

Тъй като надлъжната компонента, попадаща в повърхностната вълна, се разпада с дълбочина по-бързо от напречната, дължината на елипсата се променя с дълбочина.

Повърхностната вълна има скорост с s = (0.87 + 1.12v) / (1 + v)

За метали с s ≈ 0.93 s, t ≈ 0.51 c l.

В зависимост от геометричната форма на фронта се разграничават следните типове вълни:

• сферична - звукова вълна на кратко разстояние от точков източник на звук;
• цилиндрична - звукова вълна на кратко разстояние от източника на звука, която е дълъг цилиндър с малък диаметър;
• плосък - може да излъчва безкрайно осцилираща равнина.

Налягането в сферична или плоска звукова вълна се определя от съотношението:

където v е величината на колебателната скорост.

Стойността ρc = z се нарича акустичен импеданс или акустичен импеданс.

Фиг. 3. Средната осцилация на частиците v в повърхностната вълна.

Ако акустичният импеданс е голям, тогава средата се нарича твърда, но ако импедансът е малък, мек (въздух, вода).

Нормално (вълни в плочите), се наричат ​​еластични вълни, разпространяващи се в плътна плоча (слой) със свободни или леко натоварени граници.

Нормалните вълни са две поляризации: вертикални и хоризонтални. От двата вида вълни, вълните на Ламб - нормални вълни с вертикална поляризация - са получили най-голямо приложение на практика. Те възникват в резултат на резонанс при взаимодействието на инцидентна вълна с многократно отразяващи се вълни вътре в плочата.

За да се изясни физичната същност на вълните в плочите, разглеждаме проблема за формирането на нормални вълни в течния слой (Фигура 4).

Фиг. 4. По въпроса за появата на нормална воля в флуидния слой.

Нека една плоска вълна с ъгъл β пада от външната страна на слой дебелина h. AD линията показва предната част на инцидентната вълна. В резултат на пречупване на границата, вълна с фронт, СВ, се разпространява под ъгъл а и претърпява множество отражения в слоя.

При определен ъгъл на падане β, отразената от долната повърхност вълна съвпада по фаза с директната вълна, която се движи от горната повърхност. Това е условието за появата на нормални вълни. Ъгълът а, при който се появява това явление, може да се намери от формулата

h cos α = n λ 2/2

Тук n е цяло число; λ 2 - дължината на вълната в слоя.

За твърд слой се запазва същността на явлението (резонансът на обемните вълни с наклонено падане). Условията за образуване на нормални вълни обаче са много сложни поради наличието на надлъжни и напречни вълни в плаката. Различните типове вълни, съществуващи при различни стойности на n, се наричат ​​режими на нормални вълни. Ултразвукови вълни с нечетни стойности  n се наричат ​​симетрични, тъй като движението на частиците в тях е симетрично спрямо оста на пластината. Извикват се вълни с дори n стойности antisymmetric  (Фиг. 5).

Фиг. 5. Осцилация на частици от среда v в нормална вълна.

Главата вълни. В реални условия на ултразвуково изпитване с наклонен преобразувател, предната част на ултразвуковата вълна на излъчващия пиезоелектричен елемент има непланарна форма. От емитера, чиято ос е ориентирана при първия критичен ъгъл към интерфейса, надлъжните вълни с ъгли малко по-малки и малко по-големи от първия критичен ъгъл също попадат на границата. В този случай редица видове ултразвукови вълни се възбуждат в стомана.

По повърхността се разпространява нехомогенна надлъжна повърхност (фиг. 6). Тази вълна, състояща се от повърхностни и насипни компоненти, също се нарича изходяща или пълзяща. Частиците в тази вълна се движат по траектории под формата на елипси, близки до кръгове. Фазовата скорост на изходящата вълна c леко надвишава скоростта на надлъжната вълна (за стомана с v = 1.04s l).

Тези вълни съществуват на дълбочина, приблизително равна на дължината на вълната и бързо се отслабват, когато се разпространяват: амплитудата на вълната намалява 2,7 пъти по-бързо на разстояние от 1,75λ. по повърхността. Затихване поради факта, че във всяка точка на интерфейса, напречните вълни се генерират под ъгъл α2, равен на третия критичен ъгъл, наречен латерални вълни. Този ъгъл се определя от връзката

sin α t2 = (c t2 - c l2)

за стомана, α t2 = 33,5 °.

Фиг. 6. Акустично поле на преобразувателя на главата: PEP - пиезоелектричен преобразувател.

Освен получената, вълна на главата също е развълнувана, което е получило широко приложение в практиката на ултразвуково изпитване. Вълната на главата се нарича надлъжно-подповърхностна вълна, която се възбужда, когато ултразвуковият лъч се пада върху интерфейса близо до ъгъл, близък до първата критична вълна. Скоростта на тази вълна е равна на скоростта на надлъжната вълна. Главата на вълната достига своята амплитудна стойност под повърхността по дължината на лъча с ъгъл на влизане 78 °.

Фиг. 7. Амплитудата на отражението на вълната на главата, в зависимост от дълбочината на отворите с плоско дъно.

Главата на вълната, докато тече, генерира странични напречни ултразвукови вълни при трети критичен ъгъл към границата на участъка. Едновременно с възбуждането на надлъжно-повърхностната вълна се формира и обратна надлъжно-повърхностна вълна - разпространението на еластично смущение към страната, което е противоположно на директното излъчване. Амплитудата му е ~ 100 пъти по-малка от амплитудата на директната вълна.

Вълната на главата е нечувствителна към повърхностни неравности и реагира само на дефекти, намиращи се под повърхността. Затихването на амплитудата на надлъжно-подповърхностната вълна по дължината на лъча на която и да е посока настъпва както при нормална надлъжна вълна, т.е. пропорционално на l / r, където r е разстоянието по лъча.

Na ris. 7 показва изменението на амплитудата на ехото от отвори с плоско дъно, разположени на различни дълбочини. Чувствителността към дефекти в близост до повърхността е близо до нула. Максималната амплитуда на разстояние 20 mm се достига за отвори с плоско дъно, разположени на дълбочина 6 mm.

Други свързани страници

основен » инструкции » Стойността на ултразвука. Блокада. Основи на теорията на разпространението на ултразвукови вълни.