Abad ke-21 adalah abad elektronik radio, atom, eksplorasi ruang angkasa, dan ultrasound. Ilmu USG relatif masih muda saat ini. Pada akhir abad ke-19, P. N. Lebedev, seorang ahli fisiologi Rusia, melakukan studi pertamanya. Setelah itu, banyak ilmuwan terkemuka mulai mempelajari ultrasound.
Apa itu USG?
Ultrasound adalah gerak osilasi bergelombang yang merambat yang dibuat oleh partikel-partikel medium. Ini memiliki karakteristiknya sendiri, di mana ia berbeda dari suara dari jangkauan yang dapat didengar. Relatif mudah untuk mendapatkan radiasi terarah dalam kisaran ultrasonik. Selain itu, ia fokus dengan baik, dan sebagai akibatnya, intensitas osilasi yang dibuat meningkat. Ketika merambat dalam padatan, cairan dan gas, ultrasound memunculkan fenomena menarik yang telah menemukan aplikasi praktis di banyak bidang teknologi dan sains. Inilah USG yang perannya dalam berbagai bidang kehidupan saat ini sangat besar.
Peran USG dalam sains dan praktik
Ultrasound dalam beberapa tahun terakhir mulai berperan dalam penelitian ilmiahperan yang semakin penting. Studi eksperimental dan teoretis di bidang aliran akustik dan kavitasi ultrasonik berhasil dilakukan, yang memungkinkan para ilmuwan untuk mengembangkan proses teknologi yang terjadi ketika terkena ultrasound dalam fase cair. Ini adalah metode yang ampuh untuk mempelajari berbagai fenomena di bidang pengetahuan seperti fisika. Ultrasound digunakan, misalnya, dalam semikonduktor dan fisika keadaan padat. Saat ini, cabang kimia terpisah sedang dibentuk, yang disebut "kimia ultrasonik". Penerapannya memungkinkan mempercepat banyak proses kimia-teknologi. Akustik molekuler juga lahir - cabang baru akustik yang mempelajari interaksi molekuler gelombang suara dengan materi. Area baru penerapan ultrasound telah muncul: holografi, introskopi, acoustoelectronics, pengukuran fase ultrasonik, akustik kuantum.
Selain pekerjaan eksperimental dan teoretis di bidang ini, banyak pekerjaan praktis telah dilakukan hari ini. Mesin ultrasonik khusus dan universal, instalasi yang beroperasi di bawah peningkatan tekanan statis, dll telah dikembangkan. Instalasi ultrasonik otomatis yang termasuk dalam jalur produksi telah diperkenalkan ke dalam produksi, yang secara signifikan dapat meningkatkan produktivitas tenaga kerja.
Lebih lanjut tentang USG
Mari kita bahas lebih lanjut tentang apa itu USG. Kami telah mengatakan bahwa ini adalah gelombang elastis dan osilasi. Frekuensi ultrasound lebih dari 15-20 kHz. Sifat subjektif dari pendengaran kita menentukan batas bawah frekuensi ultrasonik, yangmemisahkannya dari frekuensi suara yang terdengar. Oleh karena itu, batas ini bersyarat, dan masing-masing dari kita secara berbeda mendefinisikan apa itu ultrasound. Batas atas ditunjukkan oleh gelombang elastis, sifat fisiknya. Mereka merambat hanya dalam media material, yaitu, panjang gelombang harus secara signifikan lebih besar daripada jalur bebas rata-rata molekul yang ada dalam gas atau jarak antar atom dalam padatan dan cairan. Pada tekanan normal dalam gas, batas atas frekuensi ultrasonik adalah 109 Hz, dan dalam padatan dan cairan - 1012-10 13 Hz.
Sumber ultrasonik
Ultrasound ditemukan di alam baik sebagai komponen dari banyak suara alam (air terjun, angin, hujan, kerikil yang digulung oleh ombak, serta suara yang menyertai badai petir, dll.), dan sebagai bagian integral dari dunia binatang. Beberapa spesies hewan menggunakannya untuk orientasi di ruang angkasa, deteksi rintangan. Diketahui juga bahwa lumba-lumba menggunakan ultrasound di alam (terutama frekuensi dari 80 hingga 100 kHz). Dalam hal ini, kekuatan sinyal lokasi yang dipancarkan oleh mereka bisa sangat besar. Lumba-lumba diketahui mampu mendeteksi gerombolan ikan hingga satu kilometer jauhnya.
Pemancar (sumber) ultrasound dibagi menjadi 2 kelompok besar. Yang pertama adalah generator, di mana osilasi tereksitasi karena adanya hambatan di dalamnya yang dipasang di jalur aliran konstan - semburan cairan atau gas. Kelompok kedua di mana sumber ultrasound dapat digabungkan adalahtransduser elektro-akustik yang mengubah fluktuasi arus atau tegangan listrik menjadi getaran mekanis yang dibuat oleh benda padat yang memancarkan gelombang akustik ke lingkungan.
Penerima ultrasound
Pada frekuensi menengah dan rendah, penerima ultrasonik paling sering adalah transduser elektroakustik tipe piezoelektrik. Mereka dapat mereproduksi bentuk sinyal akustik yang diterima, direpresentasikan sebagai ketergantungan waktu dari tekanan suara. Perangkat dapat berupa broadband atau resonansi, tergantung pada kondisi aplikasi yang dimaksudkan. Penerima termal digunakan untuk mendapatkan karakteristik medan suara rata-rata waktu. Mereka adalah termistor atau termokopel yang dilapisi dengan zat penyerap suara. Tekanan dan intensitas suara juga dapat diperkirakan dengan metode optik, seperti difraksi cahaya dengan ultrasound.
Di mana USG digunakan?
Ada banyak area penerapannya, saat menggunakan berbagai fitur ultrasound. Area-area ini secara kasar dapat dibagi menjadi tiga area. Yang pertama terhubung dengan memperoleh berbagai informasi melalui gelombang ultrasonik. Arah kedua adalah pengaruh aktifnya pada zat. Dan yang ketiga terhubung dengan transmisi dan pemrosesan sinyal. US dari rentang frekuensi tertentu digunakan dalam setiap kasus. Kami hanya akan membahas beberapa dari banyak area di mana ia telah menemukan jalannya.
Pembersihan ultrasonik
Kualitas pembersihan ini tidak dapat dibandingkan dengan metode lain. Saat membilas bagian, misalnya, hingga 80% kontaminan tetap berada di permukaannya, sekitar 55% - dengan pembersihan getaran, sekitar 20% - dengan pembersihan manual, dan dengan pembersihan ultrasonik, tidak lebih dari 0,5% kontaminan yang tersisa. Detail yang memiliki bentuk kompleks dapat dibersihkan dengan baik hanya dengan bantuan ultrasound. Keuntungan penting dari penggunaannya adalah produktivitas tinggi, serta biaya tenaga kerja fisik yang rendah. Selain itu, Anda dapat mengganti pelarut organik yang mahal dan mudah terbakar dengan larutan air yang murah dan aman, menggunakan freon cair, dll.
Masalah serius adalah polusi udara dengan jelaga, asap, debu, oksida logam, dll. Anda dapat menggunakan metode ultrasonik untuk membersihkan udara dan gas di outlet gas, terlepas dari kelembaban dan suhu sekitar. Jika pemancar ultrasonik ditempatkan di ruang pengendapan debu, efisiensinya akan meningkat ratusan kali lipat. Apa inti dari pemurnian seperti itu? Partikel debu yang bergerak secara acak di udara saling memukul lebih kuat dan lebih sering di bawah pengaruh getaran ultrasonik. Pada saat yang sama, ukurannya meningkat karena fakta bahwa mereka bergabung. Koagulasi adalah proses pembesaran partikel. Filter khusus menangkap kluster yang tertimbang dan membesar.
Pemesinan bahan rapuh dan super keras
Jika Anda memasukkan antara benda kerja dan permukaan kerja pahat menggunakan ultrasound, bahan abrasif, maka partikel abrasif selama operasiemitor akan mempengaruhi permukaan bagian ini. Dalam hal ini, bahan dihancurkan dan dihilangkan, diproses di bawah aksi berbagai dampak mikro terarah. Kinematika pemrosesan terdiri dari gerakan utama - pemotongan, yaitu getaran longitudinal yang dibuat oleh pahat, dan gerakan bantu - gerakan umpan yang dilakukan mesin.
Ultrasound dapat melakukan berbagai pekerjaan. Untuk butiran abrasif, sumber energinya adalah getaran longitudinal. Mereka menghancurkan bahan yang diproses. Gerakan umpan (auxiliary) bisa melingkar, melintang dan membujur. Pemrosesan ultrasonik lebih presisi. Tergantung pada ukuran butir abrasif, berkisar antara 50 hingga 1 mikron. Dengan menggunakan alat dari berbagai bentuk, Anda tidak hanya dapat membuat lubang, tetapi juga pemotongan rumit, kapak melengkung, mengukir, menggiling, membuat matriks, dan bahkan mengebor berlian. Bahan yang digunakan sebagai abrasif - korundum, intan, pasir kuarsa, batu api.
Ultrasound di radio elektronik
Teknologi ultrasound sering digunakan di bidang elektronik radio. Di area ini, sering kali diperlukan untuk menunda sinyal listrik relatif terhadap sinyal lainnya. Para ilmuwan telah menemukan solusi yang baik dengan menyarankan penggunaan garis penundaan ultrasonik (disingkat LZ). Tindakan mereka didasarkan pada fakta bahwa impuls listrik diubah menjadi getaran mekanis ultrasonik. Bagaimana itu terjadi? Faktanya adalah bahwa kecepatan ultrasound secara signifikan lebih kecil daripada yang dikembangkan oleh osilasi elektromagnetik. Detaktegangan setelah transformasi terbalik menjadi getaran mekanik listrik akan tertunda pada output saluran relatif terhadap pulsa input.
Transduser piezoelektrik dan magnetostriktif digunakan untuk mengubah getaran listrik menjadi mekanis dan sebaliknya. LZ, masing-masing, dibagi menjadi piezoelektrik dan magnetostriktif.
Ultrasound dalam kedokteran
Berbagai jenis ultrasound digunakan untuk mempengaruhi organisme hidup. Dalam praktik medis, penggunaannya sekarang sangat populer. Ini didasarkan pada efek yang terjadi pada jaringan biologis ketika ultrasound melewatinya. Gelombang menyebabkan fluktuasi partikel medium, yang menciptakan semacam pijat mikro jaringan. Dan penyerapan ultrasound menyebabkan pemanasan lokal mereka. Pada saat yang sama, transformasi fisikokimia tertentu terjadi dalam media biologis. Fenomena ini tidak menyebabkan kerusakan permanen dalam kasus intensitas suara sedang. Mereka hanya meningkatkan metabolisme, dan karenanya berkontribusi pada aktivitas vital tubuh yang terpapar padanya. Fenomena seperti itu digunakan dalam terapi ultrasound.
Ultrasonografi dalam operasi
Kavitasi dan pemanasan yang kuat pada intensitas tinggi menyebabkan kerusakan jaringan. Efek ini digunakan hari ini dalam operasi. Ultrasonografi terfokus digunakan untuk operasi bedah, yang memungkinkan penghancuran lokal di struktur terdalam (misalnya, otak), tanpa merusak struktur di sekitarnya. USG juga digunakan dalam operasialat di mana ujung kerjanya terlihat seperti kikir, pisau bedah, jarum. Getaran yang dikenakan pada mereka memberikan kualitas baru pada instrumen ini. Kekuatan yang dibutuhkan berkurang secara signifikan, oleh karena itu, trauma operasi berkurang. Selain itu, efek analgesik dan hemostatik dimanifestasikan. Benturan dengan alat tumpul menggunakan ultrasound digunakan untuk menghancurkan jenis neoplasma tertentu yang telah muncul di dalam tubuh.
Dampak pada jaringan biologis dilakukan untuk menghancurkan mikroorganisme dan digunakan dalam proses sterilisasi obat-obatan dan peralatan medis.
Penelitian organ dalam
Terutama kita berbicara tentang studi rongga perut. Untuk tujuan ini, peralatan khusus digunakan. Ultrasonografi dapat digunakan untuk menemukan dan mengenali berbagai jaringan dan anomali anatomi. Tantangannya seringkali sebagai berikut: kecurigaan keganasan dan perlu dibedakan dari lesi jinak atau infeksi.
Ultrasonografi berguna untuk memeriksa hati dan untuk tugas-tugas lain, yang meliputi deteksi obstruksi dan penyakit saluran empedu, serta pemeriksaan kantong empedu untuk mendeteksi keberadaan batu dan patologi lain di dalamnya. Selain itu, pengujian untuk sirosis dan penyakit hati jinak difus lainnya dapat digunakan.
Di bidang ginekologi, terutama dalam analisis ovarium dan rahim, penggunaan ultrasound sudah lamaarah utama di mana itu dilakukan dengan sangat sukses. Seringkali, diferensiasi formasi jinak dan ganas juga diperlukan di sini, yang biasanya membutuhkan kontras dan resolusi spasial terbaik. Kesimpulan serupa dapat berguna dalam mempelajari banyak organ dalam lainnya.
Penggunaan USG dalam kedokteran gigi
Ultrasound juga telah ditemukan dalam kedokteran gigi, di mana ia digunakan untuk menghilangkan karang gigi. Ini memungkinkan Anda dengan cepat, tanpa darah dan tanpa rasa sakit menghilangkan plak dan batu. Pada saat yang sama, mukosa mulut tidak terluka, dan "kantong" rongga didesinfeksi. Alih-alih rasa sakit, pasien mengalami sensasi kehangatan.
