Vibrațiile electromagnetice cu ultrasunete au o gamă largă. Ce este ultrasunetele? Utilizarea ultrasunetelor în tehnologie și medicină. Instrumente de scanare rapidă

Odată cu dezvoltarea acusticii în sfârşitul XIX-lea secolul, s-a descoperit ultrasunetele, în același timp au început primele studii ale ultrasunetelor, dar bazele aplicării sale au fost puse abia în prima treime a secolului al XX-lea.

Ultrasunetele și proprietățile sale

În natură, ultrasunetele se găsesc ca o componentă a multor zgomote naturale: în zgomotul vântului, al cascadei, ploii, pietricele de mare rostogolite de surf, în descărcări de fulgere. Multe mamifere, cum ar fi pisicile și câinii, au capacitatea de a percepe ultrasunetele cu o frecvență de până la 100 kHz, iar abilitățile de localizare ale liliecilor, insectelor nocturne și animalelor marine sunt bine cunoscute de toată lumea.

Ecografie- vibrații mecanice peste intervalul de frecvență audibil de urechea umană (de obicei 20 kHz). Vibrațiile ultrasonice se deplasează într-o formă de undă, similară cu propagarea luminii. Cu toate acestea, spre deosebire de undele luminoase, care pot călători în vid, ultrasunetele necesită un mediu elastic, cum ar fi un gaz, lichid sau solid.

Parametrii principali ai unei unde sunt lungimea de undă, frecvența și perioada. Undele ultrasonice prin natura lor nu diferă de undele din domeniul audibil și respectă aceleași legi fizice. Însă, ultrasunetele au caracteristici specifice care au determinat utilizarea pe scară largă în știință și tehnologie. Iată pe cele principale:

• 1. Lungime de undă scurtă. Pentru cel mai mic interval de ultrasunete, lungimea de undă nu depășește câțiva centimetri în majoritatea mediilor. Lungimea de undă scurtă determină natura razelor de propagare a undelor ultrasonice. În apropierea emițătorului, ultrasunetele se propagă sub formă de fascicule apropiate de dimensiunea emițătorului. La atingerea neomogenităților într-un mediu, un fascicul cu ultrasunete se comportă ca un fascicul de lumină, experimentând reflexie, refracție și împrăștiere, ceea ce face posibilă formarea de imagini sonore în medii opace optic folosind efecte pur optice (focalizare, difracție etc.).
• 2. O perioadă scurtă de oscilație, care face posibilă emiterea de ultrasunete sub formă de impulsuri și efectuarea unei selecții temporale precise a semnalelor care se propagă în mediu.

Posibilitatea de a obține valori mari ale energiei de vibrație la o amplitudine mică, deoarece energia oscilațiilor este proporțională cu pătratul frecvenței. Acest lucru face posibilă crearea de fascicule și câmpuri ultrasonice cu nivel inalt energie fără a necesita echipamente mari.

În câmpul ultrasonic se dezvoltă curenți acustici semnificativi. Prin urmare, impactul ultrasunetelor asupra mediului generează efecte specifice: fizice, chimice, biologice și medicale. Cum ar fi cavitația, efectul sunet-capilar, dispersia, emulsionarea, degazarea, dezinfecția, încălzirea locală și multe altele.

Nevoile marinei puterilor conducătoare - Anglia și Franța, de a studia adâncurile mării, au stârnit interesul multor oameni de știință în domeniul acusticii, deoarece. acesta este singurul tip de semnal care poate călători departe în apă. Deci, în 1826, savantul francez Colladon a determinat viteza sunetului în apă. În 1838, în Statele Unite, sunetul a fost folosit pentru prima dată pentru a determina profilul fundului mării în vederea punerii unui cablu telegrafic. Rezultatele experimentului au fost dezamăgitoare. Sunetul clopotului a dat un ecou prea slab, aproape inaudibil printre alte sunete ale mării. A fost necesar să mergem în regiunea de frecvențe mai înalte, ceea ce ar face posibilă crearea de fascicule sonore dirijate.

Primul generator de ultrasunete a fost realizat în 1883 de englezul Francis Galton. Ultrasunetele au fost create ca un fluier pe marginea unui cuțit dacă suflați pe el. Rolul unui astfel de punct în fluierul lui Galton a fost jucat de un cilindru cu muchii ascuțite. Aerul sau alt gaz care s-a scurs sub presiune printr-o duză inelară cu un diametru identic cu marginea cilindrului a trecut pe margine și au avut loc oscilații de înaltă frecvență. Sufland fluierul cu hidrogen, s-au putut obține oscilații de până la 170 kHz.

În 1880, Pierre și Jacques Curie au făcut o descoperire decisivă pentru tehnologia ultrasonică. Frații Curie au observat că atunci când se aplică presiune asupra cristalelor de cuarț, se generează o sarcină electrică care este direct proporțională cu forța aplicată cristalului. Acest fenomen a fost numit „piezoelectricitate” de către cuvânt grecesc, adică „presa”. În plus, au demonstrat un efect piezoelectric invers, care apare atunci când un potențial electric în schimbare rapidă este aplicat unui cristal, făcându-l să vibreze. De acum înainte, a devenit posibil din punct de vedere tehnic să se producă emițători și receptoare de ultrasunete de dimensiuni mici.

Moartea Titanicului din cauza unei coliziuni cu un aisberg, nevoia de a lupta cu o nouă armă - submarinele au necesitat dezvoltarea rapidă a hidroacusticii ultrasonice. În 1914, fizicianul francez Paul Langevin, împreună cu un talentat om de știință rus emigrat, Konstantin Vasilievich Shilovsky, au dezvoltat pentru prima dată un sonar format dintr-un emițător de ultrasunete și un hidrofon - un receptor de vibrații ultrasonice bazat pe efectul piezoelectric. Sonar Langevin - Shilovsky, a fost primul dispozitiv cu ultrasunete aplicat în practică. În același timp, omul de știință rus S.Ya.Sokolov a dezvoltat bazele detectării defectelor cu ultrasunete în industrie. În 1937, psihiatrul german Karl Dussik, împreună cu fratele său Friedrich, un fizician, au folosit pentru prima dată ultrasunetele pentru a detecta tumorile cerebrale, dar rezultatele pe care le-au obţinut au fost nesigure. În practica medicală, ultrasunetele au fost folosite pentru prima dată abia în anii 50 ai secolului XX în Statele Unite.

Ecografie- Acest vibratii elasticeși unde cu o frecvență peste 20 kHz, care nu sunt audibile de urechea umană. În prezent, este posibil să se obțină vibrații ultrasonice cu o frecvență de până la 10 GHz. În funcție de intervalele de frecvență indicate, regiunea de lungime unde ultrasoniceîn aer este de la 1,6 la 0,3 × 10 - 4 cm , în lichide - de la 6,0 la 1,2?10- 4 cm iar în solide - de la 20,0 la 4,0?10- 4 cm.

Undele ultrasonice prin natura lor nu diferă de undele elastice din domeniul audibil. Propagarea ultrasunetelor respectă legile de bază comune undelor acustice din orice domeniu de frecvență. Legile de bază ale propagării ultrasunetelor includ legile reflexiei și refracției la granițele diferitelor medii, difracția și împrăștierea ultrasunetelor în prezența obstacolelor și neomogenităților la granițe, legile propagării ghidului de undă în zone limitate ale mediului.

În același timp, frecvența înaltă a vibrațiilor ultrasonice și lungimea de undă scurtă determină o serie de proprietăți specifice care sunt unice ultrasunetelor.

Astfel, este posibilă observarea vizuală a undelor ultrasonice folosind metode optice. Datorită lungimii de undă scurte, undele ultrasonice sunt bine focalizate și, în consecință, este posibil să se obțină radiații direcționate. O altă caracteristică foarte importantă a ultrasunetelor este posibilitatea de a obține valori de intensitate ridicată la amplitudini de oscilație relativ mici.

O scădere a amplitudinii și intensității unei unde ultrasonice pe măsură ce se propagă într-o direcție dată, adică atenuarea este determinată de împrăștierea și absorbția ultrasunetelor, tranziția energiei ultrasonice în alte forme, de exemplu, în energie termică.

Surse de ultrasunete la locul de muncă. Sursele de ultrasunete artificiale includ toate tipurile de echipamente tehnologice cu ultrasunete, dispozitive și echipamente cu ultrasunete pentru uz industrial, medical și casnic, care

generează vibrații ultrasonice în intervalul de frecvență de la 20 kHz la 100 MHz și mai sus. Sursa de ultrasunete poate fi, de asemenea, echipamente, în timpul funcționării cărora apar vibrații ultrasonice ca factor concomitent.

Elementele principale ale tehnologiei ultrasonice sunt traductoarele și generatoarele ultrasonice. Traductoare cu ultrasunete in functie de tipul de energie consumata, acestea se impart in mecanice (fluiere cu ultrasunete, sirene) si electromecanice (magnetostrictive, piezoelectrice, electrodinamice). Traductoarele mecanice și magnetostrictive sunt folosite pentru a genera ultrasunete de joasă frecvență, iar traductoarele piezoelectrice fac posibilă obținerea de ultrasunete de înaltă frecvență - până la 10 9 Hz.

Generatoare cu ultrasunete conceput pentru a converti curentul de frecvență industrial în curent de înaltă frecvență și pentru a alimenta sisteme electroacustice - atât traductoare piezoelectrice, cât și magnetostrictive.

În prezent, ultrasunetele sunt utilizate pe scară largă în inginerie mecanică, metalurgie, chimie, electronică radio, construcții, geologie, industrii ușoare și alimentare, pescuit, medicină etc.

Printre varietatea modalităților de utilizare a ultrasunetelor în ceea ce privește evaluarea posibilului lor influență adversă pe corpul lucrătorilor, este indicat să se aloce doua directii principale:

1. Aplicație vibrații ultrasonice de joasă frecvență (până la 100 kHz),împrăștiere prin contact și căi de aer, pentru influențare activă asupra substanțelor și proceselor tehnologice - curățare, dezinfectare, sudare, lipire, prelucrare mecanică și termică a materialelor (aliaje superdure, diamante, ceramică etc.), coagularea aerosolilor; în medicină - instrumente chirurgicale cu ultrasunete, dispozitive pentru sterilizarea mâinilor personalului medical, diverse articole si etc.

2. Aplicare ultrasunete de înaltă frecvență (100 kHz - 100 MHz și mai mare). vibrații care se propagă exclusiv prin contact pentru încercări și măsurători nedistructive; în medicină - diagnosticul și tratamentul diferitelor boli.

O analiză a prevalenței și a perspectivei utilizării unei varietăți de surse ultrasonice a arătat că 60-70% dintre toți cei care lucrează în condiții de efecte adverse ale ultrasunetelor

Se compune din detectoare de defecte, operatori de curatare, sudura, unitati de taiere, medici examinari ecografice (ultrasunete), kinetoterapeuti, chirurgi etc.

Pentru a unifica criteriile și metodele de evaluare a gradului de efecte industriale ale ultrasunetelor, a fost elaborată o „Clasificare igienă a ultrasunetelor care afectează un operator uman”. Semnele clasificate ale ultrasunetelor care afectează oamenii lucrători sunt: ​​metoda de propagare a factorului, tipul sursei de ultrasunete, metoda și modul de generare a oscilațiilor, răspunsul în frecvență al oscilațiilor ultrasonice. (Tabelul 12.1).

Cei care lucrează cu surse de ultrasunete tehnologice și medicale sunt expuși unui complex de factori nefavorabili ai mediului de producție, liderul căruia este ultrasunetele cu o frecvență de oscilație de 20 Hz - 20,0 MHz și o intensitate de 50-160 dB.

Așadar, instalațiile staționare de curățare, sudare, tăiere generează vibrații ultrasonice constante cu frecvențe

Tabelul 12.1.Clasificarea igienica a ultrasunetelor care afecteaza operatorul

24,0-22,0 kHz, răspândire prin contact și rute aeriene (25-30% din tura de lucru).

Intensitatea ultrasunetelor în zona de contact cu mâinile operatorilor unităților de curățare, tăiere și sudură este de 0,03-1,4 W/cm 2 , adică. nivelurile variază de la valori practic normative până la un exces de 14 ori față de IMU. Nivelurile de presiune sonoră în intervalele de frecvență sonoră și ultrasonică la locurile de muncă ajung la 80-101 dB cu un maxim la frecvențele de funcționare ale instalațiilor, ceea ce este normal.

Dintre numeroasele metode de detectare a defectelor cu ultrasunete, cea mai comună este metoda pulsului (frecvențe 0,5-20,0 MHz cu o rată de repetare a pulsului în intervalul 300-4000 Hz; frecvențe de 50 și 80 kHz cu o frecvență de repetare a pulsului în intervalul de 100-4000 Hz).

În timpul testării cu ultrasunete a produselor sudate și din beton armat, operatorul este expus la ultrasunete în 72-75% din timpul de lucru, intensitatea ultrasunetelor la punctele de contact variază de la 1 × 10 -3 până la 1,0 W/cm 2 , nivelurile de ultrasunete aeropurtate nu depășesc MPC.

Durata medie de schimbare a expunerii la ultrasunete de contact pentru lucrători depinde de tipul sursei ultrasonice (manuală sau staționară), pentru care, de regulă, este de 2,5-3 ori mai mică.

Unitățile de diagnostic utilizate în instituțiile medicale funcționează în intervalul de frecvență 0,8-20,0 MHz, rata de repetare a pulsului este de 50-100 Hz. Scanarea de diagnosticare se realizează cu un traductor ultrasonic de mână. Durata unui studiu variază de la 15-20 minute la 1-1,5 ore. Nivelurile de ultrasunete de contact de înaltă frecvență care afectează mâinile medicului variază de la 0,5-25,0-40,0 mW / cm 2 până la 1,0 W / cm 2 pentru studiile de diagnostic, care ocupă 70% din timpul de lucru.

În echipamentul chirurgical cu ultrasunete, frecvența de oscilație este de 26,6-44,0-66,0-88,0 kHz. În timpul muncii chirurgilor, s-a notat transmiterea de contact a ultrasunetelor la mâini, durata expunerii la ultrasunete nu depășește 14% din timpul de lucru. Intensitatea ultrasunetelor de contact este în intervalul 0,07-1,5 W/cm 2 , nivelurile de ultrasunete de aer la locurile de muncă ale chirurgilor sunt sub nivelul admis - 80-89 dB.

Echipamentul de kinetoterapie cu ultrasunete generează oscilații cu frecvențe de 0,88 și 2,64 MHz. Nivelurile de ultrasunete de contact constant și pulsat care afectează mâinile personalului medical, care se propagă prin suprafața laterală a emițătorului de mână, sunt de 0,02-1,5 W/cm. Durata unei proceduri nu depășește 15 minute, timpul de contact cu ultrasunetele este de 33% pe schimb.

Acțiunea biologică a ultrasunetelor. Undele ultrasonice pot provoca efecte biologice multidirecționale, a căror natură este determinată de mulți factori: intensitatea vibrațiilor ultrasonice, frecvența, parametrii temporali ai oscilațiilor (constante, pulsate), durata expunerii, sensibilitatea țesuturilor.

În special, frecvența vibrațiilor ultrasonice determină adâncimea de penetrare a factorului: cu cât frecvența este mai mare, cu atât majoritatea energia este absorbită de țesuturi, dar vibrațiile ultrasonice pătrund la o adâncime mai mică. Trebuie remarcat faptul că absorbția ultrasunetelor în țesuturile biologice nu respectă legile generale. Conform datelor disponibile, în țesuturile biologice nu există un pătratic, dar dependență liniară absorbție față de frecvență. Acest lucru se datorează eterogenității mari a țesuturilor corpului. Eterogenitatea țesuturilor biologice se datorează și gradului diferit de absorbție a ultrasunetelor. Cea mai scăzută absorbție se observă în stratul adipos și aproape de două ori mai mult în țesutul muscular. Substanța cenușie a creierului absoarbe ultrasunetele de două ori mai mult decât substanța albă; puţin absoarbe energia ultrasonică lichidul cefalorahidian. Cea mai mare absorbție se observă în țesutul osos (Tabelul 12.2).

Odată cu impactul sistematic al ultrasunetelor intense de joasă frecvență, cu niveluri care depășesc maximul admis, lucrătorii pot experimenta modificări funcționale în sistemul nervos central și periferic, sistemul cardiovascular, endocrin, analizoare auditive și vestibulare și tulburări umorale.

Expunerea la vibrații ultrasonice de 130 dB la o frecvență de 25 kHz a evidențiat modificări ale ritmului cardiac, imaginii sanguine, funcției endocrine și electrogenezei creierului (aplatizarea EEG); se remarcă oboseală, oboseală crescută, scăderea capacității de muncă.

Tabelul 12.2.Absorbția ultrasunetelor de către țesuturile corpului uman

Sub acțiunea ultrasunetelor cu o frecvență de 20 kHz cu niveluri de presiune sonoră de 120, 110 și 100 dB, nu au existat modificări vizibile ale pragurilor de sensibilitate auditivă după o oră de expunere.

Cea mai caracteristică este prezența distoniei vegetovasculare și a sindromului astenic. fețe, perioadă lungă de timpîntreținerea echipamentelor cu ultrasunete de joasă frecvență, se plâng de dureri de cap, amețeli, slăbiciune generală, oboseală, tulburări de somn, somnolență în timpul zilei, iritabilitate, tulburări de memorie, sensibilitate crescută la sunete, frică de lumină puternică. Există plângeri de scădere a temperaturii extremităților, accese de paloare sau roșeață a feței, plângeri de natură dispeptică nu sunt neobișnuite.

Tulburările cerebrale generale sunt adesea combinate cu polinevrita vegetativă moderată a mâinilor. Acest lucru se datorează faptului că, alături de efectul general al ultrasunetelor asupra corpului care lucrează prin aer, ultrasunetele de joasă frecvență au un efect local atunci când intră în contact cu piesele de prelucrat și mediile în care sunt excitate vibrațiile sau cu surse manuale.

Când sunt expuse la ultrasunete de joasă frecvență, apar tulburări vegetativ-vasculare (cu aceeași experiență de muncă), de regulă, mai devreme decât atunci când sunt expuse la ultrasunete de înaltă frecvență și sunt caracterizate prin prezența unor tulburări trofice care se răspândesc la țesutul muscular, urmată de hipertrofia muşchilor mâinii.

Contactul sistematic, chiar și pe termen scurt, cu mediile lichide și solide, în care vibrațiile ultrasonice sunt excitate, îmbunătățește semnificativ efectul ultrasunetelor din aer.

În comparație cu zgomotul de înaltă frecvență, ultrasunetele au un efect mai slab asupra funcției auditive, dar provoacă anomalii mai pronunțate ale funcției vestibulare.

Efectul advers al ultrasunetelor de joasă frecvență asupra stării funcționale a centralei sistem nervos. La lucrătorii din dinamica zilei de lucru, viteza de execuție a reacțiilor reflexe condiționate la stimuli externi încetinește, există tensiune sau o încălcare a termoreglării și, în consecință, o creștere a temperaturii corpului la 37,1-37,3 ° C, disociere în gradul de creștere a temperaturii corpului și a pielii, fără corelație între indicatorii de transpirație, puls și temperatura corpului. Există, de asemenea: o tendință de reducere a presiunii diastolice, până la hipotensiune arterială, modificări ale ECG în funcție de tipul extracardiac, o creștere a pragurilor de sensibilitate auditivă, dacă nivelurile presiunii sonore depășesc semnificativ MPD, modificări vizibile ale funcției vestibulare ( conform stabilografiei).

Aceste modificări se manifestă clar la persoanele expuse la ultrasunete intense (122-130 dB) și sunt mult mai puțin pronunțate atunci când sunt expuse la ultrasunete de intensitate medie și scăzută (92-115 dB).

Intensitățile ultrasunetelor de contact utilizate în industrie, biologie, medicină sunt de obicei împărțite în scăzut(până la 1,5 W/cm2), mediu(1,5-3,0 W/cm2) și înalt(3,0-10,0 W/cm2).

În funcție de intensitatea ultrasunetelor de contact, există trei tipuri principale de acțiune:

1) ultrasunete de joasă intensitate favorizează accelerarea proceselor metabolice în organism, încălzirea ușoară a țesuturilor, micromasajul etc. Intensitățile scăzute nu conduc la modificări morfologice în interiorul celulelor, deoarece presiunea sonoră variabilă determină doar o oarecare accelerare a proceselor biofizice, prin urmare expunerile scăzute la ultrasunete sunt considerate ca un catalizator fiziologic;

2) ultrasunete de intensitate medie prin creșterea presiunii sonore variabile, provoacă reacții reversibile de oprimare, în special, a țesutului nervos. Rata de restabilire a funcțiilor depinde de intensitatea și timpul de iradiere cu ultrasunete;

3) ultrasunete de mare intensitate provoacă opresiune ireversibilă, transformându-se în procesul de distrugere completă a țesuturilor.

Datele disponibile indică faptul că vibrațiile ultrasonice generate în modul pulsat au un efect ușor diferit. actiune biologica decât fluctuaţiile constante. Particularitatea acțiunii fiziologice a ultrasunetelor pulsate este mai puțin pronunțată, dar o moliciune și o durată mai mare a manifestării efectelor. Moliciunea acțiunii ultrasunetelor de contact pulsat este asociată cu predominarea efectelor fizico-chimice ale acțiunii asupra celor termice și mecanice.

Impactul ultrasunetelor asupra structurilor biologice se datorează unui număr de factori. efecte, cauzat de ultrasunete, împărțit condiționat în:

mecanic, cauzate de deplasarea alternanta a mediului, presiunea radiatiei etc. Astfel, la intensități scăzute (până la 2-3 W/cm 2 la frecvențe de ordinul 10 5 -10 6 Hz), vibrațiile particulelor din mediul biologic produc un fel de micro-masaj al elementelor tisulare, care contribuie la un metabolism mai bun;

fizice si chimice, legate de accelerarea proceselor de difuzie prin membrane biologice, modificarea vitezei reacțiilor biologice;

termic, rezultată din eliberarea de căldură în timpul absorbției energiei ultrasonice de către țesuturi, o creștere a temperaturii la limitele structurilor tisulare, încălzirea pe bule de gaz;

Efecte legate de țesut cavitație ultrasonică(formarea cu prăbușirea ulterioară a bulelor de gaz-vapori în mediu sub acțiunea ultrasunetelor). Cavitația duce la ruperea legăturilor moleculare. De exemplu, moleculele de apă se descompun în radicali liberi OH - și H +, care este cauza principală a efectului oxidant al ultrasunetelor. În mod similar, compușii cu molecule înalte din obiectele biologice, de exemplu, acizii nucleici, substanțele proteice, sunt împărțiți sub acțiunea ultrasunetelor.

Informațiile despre efectul biologic al ultrasunetelor de joasă frecvență sunt foarte limitate. Dovezile disponibile sugerează că ultrasunetele de joasă frecvență sunt un factor cu o mare

activitate biologică și capabilă să provoace tulburări funcționale și organice ale sistemului nervos, cardiovascular, hematopoietic, endocrin și al altor sisteme ale corpului.

Datele privind efectul ultrasunetelor de înaltă frecvență asupra corpului uman indică schimbări polimorfe și complexe care apar în aproape toate țesuturile, organele și sistemele.

Modificările care apar sub influența ultrasunetelor (aer și contact) sunt supuse model general: intensitatea scăzută stimulează și activează, în timp ce intensitatea medie și mare deprimă, inhibă și poate suprima complet funcțiile.

Datorită lungimii de undă mici, ultrasunetele de contact de înaltă frecvență practic nu se propagă în aer și afectează lucrătorii doar atunci când sursa de ultrasunete intră în contact cu suprafața corpului. Modificările cauzate de acțiunea ultrasunetelor de contact sunt de obicei mai pronunțate în zona de contact, mai des acestea sunt degete, mâini, deși nu este exclusă posibilitatea manifestărilor distale datorate conexiunilor reflexe și neuroumorale.

Lucrul pe termen lung cu ultrasunete în timpul transferului de contact la mâini provoacă leziuni ale aparatului neurovascular periferic, iar gradul de severitate al modificărilor depinde de intensitatea ultrasunetelor, timpul de sondare și zona de contact, adică. expunerea la ultrasunete și poate crește în prezența unor factori concomitenți ai mediului de producție care îi agravează efectul (ecografia aerului, răcirea locală și generală, lubrifianți de contact - diferite tipuri de uleiuri, tensiunea musculară statică etc.).

Printre cei care lucrează cu surse de ultrasunete de contact au remarcat procent mare plângeri cu privire la prezența paresteziilor, sensibilitatea crescută a mâinilor la frig, o senzație de slăbiciune și durere la nivelul mâinilor pe timp de noapte, o scădere a sensibilității tactile, transpirație a palmelor. Există, de asemenea, plângeri de dureri de cap, amețeli, zgomot în urechi și cap, slăbiciune generală, palpitații, durere în regiunea inimii.

S-a stabilit că ultrasunetele de înaltă frecvență, acționând prin contact timp îndelungat, au un efect advers, determinând dezvoltarea leziunilor vegetativ-vasculare ale mâinilor la operatorii-defectoscopiști. Operatorii de detectare a defectelor cu ultrasunete au relevat o creștere

Acest lucru se datorează tulburărilor hemodinamice ale ochiului, în principal sub forma unei stări hipotonice, manifestate prin atonia venelor, venulelor și genunchilor venosi ai capilarelor părții anterioare a globului ocular, scăderea presiunii retiniene și angiopatie hipotonă. a retinei. Tulburările vasculare relevate ale ochilor din acest grup profesional ar trebui interpretate ca o manifestare a unei tulburări vegetative generale asociate cu expunerea la vibrații ultrasonice (0,5-5,0 MHz, intensitate până la 1,0 W/cm2).

S-a remarcat efectul advers al ultrasunetelor de contact asupra personalului medical care deservește echipamente fizioterapeutice și de diagnosticare, care se manifestă și prin dezvoltarea leziunilor vegetativ-vasculare ale mâinilor.

Polineuropatia vegetativ-senzorială (angioneuroză) a mâinilor, care se dezvoltă sub influența ultrasunetelor de contact, a fost pentru prima dată recunoscută ca boală profesională și inclusă în lista bolilor profesionale în 1989. includerea ulterioară a conexiunilor reflexe, neuroumorale. Este determinată de factori mecanici și fizico-chimici, deoarece rolul componentelor termice și de cavitație la niveluri create de sursele de ultrasunete în mediile de contact este nesemnificativ.

Caracteristicile specifice ale impactului asupra lucrătorilor cu ultrasunete de contact, datorită activității sale biofizice ridicate, se manifestă în tulburări senzoriale, vegetativ-vasculare și modificări ale sistemului musculo-scheletic al extremităților superioare.

Împreună cu modificările aparatului neuromuscular la persoanele care lucrează cu surse de ultrasunete de contact, modificările structurii osoase sunt relevate sub formă de osteoporoză, osteoscleroză a falangelor distale ale mâinilor, precum și alte modificări de natură degenerativă-distrofică. . Metoda de Densitofotometrie cu raze X.

Pielea este „poarta de intrare” pentru ultrasunete de contact, deoarece atunci când se efectuează lucrări cu diverse ultrasunete

În primul rând, pielea mâinilor lucrătorilor este expusă surselor de sunet. Intensitatea vibrațiilor ultrasonice în pielea mâinilor este cea mai apropiată de intensitatea ultrasunetelor de pe suprafețele emițătorului.

Pielea din diferite zone ale corpului uman are o sensibilitate diferită: pielea feței este mai sensibilă decât pielea abdomenului, iar pielea abdomenului este mai sensibilă decât pielea extremităților. Intensitatea ultrasunetelor de 0,6 W/cm2 (frecventa 2,5 MHz) determina hiperemie a pielii, umflarea usoara a dermului.

Impactul ultrasunetelor cu o intensitate de 0,4 W/cm2 (1-2 MHz) este însoțit de o scădere naturală a valorii pH-ului suprafeței pielii, ceea ce indică utilizarea predominantă a carbohidraților pentru metabolismul energetic, deoarece se acumulează produse metabolice acide. în țesuturi în timpul transformărilor lor intensificate. Este posibil ca modificarea pH-ului suprafeței pielii sub influența ultrasunetelor să fie asociată cu o creștere a activității funcționale a glandelor sebacee. Când sunt expuse la ultrasunete, numărul de glande sudoripare active crește și, în consecință, crește excreția de cloruri.

Examinarea clinică și de laborator a defectoscopiștilor relevă următoarele boli ale pielii: hiperhidroza palmelor și tălpilor, dishidroza palmelor și tălpilor, rubrofitoza și epidermofitoza picioarelor și mâinilor, seboreea scalpului etc. La majoritatea pacienților cu hiperhidroză, dishidroza etc., o corelare cu boli concomitente în special, cu tulburări neurovasculare, manifestate sub formă de polinevrite vegetative ale mâinilor, disfuncții vegetativ-vasculare. Acest lucru face posibilă asocierea patologiei pielii cu expunerea la ultrasunete.

Când este expus la ultrasunete de intensitate scăzută - 20-35 mW/cm 2 (frecvența 1 MHz), permeabilitatea vaselor pielii crește, în timp ce expunerea locală la căldură, ducând la o creștere a temperaturii pielii cu 0,8-1,0 µ efect asupra permeabilității vasculare. a pielii. În consecință, în procesele de modificări ale permeabilității vasculare a pielii sub influența undelor ultrasonice, nu factorul termic, ci efectul mecanic joacă un rol important. La intensități mari ale ultrasunetelor, permeabilitatea vasculară se poate modifica și prin mecanisme reflexe.

Un punct important în acțiunea ultrasunetelor și efectul său analgezic este, pe lângă scăderea pH-ului mediului, acumularea locală.

histaminei, care contribuie la inhibarea conducerii impulsurilor în sinapsele ganglionilor simpatici.

Se crede că stimularea cu ultrasunete, care ajunge pe aparatul receptor al pielii, este transmisă în toate direcțiile către formațiunile periferice și centrale ale sistemelor nervoase simpatic și parasimpatic, atât pe căi specifice, cât și pe căi nespecifice.

Au fost relevate regularități în modificarea activității cardiovasculare sub influența ultrasunetelor de contact. Deci, la sondarea pacienților cu doze terapeutice de ultrasunete (2,46 MHz, 1 W / cm 2), se observă o creștere a frecvenței cardiace cu o modificare a ECG. O creștere a intensității ultrasunetelor duce la bradicardie, aritmii și scăderea activității biologice. Reacții similare se observă atunci când sunetul nu numai în regiunea inimii, ci și în zonele adiacente.

Studiul reacțiilor vasculare ale organismului la impactul ultrasunetelor în timpul transmiterii prin contact a arătat că dozele mici de ultrasunete de înaltă frecvență (0,2-1,0 W/cm2) provoacă un efect vasodilatator, iar dozele mari (3 W/cm2 și mai mult) provoacă un efect vasoconstrictor.

O scădere a tonusului vascular și vasodilatație se remarcă nu numai în zona expusă la ultrasunete, ci și în zonele simetrice, ceea ce sugerează rolul important al mecanismelor neuroreflex în formarea unui răspuns la ultrasunete.

Impactul ultrasunetelor asupra organismului este însoțit de modificări biochimice: cantitatea de proteine ​​​​din serul sanguin scade, metabolismul carbohidraților se intensifică, conținutul de bilirubină legată din sânge crește, activitatea enzimelor, în special catalaza sanguină, scade. , iar nivelul hormonului adrenocorticotrop hipofizar (ACTH) din plasma sanguină crește. Se crede că ultrasunetele cu o intensitate de 0,1-0,3 W/cm2 au un efect optim de stimulare asupra proceselor enzimatice din țesuturi.

Studiul efectului antitumoral al ultrasunetelor de înaltă frecvență a arătat că intensitățile mari ale ultrasunetelor (3,0-10,0 W/cm2) contribuie la distrugerea celulelor tumorale și inhibă creșterea tumorilor.

Sub influența ultrasunetelor de înaltă frecvență asupra țesutului osos, se observă o încălcare a metabolismului mineral - conținutul de săruri de calciu din oase scade.

Astfel, sub influența ultrasunetelor de contact, este posibilă dezvoltarea modificărilor reflex-vasculare generalizate. Cu toate acestea, patogeneza modificărilor detectate la pacienții cu manifestări severe ale patologiei cu ultrasunete a tractului gastrointestinal, rinichilor și sistemului cardiovascular nu a fost încă studiată suficient.

În prezent, a fost elaborat un model matematic pentru prezicerea probabilității dezvoltării patologiei profesionale la lucrătorii cu surse de ultrasunete de contact de diferite frecvențe, în funcție de intensitatea și durata contactului, ceea ce face posibilă determinarea experienței de muncă sigure în profesie. , adică gestionați riscul de sănătate prin „protecția timpului”. Datele estimate privind probabilitatea dezvoltării polineuropatiei mâinii de etiologie ultrasonică sunt prezentate în fila. 12.3.

Reglarea igienica a aerului si ultrasunetelor de contact. Atunci când se dezvoltă măsuri preventive eficiente care vizează optimizarea și îmbunătățirea condițiilor de muncă ale lucrătorilor din profesiile cu ultrasunete, sunt prezentate în primul rând problemele reglementării igienice a ultrasunetelor ca factor fizic nefavorabil al mediului de producție și al habitatului.

Materialele cercetării integrate efectuate la Institutul de Cercetare de Stat pentru Medicina Muncii al Academiei Ruse de Științe Medicale au servit drept bază pentru dezvoltarea unui nou sistem de reglare igienă a ultrasunetelor, care s-a reflectat în normele și regulile sanitare „Igienice”. cerințele atunci când lucrați cu surse de aer și cu ultrasunete de contact în scopuri industriale, medicale și casnice.”

Normele și regulile sanitare stabilesc o clasificare igienă a ultrasunetelor care afectează un operator uman; parametrii normalizați și nivelurile maxime admise de ultrasunete pentru lucrători și public; cerințe pentru controlul aerului și ultrasunetelor de contact, măsuri preventive. Trebuie remarcat faptul că aceste reguli și reglementări nu se aplică persoanelor (pacienților) expuși la ultrasunete în scopuri medicale și de diagnostic.

Tabelul 12.3.Probabilitatea dezvoltării polineuropatiei mâinilor care lucrează cu surse de ultrasunete de contact care se propagă în medii lichide și solide

Parametri normalizați ultrasunete de aer sunt niveluri de presiune sonoră în decibeli în benzi de o treime de octavă cu frecvențe medii geometrice de 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100 kHz.

Parametri normalizați ultrasunete de contact sunt valorile de vârf ale vitezei de vibrație sau nivelurile sale logaritmice în dB în benzi de octave cu frecvențe medii geometrice de 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000; 16.000; 31 500 kHz, determinată de formula:

L v = 20 logV/V0,

Unde:

V - valoarea de vârf a vitezei de vibrație, m/s;

V0 - valoarea de referinta a vitezei vibratiei, egala cu 5?10 -8 m/s.

ÎN fila. 12.4 sunt prezentate nivelurile maxime admise de ultrasunete în aer la locurile de muncă și ultrasunete de contact în zonele de contact ale mâinilor sau ale altor părți ale corpului care lucrează cu surse de vibrații ultrasonice sau medii în care se propagă.

Noile standarde sunt construite dupa principiul spectral, tinand cont de efectul combinat al ultrasunetelor de contact si aer prin stabilirea unei corectii in jos egala cu 5 dB la valoarea limita a ultrasunetelor de contact, care are o activitate biologica mai mare.

Atunci când se utilizează surse de ultrasunete de uz casnic (mașini de spălat, dispozitive pentru alungarea insectelor, rozătoarelor, câini, alarme antiefracție etc.), de regulă, care funcționează la frecvențe sub 100 kHz, nivelurile standard de aer și ultrasunete de contact care afectează o persoană nu trebuie să fie depășește 75 dB la frecvența de funcționare.

Pe lângă regulile și normele sanitare, au fost elaborate o serie de documente normative și metodologice care reglementează, în special, condițiile de muncă ale lucrătorilor medicali care utilizează surse de ultrasunete sub formă de aparate, echipamente sau unelte.

Tabelul 12.4.Niveluri maxime admise de ultrasunete la locul de muncă

Notă. 1 Nivelurile maxime permise de ultrasunete de contact trebuie luate cu 5 dB sub datele tabelare, cu un efect combinat asupra aerului de lucru și ultrasunetelor de contact.

diagnosticare cu ultrasunete, organizare și desfășurare de studii de diagnosticare, precum și măsuri sanitare și igienice și preventive medicale pentru limitarea efectelor adverse ale ultrasunetelor de contact asupra personalului medical. De exemplu, în conformitate cu recomandările de igienă, zona cabinetului pentru efectuarea examinărilor cu ultrasunete (ultrasunete) ar trebui să fie de cel puțin 20 m 2, cu condiția ca în ea să fie plasată o unitate de diagnostic cu ultrasunete. Camera pentru ultrasunete ar trebui să aibă iluminat natural și artificial, o chiuvetă cu alimentare cu apă rece și caldă, un sistem de alimentare cu schimb general și de ventilație cu o rată de schimb de aer de 1:3 și este permisă instalarea de aparate de aer condiționat. Anumiți parametri ai microclimatului trebuie menținuți în interior: temperatura aerului - 22 ?С, umiditate relativă 40-60%, viteza aerului nu mai mare de 0,16 m/s.

Când măsurați aerul și ultrasunetele de contact generate de aparatele și echipamentele de uz casnic, urmați instrucțiunile

respectă cerințele prevăzute în normele și regulile sanitare actuale.

Acțiuni preventive. Măsurile pentru protejarea lucrătorilor de efectele adverse ale ultrasunetelor de contact și ale factorilor aferenti mediului de lucru și a procesului de muncă includ:

1. Screening medical și biologic în momentul aplicării pentru un loc de muncă, luând în considerare factorii de risc subiectivi (individuali) și obiectivi (ocupațional).

2. Utilizarea diferitelor moduri de lucru (în schimburi și alunecare săptămânal, de zece zile, lunar, trimestrial etc.) și a unui sistem de contract pentru desfășurarea lucrărilor pentru perioada de experiență de siguranță prevăzută.

3. Monitorizare igienica, inclusiv expunerea, si clinica si fiziologica.

4. Măsuri cu caracter medical și preventiv pentru îmbunătățirea lucrătorilor.

Screeningul medical și biologic atunci când se aplică pentru un loc de muncă ar trebui efectuat în mai multe etape:

Etapa I - selecția socială. Conform normelor și regulilor de igienă actuale, principala contraindicație pentru lucrul în condiții de expunere la ultrasunete este vârsta sub 18 ani.

Etapa a II-a - selecția medicală, inclusiv un examen medical preliminar și studii funcționale, ținând cont de specificul acțiunii ecografiei de contact și factorii de risc (atât identificați individual, cât și profesional specific, stabiliți în timpul certificării sau autorizației locului de muncă pentru care se preconizează angajarea).

O examinare medicală preliminară se efectuează în conformitate cu ordinul curent. La efectuarea examinărilor medicale preliminare, ar trebui să se țină cont de contraindicațiile pentru munca în profesii „ultrasunete”, care, împreună cu contraindicațiile medicale generale pentru admiterea la muncă în contact cu substanțe nocive, periculoase și factori de producție, includ boli cronice ale sistemului nervos periferic. , boli obliterante ale arterelor și angiospasm periferic.

Pe lângă contraindicațiile medicale, au fost identificați factori de risc individuali și obiectivi care pot agrava impactul ultrasunetelor de contact. Factorii de risc subiectivi (personali) includ povara ereditară a bolilor vasculare, tipul astenic de constituție, alergia la frig, leziunile extremităților și istoricul lor de degerături, labilitatea autonomă, în principal cu o predominare a tonusului sistemului nervos simpatic, experiență îndelungată de muncă în profesie etc.

Factorii de risc obiectivi sau profesionali sunt niveluri ridicate de contact și ultrasunete din aer, transmiterea vibrațiilor ultrasonice printr-un mediu lichid, o zonă mare de contact cu sursa, contaminarea mâinilor cu lubrifianți de contact, răcirea mâinilor, indicele ridicat al sursei ultrasonice, sarcina statică. asupra mușchilor degetelor și mâinilor, postură forțată, microclimat de răcire, niveluri ridicate ale indicelui total al unei evaluări cu o cifră a impactului complex al factorilor etc.

De mare importanță în prevenirea expunerii la ultrasunete sunt regimurile de lucru raționale stabilite pentru un anumit loc de muncă sau sursă de vibrații. La elaborarea regimurilor de lucru, este necesar să ne ghidăm după următoarele principii:

Reducerea timpului total de contact și reducerea expunerii la sunetul ultrasonic atunci când sunt depășite standardele;

Efectuarea lucrărilor cu impacturi ultrasonice întrerupte în mod regulat;

Organizarea a două pauze reglementate, prima - 10 minute, a doua - 15 minute pentru activități în aer liber, un complex special de gimnastică industrială, proceduri fizio-profilactice etc. Este rațional să se aranjeze prima pauză la 1,5-2 ore după începerea turei, a doua - 1,5 ore după pauza de masă;

Pauza de masa de minim 30 de minute. Pe lângă modurile de lucru în schimburi, este recomandabil să se introducă moduri de alunecare - săptămânal, zece zile, lunar, trimestrial etc. Aceste forme moderne modurile de lucru sunt cele mai acceptabile pentru lucrătorii medicali, atunci când sarcina ultrasonică asupra lucrătorilor, depășind cea admisibilă, poate fi distanțată uniform în timp.

Măsurile care vizează creșterea rezistenței organismului, inclusiv cele aflate sub influența ultrasunetelor de contact, includ diverse tipuri de proceduri fizioprofilactice, profilaxie reflexă, gimnastică industrială, alimentație rațională echilibrată, vitaminizare și descărcare psihofiziologică.

Gimnastica introductivă se efectuează înainte de muncă și este recomandată tuturor lucrătorilor fără excepție. Sarcina sa principală este de a ridica tonusul general al corpului, de a activa activitatea organelor și sistemelor, de a ajuta la implicarea rapidă în ritmul de lucru și de a reduce perioada de funcționare. Complexul include 7-9 exerciții și se efectuează cu 5-7 minute înainte de a începe lucrul.

Ca urmare a numeroaselor studii experimentale, au fost selectate cele mai eficiente modalități de a proteja mâinile lucrătorilor de efectele propagării ultrasunetelor de joasă și înaltă frecvență în medii solide și lichide.

Lucrând cu surse de joasă frecvență

Când vibrațiile se propagă într-un mediu solid - două perechi de mănuși groase de bumbac;

Când vibrațiile se propagă într-un mediu lichid, se folosesc două perechi de mănuși: cele inferioare sunt din bumbac, iar cele superioare sunt din cauciuc dens.

Lucrând cu surse de înaltă frecvență Se recomandă utilizarea ultrasunetelor de contact:

Când vibrațiile se propagă într-un mediu solid - o pereche de mănuși de bumbac sau mănuși de bumbac cu suprafața palmei impermeabilă (fabricate, de exemplu, din materiale sintetice impermeabile) sau vârfurile degetelor din bumbac;

Când vibrațiile se propagă într-un mediu lichid, se folosesc două perechi de mănuși: cele inferioare sunt din bumbac și cele superioare sunt din cauciuc.

Ca mijloc de protecție individuală împotriva efectelor zgomotului și ultrasunetelor din aer, lucrătorii ar trebui să folosească anti-zgomot - dopuri de urechi, căști.

Printre măsurile de protejare a lucrătorilor de expunerea la ultrasunete, un loc important îl ocupă pregătirea lucrătorilor în elementele de bază ale legislației privind protecția muncii, regulile tehnologiei

măsuri de siguranță și prevenire atunci când se lucrează cu surse de ultrasunete de contact; educație pentru sănătate în rândul lucrătorilor, promovarea unui stil de viață sănătos.

Măsuri pentru formarea și gestionarea calității mediului de producție la locurile de muncă cu surse de ultrasunete în vederea reducerii riscului de probleme de sănătate pentru lucrători. Un rol important în gestionarea calității mediului de producție este atribuit mijloacelor și metodelor de protecție colectivă a lucrătorilor. Cele mai eficiente în acest sens sunt măsuri organizatorice și tehniceîn sursă, reducerea nivelurilor de ultrasunete de contact care afectează lucrătorii, reducerea timpului de contact cu acesta și limitarea influenței factorilor concomitenți negativi ai mediului de producție, în special:

Dezvoltarea și implementarea de echipamente noi, îmbunătățite, cu caracteristici ultrasonice îmbunătățite;

Crearea de echipamente automate cu ultrasunete, de exemplu, pentru curățarea pieselor, detectarea defectelor, prelucrarea mecanică a materialelor etc.;

Realizare instalatii cu telecomanda;

Utilizarea generatoarelor de ultrasunete de putere redusă în echipamente, dacă aceasta nu contravine cerințelor proceselor tehnologice;

Proiectarea instalațiilor cu ultrasunete cu frecvențe de funcționare cât mai departe de gama de frecvență audibilă (nu mai mici de 22 kHz) pentru a evita efectul de zgomot pronunțat de înaltă frecvență;

Blocare, adică oprirea automată a echipamentelor, dispozitivelor la efectuarea operațiunilor auxiliare pentru încărcarea și descărcarea produselor, aplicarea lubrifianților de contact etc.;

Proiectarea căutătorilor și senzorilor ținuți de mâini, ținând cont de necesitatea asigurării unei tensiuni minime a mușchilor mâinii;

Utilizarea grilelor și a diverselor dispozitive dotate cu mânere la încărcarea și descărcarea pieselor din unde ultrasonice sau dispozitive speciale (cleme, trepiede, cârlige etc.) pentru ținerea pieselor de prelucrat sau a sursei de ultrasunete;

Căptușeala locurilor în care mâinile operatorului intră în contact cu sursa (dispozitive de scanare ale detectoarelor de defecte și echipamente de diagnosticare,

mânere pentru instrumente cu ultrasunete de mână etc.) cu material izolator;

Implementarea controlului asupra oportunității reparațiilor preventive și curente ale echipamentelor și echipamentelor cu ultrasunete;

Dotarea instalațiilor cu ultrasunete cu dispozitive de izolare fonică (carcase, ecran) din tablă de oțel sau duraluminiu, acoperirea acestora cu cauciuc, mastic anti-zgomot sau alte materiale, echipamente de cabine de izolare fonică, cutii;

Siglarea liniilor de alimentare;

Echipament de ventilație eficient.

În plus, la proiectarea și dezvoltarea noilor echipamente ultrasonice cu dispozitive video terminale, trebuie respectate următoarele: cerințe tehnice și igienice:

Luminozitatea strălucirii ecranului nu este mai mică de 100 cd/m 2 ;

Dimensiunea minimă a unui punct luminos pentru un afișaj monocrom este de 0,4 mm, pentru un afișaj color - 0,6 mm;

Contrastul imaginii semnelor nu este mai mic de 0,8;

Jitter de imagine de joasă frecvență în intervalul 0,05-1,0 Hz în 0,1 mm;

Frecvența regenerării imaginii atunci când lucrați cu contrast pozitiv este de cel puțin 72 Hz;

Prezența unui strat anti-orbire pentru ecran.

Optimizarea factorilor care determină severitatea muncii se realizează ca urmare a alegerii corecte a posturii datorită amenajării raționale a locului de muncă. Pentru a face acest lucru, în primul rând, este necesar să selectați echipamente de producție și mobilier de lucru care corespund datelor antropometrice și capacităților psihofiziologice ale unei persoane.

Este necesar să se mențină dimensiunile zonei de lucru, inclusiv spațiul în care sunt amplasate comenzile pentru echipamente, piese de prelucrat, piese, unelte, i.e. tot ce ai nevoie pentru a duce treaba la bun sfârșit.

În procesul de efectuare a operațiunilor de muncă, se recomandă excluderea, dacă este posibil, a sarcinilor statice care apar la întreținerea, de exemplu, a pieselor de prelucrat, a pieselor etc. datorită amenajării bancurilor de lucru, suporturi pentru piese de prelucrat, precum și utilizarea de manipulatoare, cărucioare, diverse instrumente de mecanizare la scară mică pentru a reduce sarcina dinamică și suprasolicitarea sistemului musculo-scheletic.

In complexul de activitati pt organizare stiintifica Muncii un loc aparte îl ocupă recomandările pentru raționalizarea mișcărilor și eforturilor muncitorești.

Pentru optimizarea factorilor, determinând intensitatea travaliului, se recomandă:

Crearea unui sistem de iluminat rațional în fiecare caz specific (sau, dimpotrivă, diminuarea, de exemplu, în timpul detectării defectelor și diagnosticării cu ultrasunete), amplasarea corectă a lămpilor;

Luptă împotriva luciului ecranelor echipamentelor cu ultrasunete;

Crearea climatului de culoare necesar în spațiile industriale;

Dispozitiv pentru indicarea luminoasă și sonoră a defectelor în timpul detectării defectelor cu ultrasunete;

Introducerea regimurilor de muncă și odihnă (gimnastică pentru ochi, gimnastică industrială, descărcare psihofiziologică etc.).

Ecografie - acestea sunt oscilații mecanice elastice cu o frecvență care depășește 18 kHz, care este pragul superior de audibilitate al urechii umane. Datorită frecvenței crescute, vibrațiile ultrasonice (USO) au o serie de caracteristici specifice (posibilitatea de focalizare și directivitate a radiației), ceea ce face posibilă concentrarea energiei acustice pe zone mici ale suprafeței emise.

De la sursa de vibrații, ultrasunetele sunt transmise în mediu sub formă de unde elastice și pot fi reprezentate ca o ecuație de undă pentru o undă plană longitudinală:

Unde L- deplasarea particulei oscilante; t- timp; X- distanța de la sursa de vibrație; Cu este viteza sunetului în mediu.

Viteza sunetului este diferită pentru fiecare mediu și depinde de densitatea și elasticitatea acestuia. Tipuri particulare de ecuație a undelor fac posibilă descrierea propagării undelor pentru multe cazuri practice.

Forma undelor ultrasonice

Undele ultrasunete de la sursa de vibrație se propagă în toate direcțiile. Lângă fiecare particulă a mediului există alte particule care oscilează cu ea în aceeași fază. Se numește un set de puncte care au aceeași fază de oscilație suprafața valului.

Distanța pe care se propagă o undă într-un timp egal cu perioada de oscilație a particulelor mediului se numește lungime de undă.

Unde T - perioada de oscilație; / - frecvența de oscilație.

frontul de val numită mulţimea punctelor la care ajung oscilaţiile anumit moment timp. Există un singur front de undă în orice moment de timp și se mișcă tot timpul, în timp ce suprafețele undelor rămân nemișcate.

În funcție de forma suprafeței undei, se disting unde plane, cilindrice și sferice. În cel mai simplu caz, suprafețele undelor sunt plate și undele sunt numite apartament, iar sursa excitaţiei lor este avionul. Cilindric numite unde, în care suprafețele undelor sunt cilindri concentrici. Sursele de excitare a unor astfel de unde apar sub forma unei linii drepte sau a unui cilindru. Sferic undele sunt create de surse punctuale sau sferice, ale căror raze sunt mult mai mici decât lungimea de undă. Dacă raza depășește lungimea de undă, atunci poate fi considerată plată.

Ecuația unei unde plane care se propagă de-a lungul unei axe X, dacă sursa de excitaţie vibratii armonice cu frecvenţa unghiulară ω şi amplitudinea L 0 are forma

Faza inițială a undei este determinată de alegerea originii coordonatei X si timpul t.

Când se analizează trecerea unui val, punctul de referință este de obicei ales în așa fel încât A= 0. Atunci ecuația (3.2) poate fi scrisă ca

Ultima ecuație descrie o undă care se propagă spre valori crescătoare (+) sau descrescătoare (-). Este una dintre soluțiile ecuației de undă (3.1) pentru o undă plană.

În funcție de direcția de oscilație a particulelor mediului în raport cu direcția de propagare a undei, se disting mai multe tipuri de unde ultrasonice (Fig. 3.1).

Dacă particulele mediului oscilează de-a lungul unei linii care coincide cu direcția de propagare a undei, atunci astfel de unde se numesc longitudinal(Fig. 3.1, A). Când deplasarea particulelor mediului are loc într-o direcție perpendiculară pe direcția de propagare a undelor, undele se numesc transversal(Fig. 3.1, b).

Orez. 3.1. Schema deplasărilor oscilatorii ale particulelor de mediu pentru diferite tipuri de unde: A- longitudinal; b- transversal; V- îndoire

În lichide și gaze se pot propaga doar unde longitudinale, deoarece deformațiile elastice în ele apar în timpul compresiunii și nu apar în timpul forfeirii. În solide, atât undele longitudinale, cât și cele transversale se pot propaga, deoarece solidele au elasticitate de formă, de exemplu. tind să-și păstreze forma atunci când sunt supuse unor forțe mecanice. Deformațiile și tensiunile elastice apar în ele nu numai în timpul compresiei, ci și în timpul forfeirii.

În solidele mici, cum ar fi tijele și plăcile, modelul de propagare a undelor este mai complex. În astfel de corpuri apar unde, care sunt o combinație de două tipuri principale: torsiune, încovoiere, suprafață.

Tipul de undă dintr-un solid depinde de natura excitației vibrațiilor, de formă corp solid, dimensiunile sale în raport cu lungimea de undă, iar în anumite condiții pot exista simultan unde de mai multe tipuri. O reprezentare schematică a undei de încovoiere este prezentată în fig. 3.1, c. După cum se poate observa, deplasarea particulelor mediului are loc atât perpendicular pe direcția de propagare a undei, cât și de-a lungul acesteia. Astfel, unda de încovoiere are aspecte comune atât unde longitudinale cât și transversale.

Ultrasunetele reprezintă unde longitudinale care au o frecvență de oscilație mai mare de 20 kHz. Aceasta este mai mult decât frecvența vibrațiilor percepute de aparatul auditiv uman. O persoană poate percepe frecvențe în intervalul 16-20 kHz, acestea se numesc sunet. Undele ultrasunete arată ca o serie de condensări și rarefări ale unei substanțe sau medii. Datorită proprietăților lor, sunt utilizate pe scară largă în multe domenii.

Ce este asta

Frecvențele cuprinse între 20 de mii și câteva miliarde de herți se încadrează în domeniul ultrasonic. Acestea sunt vibrații de înaltă frecvență care sunt dincolo de audibilitatea urechii umane. Cu toate acestea, unele tipuri de animale percep undele ultrasonice destul de bine. Aceștia sunt delfinii, balenele, șobolanii și alte mamifere.

De proprietăți fizice Undele ultrasunete sunt elastice, deci nu diferă de undele sonore. Ca urmare, diferența dintre sunet și vibrațiile ultrasonice este foarte condiționată, deoarece depinde de percepția subiectivă a auzului uman și este egală cu nivelul superior al sunetului audibil.

Dar prezența unor frecvențe mai înalte și, prin urmare, a unei lungimi de undă mică, conferă vibrațiilor ultrasonice anumite caracteristici:

• Frecvențele ultrasunetelor au viteze diferite de deplasare prin diferite substanțe, datorită cărora este posibil să se determine cu mare precizie proprietățile proceselor în curs, capacitatea termică specifică a gazelor, precum și caracteristicile unui corp solid.
• Undele de intensitate semnificativă au anumite efecte care sunt supuse acusticii neliniare.
• Când undele ultrasonice se mișcă cu o putere semnificativă într-un mediu lichid, are loc fenomenul de cavitație acustică. Acest fenomen este foarte important, deoarece, ca urmare, se creează un câmp de bule, care se formează din particule submicroscopice de gaz sau vapori într-un mediu apos sau alt mediu. Pulsează cu o oarecare frecvență și se închid cu o presiune locală extraordinară. Acest lucru creează unde de șoc sferice, ceea ce duce la apariția fluxurilor microscopice acustice. Prin utilizarea acestui fenomen, oamenii de știință au învățat cum să curețe părțile contaminate, precum și să creeze torpile care se mișcă în apă. viteza mai mare sunet.
• Ultrasunetele pot fi focalizate și concentrate, permițând crearea unor modele sonore. Această proprietate este utilizată cu succes în holografie și viziune sonoră.
• O undă ultrasonică poate acționa foarte bine ca o rețea de difracție.

Proprietăți

Undele ultrasonice sunt similare ca proprietăți cu undele sonore, dar au și caracteristici specifice:

• Lungime de undă mică. Chiar și pentru o margine joasă, lungimea este mai mică de câțiva centimetri. O dimensiune atât de mică a lungimii duce la natura radială a mișcării vibrațiilor ultrasonice. Direct lângă emițător, unda se deplasează sub forma unui fascicul, care se apropie de parametrii emițătorului. Cu toate acestea, atunci când este plasat într-un mediu neomogen, fasciculul se mișcă ca un fascicul de lumină. De asemenea, poate fi reflectat, împrăștiat, refractat.
• O perioadă mică de oscilație, care face posibilă utilizarea vibrațiilor ultrasonice sub formă de impulsuri.
• Ultrasunetele nu se aud și nu creează un efect iritant.
• Atunci când sunt expuse la vibrații ultrasonice pe anumite medii, pot fi obținute efecte specifice. De exemplu, puteți crea încălzire locală, degazare, dezinfectare a mediului, cavitație și multe alte efecte.

Principiul de funcționare

Pentru a crea vibrații ultrasonice sunt utilizate diferite dispozitive:

• Mecanic, unde sursa este energia unui lichid sau gaz.
• Electromecanic, unde energia ultrasonică este creată din electricitate.

Fluierele și sirenele care funcționează cu ajutorul aerului sau lichidului pot acționa ca emițători mecanici. Sunt convenabile și simple, dar au dezavantajele lor. Deci eficiența lor este în intervalul 10-20 la sută. Ele creează un spectru larg de frecvențe cu amplitudine și frecvență instabile. Acest lucru duce la faptul că astfel de dispozitive nu pot fi utilizate în condițiile în care este necesară precizie. Cel mai adesea ele sunt folosite ca mijloc de semnalizare.

Dispozitivele electromecanice folosesc principiul efectului piezoelectric. Particularitatea sa este că în timpul formării sarcinilor electrice pe fețele cristalului, acesta este comprimat și întins. Ca urmare, se creează oscilații cu o frecvență care depinde de perioada de modificare potențială pe suprafețele cristalului.

Pe lângă traductoarele bazate pe efectul piezoelectric, pot fi utilizați și traductoare magnetostrictive. Sunt folosite pentru a crea un fascicul ultrasunet puternic. Miezul, care este realizat dintr-un material magnetostrictiv, plasat într-o înfășurare conductivă, își schimbă propria lungime în funcție de forma semnalului electric furnizat înfășurării.

Aplicație

Ultrasunetele sunt utilizate pe scară largă într-o mare varietate de domenii.

Cel mai adesea este utilizat în următoarele domenii:

• Obținerea de date despre o anumită substanță.
• Prelucrarea și transmiterea semnalelor.
• efect asupra substanței.

Deci, cu ajutorul undelor ultrasonice, ei studiază:

• Procese moleculare în diferite structuri.
• Determinarea concentrației substanțelor în soluții.
• Definiția, compoziția, caracteristicile de rezistență ale materialelor și așa mai departe.

În tratamentul cu ultrasunete, metoda cavitației este adesea folosită:

• Metalizarea.
• Curățare cu ultrasunete.
• Degazarea lichidelor.
• Dispersia.
• Obținerea aerosolilor.
• Sterilizare cu ultrasunete.
• Distrugerea microorganismelor.
• Intensificarea proceselor electrochimice.

Impactul undelor ultrasonice în industrie produce următoarele operații tehnologice:

• Coagulare.
• Arderea într-un mediu cu ultrasunete.
• Uscare.
• Sudare.

În medicină, undele ultrasonice sunt folosite în terapie și diagnosticare. În diagnosticare, sunt utilizate metode de localizare care utilizează radiații pulsate. Acestea includ cardiografia cu ultrasunete, ecoencefalografia și o serie de alte metode. În terapie, undele ultrasonice sunt folosite ca metode bazate pe efecte termice și mecanice asupra țesuturilor. De exemplu, destul de des în timpul operațiilor, se folosește un bisturiu cu ultrasunete.

Se efectuează și vibrații cu ultrasunete:

• Micromasajul structurilor tisulare folosind vibrații.
• Stimularea regenerării celulare, precum și schimbul intercelular.
• Creșterea permeabilității membranelor tisulare.

Ultrasunetele pot actiona asupra tesuturilor prin oprimare, stimulare sau distrugere. Toate acestea depind de doza aplicată de vibrații ultrasonice și de puterea acestora. Cu toate acestea, nu toate zonele corpului uman au voie să folosească astfel de valuri. Deci, cu o anumită precauție, ele afectează mușchiul inimii și o serie de organe endocrine. Pe creier, vertebre cervicale, scrot și o serie de alte organe, impactul nu este folosit deloc.

Vibrațiile cu ultrasunete sunt utilizate în cazurile în care este imposibil să se utilizeze raze X în:

• Traumatologia folosește metoda ecografiei, care detectează cu ușurință sângerarea internă.
• Valurile de obstetrică sunt folosite pentru a evalua dezvoltarea fătului, precum și parametrii acestuia.
• Cardiologie, vă permit să examinați sistemul cardiovascular.

Ecografia în viitor

În prezent, ultrasunetele sunt utilizate pe scară largă în diverse domenii, dar în viitor își vor găsi și mai multe aplicații. Deja astăzi este planificat să se creeze dispozitive fantastice pentru astăzi.

• În scopuri medicale, tehnologia hologramei acustice ultrasonice este în curs de dezvoltare. Această tehnologie presupune aranjarea microparticulelor în spațiu pentru a crea imaginea dorită.
• Oamenii de știință lucrează la crearea unei tehnologii pentru dispozitivele fără contact care vor trebui să înlocuiască dispozitivele tactile. De exemplu, au fost deja create astăzi dispozitive de jocuri care recunosc mișcările umane fără contact direct. Sunt dezvoltate tehnologii care implică crearea de butoane invizibile care pot fi simțite și controlate cu mâinile. Dezvoltarea unor astfel de tehnologii va face posibilă crearea de smartphone-uri sau tablete fără contact. În plus, această tehnologie va extinde posibilitățile realității virtuale.
• Cu ajutorul undelor ultrasonice, este deja posibil astăzi să faceți obiecte mici să leviteze. În viitor, pot apărea mașini care se vor înălța deasupra solului din cauza valurilor și, în absența frecării, se vor mișca cu viteză mare.
• Oamenii de știință sugerează că, în viitor, ultrasunetele îi vor învăța pe orbi să vadă. Această încredere se bazează pe faptul că liliecii recunosc obiectele folosind unde ultrasonice reflectate. A fost deja creată o cască care transformă undele reflectate în sunet audibil.
• Deja astăzi, oamenii plănuiesc să extragă minerale în spațiu, pentru că totul este acolo. Așa că astronomii au descoperit planetă de diamant plin de pietre prețioase. Dar cum să exploatezi astfel de materiale solide în spațiu. Este ultrasunetele care va trebui să ajute la găurirea materialelor dense. Astfel de procese sunt destul de posibile chiar și în absența unei atmosfere. Astfel de tehnologii de foraj vor permite colectarea de probe, efectuarea de cercetări și extragerea mineralelor acolo unde este considerat imposibil astăzi.

Metoda de detectare a defectelor cu ultrasunete a metalelor și a altor materiale a fost dezvoltată și implementată practic în Uniunea Sovietică în 1928-1930. prof. S. Ya. Sokolov.

Undele ultrasonice sunt vibrații elastice ale mediului material, a căror frecvență se află dincolo de limitele auzului în intervalul de la 20 kHz (unde de joasă frecvență) la 500 MHz (unde de înaltă frecvență).

Vibrațiile ultrasonice sunt longitudinale și transversale. Dacă particulele mediului se mișcă paralel cu direcția de propagare a undei, atunci o astfel de undă este longitudinală, dacă este perpendiculară pe transversală. Pentru depistarea defectelor la suduri se folosesc în principal unde transversale, îndreptate în unghi față de suprafața pieselor de sudat.

Undele ultrasunete sunt capabile să pătrundă în mediile materiale la o adâncime mare, refractând și reflectând atunci când lovesc limita a două materiale cu permeabilitate sonoră diferită. Această capacitate a undelor ultrasonice este utilizată în detectarea cu ultrasunete a defectelor îmbinărilor sudate.

Vibrațiile ultrasonice se pot propaga cel mai mult diverse medii- aer, gaze, lemn, metal, lichide.

Viteza de propagare a undelor ultrasonice C este determinată de formula:

unde f este frecvența de oscilație, Hz; λ - lungimea de undă, cm.

Pentru a detecta defectele mici la suduri, trebuie utilizate vibrații ultrasonice cu undă scurtă, deoarece o undă a cărei lungime este mai mare decât dimensiunea defectului poate să nu o detecteze.

Primirea undelor ultrasonice

Undele ultrasonice sunt obținute prin metode mecanice, termice, magnetostrictive (Magnetostricție - modificarea dimensiunii corpului în timpul magnetizării) și piezoelectrice (Prefixul „piezo” înseamnă „presă”).

Cea mai comună este cea din urmă metodă, bazată pe efectul piezoelectric al unor cristale (cuarț, sare Rochelle, titanat de bariu): dacă fețele opuse ale unei plăci tăiate dintr-un cristal sunt încărcate cu electricitate opusă cu o frecvență de peste 20.000 Hz, atunci placa va vibra în timp cu modificări ale semnelor de încărcare, transmițând vibrații mecanice mediului înconjurător sub forma unei unde ultrasonice. Astfel, vibrațiile electrice sunt transformate în cele mecanice.

În diferite sisteme de detectoare cu ultrasunete de defecte, se folosesc generatoare de înaltă frecvență care stabilesc oscilații electrice de la sute de mii la câteva milioane de herți la plăci piezoelectrice.

Plăcile piezoelectrice pot servi nu numai ca emițători, ci și ca receptori de ultrasunete. În acest caz, sub acțiunea undelor ultrasonice, sarcini electrice valoare mică, care sunt înregistrate de dispozitive speciale de amplificare.

Metode de depistare a defectelor cu ultrasunete

Există în principiu două metode de detectare a defectelor cu ultrasunete: umbră și ecou puls (metoda vibrațiilor reflectate.)

Orez. 41. Scheme de realizare a detectării defectelor ultrasonice a - umbră; b - metoda pulsului ecou; 1 - sondă-emițător; 2 - itemul studiat; 3 - receptor sondă; 4 - defect

Cu metoda umbră (Fig. 41, a), undele ultrasonice care călătoresc prin sudură dintr-o sursă de vibrații ultrasonice (emițător-sondă), atunci când se întâlnesc cu un defect, nu pătrund prin aceasta, deoarece limita defectului este limita de două medii eterogene (metal – zgură sau metal – gaz). În spatele defectului, se formează o zonă a așa-numitei „umbre sonore”. Intensitatea vibrațiilor ultrasonice primite de receptorul sondei scade brusc, iar o modificare a mărimii impulsurilor de pe ecranul tubului catodic al detectorului de defecte indică prezența defectelor. Această metodă este de utilizare limitată, deoarece este necesar accesul bilateral la cusătură, iar în unele cazuri este necesară îndepărtarea armăturii cusăturii.

Cu metoda ecou-puls (Fig. 41.6), sonda-emițător trimite prin sudură impulsuri de unde ultrasonice, care, atunci când întâlnesc un defect, sunt reflectate din aceasta și captate de sonda-receptor. Aceste impulsuri sunt înregistrate pe ecranul tubului catodic al detectorului de defecte sub formă de vârfuri, indicând prezența unui defect. Măsurând timpul de la momentul trimiterii pulsului până la primirea semnalului de retur, se poate determina și adâncimea defectelor. Principalul avantaj al acestei metode este că inspecția poate fi efectuată cu acces unilateral la sudură fără a îndepărta armătura sau pretratarea sudurii. Această metodă a fost utilizată pe scară largă în detectarea cu ultrasunete a defectelor sudurilor.