
- •Оглавление
- •Часть I. Теоретические основы акустики 8
- •Глава 1. Немного истории 8
- •Глава 3. Ультразвук и его свойства 66
- •Часть II. Ультразвуковая аппаратура 115
- •Глава 1. Введение в ультразвуковую аппаратуру 115
- •Глава 2. Схемы и характеристики аппаратуры 136
- •Глава 3. Алгоритм обработки изображений при уз-диагностике 188
- •Часть III. Применение ультразвука 218
- •Глава 1. Применение ультразвука в промышленности 218
- •Глава 2. Применение ультразвука в медицине 246
- •Глава 3. Применение ультразвука в фармации 263
- •Вступление
- •Часть I. Теоретические основы акустики Глава 1. Немного истории
- •1.1. Открытия в области звуковых колебаний
- •1.2. Рождение ультразвука
- •Глава 2. Волны и колебания
- •2.1. Колебания
- •2.1.1. Периодическое движение
- •2.1.2. Свободные колебания
- •2.1.3. Маятник; кинематика его колебаний
- •2.1.4. Гармоническое колебание. Частота
- •2.1.5. Динамика гармонических колебаний
- •2.1.6. Период
- •2.1.7. Сдвиг фаз
- •2.1.8. Вынужденные колебания
- •2.1.9. Резонанс
- •2.2. Волны
- •2.2.1. Поперечные волны в шнуре
- •2.2.2. Продольные волны в столбе воздуха
- •2.2.3. Звуковые колебания
- •2.2.4. Музыкальный тон. Громкость и высота тона
- •2.2.5. Акустический резонанс
- •2.2.6. Шумы
- •2.2.7. Волны на поверхности жидкости
- •2.2.8. Скорость распространения волн
- •2.2.9. Радиолокация, гидроакустическая локация и звукометрия
- •2.2.10. Отражение волн
- •2.2.11. Отражение плоских волн
- •2.2.12. Перенос энергии волнами
- •2.3. Звук и его характеристики
- •2.3.1 Звуковые колебания
- •2.3.2. Высота звука
- •2.3.3. Громкость звука
- •2.3.4. Тембр звука
- •2.3.5. Восприятие созвучий
- •2.3.6. Устройство уха. Резонансная теория Гельмгольца
- •Глава 3. Ультразвук и его свойства
- •3.1. Что такое ультразвук
- •3.1.1 Характеристика ультразвука
- •3.1.2. Ультразвук как упругие волны
- •3.1.3. Специфические особенности ультразвука
- •3.2. Скорость звука
- •3.2.1. Измерение скорости звука
- •3.2.2. Дисперсия
- •3.2.3. Эффект Доплера в акустике
- •3.3. Ослабление звука с расстоянием
- •3.3.1. Ослабление звука для сферических волн
- •3.3.2. Поглощение звука
- •3.3.3. Коэффициент поглощения звука
- •3.3.4. Коэффициент поглощения ультразвука в воздухе.
- •3.3.5. Молекулярное поглощение и дисперсия ультразвука
- •3.3.6. Физический механизм молекулярного поглощения
- •3.4. Дифракция и интерференция
- •3.4.1. Понятие Дифракции
- •3.4.2. Интерференция звука
- •3.4.3. Акустооптическая дифракция
- •3.4.4. Дифракция света на ультразвуке в анизотропной среде
- •3.4.5. Применение на практике акустооптической дифракции
- •Часть II. Ультразвуковая аппаратура Глава 1. Введение в ультразвуковую аппаратуру
- •1.1. Обзор мировой ситуации
- •1.2. Действующие факторы и особенности ультразвукового воздействия
- •1.3. Общие требования к ультразвуковым аппаратам
- •Глава 2. Схемы и характеристики аппаратуры
- •2.1. Ультразвуковые колебательные системы
- •2.1.1. Общая характеристика
- •2.1.2. Ультразвуковые преобразователи
- •2.1.3. Согласование преобразователей со средой
- •2.1.4. Конструкция колебательной системы
- •2.1.5. Рабочие инструменты, соединения и опоры
- •2.2. Генераторы ультразвуковых колебаний
- •2.2.1. Общая характеристика
- •2.2.2. Ультразвуковые генераторы с независимым возбуждением
- •2.2.3. Генераторы с самовозбуждением
- •2.2.4. Генераторы с автоподстройкой частоты
- •2.3. Конструкции многофункциональных аппаратов
- •2.3.1. Многофункциональный аппарат для индивидульного потребителя
- •2.3.2. Многофункциональный аппарат мощностью 40 вт (миксер "алёна")
- •2.3.3. Многофункциональный ультразвуковой аппарат мощностью 160 вт. (электронный фитомиксер "алёна")
- •2.3.4. Многофункциональный аппарат мощностью 400 вт ("сонатор - 22/04 - 01")
- •Глава 3. Алгоритм обработки изображений при уз-диагностике
- •3.1. Общая характеристика
- •3.1.1. История
- •3.1.2. Биофизика ультразвука
- •3.1.3. Лучевая безопасность ультразвукового исследования
- •3.1.4. Общая схема ультразвукового аппарата.
- •3.2. Методы и алгоритмы обработки изображений
- •3.2.1. Принципы обработки
- •3.2.2. Линейное контрастирование
- •3.2.3. Пороговая обработка
- •3.2.4. Алгоритмы линейной фильтрации изображений
- •3.2.5. Медианный фильтр
- •3.2.6. Выделение контуров
- •3.2.7. Градиентный метод
- •3.2.8. Метод активных контуров
- •3.3. Пример ультразвуковой диагностики
- •3.3.1. Методика ультразвуковой ангиографии печени
- •3.3.2. Техника проведения ультразвуковой ангиографии печени
- •3.3.3. Ультразвуковая картина печени при гепатите
- •3.3.4. Ультразвуковая диагностика острого гепатита
- •3.3.5. Ультразвуковая диагностика хронического гепатита
- •1.1.2. Ультразвуковая обработка молока
- •1.1.3. Интенсификация процессов приготовления сыров
- •1.1.4. Применение ультразвука при приготовлении соков
- •1.1.5. Применение ультразвука в сельском хозяйстве
- •1.1.6. Ультразвуковое снятие заусенцев
- •1.1.7. Ультразвуковая дегазация жидкостей
- •1.1.8. Ультразвуковая мойка и очистка
- •1.2. Применение ультразвуковых многофункциональных аппаратов для обработки твердых тел
- •1.2.1. Общая характеристика
- •1.2.1. Ультразвуковая размерная обработка
- •1.2.2. Соединение порлимерных материалов под действием ультразвука
- •Глава 2. Применение ультразвука в медицине
- •2.1. Диагностика
- •2.1.1. Принципы уз-диагностики
- •2.1.3. Акушерство
- •2.1.4. Офтальмология
- •2.1.5. Исследование внутренних органов
- •2.1.6. Приповерхносные и наружные органы
- •2.1.7. Кардиология
- •2.1.8. Неврология
- •2.1.9. Использование эффекта Доплера в диагностике
- •2.2. Применение ультразвука в терапии и хирургии
- •2.2.1. Принципы применения уз в терапии и хирургии
- •2.2.2. Нагрев
- •2.2.3. Увеличение растяжимости коллагенсодержащих тканей
- •2.2.4. Повышение подвижности суставов
- •2.2.5. Болеутоляющее действие
- •2.2.6. Изменения кровотока
- •2.2.7. Уменьшение мышечного спазма
- •2.2.8. Хирургия с помощью фокусированного ультразвука
- •2.2.9. Ускорение регенерации тканей
- •2.2.10. Лечение трофических язв
- •2.2.11. Ускорение рассасывания отеков
- •2.2.12. Заживление переломов
- •2.2.13. Ультразвук и косметика
- •2.3. Ультразвук в стоматологии
- •2.3.1. История
- •2.3.2. Пародонтология
- •2.3.3. Эндодонтия
- •2.3.4. Хирургия
- •2.3.5. Ультазвуковая терапия
- •2.3.6. Профилактика и гигиена
- •2.3.7. Дезинфекция и очистка
- •Глава 3. Применение ультразвука в фармации
- •3.1. Обработка растворов
- •3.1.1. Ускорение процессов растворения
- •3.1.2. Приготовление эмульсий
- •3.1.3. Ультразвуковая стерилизация жидких сред
- •3.2. Обработка природного сырья
- •3.2.1. Ускорение процессов экстрагирования лекарственного сырья
- •3.2.2. Ультразвуковое диспергирование и приготовление суспензий
- •Заключение
- •Список использованной литературы
2.3. Конструкции многофункциональных аппаратов
Проведенный анализ возможных областей применения, выработка общих требований к аппаратам, а также разработанные малогабаритные, высокоэффективные ультразвуковые колебательные системы и созданные для их питания генераторы, позволили разработать многофункциональные ультразвуковые аппараты технологического назначения.
2.3.1. Многофункциональный аппарат для индивидульного потребителя
Показанный на фото многофункциональный аппарат мощностью 25 Вт создан специально для использования индивидуальным потребителем.
Фото. Многофункциональный аппарат мощностью 25 вт.
Аппарат конструктивно выполнен в виде двух отдельных блоков: генератора электрических колебаний ультразвуковой частоты и ультразвуковой колебательной системы, соединенных электрическим кабелем.
Корпус генераторного блока выполнен из пластмассы и имеет форму параллепипеда. На передней панели корпуса размещены индикатор питания и ручка регулировочного резистора, обеспечивающего настройку аппарата. На задней панели корпуса укреплена сетевая вилка для подключения к стандартной розетке сети переменного тока 220 В, 50 Гц. На боковой поверхности корпуса размещен выключатель питания.
В аппарате для индивидуального потребителя отсутствует таймер и не предусмотрена система автоматического регулирования. Поэтому, настройка на оптимальный режим УЗ воздействия обеспечивается вручную и аппарат не выключается автоматически после завершения проводимых процессов.
Ультразвуковая колебательная система выполнена на основе пьезокерамических элементов диаметром 30 мм и толщиной 4 мм из пьезоматериала ЦТС - 24.
Генератор аппарата выполнен по схеме с независимым возбуждением, показанной на рис.
Технические характеристики
Мощность, потребляемая от сети,Вт |
25 ± 2,5 |
Напряжение питания, В |
220 ± 22 |
Частота питающей сети, Гц |
50 |
Рабочая частота аппарата, кГц |
22 ± 1,65 |
Объем обрабатываемой жидкости, л |
0,05....0,2 |
Амплитуда колебаний, мкм не менее |
30 |
Время непрерывной работы, мин не более |
20 |
Габаритные размеры: генератора, мм не более |
110х95х55 |
колебательной системы, мм не более |
160х50 |
Вес аппарата, кг не более |
0.5 |
2.3.2. Многофункциональный аппарат мощностью 40 вт (миксер "алёна")
Для индивидуального потребителя, использующего многофункциональный аппарат в домашнем хозяйстве для приготовления различных препаратов и обработки жидких сред в объемах от 0,1 до 0,3 л , снятия накипи, обработки семян перед посадкой, выполнения отверстий, мойки ювелирных изделий и выполнения множества других операций используется многофункциональный ультразвуковой аппарат мощностью 40Вт, показанный на фото.
Фото. Многофункциональный аппарат мощностью 40 вт.
Функционально аппарат состоит из двух блоков - электронного и колебательной системы. Электронный блок многофункционального аппарата содержит генератор электрических колебаний, выполненный по схеме с независимым возбуждением (рис.) и электронный таймер, обеспечивающий включение генератора на время, необходимое для проведения процессов.
Корпус электронного блока имеет форму параллепипеда со скругленными углами. Панель управления электронного блока имеет скругленные края и на ней размещены: клавиша "СЕТЬ" включения сетевого питания, индикатор включения сетевого питания, ручка регулятора "НАСТРОЙКА" , светодиодный индикатор настройки , ручка регулятора времени работы аппарата "ВРЕМЯ", кнопка включения аппарата "ПУСК". На задней панели электронного блока размещен выходной электрический разъем для подключения колебательной системы.
Электронный фитомиксер снабжен шнуром со стандартной сетевой вилкой для подключения к сети переменного тока напряжением 220 В. Аппарат не требует заземления и может использоваться в различных помещениях, в том числе и в домашних условиях при соблюдении правил техники безопасности.
Колебательная система размещена в пластмассовом корпусе и имеет узел крепления на стандартные объемы ( стаканы, банки и т.п. ).
Технические характеристики
Мощность, потребляемая от сети, Вт |
40 ± 4 |
Напряжение питания, В |
220 ± 22 |
Частота питающей сети, Гц |
50 |
Рабочая частота аппарата, кГц |
22 ± 1,65 |
Объем обрабатываемой жидкости, л |
0,1....0,3 |
Амплитуда колебаний, мкм не менее |
50 |
Время непрерывной работы, мин не более |
40 |
Габаритные размеры: |
|
генератора, мм не более |
160х100х95 |
колебательной системы, мм не более |
160х90 |
Вес аппарата, кг не более |
3 |