Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия), страница 7

Ловерхкосювая обработка металлов). Ударное воздействие ва хрупкие и твердые материалы, производимое с применением абразивной суспензии, явллется основным действующим фактором при УЗ-вой разлюрной обработко стекла, керамики, полупроводников и т. п. материалов, а также твердых сплавов. Этот вид обработки получил наиболее широкое распространение; его производительность зависит от амплитуды и частоты колебаний и от силы прижима инструмента. Все эти виды механич. обработки выполняются на относительно низких частотах, от 18 до 44 кГц; амплитуда колебаний при размерной обработке хрупких материалов составляет 10 — 60 мкм, при поверхностной обработке и' обработке давлением она — 10 мкм, а при наложении колебаний на инструмент — 3 — 5 мкм.

УЗ-вал сварка основывается на использовании эффектов комбинированного воздействии УЗ-вых и статич. напряжений на твердые тела. При сварке металлич. деталей их сжимают постоянной силой, а УЗ-вые колебания ориентируют перпендикулврпо этой силе, т. е. в граничной плоскости. Темп-ра при УЗ-вой сварке существенно ниже, чем при обычной, поэтому ова представляет особый интерес для соелинения проводов толщиной — нескольких мкм с массивными подложками, для сварки фольг, плевок.

УЗ-вая сварка металлов находит применение в микроэлектронике, приборостроении и т, п. При сварке полимеров и постоянная сила и колебанин направлены перпендикулврво воверхности соприкосновении деталей. Преимуществами в этом случае являютсл локализации нагрева в зоне соединенив и более низкая, чем прн тепловой сварке, темп-ра, а также воаможность соединении загрлзненных поверхностей и сварка в труднодостувных местах. Сварвваются детали из различных пластмасс, полимерные пленки толщиной от 10 мкм до нескольких мм, синтетич. ткани и т. и. Рабочие частоты прв сварке полимеров лежат в интервале 18 — 44 кГц, металлов — 18 — 75 кГц.

Определяющими параметрами при УЗ-вой сварке служат амплитуда колебаний (от единиц до нескольких десятков мкм), сила прижима и время воздействия УЗ (от 0,1 до нескольких с). В большинстве способов обработки твердых тел УЗ используются т. н. УЗ-вые инструменты, основу к-рых составляет реэовавснав стержневая колебательная система, обычно двух- вли трехполуволновой длины. В вее входит резонансный стержневой преобразователь магнитострикционного илв пьеэокь рамич. типа, реэонансныв стержневой концентратор, одно- или двухступенчатый, н рабочий наконечник (к-рым может быть специально заточенный конец самого концентратора). Применение УЗ для активного воздействии на живой организм в медицине освовываетск на эффектах, возникающих в биологич, тканпх при прохождении через вих УЗ-вых волн (см.

Действие ультразвука ка биологические объекты). Колебания частиц среды в волне вызывают своеобразный микромассаж тканей, поглощение УЗ вЂ” локальное нагревание их; одновременно под действием УЗ происходят и физико-химич. превращеввв в биологич. средах. При умеренной интенсивности звука эти ввления не вызывают необратимых повреждений, а лишь улучшают обиен веществ и, следовательно, способствуют >кпзведеятельности организма. Они находит применение в УЗ-вой тереков.

В терапевтич. УЗ-вой аппаратуре используются частоты от сотен кГц до нескольких У(Гц, интенсивности — до 1 Вт)см'. Прв больших интенсивностях сильное вагревавие в кавитацвя вызывают раарушение тканей. Этот аффект находит применение в УЗ-вой хирургии. Длв хирургич. операций целесообразно использовать фокусированный УЗ, к-рый поэволвет производить локальные разругпенив в глубинных структурах, напр. мозга, без повреждения окружающих тканей. Частоты, применвемые в хирургич.

фокусирующей аппаратуре, составляют от 0,5 до 5 МГц, интенсивности достигают сотен и даже тысяч Вт!см'. В хирургии применвютсв также УЗ-вые инструменты, рабочий конец к-рых имеет вид скальпели, пилки, иглы и т. п. Наложение УЗ-вых колебаний на такие, обычные для хирургпч, практики, инструменты придает вм новые качества, существенно УЛЬТРАЗВУК снижая требуемое усилие и, следовательно, травматизм операции; кроме того, проявляется кровеостанавливающий и обеаболивающий эффект. Контактное воздействие тупыы УЗ-вым инструментом применяется для разрушения иск-рых новообразований, а также для воздействия на полимеризующееся вещество, применяемоо прп соединении костей.

УЗ-вые хирургич. инструменты работают па частотах 20 — 50 кГц г амплитудой колебаний рабочего конца 10 — 50 мкм. Воздействие мощного УЗ на биологич. ткани применяется для разрушения микроорганизмов в процессах стерилизации медицинских инструментов и лекарственных веществ, для получения фармакологич. препаратов, для решения разнообразных задач в биологич. и медицинской лабораторной технике. Действующии фактором при атом является кавитация, а применяемые частоты составляют 20 — 40 иГц. Обработка и передача сигналов.

УЗвые устройстваприменяются для преобразования и аналоговой обработки электрич. сигналов в различных отраслях радиоэлектроники, напр. в радиолокации, связи, вычислительной технике (см. Авугтеглектреника), и для управления световыми сигналами в оитике и оптоэлектронике. В устройствах для управления электрич. сигналами испальауются следующие особенности УЗ: малая по сравнению с электромагнитными волнами скорость распространения; малое поглощение в кристаллах и соответственно высокая добротность резонаторов; способность взаимодействовать с кеаэичаетицами в твердых телах (см. Вгеимплейетеие ультрагеяпа с электронами прееедимеети, Лелипейяме ееаимедейгтвия).

В акустозлектронике применяются как объемные, так и поверхностные волны высокочастотного УЗ-ного и гиперэвукового диапааонов (от 10' до 10'е Гц).Преимуществами поверхностных волн, обеспечившими им господствующое положение в акустоэлектронике, являются малые потери на электроакустич. преобрааование, возможность управления сигналом и его съема в любой точке звукопровода, компактность устройств на поверхностных волнах и относительная простота их конструкции. Малая скорость УЗ используется в УЗ-вых линиях задержки, осуществляющих временнбе преобразование сигналов. Время задержки достигает нескольких мс на частотах в десятки МГц и 0,1 мс на гиперэвуковых частотах. Существуют линии задержки с переменным временем задержки, в к-рых испольауются, в частности, магнитоупругие волны, скорость распространения к-рых может регулироваться постоянным магнитным полем; дисперсионные линии с зависящим от частоты временем задержки; волноводные линии, в к-рых распространяются лишь определенные нормальные волны.

Для выделения или подавления сигналов в заданной полосе частот применяются акустич. фильтры, в к-рых используется высокая добротность колебаний пьезоалентрич. кристаллич. резонаторов или ферритовых магиитострикционных резонаторов. Фильтры и линии задержки относятся к линейным пассивным устройствам. Активными линейными устройствами являются усилители УЗ (см. Усиление ультрегеуяе), основанные на преобразовании энергии дрейфа носителей заряда в полупроводниках в энергию акустич. волны. Усиление имеет место при условии, что скорость дрейфа превосходит скорость распространения волны. Передача энергии осуществляется посредством пьезоэффекта или аффекта дегйермациеняеге потенциале.

На основе различных нелинейных взаимодействий работают нелинейные устройства акустоэлектроники, осуществляющие управление фазой и частотой сигналов и производящие операции перемножения сигналов, детектирования, модуляции, а такнее осуществляющие более сложные преобразования, в частности получение функций свертки и корреляции. В устроиствах акустоэлектроники для излучения и приема УЗ-вых и гиперзвуковых сигналов применяют пьезодиэлектрич., пьеэополупроводниковые, магнитострикционные пленочные преобразователи объемных н поверхностных волн, используя высокодобротные материалы типа ниобата лития, германата висмута, иттриевого феррита-граната.