Ultrasonido, Historia, Percepción en los seres humanos y los animales, Detección y que van, Imágenes, Microscopía acústica, Procesamiento y el poder, Otros usos, Los efectos de propagación no lineales, Seguridad

El ultrasonido es una onda de presión de sonido oscilante con una frecuencia mayor que el límite superior del rango de la audición humana. Ultrasonido tanto, no se separa de sonido "normal" sobre la base de las diferencias en las propiedades físicas, sólo el hecho de que los humanos no pueden escuchar. A pesar de este límite varía de persona a persona, es de aproximadamente 20 kilohercios en adultos jóvenes sanos. Dispositivos de ultrasonido operan con frecuencias de 20 kHz hasta varios gigahercios.

El ultrasonido se utiliza en muchos campos diferentes. Dispositivos de ultrasonidos se utilizan para detectar objetos y medir distancias. Formación de imágenes por ultrasonidos se utiliza tanto en la medicina veterinaria y medicina humana. En la prueba no destructiva de productos y estructuras, el ultrasonido se utiliza para detectar defectos invisibles. Industrialmente, el ultrasonido se utiliza para la limpieza y para la mezcla, y para acelerar los procesos químicos. Organismos como los murciélagos y marsopas utilizan el ultrasonido para localizar presas y obstáculos.

Ultrasonidos es la aplicación de ultrasonidos. El ultrasonido puede ser usado para la proyección de imagen médica, la detección, medición y limpieza. A niveles de potencia más altos, ultrasonidos es útil para cambiar las propiedades químicas de las sustancias.

Historia

Acústica, la ciencia del sonido, se inicia ya en Pitágoras en el siglo sexto antes de Cristo, que escribió sobre las propiedades matemáticas de los instrumentos de cuerda. Sir Francis Galton construyó una ecografía producir silbido en 1893 - La primera aplicación tecnológica de la ecografía fue un intento de detectar icebergs por Paul Langevin en 1917 - El efecto piezoeléctrico, descubierto por Jacques y Pierre Curie en 1880, fue útil en transductores para generar y detectar las ondas ultrasónicas en el aire y el agua. La ecolocalización en los murciélagos fue descubierta por Lazzaro Spallanzani en 1794, cuando demostró que los murciélagos cazados y navegó por el sonido inaudible, y no la visión.

Percepción en los seres humanos y los animales

Los seres humanos

El límite superior de frecuencia en los seres humanos es debido a las limitaciones del oído medio, que actúa como un filtro de paso bajo. Audiencia ultrasónico puede ocurrir si el ultrasonido se alimenta directamente en el cráneo humano y llega a la cóclea a través de la conducción ósea, sin pasar a través del oído medio.

Los niños pueden escuchar algunos sonidos de alta intensidad que los adultos mayores no pueden oír, porque en los seres humanos el tono límite superior de la audiencia tiende a disminuir con la edad. Una compañía de telefonía celular estadounidense ha utilizado esto para crear señales de llamada supuestamente sólo capaces de ser escuchados por los seres humanos más jóvenes, pero muchas personas mayores pueden oír las señales, que pueden ser causa de la considerable variación de deterioro relacionado con la edad en el umbral de audición superior. El Mosquito es un dispositivo electrónico que utiliza un tono de alta frecuencia para disuadir a merodear por los jóvenes.

Animales

Los murciélagos usan una variedad de técnicas que van ultrasónicos para detectar a sus presas. Ellos pueden detectar frecuencias más allá de 100 kHz, posiblemente hasta 200 kHz.

Muchos insectos tienen buen oído ultrasónico y la mayoría de ellas son insectos nocturnos escucha de murciélagos ecolocación. Esto incluye muchos grupos de polillas, escarabajos, mantis orando y crisopas. Al oír un murciélago, algunos insectos harán maniobras evasivas para evitar ser capturados. Frecuencias ultrasónicas desencadenar una acción refleja en la polilla noctuido que causan que caiga ligeramente en su vuelo a evadir las polillas attack.Tiger también emiten clicks que pueden perturbar la ecolocalización murciélagos, pero pueden también en otros casos, evitar ser comido por la publicidad el hecho de que son venenosas por el sonido que emite.

Todos los perros pueden oír ultrasonidos. Un silbato para perros explota esta emitiendo un sonido de alta frecuencia para llamar a un perro. Muchos de estos silbatos emiten sonido en el rango audible superior de los seres humanos, pero algunos, como el silbato en silencio, emiten ultrasonido a una frecuencia en el rango de 18-22 kHz.

Las ballenas dentadas, como los delfines, pueden oír ultrasonidos y el uso de este tipo de sonidos en su sistema de navegación para orientarse y capturar a sus presas. Las marsopas tienen el límite de audiencia superior conocida más alta, en torno a 160 kHz. Varios tipos de peces pueden detectar ultrasonidos. En los Clupeiformes orden, los miembros de la subfamilia Alosinae, se han demostrado para ser capaz de detectar sonidos de hasta 180 kHz, mientras que las otras subfamilias pueden oír sólo hasta 4 kHz.

Sistemas de generador/altavoz ultrasonido se venden como dispositivos de control de plagas electrónicas, que pretenden ahuyentar a los roedores e insectos, pero no hay ninguna evidencia científica de que los dispositivos funcionan.

Detección y que van

Sensor sin contacto

Un nivel de sistema de detección por ultrasonidos o no requiere contacto con el blanco. Para muchos procesos en la industria médica, farmacéutica, militar y general, esto es una ventaja sobre los sensores en línea que pueden contaminar los líquidos dentro de un recipiente o tubo, o que puede estar obstruido por el producto.

Se utilizan dos sistemas de onda continua y pulsada. El principio detrás de una tecnología pulsado ultrasónica es que la señal de transmisión se compone de ráfagas cortas de energía ultrasónica. Después de cada ráfaga, la electrónica busca una señal de retorno dentro de una pequeña ventana de tiempo correspondiente al tiempo necesario para que la energía pase a través del vaso. Sólo una señal recibida en esta ventana se clasificará para el procesamiento de señales adicionales.

Una aplicación de consumo popular de ultrasonidos que varía es el SX-70 cámara Polaroid que incluía un sistema transductor de peso ligero para enfocar la cámara automáticamente. Polaroid más tarde licencia esta tecnología de ultrasonido y se convirtió en la base de una variedad de productos de ultrasonidos.

Los sensores de movimiento y la medición de flujo

Una aplicación de ultrasonidos común es un abridor de puerta automática, donde un sensor ultrasónico detecta enfoque de una persona y se abre la puerta. Los sensores ultrasónicos se utilizan también para detectar intrusos; el ultrasonido puede cubrir una amplia área desde un único punto. El flujo en las tuberías o canales abiertos puede ser medida por medidores de flujo ultrasónicos, que miden la velocidad media del líquido que fluye. En reología, un reómetro acústico se basa en el principio de ultrasonido. En la mecánica de fluidos, el flujo de fluido se puede medir usando un medidor de flujo ultrasónico.

Ensayos no destructivos

Las pruebas por ultrasonido es un tipo de pruebas no destructivas comúnmente utilizado para encontrar defectos en los materiales y para medir el espesor de objetos. Las frecuencias de 2 a 10 MHz son comunes, pero para los propósitos especiales se utilizan otras frecuencias. La inspección puede ser manual o automático y es una parte esencial de los procesos de fabricación modernos. La mayoría de los metales pueden ser inspeccionadas, así como plásticos y materiales compuestos aeroespaciales. Baja frecuencia de ultrasonido también se puede utilizar para inspeccionar materiales menos densos, tales como madera, hormigón y cemento.

Ultrasonido de inspección de las uniones soldadas ha sido una alternativa a la radiografía para ensayos no destructivos desde la década de 1960. La inspección ultrasónica elimina el uso de radiación ionizante, con seguridad y beneficios de costo. El ultrasonido también puede proporcionar información adicional, como la profundidad de las fallas en una unión soldada. La inspección ultrasónica ha pasado de los métodos manuales a sistemas computarizados que automatizan gran parte del proceso. Una prueba de ultrasonido de una empresa puede identificar la existencia de defectos, medir su tamaño, e identificar su ubicación. No todos los materiales soldados son igualmente adecuados para una inspección ultrasónica; algunos materiales tienen un tamaño de grano grande que produce un alto nivel de ruido de fondo en las mediciones.

Medición de espesores por ultrasonido es una técnica que se utiliza para controlar la calidad de las soldaduras.

Rango ultrasónico búsqueda

Un uso común de la ecografía es en la búsqueda de rango bajo el agua, este uso también se llama Sonar. Un pulso ultrasónico se genera en una dirección particular. Si hay un objeto en la trayectoria de este pulso, parte o la totalidad del impulso se vuelve a reflejar en el transmisor como un eco y pueden ser detectados a través del camino del receptor. Mediante la medición de la diferencia en el tiempo entre el impulso se transmite y se recibe el eco, es posible determinar la distancia.

El tiempo de viaje medido de pulsos Sonar en agua es fuertemente dependiente de la temperatura y la salinidad del agua. Que van ultrasónico también se aplica para la medición en el aire y para las distancias cortas. Por ejemplo herramientas manuales de medición ultrasónicos pueden medir rápidamente la distribución de las habitaciones.

Aunque la gama de encontrar bajo el agua se lleva a cabo en ambas frecuencias sub-audibles y audibles para grandes distancias, determinación de la gama ultrasónica se utiliza cuando las distancias son más cortos y la exactitud de la medición de distancia es deseable que sea más fina. Mediciones ultrasónicas pueden ser limitados a través de las capas de barrera con grandes salinidad, temperatura o vórtice diferenciales. Que van en el agua varía de alrededor de cientos a miles de metros, pero se puede realizar con exactitud centímetros a metros

Identificación de Ultrasonido

Identificación de ultrasonido es un Sistema de Localización Tiempo o Indoor tecnología del Sistema de Posicionamiento real utilizado para realizar un seguimiento automático e identificar la ubicación de los objetos en tiempo real utilizando nodos sencillos y económicos vinculados o incrustados en objetos y dispositivos, que luego transmite una señal de ultrasonido para comunicar su ubicación a los sensores de micrófono.

Imágenes

El potencial para la formación de imágenes por ultrasonido de los objetos, con una onda de sonido 3 GHZ producir resolución comparable a una imagen óptica, fue reconocido por Sokolov en 1939, pero las técnicas de la época produjo imágenes relativamente bajo contraste con poca sensibilidad. Formación de imágenes por ultrasonidos utiliza frecuencias de 2 MHz y superior; la longitud de onda más corta permite la resolución de pequeños detalles internos en las estructuras y tejidos. La densidad de potencia es generalmente inferior a 1 vatio por centímetro cuadrado, para evitar el calentamiento y efectos de cavitación en el objeto bajo examen. Ondas de alta y ultra-alto de ultrasonido se utilizan en la microscopía acústica, con frecuencias de hasta 4 gigahercios. Aplicaciones de formación de imágenes por ultrasonidos incluyen ensayos no destructivos industrial, control de calidad y usos médicos.

Microscopía acústica

Microscopía acústica es la técnica de la utilización de ondas sonoras para visualizar las estructuras demasiado pequeñas para ser resuelto por el ojo humano. Las frecuencias de hasta varios gigahercios se utilizan en los microscopios acústicos. La reflexión y la difracción de las ondas sonoras de las estructuras microscópicas pueden obtener información no disponible con la luz.

Medicina humana

Médico ecografía es una técnica de imagen por ultrasonido diagnóstico basado médico utilizado para visualizar los músculos, tendones, y muchos órganos internos, para capturar su tamaño, la estructura y las lesiones patológicas en tiempo real las imágenes tomográficas. El ultrasonido ha sido usado por los radiólogos y los ecografistas a la imagen del cuerpo humano por lo menos 50 años y se ha convertido en una herramienta de diagnóstico muy utilizado. La tecnología es relativamente barato y portátil, especialmente cuando se compara con otras técnicas, tales como la resonancia magnética y la tomografía computarizada. El ultrasonido también se utiliza para visualizar los fetos durante la atención prenatal de rutina y de emergencia. Estas aplicaciones de diagnóstico utilizados durante el embarazo se les conoce como ecografía obstétrica. Tal como se aplica actualmente en el campo de la medicina, el ultrasonido se realiza correctamente no tiene ningún riesgo para el paciente. La ecografía no utiliza radiación ionizante, y los niveles de potencia utilizados para la formación de imágenes son demasiado bajos como para causar calentamiento o presión efectos adversos en el tejido. Aunque los efectos a largo plazo de la exposición a una intensidad de ultrasonido de diagnóstico aún no se conocen, en la actualidad la mayoría de los médicos creen que los beneficios para los pacientes son mayores que los riesgos. El principio ALARA ha abogado por un examen de ultrasonido - es decir, mantener el tiempo de análisis y ajustes de potencia tan bajas como sea posible, pero en consonancia con el diagnóstico por la imagen - y que por ese principio usos no médicos, que por definición no son necesarios, sean activamente desalentado.

El ultrasonido también se utiliza cada vez más en el trauma y los casos de primeros auxilios, con la ecografía de urgencia convertirse en un elemento básico de la mayoría de los equipos de respuesta de la EMT. Además, el ultrasonido se utiliza en los casos de diagnóstico remoto donde se requiere la teleconsulta, tales como experimentos científicos en el espacio o el diagnóstico equipo de deportes móvil.

De acuerdo con RadiologyInfo, los ultrasonidos son útiles en la detección de anormalidades pélvicas y pueden implicar técnicas conocidas como ecografía abdominal, ecografía vaginal en mujeres, y la ecografía rectal también en los hombres.

Medicina veterinaria

El diagnóstico por ultrasonidos se utiliza externamente en los caballos para la evaluación de los tejidos blandos y las lesiones del tendón, e internamente, en particular, del trabajo reproductivo - la evaluación del tracto reproductivo de la yegua y la detección de embarazo. También se puede utilizar de una manera externa en los sementales para la evaluación de la condición testicular y diámetro, así como internamente para la evaluación reproductiva.

A partir de la vuelta del siglo, la tecnología de ultrasonido comenzó a ser utilizado por la industria ganadera para mejorar la salud de los animales y el rendimiento de las operaciones ganaderas. El ultrasonido se usa para evaluar el espesor de la grasa, área de ojo de bife y grasa intramuscular en animales vivos. También se utiliza para evaluar la salud y las características de los terneros no nacidos.

La tecnología de ultrasonido proporciona un medio para que los productores de ganado para obtener información que puede ser utilizada para mejorar la reproducción y la cría de ganado. La tecnología puede ser costosa, y requiere un compromiso de tiempo considerable para la recolección de datos continua y la capacitación de los operadores. Sin embargo, esta tecnología ha demostrado ser útil en la gestión y funcionamiento de un establecimiento de cría de ganado.

Procesamiento y el poder

aplicaciones de alta potencia de ultrasonido a menudo utilizan frecuencias entre 20 kHz y algunos cientos de kHz. Las densidades de potencia pueden ser muy altos, por encima de 10 vatios/centímetro cuadrado, la cavitación puede ser instalado en medio líquido, y algunas aplicaciones utilizar hasta 1.000 vatios por centímetro cuadrado. Estos altos niveles de energía pueden provocar cambios químicos o producir efectos significativos por la acción mecánica directa, y pueden inactivar microorganismos dañinos.

Aplicaciones biomédicas

El ultrasonido también tiene aplicaciones terapéuticas, que pueden ser altamente beneficioso cuando se usa con las precauciones de dosificación relativamente alta ultrasonidos de potencia puede romper los depósitos pétreos o tejidos, acelerar el efecto de los fármacos en una zona específica, ayudar en la medición de las propiedades elásticas del tejido, y se puede utilizar para ordenar las células o partículas pequeñas para la investigación.

Tratamiento de Impacto Ultrasónicos

Tratamiento de impacto ultrasónico utiliza ultrasonido para mejorar las propiedades mecánicas y físicas de los metales. Es una técnica de procesamiento metalúrgico en el que la energía ultrasónica se aplica a un objeto de metal. El tratamiento ultrasónico puede resultar en estrés controlado residual a la compresión, el refinamiento de granos y la reducción de tamaño de grano. La fatiga de alta y baja del ciclo se han mejorado y se han documentado para proporcionar aumentos de hasta diez veces mayor que las muestras no UIT. Además, UIT ha demostrado ser eficaz en el tratamiento de la corrosión bajo tensión, la fatiga y los problemas relacionados con la corrosión.

Cuando la herramienta de la UIT, compuesto por el transductor ultrasónico, pasadores y otros componentes, entra en contacto con la pieza de trabajo acústicamente pareja con la pieza de trabajo, la creación de resonancia armónica. Esta resonancia armónica se realiza a una frecuencia cuidadosamente calibrado, a la que los metales responden muy favorablemente.

En función de los efectos deseados de tratamiento se aplica una combinación de diferentes frecuencias y amplitud de desplazamiento. Estas frecuencias rango entre 25 y 55 kHz, con la amplitud de desplazamiento del cuerpo de resonancia de entre 22 y 50 m.

UIT dispositivos se basan en transductores magnetoestrictivos.

Tratamiento

Ultrasonidos ofrece un gran potencial en el tratamiento de líquidos y lodos, mediante la mejora de las reacciones de mezcla y químicas en diversas aplicaciones e industrias. Ultrasonidos genera ondas de presión alterna de baja presión y alto contenido de líquidos, lo que lleva a la formación y el colapso violento de pequeñas burbujas de vacío. Este fenómeno se denomina cavitación y causa una alta velocidad que incide chorros de líquido y de cizalla-fuerzas hidrodinámicas fuertes. Estos efectos se utilizan para la desaglomeración y la molienda de los materiales de micrómetros y nanómetros de tamaño, así como para la desintegración de las células o la mezcla de los reactivos. En este aspecto, ultrasonidos es una alternativa a los mezcladores de alta velocidad y molinos de perlas agitador. Láminas de ultrasonidos bajo el alambre en movimiento en una máquina de papel a utilizar las ondas de choque de las burbujas de implosión para distribuir las fibras de celulosa más uniforme en la banda de papel producido, lo que hará que un papel más fuerte con más superficies planas. Además, las reacciones químicas se benefician de los radicales libres creados por la cavitación, así como de la entrada de energía y la transferencia de material a través de las capas límite. Para muchos procesos, este efecto sonoquímica conduce a una reducción sustancial en el tiempo de reacción, como en la transesterificación de aceite en biodiesel. Ultrasonidos se puede comprobar fácilmente en escala de laboratorio por su efecto sobre diversas formulaciones líquidas. Los fabricantes de equipos han desarrollado una serie de procesadores ultrasónicos más grandes de hasta 16 kW de potencia. Por lo tanto volúmenes de 1 ml hasta varios cientos de galones por minuto pueden ser sonicaron hoy en día con el fin de lograr todo tipo de resultados desde el enlace que se muestra a continuación.

Manipulación por ultrasonidos y caracterización de partículas

Un investigador de los Materiales Industriales Instituto de Investigación, Alessandro Malutta, ideó un experimento que demuestra la acción de captura de ondas estacionarias ultrasónicas en las fibras de pulpa de madera diluido en agua y su orientadora paralelo a los planos de presión equidistantes. El tiempo para orientar las fibras en planos equidistantes se mide con un láser y un sensor electro-óptico. Esto podría proporcionar a la industria del papel un sistema de medición de tamaño de las fibras en línea rápida. Una implementación algo diferente se demostró en la Universidad del Estado de Pensilvania usando un microchip que genera un par de ondas acústicas de superficie perpendiculares que permiten a las partículas de posición equidistantes entre sí en una cuadrícula. Este experimento, llamado "pinzas acústicas", se puede utilizar para aplicaciones en ciencias de materiales, la biología, la física, la química y la nanotecnología.

Limpieza por ultrasonidos

Los limpiadores ultrasónicos, a veces equivocadamente llamados limpiadores supersónicos, se usan con frecuencias de 20 a 40 kHz para joyas, lentes y otras piezas ópticas, relojes, instrumentos dentales, instrumentos quirúrgicos, los reguladores de buceo y piezas industriales. Un limpiador ultrasónico trabaja principalmente por la energía liberada por el colapso de millones de cavitación microscópicas cerca de la superficie sucia. Las burbujas hechas por el colapso cavitación formando chorros pequeños dirigidos a la superficie.

Desintegración ultrasónica

Similares a limpieza por ultrasonidos, las células biológicas, incluidas las bacterias pueden ser desintegrados. Ultrasonidos de alta potencia produce cavitación que facilita la desintegración de partículas o reacciones. Esto tiene usos en la ciencia biológica para fines de análisis o química y para matar las bacterias en las aguas residuales. Ultrasonido de alta potencia puede desintegrar lechada de maíz y mejorar la licuefacción y sacarificación de mayor rendimiento de etanol en plantas de molienda de maíz seco.

Humidificador ultrasónico

El humidificador ultrasónico, un tipo de nebulizador, es un tipo popular de humidificador. Actúa por la vibración de una placa de metal en frecuencias ultrasónicas para nebulizar el agua. Debido a que el agua no se calienta durante la evaporación, produce un vapor frío. Las ondas de presión ultrasónicas nebulizar no sólo el agua sino también materiales en el agua como el calcio, otros minerales, virus, hongos, bacterias, y otras impurezas. La enfermedad causada por las impurezas que se encuentran en el depósito de caída de un humidificador en el rubro de "fiebre del humidificador".

Los humidificadores ultrasónicos se utilizan con frecuencia en aeroponía, donde se refieren generalmente como nebulizadores.

La soldadura ultrasónica

En la soldadura ultrasónica de plástico, baja amplitud de vibración de alta frecuencia se utiliza para generar calor por medio de la fricción entre los materiales a unir. La interfaz de las dos partes está especialmente diseñado para concentrar la energía para la máxima intensidad de soldadura.

Sonochemistry

Ultrasonidos de potencia en el rango de 20 a 100 kHz se utiliza en química. El ultrasonido no interactúa directamente con las moléculas para inducir el cambio químico, como su longitud de onda típica es demasiado largo en comparación con las moléculas. En su lugar, la energía causa la cavitación que genera extremos de temperatura y presión en el líquido donde ocurre la reacción. El ultrasonido también rompe los sólidos y elimina pasivación capas de material inerte, para dar un área de superficie más grande para que ocurra la reacción sobre. Ambos de estos efectos hacen que la reacción más rápida. En 2008, Atul Kumar informó síntesis de ésteres Hantzsch y polyhydroquinoline derivados a través de protocolo de reacción multicomponente en micelas acuosas usando ultrasonido.

El ultrasonido se utiliza en la extracción, el uso de diferentes frecuencias.

Armas

El ultrasonido se ha estudiado como una base para armas sónicas, para aplicaciones tales como el control de disturbios, la desorientación de los atacantes, hasta niveles letales de sonido.

Otros usos

Ultrasonido cuando se aplica en configuraciones específicas puede producir explosiones cortas de la luz en un fenómeno exótico conocido como sonoluminiscencia. Este fenómeno está siendo investigado en parte debido a la posibilidad de la fusión de burbuja.

El ultrasonido se utiliza cuando la caracterización de las partículas a través de la técnica de espectroscopia de atenuación de ultrasonido o mediante la observación de los fenómenos electroacústicos.

El audio puede ser propagada por ultrasonido modulada.

A solicitud de los consumidores antes de la ecografía fue populares en los controles remotos de televisión para ajustar el volumen y cambiar de canal. Introducido por Zenith a finales de 1950, el sistema utiliza un control remoto de mano que contiene resonadores varilla corta golpeadas por pequeños martillos, y un micrófono en el set. Filtros y detectores de una discriminación entre las diferentes operaciones. Las principales ventajas son que la batería no era necesaria en el cuadro de control de mano, ya diferencia de las ondas de radio, el ultrasonido era poco probable que afecte conjuntos vecinos. El ultrasonido se mantuvo en uso hasta desplazadas por sistemas infrarrojos a partir de finales de 1980.

Los efectos de propagación no lineales

Debido a su alta relación de amplitud a longitud de onda, las ondas ultrasónicas se vea comúnmente propagación no lineal.

Seguridad

La exposición ocupacional al ultrasonido por encima de 120 dB puede causar pérdida de audición. La exposición de más de 155 dB puede producir efectos de calentamiento que son perjudiciales para el cuerpo humano, y se ha calculado que las exposiciones superiores a 180 dB puede causar la muerte. Grupo Asesor Independiente del Reino Unido en la Radiación No ionizante elaboró un informe en 2010, que fue publicado por la Agencia de Protección de la Salud del Reino Unido. Este informe recomienda un límite de exposición para el público en general a niveles de presión sonora de ultrasonido en el aire de 70 dB y 100 dB.