1.2.1 Методы получения ультразвука

Для получения ультразвука используют два метода. Первый метод - использование явления магнитострикции.

В 1847 г. Джоуль заметил, что ферромагнитные материалы, помещенные в магнитноеполе, изменяют свои размеры. Это явление назвали магнитострикционным эффектом. Если по обмотке, наложенной на ферромагнитный стержень, пропустить переменный ток, то под воздействием

изменяющегося магнитного поля стержень будет деформироваться. Никелевые сердечники, в отличии от железных, в магнитном поле укорачиваются. При пропускании переменного тока по обмотке излучателя его стержень деформируется в одном направлении при любом направлении магнитного поля. Поэтому частота механических колебаний будет вдвое больше частоты переменного тока. Чтобы частота колебаний излучателя соответствовала частоте возбуждающего тока, в обмотку излучателя подводят постоянное напряжение поляризации. У поляризованного излучателя увеличивается амплитуда переменной магнитной индукции, что приводит к увеличению деформации сердечника и повышению мощности.

Магнитострикционный эффект используется при изготовлении УЗ-вых

магнитострикционных преобразователей (рис. 4).

Рисунок 4 – Магнитострикционный преобразователь

Эти преобразователи отличаются большими относительными деформациями, повышенной механической прочностью, малой чувствительностью к температурным воздействиям. Магнитострикционные преобразователи имеют небольшие значения электрического сопротивления, в результате чего для получения большой мощности не требуются высокие напряжения. Чаще всего применяют преобразователи из никеля (высокая стойкость против коррозии, низкая цена). Магнитострикционные сердечники могут быть изготовлены и из ферритов. У ферритов высокое удельное сопротивление, в результате чего потери на вихревые токи в них ничтожно малы. Однако феррит – хрупкий материал, что вызывает опасность их перегрузки при большой мощности. КПД магнитострикционных преобразователей при излучении в жидкость и твердое тело составляет 50¸90%, интенсивность излучения достигает нескольких десятков Вт/см².

Такой метод обычно используется для получения ультразвука частотой в несколько десятков килогерц.

Второй метод – использование обратного пьезоэффекта. В медицине для целей терапии применяется ультразвук относительно высокой частоты порядка 800-3000 кГц, которое и получают с помощью, так называемого, обратного пьезоэлектрического эффекта. Обратный пьезоэлектрический эффект состоит в том, что во многих кристаллах (кварц, сегнетова соль, титанат бария и др.) под действием электрического поля происходит некоторое взаимное смещение полярных групп атомов, составляющих основную структуру вещества, что вызывает соответствующее изменение размеров кристаллов.

Если к торцевым поверхностям пластинки, вырезанной определенным образом из кристалла кварца, с помощью электродов приложить переменное электрическое напряжение, то толщина пластинки будет поочередно уменьшаться и увеличиваться с частотой приложенного напряжения.

При уменьшении толщины пластинки в прилегающих слоях окружающей среды образуется разрежение, а при увеличении – сгущение частиц среды.

Таким образом, в результате периодического изменения толщины пластинки, называемой пьезоэлектрическим преобразователем, в среде возникает УЗ волна, распространяющаяся в направлении, перпендикулярном поверхности пластинки (рис. 5).

Рисунок 5 – Пьезоэлектрический излучатель

Ультразвуковые волны подчиняются тем же законам, что и звуковые волны. В связи с большей частотой и соответственно меньшей длиной волны УЗ волны легче фокусируются, они сильнее поглощаются средой, чем звуковые.

Мощность УЗ волны, приходящаяся на единицу рабочей поверхности излучателя, называется удельной мощностью или интенсивностью ультразвука. Обычно максимальная интенсивность терапевтических воздействий 2-2,5 Вт/см². Если площадь головки облучателя колеблется в пределах от 4 до 12 см², то полная УЗ мощность излучателя в малых аппаратах составляет 8-10 и в больших до 25-30 Вт.