4.4.Источники и приёмники ультразвука
1. Пьезоэлектрические излучатели-приёмники
Чаще всего для получения и обнаружения ультразвука используется пьезоэффект, открытый в 1880 году великим французским физиком Пьером Кюри и его братом Полем. Прямой пьезоэффект – возникновение электрического поля-разности электрических потенциалов при деформации некоторых кристаллических диэлектриков - пьезокристаллов. Обратный пьезоэффект - деформация пьезокристаллов под действием электрического поля.
На рисунке 4.7 представлена упрощённая схема получения и обнаружения ультразвука при помощи пьезоэффекта.
а) б)
Рис. 4.7 Получение – а, и обнаружение – б, ультразвука с использованием обратного – а, и прямого – б пьезоэффекта.
Для получения ультразвука использую обратный пьезоэффект (рис.4.7 а). Переменная разность потенциалов с ультразвуковой частотой подаётся от генератора Г на пьезокристаллическую пластинку п/к и вызывает переменную деформацию в ней ~ ∆ е - колебания с ультразвуковой частотой. Размеры пластинки подобраны так, чтобы резонансная частота её колебаний совпадала с частотой генератора. При контакте излучателя – пьезокристалла с упругой средой возникает ультразвуковая волна УЗ.
Для обнаружения ультразвука применяется прямой пьезоэффект (рис. 4.7 б). Ультразвуковая волна, попадая на поверхность пьезокристалла, вызывает его переменную деформацию. Переменная деформация создаёт переменную разность потенциалов, которая регистрируется регистратором Р.
В диагностическом методе ультразвуковой эхолокации один и тот же пьезокристалл сначала работает как излучатель, а потом как приёмник ультразвука.
Есть и другие методы получения ультразвука.
2. Магнитострикционные излучатели ультразвука
Магнитострикция – это деформация некоторых магнитных материалов под действием магнитного поля (рис. 4.8).
Рис. 4.8 Получение ультразвука при помощи магнитострикции (объяснения в тексте).
Переменный
электрический ток, поступающий от
генератора Г ультразвуковой частоты,
создаёт в сердечнике магнитной катушки
переменное магнитное поле ~,
вызывающее переменную деформацию
сердечника - колебания с ультразвуковой
частотой, которые и являются источником
ультразвука УЗ. С помощью магнитострикционных
источников ультразвука можно достичь
больших интенсивностей - до 107
Вт/см2
. Ультразвук
таких больших интенсивностей применяется,
например, в фармации для приготовления
лекарственных средств с помощью
ультразвуковых диспергаторов.
Инфразвук
Ультразвук больших интенсивностей так же, как и звук, представляет большую опасность для человека. Правда, следует отметить, что болевой порог для звука 10 Вт/м2 = 10-3 Вт/см2 соответствует ультразвуку такой же интенсивности, практически не вызывающему заметных эффектов влияния на организм. То есть при равных интенсивностях звук может быть безусловно вреднее ультразвука. Однако, ультразвук при тех же амплитудах, что и звук, обладает гораздо большей интенсивностью. И человек часто подвергается облучению ультразвуком больших интенсивностей. Например, на аэродромах при запуске двигателей самолётов сначала слышим невыносимо громкий звук, а потом наступает тишина. Просто обороты самолётных турбин достигли ультразвуковой неслышимой частоты, а интенсивность механической волны ещё больше возросла. Природные, и особенно технические источники ультразвука могут нанести вред нашему здоровью. Ультразвук иногда называют невидимым и неслышимым убийцей.
Но ещё в большей степени это относится к инфразвуку. Влияние инфразвука больших интенсивностей на организм может быть очень опасно. Дело в том, что некоторые инфразвуковые частоты как раз соответствуют резонансным частотам колебаний наших внутренних органов и основному ритму колебаний биопотенциалов головного мозга. Особенно опасны «частоты смерти» : 6 и 8 Гц. Всем известна легенда о летучем голландце. По морям и океанам носится под полными парусами корабль, управляемый призраком. К сожалению, эта легенда подкреплена реальными фактами. Были случаи, когда в морях и океанах встречались корабли, с которых все люди таинственным образом исчезли. Никаких повреждений или признаков нападения не было видно. Иногда, правда, на таких кораблях видны были следы поспешного бегства – разбросанные вещи, обрубленные канаты спасательных шлюпок. Более страшный вариант – все люди на корабле мертвы. Смерть была внезапной, мгновенной и причина её непонятна. Сейчас учёные считают, что наиболее вероятная причина «эффекта летучего голландца» - инфразвук больших интенсивностей, который иногда возникает при трении ветра о волны. Под его воздействием человек чувствует страшную боль, испытывает чувство страха, стремится побыстрее покинуть то место, где он испытывает такие страдания, или умирает на месте.
На улицах городов основной источник инфразвука – автомобиль. Инфразвук, излучаемый двигателями внутреннего сгорания, наносит огромный вред организму. Страдает работоспособность, и иммунная, и нервная система, психика. Из-за того, что инфразвук плохо поглощается при прохождении среды, от него труднее защититься, чем от звука или ультразвука. Помогают отражающие экраны вдоль оживлённых автострад и вертикальные озеленения домов.