Андрей Смирнов
Время чтения: ~16 мин.
Просмотров: 0

Как сделать ультразвуковой генератор? описание

Что такое УЗИ сосудов ног

Сосуды нижних конечностей представлены артериями и венами. При этом, существует два типа вен: поверхностные и глубокие. Различные заболевания кровеносной системы нижних конечностей могут давать сходную клиническую симптоматику, что порой значительно затрудняет диагностику.

Принцип УЗИ основан на различном отражении ультразвуковых волн от тканей с разной плотностью и структурой. Так, наибольшей звукопроводимостью обладают жидкости, а наименьшей – газы. Мышечные ткани, жировая клетчатка, сухожилия частично пропускают волны, а частично отражают обратно, что фиксируется датчиком аппарата. Плотные образования, по типу костей или склерозированных атеросклеротических бляшек, полностью отражают ультразвук, создавая преграду для дальнейшего его прохождения. Анализируя все получаемые данные, аппарата УЗИ составляет картину мягких тканей, основываясь на которой устанавливается диагноз.

Доплеровское исследование, особый подтип УЗИ, учитывает характер отражения звука от эритроцитов, плывущих в разном направлении относительно датчика аппарата. Так, ультразвук приобретает несколько большую скорость после отражения от эритроцитов, направляющихся к датчику, в сравнении с волнами, отражающимися от красных кровяных телец, плывущих от датчика. Благодаря этому феномену становится возможным оценка степени сужения просвета сосудов и сохранность кровотока.

Ультразвуковая установка ТУЗ для очистки внешней и внутренней поверхности толстостенных труб от отложений следующих типов: консервационная смазка, грязь, масло.

Таблица. Технические характеристики установки серии ТУЗ.

Технический параметрЗначение
Длина труб, м2,1
Внутренний диаметр труб, мм26
Толщина стенок труб, мм12
Время очистки труб, мин.3 — 151
Количество одновременно очищаемых труб, шт. 1 — 8
Потребляемая электрическая мощность, кВт, не более 0,8 — 22
Количество акустических излучателей на одну трубу, шт. 2
Внутренние габариты емкости для очистки (ДхШхВ), м 3 х 0,1 — 0,852 х 0,25
Габариты установки (ДхШхВ), м 4 х 0,4 — 12 х 1
Напряжение/частота питания, В / Гц 220 / 50

12

Для труб других габаритов и форм, а также для других видов загрязнений параметры ультразвуковых устройств могут быть изменены в зависимости от технических требований, предъявляемых к очистке.

Ультразвуковой генератор третий вариант

Это третья версия ультразвукового генератора. Используется пьезоэлектрический
твитер. Выходной каскад на транзисторах обеспечивает мощный выходной сигнал.
Динамик, являющийся нагрузкой выходного каскада, может выдавать ультразвуковой сигнал мощностью до 400 мВт.

Схема питается от четырех пальчиковых батареек или от аккумулятора/батарейки напряжением 9 В, потребляемый ток — около 50 мА.

Частота может задаваться резистором R1 в диапазоне между 18000 и 40000 Гц. Можно изменять частоту подбором емкости конденсатора С1. Значения между 470 и 4700 пФ могут быть подобраны экспериментально.

Хотя твитер имеет наибольшую эффективность в диапазоне между 10000 и 20000 Гц, этот преобразователь, как экспериментально подтверждено, может нормально работать и на частотах до 40000 Гц.

В данной схеме нет необходимости отсоединять внутренний трансформатор твитера, как мы делали в предыдущем проекте. Вы можете также использовать специальный ультразвуковой преобразователь с сопротивлением от 4 до 100 Ом.

Принципиальная схема ультразвукового генератора показана на рисунке. Перечень элементов приведен в таблице. Устройство может быть собрано в небольшом пластмассовом корпусе.

Для регулировки частоты используйте частотомер, подключая его к выводу 4 ИС.

Эта схема может выдавать ультразвуковой сигнал мощностью в несколько ватт с
применением пьезоэлектрического твитера или преобразователя другого типа.
Рабочая частота — от 18000 до 40000 Гц, она может изменяться подбором емкости конденсатора С1.
При больших значениях емкости будет формироваться сигнал в звуковом диапазоне,
что позволяет использовать схему в аварийной сигнализации и других устройствах. В этом случае твитер может быть заменен обычным громкоговорителем.

Схема потребляет несколько сот миллиампер от источника питания 9 или 12 В. Батарейки рекомендуются только для кратковременных режимов работы.

Можно использовать это устройство для отпугивания собак и других животных, установив его около мест для сбора мусора и др.

Ультразвуковой режим работы достигается при величине емкости С1 от 470 до 2200 пФ. Для сигнала звукового диапазона требуется емкость в диапазоне 0,01-0,012 мкФ.

Принципиальная схема мощного ультразвукового генератора показана на рисунке, перечень элементов приведен в таблице.

Мощный ультразвуковой генератор. Все транзисторы должны быть смонтированы на радиаторах

Транзисторы должны быть смонтированы на радиаторах. Все компоненты можно поместить в пластмассовый корпус

Ультразвуковая частота давно применяется в самых разных областях науки и техники. При помощи ультразвука можно сваривать металл, провести стирку и многое другое. Ультразвук активно применяется для отпугивания грызунов в сельскохозяйственной технике, поскольку организм многих животных приспособлен к общению с себе подобными на УЗ диапазоне. Есть данные и про отпугивание насекомых с помощью УЗИ генераторов, многие фирмы выпускают такие электронные репелленты. А мы предлагаем вам самостоятельно собрать такой прибор, по приведённой схеме:

Рассмотрим конструкцию достаточно простой УЗ пушки высокой мощности. Микросхема D4049 работает в качестве генератора сигналов ультразвуковой частоты, она имеет 6 логических инверторов.

Микросхему можно заменить на отечественный аналог К561ЛН2. Регулятор 22к нужен для подстройки частоты, ее можно снижать до слышимого диапазона, если резистор 100к заменить на 22к, а конденсатор 1,5нФ заменить на 2,2-3,3нФ. Сигналы с микросхемы подаются на выходной каскад, который построен всего на 4-х биполярных транзисторах средней мощности. Выбор транзисторов не критичен, главное подобрать максимально близкие по параметрам комплементарные пары.

В качестве излучателя можно использовать буквально любые ВЧ головки с мощностью от 5 ватт. Из отечественного интерьера можно использовать головки типа 5ГДВ-6, 10ГДВ-4, 10ГДВ-6. Такие ВЧ головки можно найти в акустических системах производства СССР.

Осталось только оформить все в корпус. Для направленности УЗ сигнала нужно использовать металлический рефлектор.

Неоднократно каждый из нас слышал выражение «ультразвук» — в данной статье мы рассмотрим что это, как создается, и для чего он нужен.

Принцип работы

Звуковые волны не изменяют траектории движения в однородном материале. Отражение акустических волн происходит от границы раздела сред с различными удельными акустическими сопротивлениями. Чем больше различаются акустические сопротивления, тем большая часть звуковых волн отражается от границы раздела сред.
Так как включения в металле обычно содержат газ (смесь газов) возникающих вследствие процесса сварки, литья и т. п. И не успевают выйти наружу при затвердевании металла, смесь газов имеет на пять порядков меньшее удельное акустическое сопротивление, чем сам металл, то отражение будет практически полное.

Разрешающая способность акустического исследования, то есть способность выявлять мелкие дефекты раздельно друг от друга, определяется длиной звуковой волны, которая в свою очередь зависит от частоты ввода акустических колебаний. Чем больше частота, тем меньше длина волны. Эффект возникает из-за того, что при размере препятствия меньше четверти длины волны, отражение колебаний практически не происходит, а доминирует их дифракция. Поэтому, как правило, частоту ультразвука стремятся повышать. С другой стороны, при повышении частоты колебаний быстро растёт их затухание, что сокращает возможную область контроля. Практическим компромиссом стали частоты в диапазоне от 0,5 до 10 МГц.

Возбуждение и приём ультразвука

Существует несколько методов возбуждения ультразвуковых волн в исследуемом объекте. Наиболее распространённым является использование пьезоэлектрического эффекта. В этом случае излучение ультразвука производится с помощью преобразователя, который преобразует электрические колебания в акустические путём обратного пьезоэлектрического эффекта. Пройдя через контролируемую среду, ультразвуковые колебания попадают на приёмную пьезопластину преобразователя и, вследствие прямого пьезоэлектрического эффекта вновь становятся электрическими, которые и регистрируются измерительными цепями. В зависимости от конструкции и подключения, пьезопластины преобразователя могут выполнять роль только излучателя ультразвуковых колебаний или только приёмника, либо совмещать в себе обе функции.

Ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи, использующиеся при ручном контроле: прямой B1S-O, миниатюрный наклонный MWB 70-4, наклонный WK45-2

Также используются электромагнитно-акустический (ЭМА) метод, основанный на приложении сильных переменных магнитных полей к металлу. КПД этого метода гораздо ниже, чем у пьезоэлектрического, но зато может работать через воздушный зазор и не предъявляет особых требований к качеству поверхности.

Получаемые результаты

Для расшифровки результатов ультразвуковой диагностики используют понятие эхогенность. Это скорость, с которой ультразвук отражается от разных по плотности структур тела. Наибольшей эхогенностью, то есть скоростью отражения, обладают кости, желчные и мочевые камни. Средняя эхогенность свойственна почти всем внутренним органам и мягким тканям. Низкая эхогенность, или поглощение ультразвука, присуща жидкостям.

Снимок УЗИ состоит из разных оттенков белого, серого и черного. Чем светлее цвет, тем выше эхогенность исследуемой структуры. Белым цветом изображены кости и камни. Черным цветом — жидкости. УЗИ-рисунок бывает и цветным — когда исследуют кровоток или сердце. Он окрашен синим, желтым и красным цветом.

Во время проведения УЗИ специалист оценивает основные параметры исследуемых органов и сравнивает их с нормой. Показатели нормы определены для мужчин, женщин и детей, а также различаются в зависимости от возраста.

При различных заболеваниях изменяется окраска ультразвукового изображения, появляются патологические включения.

  1. Воспаление характеризуется усилением окраски. Светло-серые объекты становятся темными. Также орган увеличивается в размере.
  2. Опухоли могут быть плотнее или мягче окружающих тканей. Соответственно, на снимке они представлены светлым или темным цветом.
  3. Кисты обычно содержат жидкость. Поэтому на снимке они выглядят, как темное округлое пятно со светлым ободком.

Специалист выдает заключение УЗИ, где описаны все увиденные изменения. Но окончательный диагноз на основании одного только снимка УЗИ выставлять нельзя. Врач должен учитывать данные других обследований, направлять пациента на консультации узких специалистов.

Как на мониторе выглядит киста молочной железы:

Причины погрешностей

Ультразвуковая диагностика относится к наиболее точным, но погрешности исследования все же существуют. Есть две основные причины возникновения погрешностей:

  • неисправная или устаревшая аппаратура;
  • человеческий фактор — невнимательность или недостаточная квалификация специалиста.

Также погрешности могут возникать при неправильной подготовке пациента к обследованию.

Как делают УЗИ

Правила проведения ультразвукового диагностического исследования зависят от его типа. Поверхностное обзорное УЗИ проводят по следующему алгоритму:

  • пациенту предлагают лечь на спину, живот или бок;
  • кожу смазывают специальным гелем — эта смазка нужна для лучшей проводимости ультразвуковых волн;
  • диагност водит трансдьюсером по коже в области исследуемого органа, одновременно следя за изменениями на экране.

При эндоскопическом ультразвуковом исследовании (ЭУС) используют специальный трансдьюсер, который вводят внутрь полости тела. Трансвагинальное исследование предполагает введение трансдьюсера во влагалище. Его продвигают до уровня шейки матки. Разновидность методики — гидро сальпингография. Перед диагностикой маточные трубы заполняют жидкостью.

Трансректальное УЗИ отличается введением датчика в прямую кишку. Его продвигают на глубину 5-7 см. При вагинальном и ректальном УЗИ используют насадки или специальные презервативы.

Основные параметры ультразвука

Основными параметрами ультразвуковой волны принято считать длину волны и период. Время, которое требуется для полного цикла, принято называть периодом волны, измеряется оно в секундах.

Мощнейшим генератором ультразвуковых волн считается УЗ-излучатель. Человеку не под силу слышать ультразвуковую частоту, но его организм способен ее чувствовать. Если говорить другими словами, то человеческое ухо воспринимает ультразвуковую частоту, но участок мозга, отвечающий за слух, не в силах сделать расшифровку этой звуковой волны. Для человеческого слуха неприятна высокая частота, но, если поднять частоту на еще один диапазон, то звук полностью исчезнет — несмотря на то, что в УЗ-частоте он есть. И мозг прилагает усилия, чтобы безуспешно его раскодировать, из-за этого у человека возникает жуткая головная боль, головокружение, тошнота и другие не совсем приятные ощущения.

Генераторы ультразвуковых колебаний используются во всех областях техники и науки. Например, ультразвуку под силу не только постирать белье, но и сваривать металл. В современном мире УЗ активно применяется в сельскохозяйственной технике для отпугивания грызунов, поскольку организм большинства животных приспособлен к общению с себе подобными на ультразвуковой частоте. Также следует сказать, что генератор ультразвуковых волн способен отпугивать и насекомых — сегодня многие производители выпускают такого рода электронные репелленты.

Что такое УЗИ

Ультразвуковая диагностика основывается на пьезоэлектрическом эффекте. Это способность некоторых веществ (кварц, барий) отражать и испускать ультразвуковые волны под действием электрического тока. Из таких веществ сделан датчик аппарата УЗИ, или трансдьюсер.

Принцип работы ультразвукового аппарата — акустическое сопротивление. Ткани, из которых построены все органы человеческого тела, обладают разной плотностью. Из-за этого они отражают ультразвук с разной скоростью. Чем плотнее ткань, тем быстрее идет отражение звука. Жидкости его не отражают, а поглощают.

Отраженные волны с помощью компьютера преобразовываются в изображение. Кости и хрящи на снимке представлены белым цветом. Ткани с умеренной плотностью, то есть почти все внутренние органы — светло-серым или темно-серым. Жидкости и воздух окрашены черным цветом. Такое изображение называется сонограммой.

История создания ультразвуковой диагностики начинается с 1941 года. Тогда было сделано первое ультразвуковое исследование костей черепа. В 1947 году появилось первое описание методики под названием гиперфонографии.

Такое название, как сонография, появилось только в 1963 году. Тогда был создан аппарат, который и по сей день используется в медицине. Суть метода с тех пор не изменилась — он так же основывается на пьезоэлектрическом эффекте. Но аппараты постоянно совершенствуются и разрабатываются все новые методики.

К просмотру видео по теме диагностики с ультразвуком:

Сравнение ультразвука с другими видами обследования

Помимо УЗ исследования, существуют и другие, не менее информативные способы диагностики.

Среди аппаратных методов обследования организма пациента, ничем не уступающих по частоте применения УЗИ, являются:

  • рентгенография;
  • магнитно-резонансная томография;
  • компьютерная томография.

При этом выделить из них самый эффективный невозможно. Каждый из них имеет свои плюсы и минусы, но нередко один метод диагностики дополняет другой, позволяя подвести итоги подозрениям врачей при недостаточно выраженной клинической картине.

Сравнивая УЗ скрининг с МРТ, стоит обратить внимание, что аппарат последнего вида диагностики представляет собой мощнейший магнит, который оказывает непосредственное влияние на организм пациента благодаря электромагнитным волнам. При этом УЗ исследование представляет собой процедуру, в ходе которой ультразвуковые волны минимальной мощности проникают через внутренние органы с различной степенью плотности

Этот вид диагностики намного чаще применяют при заболеваниях органов брюшной полости, в т. ч. печени, желчного пузыря, поджелудочной железы, системы мочевыводящих путей и почек, желез эндокринной системы, сосудов шеи и головы.

Критические углы

При выполнении ультразвукового контроля оператору нужно выбрать тип преобразователя, выполнить калибровку и настройку прибора на предполагаемые дефекты объекта. Критические углы падения (продольные и поперечные) необходимо учитывать в том случае, когда ультразвук проходит через твердые поверхности материалов.

Первый критический угол — это наименьший угол падения продольной волны, при котором преломленный луч не пересекает границу второй твердой среды. Например, для границы оргстекло-сталь он равен 27,5º.

Вторым критическим углом считают наименьший угол падения продольного луча, при котором преломление не проникает через границу во вторую твердую среду и при этом не обнаруживаются внутренние повреждения. Для оргстекла-стали он составляет 57,5º.

Третий критический угол — наименьший угол падения поперечного луча, при котором отсутствует отраженная продольная волна. Луч идет по поверхности объекта, не распознавая дефектов внутри него. Для пересечения границы сталь-воздух угол равен 33,3º.

Необходимое оборудование для проведения дефектоскопии

Для ультразвуковой диагностики применяют дефектоскоп, преобразователь со встроенным пьезоэлементом (рассчитанным на излучение и/или прием ультразвуковых колебаний) и дополнительные приспособления.

УЗ-преобразователи бывают 3 типов:

  1. Прямые: излучение продольных волн под прямым углом к проверяемой поверхности. Могут иметь керамический пьезоэлемент (из титаната бария или цирконат-титаната свинца). В моделях зарубежных брендов используется кварц — он имеет сравнительно невысокую чувствительность, что обеспечивает равномерное излучение и стабильную работу.
  2. Наклонные (или призматические): излучение поперечных волн в металл под углом к поверхности ввода. Осуществляют вертикальное сканирование деталей, используются в случаях, когда установить преобразователь непосредственно на поверхности материала не представляется возможным (например, в угловых соединениях, в конструкциях со сложным профилем).
  3. Раздельно-совмещенные: поступление продольных волн в металл под углом 80-85º к поверхности ввода. Имеют 2 пьезоклапана, один из которых является генератором, а второй — приемником. Подходят для работы с грубыми материалами, деформированными поверхностями.


Дефектоскоп — устройство для обнаружения трещин в изделиях.

Главная составляющая преобразователя — пьезоэлемент в форме прямоугольной пластины или диска. Толщина пьезоэлемента составляет половину длины излучаемых волн. В прямых и наклонных преобразователях пьезоэлемент выступает в качестве излучателя и приемника УЗ-колебаний одновременно.

Схема устройства дефектоскопа

Дефектоскоп — это электронный блок для преобразования и усиления эхо-сигналов при отражении от дефекта, создания зондирующих импульсов высокого напряжения и наглядного отображения амплитудно-временных характеристик эхо-сигналов.

Встроенный переключатель предусмотрен для непосредственного подключения усилителя к генератору радиоимпульсов или отключения от него (в зависимости от схемы работы). Автоматический сигнализатор фиксирует дефект звуковым или световым сигналом.

Схема дефектоскопа.

Аппарат может иметь дополнительные блоки, расширяющие функции устройства и упрощающие работу оператора. К ним относится блок временной регулировки чувствительности, создающий одинаковую амплитуду сигналов при обнаружении деформаций разных размеров. Это повышает точность измерений.

Примерная стоимость дефектоскопа и других инструментов

Диапазон цен на дефектоскопы широк — от 90 000 до 2 500 000 руб. Стоимость зависит от рабочих характеристик, марки и страны производителя, года выпуска. Различается цена стационарных (для исследований в лабораториях) и портативных (для полевых условий) моделей. Возможность подключения к ПК, объем встроенной памяти и совместимость с несколькими типами преобразователей также влияют на конечную стоимость. При выборе отталкиваться следует от планируемых задач и предположительной области применения.

Как выполняется УЗИ в акушерстве и гинекологии

В зависимости от аппаратуры, используемой для ультразвукового сканирования, возможны 3 варианта изображения на мониторе.

1. Двухмерное

2D-картинка — это плоское статичное изображение, которое составлено из двух сегментов отражённых ультразвуковых волн. Аппараты такого типа уже устарели, однако всё ещё используются в медицинских учреждениях.

2. Трёхмерное

3D-изображение обязательно объёмное, потому что состоит из трёх сегментов (длина, ширина, глубина). Однако на мониторе изображение по-прежнему неподвижное, словно составленное из множества картинок, как слайд-шоу.

3. Четырёхмерное

4D-изображение — это видео в реальном времени. К трёхмерной картинке добавляется четвёртое измерение — время. Это позволяет прямо в момент исследования увидеть, как живет малыш в животе у будущей мамы. Современная аппаратура может записать этот видеоролик, чтобы сохранить на память самое первое видеоизображение ребёнка.

Разновидностью ультразвукового исследования является оценка кровотока в крупных сосудах организма с помощью специального допплеровского датчика, который входит в комплект современных ультразвуковых приборов. При допплеровском сканировании врач на мониторе видит специфическую картинку в виде графика, по которому можно выявить нарушения кровообращения в органах малого таза, в плаценте и пуповине.

Основная цель УЗИ в гинекологии — выявление женских болезней. Врач назначит трансвагинальную эхографию для получения необходимой диагностической информации в следующих случаях:

  • миома матки (размер и количество узлов, месторасположение в матке, возможность консервативной операции);
  • эндометриоз (количество очагов, степень распространения, наличие осложнений);
  • киста яичника (вариант опухоли, размер, сдавление соседних органов, возможность консервативного лечения);
  • полип матки (величина, количество, месторасположение);
  • аномалии развития репродуктивных органов.

УЗИ один из основных методов выявления причин бесплодия. Кроме диагностики женских болезней, влияющих на способность к зачатию, врач с помощью ультразвуковой фолликулометрии может обнаружить отсутствие овуляции, а при использовании эхогистеросальпингографии — оценить проходимость маточных труб.

Об ультразвуковом исследовании рассказывает руководитель клиники Жуманова Екатерина Николаевна.

Неоценима помощь УЗИ в экстренных ситуациях, когда надо быстро выяснить причину острого состояния и принять решение об оперативном лечении. В частности, эхография применяется в диагностике внематочной беременности, апоплексии яичника и воспалительных опухолей придатков.

Наружное обследование делается следующим образом:

  1. Пациентка располагается на кушетке лежа на спине.
  2. Медик наносит на поверхность кожи специальный гель.
  3. Затем специалист водит по животу датчиком.

Алгоритм действий врача при интравагинальном способе:

  1. Обследуемая ложится спиной на кушетку и слегка раздвигает ноги.
  2. Доктор надевает на ультразвуковой датчик презерватив.
  3. Устройство помещают непосредственно во влагалище.

Процедура трансректального исследования проводится подобно трансвагинальной. Исключением является лишь то, что датчик при осмотре вводится пациентке через прямую кишку. При этом она должна правильно расположиться на кушетке (лежа на боку).

Во время обследования медсестра ведет протокол, в котором фиксирует все данные, озвученные врачом.

Как уже было отмечено выше, если своевременно сделать обследование, гинекология не станет проблемой номер один. Ведь многие заболевания по гинекологической части легче предупредить или вылечить еще на начальном этапе развития.Многих женщин интересует вопрос: когда делать УЗИ по гинекологии после месячных или можно не откладывать процедуру во время цикла?

Важно понимать, что наилучший период для проведения диагностики подбирается врачом. При обнаружении проблем по части женского здоровья, стоит сразу же отправиться к специалисту

На основании жалоб, общего анамнеза пациентки и некоторых других показателей, врач решит, нуждается ли женщина в срочном обследовании или проблема может подождать более благоприятного момента. Дело в том, что ультразвуковое обследование наиболее информативно в определенные дни цикла.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации