อ่าน 14 นาที
อัลตราซาวนด์
คลื่นอัลตราซาวนด์คือคลื่นเสียงที่มีความถี่มากกว่า 20 กิโลเฮิร์ตซ์ความถี่นี้เป็นขีดจำกัดการได้ยินสูงสุดโดยประมาณของมนุษย์ในผู้ใหญ่หนุ่มสาวที่มีสุขภาพดี...
อัลตราซาวนด์

คลื่นอัลตราซาวนด์คือคลื่นเสียงที่มีความถี่มากกว่า 20 กิโลเฮิร์ตซ์[ 1 ]ความถี่นี้เป็นขีดจำกัดการได้ยินสูงสุดโดยประมาณของมนุษย์ในผู้ใหญ่หนุ่มสาวที่มีสุขภาพดี หลักการทางกายภาพของคลื่นเสียงใช้ได้กับช่วงความถี่ใดๆ รวมถึงคลื่นอัลตราซาวนด์ อุปกรณ์อัลตราโซนิกทำงานด้วยความถี่ตั้งแต่ 20 กิโลเฮิร์ตซ์ขึ้นไปจนถึงหลายกิกะเฮิร์ตซ์
คลื่นอัลตราซาวนด์ถูกนำไปใช้ในหลายสาขา อุปกรณ์อัลตราโซนิกถูกใช้เพื่อตรวจจับวัตถุและวัดระยะทาง การถ่ายภาพด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์หรือโซโนกราฟีมักใช้ในทางการแพทย์ ในการทดสอบผลิตภัณฑ์และโครงสร้างแบบไม่ทำลาย คลื่นอัลตราซาวนด์ถูกใช้เพื่อตรวจจับข้อบกพร่องที่มองไม่เห็น ในภาคอุตสาหกรรม คลื่นอัลตราซาวนด์ถูกใช้เพื่อทำความสะอาด ผสม และเร่งกระบวนการทางเคมี สัตว์ต่างๆ เช่นค้างคาวและโลมาใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ในการหาเหยื่อและสิ่งกีดขวาง[ 2 ]
ประวัติศาสตร์

วิชา อะคูสติกส์ซึ่งเป็นวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับเสียงเริ่มต้นมาตั้งแต่สมัยพีทาโก拉斯ในศตวรรษที่ 6 ก่อนคริสต์ศักราช ซึ่งเขียนเกี่ยวกับคุณสมบัติทางคณิตศาสตร์ของเครื่องดนตรีประเภทสายการใช้ เสียงสะท้อน ในการหาตำแหน่งของค้างคาวถูกค้นพบโดยลาซซาโร สปัลลันซานีในปี 1794 เมื่อเขาแสดงให้เห็นว่าค้างคาวล่าเหยื่อและนำทางโดยใช้เสียงที่มนุษย์ไม่ได้ยิน ไม่ใช่การมองเห็นฟรานซิส กัลตันในปี 1893 ได้ประดิษฐ์นกหวีดกัลตัน ซึ่งเป็น นกหวีดปรับได้ที่สร้างคลื่นอัลตราซาวนด์ ซึ่งเขาใช้ในการวัดช่วงการได้ยินของมนุษย์และสัตว์อื่นๆ โดยแสดงให้เห็นว่าสัตว์หลายชนิดสามารถได้ยินเสียงที่สูงกว่าช่วงการได้ยินของมนุษย์ได้
บทความแรกเกี่ยวกับประวัติของอัลตราซาวนด์เขียนขึ้นในปี 1948 [ 3 ]ตามที่ผู้เขียนระบุ ในช่วงสงครามโลกครั้งที่หนึ่งวิศวกรชาวรัสเซียชื่อ Chilowski ได้เสนอแนวคิดเกี่ยวกับการตรวจจับเรือดำน้ำให้กับรัฐบาลฝรั่งเศส รัฐบาลฝรั่งเศสได้เชิญPaul Langevinซึ่งในขณะนั้นเป็นผู้อำนวยการโรงเรียนฟิสิกส์และเคมีในปารีส มาประเมินแนวคิดดังกล่าว ข้อเสนอของ Chilowski คือการกระตุ้นตัวเก็บประจุไมกา แบบทรงกระบอกด้วย อาร์ค Poulsenความถี่สูงที่ประมาณ 100 kHz เพื่อสร้างลำแสงอัลตราซาวนด์สำหรับตรวจจับวัตถุที่จมอยู่ใต้น้ำ แนวคิดในการระบุตำแหน่งสิ่งกีดขวางใต้น้ำได้รับการเสนอแนะมาก่อนโดย LF Richardson หลังจาก เหตุการณ์ เรือไททานิกอับปาง Richardson เสนอให้วางหวีดไฮดรอลิก ความถี่สูง ไว้ที่จุดโฟกัสของกระจกและใช้ลำแสงเพื่อระบุตำแหน่งอันตรายในการเดินเรือที่จมอยู่ใต้น้ำ ต้นแบบถูกสร้างขึ้นโดยSir Charles Parsonsผู้ประดิษฐ์กังหัน ไอน้ำ แต่พบว่าอุปกรณ์ดังกล่าวไม่เหมาะสมสำหรับวัตถุประสงค์นี้ อุปกรณ์ของ Langevin ใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์เพียโซอิเล็กทริกซึ่งเขาคุ้นเคยมาตั้งแต่สมัยเป็นนักศึกษาที่ห้องปฏิบัติการของJacquesและPierre Curie [ 4 ] Langevinคำนวณและสร้างตัวแปลงสัญญาณ อัลตราซาวนด์ที่ประกอบด้วยแผ่น ควอตซ์บางๆที่ประกบอยู่ระหว่างแผ่นเหล็กสองแผ่น Langevin เป็นคนแรกที่รายงาน ผลกระทบทางชีวภาพที่เกี่ยวข้องกับ การเกิดโพรงอากาศจากอัลตราซาวนด์[ 5 ]
คำนิยาม

สถาบันมาตรฐานแห่งชาติของสหรัฐอเมริกาได้ให้คำจำกัดความของคลื่นอัลตราซาวนด์ว่า " เสียงที่มีความถี่มากกว่า 20 กิโลเฮิร์ตซ์" ในอากาศที่ความดันบรรยากาศ คลื่นอัลตราโซนิกจะมีช่วงความยาวคลื่น 1.9 เซนติเมตรหรือน้อยกว่า
คลื่นอัลตราซาวนด์สามารถสร้างขึ้นได้ที่ความถี่สูงมาก โดยใช้ในการตรวจทางเคมีด้วยคลื่นเสียงที่ความถี่สูงถึงหลายร้อยกิโลเฮิร์ตซ์[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]อุปกรณ์ถ่ายภาพทางการแพทย์ใช้ความถี่ในช่วงเมกะเฮิร์ตซ์[ 9 ] คลื่นอัลตราซาวนด์ UHFถูกสร้างขึ้นที่ความถี่สูงถึงกิกะเฮิร์ตซ์[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]
การระบุลักษณะของคลื่นอัลตราซาวนด์ความถี่สูงมากนั้นเป็นเรื่องท้าทาย เนื่องจากการเคลื่อนไหวที่รวดเร็วเช่นนี้ทำให้รูปคลื่นมีความชันมากขึ้นและก่อให้เกิดคลื่นกระแทก[ 14 ]
การรับรู้
มนุษย์
ขีดจำกัดความถี่สูงสุดในมนุษย์ (ประมาณ 20 kHz) เกิดจากข้อจำกัดของหูชั้นกลางการรับรู้การได้ยินสามารถเกิดขึ้นได้หากคลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงถูกส่งตรงเข้าไปในกะโหลกศีรษะของมนุษย์และไปถึงโคเคลียผ่านการนำเสียง ผ่านกระดูก โดยไม่ต้องผ่านหูชั้นกลาง[ 15 ]
เด็ก ๆ สามารถได้ยินเสียงที่มีระดับเสียงสูงบางเสียงที่ผู้สูงอายุไม่ได้ยิน เนื่องจากในมนุษย์ ระดับเสียงสูงสุดที่ได้ยินมักจะลดลงตามอายุ[ 16 ] บริษัท โทรศัพท์มือถือของอเมริกาได้ใช้สิ่งนี้เพื่อสร้างสัญญาณเรียกเข้าที่เชื่อกันว่าได้ยินเฉพาะคนหนุ่มสาวเท่านั้น[ 17 ]แต่ผู้สูงอายุหลายคนสามารถได้ยินสัญญาณเหล่านี้ได้ ซึ่งอาจเป็นเพราะความแปรปรวนอย่างมากของการเสื่อมสภาพตามอายุในขีดจำกัดการได้ยินสูงสุด
สัตว์

ค้างคาว ใช้เทคนิคการวัดระยะทางด้วยคลื่นเสียง ( echolocation ) ที่หลากหลายเพื่อตรวจจับเหยื่อ พวกมันสามารถตรวจจับความถี่ได้มากกว่า 100 kHz อาจสูงถึง 200 kHz [ 18 ]
แมลงหลาย ชนิด มีประสาทการได้ยินอัลตราโซนิกที่ดี และส่วนใหญ่เป็น แมลง กลางคืนที่คอยฟังเสียงสะท้อนของค้างคาว ซึ่งรวมถึงผีเสื้อกลางคืน ด้วง ตั๊กแตนตำข้าว และแมลงปีกใสหลายกลุ่มเมื่อได้ยินเสียงค้างคาวแมลงบางชนิดจะทำการหลบหลีกเพื่อไม่ให้ถูกจับ[ 19 ]ความถี่อัลตราโซนิกกระตุ้นปฏิกิริยาตอบสนองใน ผีเสื้อ กลางคืนทำให้มันลดระดับการบินลงเล็กน้อยเพื่อหลบการโจมตี[ 20 ]ผีเสื้อกลางคืนลายเสือยังปล่อยเสียงคลิกซึ่งอาจรบกวนเสียงสะท้อนของค้างคาว[ 21 ] [ 22 ]และในบางกรณีอาจประกาศว่าพวกมันเป็นพิษโดยการปล่อยเสียง[ 23 ] [ 24 ]
ช่วงการได้ยินของสุนัขและแมวขยายไปถึงคลื่นอัลตราซาวนด์ ช่วงการได้ยินสูงสุดของสุนัขอยู่ที่ประมาณ 45 kHz ในขณะที่แมวอยู่ที่ 64 kHz [ 25 ] [ 26 ] บรรพบุรุษป่าของแมวและสุนัขได้พัฒนาช่วงการได้ยินที่สูงขึ้นนี้เพื่อได้ยินเสียงความถี่สูงที่เกิดจากเหยื่อที่พวกมันชื่นชอบ ซึ่งก็คือสัตว์ฟันเล็ก[ 25 ] นกหวีดสำหรับสุนัขเป็นนกหวีดที่ปล่อยคลื่นอัลตราซาวนด์ ใช้สำหรับการฝึกและเรียกสุนัข ความถี่ของนกหวีดสำหรับสุนัขส่วนใหญ่จะอยู่ในช่วง 23 ถึง 54 kHz [ 27 ]
วาฬที่มี ฟัน รวมถึงโลมาสามารถได้ยินคลื่นเสียงอัลตราซาวนด์และใช้เสียงดังกล่าวในระบบนำทาง ( ไบโอโซนาร์ ) เพื่อกำหนดทิศทางและจับเหยื่อ[ 28 ]พอร์ปอยส์มีขีดจำกัดการได้ยินสูงสุดที่ทราบอยู่ที่ประมาณ 160 kHz [ 29 ]ปลาหลายชนิดสามารถตรวจจับคลื่นเสียงอัลตราซาวนด์ได้ ในอันดับClupeiformesสมาชิกของวงศ์ย่อยAlosinae ( ปลาแชด ) ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถตรวจจับเสียงได้ถึง 180 kHz ในขณะที่วงศ์ย่อยอื่นๆ (เช่นปลาเฮริง ) สามารถได้ยินได้สูงสุดเพียง 4 kHz เท่านั้น[ 30 ]
ยังไม่มีรายงานว่านกชนิดใดไวต่อคลื่นอัลตราซาวนด์[ 31 ]
ระบบอัลตราโซนิกเชิงพาณิชย์ถูกจำหน่ายเพื่อการควบคุมศัตรูพืชด้วยอิเล็กทรอนิกส์ ภายในอาคาร และการควบคุมสาหร่ายด้วยอัลตราโซนิก ภายนอกอาคาร อย่างไรก็ตาม ไม่มีหลักฐานทางวิทยาศาสตร์ใดที่ยืนยันถึงความสำเร็จของอุปกรณ์ดังกล่าวเพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]
การตรวจจับและการวัดระยะ
เซ็นเซอร์แบบไม่สัมผัส
ระบบวัดระดับหรือตรวจจับด้วยคลื่นอัลตราโซนิคไม่จำเป็นต้องสัมผัสกับเป้าหมาย สำหรับกระบวนการหลายอย่างในอุตสาหกรรมการแพทย์ เภสัชกรรม การทหาร และอุตสาหกรรมทั่วไป นี่เป็นข้อได้เปรียบเหนือเซ็นเซอร์แบบติดตั้งในท่อซึ่งอาจปนเปื้อนของเหลวภายในภาชนะหรือท่อ หรืออาจอุดตันด้วยผลิตภัณฑ์ได้
มีการใช้ทั้งระบบคลื่นต่อเนื่องและระบบคลื่นพัลส์ หลักการของเทคโนโลยีอัลตราโซนิกแบบพัลส์คือ สัญญาณที่ส่งออกไปประกอบด้วยพลังงานอัลตราโซนิกเป็นช่วงสั้นๆ หลังจากแต่ละช่วงคลื่น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะค้นหาสัญญาณตอบกลับภายในช่วงเวลาสั้นๆ ซึ่งตรงกับเวลาที่พลังงานใช้ในการเดินทางผ่านหลอดเลือด สัญญาณที่ได้รับภายในช่วงเวลานี้เท่านั้นที่จะมีสิทธิ์ได้รับการประมวลผลเพิ่มเติม
หนึ่งในแอปพลิเคชันยอดนิยมของการวัดระยะด้วยคลื่นอัลตราโซนิคสำหรับผู้บริโภคคือ กล้อง Polaroid SX-70ซึ่งมีระบบตัวแปลงสัญญาณน้ำหนักเบาเพื่อปรับโฟกัสกล้องโดยอัตโนมัติ ต่อมา Polaroid ได้ให้สิทธิ์ใช้งานเทคโนโลยีอัลตราซาวนด์นี้ และกลายเป็นพื้นฐานของผลิตภัณฑ์อัลตราซาวนด์หลากหลายชนิด
เซ็นเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหวและการวัดการไหล
การประยุกต์ใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ที่พบได้ทั่วไปคือ ระบบเปิดประตูอัตโนมัติ ซึ่งเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกจะตรวจจับการเข้าใกล้ของบุคคลและเปิดประตู เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกยังใช้ในการตรวจจับผู้บุกรุกได้อีกด้วย โดยคลื่นอัลตราซาวนด์สามารถครอบคลุมพื้นที่กว้างจากจุดเดียวได้ นอกจากนี้ยังสามารถใช้เครื่องวัดการไหลแบบอัลตราโซนิกเพื่อวัดการไหลในท่อหรือช่องเปิด ซึ่งจะวัดความเร็วเฉลี่ยของของเหลวที่ไหล
ในวิชารีโอโลยีเครื่องวัดรีโอโลยีแบบอะคูสติกอาศัยการวิเคราะห์การแพร่กระจายของคลื่นอัลตราซาวนด์เพื่อกำหนดความหนืดของของเหลว
ในกลศาสตร์ของไหลการไหลของของไหลสามารถวัดได้โดยใช้เครื่องวัดการไหลแบบอัลตรา โซนิก โดยอาศัยปรากฏการณ์ดอปเปลอร์
การทดสอบแบบไม่ทำลาย

การทดสอบด้วยคลื่นอัลตราโซนิค เป็นวิธี การทดสอบแบบไม่ทำลายชนิดหนึ่งที่ใช้กันทั่วไปในการค้นหาข้อบกพร่องในวัสดุและวัดความหนาของวัตถุ ความถี่ที่ใช้กันทั่วไปคือ 2 ถึง 10 เมกะเฮิร์ตซ์ แต่เพื่อวัตถุประสงค์พิเศษอาจใช้ความถี่อื่น การตรวจสอบอาจทำด้วยมือหรือแบบอัตโนมัติ และเป็นส่วนสำคัญของกระบวนการผลิตสมัยใหม่ โลหะส่วนใหญ่สามารถตรวจสอบได้ เช่นเดียวกับพลาสติกและวัสดุคอมโพสิตสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ คลื่นอัลตราโซนิคความถี่ต่ำ (50–500 กิโลเฮิร์ตซ์) ยังสามารถใช้ตรวจสอบวัสดุที่มีความหนาแน่นน้อย เช่น ไม้คอนกรีตและซีเมนต์ ได้อีก ด้วย
การตรวจสอบรอยเชื่อมด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์เป็นทางเลือกแทนการถ่ายภาพรังสีสำหรับการทดสอบแบบไม่ทำลายตั้งแต่ทศวรรษ 1960 การตรวจสอบด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์ช่วยลดการใช้รังสีไอออน ทำให้มีข้อดีด้านความปลอดภัยและต้นทุน นอกจากนี้ คลื่นอัลตราซาวนด์ยังสามารถให้ข้อมูลเพิ่มเติม เช่น ความลึกของข้อบกพร่องในรอยเชื่อม การตรวจสอบด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์ได้พัฒนาจากวิธีการแบบแมนนวลไปสู่ระบบคอมพิวเตอร์ที่ทำให้กระบวนการส่วนใหญ่เป็นไปโดยอัตโนมัติ การทดสอบรอยเชื่อมด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์สามารถระบุการมีอยู่ของข้อบกพร่อง วัดขนาด และระบุตำแหน่งของข้อบกพร่องได้ ไม่ใช่ว่าวัสดุเชื่อมทุกชนิดจะเหมาะสมกับการตรวจสอบด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์เท่ากัน วัสดุบางชนิดมีขนาดเกรนใหญ่ที่ทำให้เกิดสัญญาณรบกวนพื้นหลังสูงในการวัด[ 35 ]

การวัดความหนาด้วยคลื่นอัลตราโซนิคเป็นเทคนิคหนึ่งที่ใช้ในการตรวจสอบคุณภาพของรอยเชื่อม
การหาช่วงด้วยคลื่นอัลตราโซนิค

การใช้งานอัลตราซาวนด์ที่พบได้ทั่วไปอย่างหนึ่งคือการหาพิกัด ใต้น้ำ ซึ่งการใช้งานนี้เรียกว่าโซนาร์คลื่นอัลตราโซนิกจะถูกสร้างขึ้นในทิศทางที่กำหนด หากมีวัตถุอยู่ในเส้นทางของคลื่นนี้ ส่วนหนึ่งหรือทั้งหมดของคลื่นจะสะท้อนกลับไปยังตัวส่งสัญญาณเป็นเสียงสะท้อนและสามารถตรวจจับได้ผ่านทางตัวรับสัญญาณ โดยการวัดความแตกต่างของเวลาKระหว่างคลื่นที่ส่งออกไปและเสียงสะท้อนที่ได้รับ ก็สามารถกำหนดระยะทางได้
ระยะเวลาในการเดินทางของคลื่นโซนาร์ในน้ำขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความเค็มของน้ำอย่างมาก การวัดระยะด้วยคลื่นอัลตราโซนิคยังใช้สำหรับการวัดในอากาศและในระยะทางสั้นๆ ตัวอย่างเช่น เครื่องมือวัดอัลตราโซนิคแบบพกพาสามารถวัดขนาดของห้องได้อย่างรวดเร็ว
แม้ว่าการวัดระยะใต้น้ำจะทำได้ทั้งในความถี่ต่ำกว่าช่วงที่หูได้ยินและความถี่ที่หูได้ยินในระยะทางไกล (1 ถึงหลายกิโลเมตร) แต่การวัดระยะด้วยคลื่นอัลตราโซนิคจะใช้เมื่อระยะทางสั้นกว่าและต้องการความแม่นยำในการวัดระยะทางที่ดีกว่า การวัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิคอาจมีข้อจำกัดเนื่องจากชั้นน้ำที่มีความเค็ม อุณหภูมิ หรือกระแสน้ำวนแตกต่างกันมาก การวัดระยะในน้ำมีระยะทางตั้งแต่หลายร้อยถึงหลายพันเมตร แต่สามารถทำได้ด้วยความแม่นยำระดับเซนติเมตรถึงเมตร
การระบุตัวตนด้วยอัลตราซาวนด์ (USID)
ระบบ ระบุตำแหน่งด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์ (USID) เป็น เทคโนโลยีระบบ ระบุตำแหน่งแบบเรียลไทม์ (RTLS) หรือระบบระบุตำแหน่งภายในอาคาร (IPS) ที่ใช้ในการติดตามและระบุตำแหน่งของวัตถุโดยอัตโนมัติแบบเรียลไทม์ โดยใช้โหนด (ป้าย/แท็ก) ที่เรียบง่ายและราคาไม่แพง ซึ่งติดอยู่กับหรือฝังอยู่ในวัตถุและอุปกรณ์ต่างๆ จากนั้นโหนดเหล่านี้จะส่งสัญญาณอัลตราซาวนด์เพื่อสื่อสารตำแหน่งของตนไปยังเซ็นเซอร์ไมโครโฟน
การถ่ายภาพ

ศักยภาพในการสร้างภาพด้วยคลื่นเสียงอัลตราโซนิกของวัตถุ ซึ่งคลื่นเสียง 3 GHz สามารถสร้างความละเอียดที่เทียบได้กับภาพทางแสง ได้รับการยอมรับโดย Sergei Sokolov ในปี 1939 ความถี่ดังกล่าวเป็นไปไม่ได้ในขณะนั้น และเทคโนโลยีที่มีอยู่ก็สร้างภาพที่มีความคมชัดค่อนข้างต่ำและมีความไวต่ำ[ 36 ] การสร้างภาพด้วยคลื่น เสียงอัลตราโซนิกใช้ความถี่ 2 เมกะเฮิร์ตซ์ขึ้นไป ความยาวคลื่นที่สั้นกว่าช่วยให้สามารถมองเห็นรายละเอียดภายในขนาดเล็กในโครงสร้างและเนื้อเยื่อได้ ความหนาแน่นของพลังงานโดยทั่วไปน้อยกว่า 1 วัตต์ต่อตารางเซนติเมตรเพื่อหลีกเลี่ยงความร้อนและผลกระทบจากการเกิดโพรงอากาศในวัตถุที่กำลังตรวจสอบ[ 37 ]การประยุกต์ใช้การสร้างภาพด้วยคลื่นเสียงอัลตราโซนิก ได้แก่ การทดสอบแบบไม่ทำลายในอุตสาหกรรม การควบคุมคุณภาพ และการใช้งานทางการแพทย์ การสร้างภาพสามารถมองได้ว่าเป็นการวัดระยะทางพร้อมข้อมูลเชิงมุมเพิ่มเติม[ 36 ]
กล้องจุลทรรศน์อะคูสติก
กล้องจุลทรรศน์อะคูสติกเป็นเทคนิคการใช้คลื่นเสียงเพื่อสร้างภาพโครงสร้างที่มีขนาดเล็กเกินกว่าที่ตาเปล่าจะมองเห็นได้ กล้องจุลทรรศน์อะคูสติกใช้ความถี่สูงและสูงมากจนถึงหลายกิกะเฮิร์ตซ์ การสะท้อนและการเลี้ยวเบนของคลื่นเสียงจากโครงสร้างขนาดเล็กสามารถให้ข้อมูลที่ไม่สามารถหาได้จากการใช้แสง
ยาสำหรับมนุษย์
อัลตราซาวนด์ทางการแพทย์เป็น เทคนิค การถ่ายภาพทางการแพทย์ เพื่อการวินิจฉัยโดยใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ ซึ่งใช้ในการมองเห็นกล้ามเนื้อ เส้นเอ็น และอวัยวะภายในหลายส่วน เพื่อบันทึกขนาด โครงสร้าง และรอยโรค ทางพยาธิวิทยาใด ๆ ด้วยภาพตัดขวางแบบเรียลไทม์ อัลตราซาวนด์ถูกใช้โดยรังสีแพทย์และผู้เชี่ยวชาญด้านอัลตราซาวนด์ในการถ่ายภาพร่างกายมนุษย์มาอย่างน้อย 50 ปีแล้ว และได้กลายเป็นเครื่องมือวินิจฉัยที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย[ 38 ]เทคโนโลยีนี้ค่อนข้างราคาไม่แพงและพกพาสะดวก โดยเฉพาะเมื่อเปรียบเทียบกับเทคนิคอื่น ๆ เช่นการถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI) และการถ่ายภาพด้วยคอมพิวเตอร์ (CT)
อัลตราซาวนด์ยังใช้ในการมองเห็นทารกในครรภ์ระหว่างการดูแลก่อนคลอด ตามปกติและในกรณีฉุกเฉิน การวินิจฉัยดังกล่าวที่ใช้ระหว่างตั้งครรภ์เรียกว่า การตรวจ อัลตราซาวนด์ทาง สูติกรรม อัลตราซาวนด์ยังถูกนำมาใช้มากขึ้นในกรณีการบาดเจ็บและการปฐมพยาบาลโดยทีมตอบสนอง EMT บางทีมใช้อัลตราซาวนด์ฉุกเฉิน นอกจากนี้ อัลตราซาวนด์ยังใช้ในกรณีการวินิจฉัยระยะไกลที่ต้องการ การปรึกษาทาง ไกล เช่น การทดลองทางวิทยาศาสตร์ในอวกาศหรือการวินิจฉัยทีมกีฬาเคลื่อนที่ เนื่องจากอุปกรณ์พกพาสะดวกกว่าเมื่อเทียบกับวิธีการถ่ายภาพอื่นๆ[ 39 ]
ตามข้อมูลจาก RadiologyInfo [ 40 ]การตรวจอัลตราซาวนด์มีประโยชน์ในการตรวจหาความผิดปกติของกระดูกเชิงกรานและอาจเกี่ยวข้องกับเทคนิคที่เรียกว่า อัลตราซาวนด์ ช่องท้อง (transabdominal) อัลตราซาวนด์ ช่องคลอด (transvaginal หรือ endovaginal) ในผู้หญิง และ อัลตราซาวนด์ทวาร หนัก (transrectal) ในผู้ชาย
ในการตรวจอัลตราซาวนด์แบบดอปเปลอร์จะมีการวัดความเร็วของวัตถุควบคู่ไปกับตำแหน่งของวัตถุ วิธีนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในการวิเคราะห์การไหลเวียนของเลือดในหัวใจ ( การตรวจเอโคคาร์ดิโอแกรมแบบดอปเปลอร์ )
ในปัจจุบัน การตรวจอัลตราซาวนด์ที่ดำเนินการอย่างถูกต้องในสาขาการแพทย์นั้น ไม่ก่อให้เกิดความเสี่ยงใดๆ ต่อผู้ป่วย[ 41 ] การตรวจ ด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงไม่ใช้รังสีไอออนและระดับพลังงานที่ใช้ในการสร้างภาพนั้นต่ำเกินกว่าที่จะทำให้เกิดความร้อนหรือแรงดันที่ไม่พึงประสงค์ในเนื้อเยื่อ[ 42 ] [ 43 ]แม้ว่าผลกระทบระยะยาวจากการสัมผัสคลื่นเสียงความถี่สูงในระดับการวินิจฉัยจะยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด[ 44 ]แต่ในปัจจุบัน แพทย์ส่วนใหญ่รู้สึกว่าประโยชน์ต่อผู้ป่วยนั้นมีมากกว่าความเสี่ยง[ 45 ]หลักการ ALARA (As Low As Reasonably Achievable) ได้รับการสนับสนุนสำหรับการตรวจอัลตราซาวนด์ นั่นคือ การรักษาระยะเวลาการสแกนและการตั้งค่าพลังงานให้ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แต่สอดคล้องกับการสร้างภาพเพื่อการวินิจฉัย และตามหลักการนั้น การใช้งานที่ไม่ใช่ทางการแพทย์ ซึ่งโดยนิยามแล้วไม่จำเป็น จะถูกห้ามอย่างเด็ดขาด[ 46 ]
สัตวแพทยศาสตร์
การตรวจอัลตราซาวนด์เพื่อการวินิจฉัยใช้ภายนอกในม้าเพื่อประเมินการบาดเจ็บของเนื้อเยื่ออ่อนและเอ็น และใช้ภายในโดยเฉพาะสำหรับงานด้านการสืบพันธุ์ เช่น การประเมินระบบสืบพันธุ์ของม้าตัวเมียและการตรวจหาการตั้งครรภ์[ 47 ]นอกจากนี้ยังอาจใช้ภายนอกในม้าตัวผู้เพื่อประเมินสภาพและเส้นผ่านศูนย์กลางของอัณฑะ รวมถึงใช้ภายในเพื่อประเมินการสืบพันธุ์ (ท่อนำไข่ ฯลฯ) [ 48 ]
ภายในปี 2548 เทคโนโลยีอัลตราซาวนด์เริ่มถูกนำมาใช้ใน อุตสาหกรรม ปศุสัตว์ เนื้อ เพื่อปรับปรุงสุขภาพสัตว์และผลผลิตของการดำเนินงานปศุสัตว์[ 49 ]อัลตราซาวนด์ใช้ในการประเมินความหนาของไขมัน พื้นที่ของกล้ามเนื้อซี่โครง และไขมันในกล้ามเนื้อของสัตว์ที่มีชีวิต[ 50 ]นอกจากนี้ยังใช้ในการประเมินสุขภาพและลักษณะของลูกวัวที่ยังไม่เกิดด้วย
เทคโนโลยีอัลตราซาวนด์ช่วยให้ผู้ผลิตปศุสัตว์ได้รับข้อมูลที่สามารถนำไปใช้ปรับปรุงการผสมพันธุ์และการเลี้ยงดูปศุสัตว์ได้ เทคโนโลยีนี้อาจมีราคาแพง และต้องใช้เวลามากในการเก็บรวบรวมข้อมูลอย่างต่อเนื่องและการฝึกอบรมผู้ปฏิบัติงาน[ 50 ]อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์ในการจัดการและดำเนินงานการผสมพันธุ์ปศุสัตว์[ 49 ]
การประมวลผลและพลังงาน
การใช้งานอัลตราซาวนด์กำลังสูงมักใช้ความถี่ระหว่าง 20 kHz ถึงหลายร้อย kHz ความเข้มอาจสูงมาก เกิน 10 วัตต์ต่อตารางเซนติเมตร สามารถเหนี่ยวนำให้เกิดคาวิตาชันในตัวกลางที่เป็นของเหลวได้ และบางการใช้งานใช้กำลังสูงถึง 1,000 วัตต์ต่อตารางเซนติเมตร ความเข้มสูงเช่นนี้สามารถเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีหรือก่อให้เกิดผลกระทบที่สำคัญโดยการกระทำทางกลโดยตรง และสามารถยับยั้งจุลินทรีย์ที่เป็นอันตรายได้[ 37 ]
กายภาพบำบัด
มีการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์มาตั้งแต่ทศวรรษ 1940 โดยนักกายภาพบำบัดและนักกิจกรรมบำบัดเพื่อรักษาเนื้อเยื่อเกี่ยวพันได้แก่เอ็นเส้นเอ็นและพังผืด (รวมถึงเนื้อเยื่อแผลเป็น ด้วย ) [ 51 ]สภาวะที่อาจใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ในการรักษา ได้แก่ ตัวอย่างต่อไปนี้: เอ็นฉีกขาดกล้ามเนื้อตึงเอ็นอักเสบ ข้ออักเสบ ฝ่าเท้าอักเสบปวดกระดูกฝ่าเท้าระคาย เคือง ข้อต่อ กลุ่ม อาการกด ทับถุงน้ำข้ออักเสบ โรคข้อ อักเสบ รูมา ต อยด์โรคข้อเสื่อมและการยึดติดของเนื้อเยื่อแผลเป็น
คลื่นอัลตราซาวนด์ที่มีกำลังค่อนข้างสูงสามารถสลายหินหรือเนื้อเยื่อ เพิ่มการซึมผ่านของผิวหนังเร่งผลของยาในบริเวณเป้าหมาย ช่วยในการวัดคุณสมบัติความยืดหยุ่นของเนื้อเยื่อ และสามารถใช้ในการคัดแยกเซลล์หรืออนุภาคขนาดเล็กเพื่อการวิจัยได้[ 52 ]
การบำบัดด้วยแรงกระแทกอัลตราโซนิก
การบำบัดด้วยแรงกระแทกอัลตราโซนิก (UIT) ใช้คลื่นอัลตราโซนิกเพื่อเพิ่มคุณสมบัติทางกลและทางกายภาพของโลหะ[ 53 ]เป็นเทคนิคการแปรรูปทางโลหะวิทยาที่ใช้พลังงานอัลตราโซนิกกับวัตถุโลหะ การบำบัดด้วยอัลตราโซนิกสามารถส่งผลให้เกิดความเค้นอัดตกค้างที่ควบคุมได้ การปรับปรุงโครงสร้างผลึก และการลดขนาดผลึก ความล้าแบบรอบต่ำและรอบสูงได้รับการปรับปรุง และมีการบันทึกว่าให้ผลลัพธ์ที่เพิ่มขึ้นถึงสิบเท่าเมื่อเทียบกับชิ้นงานที่ไม่ได้รับการบำบัดด้วย UIT นอกจากนี้ UIT ยังได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพในการแก้ไขปัญหาการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น ความล้าจากการกัดกร่อนและปัญหาที่เกี่ยวข้อง
เมื่อเครื่องมือ UIT ซึ่งประกอบด้วยตัวแปลงสัญญาณอัลตราโซนิก หมุด และส่วนประกอบอื่นๆ สัมผัสกับชิ้นงาน มันจะเกิดการจับคู่ทางเสียงกับชิ้นงาน ทำให้เกิดการสั่นพ้องแบบฮาร์มอนิก[ 54 ]การสั่นพ้องแบบฮาร์มอนิกนี้เกิดขึ้นที่ความถี่ที่ได้รับการปรับเทียบอย่างระมัดระวัง ซึ่งโลหะจะตอบสนองได้ดีมาก
ขึ้นอยู่กับผลลัพธ์ที่ต้องการของการรักษา จะมีการใช้ความถี่และแอมพลิจูดการกระจัดที่แตกต่างกันร่วมกัน ความถี่เหล่านี้อยู่ในช่วงระหว่าง 25 ถึง 55 kHz [ 55 ]โดยมีแอมพลิจูดการกระจัดของวัตถุที่เกิดการสั่นพ้องอยู่ระหว่าง 22 ถึง 50 μm (0.00087 ถึง 0.0020 นิ้ว)
อุปกรณ์ UIT อาศัยทรานสดิวเซอร์ แบบแมกนีโต สตริกทีฟ
กำลังประมวลผล
การใช้คลื่นอัลตราโซนิคมีศักยภาพสูงในการแปรรูปของเหลวและสารละลายข้น โดยช่วยปรับปรุงการผสมและปฏิกิริยาเคมีในงานและอุตสาหกรรมต่างๆ การใช้คลื่นอัลตราโซนิคจะสร้างคลื่นความดันต่ำและความดันสูงสลับกันในของเหลว ทำให้เกิดการก่อตัวและการยุบตัวอย่างรุนแรงของ ฟอง อากาศ ขนาดเล็ก ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การเกิด โพรงอากาศ (cavitation)ซึ่งก่อให้เกิดเจ็ทของเหลวความเร็วสูงและแรงเฉือนไฮโดรไดนามิกที่รุนแรง ผลกระทบเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในการลดการจับตัวเป็นก้อนและการบดวัสดุขนาดไมโครเมตรและนาโนเมตร รวมถึงการทำลายเซลล์หรือการผสมสารตั้งต้น ในแง่นี้ การใช้คลื่นอัลตราโซนิคจึงเป็นทางเลือกแทนเครื่องผสมความเร็วสูงและเครื่องบดลูกปัดแบบกวน แผ่นฟอยล์อัลตราโซนิคใต้ลวดที่เคลื่อนที่ในเครื่องผลิตกระดาษจะใช้คลื่นกระแทกจากฟองอากาศที่ยุบตัวเพื่อกระจายเส้นใยเซลลูโลสให้สม่ำเสมอยิ่งขึ้นในแผ่นกระดาษที่ผลิตได้ ทำให้ได้กระดาษที่แข็งแรงกว่าและมีพื้นผิวเรียบกว่า นอกจากนี้ ปฏิกิริยาเคมียังได้รับประโยชน์จากอนุมูลอิสระที่เกิดจากการเกิดโพรงอากาศ รวมถึงพลังงานที่ป้อนเข้าไปและการถ่ายโอนวัสดุผ่านชั้นขอบเขต สำหรับกระบวนการหลายอย่าง ผลกระทบจากคลื่นเสียงความถี่สูง (ดูโซโนเคมี ) นี้ นำไปสู่การลดเวลาในการเกิดปฏิกิริยาลงอย่างมาก เช่น ในกระบวนการทรานส์เอสเตอริฟิเคชันของน้ำมันเพื่อผลิตไบโอดีเซล

การใช้งานด้านการประมวลผลหลายอย่าง เช่น การตกผลึกระดับนาโน การสร้างอิมัลชันระดับนาโน[ 56 ]การแยกกลุ่ม การสกัด การทำลายเซลล์ และอื่นๆ อีกมากมาย จำเป็นต้องใช้ความเข้มของคลื่นอัลตราโซนิกจำนวนมากและแอมพลิจูดการสั่นสะเทือนของคลื่นอัลตราโซนิกสูง โดยทั่วไป กระบวนการจะถูกทดสอบในระดับห้องปฏิบัติการก่อนเพื่อพิสูจน์ความเป็นไปได้และกำหนดพารามิเตอร์การสัมผัสคลื่นอัลตราโซนิกที่จำเป็นบางประการ หลังจากขั้นตอนนี้เสร็จสิ้น กระบวนการจะถูกถ่ายโอนไปยังระดับนำร่อง (ระดับห้องปฏิบัติการ) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตล่วงหน้าแบบไหลผ่าน และจากนั้นไปยังระดับอุตสาหกรรมสำหรับการผลิตอย่างต่อเนื่อง ในระหว่างขั้นตอนการขยายขนาดเหล่านี้ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าเงื่อนไขการสัมผัสในพื้นที่ทั้งหมด (แอมพลิจูดของคลื่นอัลตรา โซนิก ความเข้ม ของการเกิดโพรงอากาศเวลาที่ใช้ในโซนการเกิดโพรงอากาศที่ใช้งานอยู่ ฯลฯ) ยังคงเหมือนเดิม หากตรงตามเงื่อนไขนี้ คุณภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจะยังคงอยู่ในระดับที่เหมาะสมที่สุด ในขณะที่ผลผลิตจะเพิ่มขึ้นด้วย "ปัจจัยการขยายขนาด" ที่คาดการณ์ได้ การเพิ่มผลผลิตเป็นผลมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าระบบประมวลผลอัลตราโซนิกระดับห้องปฏิบัติการ ระดับโต๊ะ และระดับอุตสาหกรรมนั้นมีการใช้ฮอร์นอัลตรา โซนิกขนาดใหญ่ ขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งสามารถสร้างโซนคาวิตาชันที่มีความเข้มสูงขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ และด้วยเหตุนี้จึงสามารถประมวลผลวัสดุได้มากขึ้นต่อหน่วยเวลา นี่เรียกว่า "การขยายขนาดโดยตรง" สิ่งสำคัญคือต้องชี้ให้เห็นว่าการเพิ่มกำลังของตัวประมวลผลอัลตราโซนิกเพียงอย่างเดียวไม่ได้ส่งผลให้เกิดการขยายขนาดโดยตรง เนื่องจากอาจจะ (และมักจะ) มาพร้อมกับการลดลงของแอมพลิจูดอัลตราโซนิกและความเข้มของคาวิตาชัน ในระหว่างการขยายขนาดโดยตรง เงื่อนไขการประมวลผลทั้งหมดจะต้องคงไว้ ในขณะที่กำลังไฟฟ้าของอุปกรณ์จะเพิ่มขึ้นเพื่อให้สามารถใช้งานฮอร์นอัลตราโซนิกขนาดใหญ่ขึ้นได้[ 57 ] [ 58 ] [ 59 ]
การจัดการและวิเคราะห์อนุภาคด้วยคลื่นอัลตราโซนิก
นักวิจัยที่สถาบันวิจัยวัสดุอุตสาหกรรม Alessandro Malutta ได้คิดค้นการทดลองที่แสดงให้เห็นถึงการดักจับของคลื่นนิ่งอัลตราโซนิกบนเส้นใยเยื่อไม้ที่เจือจางในน้ำ และการจัดเรียงขนานกันในระนาบแรงดันที่มีระยะห่างเท่ากัน[ 60 ]เวลาในการจัดเรียงเส้นใยในระนาบที่มีระยะห่างเท่ากันนั้นวัดได้ด้วยเลเซอร์และเซ็นเซอร์อิเล็กโทรออปติคอล ซึ่งอาจช่วยให้อุตสาหกรรมกระดาษมีระบบวัดขนาดเส้นใยแบบออนไลน์ที่รวดเร็ว การใช้งานที่แตกต่างออกไปเล็กน้อยได้รับการสาธิตที่มหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนียสเตทโดยใช้ไมโครชิปที่สร้างคลื่นเสียงพื้นผิวนิ่งตั้งฉากคู่หนึ่ง ทำให้สามารถวางอนุภาคให้มีระยะห่างเท่ากันบนตารางได้ การทดลองนี้เรียกว่าแหนบอะคูสติกสามารถนำไปใช้ในการประยุกต์ใช้ในด้านวัสดุศาสตร์ ชีววิทยา ฟิสิกส์ เคมี และนาโนเทคโนโลยี
การทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิค
เครื่องทำความสะอาดอัลตราโซนิกซึ่งบางครั้งอาจเรียกผิดว่าเป็นเครื่องทำความสะอาดซูเปอร์โซ นิ ก ใช้ความถี่ตั้งแต่ 20 ถึง 40 กิโลเฮิร์ตซ์สำหรับทำความสะอาดเครื่องประดับ เลนส์และชิ้นส่วนทางแสงอื่นๆ นาฬิกาเครื่องมือ ทันตกรรม เครื่องมือผ่าตัด อุปกรณ์ควบคุมแรงดันอากาศสำหรับดำน้ำและชิ้นส่วนอุตสาหกรรม เครื่องทำความสะอาดอัลตราโซนิกทำงานโดยใช้พลังงานที่ปล่อยออกมาจากการยุบตัวของ ฟอง อากาศ ขนาดเล็กนับล้าน ฟองใกล้กับพื้นผิวที่สกปรก ฟองอากาศที่ยุบตัวจะก่อให้เกิดคลื่นกระแทกขนาดเล็กที่ทำลายและกระจายสิ่งปนเปื้อนบนพื้นผิวของวัตถุ
การสลายด้วยคลื่นอัลตราโซนิค
เช่นเดียวกับการทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิคเซลล์ชีวภาพรวมถึงแบคทีเรียสามารถสลายตัวได้ คลื่นอัลตราโซนิคกำลังสูงทำให้เกิดโพรงอากาศซึ่งอำนวยความสะดวกในการสลายตัวของอนุภาคหรือปฏิกิริยา ซึ่งมีประโยชน์ในวิทยาศาสตร์ชีวภาพเพื่อวัตถุประสงค์ในการวิเคราะห์หรือทางเคมี ( การใช้คลื่นเสียงและการเจาะด้วยคลื่นเสียง ) และในการฆ่าแบคทีเรียในน้ำเสีย คลื่นอัลตราโซนิคกำลังสูงสามารถสลายตัวของกากข้าวโพดและเพิ่มการทำให้เป็นของเหลวและการทำให้เป็นน้ำตาลเพื่อผลผลิตเอทานอลที่สูงขึ้นในโรงงานสีข้าวโพดแห้ง[ 61 ] [ 62 ]
เครื่องเพิ่มความชื้นแบบอัลตราโซนิก
เครื่องเพิ่มความชื้นแบบอัลตราโซนิก ซึ่งเป็นเครื่องพ่นละออง ชนิดหนึ่ง (อุปกรณ์ที่สร้างละอองละเอียดมาก) เป็นเครื่องเพิ่มความชื้นที่นิยมใช้กัน โดยทำงานด้วยการสั่นแผ่นโลหะด้วยความถี่อัลตราโซนิกเพื่อทำให้ละอองน้ำ (บางครั้งเรียกผิดว่า "ทำให้เป็นละออง") เนื่องจากน้ำไม่ได้ถูกทำให้ร้อนเพื่อระเหย จึงทำให้เกิดละอองเย็น คลื่นความดันอัลตราโซนิกไม่เพียงแต่ทำให้ละอองน้ำเท่านั้น แต่ยังทำให้ละอองสารต่างๆ ในน้ำรวมถึงแคลเซียม แร่ธาตุอื่นๆ ไวรัส เชื้อรา แบคทีเรีย[ 63 ]และสิ่งเจือปนอื่นๆ กลายเป็นละอองด้วย โรคที่เกิดจากสิ่งเจือปนที่อยู่ในอ่างเก็บน้ำของเครื่องเพิ่มความชื้นจัดอยู่ในประเภท "ไข้จากเครื่องเพิ่มความชื้น"
เครื่องเพิ่มความชื้นแบบอัลตราโซนิกมักใช้ในระบบปลูกพืชแบบไร้ดินซึ่งโดยทั่วไปจะเรียกว่าเครื่องพ่นหมอก
การเชื่อมด้วยคลื่นอัลตราโซนิค
ในการเชื่อมพลาสติกด้วยคลื่นอัลตราโซนิค จะใช้การสั่นสะเทือนความถี่สูง (15 kHz ถึง 40 kHz) ที่มีแอมพลิจูดต่ำ เพื่อสร้างความร้อนโดยอาศัยแรงเสียดทานระหว่างวัสดุที่จะเชื่อม พื้นผิวสัมผัสของชิ้นส่วนทั้งสองได้รับการออกแบบเป็นพิเศษเพื่อรวมพลังงานให้เข้มข้น เพื่อให้ได้ความแข็งแรงของการเชื่อมสูงสุด
เคมีเสียง
คลื่นอัลตราซาวนด์พลังงานในช่วง 20–100 kHz ถูกนำมาใช้ในทางเคมี คลื่นอัลตราซาวนด์ไม่ได้มีปฏิสัมพันธ์โดยตรงกับโมเลกุลเพื่อเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมี เนื่องจากความยาวคลื่นโดยทั่วไป (ในช่วงมิลลิเมตร) ยาวเกินไปเมื่อเทียบกับโมเลกุล แต่พลังงานจะทำให้เกิดการเกิดโพรงอากาศซึ่งสร้างอุณหภูมิและความดันสูงในของเหลวที่เกิดปฏิกิริยา คลื่นอัลตราซาวนด์ยังทำลายของแข็งและกำจัดชั้นของวัสดุเฉื่อยเพื่อให้มีพื้นที่ผิว มากขึ้น สำหรับการเกิดปฏิกิริยา ผลกระทบทั้งสองนี้ทำให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้นเร็วขึ้น ในปี 2551 Atul Kumarได้รายงานการสังเคราะห์ Hantzsch esters และอนุพันธ์ของโพลีไฮโดรควิโนลีนผ่านโปรโตคอลปฏิกิริยาหลายองค์ประกอบในไมเซลล์ ในน้ำ โดยใช้คลื่นอัลตราซาวนด์[ 64 ]
มีการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ในการสกัดโดยใช้ความถี่ที่แตกต่างกัน
การใช้งานอื่นๆ
เมื่อนำไปใช้ในรูปแบบที่เหมาะสม อัลตราซาวนด์สามารถสร้างแสงวาบสั้นๆ ในปรากฏการณ์ที่เรียกว่าโซโนลูมิเนสเซนซ์ (sonoluminescence )
คลื่นอัลตราซาวนด์ถูกนำมาใช้ในการจำแนกลักษณะของอนุภาคโดยใช้เทคนิคสเปกโทรสโกปีการลดทอนของคลื่นอัลตราซาวนด์หรือโดยการสังเกตปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าอะคู สติก หรือโดยการใช้ คลื่นอัลตรา ซา วนด์แบบพัลส์ผ่านกะโหลกศีรษะ
การสื่อสารไร้สาย
เสียงสามารถส่งผ่านได้โดยใช้คลื่นอัลตราซาวนด์แบบปรับความถี่
การใช้งานอัลตราซาวนด์ในกลุ่มผู้บริโภคที่เคยได้รับความนิยมในอดีตคือการใช้งานในรีโมทคอนโทรล โทรทัศน์ สำหรับปรับระดับเสียงและเปลี่ยนช่อง ระบบนี้ได้รับการแนะนำโดยZenithในช่วงปลายทศวรรษ 1950 โดยใช้รีโมทคอนโทรลแบบพกพาที่มีแท่งเรโซเนเตอร์สั้น ๆ ที่ถูกตีด้วยค้อนขนาดเล็ก และไมโครโฟนบนเครื่องรับโทรทัศน์ ตัวกรองและตัวตรวจจับจะแยกแยะการทำงานต่าง ๆ ข้อดีหลักคือไม่จำเป็นต้องใช้แบตเตอรี่ในกล่องควบคุมแบบพกพา และแตกต่างจากคลื่นวิทยุอัลตราซาวนด์ไม่น่าจะส่งผลกระทบต่อเครื่องรับโทรทัศน์ที่อยู่ใกล้เคียง อัลตราซาวนด์ยังคงใช้งานอยู่จนกระทั่งถูกแทนที่ด้วยระบบอินฟราเรดตั้งแต่ปลายทศวรรษ 1980 [ 65 ]
ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2558 The Economistรายงานว่านักวิจัยที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ได้ทำการศึกษาอัลตราซาวนด์โดยใช้ไดอะแฟรมกราฟีน ความบางและน้ำหนักเบาของกราฟีน ประกอบกับความแข็งแรง ทำให้เป็นวัสดุที่มีประสิทธิภาพในการใช้งานด้านการสื่อสารอัลตราซาวนด์ การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีที่แนะนำอย่างหนึ่งคือการสื่อสารใต้น้ำ ซึ่งโดยทั่วไปคลื่นวิทยุไม่สามารถเดินทางได้ดี[ 66 ]
สัญญาณอัลตราโซนิกถูกนำมาใช้ใน "บีคอนเสียง" สำหรับ การติดตาม ผู้ใช้อินเทอร์เน็ตข้ามอุปกรณ์[ 67 ] [ 68 ]
ความปลอดภัย
การสัมผัสกับคลื่นอัลตราซาวนด์ในที่ทำงานที่ระดับเกิน 120 dB อาจทำให้สูญเสียการได้ยิน การสัมผัสที่ระดับเกิน 155 dB อาจทำให้เกิดความร้อนซึ่งเป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ และมีการคำนวณว่าการสัมผัสที่ระดับเกิน 180 dB อาจทำให้เสียชีวิตได้[ 69 ]กลุ่มที่ปรึกษาอิสระด้านรังสีที่ไม่ก่อให้เกิดไอออนของสหราชอาณาจักร (AGNIR) ได้จัดทำรายงานในปี 2010 ซึ่งเผยแพร่โดยสำนักงานคุ้มครองสุขภาพแห่งสหราชอาณาจักร (HPA) รายงานฉบับนี้แนะนำขีดจำกัดการสัมผัสสำหรับประชาชนทั่วไปต่อระดับความดันเสียง (SPL) ของคลื่นอัลตราซาวนด์ในอากาศที่ 70 dB (ที่ 20 kHz) และ 100 dB (ที่ 25 kHz ขึ้นไป) [ 70 ]
ในการตรวจอัลตราซาวนด์ทางการแพทย์ มีแนวทางปฏิบัติเพื่อป้องกันการเกิดโพรงอากาศเนื่องจากแรง เฉื่อย ความเสี่ยงต่อความเสียหายจากโพรงอากาศเนื่องจากแรงเฉื่อยนั้นแสดงด้วยดัชนีเชิงกล
ดูเพิ่มเติม
- การพ่นละอองเสียง
- การปล่อยคลื่นเสียง
- เครื่องตรวจจับค้างคาว
- อัลตราซาวนด์เสริมความคมชัด
- หน่วยความจำแบบดีเลย์ไลน์
- การวินิจฉัยโรคโดยใช้คลื่นอัลตราซาวนด์แบบโฟกัส
- คลื่นเสียงความถี่ต่ำมาก (อินฟราซาวด์) — เสียงที่มีความถี่ต่ำอย่างยิ่ง
- ไอโซโคอิก
- เลเซอร์อัลตราโซนิก
- อัลตราโซนิกส์แบบอาร์เรย์เฟส
- อัลตราโซนิกระดับพิโควินาที
- โซโนไมโครเมตรี
- เสียงจากคลื่นอัลตราซาวนด์ (หรือที่เรียกว่าเสียงไฮเปอร์โซนิก)
- คลื่นเสียงพื้นผิว
- มอเตอร์อัลตราโซนิก
- การลดทอนของคลื่นอัลตราโซนิก
- สเปกโทรสโกปีการลดทอนของคลื่นอัลตราซาวนด์
อ่านเพิ่มเติม
- Kundu T (2004). การประเมินแบบไม่ทำลายด้วยคลื่นอัลตราโซนิค: การจำแนกลักษณะวัสดุทางวิศวกรรมและชีวภาพโบคา ราตัน, ฟลอริดา: CRC Press. ISBN 978-0-8493-1462-9.
- Grzesik J, Pluta E (1983). "ความเสี่ยงต่อการได้ยินความถี่สูงของผู้ปฏิบัติงานอุปกรณ์อัลตราโซนิกในอุตสาหกรรม" วารสารนานาชาติ ว่าด้วยอาชีวอนามัยและสิ่งแวดล้อม53 (1): 77– 88. Bibcode : 1983IAOEH..53...77G . doi : 10.1007/BF00406179 . PMID 6654504 . S2CID 37176293 .
ลิงก์ภายนอก
- แนวทางการใช้เครื่องอัลตราซาวนด์อย่างปลอดภัย : ข้อมูลเชิงลึกอันมีค่าเกี่ยวกับเงื่อนไขขอบเขตที่นำไปสู่การใช้เครื่องอัลตราซาวนด์ในทางที่ผิด
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ อัลตราซาวนด์
คลื่นอัลตราซาวนด์คือคลื่นเสียงที่มีความถี่มากกว่า 20 กิโลเฮิร์ตซ์ความถี่นี้เป็นขีดจำกัดการได้ยินสูงสุดโดยประมาณของมนุษย์ในผู้ใหญ่หนุ่มสาวที่มีสุขภาพดี...
ประวัติศาสตร์
วิชา อะคูสติกส์ ซึ่งเป็นวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับ เสียง เริ่มต้นมาตั้งแต่สมัย พีทาโก拉斯 ในศตวรรษที่ 6 ก่อนคริสต์ศักราช ซึ่งเขียนเกี่ยวกับคุณสมบัติทางคณิตศาสตร์ของ เครื่องดนตรีประเภทสาย การใช้ เสียงสะท้อน ในการหาตำแหน่งของค้างคาวถูกค้นพบโดย ลาซซาโร สปัลลันซานี ในปี...
คำนิยาม
สถาบันมาตรฐานแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา ได้ให้คำจำกัดความของคลื่นอัลตราซาวนด์ว่า " เสียง ที่มีความถี่มากกว่า 20 กิโลเฮิร์ตซ์" ในอากาศที่ความดันบรรยากาศ คลื่นอัลตราโซนิกจะมี ช่วงความยาวคลื่น 1.9 เซนติเมตรหรือน้อยกว่า
มนุษย์
ขีดจำกัดความถี่สูงสุดในมนุษย์ (ประมาณ 20 kHz) เกิดจากข้อจำกัดของ หูชั้นกลาง การ รับรู้การได้ยิน สามารถเกิดขึ้นได้หากคลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงถูกส่งตรงเข้าไปใน กะโหลกศีรษะของมนุษย์ และไปถึง โคเคลีย ผ่าน การนำเสียง ผ่านกระดูก โดยไม่ต้องผ่านหูชั้นกลาง [ 15 ]