Ультразвук

Ультразвукові коливання - це механічні коливання в газах, рідинах і твердих тілах з частотою n = 2,104 -1013Гц. Людське вухо не сприймає ультразвук, проте деякі тварини, наприклад, кажани можуть і чути, і видавати ультразвук. Частково сприймають його гризунів, кішки, собаки, кити, дельфіни. Ультразвукові коливання виникають при роботі моторів автомобілів, верстатів і ракетних двигунів.

В практиці для отримання ультразвуку звичайно застосовують електромеханічні генератори ультразвуку, дія яких заснована на здатності деяких матеріалів змінювати свої розміри під дією магнітного (магнітострикційні генератори) або електричного поля (п'єзоелектричні генератори), при цьому генератори видають звуки високої частоти.

Унаслідок великої частоти (малої довжини хвилі) ультразвук володіє особливими властивостями. Так, подібно світлу, ультразвукові хвилі можуть утворювати строго направлені пучки. Віддзеркалення і заломлення цих пучків на межі двох середовищ підкоряється законам геометричної оптики. Він сильно поглинається газами і слабко - рідинами. В рідині під впливом ультразвука утворюються пустки у вигляді найдрібніших пухирців з короткочасним зростанням тиску усередині них. Крім того, ультразвукові хвилі прискорюють протікання процесів дифузії (взаємопроникнення двох середовищ один в одного). Ультразвукові хвилі істотно впливають на розчинність речовини і в цілому на хід хімічних реакцій.

Ці властивості ультразвуку і особливості його взаємодії з середовищем обумовлюють його широке технічне і медичне використовування. Ультразвук застосовують в медицині і біології для ехолокації, для виявлення і лікування пухлин і деяких дефектів в тканинах організму, в хірургії і травматології для розтину м'яких і кісткових тканин при різних операціях, для зварки зламаних кісток, для руйнування кліток (ультразвук великої потужності). В ультразвуковій терапії для лікувальної мети використовують коливання 800-900 кГц.

В полі ультразвукових коливань в живих тканинах ультразвук надає механічну, термічну, физико-хімічну дію (мікромасаж кліток і тканин). При цьому активізуються обмінні процеси, підвищуються імунні властивості організму. Ультразвук надає виражене знеболююче, спазмолітичне, протизапальне і загальнотонізуючу дію, стимулює крово- і лімфообіг, прискорює регенеративні процеси, покращує трофіку тканин. Час дії на больову зону 3-5 мін, а в сумі - на декілька зон - не більше 12-15 мін на всю процедуру і не більше 10-12 процедур раз на 3 місяці. Оскільки ультразвук повністю відображається від якнайтонших прошарків повітря, до тіла його підводять через безповітряні контактні середовища.

Останнім часом усе більш широке поширення у виробництві знаходять технологічні процеси, засновані на використанні енергії ультразвуку. Ультразвук знайшов також застосування в медицині. У зв'язку з ростом одиничних потужностей і швидкостей різних агрегатів і машин ростуть рівні шуму, у тому числі й в ультразвуковій області частот.

Ультразвуком називають механічні коливання пружного середовища з частотою, що перевищує верхню межу чутності -20 кгц. Одиницею виміру рівня звукового тиску є дБ. Одиницею виміру інтенсивності ультразвуку є ват на квадратний сантиметр Ультразвук має головний образ локальною дією на організм, оскільки передається при безпосередньому контакті з ультразвуковим інструментом, оброблюваними чи деталями середовищами, де збуджуються ультразвукові коливання. Ультразвукові коливання, генеруючи ультразвуком низькочастотним промисловим устаткуванням, впливають на організм людини. Тривалий систематичний вплив ультразвуку, що поширюється повітряним шляхом, викликає зміни нервової, серцево-судинної й ендокринної систем, слухового і вестибулярного аналізаторів. Найбільш характерним є наявність вегетосудинної дистонії й астенічного синдрому.

Ступінь виразності змін залежить від інтенсивності і тривалості впливу ультразвуку і підсилюється при наявності в спектрі високочастотного шуму, при цьому приєднується виражене зниження слуху. У випадку продовження контакту з ультразвуком зазначені розлади здобувають більш стійкий характер.

При дії локального ультразвуку виникають явища вегетативного поліневриту рук (рідше ніг) різного ступеня виразності, аж до розвитку парезу кистей і передпліч, вегетативно-судинної дисфункції.

Характер змін, що виникають в організмі під впливом ультразвуку, залежить від дози впливу.

Малі дози - рівень звуку 80-90 дб - дають стимулюючий ефект - мікромасаж, прискорення обмінних процесів. Великі дози - рівень звуку 120 і більш дб – дають вражаючий ефект.

Основу профілактики несприятливого впливу ультразвуку на осіб, що обслуговують ультразвукові установки, складає гігієнічне нормування.

Відповідно до ДСТ 12.1.01-89 "Ультразвук. Загальні вимоги безпеки", "Санітарними нормами і правилами при роботі на промислових ультразвукових установках" (№ 1733-77) обмежуються рівні звукового тиску у високочастотній області чутних звуків і ультразвуків на робочих місцях (від 80 до 110 дб при середньогеометричних частотах третьоктавних смуг від 12,5 до 100 кгц).

Ультразвук, що передається контактним шляхом, нормується "Санітарними нормами і правилами при роботі з устаткуванням, що створює ультразвуки, що передаються контактним шляхом на руки працюючих" № 2282-80.

Міри попередження несприятливої дії ультразвуку на організм операторів технологічних установок, персоналу лікувально-діагностичних кабінетів складаються в першу чергу в проведенні заходів технічного характеру. До них відносяться створення автоматизованого ультразвукового устаткування з дистанційним керуванням; використання по можливості малопотужного устаткування, що сприяє зниженню інтенсивності шуму й ультразвуку на робочих місцях на 20-40 дб;

розміщення устаткування в звукоізольваних приміщеннях кабінетах з дистанційним керуванням; устаткування звукоізолюючих пристроїв, кожухів, екранів з листової чи сталі дюралюмінію, покритих гумою, противошумовою мастикою й іншими матеріалами.

При проектуванні ультразвукових установок доцільно використовувати робочі частоти, найбільш вилучені від чутного діапазону - не нижче 22 кгц.

Щоб виключити вплив ультразвуку при контакті з рідкими і твердими середовищами, необхідно встановлювати систему автоматичного відключення ультразвукових перетворювачів при операціях, під час яких можливий контакт (наприклад, завантаження і вивантаження матеріалів). Для захисту рук від контактної дії ультразвуку рекомендується застосування спеціального робочого інструмента з віброізолюючиєю рукояткою.

Якщо по виробничих причинах неможливо знизити рівень інтенсивності шуму й ультразвуку до припустимих значень, необхідне використання засобів індивідуального захисту - протишумів, гумових рукавичок з бавовняною прокладкою й ін.

Розвиток техніки і транспортних засобів, удосконалювання технологічних процесів і устаткування супроводжуються збільшенням потужності і габаритів машин що обумовлює тенденцію підвищення низькочастотних складових у спектрах і поява інфразвуку, що є порівняно новим, не цілком вивченим фактором виробничого середовища.

Лекція9

Характеристика інфразвуку.

Інфразвукові джерела можуть бути:

природними - створені сильними вітрами при обдуванні будівель та водяної поверхні,

штучними (промисловими) – механізми з великою поверхнею, які створюють зворотно-поступальні рухи; механізми з числом циклів не більше 220 в секунду створюють інфразвук механічного походження; реактивні двигуни; ДВ Згорання; турбіни; вентилятори; компресори та установки, які створюють великі турбулентні маси потоків газу спричиняють виникненню інфразвуку аеродинамічного походження.

Інфразвук сприймається людиною за рахунок слухової чутливості. Так при частотах 2 –5Гц і рівневі 100 – 125 дБ людина відчуває головну біль та ускладнене ковтання за рахунок зміни тиску в середньому вусі.

Підвищення рівня до 125 –137 дБ може викликати вібрацію грудної клітки. Інфразвук з частотою 15 –20 Гц викликає відчуття страху знижує слухову активність, зменшує вестибулярні властивості.

Інфразвук діє на достатньо великій відстані – 800 метрів. Крім цих наслідків його дія обумовлює брязкотіння посуди, вікон при рівні більше 40 дБ.

Нормування інфразвуку в навколишньому середовищі проводять за санітарними нормами №42-128-4948-89.

Нормуючими параметрами постійного інфразвуку для території житлової зони є рівні звукового тиску в октанових полосах з середньо-геометричними частотами 2.4, 8, 16, 31,5 Гц не повинні перевищувати 90дБ, а в октанових полосах рівні звукового тиску не повинні перевищувати – 80 дБ (всередині будівлі рівень інфразвуку не нормується).

Нормуючими параметрами непостійного інфразвуку є еквівалентні (по енергії) рівні звукового тиску з середньо-геометричними частотами вказаними вище.

При дії інфразвуку з рівнем 120 дБ виникають больові відчуття. При частоті 5-10 Гц виникає відчуття вібрації внутрішніх органів. Небезпечним є інфразвук з частотою 8 Гц яка відповідає частоті ритмів біотоків головного мозку.

Степінь виразності інфразвуку визначається за величиною частоти:

6-10 дБ – признаки наявності інфразвуку

11-20 дБ – помірно виражений інфразвук

20-30 дБ - чітко виражений

більше 30 дБ – значний.