超音波は、人間の耳の可聴限界よりも高い周波数の音波です。簡単に言うと、超音波は (20kHz) または (20,000Hz) を超える周波数、つまり最大可聴周波数を超える音です。数ギガヘルツの超音波を発生させることはできますが、検出することはできません。超音波は、物理的性質の点で可聴音と多くの共通点があります。
獲物を見つけるために、コウモリなどの動物は超音波に基づく反響定位メカニズムを使用します。犬や猫などの動物は、最大 (60 ～ 65kHz) の超音波を検出できます。犬の調教師が使用する犬笛は、周波数 (23 – 45kHz) の超音波を生成します。
超音波は、通常の音と同様の物理的性質を持っています。コウモリは、さまざまな超音波範囲 (エコーロケーション) 戦略を使用して獲物を識別し、200kHz もの高い周波数を検出できます。ハクジラは、イルカと同様に超音波を発し、それを利用して海を横断し、獲物を捕らえます。超音波は、医療、通信、ナビゲーション、テスト、洗浄、検出、測距、混合などに使用されます。
超音波の応用
<オール> ひび割れの検出:橋や建物などの主要な建造物を構成するために使用される大きな金属部品のひび割れは、超音波を使用して検出されます。熟練したスペシャリストが、建物が発する超音波を解釈し、分析ソフトウェアを使用してこれらの建物のセクションの欠陥を発見して分類します。
心エコー検査:心エコー検査は、専門家が患者の心臓の健康状態を検査するために使用する手順です。さまざまな領域からの超音波の反射と検出の技術を使用して、超音波を使用して心臓の画像を取得します。
クリーニング:大型機械のスパイラル チューブやさまざまな電子部品は、クリーニングが困難です。これらの装置では、洗浄に超音波が使用されています。洗浄対象物を適切な洗浄剤の溶液に浸し、超音波を通過させます。これらの高周波振動が発生する結果、汚れや油が表面から剥がれ落ちます。
USID:Ultrasound Identification (USID) はリアルタイム ロケーション システム (RTLS) です。これは、物体の位置をリアルタイムで自動的に追跡して識別する屋内測位システム (IPS) です。安価なノード (バッジ/タグ) は、このテクノロジを使用してオブジェクトやデバイスに貼り付けられたり、埋め込まれたりします。これらのガジェットは超音波信号を送信し、その信号を使用して位置をマイク センサーに伝えます。
砕石術:以前は、腎臓結石を持つ人々は、それらを取り除くために大規模な手術に耐えなければなりませんでしたが、現在では、超音波のおかげで、腎臓結石を非回避的に分解することができ、不必要な手術を必要としません.その結果、高エネルギーの波が重傷を負わずに体を通過し、石を粉々または小さな破片に砕きます。これらの断片はその後、尿路を通過して体外に排出されます。
害虫駆除:多くの動物は、人間が聞き取れる超音波周波数範囲の音を感知できます。実際、ゴキブリやげっ歯類は 40 kHz 領域の周波数に敏感であることがわかっています。そのため、その周波数帯域で大きな音を発して害虫を撃退する「害虫駆除装置」が作成されました。調査結果は心強いものではありませんが、進歩は見られます。
超音波検査:ソノグラムは超音波画像の名前です。医療用超音波は、病院で一般的に使用される超音波画像に基づく画像診断手順です。筋肉、関節、内臓などの体内構造の画像を提供することで、問題のある領域の検出に役立ちます。これは、プローブを使用して超音波パルスを組織に送達することによって達成されます。組織に当たる音はそれぞれ反射し、異なる組織を反射する音は異なる角度で反射するため、それらを区別することができます。これらの組織で生成された音の反響は記録され、専門家が検査できるように視覚的に表示されます。
サウンド ナビゲーションと測距:SONAR は、海面下でのナビゲーション、検出、通信を支援するために作成されました。この技術では、音または超音波パルスが送信され、パルスが遠くの物体に反射して発生源に戻るまでの時間が測定されます。その結果、SONAR を使用して、そのオブジェクトの特定の位置を特定でき、その動きをうまく追跡できる可能性があります。失われた船や航空機の難破船、潜水艦、水中爆破機雷の位置特定と追跡に役立ちます。
エコーロケーション:エコーロケーションは、音波とエコーを使用して空間内の物体を特定する方法です。コウモリはエコーロケーションを使って周囲を移動し、暗闇の中で餌を見つけます。口と鼻から、コウモリは超音波周波数範囲の音波を発生させます。これらの音波は周囲のものと衝突して反響し、反響を引き起こします。これらのエコーはその後、コウモリによって検出され、オブジェクトのサイズ、形状、および距離を決定するのに役立ちます。超音波エコーロケーションは現在、交通管理アプリケーションや、製造ラインでのオブジェクトの分類とカウントに頻繁に使用されています。
治療:超音波には幅広い治療用途があり、正しく使用すれば非常に有益です。超音波は、その強力なパワーにより、硬い沈着物や組織を破壊するために使用されます。これは、組織の弾性特性の測定に役立ち、目的の領域での薬の作用を早めるのに役立ちます。超音波は、研究で細胞や小さな粒子を分類するためによく使用されます。
超音波の限界
- 深度が深くなると、効率的なイメージングのために低い周波数が必要になります。その結果、解像度が低下します。米国での技術の進歩により、これらのマシンの一部は元の周波数の 2 次高調波を利用してより良い画像を生成するようになりました。
- 異方性は単に、構造が超音波検査をよく反映することを示します。神経、腱、針はすべてこの例です。超音波ビームがプローブに「跳ね返り」、画像を形成するためには、構造に対して垂直であるか、構造に近い必要があります。製造業者は現在、針のイメージを改善するための専用のイニシアチブを持っています。
- 超音波からの波は骨によってブロックされます。その結果、年齢を重ねるにつれて、脊椎の画像化がより困難になります。
- アーティファクトはよくあることです。構造が 1 つの平面でしか観察できない場合、人工物である可能性が最も高くなります。マルチビーム技術により、メーカーは生活を楽にしようと試みてきました。超音波は、超音波ビームの角度を定期的にシフトすることで、多くのアーティファクトを取り除きます。
- トレーニング:超音波検査には、解剖学的理解の向上と厳格な教育プログラムが必要です。
結論
超音波は、人間の耳の可聴限界よりも高い周波数の音波です。簡単に言えば、超音波は (20 kHz) または (20,000 Hz) を超える周波数、つまり、可聴周波数の最高値よりも高い音です。超音波は、医療、通信、ナビゲーション、テスト、洗浄、検出、測距、混合などに使用されます。
