\\\
II
НАУКА-
И ПРОГРЕСС
И.ГХОРБЕНКО
ЗВУК
УЛЫ-РАЗВЖ
ИНФРАЗВУК^
Издательство
<3нание>
Моснва
1978

И.Е Хорбенко Звук,
ультразвук,
инфразвук
НАУКА
И ПРОГРЕСС
ИЗДАТЕЛЬСТВО
«ЗНАНИЕ»
МОСКВА
1978

534
Х79
Хорбенко И. Г.
Х79 Звук, ультразвук, инфразвук. М., «Знание», 1978.
160 с. (Наука и прогресс).
Книга представляет собой популярный обзор тех¬
нологического применения ультразвука в народном
хозяйстве и науке. Первый раздел книги содержит эле¬
ментарные сведения о звуке как физическом явлеиин.
Для широкого круга читателей.
20404—012
* oWo'21-78
Издательство «Знание», 1978 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ
Как правило, исследователи новой области науки на
первых порах продвигаются вперед неуверенно, словно
ощупью. Так обстояло дело и с изучением неслышимых
звуков — ультразвуков и инфразвуков. Но по мере того
как открывались новые и новые их свойства и все яснее
становилась их природа, научные поиски приобретали
все большую определенность и целенаправленность. Не¬
слышимые звуки из «вещи в себе» все больше и больше
становились «вещью для нас». Была открыта поистине
безграничная область их применения.
Теперь у ультразвука множество профессий. Он
строит и разрушает, сверлит и паяет, очищает, сортирует,
разведывает, стерилизует. Ультразвук помогает текстиль¬
щикам шлифтовать основы и красить ткани, пищевикам
экономить жиры, скоростными методами осветлять вино
и виноградный сок, рыбакам обнаруживать косяки рыб,
военным морякам — подводные лодки, медикам выяв¬
лять злокачественные опухоли, машиностроителям опре¬
делять в деталях скрытые дефекты. Его взяли на воору¬
жение геологоразведчики и нефтяники. Довольны и хи¬
мики, получая с помощью ультразвука тонкие краски
и различные эмульсии. Применение ультразвука в метал¬
лургии привело к разработке принципиально новой тех¬
нологии. Благодаря ультразвуку стало возможным син¬
тезирование дисперсных сплавов и создание антифрик¬
ционных материалов, значительно интенсифицировался
процесс обогащения руды. Ультразвуковые устройства
нашли широкое применение в радиоэлектронике и при
исследовании состава и свойств вещества.
В первых разделах книги приводятся элементарные
сведения о физической сущности звука. В последующих
разделах рассказывается об особенностях ультразвуко¬
вых эффектов, которые используются или могут быть
использованы в научных исследованиях и различных
отраслях промышленности, направленных на повышение
эффективности производственных процессов и улучшение
качества изделий.
В конце книги помещен список литературы, которая
поможет читателям более подробно ознакомиться с со¬
временными достижениями науки и техники в области
практического использования ультразвука.

ЗВУК
1. Из истории
Звуки — наши неизменные спутники. Они по-разному
воздействуют на человека: радуют и раздражают, успо¬
каивают и пугают своей неожиданностью.
В глубокой древности звук казался людям удивитель¬
ным, таинственным порождением сверхъестественной
силы. Они верили, что звуки могут укрощать диких жи¬
вотных, сдвигать скалы и горы, преграждать путь воде,
вызывать дождь, творить другие чудеса.
Жрецы Древнего Египта, заметив удивительное воз¬
действие музыки на человека, использовали ее в своих
целях. Ни один праздник не обходился без ритуальных
(обрядовых) песнопений. Позже музыка пришла в хри¬
стианские храмы.
Древние индийцы раньше других овладели высокой
музыкальной культурой. Они разработали и широко ис¬
пользовали нотную грамоту задолго до того, как она
появилась в Европе. Их музыкальная гамма также со¬
стояла из семи нот, но названия у них были другие: «са»,
«ре», «га», «ма», «па», «дха» и «ни». Считалось, что каж¬
дая из них отражает определенное духовное состояние:
«са» и «ма» — спокойствие и умиротворение, «га» и
«дха» — торжественность, «ре» — гнев, «па» — радость,
«ни» — печаль.
Понять и изучить звук люди стремились с незапамят¬
ных времен. Греческий ученый и философ Пифагор, жив¬
ший две с половиной тысячи лет назад, ставил различные
опыты со звуками (акустические опыты). Он впервью
доказал, что низкие тона в музыкальных инструментах
присущи длинным струнам. При укорочении струны
вдвое звук ее повысится на целую октаву. Открытие
Пифагора положило начало науке об акустике. Первые

звуковые приборы были созданы в театрах Древней
Греции и Рима: актеры вставляли в свои маски малень¬
кие рупоры для усиления звука. Известно также приме¬
нение звуковых приборов в египетских храмах, где были
«шепчущие» статуи богов.
Вьгявленные Пифагором и его учениками гармониче¬
ские сочетания звуков легли в основу более поздних
представлений о так называемой гармонии Вселенной.
Согласно этим представлениям небесные тела и пла¬
неты расположены относительно друг друга в соответ¬
ствии с музыкальными интервалами и излучают «музыку
сфер». Считалось, например, что Сатурн издает самые
низкие звуки, звуки Юпитера можно сравнить с басом,
Меркурия — с фальцетом, Марса — с тенором. Земли —
с контральто, Венеры — с сопрано. У этой теории была
долгая жизнь. Ее признавали даже в эпоху Возрожде¬
ния, когда уже были получены первые вполне научные
сведения о природе движения планет. Отголоски этой
теории можно обнаружить в трудах великого Кеплера,
открывшего закон движения планет и сыгравшего огром¬
ную роль в развитии астрономии и физики.
Существуют так называемые вихревые звуки; свист
ветра в проводах, такелаже кораблей, ветвях деревьев,
завывание в трубах, на гребнях скал, в расщелинах и
узких оврагах. Люди издавна пользовались ими — на
охоте, в быту. В Древнем Китае существовал обычай
выпускать голубей с привязанными к их хвостам малень¬
кими бамбуковыми палочками. Воздушный поток, про¬
ходивший через трубочку, вызывал нежное посвистыва¬
ние, Подобные звуки издает и тростниковая дудочка,
которая была прообразом зародившейся в Древнем
Египте флейты. Позже ее стали называть флейтой Па¬
на — в честь древнегреческого бога лесов.
Легенда гласит, что в Иерусалиме когда-то находи¬
лась «стозвучная» двурогая труба. Во время жертвопри¬
ношений разжигали костер, теплый воздух от которого
устремлялся в трубу, заставляя ее выть. Мощные вою¬
щие звуки возникали также, когда в нее врывались вихри
от пламени пожаров при осаде города.
В 1831 г. в Пятигорске была построена беседка, на¬
званная Эоловой арфой. Внутри нее находились две
арфы, которые с помощью флюгера разворачивались

против ветра и под воздействием воздушного потока
издавали гармонические звуки.
В Лондоне в кафедральном соборе святого Павла
есть большой, диаметром почти 50 метров, круглый зал.
Человек, находяш,ийся на одной стороне, может гово¬
рить шепотом, и его превосходно услышат на другой
стороне. Ученые после тш,ательных исследований дали
научное объяснение этому явлению. Оказывается, что
при радиусе закругления стенки, равном 25 метров, звук
распространяется вдоль нее как бы стелясь и доходит
до слушателя почти без потерь. При этом звук не отра¬
жается к центру зала или в сторону.
В некоторых музеях хранятся вазы античной работы,
основное назначение которых — не художественное ук¬
рашение жилищ, а отражение, усиление и сосредоточе¬
ние звука. Сделанные из алебастра, такие вазы уста¬
навливались в больших залах, театрах, собраниях и даже
на площадях. Ораторам не надо было напрягать голос:
слушатели воспринимали речь на всем пространстве
достаточно четко.
В XVIII в. строители вместо ваз применяли звукопро-
соды в виде труб из цемента. В частности, подобные
звукопроводы можно найти в сооружениях, возведенных
по проектам Растрелли. Так, собор Смольного монасты¬
ря весь в звукопроводах. Предполагается, что они есть
и в залах Зимнего дворца.
По всей вероятности, подобные хитроумные акусти¬
ческие устройства были известны и в древности. Легенда
наделила сиракузского тирана Дионисия способностью
слышать в своем дворце даже легкий шепот. В это не¬
трудно поверить, если допустить, что во дворце бьши
керамические звукособиратели и усилители.
2.	Что такое звук!
Что же такое звук? Звук — это распространяющиеся в
упругих средах — газах, жидкостях и твердых телах —
механические колебания, воспринимаемые органами
слуха.
Рассмотрим примеры, поясняющие физическую сущ¬
ность звука. Струна музыкального инструмента передает
свои колебания окружающим частицам воздуха. Эти ко¬
лебания будут распространяться все дальше и дальше,

а достигнув уха, вызовут колебания барабанной пере¬
понки. Mti услышим звук. Таким образом, то, что мы
называем звуком, представляет собой быструю смену
чередующихся сжатий и разряжений воздуха. При этом
сами частицы воздуха не перемещаются, они только
колеблются, попеременно смещаясь в одну и другую
сторону на очень небольшие расстояния.
Но изолированных колебаний одного тела не сущест¬
вует. В каждой среде в результате взаимодействия меж¬
ду частицами колебания передаются все новым и новым
частицам, то есть в среде распространяются звуковые
волны.
Другим простым примером колебательного движе¬
ния могут служить колебания маятника. Если маятник
отклонить от положения равновесия, а затем отпустить,
то он будет совершать свободные колебания. Под дей¬
ствием силы тяжести маятник возвращается в свое пер¬
воначальное положение, по инерции проходит исходную
точку и поднимается вверх, при этом сила тяжести бу¬
дет тормозить его движение. В точке максимального
отклонения маятник остановится и через мгновение нач¬
нет движение в обратном направлении. Циклы колебаний
маятника непрерывно повторяются.
Колебания могут быть периодическими, когда изме¬
нения повторяются через равный промежуток времени,
и непериодическими, когда нет полного повторения про¬
цесса изменения. Среди периодических колебаний очень
важную роль играют гармонические колебания. В зави¬
симости от процесса различают колебания механические,
электрического тока и напряжения, звуковые колебания.
Наиболее наглядны волны на поверхности воды. Если
бросить камень в воду, вначале появится углубление, за¬
тем — возвышение воды, а потом возникнут волны, пред¬
ставляющие собой последовательно чередующиеся
гребни и впадины. Увеличиваясь по фронту, они рас¬
пространяются по всем направлениям, но отдельные
частицы не передвигаются вместе с волнами, а колеб¬
лются только в небольших пределах около некоторого
неизменного положения. В этом можно убедиться, на¬
пример, наблюдая за щепкой, подпрыгивающей на вол¬
нах. Она будет подниматься и опускаться, то есть коле¬
баться, пропуская под собой бегущую волну.
Волны бывают продольные и поперечные; в первом
случае колебания частиц среды совершаются вдоль

направления распространения волны, во втором — попе¬
рек него.
Человеческое ухо способно воспринимать колебания
с частотой примерно от 20 до 20 ООО колебаний в се¬
кунду. Соответственно этому механические колебания
с указанными частотами называются звуковыми, или
акустическими. Вопросы, которыми занимается акустика,
очень разнообразны. Некоторые из них связаны со свой¬
ствами и особенностями органов слуха.
Общая акустика изучает вопросы возникновения, рас¬
пространения и поглощения звука.
Физическая акустика занимается изучением самих
звуковых колебаний, а за последние десятилетия охва¬
тила и колебания, лежащие за пределами слышимости
(ультраакустика). При этом она широко пользуется раз¬
нообразными методами превращения механических ко¬
лебаний в электрические и обратно. Применительно к
звуковым колебаниям в число задач физической акусти¬
ки входит и изучение физических явлений, обусловли¬
вающих те или иные качества звука, различимые на слух.
Электроакустика, или техническая акустика, занимает¬
ся получением, передачей, приемом и записью звуков
при помощи электрических приборов.
Архитектурная акустика изучает распространение зву¬
ка в помещениях, влияние на звук размеров и формы
помещений, свойств материалов, покрывающих стены и
потолки и т. д. При этом имеется в виду слуховое вос¬
приятие звука.
Музыкальная акустика исследует природу музыкаль¬
ных звуков, а также музыкальные строи и системы. Мы
различаем, например, музыкальные звуки (пение, свист,
звон, звучание струн) и шумы (треск, стук, скрип, шипе¬
ние, гром). Музыкальные звуки более простые, чем шу¬
мы. Комбинация музыкальных звуков может вызвать
ощущение шума, но никакая комбинация шумов не даст
музыкального звука.
Гидроакустика (морская акустика) занимается изуче¬
нием явлений, происходящих в водной среде, связан¬
ных с излучением, приемом и распространением акусти¬
ческих волн. Она включает вопросы разработки и созда¬
ния акустических приборов, предназначенных для
использования в водной среде.
Атмосферная акустика изучает звуковые процессы
8

в атмосфере, в частности распространение звуковых
волн, условия сверхдальнего распространения звука.
Физиологическая акустика исследует возможности
органов слуха, их устройство и действие. Она изучает
образование звуков органами речи и восприятие звуков
органами слуха, а также вопросы анализа и синтеза
речи. Создание систем, способных анализировать чело¬
веческую речь,— важный этап на пути проектирования
машин, в особенности роботов-манипуляторов и элек¬
тронно-вычислительных машин, послушных устным рас¬
поряжениям оператора. Аппарат для синтеза речи мо¬
жет дать большой экономический эффект. Если по меж¬
дугородным телефонным каналам передавать не сами
речевые сигналы, а коды, полученные в результате их
анализа, а на выходе линий синтезировать речь, по тому
же каналу можно передавать в несколько раз больше
информации. Правда, абонент не услышит настоящего
голоса собеседника, но слова-то будут те же, что были
сказаны в микрофон. Конечно, это не совсем подходит
для семейных разговоров, но удобно для деловых бе¬
сед, а именно они-то и перегружают каналы связи.
Биологическая акустика рассматривает вопросы зву¬
кового и ультразвукового общения животных и изучает
механизм локации, которым они пользуются, исследует
также проблемь! шумов, вибрации и борьбы с ними за
оздоровление окружающей среды.
3.	Звук и слух
Основные физические характеристики любого колеба¬
тельного движения — период и амплитуда колебания, а
применительно к звуку — частота и интенсивность коле¬
баний.
Периодом колебания называется время, в течение
которого совершится одно полное колебание, когда, на¬
пример, качающийся маятник из крайнего левого поло¬
жения переместится в крайнее правое и вернется в ис¬
ходное положение. Частота колебаний — это число пол¬
ных колебаний (периодов) за одну секунду. Такую
единицу называют герц (Гц). Частота — одна из основ¬
ных характеристик, по которой мы различаем звуки.
Чем больше частота колебаний, тем более высокий звук
мы слышим, то есть звук имеет более высокий тон.

Человеческое ухо наиболее чувствительно к звукам с
частотой от 1000 до 3000 Гц. Наибольшая острота слуха
наблюдается в возрасте 15—20 лет. С возрастом слух
ухудшается. У человека до 40 лет наибольшая чувстви¬
тельность находится в области 3000 Гц, от 40 до 60 лет—
2000 Гц, а старше 60 лет— 1000 Гц.
В пределах до 500 Гц мы способны различать пони¬
жение или повышение частоты даже на 1 Гц. На более
высоких частотах наш слуховой аппарат становится менее
восприимчивым к такому незначительному изменению
частоты. Так, после 2000 Гц мы можем отличить один звук
от другого только тогда, когда разница в частоте будет
не менее 5 Гц. При меньшей разнице звуки нам будут
казаться одинаковыми. Однако правил без исключения
почти не бывает. Есть люди, обладающие необычайно
тонким слухом. Одаренный музыкант может уловить
изменение звука всего на какую-то долю колебания.
С периодом и частотой связано понятие о длине вол¬
ны, то есть о расстоянии между двумя гребнями (или
впадинами). Наглядное представление об этом понятии
дают волны, распространяющиеся по поверхности воды.
Звуки могут отличаться один от другого и по тембру.
Это значит, что одинаковые звуки по высоте тона могут
звучать по-разному, потому что основной тон звука со¬
провождается, как правило, второстепенными тонами, ко¬
торые всегда выше по частоте. Они придают основному
звуку дополнительную окраску и называются обертона¬
ми. Иными словами, тембр — качественная характерис¬
тика звука. Чем больше обертонов налагается на основ¬
ной тон, тем «богаче» звук в музыкальном отношении.
Если основной звук сопровождается близкими ему по
высоте обертонами, то сам звук будет мягким, «бархат¬
ным». Когда же обертоны значительно выше основного
тона, появляется «металличность» в голосе или звуке.
Органы слуха благодаря своему замечательному уст¬
ройству легко отличают одно колебание от другого, го¬
лос близкого или знакомого человека от голосов других
людей. По тому, как говорит человек, мы судим о его
настроении, состоянии, переживаниях. Радость, боль, гнев,
испуг, страх перед опасностью — все это можно услы¬
шать, даже не видя того, кому принадлежит голос.
Амплитудой колебания называется наибольшее откло¬
нение от положения равновесия при гармонических ко¬
лебаниях. На примере с маятником амплитуда — макси¬
10

мальное отклонение его от положения равновесия в
крайнее левое или правое положение. Амплитуда коле¬
бания определяет интенсивность (силу) звука. С интен¬
сивностью звука связана громкость. Чем больше интен¬
сивность звука, тем он громче. Однако понятия о гром¬
кости и интенсивности не равнозначны. Громкость зву¬
ка— это мера силы слухового ощущения, вызываемого
звуком.
Звук одинаковой интенсивности может создавать
у различных людей неодинаков!?!© по своей громкости
слуховые восприятия. Так, например, звуки, одинаковые
по интенсивности, но различающиеся по высоте, воспри¬
нимаются ухом с разной громкостью в зависимости от
особенностей слухового аппарата. Мы не воспринимаем
как очень слабые, так и очень сильные звуки — каждый
человек обладает так называемым порогом слышимости,
который определяется наименьшей интенсивностью зву¬
ка, необходимой для того, чтобы звук был услышан.
Звуки, наиболее хорошо воспринимаемые по частоте,
лучше различаются и по громкости. При частоте 32 Гц
по громкости различаются три звука, при частоте 125
Гц — 94 звука, а при частоте 1000 Гц — 374. Увеличение
это не беспредельно. Начиная с частоты 8000 Гц число
различимых звуков по громкости уменьшается. Напри-
л^ер, при частоте 16 000 Гц человек может различать
только 16 звуков.
Звуки очень большой интенсивности человек пере¬
стает слышать и воспринимает их как ощущение давле¬
ния или боли. Такую силу звука называют порогом бо¬
левого ощущения. Исследования показали, что интен¬
сивность, при которой звуки разной частоты вызывают
болевое ощущение, различна.
Если силу звука увеличить в миллион раз, громкость
возрастает только в несколько сотен раз. Выяснилось,
что ухо преобразует силу звука в громкость по слож¬
ному логарифмическому закону, ограждая свои внутрен¬
ние части от чрезмерных воздействий. Имеется еще одна
особенность человеческого слуха. Если к звуку опреде¬
ленной громкости добавить звук той же или близкой
к ней частоты, то общая громкость окажется меньше
математической суммы тех же громкостей. Одновре¬
менно звучащие звуки как бы компенсируют или маски¬
руют друг друга. А звуки, далеко отстоящие по частоте,
не влияют друг на друга, и их громкость оказывается

максимальной. Эту закономерность композиторы исполь¬
зуют для достижения наибольшей мощности звучания
оркестра.
4.	Распространение звука
Как уже говорилось, звуковые волны могут распростра¬
няться в воздухе, газах, жидкостях и твердых телах.
В безвоздушном пространстве волны не возникают.
В этом легко убедиться на простом опыте. Если элек¬
трический звонок поместить под воздухонепроницаемый
колпак, из которого откачан воздух, мы никакого звука
не услышим. Но как только колпак наполнится воздухом,
возникнет звук.
Скорость распространения колебательных движений
от частицы к частице зависит от среды. В далекие вре¬
мена воины прикладывали ухо к земле и таким образом
обнаруживали конницу противника значительно раньше,
чем она появилась в поле зрения. А известный ученый
Леонардо да Винчи еще в XV в. писал; «Если ты, будучи
на море, отпустишь в воду отверстие трубы, а другой
конец ее приложишь к уху, то услышишь шум кораблей,
очень удаленных от тебя».
Скорость распространения звука в воздухе впервые
была измерена в XVII в. Миланской академией наук. На
одном из холмов установили пушку, а на другом распо¬
ложился наблюдательный пункт. Время засекли и в мо¬
мент выстрела (по вспышке) и в момент приема звука.
По расстоянию между наблюдательным пунктом и пуш¬
кой и времени прохождения сигнала скорость распро¬
странения звука рассчитать уже не составляло труда.
Она оказалась равной 330 метрам в секунду.
В воде скорость распространения звука впервые была
измерена в 1827 г. на Женевском озере. Две лодки на¬
ходились одна от другой на расстоянии 13 847 метров.
На первой под днищем подвесили колокол, а со второй
опустили в воду простейший гидрофон (рупор). На пер¬
вой лодке одновременно с ударом в колокол подожгли
порох, на второй наблюдатель в момент вспышки запус¬
тил секундомер и стал ждать прихода звукового сигнала
от колокола. Выяснилось, что в воде звук распростра¬
няется в 4 с лишним раза быстрее, чем в воздухе, то
есть со скоростью 1450 метров в секунду.
12

Чем выше упругость среды, тем больше скорость:
в каучуке 50, в воздухе — 330, в воде— 1450, а в ста¬
ли — 5000 метров в секунду. Если бы мы, находясь в
Москве, могли крикнуть так громко, чтобы звук долетел
до Ленинграда, то нас услышали бы там только через
полчаса, а если бы звук на это же расстояние распро¬
странялся в стали, то он был бы принят через две ми¬
нуты.
На скорость распространения звука оказывает влия¬
ние состояние одной и той же среды. Когда мы говорим,
что в воде звук распространяется со скоростью 1450
метров в секунду, это вовсе не означает, что в любой
воде и при любых условиях. С повышением температу¬
ры и солености воды, а также с увеличением глубины,
а следовательно, и гидростатического давления скорость
звука возрастает. Или возьмем сталь. Здесь тоже ско¬
рость звука зависит как от температуры, так и от каче¬
ственного состава стали: чем больше в ней углерода,
то есть чем она тверже, тем и звук в ней распростра¬
няется быстрее.
Встречая на своем пути препятствие, звуковые волны
отражаются от него по строго определенному прави¬
лу — угол отражения равен углу падения. Звуковые вол¬
ны, идущие из воздуха, почти полностью отразятся от
поверхности водьр вверх, а звуковые волны, идуш,ие от
источника, находящегося в воде, отражаются от ее по¬
верхности вниз.
Звуковые волны, проникая из одной среды в другую,
отклоняются от своего первоначального направления, то
есть преломляются. Угол преломления может быть боль¬
ше или меньше угла падения. Это зависит от того, из
какой среды в какую проникает звук. Если скорость зву¬
ка во второй среде больше, чем в первой, то угол пре¬
ломления будет больше угла падения, и наоборот.
В воздухе звуковые волны распространяются в виде
расходящейся сферической волны, которая заполняет
все больший объем, так как колебания частиц, вызван¬
ные источником звука, передаются все большей массе
воздуха. Однако с увеличением расстояния колебания
частиц среды ослабевают. Известно, что для увеличения
дальности передачи звук необходимо концентрировать
в заданном направлении. Когда мы хотим, чтобы нас
лучше было слышно, мы прикладываем ладони ко рту
или пользуемся рупором. В этом случае звук будет
13

ослабляться меньше, а звуковые волны — распространя¬
ться дальше.
Ослабление звука связано и с тем, что звуковая вол¬
на постепенно теряет энергию из-за поглощения ее
средой. Степень поглощения опять-таки определяется
свойствами среды. В более вязкой среде, например в
вате, каучуке, поглощение больше. Однако оно во мно¬
гом зависит и от частоты звука. Чем больше частота,
тем больше поглощение. Звук частоты 10 000 Гц погло¬
щается в 100 раз больше, чем звук частоты 1000 Гц. Не
случайно орудийный выстрел вблизи кажется нам оглу¬
шающе резким, издали — более мягким, глухим. Это
объясняется тем, что звук от выстрела пушки содержит
в себе как низкие, так и высокие частоты, а звуки вы¬
соких частот поглощаются в воздухе больше, чем звуки
низких частот. Находясь далеко от стреляющей пушки,
мы слышим звуки более низких частот, а звуки высоких
не доходят до нас — они поглощаются. Еще более на¬
глядный пример, подтверждающий это явление,— звуча¬
ние удаляющегося оркестра. Сначала пропадают высо¬
кие звуки флейт и кларнетов, затем средние — корнетов
и альтов, и наконец, когда оркестр будет уже совсем
далеко, слышен только большой барабан.
На дальность распространения звука большое влия¬
ние оказывает рефракция, то есть искривление звуко¬
вых лучей. Чем разнороднее среда, тем больше искрив¬
ляется звуковой луч.
Дальность распространения звука в море, как пра¬
вило, равна (в зависимости от мощности источника звука)
десяткам или сотням километров. Но бывают случаи,
когда звук распространяется на расстояние до несколь¬
ких тысяч километров по так называемому подводному
звуковому каналу, который возникает чаще всего в океа¬
не. Это область глубин, где скорость звука вначале
уменьшается, а достигнув минимума, начинает возрас¬
тать. Физически это обусловливается большой зависи¬
мостью скорости распространения звука в морской воде
от ее температуры, солености и гидростатического дав¬
ления.
С глубиной скорость звука уменьшается, но лишь до
тех пор, пока понижается температура воды. Достигнув
определенного уровня, скорость начинает возрастать из-
за повышения гидростатического давления. Верхние и
нижние границы звукового канала имеют глубину с рав¬
14

ными скоростями звука. За ось канала принимается глу¬
бина с наименьшей скоростью распространения звука.
Сверхдальнее прохождение звука в канале объясня¬
ется тем, что звуковые лучи, почти полностью отражаясь
от верхней и нижней границ звукового канала, не выхо¬
дят за его пределы, а концентрируются и распростра¬
няются вдоль оси звукового канала.
«Чтобы лучше понять это,— говорит	академик
Л. М. Бреховских,— вспомните, как ведет себя уставший
путник. Он предпочитает держаться теневой, более про¬
хладной стороны, нести на своих плечах как можно
меньше груза и двигаться с минимальной скоростью.
Ведь только при этом он сможет пройти максимальное
расстояние. Звуковой луч в морской воде подобен этому
путнику. Выйдя из источника, он уходит вверх от оси
звукового канала. Чем выше, тем теплее, и луч завора¬
чивает вниз, «в холодок», и углубляется до тех пор,
пока не начинает «ощущать» тяжесть повышающегося
гидростатического давления».
Американские ученые проделали в Атлантическом
океане эксперимент, подтверждающий влияние среды
на дальность распространения звука. На глубине 500 мет¬
ров были взорваны заряды тринитротолуола весом 1,5
килограмма каждый. Спустя некоторое время взрыв был
зафиксирован на Бермудских островах, удаленных от
места эксперимента на 4500 километров. Такой взрыв
в воздухе слышен всего на расстоянии 4 километров,
а в лесу — не более 200 метров. Явление сверхдальнего
распространения звука в подводном звуковом канале
специалисты использовали для создания спасательной
системы «Софар». С кораблей и самолетов, терпящих
бедствие, сбрасывают небольшие бомбочки весом от
0,5 до 2,5 килограмма, которые взрываются на глубине
залегания оси звукового канала. Береговые посты при¬
нимают звуковой сигнал и с высокой точностью опреде¬
ляют место взрыва, а следовательно, и место ката¬
строфы.

УЛЬТРАЗВУК
Г
to
5. Неслышимые звуки
Неслышимые звуки... Непривычное сочетание слов — все
равно что черный свет или холодный кипяток. Между
тем такие звуки действительно существуют в природе,
и в них нет ничего необыкновенного. Это ультразвуки и
инфразвуки. С ними, сами того не замечая, мы встре¬
чаемся на каждом шагу. Ультразвуки наряду со слыши¬
мыми звуками издают тикающие часы, летящий самолет,
телефонный звонок и т. п. Физическая сущность слы¬
шимых и неслышимых человеком звуков одна и та же.
Ультразвуки — нередкое явление и в мире животных.
С древних времен людей удивляло необыкновенное
чутье животных, птиц, рыб, насекомых, их умение нахо¬
дить дорогу к гнездам, видеть невидимое, слышать не¬
слышимое, безошибочно ориентироваться в окружаю¬
щей обстановке. Ученым удалось выяснить, что органом
ориентации в пространстве у млекопитающих служат
лабиринты внутреннего уха, с помощью которого созда¬
ются схемы или образы перемещений животного. Это
«шестое» чувство в определенной степени присуще и
человеку. Оно особенно развито у таежных и степных
охотников, пастухов.
Последние десятилетия дали особенно много инте¬
ресного в области изучения систем ультразвуковой сиг¬
нализации в живом мире. «Заговорили» рыбы, дельфи¬
ны, киты. Обнаружена эхолокация у землеройки и даже
у птиц.
Появилась новая, очень молодая область знаний —
биоакустика, изучающая так называемое звуковое обще¬
ние и акустическую ориентацию животных. В 1956 г. со¬
стоялся первый биоакустический съезд. Если предполо¬
жить, что «словарь» каждого вида животных состоит из
16

10 сигналов («слов»), то, чтобы составить словарь только
млекопитающих, надо записать и проанализировать 35
тысяч звуков.
Эта проблема представляет не только теоретический
интерес. Вполне вероятно, что в ней открываются боль¬
шие практические возможности управления поведением
Животных. Например, такая задача, как защита садов
и полей от пернатых. Или предотвращение авиационных
катастроф, случающихся нередко из-за того, что обитаю¬
щие в районе аэродромов птицы попадают в реактив¬
ные двигатели. Можно, очевидно, записать на пленку
«общепонятный» для птиц сигнал опасности («крик бед¬
ствия») и время от времени передавать его. Такие экс¬
перименты уже проводились и дали несомненный
эффект.
Получены обнадеживающие результаты и в тех опы¬
тах, где звуковые сигналы (соответствующей частоты,
конечно) применялись для борьбы с насекомыми — вре¬
дителями полей, огородов и садов.
Морская свинка, сова, серая мышь, барсук и неко¬
торые другие представители животного мира восприни¬
мают звуковые колебания частотой до 100 тысяч герц.
Немало и таких, которые сами излучают ультразвук, за¬
меняющий им зрение. Наиболее развито ультразвуковое
видение у летучих мышей и дельфинов.
Летучая мышь совершенно свободно ориентируется
в полной темноте, не натыкаясь на препятствия. Имея
Плохое зрение, летучая мышь на лету обнаруживает и
ловит маленьких насекомых, отличает летящего комара
от несущейся по ветру соринки, съедобное насекомое
от невкусной божьей коровки.
Впервые этой необычной способностью летучих мы¬
шей заинтересовался итальянский ученый Л. Спалланца¬
ни. Он лишал зрения нескольких мышей, а на следующий
день проверял содержимое их желудка. В желудке у
них было столько же насекомых, сколько и у мышей,
не лишенных зрения.
И только когда он лишил их слуха, они потеряли
ориентировку и стали натыкаться на препятствия. Объяс¬
нить это явление Спалланцани тогда не сумел, и его от¬
крытие надолго забьгли.
Обосновать и объяснить наблюдения Спалланцани
ученые смогли в наше время, когда появились совер¬
17

шенные электронные приборы, ученым удалось зафик¬
сировать звуки, которые издает летучая мышь и которые
кикто никогда не слышал. Было установлено, что летучая
мышь излучает направленные ультразвуковые сигналы
и как бы ощупывает ими предмет. Число сигналов изме¬
няется в зависимости от расстояния между летучей
мышью и предметом. С уменьшением расстояния до
предмета число сигналов повышается. Если расстояние
до предмета 20 метров, летучая мышь издает 5—8 сиг¬
налов в секунду; если 1 метр — примерно 60 сигналов.
Диапазон «голоса» летучей мыши занимает около
семи октав, самые низкие ноты у нее (20 000 Гц) похожи
на свист, а самые высокие лежат далеко за пределами
слуха, достигая 140 000 Гц. Если перевести эту цифру
на язык музыкальной акустики, это будет диапазон от
третьей до девятой октавы.
Ученые сделали вывод, что механизм эхолокации ле¬
тучих мышей тесно взаимодействует с их зрительными
и мышечными органами. Если у летучей мыши удалить
глаза, их функции возьмут на себя другие органы. При
этом резко повышается эффективность эхолокации;
летучая мышь не только обнаруживает предмет, но и
определяет его размеры и форму.
В полной темноте летучая мышь обнаруживает даже
самых маленьких насекомых. Но оказалось, что это не
предел возможностей ее природного ультразвукового
локатора. Последние исследования показали, что лету¬
чие мыши распознают куда более мелкие предметы.
Исследователи приучили их на определенный звук, сиг¬
нализирующий о начале кормления, влетать в затемнен¬
ную комнату, перегороженную нейлоновой сеткой с тон¬
кими, едва заметными нитями — до 0,08 миллиметра.
И что же? Пролетая сквозь ячейки этой сетки, ни одна
из мышей ни разу не задела нить. Так было установлено,
что способность эхолокации у летучих мышей в 24 раза
выше, чем предполагали раньше.
Исследователи долгое время считали, что летучие
мыши охотятся без промаха, так как их жертвы лишены
слуха и поэтому им трудно спасаться. На опыте это не
подтвердилось. Некоторые виды ночных бабочек — из¬
любленное лакомство летучих мышей — чрезвычайно
чутко реагировали на ультразвуковые сигналы, которыми
их «ощупывали» ночные хищники, и скрывались от напа¬
дения. Бабочки улавливают ультразвуки с помощью так
18

называемых тимпанальных органов, назначение которых
первоначально было неизвестно. Теперь их роль стала
ясна; когда бабочек облучили ультразвуком, в тимпа¬
нальном нерве были обнаружены импульсы. Это озна¬
чает, что бабочки действительно реагируют на ультра¬
звуковые сигналы летучих мышей. Более того, установ¬
лено, что у ночной бабочки тимпанальный нерв
«работает», как своеобразная высокочувствительная и
быстродействующая установка, обнаруживающая летя¬
щие цели.
Наблюдения за бабочками показали, что они воспри¬
нимают колебания в пределах 3—150 тысяч герц. Сле¬
довательно, диапазон ультразвуковых сигналов, излучае¬
мых летучей мышью, совпадает с диапазоном восприятия
ультразвуков ночной бабочкой. Чувствительность бабо¬
чек очень высока. На расстоянии около 30 метров от
источника ультразвуковых колебаний бабочка спокойно
меняет направление своего полета. Но стоит приблизить
источник ультразвука, как бабочка начинает метаться из
стороны в сторону, падает, сложив крылья. Реакция была
моментальной — от 0,2 до 1 секунды.
Ультразвуковое «видение» свойственно и дельфинам.
У них чрезвычайно хорошо развит голосовой и слуховой
аппарат, что позволяет им издавать и воспринимать зву¬
ки в широком диапазоне частот — от нескольких сотен
до нескольких десятков тысяч герц. Именно поэтому так
разнообразны звуки, издаваемые ими: напоминают они
то визг и свист, то лай и щелканье, а иногда и скрип.
С музыкальной точки зрения голос дельфина перекры¬
вает все диапазоны баритона, тенора, соПрано и даже
летучей мыши, доходя до 160—180 тысяч герц, то есть
до «фа» десятой октавы. В общей сложности голос
дельфина охватывает 12 октав — никем из живых су¬
ществ не превзойденный рубеж.
В морской воде свет быстро поглощается, и уже на
глубине 500 метров наступает практически полная тем¬
нота. Такие условия не способствуют развитию зрения
у подводных обитателей. Когда же внешняя среда не
позволяет использовать зрение, усиливается слух или
другой компенсирующий орган чувств — таков эволюци¬
онный путь живой природы. Это относится и к дельфи¬
нам; они видят в воде на расстоянии не более 30 мет¬
ров, зато слух у них очень развит и является одним из
элементов сложной системы — эхолокации.
<9

Дельфины обладают недостижимой пока еще для
приборов эффективностью эхолокации. Они имеют та¬
кой совершенный природный гидролокатор, о котором
мы можем только мечтать. Дельфин безошибочно под¬
плывает к дробинке, брошенной в воду на расстоянии
15—20 метров от животного, предварительно «ош,упав»
ее ультразвуковым пучком. Ставились и такие опыты:
дельфину надежно закрывали глаза и сажали в постро¬
енный в воде лабиринт. Животное выходило из него, не
коснувшись препятствий ни одним участком тела. Дель¬
фин никогда не ударится в стеклянную перегородку,
поставленную на его пути. Как правило, он легко отыс¬
кивает в сетях «щели», через которые и проходит.
Дельфины прекрасно ориентируются в самых раз¬
личных водоемах и отличают живые организмы от не¬
живых предметов. Во время одного из экспериментов
в бассейн с мутной водой подвесили 36 полых металли¬
ческих стержней. Их разместили в шесть рядов, по шесть
в каждом, на расстоянии 2,5 метра друг от друга. Дель¬
фин плавал между ними также свободно, как и в бас¬
сейне без этих препятствий.
Известно, что у дельфинов нет голосовых связок.
Чем же тогда они издают звуки? Звуки рождаются в
специальных полостях, заполненных воздухом. При сжа¬
тии полостей происходит вибрация перепонок и возни¬
кают ультразвуковые и звуковые колебания. Роль же
фокусирующего элемента, как предполагают ученые,
выполняет жировая линза. Отразившись от костей че¬
репа, ультразвуковые лучи проходят через жировую
линзу и в ней фокусируются. В зависимости от расстоя¬
ния до пеленгуемого объекта дельфин сжимает или раз¬
жимает линзу, и фокусировка бывает большей или
меньшей.
Отличный слух дельфина позволяет ему улавливать
малейшие звуки в ультразвуковом, звуковом и даже
инфразвуковом диапазонах. Из бесчисленного количе¬
ства звуков дельфины легко выделяют голоса своих
сородичей или звуки, исходящие от организмов, служа¬
щих им пищей. Дельфин с поразительной точностью
определяет направление на источник звука. Секрет та¬
кой способности заключен в органах слуха, надежно
изолированных от костей черепа. Такая изоляция дости¬
гается тем, что среднее и внутреннее ухо окружены со
всех сторон воздушными полостями и камерами, запол¬
20

ненными пеной из жировой эмульсии. Пена поглощает
звуковые колебания, поэтому внутреннее ухо ограждено
от посторонних раздражений. Звуковые волны проходят
только через наружный слуховой проход. Благодаря та¬
кому направленному восприятию звука дельфин точно
определяет положение его источника.
При необходимости дельфины способны изменять в
миллиард раз мощность своего излучения и в тысячу
раз — частоту повторения ультразвуковых импульсов.
Интерес к дельфинам огромный — как научный, так
и практический. Ученые, в частности, увлечены идеей
«одомашнивания» этих весьма «сообразительных» мор¬
ских животных. Их обучают обнаруживать и удерживать
до прибытия рыболовецкого судна рыбьи косяки, заго¬
нять рыбу в сети, причем именно тот вид, который ну¬
жен. Возможно, дельфины станут помощниками океано¬
логов и других специалистов, изучающих Мировой
океан.
Раскрывая «секреты», подобные тем, которые обна¬
ружены у летучих мышей и дельфинов, ученые и специа¬
листы все больше убеждаются в том, что у великого
изобретателя — природы — есть чему поучиться. И не
просто поучиться, а использовать на практике многие из
«живых патентов». Но понадобились долгие годы, чтобы
неслышимые звуки превратились в могучих помощников
человека. Ультразвук действительно стал незаменимым
тружеником во многих отраслях науки и техники. Ему
нашли и продолжают находить большое прикладное
применение.
6.	Пьезоэлектрический эффект
Еще древние греки за несколько веков до нашей эры
знали о таинственной «притягивательной» силе, возни¬
кающей в янтаре при его натирании. Были замечены
удивительные свойства некоторых кристаллов, в частнос¬
ти турмалина. В течение нескольких веков ученые мно¬
гих стран шаг за шагом открывали и изучали необычные
свойства и других кристаллов.
В 1880 г. французские ученые братья Жак и Пьер
Кюри открыли пьезоэлектрический эффект. Сущность
его заключается в том, что если деформировать пла¬
стинку кварца, то на ее гранях появляются противопо¬
21

ложные по знаку электрические заряды. Следовательно,
пьезоэлектричество — это электричество, возникшее от
давления («пьезо» по-гречески означает «давить»).
Впервые пьезоэлектрические свойства были обнару¬
жены у горного хрусталя — одной из разновидностей
кварца. Горный хрусталь представляет собой прозрач¬
ные, бесцветные, похожие на лед кристаллы.
В природе встречается почти 200 разновидностей
кварца. Это и золотисто-желтый цитрин, кроваво-крас¬
ный сердолик, красновато-коричневый с золотым отли¬
вом аванюрин, фиолетовый аметист и многие другие.
Почти десятую часть земной коры составляют различ¬
ные виды кварца. Даже обыкновенный песок состоит
главным образом из зерен кварца.
Кварц широко применяется в науке и технике. Он
пропускает ультрафиолетовые лучи, тверд и тугоплавок.
Посуду из кварцевого стекла можно раскалить докрас¬
на и сразу погрузить в ледяную воду. Кварц устойчив
почти ко всем кислотам и плохо проводит электрический
ток. Кроме того, он обладает хорошими пьезоэлектри¬
ческими свойствами, позволяющими получать как пря¬
мой, так и обратный пьезоэлектрический эффект.
Прямой пьезоэлектрический эффект — это возникно¬
вение электрических зарядов на гранях кварцевой пла¬
стинки при ее деформации. Если же к такой кварцевой
пластинке подвести электрический заряд, она изменит
свои размеры и мы получим обратный пьезоэлектриче¬
ский эффект.
Чем больше заряд, тем сильнее деформируется пла¬
стинка. Под влиянием переменного электрического поля
пластинка сжимается или разжимается в такт изменению
знаков приложенного напряжения, причем колеблется
она с той частотой, с какой меняется само поле. Если
приложенное переменное электрическое напряжение
изменяется с частотой, равной собственной механиче¬
ской частоте колебаний кристалла, пластинка совершает
интенсиЕные механические колебания (резонанс), на чем
и основано применение кварца для получения ультразву¬
ковых волн.
Прямой пьезоэлектрический эффект используют в
приемниках ультразвуковых колебаний, где они преобра¬
зуются в переменный ток. Но такой же приемник позво¬
ляет получить и обратный пьезоэффект. В этом случае
переменный ток преобразуется в ультразвуковые коле¬
22

бания и приемник работает как ультразвуковой излуча¬
тель. Следовательно, пьезоэлектрический приемник и
излучатель могут быть представлены в виде одного при¬
бора, которым можно поочередно излучать и принимать
ультразвуковые колебания. Такой прибор называют
ультразвуковым акустическим преобразователем.
Акустические преобразователи с успехом использу¬
ются в различного рода электроакустических системах,
предназначенных, в частности, для акустических и гидро¬
акустических измерений и исследований. Пьезоэлектри¬
ческие приборы широко применяются и при исследова¬
нии космического пространства. Ныне их представляют
некоторые датчики, передающие данные о состоянии
космонавта, об условиях внутри космического корабля,
предупреждающие о метеоритной опасности и т. п.
Большое будущее принадлежит этим приборам при
дальнейшем освоении космоса и, конечно, при полете
человека на другие планеты.
Пьезоэлектрические приборы помогают «ощупать»
детали самолетов, выявить ошибки в их расчетах и пред¬
отвратить опасные последствия этих ошибок, «загля¬
нуть» в ствол стреляющего орудия, чтобы измерить
давление или получить другие данные. Пьезоэлектриче¬
ство необходимо радиотехнике и телевидению. Пьезо¬
электрические приборы помогают находить косяки рыб,
исследовать земные недра при поисках полезных иско¬
паемых, ставить диагнозы и лечить людей, анализиро¬
вать и ускорять химические процессы и т. д.
Одним из основных материалов, применяемых для
изготовления ультразвуковых преобразователей, долгое
время считался кварц. Он очень устойчив к высоким тем¬
пературам: плавится при 1470°, теряет пьезоэлектриче¬
ские свойства при 570°. Но будучи хрупким, он не вы¬
держивает больших механических нагрузок. Излучатель,
сделанный из маленькой кварцевой пластинки, имеет
небольшую мощность. Чтобы повысить ее, увеличивают
площадь излучающей поверхности путем составления
пластинок кварца в виде своеобразной мозаики.
В природе кристаллы кварца встречаются в основном
сравнительно небольших размеров, хотя и бывают ис¬
ключения. В Восточных Альпах геологи в одном «гнезде»
нашли шесть кристаллов горного хрусталя общей мас¬
сой свыше полутора тонн. Еще более уникальную на¬
ходку обнаружили уральские геологи, которые открыли
23

месторождение хрусталя с целым семейством кристал-
лов-великанов. Сначала из породы извлекли кристаллы
массой 800 килограммов. Последующий упорный поиск
дал совершенно ошеломляющие результаты — было
найдено «созвездие» из 20 прозрачных чистых кристал¬
лов. Их общая масса превысила 9 тонн. Однако такие
находки не могут удовлетворить все возрастающие по¬
требности науки и техники в кристаллах кварца. Поэтому
их пытаются выращивать искусственно в лабораториях,
но, к сожалению, они растут медленно, и производство
их дорогостоящее.
В поисках других пьезоэлектрических материалов
ученые обратили внимание на сегнетову соль. Впервые
ее получил из солей винной кислоты французский апте¬
карь Сегнет. Сегнетова соль легко обрабатывается, кри¬
сталл сегнетовой соли можно разрезать обыкновенной
ниткой, смоченной водой. По сравнению с другими пье¬
зокристаллами, в том числе и по сравнению с кварцем,
кристалл сегнетовой соли обладает значительно боль¬
шим пьезоэлектрическим эффектом, самое ничтожное
механическое воздействие на пластинку приводит к по¬
явлению электрических зарядов. Однако у сегнетовой
соли есть и серьезные недостатки, которые ограничи¬
вают ее практическое применение. Это в первую оче¬
редь низкая температура плавления — около 60°, при
которой кристалл сегнетовой соли теряет пьезоэлектри¬
ческие свойства, и они уже больше не восстанавливают¬
ся. Сегнетова соль растворяется в воде и, следователь¬
но, боится влаги. Кроме того, она непрочна и не выдер¬
живает больших механических нагрузок.
Изыскания новых пьезоэлектрических материалов
особенно настойчиво проводились во время второй ми¬
ровой войны. Они 6bFnn вызваны «кварцевым голодом»,
возникшим вследствие широкого использования пьезо¬
кварца в гидроакустических приборах и в военной ра¬
диоэлектронике. Так, для изготовления пьезоэлектриче¬
ских преобразователей в то время применялись кристал¬
лы дигидрофосфата аммония. Этот материал стабилен
по частоте, позволяет работать с большими мощностями
и в широком диапазоне частот. Долгое время применя¬
лись и другие пьезоэлектрические материалы, такие, как
фосфат аммония, сульфат лития и дигидрофосфат ка¬
лия. В гидроакустических преобразователях их использо¬
вали в виде мозаичных пакетов. Однако всем этим пье¬
24

зокристаллам присущ общий недостаток — малая меха¬
ническая прочность. Поэтому ученые настойчиво искали
заменитель, который был бы близок к ним по пьезо¬
электрическим свойствам и не имел бы вышеуказанного
недостатка. И такой заменитель нашли советские ученые,
работавшие под руководством академика Б. М. Вула.
Это был титанат бария, который не является кристаллом,
как кварц и сегнетова соль, и сам по себе не обладает
пьезоэлектрическими свойства1'ли.
Титанат бария получают искусственным путем, так
как в недрах земли он встречается очень редко. Для
этого смесь двух минеральньгх веществ — углекислого
бария и двуокиси титаната — обжигают при очень высо¬
кой температуре. Получается желтовато-белая масса,
которая по своему виду и механическим свойствам на¬
поминает обыкновенную глину. Этой массе, как и глине,
можно придать любую форму, но она будет механи¬
чески прочной и не растворимой в воде. А для того
чтобы титанату бария придать пьезоэлектрические свой¬
ства, обожженную массу помещают в сильное электри¬
ческое поле, затем охлаждают. В результате происходит
поляризация кристалликов титаната бария, их диполи
(совокупность двух разноименных, но равных по абсо¬
лютной величине электрических зарядов, находящихся
на некотором расстоянии друг от друга) занимают оди¬
наковое положение, а после охлаждения фиксируются
(как бы «замораживаются») в этом состоянии.
У полученного материала пьезоэлектрический эффект
в 50 раз больше, чем у кварца, а стоимость его невы¬
сокая.
К недостаткам титаната бария относятся большие
механические и диэлектрические потери, что приводит
к его перегреву, а при температуре более 90°С значи¬
тельно снижается пьезоэлектрический эффект.
Керамике из титаната бария можно придать практи¬
чески любую форму (плоской пластины, цилиндра, по¬
лусферы, части сферы, и т. д.); следовательно, такие
преобразователи могут излучать упругие колебания с
одинаковой эффективностью в любом направлении. Ке¬
рамику из титаната бария можно резать, шлифовать, по¬
лировать, придавая преобразователю необходимые фор¬
му и размеры. У преобразователей из титаната бария
высокий процент превращения электрической энергии в
механическую, большая стойкость к электрическому
25

пробою, они могут работать при малых напряжениях.
Кроме того, ультразвуковые преобразователи из ти-
таната бария способны работать в импульсном ре¬
жиме.
Для изготовления пьезоэлектрических преобразова¬
телей используют и другую пьезокерамику: цирконий —
титанат свинца (ЦТС), у которого пьезоэффект вдвое
больше, чем у титаната бария. Пьезокерамика ЦТС не
растворима в воде, и ее также можно обрабатывать
механическим способом.
Из кристаллов несомненный интерес вызывает серни¬
стый кадмий. Помимо того, что он обладает исключи¬
тельной способностью усиливать ультразвуковые коле¬
бания, на его основе можно изготовить ультразвуковой
преобразователь для очень высоких частот, совершенно
не доступных кварцу и титанату бария. Исследователи
предполагают, что кристалл сернистого кадмия окажется
рекордсменом по количеству возможных применений.
Он может не только служить усилителем и преобразо¬
вателем ультразвука, но и довольно успешно посоревно¬
ваться с германием и кремнием как обычный полупро¬
водник. Кроме того, сернистый кадмий — отличное фо¬
тосопротивление.
Практически пьезоэлектрический преобразователь
представляет собой один или несколько соединенных
определенным образом отдельных пьезоэлементов с
плоской или сферической поверхностью, приклеенных
на общую металлическую пластину. Для получения боль¬
шой интенсивности излучения применяют фокусирующие
пьезоэлектрические преобразователи, или концентрато¬
ры, которые могут иметь самые различные формы (по¬
лусферы, части полых сфер, полше цилиндры, части по¬
лых цилиндров). Такие преобразователи дают мощные
ультразвуковые колебания на высоких частотах. При этом
интенсивность излучения в центре фокального пятна у
сферических Преобразователей в 100—150 раз превы¬
шает среднюю интенсивность на излучающей поверхнос¬
ти преобразователя.
7.	Магнитострикционный эффект
Физике давно известно такое явление, как ферромагне¬
тизм, то есть «железный магнетизм». Это совокупность
свойств и явлений, присущих некоторым кристалличе¬
26

ским веществам и материалам, обладающим самопро¬
извольной намагниченностью. Кроме железа, к ферро¬
магнитным материалам относится ряд металлов, некото¬
рые сплавы и окислы металлов.
В 1847 г. Джоуль открыл интересное явление. Если
поместить стержень из ферромагнитного материала
в направленное вдоль него магнитное поле, то геометри¬
ческие размеры стержня изменятся — проще говоря, он
деформируется. Это явление было названо магнито-
стрикционным эффектом, или магнитострийцией (магнит
и латинское strictio — сжатие).
Изучение магнитострикционного эффекта важно по¬
тому, что магнитострикционные материалы применяются
для изготовления различных приборов и устройств, на¬
пример, магнитострикционных излучателей, датчиков для
исследования деформаций и напряжений в деталях ма¬
шин и т. п.
Для изготовления магнитострикционных преобразова¬
телей применяются пермендюр, никель и железоалюми¬
ниевые сплавы — альферы. Наиболее высоким магнито-
стрикционным эффектом обладает сплав платины с
железом, но из-за большой стоимости этот сплав прак¬
тически не применяется. Чаще магнитострикционные
преобразователи делают из тонких листов, склеенных
между собой. Толщина пластин обычно выбирается 0,1 —
0,3 миллиметра. На сердечник, собранный из тонких
листов, накладывается обмотка.
Преимущество магнитострикционных преобразовате¬
лей (по сравнению с пьезоэлектрическими) в толл, что
у них большие величины относительных деформаций,
большая механическая прочность, большой срок служ¬
бы, они менее чувствительны к температурным воздей¬
ствиям.
Магнитострикционные преобразователи различаются
по устройству в зависимости от назначения. Плоские
преобразователи квадратной или прямоугольной формы
применяются в технологических процессах очистки, а
также при интенсификации различных производственных
процессов. Преобразователи цилиндрической формы
удобны для механической обработки хрупких и сверх¬
твердых материалов, сварки, пайки и лужения, а также
в других производственных процессах.
Многие ультразвуковые промышленные установ¬
ки, аппараты и станки снабжены магнитострикционными
27

преобразователями типа ПМС. Отечественной промыш¬
ленностью изготовлен ряд новых преобразователей. Так
ультразвуковой магнитострикционный преобразователь
ПМС-15А-18 предназначен для возбуждения ультразву¬
ковых колебаний в твердых телах. Освоено также серий¬
ное производство магнитострикционных преобразовате¬
лей с равномерно распределенным полем, у которых
при той же потребляемой мощности значительно повы¬
шается интенсивность излучения (ПМС-26,	ПМС-36,
ПМС-38, ПМС-38М). Ультразвуковые магнитострикцион-
ные преобразователи ПМС-27, ПМС-39, ПМС-51 служат
для возбуждения упругих колебаний ультразвуковой час¬
тоты в твердых телах. Эти преобразователи в отличие
от ранее выпускавшихся соответствуют установленному
международной конвенцией диапазону частот. Преобра¬
зователи ПМС-27 и ПМС-39 рассчитаны для работы на
частоте 22 000 Гц, а преобразователь ПМС-51—на час¬
тоте 44 ООО Гц,
Ученые и конструкторы настойчиво работают над
совершенствованием ультразвуковых преобразователей,
добиваясь значительного улучшения технических харак¬
теристик и расширения сфер их применения. Так, были
созданы колебательные системы с согласующими эле¬
ментами. Достоинство систем — в согласовании полного
сопротивления преобразователя с волновым сопротив¬
лением среды и плавности распределения излучающей
поверхности резонансной частоты.
Пьезоэлектрические и магнитострикционные преобра¬
зователи значительно различаются по принципу дейст¬
вия и конструктивному выполнению. Однако они взаимно
дополняют друг друга. Как первые, так и вторые исполь¬
зуются в ультразвуковых приборах и устройствах. Пьезо¬
электрические преобразователи применяются в тех слу¬
чаях, когда необходимо получить и принять ультразву¬
ковые колебания больших частот (более 100 тысяч герц).
Магнитострикционные преобразователи работают только
при сравнительно небольших частотах, что обусловлено
трудностью изготовления стержней таких размеров, ко¬
торые соответствовали бы частоте собственных колеба¬
ний преобразователя (резонансной частоте).
28

8.	Ультразвуковые генераторы
Для работы ультразвуковых преобразователей (пьезо¬
электрических и магнитострикционных) необходимы ис¬
точники питания. Эту задачу выполняют ультразвуковые
генераторы, которые подразделяются на машинные и
ламповые (полупроводниковые). К ультразвуковым гене¬
раторам предъявляются следующие основные требова¬
ния: стабильность частоты, возможность плавного регу¬
лирования частоты и выходной мощности, надежность
в работе, небольшие габариты.
Машинные генераторы, а точнее, машинные преобра¬
зователи (умформеры), рассчитаны на работу с частотой
до 20 кГц и мощностью до 150 кВт. Они просты по уст¬
ройству и в обслуживании, экономичны, имеют большой
коэффициент полезного действия и надежны. Однако
они не получили широкого распространения из-за низкой
стабильности частоты и сложности ее регулирования, а
также из-за трудности получения частоты более 20 кГц
■ без дополнительных устройств множителей. В отличие
от машинных генераторов ламповые позволяют изменять
частоту в широких пределах, имеют еще больший ко¬
эффициент полезного действия и могут быть выполнены
в широком диапазоне мощностей.
Мощность, частота и размеры генератора выбирают¬
ся в зависимости от его назначения. Например, в уль¬
тразвуковых установках для механической обработки
твердых сплавов и очистки деталей нужны генераторы
большой мощности (до 10 кВт), а для медицинских уста¬
новок ультразвуковой физиотерапии — генераторы сра¬
внительно небольшой мощности (10 — 20 Вт).
Ультразвуковые генераторьг серии УЗГ (УЗГ-2,5М,
УЗГ-6М, УЗГ-ЮМ, УЗГ-ЮУ, УЗГ-2-10, УЗГ-10-22) неза¬
менимы в таких технологических процессах, как очистка
и обезжиривание перед гальваническими и другими по¬
крытиями, травление и удаление окалины после термо¬
обработки, снятие заусенцев с деталей, сварке металлов
и пластмасс, пропитка электроэлементов и отливок, ме¬
ханическая обработка сверхтвердых и хрупких материа¬
лов, дегазация алюминиевых расплавов, ускорение хими¬
ческих процессов, эмульгирование, распыление и т. д.
Генераторы типа УМ1-4, УМ2-10, УМ2-25 питают уль¬
тразвуковые технологические установки. Они могут
29

работать с преобразователями ПМС-2,5; ПМС-6; ПМС-
-1-5Д; ПМС-4-20; ПМС-38А и др.
Научно-исследовательскими и проектно-технологиче¬
скими организациями созданы новые ультразвуковые
генераторы УЗГС-4; УМЗ-2; УЗГЗ-1,6; УЗГ5-1,6; УЗГ-1-4,
УЗГ-2-4, УЗГ-3-0,4 и др. Они имеют выдвижные блоки,
что обеспечивает свободный доступ к отдельным эле¬
ментам. Кроме того, у таких генераторов предусмотре¬
на плавная регулировка мощности от 50 до 100 про¬
центов.
В последние годы появились ультразвуковые мало¬
габаритные настольные генераторы на полупроводниках
мощностью 100 — 600 Вт. Они очень надежны, с прак¬
тически неограниченным сроком службы и могут ис¬
пользоваться в различных технологических процессах.
Это, например, такие генераторы, как УЗГ4-0,1; УЗГ1-П,4;
УЗГ1-0,6 и др.
9.	Ультразвуковое резание
В металлообработку — туда, где пасуют резцы, сверла
и шлифовальные круги,— пришли новые «инструменты»:
лучи лазера, электрическая искра, ультразвук. Если же¬
лезо, чугун, сталь можно обрабатывать на токарных,
фрезерных, строгальных и других станках, твердые и
сверхтвердые сплавы — на электроэрозионных и импуль¬
сных станках, то для некоторых сверхтвердых и хрупких
материалов эти способы обработки по ряду причин не¬
пригодны. Особенно трудно высверливать в таких мате¬
риалах отверстия, да еще сложной формы.
На мысль о возможности ультразвуковой механиче¬
ской обработки сверхтвердых и хрупких материалов на¬
толкнул один из опытов по измельчению абразива. На
дне стеклянной банки исследователи заметили углубле¬
ние. Стали выяснять причину, и оказалось, что оно воз¬
никло из-з того, что стержень, которым измельчали
абразив, колебался с ультразвуковой частотой.
Если под инструмент ультразвукового станка ввести
абразивный материал и включить станок, то частицы
абразива обрушат на обрабатываемую деталь град уда¬
ров. Они начнут долбить материал, отбивая мельчайшие
частички, а инструмент станет все больше и больше уг¬
лубляться в деталь. Образно говоря, станок будет дей¬
30

ствовать по классической схеме: молоток — зубило —
металл, с той лишь разницей, что станок работает гораз¬
до быстрее, чем рука человека, и что роль зубила вы¬
полняют крупинки абразива.
Способ ультразвуковой обработки материалов впер¬
вые был предложен в 1945 г. Его преимущество состоит
в том, что, применяя инструменты различной формы,
можно делать не только отверстия, но и сложные вы¬
резы. Он обеспечивает высокую точность — от 50 до
1	микрометра, в зависимости от зернистости абразив¬
ного материала. Ультразвуковой способ позволяет выре¬
зать криволинейные оси, нарезать резьбу, изготовлять
матрицы, шлифовать, штамповать, клеймить, гравиро¬
вать... и сверлить алмазы.
Алмаз — самое твердое вещество земли, и сделать
в алмазе калиброванное отверстие — целая проблема.
Твердость его в 150 раз выше твердости корунда и в
1000 раз выше твердости кварца. Следовательно, при
одинаковых условиях один миллиграмм вещества в алма-
'зе сошлифовывается в 1000 раз медленнее, чем с квар¬
ца. Не зря греки алмаз называли «адамас», что означает
«несокрушимый». Природа щедро одарила алмаз и дру¬
гими удивительными свойствами. Сказочная красота
алмаза с давних пор украшала короны и скипетры царей.
Ювелиры оценивают алмазы по игре граней, цвету, весу.
Но времена, когда алмазы представляли только ювелир¬
ную ценность, давно прошли. Настало время, когда чело¬
век заставил драгоценнь]й камень работать.
Как же сделать в алмазе отверстие? Первое время
это делали так; брали алмазную пудру и, используя ее
в качестве абразива, механически сверлили отверстие.
Подобная операция тянулась долго и обходилась слиш¬
ком дорого. Теперь эта проблема решается иначе.
Алмаз, как и любой другой сверхтвердый материал,
сравнительно легко обрабатывается на ультразвуковом
станке. Для этого кристалл алмаза в специальном при¬
способлении помещают на станине станка. Инструмент
укрепляется примерно так, как сверло на сверлильном
станке. Да и вращается он, как сверло. Затем включают
станок, подводят инструмент к алмазной заготовке и
при определенном усилии опускают его в направлении
обработки отверстия. Инструмент начинает колебаться с
ультразвуковой частотой.
3t

Первые ультразвуковые станки появились в 1953 г.
Наиболее ответственный элемент у них — акустическая
головка, состоящая из трех основных частей: электроме¬
ханического преобразователя, концентратора и рабочего
инструмента. Правильный расчет всех узлов акустиче¬
ской головки определяет в значительной степени точ¬
ность и производительность станка.
Ультразвуковой станок получает энергию от лампо¬
вого генератора, вырабатывающего переменный ток
ультразвуковой частоты. Ток подается на обмотку элек¬
тромеханического преобразователя, где электромагнит¬
ные колебания превращаются в упругие механические
колебания. Затем, усиленные концентратором, они по¬
даются инструменту, который и воздействует на обра¬
батываемую деталь. В зону обработки насосом из бака
непрерывно под давлением подается абразивная су¬
спензия.
Ультразвуковые станки по обработке сверхтвердых
и хрупких материалов не сразу заняли в промышленнос¬
ти подобающее место. Мешало этому то, что они не да¬
вали нужной точности. Кроме того, по мере углубления
инструмента в материал резко падала производитель¬
ность. Выдвигалось много различных гипотез для объяс¬
нения этого явления, но ни одна из них не была подтвер¬
ждена опытом.
Исследователи Акустического института Академии
наук СССР решили посмотреть — именно посмотреть,
своими глазами увидеть, что же происходит на самом
деле при ультразвуковом резании? Методом вьгсоко-
скоростной киносъемки (20 — 50 тысяч кадров в секун¬
ду) они сняли весь процесс ультразвуковой обработки
стекла. На кинопленке было получено теневое изобра¬
жение большой контрастности.
Исследование кинопленки показало, что стекло раз¬
рушается лишь тогда, когда инструмент наносит прямой
удар по частице абразива, лежащей на обрабатываемой
поверхности. Казалось бы, чего проще: нужно увеличить
силу прижима инструмента к детали — и производитель¬
ность станка повысится. Об этом же говорили и расчеты,
показывавшие, что производительность пропорциональ¬
на силе, с которой инструмент прижимают к детали. Чем
больше сила, тем больше производительность. Однако
на практике все выглядело иначе. Чем больше увеличи¬
вали силу прижима, тем медленнее росла производи¬
12

тельность. Словно ее сдерживало что-то. Эксперименты
продолжались снова и снова, И наконец — победа! Ока¬
зывается, надо быстрее обновлять абразивную суспен¬
зию, так как при увеличении силы при нажиме абразив¬
ные частицы притуплялись и даже вовсе крошились, те¬
ряя свои свойства. Было принято решение — нагнетать
суспензию в рабочий зазор. Производительность реза¬
ния повысилась в 4 раза.
Практическим результатом этих исследований было
появление станков (модель 4772А) с высокой произво¬
дительностью, превышающей в 3 раза производитель¬
ность лучшего станка фирмы «Лефельд» (ФРГ) и в 8 —
10 раз производительность станков той же мощности,
выпускаемых в США и Англии.
Следующим шагом было создание ультразвукового
станка с абразивонесущим электролитом. Характерная
особенность его в том, что для предварительной обра¬
ботки деталей совмещены два метода: ультразвуковой
и электрохимический, основанный на прохождении тока
между электродами через электролит. Чистовая же об¬
работка производится только ультразвуковым методом.
Совмещение обоих методов повышает производитель¬
ность в 10 раз. Станок прост в управлении и имеет регу¬
лируемый привод подачи головки. Специальное устрой¬
ство обеспечивает защиту станка от короткого замы¬
кания.
Ученые, инженеры и конструкторы не удовлетворя¬
ются достигнутым и продолжают разработку высоко¬
производительных станков, облегчающих труд человека
и повышающих качество обработки деталей. Научно-ис-
следовательскими и конструкторскими организациями
разработана серия ультразвуковых прошивочных стан¬
ков 4770А, 4770У, 4771:, 4772, 4772А, 4773А, 4Б772,
УЗСК-80, МЭ-22. МЭ-32, МЭ-34 и др. Многие из них
выпускаются серийно и успешно работают на промыш¬
ленных предприятиях. В ОКБ Министерства станкострои¬
тельной промышленности создана серия более совер¬
шенных ультразвуковых станков: МЭ-50, МЭ-56, МЭ-58
МЭ-60, МЭ-64, МЭ-65, МЭ-66, МЭ-76 и др.
В музеях многих городов нашей страны и, в част¬
ности, в Ленинградском Эрмитаже собраны произведе¬
ния искусства, сделанные из камней-самоцветов. Камне¬
резы прошлого века работали десятки лет над камнем,
чтобы заставить его заговорить живым языком искус¬
2	520	33

ства. Иной мастер посвящал любимому делу всю свою
жизнь. И это понятно; обработка делалась вручную.
В наши дни появились приборы, способные заменить
кропотливый труд ювелира. Так ультразвук стал скульп¬
тором.
Центральной научно-исследовательской лабораторией
камней-самоцветов создан ультразвуковой полуавтома¬
тический станок УЗСК-80 для обработки твердых пород
цветного поделочного камня. Преимущества ультразву¬
ковой обработки бесспорны. Если раньше для того, что¬
бы изготовить художественный барельеф из камня, вы¬
сококвалифицированные специалисты трудились несколь¬
ко месяцев, то на ультразвуковом станке на это уходит
всего несколько минут.
А делается это так. Рисунок художника фотографи¬
руется и изготовляется клише. Затем оно крепится к
инструменту ультразвукового станка, который переносит
рисунок на камень.
Позже сотрудники лаборатории разработали и выпу¬
стили новую модель станка УСД-1 с двусторонним дей¬
ствием. Отличается она от прежней тем, что на новом
станке преобразователь установлен не вертикально,
а горизонтально.
Это дает возможность за одинаковое время изгото¬
вить не один барельеф, а два.
В научно-исследовательском институте тракторного и
сельскохозяйственного машиностроения разработан спо¬
соб ультразвуковой обработки твердых и хрупких мате¬
риалов. Вольфрамовая проволока, хорошо знакомая
нам как излучатель света в электрических лампочках,
приобрела новую «профессию». Ее применили в качестве
режущего инструмента для обработки хрупких природ¬
ных и искусственных материалов.
Вольфрамовая нить, приводимая в движение ультра¬
звуковым преобразователем, вырезает прямолинейные
и криволинейные щели, пазы шириной в несколько до¬
лей миллиметра на любую глубину. Такому «резаку»
поддаются сапфир, рубин, кварц. Можно обрабатывать
также стекло, керамику, полупроводниковые материалы.
При этом обработка производится с безупречно ювелир¬
ной чистотой. Для этих целей в Советском Союзе впер¬
вые создана ультразвуковая установка УРП-1.
Обработка материалов свободным абразивом при
общем ненаправленном ультразвуковом облучении вне¬
34

дрена на ряде производств, где в массовом количестве
изготовляются мелкие прецизионные детали. Ультразву¬
ковая установка, работающая под повышенным стати¬
ческим давлением, разрешила нелегкую задачу «чисто¬
вой» доводки деталей, то есть удаления с них заусенцев,
остающихся после основной операции. В дальнейшем
в эту технологию внесли существенные изменения. При¬
менили суспензию (моющий состав со взвесью из очень
мелких — всего в несколько микрометров—частиц абра¬
зива), благодаря чему скорость разрушения заусенцев
еще больше увеличилась. С учетом этого изменения
были разработаны установки УЗВД-8, УСК-2 и др.
Очистка шлифовальных кругов, обработка инструмен¬
тов шаржированным абразивом, интенсификация элект-
роэрозионной обработки, снижение усилий при механи¬
ческих видах обработки и пластической деформации осо¬
бо прочных материалов — это области производства, ку¬
да все шире и все эффективнее проникает ультразвук.
10.	Снижение механических усилий
Рабочие металлообрабатывающих профессий знают, как
нелегко поддаются обработке обычными методами мно¬
гие современные материалы, в особенности вязкие и
жаропрочные сплавы, сплавы на никелевой основе, обла¬
дающие повышенной прочностью, и т. д.
Специальными исследованиями доказано, что про¬
цесс обработки облегчается, если в систему «станок —
инструмент — деталь» ввести еще одно звено — излуча¬
тель ультразвука.
Ультразвуковые колебания снижают силы резания
при токарной, фрезерной, строгальной обработке, свер¬
лении, зенковании, нарезании резьбы и шлифовании.
Снижение сил с помощью ультразвука позволило повы¬
сить производительность, получить более высокий класс
чистоты обработки, увеличить срок службы режущих
инструментов.
Эффективность воздействия ультразвуковых колеба¬
ний в процессах резания зависит от величины амплитуды
и частоты колебаний, их направления, физико-механиче-
ских и теплофизических свойств обрабатываемого мате¬
риала и материала инструмента.
2*	35

Влияние ультразвуковых колебаний на процессы
сверления, зенкования и развертывания еще недостаточ¬
но изучено. Однако при вибрационном сверлении меди,
алюминиевых сплавов и нержавеющей стали производи¬
тельность повышается. Кроме того, легче дробится
стружка и меньше налипание на рабочих поверхностях
инструмента. Более эффективное воздействие на про¬
цессы сверления, зенкования и развертывания оказы¬
вают крутильные колебания, совпадающие с направле¬
нием главного движения.
Большие трудности возникают при нарезании резьбы
в вязких материалах. Метчик заедает, защемляется, а
часто и вовсе ломается. Приходится и инструмент и де¬
таль выбрасывать. Для устранения этих недостатков
метчику одновременно с обычным движением (враща¬
тельное вокруг оси и поступательное вдоль оси) сооб¬
щили дополнительное колебательное движение с уль¬
тразвуковой частотой в осевом направлении. Оно
намного снизило крутящий момент и силу трения на
боковых гранях режущей части инструмента. Теперь
он совсем не защемляется, и значительно снижается
усилие резания. Решение этой задачи воплощено в уль¬
тразвуковых резьбонарезных станках УЗР-2А125, УЗР4-
2А125, УЗР-2118, УЗР-2А53, УЗР-2А56 и др.
Ленинградские специалисты нашли еще более удач¬
ное решение. Они разработали достаточно простую
конструкцию ультразвуковой головки М2-М5 для нане¬
сения мелкоразмерной резьбы с высокой точностью на,
деталях из мягких сплавов. Головка состоит из колодки,
щетки, коллектора и колебательной системы. Она наве¬
шивается на шпиндель обычного резьбонарезного или
сверлильного станка и работает со стандартными мет¬
чиками.
Ультразвуковые колебания значительно облегчили
выполнение операций в кузнечно-штамповочном, про¬
катном, волочильном и других производствах. Правда,
здесь предстоит еще большая экспериментальная рабо¬
та, но первые результаты ее обнадеживающие. Так,
например, установлено, что при изготовлении проволоки
ультразвуковые колебания снижают усилие волочения
на 60 процентов.
Изделия из материалов с особыми физико-химиче¬
скими свойствами получают прокаткой в вакууме при
высокой температуре. Но из-за повышенного коэффи¬
36

циента трения на валки быстро налипает металл, что
порой делает процесс невозможным. В Белорусском по¬
литехническом институте под руководством академика
БССР В. П. Северденко разработан прокатный стан,
валки которого колеблются с ультразвуковой частотой
в направлении, параллельном осям их вращения. Благо¬
даря этому усилия деформации снижаются в 1,5 —
2	раза, а вытяжка, то есть степень деформации, увели¬
чивается на 20—50 процентов. Кроме того, резко умень¬
шается контактное трение.
При наложении ультразвуковых колебаний металл
становится более податливым без дополнительного на¬
гревания, повышается его пластичность, снижается уси¬
лие прокатки. Ультразвуковые колебания в стане способ¬
ствуют прокатыванию хрупких материалов, чего нельзя
было делать в обычных условиях. На ультразвуковом
стане можно прокатать более тонкую полосу, чем на
обычном стане с таким же диаметром валков. Осевые
перемещения валков заглаживают неровности на поверх¬
ности прокатываемого металла, в результате чего чисто¬
та обработки повышается на 1,5 — 2 класса.
Казалось, что уже исчерпаны все возможности интен¬
сификации процесса волочения труб из полых стальных
заготовок. Малейшее увеличение скорости протяжки —
и сталь неизменно рвется. Инженеры Первоуральского
новотрубного завода решили эту проблему. Они сооб¬
щили металлу через фильеру ультразвуковые колебания,
что повысило его пластичность. Из заготовки диаметром
25 миллиметров стали получать 40-миллиметровую тру¬
бу за один цикл, вместо 3 — 4 протяжек обычным спо¬
собом. Применение ультразвука повысило производи¬
тельность на 25 процентов.
Есть такой метод упрочения стальных деталей и ин¬
струментов — пластическая деформация. Сущность его
в том, что рабочую поверхность детали обрабатьгвают
наклепом, накатом или еще каким-либо способом. Ма¬
шиностроители заставили ультразвук выполнять эту ра¬
боту. В специальном станке стальной или твердосплавный
шарик с ультразвуковой частотой бьет по обрабатывае¬
мой детали и одновременно с этим прижимается к по¬
верхности под постоянным давлением, то есть произво¬
дит тот же наклеп, только гораздо быстрее. А если
вместо шарика установить плоскую пластину? Получим
новое явление — мгновенное полирование. Это устано¬
37

вили ученые и инженеры Акустического институте Ака¬
демии наук СССР и Всесоюзного научно-исследовбтель-
ского института электросварочного оборудования.
При ультразвуковой полировке зеркальная чистота
псзерхности достигается за 0,1—0,2 секунды, а сам
процесс отличается тем, что обрабатывающий инстру¬
мент и заготовка плотно прижаты друг к другу и прак¬
тически неподвижны, в то время как обычная полировка
проводится на быстроходных полировальных станках
с эластичными кругами из кожи, фетра, войлока, сукна
и т. п. На эти круги наносят разные порошки или поли¬
ровальные пасты. Процесс полировки трудоемкий и дли¬
тельный.
Недавно же наметилась новая перспективная область
ультразвуковой технологии — шлифование и доводка
режущего инструмента. Этим способом можно обраба¬
тывать детали больших размеров с повышенной чисто¬
той обработки.
Государственный научно-исследовательский институт
кварцевого стекла совместно со специальным проектно¬
конструкторским и технологическим бюро электрообра¬
ботки (СПКТБЭО) разработал ультразвуковой станок
ЛЭ-402 для среднего и тонкого шлифования жаропроч¬
ных сплавов.
На заводе «Ростсельмаш» внедрена ультразвуковая
установка для доводки режущего инструмента. Инстру¬
мент в ней перемещается относительно концентратора
при горизонтальном расположении магнитострикционной
головки. Полностью исключены завалы режущих кро¬
мок. Чистота доведенной поверхности соответствует
8—10-му классу. При ультразвуковой доводке значи¬
тельно повысилась стойкость режущего инструмента,
работающего на повышенных оборотах.
Абразивно-алмазные круги шлифовальных и расточ¬
ных станков из-за засаливания рабочих поверхностей
постепенно выходят из строя. Для борьбы с этим явле¬
нием советские конструкторы предложили оригинальную
ультразвуковую установку ЛЭ-403.
• 11. Ультразвуковая очистка
Очистка поверхности деталей и узлов от жировых и ме¬
ханических загрязнений — одно из перспективных на¬
правлений использования ультразвука в народном хозяй¬
38

стве. От качества очистки поверхности деталей и узлов
различных механизмов зависит срок их службы и на¬
дежность работы.
Ультразвуковая очистка либо заменяет, либо допол¬
няет традиционные очистные способы и методы — от
ручных операций с применением различных растворов
до струйных моечных автоматов.
Одним из основных преимуществ ультразвуковой
очистки перед другими способами является ее высокое
качество, кроме того, стало гораздо легче очищать де¬
тали, имеющие сложную форму, труднодоступные места,
узкие щели, маленькие отверстия и полости. Ультразву¬
ковая очистка высокопроизводительна и допускает за¬
мену огнеопасных или дорогостоящих органических
растворителей водными растворами щелочных солей,
жидким фреоном и другими менее опасными и более
дешевыми веществами.
Чем объяснить большую эффективность ультразвуко¬
вой очистки? Ответ на этот вопрос связан с очень инте¬
ресным физическим явлением, называемым кавитацией.
Открыл ее свыше 200 лет назад петербургский академик
математик Леонард Эйлер. Он теоретически обосновал
возможность образования в жидкости разрывов («пус¬
тот») вследствие локального понижения давления с по¬
следующим захлопыванием возникших полостей, то есть
предсказал кавитацию, ни разу ее не наблюдая.
Практически с кавитацией столкнулись много позже,
в прошлом веке, когда на кораблях вместо боковых
гребных колес появились винты, вращающиеся с боль¬
шой скоростью. Капитаны стали замечать, что скорость
их судов с течением времени постепенно падает, без
видимой, казалось бы, на то причины. Осмотр винта
одного из кораблей, поставленных в док на ремонт, по¬
казал, что его лопасти стали похожи на лепестки, изъе¬
денные гусеницами. Этим явлением, естественно, заинте¬
ресовались и стали его изучать.
Было установлено, в частности, что кавитационные
пузырьки возникают не только при вращении винтов и
турбин. Они появляются, если в жидкость излучать
ультразвуковые колебания. Кавитацию, возникающую
под воздействием ультразвуковых колебаний, иногда
называют ультразвуковой кавитацией. Ультразвуковые
колебания образуют в жидкости чередующиеся в соот¬
ветствии с частотой области высоких и низких давлений.
39

в разреженной зоне гидростатическое давление пони¬
жается до такой степени, что силы, действующие на
молекулы жидкости, становятся больше сил межмоле-
кулярного сцепления. В результате резкого изменения
гидростатического равновесия жидкость как бы разры¬
вается, порождая многочисленные мельчайшие пузырьки
газов и паров, находящихся до этого в жидкости в раст¬
воренном состоянии. В следующий момент, когда в жид¬
кости наступает период высокого давления, образовав¬
шиеся ранее пузырьки «захлопываются». Возникают
ударные волны с очень большим местным мгновенным
давлением, достигающим нескольких сотен атмосфер.
Вот эти бесчисленные микровзрывы кавитационных пу¬
зырьков и отдирают с поверхности обрабатываемой де¬
тали грязь, жиры, окалину и нередко даже ржавчину.
Появление кавитации легко обнаруживается по ту¬
манному облачку в ультразвуковом поле. При больших
интенсивностях кавитации возникает шум, напоминаю¬
щий шипение закипающего чайника.
Ультразвуковая кавитация уже давно стала основным
фактором, способствующим ускорению многих техноло¬
гических процессов особенно в процессах очистки, а так¬
же в химической и металлургической промышленности.
Но очень важно уметь управлять кавитационным процес¬
сом. Ультразвуковая кавитация в жидкости зависит от
ее плотности, вязкости, температуры, молекулярной мас¬
сы, сжимаемости, содержания газов, наличия микроско¬
пических включений, частоты и интенсивности ультразву¬
ковых колебаний, статического давления и других фак¬
торов. Так, например, в воде кавитация сильнее, чем
в других жидкостях. Газ в жидкости повышает эффек¬
тивность кавитационных явлений. С увеличением темпе¬
ратуры жидкости интенсивность кавитации растет до
определенного максимума, пройдя который, она начи¬
нает падать. Эффективность кавитации повышается при
увеличении мощности, но понижается с ростом частоты
ультразвуковых колебаний. При очень высоких ультра¬
звуковых частотах кавитацию вообще невозможно по¬
лучить.
Ученые довольно детально разработали технологию
ультразвуковой очистки, которая стала очень распро¬
страненной и во многих случаях незаменимой. Ультра¬
звук очищает самые разнообразные металлические, сте¬
клянные, керамические и другие детали. Так, например,
40

кольца подшипников легко очищаются от полировочнои
пасты, печатные платы — от флюса, детали и прокат
жести — от термической окалины, оптические детали и
драгоценные камни — от полировочных веществ, мелкие
детали — от заусенцев, медицинский инструмент, стек¬
лянная тара—от различных загрязнений и т. д.
Вот некоторые примеры ультразвуковой очистки.
На Челябинском и других тракторных заводах уль¬
тразвуковым способом стали очищать детали топливного
насоса. Ультразвуковая установка показала хорошие ре¬
зультаты, позволила заменить трудоемкую ручную про¬
мывку, повысить качество очистки и улучшить условия
труда.
Чтобы очистить офсетную печатную форму, ее погру¬
жали в щелочь, потом мыли волосяной щеткой под стру¬
ей воды. На это уходило много времени. Кроме того,
рабочий дышал вредными парами. Ультразвук очищает
форму за несколько минут. Устройство состоит из двух
ванн. В одной из них с помощью ультразвука с фольги
удаляют старое изображение, в другой — смывают с нее
оставшиеся щелочь и грязь.
В тростильно-крутильных цехах чистильщиц машин не
так давно узнавали по рукам — вечно распаренным, в
морщинах. И все оттого, что работницы ежедневно про¬
мывали в горячей воде кольцевые и нитеразделитель¬
ные планки машин мокрого кручения, А когда вступила
в строй ультразвуковая установка для очистки планок,
на этой операции осталось всего три человека вместо
16. И труд стал иным. Не моют как прежде, а лишь на¬
вешивают грязные и снимают чистые планки.
На Одесском заводе бактерийных препаратов в со¬
дружестве с кафедрой физики Одесского политехниче¬
ского института разработан и внедрен ультразвуковой
метод мойки ампул. Раньше почти 80 процентов ампул
при очистке шло в брак. Теперь ультразвуковые колеба¬
ния ускоряют процесс мойки, резко улучшают качество
очистки. Быстро разрушаются все загрязнения, легко
отделяются осколки стекла. Значительно сокращен про¬
цент брака.
На Горьковском автозаводе ультразвуковая установ¬
ка очищает картеры автомобилей от графитовой смазки
и масла. Установка состоит из шести ультразвуковых ге¬
нераторов и двух ванн, в каждую из которых вмонтиро¬
ваны восемь магнитострикционных преобразователей.
41

Установка в несколько раз повысила производительность
труда при годовой экономии около 9 тысяч рублей.
Замечательного помощника получили металлурги.
Всего 5 минут требуется ультразвуку для очистки после
проката 1 километра стальной ленты. Несмотря на ог¬
ромную скорость, процесс выполняется бесшумно. Каче¬
ство очистки высокое, а расход химических материалов
уменьшился вчетверо.
Очистка от загрязнений труб и трубопроводов — из¬
вечная и большая проблема. Трудность состоит в том,
что трубы имеют большие размеры и сложные пере¬
плетения. Советские специалисты предложили и запа¬
тентовали в ряде стран новый способ ультразвуковой
очистки труб любой конфигурации и любой загрязнен¬
ности. Этим способом можно очищать наружную и вну¬
треннюю поверхности трубопроводов различной длины
и диаметра с неограниченным количеством изгибов.
На механических, оптических, часовых и других заво¬
дах успешно применяют метод ультразвуковой очистки
для снятия заусенцев. Мелкие детали загружают в ванну
с водным раствором абразива. При включении установ¬
ки жидкость в ванне «вскипает», а под воздействием
зерен абразива острые кромки деталей закругляются.
Радиус закругления не превышает 3—5 микрометров.
Производительность стала намного выше, чем раньше.
Хлопкоуборочный агрегат имеет более 100 шпинде¬
лей. От состояния этих деталей во многом зависит про¬
изводительность машины и качество собранного хлопка.
На работающем шпинделе образуется вредоносный на¬
лет. Очищать его очень трудно и долго. Эту работу сей¬
час выполняет полуавтоматическая ультразвуковая уста¬
новка, созданная Центральным научно-исследователь¬
ским институтом технологии машиностроения.
Ученые установили, что радиолампа будет служить
в полтора раза дольше, если в процессе производства
ее детали очистить с помощью ультразвука.
Промышленные установки для очистки радиодеталей
впервые в нашей стране созданы Всесоюзным научно-
исследовательским институтом токов высокой частоты
имени Вологдина. Процесс очистки ускоряется в отдель¬
ных случаях в сотни раз, при этом достигается такая
чистота поверхности, о которой можно лишь мечтать
при всех других способах. Специалисты Рижского цент»
рального проектно-конструкторского бюро механизации
42

и автоматизации заменили ручную очистку ячеек памяти
ЭВМ от загрязнений ультразвуковой. Детали, установлен-
нь»е в специальных кассетах (по 120 — 150 штук), погру¬
жаются в ультразвуковую ванну, где и очищаются. Тру¬
доемкость снижается почти в 6 раз.
Прекрасные статуи Венеции изъедены «черной ос¬
пой» — так называют жители этого города те страшные
следы, которые оставляют на мраморе дым и копоть
заводских труб и выхлопные газы автомобилей. Главный
хранитель венецианских памятников, посоветовавшись с
учеными и инженерами, организозал работы по очистке
мрамора с помощью ультразвука. Ь отличие от песко¬
струйного способа ультразвуковой не причиняет вреда
мрамору, а скорость и качество очистки высокие. Ученые
считают, что ультразвук поможет сохранить уникальные
памятники истории.
Ультразвуковой метод хорошо зарекомендовал себя
при стирке тканей, особенно шерсти. Обычно шерсть
сильно загрязнена жиром и другими органическими ве¬
ществами. Если стирать ее в мыльных и щелочных раст¬
ворах, то это может привести к снижению качества во¬
локна. Ультразвук позволяет обходиться нейтральными
растворами. Более того, при такой очистке достигается
важный «побочный эффект»: под воздействием ультра¬
звукового поля погибают многие микроорганизмы, в изо¬
билии «населяющие» загрязненную шерсть. Применение
ультразвуковых машин особенно эффективно для стир¬
ки грубых, сильно загрязненных вещей, где обычная
стирка малопригодна.
Одна японская фирма разработала бытовую стираль¬
ную машину-универсал. В ней, гласит реклама, люди
могут стирать вещи, а могут в случае нужды мыться
сами, обходясь без таких предметов, как губка или щет¬
ка: их будто бы с успехом заменяет ультразвуковое
устройство.
В физико-техническом институте Академии наук Бе¬
лоруссии под руководством академика АН БССР Е. Ко¬
новалова разработан метод очистки жидкости от газов
в трубопроводах. Он основан на создании интенсивного
ультразвукового поля на одном из участков потока. Под
воздействием ультразвука пузырьки сталкиваются, сли¬
ваются, укрупняются и всплывают.
Известно, какую большую трудность представляет
очистка паровых котлов и теплообменных аппаратов от
43

накипи, ухудшающей их теплопроводность. В теплооб¬
менных аппаратах слой накипи иногда достигает 12 —15
миллиметров, что приводит к перерасходу топлива до
10	процентов. Опыт показал, что целесообразнее не
допускать образования накипи. Эту роль и выполнил
ультразвуковой излучатель, вмонтированный в корпус
парового котла. Созданные им ультразвуковые колеба¬
ния непрерывно или через некоторые промежутки вре¬
мени как бы встряхивают твердые частицы, не давая им
откладываться на стенках котла.
Серьезную проблему представляет предотвращение
накипи в теплообменных аппаратах сахарных заводов.
К особенно тяжелым последствиям приводит накипеоб-
разование на выпарной станции. Предварительные рас¬
четы показали, что от накипеобразования потери в са¬
харной промышленности страны равны продукции десят¬
ков заводов средней мощности, работающих в течение
трех месяцев. Введение ультразвуковых колебаний в теп¬
ловые аппараты предупреждает образование накипи.
Для предотвращения накипеобразования создано
несколько промышленных приборов (УЗГИ-12, ИГ-67,
АУР, УЗТИ-2, ИГУР-6). Принцип действия их одинаков.
Генераторы собраны на полупроводниках. Приборы про¬
сты по устройству, надежны в эксплуатации, не имеют
органов регулировки и настройки, рассчитаны на непре¬
рывную круглосуточную работу.
При правильной эксплуатации импульсных ультразву¬
ковых генераторов и при поддержании нормальных вод¬
нохимического режима и щелочности воды новой накипи
в котлах не образуется. Старая накипь в течение двух¬
трех месяцев отслаивается и выпадает в осадок, а на
теплопередающих поверхностях наблюдаются лишь шла¬
мовые отложения, легко смываемые струей воды во
время профилактических осмотров.
Ученые Одессы испытали ультразвуковой метод очи¬
стки судов от ракушек и водорослей. Эти на первый
взгляд безобидные существа, облюбовавшие днища ко¬
раблей для своих поселений, на самом деле не так уж
безобидны; они «крадут» у судна изрядную долю его
хода. Механическая очистка — чрезвычайно трудоемкая
операция, а главное, для этого судно надо ставить в док,
то есть на какое-то время исключать из эксплуатации.
Днище судна Черноморского пароходства «Хирург Виш¬
44

невский», обработанное ультразвуком, и через 15 меся¬
цев плавания было чистым от непрошенных гостей.
Одна из серьезных сегодняшних технических проб¬
лем — очищение воздуха от пыли, дыма, копоти, тумана,
окислов металлов и т. п. Мельчайшие частицы веществ
из заводских фабричных труб устремляются вверх, а по¬
том разносятся ветром на большие расстояния и посте¬
пенно оседают на земле. По серому налету на листьях
деревьев и на окружающих предметах нетрудно дога¬
даться, что в данном районе находится цементный завод.
Тысячи тонн цемента теряют заводы в виде распылен¬
ных мельчайших частиц при обжиге. То же самое про¬
исходит и на химических, алебастровых, сажегазовых и
других предприятиях.
Разрешима ли вообще эта проблема? С давних пор
уже пользуются пылеулавливающими устройствами, дей¬
ствие которых основано на различных принципах. Это
пылеосадочные камеры, ротационные пылеуловители,
центробежные уловители, электрофильтры и др. Одна¬
ко все эти устройства громоздки и малоэффективны.
Поэтому ученые продолжают искать новые пути уско¬
рения и повышения качества очистки воздуха от газа
и загрязнений.
В Польской Академии наук в 1967 г. состоялся меж¬
дународный симпозиум по уменьшению загрязненности
воздушной среды. Некоторые ученые в своих докладах
отмечали перспективность ультразвукового метода очи¬
стки воздуха, так как он обладает многими положитель¬
ными качествами. Он не зависит от температуры и влаж¬
ности среды, легко поддается автоматизации, ультразву¬
ковые устройства просты в эксплуатации.
В чем сущность ультразвуковой очистки воздуха?
Пылинки, которые беспорядочно летают в воздухе, под
действием ультразвуковых колебаний чаще и сильнее
ударяются друг о друга. В результате они слипаются
и увеличиваются в размере. Процесс укрупнения частиц
называется коагуляцией. Укрупненные частицы быстрее
оседают и улавливаются обычными фильтрами.
Ультразвуковые методы очистки воздуха от загряз¬
нений внедряются сейчас во многие отрасли промыш¬
ленности и постоянно совершенствуются. Специалисты
считают, что необходимо создание многоступенчатых
ультразвуковых осадителей пыли, а также мощных, но
4S

экономичных источников питания. Дело в том, что у
имеющихся сейчас акустических пылеуловителей есть
серьезный недостаток — относительно большой расход
электроэнергии. Поэтому акустические пылеуловители
оправдывают себя пока в основном при улавливании
очень ценной и тонкой пыли, например на свинцовых и
бронзоплавильных заводах.
Явление коагуляции с успехом может быть использо¬
вано в борьбе с туманами, доставляющими немало забот
и неприятностей аэродромной службе, летчикам и мо¬
рякам. Сколько раз туман был виновником аварий и ка¬
тастроф! Десятилетиями ученые искали эффективные
средства для рассеивания тумана. Некоторые из них уже
применяются в районах аэродромов. А как быть на море
или океане, где корабль попадает в зону тумана на
несколько дней? Польские ученые предложили для этих
целей ультразвуковую сирену, обеспечивающую рассеи¬
вание тумана на расстояние 300 — 400 метров. Такую
сирену, но меньших размеров, можно установить и на
автомобиле.
Все эти примеры — далеко не полный перечень тех¬
нологических возможностей ультразвука, уже, кстати, в
большинстве своем реализованных в многочисленных
устройствах и агрегатах, предназначенных для различ¬
ных очистных операций. Это ванны УЗВ-15М, УЗВ-16М,
УЗВ-17М, УЗВ-18М, УЗВМ-3, УЗВТ-3, УЗВ-2АМ, УЗВФ-1,
УОФ-2; агрегаты УЗА-1, УЗА-6, УЗА-9, УЗА-1 ОМ, УЗА-
11	М, УЗА-15, УЗА-16; установки УЗВД-6, УЗВД-8, УО-22,
УЗУ 1-0,4, УЗУ 1-0,25, УЗУ 1-0,6, УЗУ4-1.6, УЗУ2-0.6, УЗУ1-
25,0, УЗУ2-25,0, УЗУб-10,0, УЗУ1-63/16-0; устройства
УОГ-1, УОГ-2, УОГ-3, УОГ-4 (стенд СУОГ) и др.
12.	Ультразвуковая сварка
Как сварить два тончайших лепестка фольги или прива¬
рить волосок проволоки к более массивной металличе¬
ской детали? О дуговой сварке не может быть и речи:
от малейшего нагрева лепестки закрутятся и сгорят.,
И многие другие способы сварки здесь непригодны.^
А как соединять пластмассы? Скобами? Шурупами?
А если требуется неразъемное соединение? Ведь не все
детали можно отштамповать, многие узльг приходится
собирать.
46

Метод ультразвуковой сварки появился сравнитель¬
но недавно, поэтому ультразвуковая сварка — новый
технологический способ соединения материалов, зани¬
мающий промежуточное положение между сваркой тре¬
нием и сваркой давлением.
Ультразвуковая сварка — это холодная сварка: дета¬
ли соединяются между собой при температуре значи¬
тельно ниже температуры плавления, то есть в твердом
состоянии. Она не меняет свойств и структуры материа¬
лов, а это очень важно, когда нужно сварить между
собой изделия из таких металлов, как молибден, цирко¬
ний, ниобий, тантал и др.
С помощью ультразвуковой сварки можно соединять
тонкие листы, приваривать спиральные ребра к стерж¬
ням, гофрированные листы к гладким, сваривать мини¬
атюрные детали приборов. И все это производится без
специальной зачистки псзерхности, что делает ультра¬
звуковую сварку буквально незаменимой в целом ряде
массовых производств.
Ультразвук легко сваривает алюминий и его сплавы.
Большое место ультразвуковая сварка занимает в
радиоэлектронике (ультразвуковая микросварка). Она
имеет ряд преимуществ по сравнению с другими мето¬
дами сварки при изготовлении полупроводниковых при¬
боров в микросхемах.
Установлено, что качество шва и при обычной элек¬
тросварке будет значительно выше, если ее вести одно¬
временно с ультразвуковым облучением. Особенно вы¬
соки требования к сварочным швам, когда нужно полу¬
чить герметичность или сварить детали, которые будут
работать с большими перегрузками. В принципе идея
ультразвуковой обработки расплавленного металла была
не новой. Металлурги уже это делали и получали ме¬
таллы без раковин, пор и значительно мелкозернистее,
чем в том случае, если он остывал без предварительной
ультразвуковой обработки. Тот же эффект получается,
если сварку сопровождать ультразвуковым облучением.
Для сварки металлов создана серия отечественных
ультразвуковых сварочных машин и аппаратов (УЗСМ-1,
УЗСМ-2, УЗСМ-3, УЗСА-4, УЗСА-5) и пистолеты (УЗСП-6,
УЗСА2-0,2С, УСФ-45 и др.).
Ультразвуковая сварка стала одним из основных спо¬
собов соединения изделий из пластмасс и полимерны)<
материалов. Разработанный в нашей стране метод уль-<
4У

тразвуковой сварки позволяет сваривать термопласты
толщиной от нескольких микрометров до 10 миллимет¬
ров и более. Причем так же, как и при сварке металлов,
учитывается толщина только той детали, которая распо¬
ложена со стороны сваривающего инструмента. Ультра¬
звуковая сварка пластмасс происходит под некоторым
давлением при вводе в свариваемые детали ультразву¬
ковых колебаний.
Ультразвуковая сварка полиэтиленовых тубов, коро¬
бок, банок, помимо того, что обеспечивает отличную
прочность, одновременно стерилизует содержимое упа¬
ковки. В лаборатории новых методов сварки МВТУ про¬
делали следующий эксперимент. В полиэтиленовой ко¬
робке заварили с помощью ультразвука обычную воду.
Через несколько месяцев коробку вскрыли, оказалось,
что вода такая же свежая, словно ее только что налили
из водопровода. Это свойство ультразвуковой сварки
использовали работники пищевой промышленности. На
рыбоконсервных предприятиях Мурманска, Риги, Ленин¬
града и других портовых городов внедрены полуавтома¬
тические установки для упаковки рыбных продуктов в
полиэтиленовую тару. Ранее для этой цели применялась
дефицитная алюминиевая жесть. Замена ее на пласти¬
ческие материалы уже дала сотни тысяч рублей эко¬
номии.
Метод ультразвуковой сварки пластмасс привлекает
все большее внимание инженеров и технологов, по¬
скольку он легко поддается автоматизации, по произво¬
дительности не уступает сварке токами высокой частоты,
а по количеству видов пластмасс, которые могут быть
сварены, значительно превосходит его. Ультразвуком
легко свариваются полиэтилен, полипропилен, полисти¬
рол, капрон, стеклолента и другие пластмассы.
Ультразвуковая сварка пластмасс выгодно отличается
от всех других способов сварки тем, что ультразвуком
можно сваривать даже загрязненные детали. Поэтому
ультразвуковая сварка успешно применяется для герме¬
тизации пластмассовых упаковок пищевых продуктов, а
также лакокрасочных, горючих и смазочных материалов.
Она удобна и безопасна при упаковке легковоспламеня¬
ющихся продуктов и взрывчатых веществ; ведь разогрев
деталей при ультразвуковой сварке происходит только
в месте их контактов. Изделия из полимеров со сложной
конфигурацией шва, сваренные с помощью ультразвука,
48

проверили на прочность, и оказалось, что прочность
соединений равна прочности основного материала. А при
испытании сварных образцов на сдвиг чаще разрушался
основной материал около шва.
Ультразвуковые сварочные машины находят все боль¬
шее применение в промышленности. Так, на Московском
заводе плавленых сыров работает автоматическая линия,
которая сама заполняет пластмассовые тубы сыром и
заваривает их на ультразвуковой сварочной машине.
Для сварки изделий из большинства термопластич¬
ных материалов Центральным научно-исследовательским
институтом технологии машиностроения создана серия
ультразвуковых сварочных аппаратов типа УЗАП, кото¬
рые производят сварку внахлестку по всей плоскости
касания сварочного инструмента.
Всесоюзным научно-исследовательским институтом
электросварочного оборудования (ВНИИЭСО) созданы
ультразвуковые сварочные машины МТУ-0,4; МТУ-0,4-3;
МТУ-0,4-4; КТУ-1,5; АУС-1,5; их серийный выпуск нала¬
жен на Калининградском заводе «Электросварка». Ма¬
шина МТУ-0,4-4 сваривает пластмассы и металлы. Она
может быть использована при изготовлении различных
радиотехнических, электротехнических изделий крупно¬
серийного производства. Например, для сварки корпусов
микродвигателей, конденсаторов, аккумуляторов, магни¬
тофонов, кассет, светильников, фильтров, игрушек.
Одним из основных атрибутов портняжной профессии
до сих пор еще остается иголка с ниткой. Но для соеди¬
нения тончайших и ажурных, как паутинка, тканей из
капрона, нейлона, орлона, терилона нужны нитки, по
сравнению с которыми человеческий волос кажется ка¬
натом. При ультразвуковом шитье нитки, естественно, не
нужны.
Безниточная швейная машина, сконструированная
Всесоюзным научно-исследовательским институтом лег¬
кого и текстильного машиностроения, внешне мало чем
отличается от обычной, но у нее вместо иглы — специ¬
альный наконечник; швея нажимает на педаль, включает¬
ся генератор ультразвука, и наконечник, излучая ультра¬
звуковые волны, проходит по ткани, успевая за считан¬
ные доли секунды надежно ее скрепить. В зависимости
от формы наконечника швы на изделиях могут быть раз¬
личных конфигураций. На этой машине можно сшить
любое изделие из синтетической ткани. Теперь работ¬
49

нице не нужно тратить время на наматывание и обрез
нитки, не понадобятся также сотни тысяч катушек и мил¬
лионы километров ниток. Безниточная швейная машина
получила высокую оценку на московской выставке «Ин-
легмаш-76».
Ультразвуковые швейные машины открывают боль¬
шие возможности для автоматизации производства. Не¬
маловажно и то, что ультразвуковая технология практи¬
чески бесшумна.
13.	Ультразвуковая пайка и лужение
В авиационной промышленности, в приборостроении ши¬
роко используются легкие, но npo4Hbie материалы.
К ним относится алюминий и его сплавы, обладаюш,ие,
кроме прочности, высокими электропроводными свой¬
ствами. Алюминий легко обрабатывается, на его поверх¬
ность можно наносить электрохимическим способом за¬
щитные покрытия. Эти и другие преимущества ставят
алюминий и его сплавы на одно из первых мест во мно¬
гих отраслях промышленности, и прежде всего в авиа¬
ции и космонавтике.
Однако сборка из алюминия и его сплавов намного
затрудняется тем, что к алюминиевым деталям ничего
нельзя припаять обычным способом. Трудность пайки
алюминия состоит в том, что в отличие от большинства
металлов его поверхность всегда покрыта тугоплавкой
пленкой окиси, которая образуется при соприкосновении
металла с кислородом воздуха. Пленку можно удалить
с помощью сильнодействующих растворителей (флюсов),
но это кропотливая и трудоемкая операция. Флюсы к
тому же вызывают коррозию основного металла.
Одним из эффективных методов пайки алюминия
является ультразвуковой метод. Для этого нужно уль¬
тразвуковой излучатель опустить в расплавленный при¬
пой, остальное сделают ультразвуковые колебания, а
точнее, кавитация, вызванная ими. Пленка окисла разру¬
шается непосредственно под расплавленным припоем,
поэтому металл не успевает соединиться с кислородом
воздуха, и его поверхность смачивается припоем.
Ультразвуковым методом исправляют брак в алюми¬
ниевых отливках — раковины, трещины, шлаковые вклю¬
чения. Дефектные места запаивают оловянно-цинковым
so

припоем. После механической обработки исправленные
места почти незаметны по цвету и по структуре. И проч¬
ность их не снижается.
С помощью ультразвука можно лудить, а затем паять
керамику и стекло. А ведь керамика все больше и боль¬
ше проникает в технику. Детали и узлы из керамики
используются в радиотехнической, электронной, электро¬
технической аппаратуре.
Ультразвук изменяет и сам процесс лужения. Детали
помещаются в ванну с расплавленным припоем. Под
действием ультразвуковых колебаний с деталей сни¬
мается слой окисла и очищенная поверхность облужи-
вается. Надежность ультразвукового лужения экспери¬
ментально проверена на целом ряде материалов, в том
числе на керамике, ферритах, абразивных изделиях,
кварце, угольных и графитизированных изделиях, стекле,
рубинах, инваре, ниобии, тантале, молибдене, вольфра¬
ме, титане, германии и др.
Промышленностью выпускается ультразвуковой па¬
яльник УЗП2-0,025 для пайки деталей из алюминия, фер¬
рита, керамики и других материалов мягким припоем
без применения флюсов. Конструкция паяльника удобна
и надежна в эксплуатации. Ультразвуковой паяльник
УЗП2-0,025 — первая серийная модель в Советском
Союзе.
Большой интерес для предприятий радиоэлектронной
промышленности представляет установка «Звук-К», «уме¬
ющая» присоединять кристаллы к позолоченным корпу¬
сам полупроводниковых приборов методом ультразву¬
ковой пайки.
Для ультразвукового лужения создано много различ¬
ных ванн, которые уже хорошо зарекомендовали себя
на промышленных предприятиях. Одна из последних мо¬
делей ультразвуковых ванн — УЗВЛ-0,4-44 — является
первым промышленным образцом с повышенной рабо¬
чей частотой. В ней лудят легкоплавкими припоями мел¬
кие детали из алюминия и его сплавов, феррита, кера¬
мики, стекла.
14.	Ультразвуковой контроль
Глаз человека, несмотря на свое изумительно тонкое
устройство, далек от совершенства. Человек не видит
микроскопические предметы, плохо различает предметы,
Si

удаленные на большие расстояния. И само собой разу¬
меется, плохо видит ночью, в тумане. Но человек стре¬
мится преодолеть эти ограничения. Он создал микро¬
скоп и телескоп. А как заглянуть внутрь непрозрачных
предметов и материалов, увидеть процессы, проходящие
в невидимых средах?
Пышущий жаром стальной слиток до 30 раз прохо¬
дит между валками прокатного стана, становясь все
тоньше, пока не превращается в длинный и широкий
лист. Затем могучие прессы штампуют из него части
кораблей, самолетов, ракет, детали турбин, сложных
агрегатов. Им приходится вьгдерживать гигантские на¬
грузки, скорости, давления. А что если в стальном листе
есть какой-либо внутренний дефект? Тогда авария? Кон¬
тролеры внимательно исследуют готовые листы. Заме¬
тить поверхностные повреждения — не проблема. Но что
таится в самой толще металла? Многое могут сказать
рентгеновские и гамма-лучи, но далеко не все: они
«заметят» лишь относительно большие дефекты, мелкие
же останутся незамеченными.
В 1928 г. советский ученый С. Я. Соколов на основе
проведенных исследований и опытов предложил для
выявления дефектов использовать ультразвук. Разрабо¬
танные под руководством С. Я. Соколова приборы полу¬
чили название ультразвуковых дефектоскопов. Они обес¬
печили приоритет СССР в этой области техники и полу¬
чили мировое признание. С тех пор в лаборатории, ныне
носящей имя С. Я. Соколова, его ученики и последова¬
тели продолжают творческий поиск по созданию и со¬
вершенствованию ультразвуковых дефектоскопов.
Некоторые теоретические вопросы дефектоскопии
высказаны еще задолго до первого практического при¬
менения ультразвука. В 1898 г. в России и за рубежом
была опубликована статья Н. Е. Жуковского «О гидрав¬
лическом ударе в водопроводных трубах». На первый
взгляд она не имеет никакого отношения к истории
ультразвуковой дефектоскопии. В статье описаны спо¬
собы защиты водопроводных труб от гидравлических
ударов, возникающих при мгновенной остановке потока
воды. Удары бывают настолько сильными, что приводят
к разрыву труб.
Н. Е. Жуковский с тремя своими сотрудниками выяс¬
нил причины этого явления и нашел средство борьбы
с ними. Они наблюдали разрыв столба жидкости в тру¬
52

бах при отрицательных давлениях и явления захлопы¬
вания в образующихся при этом кавитационных полос¬
тях. Ученые определили, как возникают удары, почему
растет и падает давление, с какой скоростью распро¬
страняются возмущения, вызванные внезапным закры¬
тием и т. д.
Диаграммы распространения ударных волн вначале
показались ошибочными, так как ученые обнаружили
в них неожиданные отклонения от теоретических данных.
Однако в дальнейшем Жуковский убедился, что такие
отклонения вполне закономерны и вызваны скоплениями
воздуха, оставшимися в трубах от снятых манометров.
Это навело исследователей на мысль, что определять
расположение внутренних дефектов, так же как и пу¬
зырьков воздуха, можно с помощью прямого и отра¬
женного ультразвукового импульса. Нужно только точно
измерить время пробега ультразвуковой волны от источ¬
ника возникновения до препятствия и обратно. В опуб¬
ликованной работе была не только высказана идея этого
метода, но и даны математические расчеты и теорети¬
ческие обоснования. Таким образом, пионером ультра¬
звуковой дефектоскопии можно считать Н. Е. Жуков¬
ского.
Ультразвуковая дефектоскопия — один из методов
неразрушающего контроля. Сейчас ультразвуковой кон¬
троль уже общепризнан в различных отраслях промыш¬
ленности. В ряде технологических процессов (прокат
стальных листов, изготовление труб и др.) ультразвуко¬
вые дефектоскопы встраиваются в автоматические линии,
что значительно ускоряет процесс контроля и повышает
производительность труда.
Существует несколько методов ультразвуковой де¬
фектоскопии; основные из них теневой, импульсный
(эхо-метод), резонансный, метод структурного анализа,
импедансный метод, метод свободных колебаний. Выбор
метода зависит от характерных особенностей контроли¬
руемых изделий (материал, размеры, конфигурация
и др.), разновидностей дефектов (раковины, трещины,
расслоения, непровары и т. п.), а также от тех парамет¬
ров, которые необходимо получить. Иногда приходится
методы совмещать, комбинировать.
Теневой метод основан на ослаблении проходящего
ультразвука при наличии внутри детали дефектов, со¬
здающих ультразвуковую тень. Если в детали отсутст¬
53

вуют дефекты, ультразвуковая волна движется прямоли¬
нейно, пока не достигнет противоположной стороны
изделия. Чем больше дефект, тем значительнее ослаб¬
ление ультразвука и наоборот.
Но «теневые» дефектоскопы малочувствительны. Ояи
обнаруживают дефект лишь в том случае, если вызы¬
ваемое им изменение сигнала равно не менее 15 — 20
процентов. Если же дефект очень мал, то ослабление
ультразвуковой волны будет незначительным и, следо¬
вательно, он останется незамеченным. Существенный
недостаток теневого метода состоит также и в том, что
в большинстве случаев невозможно определить, на ка¬
кой глубине находится дефект. Кроме того, теневой
дефектоскоп не всегда удобен в работе, так как для
обнаружения дефекта излучатель и приемник ультра¬
звука необходимо прикладывать к двум противополож¬
ным поверхностям детали, а это не всегда возможно.
Поэтому теневой метод дефектоскопии применяется в
основном для проверки тонких изделий, в частности
стальных листов.
Для контроля качества горячекатаных листов полу¬
чили широкое распространение автоматизированные
дефектоскопы УЗУЛ, УКЛ, «Прокат», «Сплав», УД-61 УА,
УД-71УА, ДПГ-204. Ими можно выявлять дефекты листов
толщиной от 2 до 50 миллиметров Внутренние дефекты
круглых и квадратных поковок на глубине 150 миллимет¬
ров выявляют ультразвуковые установки УДЦ-41,
УДЦ-50.
Центральная лаборатория автоматизации управления
трубной промышленности Министерства черной метал¬
лургии УССР создала ультразвуковой дефектоскоп
ДСТ-5М для автоматического контроля качества про¬
дольного шва, маркировки и сортировки труб в линии
трубоэлектросварочного станка 51-152. Работа прибора
основана на сочетании двух методов — теневого и им¬
пульсного. На каждую трубу, не имеющую дефектов,
наносятся клеймо и магнитная метка. Отрезанная труба
подается на рольганг к правильному станку, перед кото¬
рым установлено устройство для приема магнитной мет¬
ки. Сортировка труб производится по наличию или отсут¬
ствию на трубе магнитной метки.
Теневым методом судостроители контролируют пласт¬
массовые гребные винты, устанавливаемые на современ¬
ных судах. Эту задачу решает ультразвуковая полуавто-
S4

магическая установка ДУК-17. Результаты контроля за¬
писываются на электротермическую бумагу типа ЭТБ-2
и наблюдаются на экране электронно-лучевой трубки.
Если качество пластмасс хорошее, рисунок получается
заштрихованным, а если нет, то в тех местах, где обна¬
ружены дефекты, остаются белые пятна. Прибор очень
чувствителен, обнаруживает дефекты размером 0,5 ква¬
дратных сантиметра.
Импульсный метод (эхо-метод) в отличие от теневого
основан на посылке в контролируемое изделие коротких
импульсов ультразвуковых колебаний и регистрации ин¬
тенсивности и времени прихода эхо-сигналов, отражен¬
ных от дефектов или границ изделия. Ультразвуковой
импульс, посланный излучателем, проходит сквозь про¬
веряемое изделие и отражается от противоположной
его поверхности в виде эхо-сигнала. Если на пути уль¬
тразвукового импульса встретится трещина или ракови¬
на, то он отразится от них, что будет зарегистрировано
на экране дефектоскопа в виде всплеска импульса. Если
в детали несколько трещин или раковин, расположен¬
ных одна за другой, то на экране дефектоскопа появится
несколько всплесков.
Ультразвуковой импульсный метод обладает рядом
преимуществ перед теневым. Он позволяет исследовать
изделия при одностороннем доступе к ним, так как в
данном случае не требуется устанавливать приемник
ультразвука с противоположной стороны проверяемого
участка, как при теневом методе. Чувствительность им¬
пульсного метода значительно выше теневого. При тене¬
вом методе ослабление ультразвука от 100 до 95 про¬
центов не регистрируется, при импульсном будет заме¬
чено отражение даже одного процента ультразвуковой
энергии. Преимущество импульсного метода состоит еще
и в том, что он позволяет не только с повышенной чув¬
ствительностью обнаруживать мельчайшие дефекты, но
и определять, на какой глубине они находятся. По вели¬
чине отраженного эхо-сигнала можно составить пред¬
ставление о размерах дефекта.
У импульсного метода есть недостаток — он неприго¬
ден для контроля изделий малых размеров. Это объяс¬
няется тем, что у импульсных дефектоскопов есть так
называемая «мертвая зона» — участок непосредственно
У поверхности детали. На этом месте дефект нельзя
обнаружить, потому что в момент возвращения эхо-сиг¬
s>

нала от дефекта еще продолжается излучение прямого
импульса. «Мертвая зона» дефектоскопа будет тем
меньше, чем меньше длительность импульса. Длитель¬
ность импульса определяет и разрешающую способность
дефектоскопа, то есть минимальное расстояние по глу¬
бине между дефектами, при котором эхо-сигналы от
этих дефектов будут наблюдаться на электронно-луче¬
вой трубке раздельно.
Промышленностью изготавливается много различных
ультразвуковых импульсных дефектоскопов, наиболее
распространены из них УДМ-1М, УДМ-3, ДУК-5В,
ДУК-6В, ДУК-8, ДУК-11 ИМ, ДУК-12, ДУК-1 ЗИМ, ДУК-21,
УДЦ-22Т, УД-10УА, УД-ЮП и др.
Все эти приборы успешно выявляют внутренние де¬
фекты в металлических и неметаллических заготовках
и деталях (раковины, расслоения, трещины, инородные
включения и т. д.) и места их расположения.
Всесоюзный научно-исследовательский институт по
разработке неразрушающих методов и средств контро¬
ля качества материалов (ВНИИНК) пополнил обширное
семейство импульсных дефектоскопов двумя интерес¬
ными приборами ДУК-66 и ДУК-66П. Основное назначе¬
ние дефектоскопа ДУК-66 — обнаружение дефектов в
металлических изделиях с точным указанием мест их
расположения, а также измерение толщины изделия при
одностороннем доступе к нему. Но он способен делать
то же самое и в отношении изделий из органического
стекла, некоторых видов пластмасс и плотной резины.
Прибор может быть использован в установках полуавто¬
матического и автоматического контроля (контактным и
иммерсионным, то есть погружным, способами) за каче¬
ством изделий. ДУК-66П сконструирован для тех же
целей, но в портативном варианте, позволяющем «про-
звучивать» изделие как импульсным, так и теневым ме¬
тодами.
К дефектоскопу ДУК-66 разработаны приставки:
«Кварц Т-4Б» для автоматического контроля выхода тол¬
щины стенки труб из установленных допусков и «Ритм-1»
для проведения ультразвукового контроля токопроводя¬
щих материалов сдвиговьгми колебаниями без смачива¬
ния поверхности. Вторая приставка обеспечивает ручной
и автоматический контроль деталей с грубообработан-
ной, крашеной, покрытой тонким слоем пластика поверх¬
ностью.
56

Неразрушающие методы контроля развивались в на¬
правлении повышения чувствительности и надежности
выявления дефектов в сварных конструкциях различного
типа и автоматизации процесса контроля. Особенно за¬
метен прогресс ультразвуковых методов контроля и
аппаратуры в условиях поточного производства, где
необходима высокая производительность. Большое вни¬
мание уделяется автоматизации процессов контроля
труб с использованием ультразвуковых установок
ИДЦ-ЗМ, ИДЦ-6, ИДЦ-8М, ИДЦ-10, «Ротор», «Микрон-3»,
«Микрон-4», «Днестр-1», «Винт-2» и др.
Импульсным методом ультразвуковой дефектоско¬
пии не только выявляют внутренние дефекты, но и изме¬
ряют толщины стенок труб, листов, резервуаров, обши¬
вок и т. п. Так, например, ультразвуковые толщиномеры
позволяют контролировать толщину стенок разнообраз¬
ной аппаратуры химической и нефтеперерабатывающей
промышленности в процессе эксплуатации, когда нет,
разумеется, никакой возможности измерить ее каким-
либо другим способом. Толщина стенок определяется
по интервалу времени между посланным ультразвуко¬
вым импульсом и первым его отражением от противо¬
положной поверхности стенки.
За последние годы возможности импульсных дефек¬
тоскопов намного расширились. Так, например, для того,
чтобы повысить вес и скорость движения железнодо¬
рожных поездов, должна быть уверенность в высоком
качестве рельсов. Если еще сравнительно недавно ты¬
сячи путепроходчиков постукивали молотком по рельсу
и по звуку определяли, нет ли в нем дефекта, то теперь
с этой ролью справляется ультразвуковой переносной
дефектоскоп. Раньше контролер передвигал дефекто¬
скоп по рельсу, теперь он устанавливается на специаль-
нь!е тележки. Дальнейшее совершенствование этого
метода привело к тому, что дефектоскопы начали уста¬
навливать в обычных вагонах, превратив их в своеобраз¬
ные лаборатории.
Учеными Бауманского училища разработан оправ¬
давший себя метод контроля различных продольно¬
прессовых соединений при помощи ультразвука. Сущ¬
ность его такова. При «прозвучивании» сопряжения
часть ультразвуковой энергии проходит через него, а
другая часть отражается. Чем меньше зазор в сопряже¬
нии, тем больше прохождение ультразвука, и меньше
57

отраженное «эхо». Размер зазора зависит от контактного
давления, величину которого нетрудно определить по
величине отражаемой энергии. На контрольном стенде
энергия проходящего через зазор ультразвука преобра¬
зуется в электрическую, выходной сигнал которого за¬
тем усиливается, и результат измерения показывает мил¬
лиамперметр.
Особый интерес представляет ультразвуковой даль¬
номер УД-1 для бесконтактного дистанционного контро¬
ля взаимного и пространственного положения элементов
машин и конструкций в цеховых и естественных условиях
их эксплуатации. Дальномер обеспечивает возможность
автоматического измерения расстояний до 5 метров при
удалении индикаторного устройства от блока преобра¬
зователей на расстоянии 30 метров- В дальномере пре¬
дусмотрена возможность подключения самопишущих
приборов для записи процессов автоматического изме¬
рения.
Резонансный метод ультразвуковой дефектоскопии
основан на зависимости параметров упругих колебаний
в условиях резонанса от наличия дефекта в контроли¬
руемом изделии. Колебания высокой частоты, выраба¬
тываемые генератором, непрерывно излучаются ультра¬
звуковой головкой в проверяемое изделие. Известно,
что любое тело, предмет, деталь имеют свою собствен¬
ную частоту. У тонкой детали высокая резонансная час¬
тота, у больших предметов — низкая (вспомните, как
звучит большой церковный колокол и маленький ручной
колокольчик). Если собственная частота изделия будет
равна частоте генератора, то возникнет резонанс коле¬
баний. Зная частоту излучаемых ультразвуковых коле¬
баний и скорость их распространения в материале кон¬
тролируемого изделия, легко определить размеры де¬
фекта и глубину его расположения.
Резонансный дефектоскоп работает примерно так. Он
настраивается на резонансную частоту изделия. Теперь,
если ультразвуковую головку перемещать по изделию,
то во всех местах с иной толщиной или с дефектом
резонанса не будет.
Долгое время кораблестроители раковину или непро-
вар в шве отыскивали пробным сверлением. Для этого
приходилось сверлить сотни отверстий, а затем завари¬
вать их. Теперь на судостроительных и судоремонтных
заводах резонансный ультразвуковой дефектоскоп не
S8

только проверяет сварные швы, но и определяет сте¬
пень износа корпуса судна от коррозии. Для проверки
обшивки корабля только зачищается поверхность, а
дальше уже действует ультразвук. Резонансный метод
особенно удобен при проверке подводной части кораб¬
ля без постановки его в док.
Резонансные дефектоскопы успешно справляются с
ролью контролеров в промышленности строительных ма¬
териалов — кирпича, строевого леса и т. д.
Как раньше проверяли качество кирпича? От каждой
партии брали 5— 10 изделий и распиливали их на куски.
По одним кускам определяли прочность, по другим —
пористость, по третьим — удельный вес. Все это, есте¬
ственно, требовало времени и большого труда. Ультра¬
звук делает это с меньшей затратой труда и времени,
сохраняя при этом изделие в целости.
Одна из последних моделей ультразвуковых резо¬
нансных дефектоскопов — иммерсионный дефектоскоп
«Металл-2М», созданный для непрерывного контроля
толщины изделий из металла, стекла, керамики, а также
для обнаружения расслоений в биметаллических изде¬
лиях с использованием явления иммерсионного резо¬
нанса. Изменение толщины изделия приводит к включе¬
нию сигнальных лампочек, после чего на выходе прибора
появляется сигнал, приводящий в действие дефектоот-
метчик или отбраковочное устройство. Отличительная
особенность прибора заключается в том, что его не
нужно каждый раз настраивать на скорость распростра¬
нения ультразвуковых колебаний при переходе на изде¬
лия из другого материала. Необходимо установить толь¬
ко пределы контроля.
Резонансный метод ультразвуковой дефектоскопии
оправдал себя не только на производстве, но и при
решении некоторых теоретических проблем. Исследова¬
ния показали, что резонансный метод контроля можно
использовать для определения характеристик твердого
тела в условиях высоких температур. Это позволяет вы¬
брать наиболее целесообразный технологический режим
(например, при обжиге строительных материалов).
Метод структурного анализа. В начале книги мы го¬
ворили о том, что интенсивность и скорость затухания
звуковых волн по мере удаления от источника связаны
непосредственно с качественной характеристикой среды.
Именно эта связь и легла в основу относительного метода
S9

структурного анализа, без которого ныне не могут
обходиться ни многие научные лаборатории, ни промыш¬
ленные производства, где очень важно, чтобы материал,
предназначенный для какого-то изделия, по своему
строению, а стало быть, и качеству соответствовал тре¬
бованиям стандарта, чтобы сталь, к примеру, имела
определенную «зернистость», а примеси графита в се¬
ром чугуне не превышали допустимой величины и т. д.
Из самого названия метода следует, что его суть —
в сравнении. Исследуемый материал по скорости и ин¬
тенсивности распространения ультразвукового излучения
сравнивается с эталоном. Всякое изменение в структуре
металла отражается на скорости распространения уль¬
тразвука. Так, например, было установлено, что в чугуне
с увеличением размеров зерен кристаллической струк¬
туры скорость ультразвука несколько снижается. То же
самое наблюдается и при «озвучивании» ряда цветных
сплавов.
Для автоматического измерения величины зерна в
материале особо тонкостенных труб из коррозионно-
стойких сталей служит ультразвуковой прибор «Кри-
сталл-1». Размер зерен определяется по максимальным
амплитудам импульсов волн, прошедших по материалу
стенки трубы за время одного оборота. «Заметив» от¬
клонения величины зерна от нормы, прибор начинает
подавать световые сигналы.
Импедансный метод разработан советским ученым
Ю. В. Ланге в 1958 г. для контроля за качеством соеди¬
нений, выполняемых клеевым или каким-либо другим
подобным способом; перечисленные выше методы не¬
разрушающего ультразвукового контроля для этой цели
не всегда подходили. В основу импедансного метода
положена зависимость полного механического сопро¬
тивления (импеданса) контролируемого изделия от ка¬
чества соединения отдельных его элементов между
собой.
Контроль может быть автоматизирован, а показания
индикатора записаны на электротермической бумаге.
Кишиневским заводом «Электроточприбор» изготов¬
лен импедансный дефектоскоп ИАД-2. Прибор позво¬
ляет выявлять зоны нарушения соединений в конструк¬
циях, имеющих тонкую обшивку, приклеенную или при¬
паянную к элементам жесткости. Техника контроля
с помощью дефектоскопа ИАД-2 довольно проста. Опе¬
«0

ратор устанавливает датчик на контролируемое изделие
и, слегка прижимая, водит концом датчика по этой по¬
верхности. Наличие дефекта в соединении определяется
по включению сигнальной лампочки.
Для обнаружения дефекта клеевого соединения меж¬
ду обшивкой и заполнителем в клеевых сотовых панелях
служит полуавтоматическая установка ПИ-2. В ее ком¬
плект входит дефектоскоп ИАД-2. Результаты контроля
записываются на электротермическую бумагу в форме
диаграммы, представляющей собой вид изделия в плане.
Полуавтомат ПИ-2 исключает возможные при ручном
контроле субъективные ошибки и дает документ, позво¬
ляющий объективно оценивать качество изделий любому
должностному лицу.
Метод свободных колебаний основан на анализе час¬
тотного спектра свободных колебаний в системе, воз¬
бужденной ударом.
Метод свободных колебаний — один из наиболее
старых методов дефектоскопии. Им давно пользуются
при проверке изделий из стекла, фарфора, керамики и
хрусталя. Слегка ударяя по изделию, по его звучанию
можно определить, есть в нем трещина или нет. Изме¬
нение тона звучания свидетельствует о том, что имеется
дефект. Натренированный человек устанавливает это
почти безошибочно. Однако нынешнее массовое произ¬
водство не может удовлетвориться таким, в общем-то,
дедовским способом контроля. Оно нуждается а более
объективном и, главное, более производительном мето¬
де надежного анализа частотного спектра изделия и вы¬
явления брака.
Ультразвуковой прибор, созданный для этой цели,
действует следующим образом. Блок датчика, укреплен¬
ный на якоре электромагнита, ударяет по поверхности
контролируемого изделия, возбуждая в нем свободные
колебания. Микрофон, установленный на поверхности
изделия на некотором расстоянии от датчика, воспри¬
нимает эти колебания и передает электрические сигналы
на усилитель. Усиленные сигналы поступают на индика¬
тор. Если датчик попадает в зону расположения дефекта,
амплитуда возбуждаемых в изделии колебаний падает,
сигнал на выходе усилителя уменьшается и на индика¬
торе загорается лампочка. Этим прибором можно обна¬
ружить дефект склейки листовой обшивки из дюралю-
мина с пенопластом толщиной 0,8 миллиметра.
61

Метод ультразвуковой визуализации позволяет не
только обнаруживать дефекты, но видеть их форму и
размеры. И это одно из самых интересных научных до¬
стижений нашего времени, приведшее к возникновению
нового направления в физике — интроскопии, науки о ви¬
дении в непрозрачных средах. Осуществляется на прак¬
тике теперь то, о чем издавна мечтал человек.
Ультразвуковая волна, встретив на своем пути объект
съемки, как бы «ощупает» его. Отраженные объектом
ультразвуковые лучи — это, по сути дела, пока скрытый
от нас образ объекта. Его нужно «проявить». Для этого
воспользуемся установкой С. Я. Соколова, основная
часть которой — звукочувствительная трубка, работаю¬
щая на основе пьезоэлектрического эффекта. Мы уже
знаем, что если изменять форму пьезоэлектрического
элемента, например «давить» на него ультразвуковой
волной, то на его гранях возникнут противоположные
электрические заряды. Материалом такой пластины —
мишени, как ее называют, могут быть кварц, сегнетова
соль, титанат бария и другие пьезоэлектрики. Одна грань
пьезоэлектрической пластинки — приемная — имеет кон¬
такт с жидкостью. Пластина не будет резонировать как
единое целое, а вибрация отдельных ее точек будет
меняться под действием падающих на них ультразвуко¬
вых волн.
Когда включается источник питания, ультразвуковая
волна «осматривает» предмет, а затем, получив инфор¬
мацию и отразившись, возвращается к пластине — при¬
емнику. С одной стороны на звукочувствительную пла¬
стинку падает ультразвук, а с другой — направляются
«пучки» электронов, которые как бы срисовывают элек¬
трический «рисунок», созданный ультразвуком. Пройдя
усилительные каскады, сигнал поступает на управляющий
электрод приемной трубки, на экране кинескопа вспы¬
хивает изображение предмета. Если есть трещины, рако¬
вины и прочие внутренние дефекты, ультразвук точно
покажет их на экране.
С помощью ультразвука можно вести наблюдение и
в жидкости. Радиус действий обычных подводных теле¬
визионных установок даже в чистой воде не превышает
нескольких десятков метров. При ультразвуковом теле¬
видении зона видимости в любой жидкости будет оди¬
наковой и значительно большей, чем дальность распро¬
странения света.
62

Ультразвуковое видение имеет несколько методов,
из которых наиболее распространен электронно-акусти¬
ческий. Сущность его в том, что звуковые сигналы пре¬
образуются в видимое изображение не сразу, а через
промежуточную ступень — электрическое изображение.
Преимущество этого метода — высокая чувствитель¬
ность. Прибор, основанный на электронно-акустическом
методе, впервые предложил С. Я. Соколов, назвав его
ультразвуковым микроскопом. Чувствительность прибо¬
ра была сначала очень низка. Однако исследования в
этом направлении настойчиво продолжались. В резуль¬
тате глубокого изучения физических процессов, проис¬
ходящих в электронно-акустических преобразователях,
советским ученым П. К. Ощепкову, Л. Д. Розенбергу,
Ю. Б. Семенникову удалось повысить чувствительность
прибора в сотни тысяч раз.
Интроскопы сказочно расширили возможности чело¬
веческого глаза — он теперь способен заглянуть внутрь
непрозрачных тел и веществ.
С помощью ультразвуковой аппаратуры можно обна¬
ружить твердые тела и газовые пузыри в жидкостях,
трещины, раковины, шлаковые и металлические вклю¬
чения, пустоты в металлах. Ультразвуковые интроскопы
могут контролировать качество соединений металла при
электросварке. Они позволяют увидеть, как распреде¬
лены в стальном слитке легирующие добавки, рассмот¬
реть зоны термической обработки, определить степень
«усталости» металла. Интроскопы делают доступными
для обозрения тончайшие процессы, происходящие в
живой клетке, а также строение кровеносных сосудов
без вскрытия.
К сожалению, с помощью интроскопов можно полу¬
чить плоское изображение, что не всегда удовлетворяет
требованиям, предъявляемым к контролю особо ответ¬
ственных деталей и узлов. Ученые и конструкторы на¬
стойчиво стремятся устранить это ограничение. В резуль¬
тате их поисков возникла новая область науки — голо¬
графия.
Голография — это, коротко говоря, способ регистра¬
ции и последующего восстановления волн. Чтобы понять
ее качественное отличие, качественное своеобразие,
обратимся к обычной фотографии. Фотографический
снимок представляет собой плоское изображение пред¬
мета в двухмерной проекции. Мы можем как угодно
63

поворачивать снимок перед своим взором, изображение
так и останется для нас плоским, двухмерным. Голограм¬
ма дает нам ощущение реальной объемности предмета.
С самого начала голографических исследований было
ясно, что можно записать голограмму на одной длине
волны, а восстановить на другой. Следовательно, голо¬
грамма может быть записана на звуковых (ультразвуко¬
вых) волнах, а восстановлена светом. Этот прием и на¬
зывается акустической (ультразвуковой) голографией.
Если в воде источник ультразвука направлен вверх, вод¬
ная гладь вспучивается до тех пор, пока сила тяжести
и поверхностное натяжение не сбалансируют акустиче¬
ское давление. От двух источников—два пучка. Пере¬
секаясь, они образуют интерференционную картину,
которая проявляется в виде ряби на поверхности. Если
один из пучков облучает предмет, узор ряби дает его
акустическую голограмму.
Чтобы восстановить голограмму, необходимо поверх¬
ность осветить лучом лазера, в результате чего возни¬
кает подробная информация о форме предмета. Именно
это свойство и находит себе применение в новых при¬
борах оценки поведения конструкций в различных усло¬
виях работы.
Первые голографические контрольные установки бь.-
ли громоздки и далеки от совершенства. Правда, и сей¬
час еще не преодолены до конца многие технические
трудности на пути к широкому внедрению голографии
в практику. Но поскольку голографические исследования
находятся в центре внимания множества научных кол¬
лективов мира, то можно надеяться, что эти трудности
временные. Они непременно будут преодолены. И тогда
голографические методы позволят не только получать
объемное изображение предметов, обнаруживать в них
дефекты, но и легко регистрировать мельчайшие струк¬
турные изменения, возникающие вследствие развития
в материалах усталостных процессов. Такой контроль
особенно важен в авиационной технике, где требования
надежности чрезвычайно велики. Помимо дефектоско¬
пии звуковая (ультразвуковая) голография может при¬
меняться при изучении рельефа морского дна, звуко-
локации, звуконавигации, поиске полезных ископаемых,
исследовании структуры земной коры и др. Ультразву¬
ковая голография имеет особое значение для медицин¬
ской диагностики.
64

Благодаря своей высокой чувствительности, надеж¬
ности, простоте и эффективности ультразвуковая дефек¬
тоскопия получила признание во многих отраслях народ¬
ного хозяйства и промышленного производства. Так, на¬
пример, разработан сверхчувствительный микрофон
направленного действия, благодаря которому можно най¬
ти течь в том месте судового трубопровода, куда за¬
труднен доступ, или в многокилометровых переплетени¬
ях труб на химических и металлургических предприятиях.
Он работает как сказочно чуткие уши, улавливая уль¬
тразвуки, возникающие при утечке газа из трубопрово¬
дов. Он способен обнаружить отверстие диаметром
меньше десятой доли миллиметра на расстоянии до
12 метров.
Надежность гидравлических и пневматических судо¬
вых систем на герметичность проверяют ультразвуковым
течеискателем ТУЗ-2, который может указать место не¬
плотности с точностью до 2 — 3 миллиметров. Прибор
умещается в небольшом цилиндре диаметром 55 и дли¬
ной 210 миллиметров.
Как обычно определяли прочность бетонных изделий?
По контрольным кубикам, изготовленным по той же
технологии, что и само изделие. Стало быть, судить о
прочности самого изделия можно было только по кос¬
венным показателям, которые в силу различных слу¬
чайностей могли не совпадать с действительными. Вот
и получалось нередко, что контрольные кубики давали
отличные показатели, а сами строительные детали не
имели той прочности, которая от них требовалась; либо,
наоборот, детали получались с неоправданно большим
запасом прочности, что невыгодно экономически. Уль¬
тразвук дает возможность подвергать контролю само
изделие. Вот на предприятии изготовлена партия ферм,
балок или настилов перекрытия. Ясно, что прочность
всех деталей должна соответствовать расчетной. Каждую
из них в считанные минуты испытывают неразрушающим
Методом и тут же дают заключение; такие-то детали
Можно отправлять на стройку, а вот такие — не соответ¬
ствуют кондиции. На заводе железобетонных изделий
стенд для испытания продукции с помощью ультразву¬
ка действует как составная часть технологической
линии.
8 520	65

Для экстренной проверки (на семой стройке, перед
монтажом) созданы передвижные автомобильные лабо-
ратории, способные в любом отдаленном пункте выпол¬
нить те же функции, что и стационарный стенд. Более
того, для срочных испытаний имеется портативный ком¬
плект приборов весом 15 — 20 килограммов. Команди¬
рованный на стройку специалист берет его с собой и
легко управляется в любых, даже сложных условиях.
При строительстве одного из железобетонных соору¬
жений возникло сомнение в прочности колонн. Решили
усилить их. Однако после проверки конструкции ультра¬
звуковым методом выяснилось, что прочность их даже
превышает проектную.
Строителям известны неприятные факты, когда в же¬
лезобетонных конструкциях возникают трещины либо
при возведении соответствующих сооружений, либо уже
в процессе их эксплуатации. В частности, когда возводи¬
ли Останкинскую телебашню, на высоте 160 метров не¬
ожиданно появились трещины. Спешно создали специ¬
альную комиссию, в состав которой вошли инженеры-
ультразвуковики, они с помощью дефектоскопов
определили глубину этих трещин. В результате прове¬
денных мероприятий опасность ликвидировали, и были
приняты меры к тому, чтобы трещины больше не появ¬
лялись. До окончания строительства башни качество
укладки бетона контролировалось ультразвуком.
Бетон — это не только конструкции, но и дороги, ко¬
торые, прослужив много лет, «заболевают», теряя проч¬
ность. Установить диагноз такого заболевания позволяет
опять-таки ультразвуковой дефектоскоп. Первые испыта¬
ния прибора прошли на Московской кольцевой автомо¬
бильной дороге. Такими же дефектоскопами можно
контролировать изделия из органического стекла, эбо¬
нита, пластических масс, капрона и других материалов.
Оросительные каналы обычно обкладывают противо-
фильтрационными плитками, чтобы избежать потерь
воды. Специалисты Украинского научно-исследователь¬
ского института гидротехники и мелиорации подвергли
ультразвуковой дефектоскопии качество облицовки гид¬
ротехнических сооружений. Этот метод определения
качества материалов в ирригационном строительстве
прошел проверку на сооружении оросительной системы
под Киевом и Северо-Крымского канала и показал хо¬
рошие результаты.
б»

при реставрации одного из древнейших памятников
архитектуры нужно было проверить состояние стропил
здания. Раньше в таких случаях приходилось распили-
'вать деталь. На этот раз ультразвуковым дефектоско¬
пом проверили все стропила, которые оказались хоро¬
шими. Методом ультразвуковой дефектоскопии были
исследованы стены храма Василия Блаженного. «Про¬
слушав» их, реставраторы обратили внимание на то, что
в одном и том же здании время прохождения импульса
было разное. Было высказано предположение, что на
том месте, где сейчас высится Василий Блаженный, стоял
небольшой храм. Древние строители не разрушили его
стены, а включили в новый архитектурный ансамбль.
Гипотеза заинтересовала историков. Когда сняли штука¬
турку, то убедились, что предположение, сделанное на
.основе показаний ультразвукового дефектоскопа, пра¬
вильное.
Современные ультразвуковые приборы — АИС-1,
ДУК-20, УК-12П, «Бетон» и др.— позволяют контроли¬
ровать прочность не только готовых железобетонных
конструкций, но и нарастание прочности бетона в изде¬
лиях, проходяш,их цикл тепловой обработки.
Ученые Каунасского политехнического института
предложили оригинальный ультразвуковой прибор для
определения качества бумаги. Прибор непрерывно и аб¬
солютно точно контролирует плотность, химический со¬
став бумажной ленты. Сигнал о малейшем отклонении
от нормы немедленно поступает к операторам. Ультра¬
звуковой прибор на Каунасской бумажной фабрике име¬
ни Ю. Янониса заменяет целую лабораторию и позволя¬
ет сэкономить 150 тысяч рублей в год. Разработка уче¬
ных удостоена республиканской премии Литовской ССР.
Еще одну важную профессию получил ультразвук
в процессах контроля. Он может рассказать о неполадках
внутри машины, об износе деталей. Многие машины и
аппараты начинают издавать ультразвук как сигнал о воз¬
можности аварии. Если специальным ультразвуковым
прибором прослушать эти звуки, как это делает врач,
можно определить, нормально работает механизм или
есть неисправности. Главное достоинство прибора —
дальнодействие. На расстоянии в десятки метров он об¬
наруживает самую маленькую щель в химической аппа¬
ратуре. Он издали улавливает шум в подшипниках, на¬
ходит вредные завихрения внутри пневматических и
а*	«

гидравлических систем, фиксирует появление превыша¬
ющих норму зазоров между работающими сопряжен¬
ными деталями. Достоинство ультразвукового прибора
в том, что он может ставить диагноз «заболеваний» ме¬
ханизмов в условиях шумного цеха, так как слышимые
звуки не влияют на его работу.
Одна из таких систем акустического диагноза —
САД-2 измеряет динамические нагрузки в кинематиче¬
ских парах механизмов периодического действия без их
разборки. Система состоит из пульта и одного вынос¬
ного блока. Результат выдается на цифровое табло в
виде величин, пропорциональных динамическим усилиям
в кинематических парах. Количество определенных пара¬
метров состояния зависит от типа механизма. Можно
искусственно «озвучивать» механизмы, то есть создавать
звуковое поле вокруг машины с последующим изуче¬
нием прохождения, поглощения и измерения звука.
Сфера ультразвукового метода дефектоскопии с
каждым годом расширяется, однако этот метод не ис¬
ключает другие. Практика показывает, что целесообраз¬
ны различные методы дефектоскопии, которые, допол¬
няя друг друга, позволяют более полно выявлять тот
или иной дефект.
15.	Ультразвуковой экспресс-анализ
Чтобы проверить, например, концентрацию жидкой сре¬
ды, определить момент окончания какого-либо физико¬
химического процесса, приходилось (да и сейчас еще
приходится) брать пробы для анализа. Но этот метод не
очень удобен, а в ряде случаев и небезопасен: многие
жидкости вредны для здоровья. Как же сделать анализ
непосредственно в емкости, где протекает химический
процесс? Как получать данные, не приближаясь непо¬
средственно к контролируемым резервуарам? Имеется
несколько методов контроля состава и свойств вещества:
радиоизотопный, рентгеноспектральный, полярографиче¬
ский, вихревых токов, ядерного магнитного резонанса
и др. Каждый из них имеет свои положительные сторо¬
ны, но у всех есть общий недостаток — малая универ¬
сальность. В последнее время для этой цели был реко¬
мендован ультразвук. К нему ученые пришли после мно¬
гочисленных экспериментальных исследований, изучив
68

уровня распространения ультразвука в различных
жидкостях и растворах.
Ультразвук быстро, точно, зачастую там, где другими
способами это невозможно, исследует состав и структу¬
ру материалов в твердом, жидком, плазменном или
газовом состоянии. Ультразвуковые методы контроля
состояния среды и измерения свойств вещества очень
удобны, так как они точны, быстры и не нарушают струк¬
туру исследуемого вещества. Эти методы не требуют
взятия специальных проб: исследование ведется без
остановки производственных процессов, в реакторе, тиг¬
ле, на работающей детали или конструкции при любых
температурах и давлениях.
Физическая сущность ультразвуковых методов кон¬
троля — в измерении ультразвуковых полей, изучении и
контроле законов распространения ультразвуковых коле¬
баний в различных средах, в непрерывном определении
величин скорости распространения или затухания ультра¬
звука в исследуемой среде. По скорости распростране¬
ния или затухания ультразвуковых колебаний в веще¬
стве, зависящей, как уже говорилось, от его состава,
структуры и физико-химических свойств, можно устано¬
вить молекулярное строение вещества, а также опреде¬
лить концентрации исследуемых жидких и газообразных
сред и наличие в них примесей. Даже самые незначи¬
тельные примеси в той или иной среде могут заметно
изменить величину скорости распространения ультразву¬
ковых волн. Измерение скорости распространения уль¬
тразвука позволяет вычислить молекулярную массу, ко¬
эффициент линейного расширения, теплоемкость и мно¬
гие другие параметры вещества.
Приборы для контроля состава и свойств вещества
ультразвуковыми методами можно разделить на сле¬
дующие основные группы: для экспресс-анализа физико¬
химических процессов; ультразвуковые уровнемеры и
сигнализаторы уровня; для измерения скоростей пото¬
ков, температур, расхода жидкостей и газов и для спе¬
циальных лабораторных исследований. В свою очередь,
все ультразвуковые контрольно-измерительные приборы
разделяются на работающие в импульсном режиме и
в режиме непрерывного и1злучения. При импульсном
режиме в исследуемую жидкость посылаются короткие
ультразвуковые импульсы и измеряется время пробега
Их вдоль отрезка определенной длины.
69

Ультразвуковой экспресс-анализ физико-химических
процессов может проводиться методом измерения
скорости распространения ультразвука и величины по¬
глощения (затухания). Предположим, что в сосуде проис¬
ходит физико-химический процесс. Если концентрация
раствора достигнет необходимой величины, то скорость
распространения ультразвука в среде будет определен¬
ной, то есть время прохождения импульса от излучателя
к отражателю и обратно будет соответствовать опреде¬
ленной величине. Если заранее прокалибровать индика¬
тор или составить специальные графики, то можно не
только делать отдельные замеры, но и непрерывно сле¬
дить за процессом и управлять им.
Многие приборы уже хорошо зарекомендовали себя
в лабораториях и на промышленных предприятиях. Наи¬
большее распространение в последние годы получили
приборы, основанные на методах измерения времени
распространения ультразвука.
Ультразвуковой анализатор скорости УЗАС-7 позво¬
ляет снять зависимость абсолютного значения скорости
распространения ультразвуковых колебаний от парамет¬
ра жидкой среды, подлежащего контролю в данном
технологическом процессе. При физико-химическом
контроле жидких сред прибор может измерять концен¬
трацию, плотность, сжимаемость, молекулярную массу,
скорость протекания реакции, уровень раздела фаз двух
несмешивающихся жидкостей, контролировать процесс
полимеризации, время старения продуктов или степень
их готовности.
Ультразвуковой частотно-импульсный цифропечатаю¬
щий экспресс-анализатор УЗА-ЗС автоматически изме¬
ряет концентрации различного рода электролитов и ор¬
ганических соединений, абсолютную скорость ультразву¬
ка в жидкости. Со счетчиков результаты измерения
могут быть выданы в десятичном или двоично-десятич¬
ном коде в систему автоматики или вычислительную
машину. Прибор отличается исключительной простотой
обслуживания и работает автоматически, не имея орга¬
нов управления.
Для экспресс-анализа имеются и другие ультразвуко¬
вые приборы —ОСП-В, ИК-2, УФИ-1М, КИУП-1, УЗК-
11 СБ.
Если в контролируемой среде изменяются парамет¬
ры, мало влияющие на изменение скорости распростра-
70

^[«вния ультразвука, контроль ведется измерением погло-
4цения (затухания) ультразвука. Работа такого прибора
,основана на использовании импульсного метода много-
Тсратного отражения ультразвукового сигнала между из¬
лучателем и отражателем. Селектирующим устройством
выбирается отражение импульса и сравнивается по ам¬
плитуде вычислительным устройством. Измерения мож-
,.но проводить как на отдельных пробах, так и на дви¬
жущемся потоке контролируемой жидкости.
Большие трудности возникают при прокатке огром¬
ных металлических болванок. По пути к прокатному ста¬
ну заготовка остывает, а по температуре поверхности
невозможно определить, нужен дополнительный нагрев
или нет. С помощью ультразвукового прибора, создан¬
ного в Московском станкоинструментапьном институте,
температуру внутри болванки можно определить мгно¬
венно. Он автоматически следит за тепловым режимом
во время шлифовки, не допуская перегрева деталей.
Для ряда производств необходимы сверхчистые ма¬
териалы, присутствие примесей в них не должно пре¬
вышать одной десятичной или даже одной миллионной
доли. Такое количество примесей очень трудно заме¬
тить. Например, проверка чистоты алюминия занимает
Лве недели. С помощью ультразвукового метода про¬
верка займет всего 2 часа. Как бы ни были ничтожны
примеси, они все равно искажают кристаллическую ре¬
шетку алюминия, а это, в свою очередь, влияет на рас¬
пространение ультразвука.
Лаборатория биофизики Центрального научно-иссле-
Ловательского института курортологии и физиотерапии
подвергла ультразвуковому экспресс-анализу минераль¬
ные воды и получила соответствующие данные об их
структуре, сформировавшейся на больших глубинах, при
большом давлении и определенной температуре. Эти
данные имеют существенное значение для понимания
механизма лечебного действия минеральных вод.
На Таллинском комбинате молочных продуктов с по¬
мощью ультразвукового анализатора стали определять
Жирность молока. Чтобы снять пробу, теперь достаточно
полторы минуты вместо 20. Намного повысилась точ¬
ность анализа, и не нужно заниматься трудоемкими
исследованиями.
Измерение вязкости — необходимый процесс на мно-
.гих промышленных предприятиях, так как она в некото¬
71

рых случаях является одной из основных характеристик
вещества. По вязкости, например, судят о свойствах
нефти или смазочных масел, она является одним из по¬
казателей пригодности краски для распыления. Долгое
время вязкость измеряли приборами, называемыми ви¬
скозиметрами. Они определяли скорость вытекания
жидкости через калиброванное отверстие. Способ доста¬
точно трудоемкий, отнимавший много времени и недо¬
статочно точный. К тому же не во всех случаях приме¬
ним: нельзя, к примеру, им пользоваться тогда, когда
жидкость радиоактивна, нагрета до высокой темпе¬
ратуры, агрессивна или находится под большим дав¬
лением.
Ультразвуковые вискозиметры позволяют непрерыв¬
но определять вязкость любой жидкости, в том числе
и расплавленного металла. С помощью ультразвукового
вискозиметра можно замерять вязкость и автоматически
контролировать технологический процесс в циркулирую¬
щем потоке.
Существует несколько типов ультразвуковых виско¬
зиметров. Один из них, наиболее распространенный,
основан на принципе демпфирования. Если металличе¬
ский стержень, помещенный в жидкость, коротким уда¬
ром заставить колебаться, то через некоторое время
колебания затухнут. При этом скорость спадания ампли¬
туды будет зависеть от вязкости среды. Чем больше
вязкость, тем быстрее затухают колебания.
Ультразвуковой вискозиметр прост по устройству,
малогабаритен, надежен в эксплуатации и обеспечивает
достаточную точность измерения. Он состоит из трех
основных узлов: датчика-зонда, электронного блока и
соединительного кабеля. Наиболее важный элемент при¬
бора — датчик-зонд. Чувствительным элементом датчика
служит плоская прямоугольная пластинка из ферромаг¬
нитного или пьезоэлектрического материала толщиной
0,2 — 0,4 миллиметра.
Электронную часть вискозиметра можно сконструи¬
ровать так, чтобы при уменьшении амплитуды ниже оп¬
ределенного уровня включался генератор для нового
возбуждения резонансного стержня. В зависимости от
скорости затухания колебаний электронное счетное уст¬
ройство вьграбатывает напряжение, пропорциональное
частоте включений возбуждающего генератора, а следо¬
вательно, и коэффициенту вязкости. Выработанное на¬
72

пряжение можно использовать для управления произ¬
водственным процессом и тем самым автоматически
поддерживать необходимую вязкость вырабатываемого
вещества.
Ультразвуковой вискозиметр ВУЗ-1 Л рассчитан на
непрерывное измерение вязкости жидких веществ в ла¬
бораторных условиях. К вискозиметру можно подклю¬
чить вторичные приборы, что позволяет вести запись
значения вязкости во времени и производить автома¬
тическое регулирование непрерывного процесса по ве¬
личине вязкости. В приборе предусмотрена система сиг¬
нализации.
Ультразвуковой вискозиметр ВАВ-3 измеряет вяз¬
кость таких веществ, как полиамидная смола, то есть
обладающих большой степенью вязкости. Возможность
работы ВАВ-3 в зоне больших вязкостей обеспечивается
соответствующим выбором размеров магнитострикцион-
ной пластинки из пермендюра, ее термообработкой и
выбором параметров обмотки возбуждения. Датчик
предложен в нескольких модификациях, отличающихся
друг от друга длиной той части, которая погружается
в жидкость,— 10, 40, 100 миллиметров.
Измерение уровня жидкости. На многих бензозапра¬
вочных станциях можно и сейчас еще наблюдать, как
примитивно замеряют количество бензина в цистерне.
Рабочий опускает в бензохранилище длинную рейку,
затем вынимает ее и смотрит, до какого деления
рейка смочена бензином. Измерительными рейками
пользуются еще, к сожалению, на многих предприятиях.
Иногда для определения уровня жидкости в емкости
встраивают водомерные стекла. Но это тоже примитив¬
ный способ, а при некоторых условиях он вообще не¬
пригоден, в частности, там, где приходится иметь дело
с агрессивными жидкостями и газами, В этих случаях
желательно, чтобы измерительные приборы находились
не на самих емкостях, а где-то в диспетчерской, на об¬
щем пульте управления. Такие приборы, в том числе
и ультразвуковые, выпускают серийно.
Действие ультразвуковых уровнемеров основано на
способности ультразвуковых волн отражаться от границ
раздела двух сред.
Уровень жидкости можно измерить от верхней кром¬
ки сосуда или от его дна. Различие в устройстве уровне¬
меров состоит в том, что в первом случае датчик прибора
Л

укрепляют в верхней части емкости, а во втором слу¬
чае — внизу, на дне.
Ультразвуковые уровнемеры удобны тем, что инди¬
каторная аппаратура может находиться в другом поме¬
щении на значительном расстоянии от емкости. Одним
комплектом оборудования можно контролировать не¬
сколько емкостей, если к индикаторному прибору пооче¬
редно подключать датчики от разных контролируемых
емкостей.
На химических и других предприятиях ультразвуковой
уровнемер УЗУ-3 (УЗУ-14) измеряет уровни различных
жидкостей в баках и резервуарах. Он обеспечивает не¬
прерывное автоматическое дистанционное измерение
уровня. Уровнемер состоит из акустического измери¬
тельного датчика, устанавливаемого в донной части бака,
и электронно-измерительных блоков, располагаемых на
расстоянии до 100 метров от бака. Погрешность изме¬
рения уровня 0,1 процента.
Разновидность ультразвуковых уровнемеров — уль¬
тразвуковые сигнализаторы уровня. Они более просто
устроены и предназначены только для сигнализации об
изменении уровня жидкости в аппарате или трубопро¬
воде. С помощью ультразвукового сигнализатора уровня
УЗК-40 можно автоматически поддерживать необходи¬
мый уровень жидкостей, хранящихся в герметически
закрытых емкостях. Прибор состоит из датчика и релей¬
ного блока. По типу приборы разделяются на сигнализа¬
торы понижения уровня (УЗК-40Н) и сигнализаторы по¬
вышения уровня (УЗК-40В).
Роль ультразвуковых уровнемеров и сигнализаторов
уровня особенно важна при работе с агрессивными и
токсическими жидкостями, хранящимися в герметически
закрытых емкостях. Ультразвуковые уровнемеры при¬
годны и для измерения уровня воды в водоемах, озерах
и бассейнах.
Измерение скорости потока и расхода жидкости сей¬
час производится тоже с помощью ультразвука. Ско¬
рость распространения ультразвуковой волны в движу¬
щейся жидкости относительно неподвижных излучателя
и приемника равна векторной сумме скорости ультразву¬
ка в неподвижной жидкости и скорости потока.
Если ультразвуковой импульс послать в направлении
потока жидкости, то скорости ультразвука и потока
будут складываться. Если же ультразвуковой импульс
74

дослать против потока, то скорость ультразвука будет
меньше на величину скорости потока. Определив время
прохождения ультразвука в первом и втором случаях
♦1 зная расстояние между преобразователями, можно
.определить скорость потока.
Ультразвуковой расходомер чувствителен к быстрым
изменениям скорости потока, что обеспечивает довольно
■ТОЧНЫЙ учет расходуемой жидкости. Это важно на ме¬
таллургических и химических предприятиях, особенно
при замере потоков агрессивных сред и пульп, но воз-
л\ожно также на гидроэлектростанциях для определения
расхода воды в камерах турбин.
Ультразвуковым расходомером РУЗ-714 контроли¬
руют расход растворов при производстве алюминия.
Он работает по двухканальной схеме с преломлением
ультразвукового луча.
На тех металлургических производствах, где имеют
дело с каменно-угольной смолой, антраценовым маслом
хли мазутом, применяется ультразвуковой расходомер
УЗР-59.
Для мгновенного измерения массового расхода аг¬
рессивных и неагрессивных жидкостей служит акустиче¬
ский расходомер «Марс». Он состоит из преобразова¬
теля расхода «Вихрь-50-2» и указателя мгновенного
расхода «Визир-Ь>. Расходомер «Марс» измеряет кинети¬
ческую энергию движущегося потока жидкости с кор¬
рекцией по скорости. Возникающие завихрения жидкос¬
ти в зависимости от скорости потока воздействуют на
пьезоэлектрические пластинки, на гранях которых появ¬
ляются заряды. При повышении скорости потока
жидкости увеличиваются завихрения, а следовательно,
и давление на пьезоэлектрические пластины. Это, в свою
очередь, приводит к изменению величин электрических
зарядов, которые поступают на указатель мгновенного
расхода.
16.	Ускорение производственных процессов
Сила звука пушечного выстрела орудия равна прибли¬
зительно 0,01 Вт на квадратный сантиметр. А с помощью
ультразвуковых колебаний, которые легко сфокусиро¬
вать, можно получить интенсивность давления в жидкос¬
ти, равную десяткам и даже сотням тысяч ватт на
квадратный сантиметр поверхности. Не воспользоваться
75

этим для ускорения тех или иных производственных про¬
цессов было бы грешно.
Исследования показали, что при ультразвуковом об¬
лучении частицы вещества иногда приобретают такую
активность, которая приводит к цепной реакции. Спо¬
собность ультразвука вызывать химические превраще¬
ния привела к формированию ультразвуковой химии.
Йодистый калий трудно отличить от обычной пова¬
ренной соли. Если через раствор йодистого калия про¬
пустить мощный ультразвук, то он слегка пожелтеет.
Что же произошло? Под действием ультразвука моле¬
кула йодистого калия, представляющая соединение одно¬
го атома йода с одним атомом металла калия, разруши¬
лась, выделился йод, который и окрасил раствор в жел¬
тый цвет.
Изучение химических превращений, происходящих
под действием ультразвука, привело к неожиданному от¬
крытию. Выяснилось, что ультразвук не только ускоряет
окисление различных химических соединений, но в неко¬
торых случаях оказывает и прямо противоположное дей¬
ствие, то есть восстановление. Так, например, раствор
сулемы при облучении ультразвуком быстро мутнеет,
а через некоторое время на дне сосуда появляется
осадок. Воздействовав химическим окислителем, можно
заставить осадок раствориться. Это доказывает, что под
действием ультразвука произошло химическое превра¬
щение, обратное окислению,— восстановление. Ультра¬
звуком можно восстановить железо из его окислов и
солей и получить ряд других соединений из окислов,
которые ранее обычно не использовались.
Что же является причиной химических изменений,
происходящих под действием ультразвука? Разрежения,
возникающие в мощном ультразвуковом поле, как мы
уже говорили, могут быть настолько велики, что
жидкость не выдержит и разорвется, образуя множество
микроскопических пузырьков, то есть возникнет уже из¬
вестная нам кавитация. Внутри пузырьков помимо паров
воды и воздуха находятся также мельчайшие капельки
воды, которые отрываются от ее поверхности в момент
разрыва.
Исследования показали, что стенки кавитационного
пузырька и капельки, находящиеся внутри него, заря¬
жены разноименным электричеством. При сжатии пу¬
зырьков их размеры резко уменьшаются и заряды ока-
76

эьшаются расположенными на пузырьках очень малых
размеров. В результате этого электрическое напряжение
сильно возрастает. Между стенками кавитационных пу¬
зырьков и капельками, находящимися внутри них, про¬
исходят электрические разряды, напоминающие микро¬
скопические молнии. Эти электрические разряды и яв¬
ляются главной причиной химического действия ультра¬
звука. Электрический разряд — не единственная причи¬
на химических действий ультразвука. При захлопывании
кавитационных пузырьков, как мы знаем, возникает
огромное давление, сопровождающееся повышением
температуры. Большое давление и температура также
способствуют химическим превращениям.
Научные исследования и практические опыты пока¬
зали, что ультразвуковые устройства позволяют значи¬
тельно интенсифицировать такие химико-технологиче¬
ские процессы, как электроосаждение, полимеризация,
деполимеризация, дегазация, кристаллизация, окисление,
восстановление, диспергирование, эмульгирование, коа¬
гуляция аэрозолей, гомогенизация, пропитка, растворе¬
ние, распыление, сушка, горение, дубление...
Вот некоторые примеры. Под воздействием ультра-
•звука значительно улучшается гальванический процесс,
возрастает скорость осаждения металла, который при¬
обретает мелкокристаллическую структуру, уменьшается
пористость покрытия. Для ускорения электрохимических
процессов используют специальные агрегаты и установки.
Одна из таких установок ВУГ-1 (последующие моди¬
фикации— ВУГ-3, ВУГ-4, ВУГ-5) ускоряет гальванические
процессы меднения, латунирования, цинкования, кадми¬
рования, лужения и серебрения. Она работает в гальва¬
нических цехах машиностроительных и приборострои¬
тельных заводов, в часовой и ювелирной промышлен¬
ности, а также на заводах легкой и пищевой промыш¬
ленности.
Серийное и массовое производство снабжено авто¬
матическими линиями для нанесения гальванических и
химических покрытий с помош.ью ультразвука. Они обес¬
печивают выполнение всех операций в строгом соответ¬
ствии с технологией, улучшают качество, механизируют
трудоемкие операции, исключают непосредственный
Контакт рабочих с вредными парами.
Было время, когда никаким способом не могли сме¬
шать между собой воду и масло, воду и эфирные масла,
77

воду и ртуть и многие другие жидкости. Такие жидкие
вещества так и называли — несмешивающиеся. Теперь
это легко достигается с помощью ультразвука, благода¬
ря его способности вызывать кавитационный эффект. Из
смешивающихся жидкостей получают эмульсии для ох¬
лаждения режущих инструментов при металлообработке,
высококачественные краски, лаки, шпаклевочные мате¬
риалы и т. д.
Под воздействием ультразвукового поля значительно
быстрее растворяются твердые тела в жидкостях.
Ультразвуковые аппараты для получения стойких
эмульсий из несмешивающихся жидкостей, а также для
интенсификации химических процессов выпускаются се¬
рийно. Среди них ультразвуковой гидродинамический
смеситель-эмульгатор УГС-10, ультразвуковые дисперга-
торы УДГ-К, УДГ-П, УДГ-С, а также гидродинамические
ультразвуковые устройства УГУ-П, УГУ-Р, УГУ-В.
В ряде случаев ультразвук используется для ускоре¬
ния такого чрезвычайно важного химико-технологическо¬
го процесса, как полимеризация.
Полимеризация — это соединение многих одинако¬
вых молекул какого-нибудь ненасыщенного соединения
в одну укрупненную молекулу — макромолекулу. Поли¬
меризация имеет огромное техническое значение. Она
дает нам синтетический каучук, пластмассы, искусствен¬
ное волокно и многое другое: на долю веществ, синте¬
зируемых методом полимеризации, приходится ныне
почти 75 процентов от их общего мирового производ¬
ства.
Степень полимеризации зависит от частоты ультра¬
звуковых колебаний и значительно ускоряется при облу¬
чении сравнительно низкими частотами. Деполимериза¬
ция также ускоряется под действием ультразвука. Хоро¬
шо деполимеризуются в растворах полистирол, каучук,
белки, нитроцеллюлоза. Результаты ультразвуковой де¬
полимеризации зависят от продолжительности ультра¬
звукового облучения и его интенсивности, а также от
концентрации раствора полимера. Не меньшее значение
в ускорении процесса деполимеризации играют кавита¬
ция, внешнее давление, термическое действие ультра¬
звука, частота акустических колебаний и другие факторы.
Для ускорения технологических процессов использу¬
ются аппараты типа УПХА (УПХА-Р1, УПХА-Р8, УПХА-
Ш8). Один из них, а именно унифицированный колонный
78

аппарат УПХА-Р8 обладает широким диапазоном воз¬
можностей. Он интенсифицирует полимеризацию и
поликонденсацию, окисление и восстановление; его мож¬
но использовать для сверхтонкого измельчения краси-
телей, пигментов и других материалов.
Ультразвуковое распылительное устройство РУЗ
предназначено для распыления жидкостей и расплавов
в химической, нефтеперерабатывающей, фармацевтиче¬
ской, металлургической и других отраслях промышлен¬
ности, а также для получения металлического порошка
при распылении расплавленных металлов. Оно не имеет
вращающихся и трущихся деталей и узлов, что обеспе¬
чивает высокую надежность в работе и позволяет, не
останавлизая процесса, регулировать интенсивность рас¬
пыления.
Синтетические волокна трудно поддаются окраске и
значительно быстрее тускнеют. Украинский научно-иссле¬
довательский институт предложил стекольной и фарфо-
ро-фаянсовой промышленности способ обработки синте¬
тических волокон керамическими красителями. Керами¬
ческая краска вместе с капроновой крошкой в среде
азота расплавляется при определенной температуре.
Потом эту массу вытягивают в нитку, но уже цветную.
Повысить интенсивность окраски волокон керамическими
красителями помог ультразвук. Он дал возможность
достичь нужного измельчения пигментных зерен, полу¬
чить высокодисперсные краски, способные равномерно
распределиться по капроновой массе.
В Каунасском политехническом институте изобретена
ультразвуковая сирена для ускорения сушки фотобума¬
ги. Однако при испытаниях сирены выяснилось, что для
этой цели ее использовать нельзя, так как наряду с суш¬
кой разрушается слой фотоэмульсии. Но ведь в холод¬
ной сушке нуждается не только фотобумага, а и ткани,
волокна, кожа, меха и другие материалы. В Акустиче¬
ском институте Академии наук СССР провели исследова¬
ния по ультразвуковой сушке материалов, сходных по
структуре с тканями, из которых шьют белье. Ультра¬
звуковые колебания действительно способствуют бур¬
ному испарению влаги. Влажные полоски фильтроваль¬
ной бумаги, например, помещенные в зону действия
ультразвука, сохли быстрее. Ультразвуковая сушка —
бесспорное научно-техническое достижение.
79

17.	Ультразвуковая пропитка
Белорусские ученые под руководством академика
Академии наук БССР Е. Г. Коновалова открыли ультра¬
звуковой капиллярный эффект. Образно говоря, откры¬
тие сделано «ша кончике резца». Ученые исследовали
механизм действия смазочно-охлаждающей жидкости
при резании металла. Если такой жидкостью поливать
резец, то намного повышается чистота обработанной
поверхности и стойкость инструмента. При обработке
между резцом и деталью возникает давление до 20—
22 кгс/см ^, а жидкость проникает туда под давлением,
близким к атмосферному. Какая же сила проталкивает
жидкость в область столь высокого давления?
Когда к державке инструмента прикрепили пьезо¬
электрический датчик, он показал, что резец, снимая
стружку, колеблется с ультразвукозой частотой (до
22 000 Гц). Резец работает как генератор ультразвука,
он же и объект, воспринимающий эти колебания. Уль¬
тразвуковое поле и было той силой, которая проталки¬
вала жидкость в зазор между резцом и деталью.
Чтобы капиллярный эффект стал нагляднее, проде¬
лали два простейших опыта. Первьгй; в дно сосуда с
жидкостью встроили ультразвуковой излучатель. Тончай¬
шую трубочку опустили в жидкость, уровень которой
в капилляре установился на определенной высоте. При
включении ультразвукового генератора жидкость в тру¬
бочке поднялась на десятки сантиметров. Скорость и
высота подъема жидкости в десятки раз превосходит
величины, определяемые законами физики. При втором
опыте подкрасили воду в трубочке. Четко обозначились
узлы и разрежения стоячей волны. Ультразвук как бы
сжимает отдельные порции жидкости и подталкивает их
вверх. Сжимает и подталкивает. Давление при таком
сжатии примерно в 100 тысяч раз превосходит давле¬
ние, предсказываемое обычными законами физики.
Благодаря этому открытию становятся понятны не¬
которые казавшиеся ранее загадочными явления при¬
роды. На острове Ява на склонах вулканов растет цве¬
ток — королевская примула. Местные жители называют
его «цветком землетрясений», потому что он расцве¬
тает всегда накануне извержения вулкана и служит как
бы своеобразным живым сейсмографом. Цветок ни¬
когда не ошибается. Яванцы знают: если цветок в не¬
80

урочное время выбросил бутоны — жди беды. В чем
здесь дело? Перед мощными подземными толчками и
началом извержения вулкана возникают слабые колеба¬
ния самых различных частот, в том числе и ультразву¬
ковых. Они-то и ускоряют движение питательных соков
по капиллярам растения, интенсифицируют процесс об¬
мена веществ, в результате чего цветок распускается.
Очевидно, нечто подобное наблюдается и в эксперимен¬
тах по облучению звуком растений, а такие эксперимен¬
ты проводятся в ряде стран, в том числе и у нас.
А что же подразумевается под словом «капилляры»?
Они всюду. Вовсе не обязательно, чтобы это были стро¬
гие стеклянные трубочки в лабораторных условиях. Ка¬
пилляры — внутри почвы, внутри любого кирпича, камня,
в металлических и металло-керамических изделиях,
в тканях, бумаге. Каждое дерево — сплошные капилля¬
ры. Они внутри нас и составляют в общей сложности
около 100 тысяч километров. Какая сила гонит кровь
по капиллярам нашего тела? Гидродинамические под¬
счеты говорят о том, что для такой работы сердце
должно иметь мощность в 40 раз больше той, что у него
имеется. Не возникают ли в организме человека уль¬
тразвуковые колебания, которые помогают легкому и
быстрому движению крови? Если это так, то при позна¬
нии механизма генерирования и распространения уль¬
тразвуковых волн в кровеносном русле могут открыться
новые перспективы в лечении сердечно-сосудистых за¬
болеваний.
Ультразвуковой капиллярный эффект можно широко
применять в технике, биологии, медицине, пищевой про¬
мышленности: для склеивания металлических изделий
жидким клеем, для различных пропиток, повышающих
прочность и долговечность изделий, при изготовлении
консервов, солений и квашении овощей, при выращи¬
вании растений методом гидропоники, для изготовления
радиотехнических и металло-керамических изделий, для
лекарственных инъекций.
Ультразвуковая пропитка маслом железографитных
деталей проходит гораздо быстрее и интенсивнее, чем
при иных способах (способом окунания, вакуумная про¬
питка). Ультразвуковой пропиткой можно обрабатывать
рубероид, шпалы, шахтные канаты, асбоцементные пли¬
ты, текстолит, гетинакс, алюминиевое литье, промасли¬
вать трансформаторы. И даже пропитывать пористые
81

материалы металлическим расплавом, благодаря чему
упрощается процесс заполнения припоем мельчайших
отверстий при изготовлении герметических приборов и
установок.
Ультразвуковой капиллярный эффект применили в
сложных и трудоемких процессах изготовления кабеля—
при обработке джута, который идет на прокладку под
броню кабеля. Сейчас этот процесс стал намного рацио¬
нальней. Бобины джута помещают в ванны с пропиточ¬
ным составом, на который воздействуют ультразвуковы¬
ми колебаниями. При этом пропиточная жидкость как бы
«вгоняется» в волокна (капилляры) и время пропитки
сокращается в десятки раз.
Этот метод использовали и для пропитки электротех¬
нических изделий, а также для герметизации литых по¬
ристых деталей. В результате время пропитки сокра¬
щается в несколько раз, и в ряде случаев производится
одноразовая пропитка вместо двух-трехкратной.
Процесс ультразвуковой пропитки хорошо поддается
механизации. Центральньгм научно-исследовательским
институтом технологии машиностроения созданы уль¬
тразвуковые ванны УЗВП-3, УЗВП-ЗА и установка конвей¬
ерного типа УЗВП-4 для интенсификации пропитки обмо¬
ток, катушек, трансформаторов, роторов, статоров и
других электромеханических деталей.
Для наполнения древесины модифицированными
смолами тоже применили ультразвуковую установку. Из
торца заготовки вакуумное устройство отсасывает влагу
и создает разряжение в порах древесины. В противопо¬
ложный торец с помошью ультразвука под давлением
нагнетается смола, которая довольно быстро наполняет
заготовку вдоль волокон. Установка очень эффективна
в деревообработке и фанерном производстве при деко¬
ративной пигментации деталей различными красителями,
а также при изготовлении пластифицированной древеси¬
ны, из которой делают вкладыши подшипников, экономя
бронзу.
Ультразвуковой капиллярный эффект заинтересовал
и полиграфистов. Исследования показали, что он позво¬
ляет улучшить технологию обработки печатной продук¬
ции (заклейка корешков книжных блоков, бесшвейное
скрепление и т. д.) и расширить ассортимент синтетиче¬
ских материалов, пригодных для отделочно-переплет¬
ных работ.
82

Ультразвуковое излучение активизирует проникание
клея в поры материала. Высокий эффект достигается
Ири озвучивании склеек с применением термопластич¬
ных клеев, а также материалов с предварительно нане¬
сенными на них полимерными пленками. Ультразвуковое
склеивание обеспечивает высокую прочность на высо¬
ких скоростях работы оборудования при низком стати¬
ческом давлении, сокращение технологического цикла
за счет исключения операции сушки, сохранность фак¬
туры поверхностей склеиваемых материалов. При бес-
швейном (клеевом) скреплении блоков ультразвуковая
обработка создает благоприятные условия для впиты¬
вания клея в поры бумаги, повышает прочность связи
на границе клеевая пленка — бумага. С помощью уль¬
тразвука возможно и бесклеевое соединение материа¬
лов, обладающих необходимыми свойствами.
<8. Ультразвук в металлургии
У металлургов можно услышать, что металл может «бо¬
леть», «уставать», преждевременно «стариться». Одна
из «болезней» — заражение металла газами. Наличие
в металлах и их сплавах ничтожного количества (сотых
и даже тысячных долей процента) газовых и неметал¬
лических примесей снижает прочность и пластичность
металлов, а это делает его более хрупким и менее при¬
годным к прокату, штамповке и т. п. Кроме того, повы¬
шенное содержание газа в жидком металле приводит
к браку отливок и деталей. Для предотвращения «забо¬
леваний» металлов ученые предложили ультразвук. Под
действием ультразвуковых колебаний из расплава выде¬
ляется растворенный в нем газ (дегазация) и неметал¬
лические включения.
Ультразвуковая обработка металлов — один из новых
эффективных способов улучшения качества металлов.
Ультразвуковые колебания, введенные в расплавленный
металл, приводят к заметному измельчению зерна и
уменьшению пористости. Кроме того, ультразвук повы¬
шает механические свойства затвердевших расплавов
и намного улучшает способность металла к пластиче¬
ской деформации.
Известно, что большинство металлов и сплавов при
литье активно взаимодействуют с газами. Если газ в
83

процессе кристаллизации сплава не успевает выйти на
его поверхность, то возникают поры и раковины. Особен¬
но сильно взаимодействует с газами алюминий и его спла¬
вы. При этом из всех газов, находящихся в расплавлен¬
ном алюминии и его сплавах, 80 процентов приходится
на долю водорода. Следовательно, задача сводится к
удалению водорода из алюминиевых сплавов, то есть
к их дегазации. Что же ей предшествует?
Расплавленный металл облучают ультразвуком, под
воздействием которого выделяются растворенный в нем
газ и неметаллические включения. Кавитация, возник¬
шая в расплавленном металле, ускоряет процесс выде¬
ления газовых пузырьков, то есть ускоряет дегазацию.
Дегазирующее действие ультразвука возрастает с уве¬
личением количества кавитационных зародышей — мель¬
чайших газовых пузырьков и нерастворенных примесей.
Решающая роль при дегазации алюминиевых спла¬
вов принадлежит материалу инструмента, через который
передаются ультразвуковые колебания в расплав. Изве¬
стно, что титан, стоящий в одном ряду с цирконием,
танталом, ниобием и другими элементами этой группы,
является эффективным гидридообразующим, вступаю¬
щим в соединение с водородом, элементом. Титан, вве¬
денный в расплав даже в очень небольшом количестве
(0,005 процента), поглощает много водорода.
В жидком металле под воздействием ультразвуко¬
вой кавитации поверхность излучателя разрушается, ма¬
териал излучателя растворяется в расплаве. Это на пер¬
вый взгляд вредное явление имеет свои положительные
стороны. Подбирая материал для излучателя, можно мо¬
дифицировать сплавы, обогащать полезными свойствами,
придавать сплавам новое качество.
Центральный научно-исследовательский институт тех¬
нологии машиностроения передал промышленности де-
газатсры серии УЗД. Принцип действия их одинаков,
различие состоит только в конструктивном исполнении
и производительности. Один из промышленных ультра¬
звуковых дегазаторов УЗД-200М обрабатывает алюми¬
ниево-магниевые расплавы в тигле или ковше емкостью
50—200 килограммов. Головка дегазатора состоит из
четырех магнитострикционных преобразователей. В де¬
газаторе предусмотрена автоматическая подстройка
частоты преобразователей, обеспечивающая равномер¬
ный износ излучателей. Другой промышленный дегаза¬
84
I

тор — УЗД-300 — выполнен на восьми преобразовате¬
лях. Во время работы дегазатор устанавливается на ко¬
жухе печи над тиглем с жидким металлом.
Уже говорилось, что если расплавленный кристал¬
лизирующийся металл обработать ультразвуком, произо¬
йдет измельчение зерна, уменьшится пористость, а
структура отливки будет более разномерной. Впервые
идею механического «встряхивания» расплава для улуч¬
шения качества металла при его кристаллизации выска¬
зал известный русский металлург Д. К. Чернов. В 1935 г.
советский ученый С. Я. Соколов предложил воздейство¬
вать ультразвуком на процесс затвердевания расплав¬
ленных металлов. Экспериментальная проверка пока¬
зала, что механическая вибрация, сообщенная расплаву
в процессе затвердевания, улучшает его свойства. Ме¬
ханические колебания звуковой и особенно ультразву¬
ковой частоты оказывают наибольшее воздействие, так
как, кроме механического встряхивания, на кристалли¬
зующийся расплав накладывается ряд физических
воздействий, способствующих измельчению литой струк¬
туры, что имеет большое значение для получения мате¬
риалов с улучшенными физико-химическими характери¬
стиками.
У отливок, обработанных ультразвуком в процессе
кристаллизации, значительно повышаются механические
свойства. Чугун, например, становится крепче, сопротив¬
ление разрыву возрастает более чем в 3 раза. Кроме
того, после такой операции металл совершенно не под¬
дается коррозии. Важно, что обработанный таким обра¬
зом чугун приобретает свойства стали, а по некоторым
данным, даже превосходит ее.
Ультразвуковое облучение улучшает физико-механи¬
ческие, технологические и эксплуатационные свойства
Металлов и сплавов и ускоряет процессы термической
и химико-термической обработки; в частности, оно раз¬
рушает так называемую паровую рубашку, которая
Мгновенно возникает вокруг детали, когда ее опускают
в закалочную жидкость, и снижает эффективность за¬
калки. Закалке с помощью ультразвука поддаются не
только стали, но и твердые сплавы, при этом значитель¬
но повышается их прочность.
Все большее значение в промышленности приобре¬
тает порошковая металлургия. Детали для различных
Машин, полученные под очень большим давлением из
85

металлического порошка, не требуют дополнительной
механической обработки — они сразу поступают на сбор¬
ку. Небольшая доза ультразвукового облучения в про¬
цессе переработки металлического порошка намного
повышает физико-механические свойства «спекаемых
деталей». Крупинки металла под воздействием ультра¬
звуковых колебаний как бы «встряхиваются», каждая из
них находит свое место в общей массе, плотно приле¬
гает к соседним. Естественно, что после этого иногда
отпадает необходимость уплотнять порошок слишком
высоким механическим давлением.
Ультразвук способствовал решению очень важной
проблемы, возникшей в связи с ростом требований к
инструментам, применяемым в металлообработке. Все
чаще и шире здесь стали прибегать к алмазным инстру¬
ментам, но они долгое время были дороги и малоэф¬
фективны, потому что отсутствовала хорошая связка
зерен драгоценного камня с металлом инструмента:
на повышенных нагрузках они крошились, не успевая
как следует поработать — рабочий износ зерен за это
время не достигал и 30 процентов!
Взяв на вооружение ультразвук, металлурги стали
получать синтетические дисперсные сплавы, обладаю¬
щие надежной металлической связкой. В инструменте
из таких сплавов алмаз держится прочно, не крошится
и при эксплуатации срабатывается почти до конца. Уль¬
тразвуковой метод получения металлической связки по¬
зволил усовершенствовать алмазные инструменты для
обработки таких материалов, как жаропрочная сталь,
твердые сплавы, чугун, неметаллические изделия из фер¬
рита, а также из фарфора, стекла и т. п.
Редко кто, кроме специалистов, задумывается над
тем, сколько различных смазочных материалов расхо¬
дуется современным машинным и станочным парком во
всех областях народного хозяйства. Достаточно предста¬
вить себе это, как сразу станет ясно, что создание мате¬
риалов, не требующих смазки,— одна из самых насущ¬
ных задач. Поиски здесь ведутся во многих направлениях.
Одно из них — сделать самосмазывающимися материа¬
лы, которые давно используются в машиностроении для
изготовления втулок, подшипников. Например, «пропи¬
тать» бронзу графитом. Как это сделать, если при обыч¬
ном металлургическом цикле смешать их невозможно?
И снова — ультразвук. Он соединил между собой эти
86

Полярные материалы и создал новый, обладающий отлич¬
ными антифрикционными свойствами. Детали из него на
тепловозах работают в 10 раз дольше, чем прежние
углеграфитные уплотнения.
Ультразвуковым методом создан еще один анти¬
фрикционный материал, составленный из алюминия и
свинца (до 1 процента ко всему весу вновь полученного
материала). Свинец, введенный в сплав обычными мето¬
дами, сохраняет самостоятельность и не вступает в хи¬
мические соединения. При ультразвуковой технологии
свинец в считанные минуты равномерно распределяется
по всему объему алюминия. Изготовленные из такого
материала подшипники намного устойчивее в работе.
Переход на новые подшипники позволит сэкономить
много средств. Полученный антифрикционный материал
очень перспективен, особенно в устройствах и агрега¬
тах, где подшипники испытывают огромные нагрузки и
где нужна высокая точность.
19.	Ультразвук в горнорудном деле
Начало использования метода ультразвуковой геолока¬
ции относится к 40-м годам, когда при морских работах
с эхолотами было обнаружено, что в некоторых случаях,
помимо рельефа дна моря, на эхограммах регистрирует¬
ся толщина донных осадков и их строение.
С каждым годом сфера применения ультразвука в
горном деле расширяется. Перед горной промышлен¬
ностью и горной наукой стоит важная задача по увели¬
чению добычи полезных ископаемых и облегчению усло¬
вий труда горняков. Выполнить эту задачу можно авто¬
матизацией производственных процессов с привлечением
средств радиоэлектроники и, конечно, ультразвука.
В настоящее время ультразвуковая аппаратура помогает
в разведке полезных ископаемых, исследовании горных
пород и решении геологических задач; в контроле,
исследовании и автоматизации производственных изме¬
рений; в обогащении полезных ископаемых; в каротаже
буровых скважин, а также пылеулавливании и разруше¬
нии горных пород.
«Собирать по крупинкам» — это выражение пришло
в русский язык от золотоискателей. Их изнурительный
труд на промывке золотоносного песка вознаграждался
87

всего лишь маленькой крупицей благородного металла.
Да и орудия производства у них были примитивными:
лопата, кирка, лоток. Сейчас все иначе — работают сов¬
ременные механизмы, но и они не могут решить все
вопросы. Например, как узнать, сколько еще осталось
золотоносного песка при разработке дренажных котло¬
ванов? Раньше такие измерения делали огромной рей¬
кой. Ориентировочность подсчетов существенно сказы¬
валась на производительности оборудования и стоимос¬
ти разработки. Теперь такие измерения делают методом
звуковой и ультразвуковой геолокации.
Ультразвук приняли на вооружение в горнорудной
и угольной промышленности. Ультразвуковые колебания
значительно ослабляются при распространении в плас¬
тах каменного угля и несравнимо меньше — при распро¬
странении в породах, сопутствующих каменному углю—
таких, как глинистый сланец, песчаник, известняк. Уль¬
тразвуковое устройство помогает отличить уголь от дру¬
гих горных пород, между которыми находится угольный
пласт. Оно позволяет автоматизировать процесс добычи
угля в шахтах, судить не только о составе пород, угля,
но и определять границы пласта, наличие трещин и по¬
сторонних включений.
Разведку угольньгх пластов может вести ультразву¬
ковой датчик «Уголь — порода». Ультразвуковые коле¬
бания частотой 50 кГц, возбужденные в излучателе, че¬
рез концентратор передаются в исследуемую породу
в виде сферических продольных и круговых поверхност¬
ных волн. Наибольшая интенсивность наблюдается у по¬
верхностных волн. Достигая приемника, они возбуждают
в нем колебания, и в обмотке наводится электродвижу¬
щая сила. Интенсивность колебаний, достигших прием¬
ника при неизменном расстоянии между ним и излуча¬
телем, зависит от упругих характеристик и физического
состояния среды. По величине электрического сигнала
в приемнике можно судить об упругих свойствах среды,
в следовательно, обнаруживать угольные пласты. При¬
бор снабжен стрелочным индикатором, который отгра¬
дуирован таким образом, что при пустой породе стрелка
находится в конце шкалы, при наличии угля — в начале
шкалы, а при отсутствии сигнала — на нуле.
Измерения в лабораторных условиях, а также непо¬
средственно в условиях залегания горных пород обеспе¬
чивают сейсмоскопы УЗС-2, ИПА-59, УЗС-2-60, ЛС-1,
88

ЛС-2 и др. Более совершенны и с лучшими характери¬
стиками сейсмоскопы типа ЛС.
Методы акустической разведки широко применяются
при поисках нефти и газа. Делается это так. В предпо¬
лагаемом районе залегания полезных ископаемых про¬
изводят взрыв. Распространяясь в земной коре, звуко¬
вые и ультразвуковые волны проходят различные ее
слои. В некоторых слоях волны поглощаются, от неко¬
торых участков они отражаются и возвращаются к при¬
емникам, установленным на поверхности земли. На
пленке самописца записывается информация о составе
Ч	строении исследуемого участка юмной поверхности,
^та информация дает возможность судить о наличии
или отсутствии здесь залежей нефти и газа. Метод зву-
коразведки постепенно совершенствовался. Прежде,
например, на расшифровку пленки самописца уходило
много времени. Теперь это делает автоматическая аппа¬
ратура. Она моментально расшифровывает кодограмму
и выдает необходимую информацию.
Волгоградский научно-исследовательский институт
нефтяной и газовой промышленности предложил для
измерения давления газа непосредственно в стволе ра¬
ботающей нефтяной скважины прибор УГП-1. Давление
автоматически записывается на электротермическую бу¬
магу при спуске прибора в скважину и во время по¬
дъема.
Куйбышевский институт «Гипровостокнефть» разрабо¬
тал ультраакустический метод анализа нефти, добытой
на большой глубине. Ранее на такой анализ уходило 5—
6 часов, ультразвуковой прибор делает это за 10 минут.
При добыче нефти парафин откладывается на стен¬
ках подъемных труб, в результате чего производитель¬
ность скважин снижается. Для предупреждения отложе¬
ния парафина существует несколько методов, в том
числе ультразвуковой. Ультразвуковые колебания вызы¬
вают колебания молекул нефти, что приводит к ее разо¬
греванию. А это, в свою очередь, предотвращает откла¬
дывание парафина на стенках труб. Процесс обработки
ультразвуком может быть непрерывным или периодиче¬
ским.
Непременным спутником бурения скважины на нефть
и газ является глинистый раствор. Нагнетаемый сильным
давлением в скважину он захватывает и подает на по¬
верхность раздробленную породу; предотвращает также
89

отвалы, когда бурение ведется в неустойчивых породах*
Одно из основных требований, предъявляемых буриль¬
щиками к раствору, сводится к тому, чтобы он не созда¬
вал трудно ликвидируемых пробок, то есть все время
сохранял свою консистенцию. Обычно необходимые ка¬
чества ему придают с помощью химических реагентов.
На кафедре бурения нефтяных и газовых скважин Куй¬
бышевского политехнического института для приготов¬
ления глинистого раствора была изготовлена ультразву¬
ковая установка, в которой глинистый раствор хорошо
перемешивается и становится устойчивым к загустению.
Некоторые руды бедньг ценными компонентами и не
могут без обогащения быть сырьем для химических и
металлургических заводов. В измельченной руде обычно
содержится один-два процента металла, а в обогащен¬
ной— в 10, а то и в 20 раз больше. И здесь ультразвуку
нашлось дело. Сотрудники Института обогащения и ме¬
таллургии Академии наук Казахской ССР разработали
на его основе способ обогащения руд цветных метал¬
лов. Суть его в том, что под воздействием ультразвуко¬
вых колебаний мельчайшие капельки химических реаген¬
тов-собирателей обволакивают частицы полезных мине¬
ралов, их поверхность становится несмачиваемой и они
вместе с пузырьками воздуха всплывают. Верхний слой
пульпы снимают и, пропустив через фильтры, направ¬
ляют на металлургический завод.
В обогащении нуждаются не только руды полезных
ископаемых, но и... уголь. На первый взгляд это утвер¬
ждение кажется нелепым. На самом деле все обстоит
иначе. Механизация добычи угля при общем положи¬
тельном эффекте приводит к некоторым отрицательным
последствиям, в частности, много угля крошится, пре¬
вращается в пыль. Вот и возникла необходимость в ее
обогащении, чтобы не допускать расточительного отно¬
шения к ценнейшему природному топливу.
Существуют два способа обогащения — флотацион¬
ный и ультразвуковой. Преимущество второго очевид¬
но — он эконол-'.ически более выгоден. В его основе ле¬
жит уже упоминавшееся в книге явление коагуляции,
сам способ так и называется — обогащение способом
избирательной коагуляции. Ультразвуковые колебания
вызывают коагуляцию, то есть слипание, или укрупнение,
угольных зерен, в то время как породные зерна не
слипаются, а следовательно, и не увеличиваются в раз-
90

^ М«рах^ На специальных решетчатых приспособлениях
. отделяют уголь от породы.
Люди, обживая планету, все глубже проникали в нед¬
ра. Из года в год росли их подземные владения — руд¬
ники, шахты, трассы метрополитена. Неожиданный обвал
в шахте, проседание грунта в подземном коридоре ста¬
ли настораживать ученых. Оказалось, что причина мно¬
гих неприятных явлений — пустоты в толще пород, фор¬
ма которых напоминает шляпку гигантского гриба.
Сферический свод со временем трескается и разрушает¬
ся, а в итоге — обвал.
Как обнаружить пустоты? Долгое время это делали
; методом бурения, а сейчас проще и бь[стрее методом
акустической локации. На поверхности земли исследуе-
• мого участка устанавливают несколько чувствительных
: пьезоэлектрических приемников с пультом управления
, и индикаторным устройством. В стороне от установки
'Ij. взрывают на некоторой глубине небольшой заряд. Аку-
I стические волны пронизывают толщу земной коры, отра-
р жаясь от различных пород. Приемное устройство фикси¬
рует отраженные волны на магнитной ленте и фотобу¬
маге. В зоне пустот волны поглотятся и к приемному
устройству не вернутся.
Советскими инженерами создан ультразвуковой ло¬
катор «Луч», который быстро и точно определяет раз¬
меры пустот на соляных разработках. Прибор спускают
в подземную выработку, где он изучает ультразвуковые
волны. Распространяясь, волны отражаются от стенок
подземной емкости и затем принимаются специальным
регистрирующим устройством. Прибор автоматически
ведет съемку, записывает и передает данные о горизон¬
тальном сечении полости.
20.	Ультразвук в радиоэлектронике
В бурно развивающейся радиоэлектронике ультразвук
выступает не только в роли сварщика или паяльщика,
о	чем говорилось ранее. В ряде случаев он еще и «уча¬
стник событий», протекающих в радиотехнических уст¬
ройствах.
В радиоэлектронике, в частности радиолокации и
особенно вычислительной технике, часто возникает не¬
обходимость задержать один электрический сигнал
»1

относительно другого. Эту задачу можно решить, если
один из сигналов пустить по обходному пути, то есть по
очень длинному кабелю. Но практически это трудно вы¬
полнимо и нецелесообразно, так как потребуется очень
много кабеля. И тогда родилась идея ультразвуковых
линий задержки.
Суть идеи в том, что скорость распространения уль¬
тразвуковых колебаний значительно ниже скорости рас¬
пространения электромагнитных волн. Стало быть, если
на пути электрического сигнала, которьрй нужно «при¬
держать», поставить ультразвуковой преобразователь,
задача решается легче и проще. Понятно, что время от¬
ставания сигнала будет зависеть от длины участка за¬
держки.
Преобразуют электрические колебания в механиче¬
ские и обратно магнитострикционные и пьезоэлектриче¬
ские преобразователи. Соответственно этому ультразву¬
ковые линии задержки подразделяются на магнитострик¬
ционные и пьезоэлектрические.
Магнитострикционная линия задержки состоит из
входного и выходного преобразователей, магнитов, зву-
копровода и поглотителей.
В магнитострикционной линии задержки размеры
ферромагнитных материалов изменяются под воздей¬
ствием магнитного поля, то есть используется уже изве¬
стный магнитострикционный эффект. Механическое воз¬
мущение, вызванное магнитным полем катушки вход¬
ного преобразователя, передается по звукопроводу и,
дойдя до катушки выходного преобразователя, наводит
в нем электродвижущую силу.
Основное преимущество магнитострикционной линии
задержки состоит в простоте съема импульсов с различ¬
ными временными задержками. Это достигается уста¬
новкой на нужных расстояниях нескольких приемных
катушек. Кроме того, можно плавно изменять величину
задержки сигнала.
Пьезоэлектрические линии задержки устроены следу¬
ющим образом. На пути электрического сигнала, кото¬
рый нужно задержать, ставят пьезоэлектрический
преобразователь (пластинку кварца), который жестко со¬
единен с металлическим или другим стержнем (звукопро-
водом). Ко второму концу стержня прикреплен еще
один пьезоэлектрический преобразователь. Сигнал, по¬
дойдя к первому входному преобразователю, вызывает
92

I механические колебания ультразвуковой частоты, кото¬
рые затем распространяются в звукопроводе. Достигнув
'второго преобразователя, ультразвуковые колебания
вновь преобразуются в электрические и дальше продол¬
жают свой путь. Но ввиду того, что скорость распрост¬
ранения ультразвука в звукопроводе значительно мень¬
ше скорости распространения электрического сигнала,
сигнал, на пути которого был звукопровод, отстанет от
другого на величину, равную разности скорости распро¬
странения ультразвука и электромагнитных сигналов на
определенном участке.
В качестве звукопровода могуг быть твердые и
жидкие тела. Из твердых тел удобнее магниевые сплавы,
а из жидких — ртуть. Звукопроводы из магниевого спла¬
ва позволяют получить задержку сигнала на 1,7 микро¬
секунды на длине 1 сантиметр. Ртутный же звукопровод
I задерживает сигнал на 6,7 микросекунды на такой же
н длине. Иногда для увеличения времени задержки в ли-
if ниях с твердым звукопроводом добиваются многократ-
S	ного отражения в звукопроводе. Еще большие величины
I задержек можно получить, если вместо продольных
I волн использовать поперечные. При этом размеры ли-
I	НИИ задержки значительно уменьшаются.
Однако проблема не решена окончательно. Дело в
Г том, что сигнал после двух преобразований перед зву¬
копроводом и после ослабевает в тысячи раз. Следо-
; вательно, нужны дополнительные устройства для усиле-
I; ния сигналов, а это экономически невыгодно. Поэтому
if ученые и предложили в ультразвуковых линиях задерж-
■ ки применить для звукопроводов материалы, обладаю¬
щие пьезоэлектрическими и полупроводниковыми свой¬
ствами (кварц, хлористый натрий).
Если к полупроводниковому пьезокристаллу прило¬
жить постоянное электрическое поле такой величины,
чтобы скорость движения электронов превышала ско¬
рость ультразвуковой волны, то амплитуда последней
будет возрастать по мере движения волны вдоль стерж¬
ня. В этом случае наряду с задержкой по времени сиг¬
нал намного усилится. Следовательно, ультразвуковая
линия задержки с пьезоэлектрическим звукопроводом
является одновременно и усилителем. В такой линии
задержки электромагнитные колебания вначале преоб¬
разуются в ультразвуковые. Затем, проходя по зву-
копроводу из пьезоэлектрика или полупроводника и
93

взаимодействуя с движущимися в том же направлении
электронами проводимости, они намного усиливаются. На
выходе линии задержки ультразвуковые колебания пре¬
образуются опять в электромагнитные.
Опыты показали, что при определенной длине стерж¬
ня акустического усилителя можно усилить ультразвуко¬
вые колебания в десятки тысяч раз. В последнее время
интерес к созданию ультразвукового усиления на полу¬
проводниках и пьезокристаллах объясняется тем, что
они могут непосредственно усиливать слабь:е ультразву¬
ковые сигналы.
В Институте радиотехники и электроники Академии
наук СССР сконструирована активная ультразвуковая ли¬
ния задержки для усиления ультразвука «дрейфом»
электронов в твердых телах. Усиление возникает из-за
взаимодействия электронов с колебаниями решетки,
особенно сильно в кристаллах, обладающих пьезоэлек¬
трическими свойствами. Вследствие такого взаимодей¬
ствия ультразвуковой волне передается энергия потока
электронов, когда скорость их «дрейфа» в кристалле
превышает скорость распространения ультразвука. Элек¬
тромагнитные колебания преобразуются электромехани¬
ческим преобразователем в ультразвуковые. Возникшая
ультразвуковая волна распространяется через звукопро-
вод и активный элемент, в котором происходит ее уси¬
ление, и затем снова преобразуется с помощью выход¬
ного электромеханического преобразователя в электро¬
магнитные колебания, но уже задержанные по времени.
Ультразвуковая линия задержки работает на частоте
52 МГц, время задержки 15 микросекунд.
В Акустическом институте Академии наук СССР со¬
здан прибор, который работает на основе взаимодей¬
ствия электронов с ультразвуковой волной. Если про¬
пустить через пьезоэлектрический кристалл в одном
направлении ультразвуковую волну и электрический ток,
начнется движение электронов. А как только они пре¬
одолеют звуковой барьер, то есть когда их скорость
станет больше скорости звука, произойдет усиление
звука током, которое может быть очень большим. Один
сантиметр длины пьезоэлектрического кристалла позво¬
ляет получить усиление в сотни миллиардов раз.
Это явление можно использовать также для усиле¬
ния высокочастотных радиосигналов. Для этого радио¬
сигнал нужно сначала преобразовать в ультразвуковой,
94

а затем вновь в радиосигнал. Несмотря на потери мощ¬
ности при преобразованиях, усиление этим методом пре¬
вышает возможности усилительных вакуумных ламп.
Ультразвук, как и электромагнитные волны, теперь
можно обрабатывать радиотехническими способами —
генерировать, усиливать, модулировать, выпрямлять,
фильтровать и т. д. А это открывает перед ультразву¬
ком большие перспективы в области средств связи.
В среде, где не распространяются радиоволны, напри¬
мер под водой, на помощь приходят усилители ультра¬
звука. Так, на стыке двух наук — ультраакустики и радио¬
электроники — возникло новое наг.равление — акусто-
электроника.
Разработкой квантово-акустических усилителей заня¬
ты большие научные силы. Было открыто очень интерес¬
ное явление: кристалл, на который направлен пучок
света от сверхмощного светового лазера, начинает зву¬
чать на высоких частотах. Сообщение об этом открытии,
поступившее из Америки, было воспринято в научном
мире как указание на возможность преобразования све¬
товых колебаний в ультразвуковые без «посредника» —
электричества.
Ультразвук пришел в физические лаборатории в ка¬
честве «инструмента» исследования взаимодействия
электронов с упругими волнами. В этом качестве он
помог открыть неизвестное ранее явление — волнооб¬
разный перенос тепла в твердом теле. Его можно пред¬
ставить как волнообразное изменение температуры
вдоль кристалла в направлении распространения. Если
же освещать кристалл сульфида кадмия и одновременно
пропускать через него ультразвуковые колебания, то
возникающее электрическое поле создает электродви¬
жущую силу вдоль направления распространения волны.
Во время экспериментов был получен ток напряжением
более 100 В.
Американские ученые предлагают использовать аку¬
стические усилители высокочастотных сигналов в каче¬
стве усилителей промежуточной и высокой частоты, уси¬
лителей с ограничением амплитуды сигнала, а также
линий задержки сверхвь(сокочастотных сигналов без
потерь. Такие усилители преобразуют электромагнитные
колебания в ультразвуковые, усиливают ультразвуковые
колебания и преобразуют усиленные ультразвуковые
колебания в электромагнитные. Преобразователями
95

служат пластины кварца. Зарубежные специалисты счита¬
ют, что для этой цели пригодны также соединения из эле¬
ментов III и V групп периодической системы элементов
Менделеева (фосфид галлия, арсенид индия, фосфид
бора).
В настоящее время ученые, инженеры и конструк¬
торы уделяют большое внимание совершенствованию
вычислительных машин. В своих поисках они пробовали
заменить отдельные элементы электрической схемы оп¬
тическими системами, которые позволяют производить
расчеты со скоростью света, то есть практически мгно¬
венно. Оптические машины превосходят электронные
примерно настолько, насколько электронно-вычисли¬
тельные по своим возможностям превосходят человека.
В оптических вычислительных машинах ультразвук,
взяв на себя роль посредника между электрическим
током и светом, значительно ускоряет вычисления. Из
плавленного прямоугольного кварцевого стержня де¬
лают входной преобразователь оптической системы, к
которой прижаты пьезоэлектрические кристаллы. Они
преобразуют электрические сигналы в механические ко¬
лебания, KOTopbte возбуждают в кварцевом стержне
ультразвуковые волны. В такт ультразвуковым колеба¬
ниям изменяется способность кварца преломлять свет.
Перемена коэффициента преломления фиксируется
оптической системой, и на ее выходе (фотопластинке)
появляются темные и светлые места. Фотопластинку с
записанным ответом нужно проявить, но это процесс
несложный, к тому же его можно выполнять независимо
от дальнейшей работы машины.
Возросшая роль акустических методов исследования
твердого тела и широкое распространение ультразвуко¬
вой интроскопии и дефектоскопии вызывает необходи¬
мость измерения интенсивности ультразвуковых колеба¬
ний в широком диапазоне частот. Однако на очень
высоких частотах величины механических смещений в
твердых телах столь малы, что их непосредственное
измерение затруднено. Поэтому на высоких частотах
обычно используются различньге косвенные методы из¬
мерения интенсивности ультразвуковых колебаний. Наи¬
более эффективный из них—электроакустический метод.
В Институте радиотехники и электроники АН СССР
изготовлен электроакустический детектор ультразвука
на основе фотопроводящих кристаллов. Ультразвуковая
96

волна, распространяясь в некоторой среде, попадает на
приемник, представляющий собой нужным образом
ориентированный кристалл, и затем поглощается в спе¬
циальном устройстве (поглотителе). Образующееся на
выходе приемника напряжение регистрируется индика¬
тором. Простота измерений, высокая чувствительность,
лийейность в широкой полосе частот позволяет исполь¬
зовать детектор ультразвука для исследования ампли¬
тудно-частотных характеристик электромеханических
преобразователей. Ультразвуковой детектор на основе
электроакустического эффекта сочетает в себе высокую
чувствительность, простоту и удобство измерений.
Звуковые и ультразвуковые устройства в комплексе
с радиоэлектроникой наряду с многочисленными новин¬
ками в области науки и техники находят себе место и
в исследовании космоса. Так, например, на орбитальных
станциях «Салют» в панелях, выполняющих роль датчи¬
ков, использовался акустический принцип. Удар микро¬
частиц регистрировался и замерялся по системе звуко¬
вых колебаний, а затем по радиоканалу данные пере¬
давались на наземные пункты управления.
Ультразвук полезен и в нашей бытовой радиоэлек¬
тронике. В последних современных моделях телевизо¬
ров, например в «Горизонте-115», ультразвук использо¬
ван для беспроводного дистанционного управления.
Небольшой ультразвуковой пульт, умещающийся на ла¬
дони, позволяет не только включать и выключать теле¬
визор на расстоянии до 6 метров, но и регулировать
яркость изображения и громкость звука, а также пере¬
ключать программу передач. Ультразвуковой дистанци-
онный пульт может управлять магнитофоном.
21.	Ультразвук в сельском хозяйстве
Два поля имели общую границу и были засеяны одними
и теми же сортами помидоров. Одинаковыми были так¬
же нормы удобрений, поливов, сроки и количество про¬
изведенных работ. Но на одном поле кусты растений
разрослись сильнее, плодов было больше, созрели они
быстрее, да и витаминами оказались намного богаче,
чем плоды с соседнего поля. А все дело в том, что
семена перед посевом были обработаны ультразвуком.
Вначале ученые изучили, как влияет ультразвук на
4 520	97

биологическую природу растений. Они проделали много¬
численные опыты и установили, что в «озвученных»
семенах растений резко повышается активность фермен¬
тов. Ультразвук изменяет структуру молекул и амино¬
кислот, ускоряет процессы окисления.
В Узбекском научно-исследовательском институте
овоще-бахчевых культур и картофеля после л^ногочис-
ленных опытов и исследований установили, что обра¬
ботка семян дыни и кукурузы ультразвуком в отдельных
случаях повышает урожайность на 40 процентов. Подоб¬
ные опыты были проделаны с капустой, луком и мор¬
ковью.
Положительные результаты дает ультразвук в хлоп¬
ководстве. Уже давно известно, что хлопчатник выгодно
сеять оголенными семенами, в результате чего посевная
норма сокращается в несколько раз. Но оголение семян
хлопчатника — кропотливая, отнимающая много времени
операция. Если же семена облучить ультразвуковыми
колебаниями, то они оголяются значительно легче и
быстрее. Одновременно с этим ультразвук хорошо сти¬
мулирует рост и развитие хлопчатника. Важно и то, что
хлопчатник, выросший из обработанного ультразвуком
семени, менее поддается заболеванию многими болез¬
нями, устойчив к ядохимикатам, в частности к герби¬
цидам.
Для комплексной обработки хлопковых семян созда¬
на ультразвуковая установка, которая всю операцию
проделывает за 5 минут. При обработке семян ультра¬
звуком в них можно ввести нужные микроэлементы.
Благодаря ультразвуку полностью уничтожаются возбу¬
дители болезней и вредители, активизируются фермен¬
ты, заметно повышаются энергия прорастания и устой¬
чивость семян к холоду. Все это благоприятно сказыва¬
ется на последующем развитии и урожае хлопчатника.
Лабораторией ультразвука Каунасского политехниче¬
ского института созданы ультразвуковые измерители
глубины борозды и профилограф почвы, которые ис¬
пользуются на машинно-опытной станции Литовской
ССР.
Упитанность убойного скота оценивается, как пра¬
вило, приблизительно, в результате чего возникают спо¬
ры и конфликты между сдатчиками и заготовителями,
а самое главное — снижается экономическая эффектив¬
ность откормки животных. Сотрудники Донского сель-
98

s,
|скохозяйственного института совместно с инженерами
.завода «Электроточприбор» изготовили ультразвуковой
^толщиномер для оценки упитанности живых свиней. Если
г^свинья тощая — загорается красная лампочка, средней
упитанности — фиолетовая, если свинья жирная, заго¬
рается белая лампочка.
Вильнюсский научно-исследовательский институт элек-
.^гроизмерительных приборов вооружил ветеринаров
аппаратами УДА-724 и УДА-871, позволяющими надеж¬
ею диагностировать нормальную и осложненную бере¬
менность у животных, определять положение плода и
следить за его развитием.
Ультразвуковой аппарат для лечения животных и про¬
ведения некоторых биологических исследований разра-
:|ботан Воронежским сельскохозяйственным институтом.
■Аппарат портативен, снабжен приспособлениями дози-
гровки ультразвукового излучения, дистанционным управ-
{лением и набором ультразвуковых головок различного
назначения.
Экспериментами установлено, что ультразвуковые
^колебания определенной частоты отпугивают насеко-
|мых-вредителей, а при частоте 200 кГц оказывают губи-
|тельное действие на личинок. Для людей и животных
; эта частота совершенно безопасна.
22.	Ультразвук в пищевой промышленности
Ультразвуковые колебания определенной частоты и ин-
^ тенсивности не только повышают сроки сохранности, но
: И улучшают качество молочных продуктов. Так, напри¬
мер, обработка молока ультразвуком позволяет значи-
; те ль но снизить содержание в нем микрофлоры. Кислот¬
ность такого молока не повышается в течение 5 часов.
При этом вкус, запах и цвет не изменяются, сохраняется
стойкость при перевозке и хранении.
Хранение молока в замороженном виде известно
. давно. Но известно и то, что после размораживания оно
. меняет и вкус и консистенцию — выделяется жир, появ¬
ляются хлопья... Если же пастеризованное молоко облу-
' чить ультразвуком, а потом заморозить, то его можно
хранить длительное время, поддерживая температуру
минус 12 градусов. Восстановленное, оно ничем практи¬
чески не отличается от того, каким оно было до замо¬
4*	99

раживания. Сообщение об этом способе хранения мо¬
лока поступило из Англии несколько лет назад.
Ультразвук помогает получить и порошковое молоко.
Свежее молоко замораживают до минус 16 градусов, а
затем обрабатывают ультразвуковыми колебаниями вы¬
сокой частоты. Порошок, полученный таким способом,
хранится дольше, чем порошок, полученный мето¬
дом выпаривания. Кроме того, он изготавливается
быстрее.
Ультразвук активно и успешно трудится на предприя¬
тиях, производящих животные и растительные жиры.
В Грузии, например, разработан ультразвуковой метод
получения тунгового масла — ценнейшего материала в
производстве красящих веществ, Семена тунга, обрабо¬
танные ультразвуком, лучше набухают, и выход масла
увеличивается на 2 процента.
Мы уже упоминали о том, что благодаря ультразвуку
удается получать эмульсии из несмешивающихся жид¬
костей. Это имеет громадное практическое значение для
такой отрасли, как хлебопекарное производство, где
благодаря масловодным эмульсиям, полученным с по¬
мощью ультразвука, почти на 90 процентов сокращен
расход масла — без ущерба для качества продукции.
Опыты показали, что при обработке ультразвуком
пекарских дрожжей в течение часа бродильная энергия
их повышается в среднем на 15 процентов. В обработан¬
ных ультразвуком дрожжах повышается содержание
эргостерина, являющегося сырьем для получения высо¬
коактивного витамина D.
Экономически выгоден и эффективен ультразвук в
кондитерской промышленности. Ультразвуковые колеба¬
ния позволяют ускорить кристаллизацию сахарозы и по¬
лучить однородную массу при изготовлении помадки.
При этом качество готовой помадки повышается. Под
действием ультразвука улучшаются специфические вку¬
совые качества шоколада и значительно сокращается
продолжительность его обработки в отделочных ма¬
шинах.
Специалистам-кондитерам известно, как опасна са¬
харная пудра. Достаточно одной искры, чтобы вся масса
мельчайших пылинок сахара взорвалась. Поэтому в са¬
харном производстве вынуждены соблюдать строжай¬
шие правила техники безопасности. Ученые предложили
сахарную пудру заменить сахарной эмульсией, обрабо-
100

тайной ультразвуком. Такие установки очень производи¬
тельны и экономичны, а главное — безопасны.
Заслуживает внимания применение ультразвука в
мясной и птицеперерабатывающей промышленности для
получения эмульсий животных жиров, ароматических
эмульсий, специй и для посола мяса. На некоторых мясо¬
комбинатах ультразвуком обрабатывают фарш при изго¬
товлении сосисок, сарделек и вареной колбасы. Эмуль¬
сия из воды и жира соединяется с фаршем, в результате
чего колбасные изделия получаются более сочными.
Ультразвуковые жировые эмульсии позволяют отказать¬
ся от выдержки мяса в посоле и более точно регулиро¬
вать содержание в фарше жира и воды.
В колбасные изделия вводятся ароматические веще¬
ства — специи. Раньше они добавлялись в виде порошка,
сейчас вводятся в виде экстрактов. Экстракты удобнее
и дешевле порошкообразных специй — 1 килограмм
экстракта заменяет 30 килограммов порошкообразных
специй. Но равномерное распределение в фарше незна¬
чительных количеств специй практически невозможно.
И только благодаря ультразвуку удалось получить ста¬
бильные эмульсии, которые даже через две недели не
теряют своих ароматических свойств. Такие эмульсии
могут использоваться и в консервной промышленности,
так как не вызывают коррозии банок.
Посол мясопродуктов продолжается не менее 15 су¬
ток, а отдельных видов мясных изделий — до 60 суток,
что затрудняет перевод технологических процессов на
поточное производство. Ультразвук позволил ускорить
процесс посола: под его воздействием засолка идет
быстрее, соль в тканях мяса распределяется более рав¬
номерно, а цвет его приобретает равномерную розовую
окраску.
Важное место ультразвук занял в рыбной промыш¬
ленности, а в некоторых процессах он просто незаме¬
ним. Ультразвуковые колебания используют для ускоре¬
ния извлечения жира из печени рыб и для повышения
качества медицинского рыбьего жира. При этом в нем
сохраняются ценнейшие для человека витамины.
В Научно-исследовательском институте консервной
промышленности установили, что ультразвуковые коле¬
бания позволяют очень тонко и равномерно измельчать
овощи. Овощное пюре, приготовленное с помощью
ультразвука, легче усваивается и обладает хорошими
101

вкусовыми качествами. Особенно это важно при произ¬
водстве диетических консервов для детей и больных,
которым необходима строгая диета.
Искусство виноделия возникло много столетий назад.
Однако технический прогресс мало коснулся этого древ¬
него производства. Как и прежде, изготовление вина
занил^ает месяцы и даже годы. Особенно много времени
уходит на вьгделение винного камня — до 240 часов. Но
кроме винно-кислого камня, из вина необходимо уда¬
лить красящие и белковые вещества. Сотрудникам Одес¬
ского политехнического института совместно с коллек¬
тивом винного завода удалось сначала в лабораторных,
а потом в промышленных условиях в 80 раз сократить
процесс выделения винного камня и в 200 раз — освет¬
ление вина. Позже оба процесса были объединены. По
мнению дегустаторов, портвейн, мадера, шатоикем, вер¬
мут, рислинг и другие вина, приготовленные по ультра¬
звуковой технологии, по ароматическим свойствам и
химическому составу не уступают винам, приготовлен-
НЫАЛ прежним способом, а в некоторых случаях и пре¬
восходят их. Опыт одесситов довольно бьгстро распро¬
странился на многие винодельческие предприятия стра¬
ны. Винодель! Средней Азии, Грузии, Армении, Молда¬
вии, Крыма сочли необходимым применить этот
nporpeccHBHbiH метод на своих предприятиях.
Для придания вину аромата и сочности иногда до¬
бавляют настой мускатного ореха. Он выдерживается на
спирту в течение 20 дней, но при этом замечено, что
за счет испарения теряется 3 — 4 процента спирта. Уль¬
тразвук ускоряет получение настоя до 20 минут, а испа¬
рение спирта сводится до минимума.
Шампанское после подготовительных операций долго
выдерживают в бутылках, пока оно не приобретает нуж¬
ных качеств, замораживают до кристаллизации. Кристал¬
лики льда при многократном встряхивании бутылок сни¬
мают осадок со стенок. Ультразвук позволил исключить
эту дорогую и длительную операцию. На обработку од¬
ной бутылки требуется не более 10 секунд. Одновре¬
менно можно обрабатывать несколько бутылок. Важно,
что удаление осадка происходит без ухудшения каче¬
ства шампанского. Вместе с тем ультразвук пастеризует
вино, повышая его стойкость при хранении.
Ультразвук может регулировать спиртовое броже¬
ние в винных материалах. Виноделы знают, как важно
102

для получения природных сладких виноградных айн с
пониженным содержанием спирта, затормозить спирто¬
вое брожение виноградного сусла. И здесь за помощью
обратились к ультразвуку. Обработав им сусло, можно
получить вино, в котором содержание сахара примерно
в 3 раза выше, чем в контрольном образце, а содержа¬
ние спирта понижено.
Ультразвук ускоряет созревание коньяков и ликеров.
Свежеприготовленные коньяк и ликер после обработки
ультразвуком в течение 10 минут приобретают качества,
которые при обычной технологии достигаются только
после нескольких лет хранения.
Виноград — исходный продукт не только для приго¬
товления вина. Из него вырабатывают и виноградный
сок. На первый взгляд может показаться, что нет ничего
сложного; выжать из винограда сок, дать ему отстоять¬
ся и — все. На деле это не так просто. Свежий сок —
это перенасыщенный раствор винного камня. Достаточно
слегка охладить сок, а иногда просто встряхнуть его,
как немедленно выпадают кристаллики соли. Никакой
'фруктовый сок не доставляет производственникам столь¬
ко хлопот, сколько виноградный. Сейчас его интенсивно
облучают ультразвуковыми колебаниями, которые в де-
'сятки раз ускоряют выпадение винного камня. Ультра¬
звук помогает отжимать сок, так как он быстро разру¬
шает органическую ткань. При облучении виноградных
ягод ультразвуком часть мякоти, которая раньше шла
в отход, перерабатывается в чистый виноградный сок,
что увеличивает выход сока на 8 процентов.
Сотрудники Грузинского политехнического института
экспериментально доказали, что ультразвук — хороший
помощник в производстве чая. При существующей тех¬
нологии одна четверть клеток чайного листа не подвер¬
гается биохимическим превращениям и поэтому не уча¬
ствует в образовании вкусовых и ароматических свойств.
Ультразвук позволяет разрушить все оболочки зеленого
чайного листа.
Духи, как и вино, тоже «созревают» месяцы, а иногда
даже годы. Настои выдерживают в огромных цистернах,
занимающих большие производственные площади. Ин¬
женеры Харьковской парфюмерно-косметической фаб¬
рики совместно с сотрудниками Украинского научно-
исследовательского института пищевой промышленности
заставили ультразвук ускорять процесс изготовления
103

духов. Ультразвуковая установка обеспечивает «созрева¬
ние» духов за 6—8 часов вместо года, как было раньше.
В первые годы все эфиромасличные заводы нашей
страны за год вырабатывали всего несколько килограм¬
мов розового масла, а теперь они получают тонны.
Только крымскими заводами освоено и производится 24
вида эфирных масел. Биохимические исследования пока¬
зали, что лепестки розы уже через 2 часа после снятия
с бутона теряют четверть эфирного масла, а под лучами
солнца оно уменьшается почти вдвое.
Для увеличения сроков хранения лепестки розы по-
меш,ают в соляные растворы, что повышает выход розо¬
вого масла на 30—40 процентов. А для ускорения про¬
цесса экстрагирования и отделения масла от воды раст¬
вор облучают ультразвуком, в результате чего время,
затрачиваемое на обработку лепестков, сокращается
в 5 раз.
На промышленных предприятиях пищевой промыш¬
ленности успешно работают различные ультразвуковые
установки. Так, эмульсию растительных жиров при про¬
изводстве твердых сыров готовит ультразвуковой гидро¬
динамический диспергатор. Эмульгирование производит¬
ся вихревыми многокамерными гидродинамическими
излучателями. Производительность диспергатора 5 тонн
в час.
Для получения сахарной эмульсии предназначена
ультразвуковая установка АГБ-3, которая не требует
предварительного размола сахарного песка в пудру.
Составные компоненты загружаются в смеситель. По¬
лучаемая смесь через фильтр попадает к насосу и под
давлением 12—15 атмосфер подается в эмульгатор.
Проходя через многостержневой гидродинамический ви¬
братор, эмульсия под действием интенсивных акустиче¬
ских колебаний становится стойкой и мелкодисперсной.
Производительность установки 400 — 600 килограммов
в час.
В виноделии хорошо зарекомендовал себя ультра¬
звуковой аппарат УЗК-3 для осветления виноматериалов
в потоке. Производительность аппарата 8000 литров
в час.
104

23.	Ультразвук и биология
Простой, но чрезвычайно важный опыт. Две капли воды
под микроскопом. Одна облучена ультразвуком, в ней
нет живых организмов. В другой мечутся гидры. Теперь
мы аккуратно соединим иглой капли, чтобы озвученная
вода проникла к неозвученной. Гидры немедленно сре¬
агируют на это: их щупальцы начнут беспорядочно дви¬
гаться. Через некоторое время кончики щупалец ото¬
мрут и распадутся, а на 15-й примерно минуте гидры
превратятся в бесформенные мертвые комочки. Поче¬
му? Оказывается, в озвученной воде образуются сотые
доли процента азотной кислоты. Ни на вкус, ни по за¬
паху обнаружить такую ничтожную примесь невозмож¬
но. Однако изменение кислотности воды оказывается
достаточным, чтобы нарушить процессы обмена веществ
в микроорганизме. Уничтожающее действие на бактерии
оказывают и кавитационные пузырьки, вблизи которых
возникают импульсы огромных давлений.
Были проведены и другие опыты, которые показали,
что ультразвук отрицательно влияет на многие простей¬
шие живые организмы. Например, большие дозы ультра¬
звука разрывают и уничтожают инфузории и даже такие
стойкие микроорганизмы, как туберкулезные палочки.
Под действием ультразвука в течение 1 часа снижается
активность вирусов гриппа в тысячи раз, а такие бакте¬
рии, как стафилококки, стрептококки, вирусы энцефа¬
лита и некоторые другие уничтожаются полностью. Раз¬
рушение микроорганизмов наблюдается только при
повышенной интенсивности излучения. При малых же
интенсивностях ультразвука, наоборот, происходит сти¬
мулирование роста бактерий и вирусов. Способность
ультразвука уничтожать микроорганизмы и бактерии
ученые-медики использовали в своей практике. Так, на¬
пример, ультразвуком начали стерилизовать препараты
сыворотки крови и плазмозаменяющих растворов, что
обеспечивает более высокое их качество и длительный
срок хранения.
Ультразвук действует и на более сложные живь!в
организмы, такие, как головастики, лягушки, рыбы и пр.
При облучении ультразвуком эти организмы парализу¬
ются или погибают. Сразу же после начала облучения
Животные проявляют сильное беспокойство, а через ми¬
нуту полностью прекращают двигаться. Рыбы при этом
105

переворачиваются на бок и вверх брюшком, а некото¬
рые из них всплывают на поверхность. Если прекратить
облучение, рыбы становятся вновь подвижными; если
облучение продолжить, то они погибают. При интенсив¬
ном облучении на теле рыб возникают небольшие кро¬
вотечения. В поле мощной ультразвуковой сирены в те¬
чение короткого времени погибают многие мелкие
животные и насекомые.
А как ультразвуковые колебания воздействуют на
человека? Ведь с введением новых технологических про¬
цессов, современных ультразвуковых машин и оборудо¬
вания все большее число людей подвергается воздей¬
ствию ультразвука. В Московском институте гигиень!
имени Ф. Эрисмана были произведены многочисленные
исследования по изучению влияния ультразвука на со¬
стояние рабочих, непосредственно соприкасающихся с
ним в своей работе. Ученые установили, что на человека
оказывают действие ультразвуковые колебания только
большой интенсивности. Те, кто попал в зону сильного
ультразвукового излучения, жалуются на недомогание и
легкое головокружение, у них появляется тошнота. Если
при ультразвуковых колебаниях большой силы держать
рот открытым, то в нем ощущается покалывание, в носу
появляется неприятное ощущение.
Исследователи заметили, что люди, работающие
вблизи реактивных самолетов, а также с кузнечными
и пневматическими молотками и другими машинами,
производящими шум, быстрее утомляются, снижается
их слуховая чувствительность. Ученые объясняют это
тем, что некоторые механизмы наряду со сльгшимыми
звуками излучают ультразвук.
В Институте охраны труда ВЦСПС разработали меры
борьбы с воздействием ультразвука на человека и
совместно с Научно-исследовательским институтом техно¬
логии машиностроения определили предельно допусти¬
мые уровни звуковых давлений, вызываемых ультразву¬
ковыми колебаниями в воздухе. При превышении допу¬
стимого уровня шума специалисты института рекоменду¬
ют индивидуальные средства защиты — заглушки из стек¬
ловаты или противошумные наушники, противошумные
экраны. Если с их помощью шум не снижается, технологи¬
ческие агрегаты ультразвуковых установок размещают
в отдельных помещениях, куда на короткое время могут
заходить лица, непосредственно обслуживающие уста-
106

ноЕки, используя средства индивидуальной заш,иты. Зна¬
чительного ослабления шума можно добиться, выбрав
более высокие ультразвуковые частоты при конструиро¬
вании новых ультразвуковых установок. Конструкторы
уже разработали установки с рабочей частотой 40—
44 кГц вместо 18—22 кГц, Многие такие установки уже
выпускаются серийно.
При обслуживании ультразвукосых установок необ¬
ходимо избегать контактного воздействия ультразвуко¬
вых колебаний через жидкость, деталь и инструмент.
При кратковременном контакте с деталями и жидкостью
рекомендуется надевать две парь! г;ерчаток из разно¬
родного материала. Воздушная прослойка между пер¬
чатками способствует лучшему отражению ультразвуко¬
вых волн.
24.	Ультразвуковая диагностика и лечение
Благородной цели — охране здоровья человека — под¬
чинены в нашей стране достижения медицинской науки.
В борьбе за жизнь человека, его здоровье врачи все
чаш,е обращаются к новым методам диагностики и ле¬
чения, основанным на использовании кибернетики и элек¬
троники. Каждый новый этап в развитии физики и тех¬
ники обогащает медицину новыми аппаратами и прибо¬
рами. А за последние примерно два десятилетия одно
из центральных мест в исследованиях для нужд медици¬
ны занял ультразвук.
Казалось бы, какое отношение имеет ультразвук к
медицине? Ведь мы только что говорили, что на чело¬
веческий организм ультразвуковые колебания оказывают
вредное воздействие. Но, как уже упоминалось, челове¬
ческий организм отрицательно реагирует только на
ультразвуки большой мощности. Ультразвуковые коле¬
бания небольшой интенсивности никакого вреда не при¬
чиняют и могут успешно применяться в медицине.
В настоящее время ультразвук получил широкое рас¬
пространение в акушерстве и гинекологии, кардиологии,
«неврологии и офтальмологии. В дальнейшем он найдет
свое признание и в других областях. Ультразвук — это
выяснилось в последние годы — располагает огромными
диагностическими возможностями. С его помощью врач
может обнаружить различные заболевания мозга, пече¬
107

ни, легких, глаз; проверить работу сердца и выявить
ненормальности функционирования не только самого
сердца, но и отдельных его участков.
Долгое время рентген был единственным и незаме¬
нимым средством обнаружения опухолей. Однако рент¬
геновские лучи выявляют опухоль, когда плотность пора¬
женной ткани отличается от плотности здоровой в пол-
тора-два раза, а это означает, что зачастую уже поздно
предпринять эффективное лечение. После многочислен¬
ных опытов ученые предложили для ультразвуковой ди¬
агностики опухолей использовать теневой метод, но
получалась очень высокая контрастность, что не давало
возможности отличать одну ткань от другой по физиче¬
ским свойствам. Поэтому от этого метода отказались.
Более приемлемым оказался импульсный метод, осно¬
ванный, как и в дефектоскопии, на отражении ультра¬
звука, от границы раздела двух сред. Этот метод позво¬
ляет получить на экране электронно-лучевой трубки
прибора видимое изображение, на котором можно отли¬
чить ткани близкие по своим физическим свойствам.
Ультразвуковой импульс больной и здоровой тканью
отражается по-разному. Отраженные импульсы посту¬
пают на экран прибора, где виден своеобразный разрез
того или иного участка человеческого тела.
Ультразвуковая эхограмма помогает обнаружить рас¬
положение кисты, поставить диагноз целого ряда забо¬
леваний глаза, таких, как катаракта, помутнение рого¬
вицы, отслоение сетчатки, кровоизлияния в стекловидное
тело, получить рельефные изображения желудочков
мозга и других органов. Ультразвуковая диагностика
не противопоказана для обследования маленьких детей
и тяжелобольных.
Самый опытный акушер нуждается в диагностиче¬
ском аппарате, позволяющем своевременно установить
причины, осложняющие течение беременности и родов.
Такой аппарат появился — это ультразвуковой диагности¬
ческий аппарат, работающий на принципе эхографии.
Ультразвуковые колебания в пределах, необходимых для
диагностики, не оказывают никакого отрицательного
влияния на состояние эмбриона и плода в любом перио¬
де его развития, на деятельность половых желез матери.
Сейчас, например, с помощью ультразвука исследуют
положения плода, а также состояние костных и мягких
тканей.
108

в лаборатории электроники Института нормальной и
патологической физиологии Академии медицинских наук
СССР разработан прибор, который позволяет получить
сведения о мгновенной величине, линейной, объемной
скорости и направлении тока крови. Благодаря специаль¬
ному датчику все эти измерения делаются через стенку
сосуда, не нарушая его целости.
Советские специалисты уже снабдили клиники и боль¬
ницы целым рядом удачных ультразвуковых диагности¬
ческих приборов.
Ультразвуковой диагностический прибор «Эхоскоп-8»
обнаруживает злокачественные и доброкачественные опу¬
холи, а также различные неоднородности или инород¬
ные тела в тканях человека. Прибор дает возможность
изучать топографоанатомические взаимоотношения орга¬
нов и тканей, их структуру, плотность и глубину залега¬
ния. В комплекте прибора три сканируюш,их ультразву¬
ковых датчика, обеспечивающих наблюдение на экранах
электронно-лучевых трубок одномерного и двухмерного
изображений сечения исследуемого органа или участка
тела. Одномерное и двухмерное изображения воспро¬
изводятся двумя независимыми электронно-лучевыми
трубками. Третья трубка и фотоаппарат обеспечивают
возможность полуавтоматического фотографирования
наблюдаемых изображений. На снимках отпечатываются
номер кадра и шифр пациента. Размер изображения в
зависимости от глубины расположения наблюдаемого
органа может быть выбран О—120 или О—240 миллимет¬
ров. Отсчет глубины залегания различных неоднороднос¬
тей производится непосредственно по шкалам индика¬
торов.
Всесоюзным научно-исследовательским институтом
медицинского приборостроения создан ультразвуковой
эхоэнцефалограф «Эхо-11» для обнаружения опухолей
мозга и других образований, определения патологиче¬
ских состояний мозга. Аппарат может определять поло¬
жение плода. Диагностическая процедура проста, не
требует специальной подготовки больного, безопасна и
почти не имеет противопоказаний. Эхоэнцефалография
незаменима в тех случаях, когда быстрота или тяжесть
болезни резко ограничивает или исключает другие диаг¬
ностические методы. В аппарате предусмотрена реги¬
страция эхограмм на фотопленку.
109

в клинике госпитальной терапии Воронежского меди¬
цинского института разработан ультразвуковой метод
исследования сердца. Ультразвуковой локатор позво¬
ляет получить представление о движении каждого сер¬
дечного клапана, установить время, в течение которого
движутся, смыкаясь и размыкаясь, клапаны сердца. Уль¬
тразвуковые сигналы записываются одновременно с элек¬
трокардиограммой, а поэтому их можно сопоставлять.
Ультразвуковой локатор сердечных клапанов помогает
в диагностике пороков сердца. В клинике подготовлена
специальная карта грудной клетки. На ней отмечены
точки, указывающие, куда следует прикладывать щуп
локатора, чтобы записать движения определенного уча¬
стка сердца.
Ультразвуковой диагностический прибор «Фазокард»
производит специальные исследования сердца. Он мо¬
жет определить степень митрального стеноза и обнару¬
жить тромб в левом предсердии. Ультразвуковой дат¬
чик, накладываемый на левую сторону груди во втором
или третьем межреберье, является одновременно пере¬
датчиком и приемником. Отраженные от стенки сердца
ультразвуковые импульсы преобразуются в напряжение,
пропорциональное величине перемещения стенки —
ультразвуковую кардиограмму (УКГ). Для документаль¬
ной записи напряжение подается с выхода прибора
на многоканальное регистрирующее устройство. Туда же
можно ввести для регистрации напряжение электрокар¬
диограммы (ЭКГ). Совместный анализ УКГ и ЭКГ дает
возможность поставить диагноз некоторых видов сер¬
дечных заболеваний, который невозможно сделать дру¬
гими методами диагностики. Установленная в приборе
электронно-лучевая трубка совместно с системой регу¬
лировки глубины просматривания позволяет врачу вы¬
брать интересующий участок сердца для записи УКГ. На
электронно-лучевой трубке можно наблюдать форму
УКГ.
Для исследования сердца служит экспериментальный
ультразвуковой прибор «Экран» Всесоюзного научно-
исследовательского института токов высокой частоты
имени профессора В. П. Вологдина. Внешне прибор на¬
поминает телевизор. Врач укрепляет на груди пациента
миниатюрный датчик, включает прибор — и на экране
возникает изображение бьющегося сердца в двух про¬
екциях. Причем в отличие от рентгеновского снимка
110

отчетливо различимы самые тонкие детали внутренней
структуры органа. В реальном масштабе врач может
проследить за работой отдельных клапанов и мышц.
Второй прибор «Ритм» этого же института контро¬
лирует ритмичность работы сердца. Фокусированная
акустическая система аппарата дает точную картину рит¬
мики его отделов и элементов, неся информацию имен¬
но из тех областей, которые в данный момент интере¬
суют доктора.
Большой интерес представляет ультразвуковой диаг¬
ностический прибор «Остеометр» для определения плот¬
ности сросшейся или поврежденной кости методом
измерения скорости распространения ультразвука. Этот
метод является единственным, обеспечиваюш,им точное
и качественное определение плотности сросшейся кос¬
ти. Исследования основаны на сравнении времени за¬
держки ультразвуковых импульсов, замеренных на
одинаковом участке поврежденной и здоровой кости.
В последние годы советскими специалистами подго¬
товлена к серийному выпуску целая гамма ультразвуко¬
вых диагностических аппаратов: эхоскопы «Обзор-10» и
«Эхо-31», портативный прибор «Малыш» для определе¬
ния сердцебиения еще не родившегося ребенка, ультра¬
звуковой локатор сердца «УДЛ-1», эхотахокардиометр
«ЭТК-1», тоже для исследования сердца, и многие дру¬
гие. В будущем по мере развития ультразвуковой голо¬
графии удастся получать видимые объемные изображе¬
ния внутренних органов и тканей.
Австрийская фирма «Кретцтехник» предложила вра¬
чам прибор с весьма широким диапазоном возможнос¬
тей. Он способен выдавать информацию о всех проис¬
ходящих в тканях изменениях, определять расположение
Инородных тел, в том числе мозговых опухолей, наблю¬
дать за работой сердца. Прибор крепится на мягко
передвигаемом транспортном столике, на котором уста¬
новлены фотоаппарат и диктофон. Прибором, диктофо¬
ном и фотоаппаратом управляют дистанционно с помо¬
щью специальной приставки, имеющей четыре ножных
привода. Другой ультразвуковой диагностический при¬
бор этой же фирмы применяется при исследовании гла¬
за. С его помощью можно определять и оценивать из¬
менения в глазном яблоке и орбите. Исследования
ведутся на разных частотах. Прибор тоже имеет фото¬
аппарат и диктофон.
111

Одна японская фирма создала ультразвуковой диаг¬
ностический прибор, измеряющий величину смещения
мозговой камеры, вызываемого внутренним кровотече¬
нием или кровоизлиянием в мозг.
Там же, в Японии, изобретен прибор, который, как
это следует из описания, позволяет очень рано — Нсб де¬
сятой неделе беременности — услышать работу сердца
эмбриона. Принцип действия прибора основан на исполь¬
зовании так называемого эффекта Доплера — на сверх-
чутком улавливании изменений частоты сигналов, отра¬
жаемых подвижным органом.
Ряд интересных ультразвуковых диагностических при¬
боров для офтальмологов, нейрохирургов, гинекологов,
акушеров разработали польские ученые и специалисты.
Приборы выпускаются серийно.
Вторая важная область применения ультразвукового
поля в медицине — лечебная. Лечебное действие уль¬
тразвука склбдьгвается из трех факторов: теплового, ме¬
ханического и физико-химического.
Первый фактор — это глубокое и равномерное про¬
гревание тканей той энергией, которую несет с собой
ультразвуковое излучение. При втором факторе ткани
подвергаются, по сути дела, микромассажу. Ну а при
третьем факторе происходят изменения в ходе окисли-
тельно-восстановительных процессов, ускоряется рас¬
щепление сложных белковых комплексов до обычных
органических молекул, активизируются ферменты. Бла¬
готворное воздействие ультразвука на обмен веществ
тоже, по-видимому, объясняется его химическим воз¬
действием.
Ультразвуковая физиотерапия оказывает болеутоля¬
ющее, спазмолитическое, противовоспалительное и бак¬
терицидное действие. Под воздействием ультразвука
улучшается крово- и лимфообращение. Ультразвуковой
микромассаж снимает боль, стимулирует деятельность
нервной и эндокринной систем, улучшает функциональ¬
ное состояние соединительной ткани и усиливает защит¬
ные реакции организма. Замечено значительное улуч¬
шение функции суставов и мышц. Лечение ультразвуком
в ряде случаев способствует понижению кровяного дав¬
ления у страдающих гипертонической болезнью.
Сфокусированное ультразвуковое излучение превра¬
щается в хирургический инструмент. Такая установка для
фокусирования ультразвука создана в Акустическом ин-
ш

ституте АН СССР. Прибор создает в фокальной области
очень большое звуковое давление. Фокусное расстояние
можно измерять, а следовательно, и выбирать любой
оперируемый участок по глубине залегания без повре¬
ждения верхних слоев.
В 1965 г. Советские ученые совместно с инженерами
разработали принципиально новые методы рассечения
живых биологических тканей с помощью ультразвука,
главное достоинство которого — универсальность. С по¬
мощью ультразвукового скальпеля можно и рассекать
и соединять почти все живые ткани.
Проводятся опыты по ультразвуковой сварке вну¬
тренних органов — сердца, легких, печени, селезенки,
мочевого пузыря. Открывается заманчивая перспектива
принципиально нового соединения кровеносных сосудов
и нервов, пищеварительных и эндокринных желез. Раз¬
рабатываются идеи ультразвуковой сварки ран сердца
с проникающими повреждениями, а также при полной
или частичной трансплантации. Это по-новому решает
проблему «реконструкции» операций на сердце — вос¬
становления или замены клапанного аппарата, лечения
аневризм и тромбозов сосудов.
Ученые кафедры травматологии Центрального инсти¬
тута усовершенствования врачей совместно с учеными
кафедры сварки МВТУ теоретически и практически обо¬
сновали метод лечения переломов свариванием кости
ультразвуком. На эту операцию уходит всего 10—20 се¬
кунд. Следующий шаг — замещение костной ткани. Мес¬
то, откуда изъята разможженная кость, заполняют зара¬
нее приготовленной размельченной костью донора.
Ультразвуковым облучением хирург выполняет точную
форму утраченной кости, после чего она быстро твер¬
деет и накрепко соединяется с основной костью. Группа
ученых медиков и инженеров за внедрение ультразвука
в хирургию в 1972 г. удостоена Государственной премии.
Для ультразвуковой резки и сварки биологических
тканей создан аппарат УРСК-7Н. Он обеспечивает щадя¬
щие и биологически приемлемые методы хирургическо¬
го воздействия на ткани организма. Прибор позволяет
рассекать кость практически в любом направлении, бы¬
стро и прочно соединять костные фрагменты, «прива¬
ривать» трансплантат и воссоздавать костную ткань для
заполнения дефектов в костях, удалять опухоли и иссе¬
кать рубцы при различных пластических операциях.
113

Для этих же целей служит ультразвуковая установка
УЗУМ-1. Сна состоит из ультразвукового генератора,
большого набора скальпелей и стерилизаторной ванны.
Установка представляет собой своеобразный хирурги¬
ческий комбайн, получивший уже широкое признание
в клиниках. Установка обеспечивает два вида операций—
на мягких тканях и сварку костей. У ультразвукового
скальпеля много достоинств: он позволяет резко сокра¬
тить кровопотери, вероятность осложнений. Раны полу¬
чаются ровные, не рваные, а значит, их края очень хоро¬
шо заживают. После операции почти не видно рубцов.
Ультразвук стал помощником и в зубоврачебной
практике. Им обрабатывают полости зубов и удаляют
зубной камень. Ультразвуковая обработка зуба совер¬
шенно безболезненна, не вызывает неприятных ош,уще-
ний и нагрева. Однако у ультразвуковой бормашины есть
недостаток — врач не может определить момент под¬
хода инструмента к нерву. Поэтому ультразвуковыми
бормашинами пользуются в отдельных случаях только
опытные специалисты.
И наоборот, ультразвуковой аппарат для снятия зуб¬
ного камня показал на практике хорошие результаты.
Он позволяет безболезненно, бескровно, быстро уда¬
лять зубной камень и налет с зубов. Слизистая рта не
травмируется, «карманы» полости обеззараживаются, а
пациент вместо боли ощуш^ает приятную теплоту. Аппа¬
рат портативен, легок, прост в эксплуатации и не тре¬
бует от врача физических усилий, как при обычном сня¬
тии зубного камня. Аппарат снабжен набором вставок
с рабочими наконечниками различной формы, обеспечи¬
вающими доступ к любым участкам полости рта.
Хорошие результаты получены при ультразвуковой
сварке и пломбировке зубов. Традиционные способы
пломбирования не дают стопроцентной гарантии, что
пломба плотно, без микроскопических щелей закрыла
полость, а любая такая щель часто становится причиной
возобновления кариесного процесса, расшатывания и
выпадания пломбы. Ультразвуковая пломбировка полно¬
стью исключает этот недостаток.
Существует такой физиотерапевтический метод лече¬
ния, как ингаляция — распыление различных лекарствен¬
ных веществ. Здесь ультразвук участвует в лечении кос¬
венно: он лишь распыляет лекарственные вещества, ко¬
торые затем вдыхают больные.
114

Ультразвуковой ингалятор очень прост. На поверх¬
ности жидкого лекарственного вещества с помощью
■ ультразвукового излучателя создается фонтан очень мел¬
ких капель. Обычно в этом случае применяют сфери¬
ческий излучатель, фокальная точка которого совмеща¬
ется с поверхностью распыляемой жидкости. Ультразву¬
ковые ингаляторы удобны тем, что их можно применять
при коллективном лечении. Для этого аэрозоли создают
ингалятором в специальном помещении, где находятся
больные, вдыхающие распыленное лекарство.
Главная функция крови в организме — перенос кис¬
лорода от легких к тканям, а обратно — углекислоту.
Оказывается, такой же способностью обладают и неко¬
торые соединения, например фтороуглероды. Недавно
проведенные эксперименты дают основание предпола¬
гать, что фтороуглероды могут в какой-то степени за¬
менить кровь. Животные, у которых вся кровь была
заменена эмульсией фтороуглеродов в кровяной плаз-
ме, прожили 8 часов. Трудности возникли в приготовле-
, НИИ эмульсии, частицы которой были бы достаточно
I малы и могли бы проникать в самые тонкие капилляры
(кровеносной системы. Проблема была решена с по-
мощью ультразвуковой обработки под высоким давле-
|нием, в результате чего была получена эмульсия с час-
> тицами, размером менее одной тысячной миллиметра.
! Не исключено, что такая эмульсия найдет практическое
>; применение при переливании крови, пересадке и кон-
I сервации органов.
I Большое будущее принадлежит ультразвуку в фар-
| мацевтической промышленности. Уже сейчас он незаме-
|ним в процессах приготовления различных медицинских
|препаратов. Если раньше для получения настоек вале-
|рианы и полыни требовалось семь суток, то теперь бла-
IfOAapfl ультразвуку эта операция выполняется всего
полтора часа. Значительно ускоряется приготовление
р'йастоек йода и других препаратов, сокращается расход
|;|с:ырья. Ультразвуковое облучение увеличивает выход
ктивных начал из различных лекарственных растений,
аких, как мак, ландыш, красавка, спорынья и др. Уль-
развук позволяет получить тонкую взвесь камфорно¬
го масла в воде, что раньше вообще было невоз¬
можно.
Под воздействием ультразвуковых колебаний возни¬
кают новые эффекты — повышается чувствительность
115

живой клетки к воздействию химических веществ. Это
открывает пути к созданию новых, более безвредных
вакцин, ибо при их изготовлении можно будет исполь¬
зовать химические реактивы значительно меньшей кон¬
центрации. Ультразвук становится хорошим помош^ником
микробиологов и фармакологов при создании новых
лекарственных препаратов.
Большой теоретический и практический интерес вы¬
зывают исследования скрытых возможностей восприятия
человеком звуков в разном диапазоне частот. Уже полу¬
чены интересные результаты. Слуховое восприятие уль¬
тразвуков возможно даже в тех случаях, когда средние
и высокие частоты слышимого диапазона не восприни¬
маются. Установлено, что при многих заболеваниях орга¬
нов слуха человека внутренние звуковоспринимающие
устройства не повреждаются. Поэтому, если провести
ультразвуковые колебания непосредственно через кости
и ткани, возникает слуховое ощущение. Это значит, что
по показателю слухового восприятия ультразвука можно
установить характер заболевания, лежащего в основе
слуховых расстройств. Диагноз можно поставить даже
в том случае, когда использование обычных слышимых
раздражителей не дает представления о сущности забо¬
левания.
Эти исследования имеют прямое отношение к зада¬
че, которой давно занимаются ученые и специалисты,
пытающиеся облегчить положение слепых.
Известно, что слепые нередко обладают тонко раз¬
витым слухом и ощущают предметы на расстоянии бла¬
годаря звуковому эху, отраженному этими предметами.
Эхо обычно настолько слабое, что сами слепые не мо¬
гут объяснить, как они ощущают предметы. Для опре¬
деления способности человека к восприятию ультразву¬
ковых волн были проведены интересные опыты. При
этом принимались все меры к тому, чтобы стены, пол
и потолок не отражали звуков, а полностью поглощали
их. В специальной маске, надежно закрывающей глаза,
проверяемый сидел в кресле и ничего не видел. Но до¬
статочно было включить расположенный сзади него
ультразвуковой генератор, как он начинал «видеть» си¬
луэты предметов, отражающих ультразвуковые волны.
На расстоянии 3 метров он различал руку с растопырен¬
ными пальцами или сжатую в кулак, а также предметы
разной формы.
116

Профессор Кентерберийского университета Новой
Зеландии Л. Кэй разработал прибор, посылающий узкие
пучки ультразвуковых волн, подобно тому, как это де¬
лает летучая мышь. Отраженное эхо накладывается на
излученные импульсы, в результате чего возникают «би¬
ения» звука, воспринимаемые человеком через наушни¬
ки. Тот, кто пользуется этим прибором, должен уметь
различать эхо от различных предметов, а также заме¬
чать характерные особенности отраженных сигналов от
нескольких предметов одновременно. Этот прибор
сложный и требует долгой практики для эффективного
использования.
Прош,е и перспективнее другой прибор — ультразву¬
ковые очки, изобретеннь!е также профессорм Л. Кэем.
В переднюю часть очков вмонтирован ультразвуковой
преобразователь, который излучает широкий пучок
волн. Приемники — микрофоны, находяш,иеся по обеим
сторонам головы,— улавливают отраженное эхо. По раз¬
личию в степени громкости, высоте звука и времени
звучания сигналов, воспринимаемых каждым ухом, мож¬
но установить местонахождение источника предмета, от
которого отразились ультразвуковые волны, и его раз¬
меры.
На одном из предприятий Министерства радиопро¬
мышленности СССР изготовлен ультразвуковой прибор
«Ориентир», предназначенный для слепых. Прибор пред¬
ставляет собой портативное приемо-передающее уст¬
ройство с блоком питания и миниатюрными телефонами.
«Ориентир» собран на полупроводниках. Вес его 230
граммов. Восемь сухих батареек типа «Кристалл» обес¬
печивают непрерывную работу прибора в течение 24 ча¬
сов. Он позволяет обнаруживать предметы на расстоя¬
нии до 10 метров.
Человек в черных очках вышел на улицу. В руке
у него небольшой предмет, напоминаюш,ий карманный
фонарик. Это передатчик ультразвуковых колебаний.
Щелкнул выключатель, и в ушах, куда вставлены микро¬
наушники, возникло приятное мелодичное жужжание.
Но вдруг тон звука изменился. Это результат того, что
ультразвуковые волны, излучаемые передатчиком,
встретили на своем пути препятствие, отразились от него
и приняты приемным устройством. Но что это: стена,
столб или человек? Можно ли определить по звуку
характер предмета? Человек, впервые взявший этот
117

прибор, не сможет им пользоваться — нужна предвари¬
тельная тренирозка. На занятиях, направляя прибор на
различные предметы, слепой запоминает характерные
особенности отраженных от них звуков и постепенно
привыкает их различать. По высоте тона он судит о рас¬
стоянии до обнаруженного предмета, а по тембру зву¬
ка — о характере предмета; изменение тона сигнала
указывает на то, что предмет движется — удаляется или
приближается (доплеровский эффект). Дети обуч.5Ются
значительно быстрее взрослых.
При постоянном пользовании прибором у слепого
разовьется представление об окружающих его предме¬
тах как объектах характерного звучания, и он сможет,
образно говоря, «видеть» звуковую картину окружаю¬
щего мира.
Ультразвуковой прибор для слепых создан и успешно
испытан в Эдинбургском университете (Великобритания).
Через конус, укрепленный на лбу человека, прибор по¬
сыпает ультразвуковые импульсы. Отраженное различ¬
ными предметами эхо этих импульсов слышно в науш¬
никах. Чем ближе предмет, отражающий импульсы, тем
ниже тембр звучания, чем больше предмет, тем громче
звук. Сигналь! в наушниках не мешают слепому слышать
и другие звуки.
Огромные возможности открыли для себя в ультра¬
звуковом излучении офтальмологи. Одесскому институту
глазных болезней и тканевой терапии имени В. П. Фила¬
това принадлежит приоритет в разработке методов
ультразвукового лечения многих заболеваний глаз: ос¬
ложнений при пересадке роговой оболочки, осложнений
после удаления катаракты. В институте впервые начали
лечить травматические катаракты, атрофию зрительных
нервов и одно из самых тяжелых заболеваний глаза —
дегенеративное перерождение сетчатки, а также ее от¬
слоение.
Непременное условие нормального зрения — хоро¬
ший контакт сетчатки с сосудистой оболочкой глаза.
При нарушении контакта возникает опасное заболева¬
ние — отслойка сетчатки. Врач может заметить это с
помощью специального зеркала. Однако если прозрач¬
ная часть глазного яблока помутнела, визуальный осмотр
не дает результатов. В этом случае на помощь прихо¬
дит ультразвуковой прибор ЭХО-21 для обнаружения
отслойки сетчатки и инородных тел в глазу. С помощью
118

специальных зондов (датчиков), прикладываемых к по¬
верхности глаза, импульсы ультразвуковых колебаний
направляются в глубину глазного яблока. Встречая на
своем пути среды с различными плотностями, ультразву¬
ковые волны отражаются от границ раздела и воспроиз¬
водятся на экране электронно-лучевой трубки в виде
эхограммы. По форме и размерам ее импульсов врач
судит о степени заболевания и наличии в глазу инород¬
ных тел, сгустков крови, опухолей.
Вошел в практику лечения катаракты метод, разра¬
ботанный американскими специалистами. Он заключен
в том, что врач, наблюдая в микроскоп за движением
своей руки, вводит ультразвуковой щуп в полость, отде¬
ляющую роговицу от хрусталика. Щуп изготовлен из ти¬
танового сплава в виде пустотелой иглы диаметром
1 миллиметр, помещенной в специальный силиконовый
чехол, соединенный с ультразвуковым генератором. Ког¬
да игла входит в соприкосновение с хрусталиком, он под
действием ультразвука частотой 40 кГц разжижается
и начинает разрушаться. В результате образуется
жидкость, которая смешивается с дезинфицирующим
раствором, поступающим через кольцевой зазор между
полой иглой и силиконовой оболочкой, и отсасывается
через внутреннюю полость иглы. Новый метод более
прост, а главное, у больного намного сокращается по¬
слеоперационный период. Если раньше пациент должен
был провести минимум неделю на больничной койке,
а затем месяц дома, то теперь он уже через несколько
дней может приступить к работе. По мнению американ¬
ских специалистов, такой метод ультразвуковой хирур¬
гии может быть использован при удалении желчных кам¬
ней, опухолей и атеросклеротических отложений в со¬
судах
В печати сообщалось, что врачи центральной боль¬
ницы в Токио с помощью ультразвука лечат близору¬
кость, столь распространенную среди японцев. Глазное
яблоко облучают ультразвуковыми колебаниями. Обра¬
зующееся тепло вызывает усиленное кровообращение
и активизирует обмен веществ в сетчатке. Видимо, уль¬
тразвуковые волны также содействуют расслаблению
фокусирующих мышц хрусталика. Воздействие ультра¬
звука благоприятно сказывается и на нервных оконча¬
ниях, и на глазном яблоке.
119

25.	Звуки в морских глубинах
Люди еще недавно представляли себе морские глубины
как таинственный «мир безмолвия». Они были правы
и не правы. Ведь для человека, не вооруженного звуко¬
улавливающими приборами, этот мир представляется
действительно безмолвным. Одна из книг Жака Кусто
так и называется «В мире безмолвия». А между тем
морские и океанские просторы наполнены самыми раз¬
нообразными звуками. Надводный наблюдатель их не
слышит, потому что при переходе из воды в воздух
звук, а точнее, звуковое давление, ослабевает примерно
в тысячу раз. И наоборот, при переходе звука из воз¬
духа в воду звуковое давление увеличивается вдвое.
Следовательно, подводные обитатели слышат нас хо¬
рошо.
Море живет сложной жизнью. Площадь водной по¬
верхности на нашей планете в 2 с лишним раза больше,
чем площадь суши. Шум морского прибоя, грохот под¬
водных извержений передаются в морских глубинах на
большие расстояния.
Акустические методы исследования заняли видное
место в комплексном изучении океана, масштабы кото¬
рого увеличиваются с каждым годом. На основе акусти¬
ческих методов изучается рельеф дна, структура донных
отложений (современные приборы позволяют «прозву-
чивать» толщу донных осадков до 300 метров), прово¬
дится телеметрия морских глубин.
Сейчас есть акустические приборы, которые могут
плавать на заданной глубине или находиться непосред¬
ственно на дне и собирать ценнейшую информацию обо
всем, что попадает в поле их «зрения». Они могут со¬
общать о колебаниях почвы на дне океана, записывать
и передавать на исследовательское судно данные о тем¬
пературе воды, ее солености, о течении на той глубине,
где они находятся. Эти приборы даже не нужно подни¬
мать на поверхность, по команде с судна они автомати¬
чески начинают выдавать информацию.
Всесоюзный научно-исследовательский институт рыб¬
ного хозяйства и океанографии провел на Черном и
Азовском морях исследования по изучению голосов
морских животных. В южных районах Черного моря ис¬
120

следователи встретили очень шумных, даже крикливых
рыб. Звуки, издаваемые ими, были настолько интенсив¬
ны, что даже приходилось уменьшать громкость репро¬
дукторов.
Участники экспедиции записали голоса морских оби¬
тателей на магнитофонную ленту. Оказалось, что рыбы
разных пород издают звуки определенной частоты. Так,
например, сельдь издает звуки, напоминаюш,ие чирика¬
ние птиц, а звуки, издаваемые килькой, воспринимаются,
как непрерывное гудение. Самыми «говорливыми» ока¬
зались горбыли. «Переговариваясь» между собой, они
издают звуки, напоминающие перестукивание. Иногда
под водой можно услышать стоны, вздохи, оглушитель¬
ное стрекотание и скрипучие визги, лающий скрежет и
кваканье, громкое клокотание и барабанную дробь,
цоканье и кудахтанье, хрюканье, блеяние, щелканье, ще¬
бетание, воркование и многое другое. Чем только рыбы
не издают звуки! Одни скрипят зубами, другие высту¬
пами на жабрах, третьи двигают тазовыми костями, у
четвертых вибрирует плавательный пузырь — своеобраз¬
ный резонатор-барабан. Издают звуки не только рыбы,
но и моллюски, рачки, крабы и множество других обита¬
телей моря. Так, например, американские исследователи
антарктических вод с помощью гидрофонов услышали
громкие звуки, напоминающие работу двигателя. При¬
чем этот странный источник звука не стоял на месте,
а передвигался со скоростью 12 километров в час. Ока¬
залось, что эти звуки издавало сердце усатого кита,
которому приходится приводить в движение 8 тонн
крови.
Звуки подводных обитателей очень заинтересовали
рыбаков, а ультразвуки стали их незаменимыми помощ¬
никами. На протяжении тысячелетий люди совершенство¬
вали орудия лова. В поединке между рыбаком и рыбой
у последней оставалось преимущество — она в родной
стихии, а рыбак в море лишь от случая к случаю. К тому
же глубины для человека долгое время оставались та¬
инственными и недоступными. Но времена эти давно
миновали, и люди сейчас точно знают размеры всех
океанов, а из их глубин больше, чем когда-либо, стали
добывать рыбы, крабов, съедобных моллюсков. Этим
широким познанием об океане и расширением в нем
своей практической деятельности человек во многом
обязан ультразвуковым гидроакустическим приборам.
Ш

Если такой прибор установить на рыболовном судне,
то можно будет прослушивать в море рыбьи «голоса»,
определять породу, количество и направление движения
рыбьих косяков. Но это пассивный метод поиска рыбы.
А нельзя ли создать такие приборы, которые бы сами
издавали звуки в воде, подражая «голосам» рыб? Тогда
можно будет управлять движением косяков. Они будут
выполнять функции подводных пастухов, перегоняя стаи
рыб с одного пастбища на другое или в район промысла.
Пока такие приборы только разрабатываются учеными
и инженерами.
Свет в толщу воды проникает лишь на глубину в не¬
сколько десятков метров. Примерно на такую же глу¬
бину распространяются в воде и радиоволны. После
долгих научных поисков ученые решили использовать
для исследований ллорских глубин звук и ультразвук.
Ультразвуковые волны более пригодны для подводных
исследований, чем звуковые. Дело в том, что в ультра¬
звуковом диапазоне частот значительно проще полу¬
чить направленное излучение при относительно неболь¬
ших размерах излучателей. Направленное излучение
ультразвука позволяет не только обнаружить подводный
объект, но и определить расстояние до него и направ¬
ление.
Ультразвуковые волны хорошо отражаются и от ко¬
сяков рыб. Поэтому решили ультразвуковым эхомето-
дом вести поиск рыбы. Возникло важнейшее направле¬
ние развития гидроакустической техники в рыбном и
китовом промысле. Но здесь приходится учитывать, что
косяки рыб часто достигают больших размеров и пере¬
двигаются с довольно большой скоростью, поэтому раз¬
ведывательному судну важно своевременно обнаружить
скопление рыбы и передать данные на рыболовецкие
корабли, обеспечивая этим самым надежность лова при
минимальной затрате времени на поиск. Сейчас почти
все рыболовецкие суда оборудуются ультразвуковыми
рыбопоисковыми приборами (эхолотами, гидроакустиче¬
скими станциями).
В Советском Союзе серийно выпускается несколько
типов совершенных ультразвуковых эхолотов и гидро¬
акустических станций для промысловых и поисковых
судов различных конструкций и водоизмещения («Су¬
дак», «Палтус-М», «Кальмар», «Омар», «Омуль», «Язь»,
«Налим» и др.).
122

26.	Ультразвук в военно-морском деле
До начала XX в. законы распространения звука в море
почти не изучались, отчасти исследовался только поверх¬
ностный слой океана для нужд мореплавания и рыбо¬
ловства. Интерес к изучению морских глубин и распро¬
странению звуков в воде возрос в связи с появлением
нового класса кораблей — подводных лодок, главным
преимуществом которых была скрытность.
Шла первая мировая война. 22 сентября 1914 г. три
английских крейсера «Абукир», «Хог» и «Кресси» нахо¬
дились в дозоре в Северном море. Внезапно у борта
одного из крейсеров раздался мощный взрыв, корабль
начал тонуть. Два других крейсера поспешили на по¬
мощь, но одного из них постигла та же участь. Третьему
пришлось спасать команды с обоих крейсеров, но вско¬
ре и он пошел ко дну от такого же таинственного взры¬
ва огромной силы. Без единого вь[стрела три крейсера
были потопленьг, а вместе с ними погибло более тысячи
человек. Боевые английские крейсеры стали добычей
небольшой немецкой подводной лодки.
Начались лихорадочные поиски средств борьбы с
подводными лодками. Правда, в то время они, имея
большое преимущество в скрытности, были тихоход¬
ными, неповоротливыми и почти беспомощными против
надводных кораблей при всплытии на поверхность. Если
подводная лодка находилась на небольшой глубине, ко¬
рабли таранили ее своими форштевнями или килями.
Но все это делалось вслепую. В подводном же положе¬
нии лодка оставалась неуловимой.
В сложной системе средств и мер борьбы с подвод¬
ными лодками, называемой противолодочной обороной,
не хватало самого главного — средств надежного обна¬
ружения лодок. Вскоре они были найдены. Если подвод¬
ную лодку нельзя видеть в подводном положении, то
|ее можно услышать, так как на ней работают гребные
аинты, вспомогательные механизмы. Появились приборы,
‘1рбнаруживающие предметы, которые производят шум,
определяющие направление на них. Эти приборы на¬
звали шумопеленгаторами.
Стала развиваться наука о законах прохождения зву¬
ка в воде — гидроакустика. Однако проходило время,
а методы прослушивания подводных звуков оставались
примитивными. Появившиеся в первую мировую войну
m

гидрофоны не решили проблемы уверенного обнаруже¬
ния подводных лодок. Поэтому во многих странах про¬
должались настойчивые поиски новых средств обнару¬
жения подводных лодок.
Еще в 1905 г. на судостроительном заводе в Петер¬
бурге был изготовлен прибор «для акустического теле¬
графирования» через воду. Передающим устройством
служила подводная сирена, а приемником сигналов —
угольный микрофон. Прием и передача сигналов произ¬
водились по азбуке Морзе. В 1907 г. два таких прибора
были успешно испытаны на кораблях Черноморского
флота. Несколько позже на этом же заводе было раз¬
работано более совершенное передающее устройство
мембранного типа.
В 1912 г. русский инженер К. В. Шиловский изобрел
прибор для предотвращения столкновения кораблей с
плавающими айсбергами и льдинами. Работа прибора
основывалась на принципе подводной звуковой эхоло¬
кации, то есть приеме отраженных от предметов эхо-сиг-
налов. Этот прибор явился прототипом современного
гидролокатора.
В то время опытами К. В Шиловского заинтересова¬
лось французское морское ведомство, так как неуязви¬
мые немецкие подводные лодки каждый день отправ¬
ляли на дно десятки торговых судов. По приезде в Па¬
риж К. В. Шиловский начал исследования в области
распространения звука в воде. Несколько позже к рабо¬
те русского изобретателя присоединился французский
ученый физик Поль Ланжевен. Их сотрудничество дало
положительные результаты. Проведенные в Средизем¬
ном море испытания показали, что прибор обнаруживает
подводную лодку на расстоянии 2 километров.
Так был изобретен первый гидролокатор, совершен¬
ствование которого продолжается и до настоящего вре¬
мени. Дальнейшее развитие гидроакустики, которой ста¬
ли придавать большое значение, привело к тому, что
к началу второй мировой войны были созданы гидроло¬
каторы, позволяющие не только обнаруживать подвод¬
ную лодку, но и определять расстояние и направление
на нее.
В свою очередь, подводные лодки также оснащаются
гидроакустическими станциями. Поиск, маневр, атака,
уклонения — все действия подводных лодок, а также
надводных кораблей зависят от показаний гидроакусти¬
124

ческих приборов, обслуживаемых гидроакустиками.
Умелыми действиями гидроакустиков во многом пред¬
определяется успех боя. Гидроакустик первым обнару¬
живает противника, по его данным командир корабля
принимает решение. Словом, гидроакустик начинает
подводный поединок, который потом ведет весь личный
состав корабля.
Большинство подводных звуков — неорганизованные
природные шумы: всплески волн, шум перекатывающей¬
ся гальки, звуки, издаваемые косяками рыб и морскими
животными и т. д. Гидроакустиков интересуют шумы,
создаваемые корабельными винтами и вспомогательны¬
ми механизмами. Человеческое ухо с помощью гидро¬
акустических приборов может отличить, например, шум
винтов крейсера от шума винтов транспорта, эскадрен¬
ного миноносца от подводной лодки, сторожевого ко¬
рабля от тральщика, торпедного катера от торпеды и т. д.
Более того, хорошо натренированный гидроакустик опре¬
делит не только класс корабля, но и ориентировочно
скорость его движения.
У транспортов, особенно крупных, винты вращаются
с небольшой скоростью. Запустив секундомер, гидро¬
акустик считает число оборотов винтов в минуту и по
таблице ориентировочно определяет скорость судна.
У боевых кораблей, особенно таких, как эскадренный
миноносец, противолодочные корабли, торпедные кате¬
ра, число оборотов винтов в минуту сосчитать нельзя.
В этом случае гидроакустик по интенсивности шума оп¬
ределяет примерную скорость корабля (полный, сред¬
ний, малый ход).
При нахождении подводной лодки в подводном поло¬
жении задача гидроакустика состоит в том, чтобы обна¬
ружить шум, определить его характер, направление на
объект, создающий шум, и установить, в каком направ¬
лении перемещается цель.
Подводная лодка, даже в подводном положении,
должна соблюдать максимальную скрытость. Ее прибо¬
ры не должны работать на излучение, чтобьг не демас¬
кировать себя. Основным средством наблюдения и обес¬
печения атаки на лодке служит шумопеленгаторная гид¬
роакустическая станция, которая работает в пассивном
режиме, то есть не излучает ни звуковой, ни ультразву¬
ковой энергии. Она только принимает сигналы и опре¬
деляет направление на источник этих сигналов.
125

Шумопеленгаторная гидроакустическая станция все
время совершенствовалась. В настоящее время она мо¬
жет не только определять направление на источник сиг¬
налов, но и измерять расстояние до него.
На подводных лодках США комплект гидрофонов
таких станций расположен вдоль корпуса на днище. Зву¬
ковые сигналы от шумящего объекта достигают последо¬
вательно расположенных гидрофонов с некоторой раз¬
ницей во времени, затем они поступают в электронно-
вычислительную машину, которая и выдает необходимые
для ^таки данные.
Если гидроакустические шумопеленгаторнью стан¬
ции — одно из основных средств обеспечения боевых
действий подводных лодок в подводном положении, то
у надводных кораблей они являются вспомогательными,
поскольку работают в пассивном режиме без излучения
сигналов. А как обнаружить объект, который не издает
никаких шумов и звуков? Эту задачу может выполнить
гидролокационная станция, работающая по принципу из¬
лучения и приема отраженных от цели звуковых или
ультразвуковых (акустических) волн. Измерение времени
с момента посылки до возвращения отраженного эхо-
сигнала позволяет определить расстояние до цели с уче¬
том того, что общее время нужно разделить пополам,
так как сигнал проходит двойное расстояние — до цели
и обратно. Гидролокатор позволяет определить с боль¬
шой точностью и направление на цель, так как ультра¬
звуковые волны излучаются направленно в виде узкого
луча. Гидролокационная станция по устройству значи¬
тельно сложнее шумопеленгаторной.
Гидролокационные станции по методу поиска подраз¬
деляются на станции шагового поиска и кругового обзо¬
ра. При шаговом поиске акустические волны излучаются
направленно в виде узкого луча. При круговом поиске
излучение ненаправленное, то есть круговое, ? прием
отраженного эхо-сигнала направленный. Гидролокаторы
кругового обзора обладают преимуществом — поиск ве¬
дется значительно быстрее и одновременно можно на¬
блюдать несколько целей, что невозможно при шаговом
поиске. Однако у гидролокаторов кругового обзора
имеются и недостатки — большие габариты и большая
масса, значительные энергетические расходы, сравни¬
тельно невысокая точность пеленгования и измерения
дистанции.
126

у гидролокаторов кругового обзора акустическая
антенна цилиндрическая, секционированная. При излуче¬
нии все секции акустической антенны действуют совме¬
стно, обеспечивая круговое излучение в горизонтальной
плоскости. Кроме того, в гидролокаторе кругового обзо¬
ра применяется особое устройство для формирования
характеристики направленности акустической антенны
при пеленговании.
По сообщениям зарубежной печати, гидролокацион¬
ные станции кругового обзора устанавливаются на ко¬
раблях противолодочной обороны и подводных лодках.
Дальность действия таких гидролокаторов в режиме
эхопеленгования превышает в несколько раз дальность
действия других гидролокационнь!х станций. Увеличение
дальности действия гидролокатора обеспечивается, в ча¬
стности, за счет длиогократного отражени.?! сигнала от
границ подводного звукового канала. Сообщалось так¬
же, что для увеличения дальности действия могут быть
использованы и сигналы, отраженнь!е от дна моря. Даль¬
ность действия гидролокаторов во многом зависит от
гидрологических условий моря или океана, отражатель¬
ной способности ПОДЕОДНЬГХ целей, уровня собственных
помех и от технических параметров станции.
Одним из путей повышения дальности действия гид-
ролокационных станций зарубежные специалисты счи¬
тают увеличение длины волны, то есть переход от уль¬
тразвуковых частот к звуковым. Другой путь повышения
дальности действия — применение буксируемых гидро¬
локаторов с переменной глубиной. У буксируемого гид¬
ролокатора в отличие от обычного акустическая антенна
помещается в специальный контейнер — обтекатель. Он
опускается на необходимую глубину, где условия рас¬
пространения звука наиболее благоприятны. Гидролока¬
тор переменной глубиньг имеет и другие преимущества:
уменьшаются собственные помехи, так как акустическая
антенна удалена от источника шумов — винтов корабля,
упрощается ремонт и уход за акустической антенной.
Зарубежные специалисты считают целесообразным сов¬
местное использование на надводных кораблях букси¬
руемых и подкильных гидролокационных станций.
С помощью гидролокатора можно обнаружить не
только подводную лодку, но и якорные, дрейфуюш,ие
и донные мины. Раньше надводные корабли были совер¬
шенно беспомощны при плавании в районах, не очищен¬
<27

ных от мин, а подводные лодки форсировали минные
поля с ежес|екундным ожиданием взрыва. Гидролокатор
позволяет определить местонахождение мин. А если
место установки мин известно, их всегда можно обойти
или уничтомсить. Для поиска мин разработаны специаль¬
ные гидролокаторы, которые используют для поиска и
других малоразмерных объектов, находящихся на дне.
Работы по совершенствованию средств обнаружения
подводных объектов продолжаются. Так, американскими
специалистами разработана гидролокационная станция
с теневой индикацией (гидролокатор бокового обзора)
для исследования морского дна. Она формирует тене-
графическую панораму поверхности дна путем записи
на электро- или светочувствительной ленте рекордера
отраженных от дна кратковременных ультразвуковых
импульсов.
Помимо стационарных и буксируемых гидролокато¬
ров миноискания в зарубежных флотах разработаны
малогабаритные гидроакустические аппараты, которые
могут использоваться боевыми пловцами при проведе¬
нии минной разведки и обеспечении боевого траления.
Они позволяют пловцам в мутной или непрозрачной
воде определять местонахождение мин на расстоянии
до 200 м. В приборе применены транзисторы и печатные
схемы, что обеспечивает его небольшие габариты и де¬
лает достаточно экономным.
В иностранных военно-морских флотах большое зна¬
чение придается гидроакустическим средствам, исполь¬
зуемым с самолетов и вертолетов. Авиационные гидро¬
акустические средства за рубежом подразделяются на
опускаемые и буксируемые. Гидроакустические опускае¬
мые станции, устанавливаемые на вертолетах, по устрой¬
ству почти ничем не отличаются от корабельных, за
исключением того, что акустическая антенна опускается
в воду на специальном кабель-тросе, а остальные при¬
боры находятся на борту вертолета. Преимущество это¬
го способа заключается в том, что отсутствуют помехи
от движения своего корабля и его механизмов, а глав¬
ное — ускоряется обследование района. Обследовав
один участок, вертолет поднимается с акустической ан¬
тенной и, быстро перелетев на другой участок, опять
опускает акустическую антенну и т. д.
Кроме гидролокаторов, для обнаружения подводных
лодок в иностранных флотах весьма широкое примене¬
на

ние получили радиогидроакустические буи, которые
сбрасываются с самолета или вертолета в предполагае¬
мом районе нахождения подводных лодок. Радиогидро-
акустический буй состоит из акустического приемника,
усилителя, радиопередатчика, источника питания и при¬
емной аппаратуры. Акустический приемник улавливает
шумы подводной лодки или других целей. От него сиг¬
налы шумов поступают на усилитель, далее на радиопе¬
редатчики, а затем з виде радиосигналов передаются
в эфир. Приемная аппаратура, находящаяся на самолете
или вертолете, регистрирует эти радиосигналы. Радио¬
гидроакустические буи применяются комплектно (до
нескольких десятков штук в каждом). Барьер буев уста¬
навливается у входа в базы и порты, в районе рейдовых
стоянок кораблей, а также на предполагаемых маршру¬
тах движения подводных лодок.
Наряду с развитием гидроакустических станций над¬
водных кораблей и подводных лодок, а также авиацион¬
ных гидроакустических средств в зарубежных флотах
совершенствуются стационарнью гидроакустические
станции. Отличительная особенность таких станций за¬
ключается в том, что акустические антенны располага¬
ются на дне моря, а остальные приборы — на берегу.
Акустическая антенна соединяется с приборами, нахо¬
дящимися на берегу, специальным кабелем. Стационар¬
ные гидроакустические станции устанавливаются у вхо¬
дов в базы и порты, в районах рейдовых стоянок и вдоль
побережья. Эти стенции позволяют своевременно обна¬
ружить проникновение подводных лодок и надводных
кораблей в охраняемые районы.
Для обеспечения действий военно-морского флота
очень важное значение имеет связь между береговыми
объектами, надводными кораблями и подводными лод¬
ками при совместных действиях. Поскольку радиоволны
плохо проникают в водную среду, радиосигналы берего¬
вых радиостанций даже большой мощности могут быть
приняты подводной лодкой только на небольшой глуби¬
не. Следовательно, использовать радиоволны под водой
нельзя, проводная связь тоже исключается. Поэтому за
рубежом, например, созданы специальные гидроакусти¬
ческие станции связи, которые позволяют вести пере¬
говоры в телефонном режиме, то есть как по обычному
телефону.
5 520

Во время pa6oTbt гидролокационной станции гидро¬
акустик должен особенно внимательно классифициро¬
вать подводные цели, так как за подводную лодку мож¬
но ошибочно принять затонувшие корабли, подводные
скалы, рифы, косяк рыбы и даже кильватерную струю.
Обнаружив объект, гидроакустик классифицирует кон¬
такт по нескольким признакам: протяженность цели, тон
эха, изменение направления (пеленга) на цель. Класси¬
фикация контакта — очень сложный и ответственный
процесс в работе гидроакустика-оператора. Ускорение
и надежность классификации подводных целей обеспе¬
чиваются современными гидроакустическими средства¬
ми, разработанными в последние годы.
При плавании, особенно в прибрежных районах, не¬
обходимо знать глубину моря. В старину ее определяли
очень простым способом — опускали груз на тросе до
тех пор, пока он не касался грунта. Однако большую
глубину таким способом измерить очень трудно, а под¬
час и невозможно. В этом случае незаменима гидроло¬
кация. Небольшие и несложные по устройству гидроло¬
кационные приборы, называемые эхолотами, быстро и
точно измеряют глубину. С помощью эхолота измеряют
даже самые большие глубины Мирового океана — более
10 000 метров. Зная глубины отдельных участков и рай¬
онов моря или океана, можно составить карту дна. Ре¬
льеф дна моря или океана внешне напоминает рельеф
земной поверхности. Составление морских карт с ука¬
занием глубин имеет большое научное и практическое
значение, особенно оно важно для моряков, так как обе¬
спечивает безопасность плавания.
Для обнаружения впереди по курсу подводных пре¬
пятствий (айсберг, скала, риф, банка; используется гори¬
зонтальный эхолот или обычный гидролокатор. Ультра¬
звуковые эхолоты незаменимы и при подледном плава¬
нии подводных лодок. С помощью специального эхолота
можно определить толщину льда и выбрать место для
всплытия. Принцип действия эхолота тот же, что и гид¬
ролокатора, однако устройство его значительно проще.
Гидроакустические приборы играют огромную роль
не только в обеспечении боевых действий флота, но
и в мирное время. Подводный корабль Жюля Верна
«Наутилус» перестал быть фантастическим. В наши дни
подводники плавают под водой больше, чем капитан
Немо. Советские военные моряки еще в 1963 г. на под¬
130

водной лодке «Ленинский комсомол» прошли подо льда¬
ми Северного Ледовитого океана, по показаниям гидро¬
акустических приборов всплыли в районе Северного
полюса и установили там флаг нашей Родины. А группа
советских подводных атомоходов в 1966 г. впервые
в истории совершила подводный кругосветный поход,
что оказалось возможным благодаря умелым действиям
советских моряков, и прежде всего гидроакустиков.
27.	Новые области
применения ультразвука
Ультразвук имеет уже много «профессий» и продолжает
успешно «обучаться» новым. Почти каждый день при¬
носит сообщение о технических ультразвуковых новин¬
ках, предназначенных для использования либо в научной
лаборатории, либо специализированной клинике, либо
в той или иной отрасли производства. Можно прямо
сказать, что родилась новая технология, основанная на
широком применении ультразвукового поля.
Комитет по делам изобретений и открытий при Сове¬
те Министров СССР зарегистрировал фундаментальное
открытие на стыке двух наук — электроники и акустики:
так называемые акустоэлектронные эффекты в проводя¬
щей среде. Многие важнейшие свойства вещества обу¬
словлены наличием в нем так называемых свободных
электронов, способных переносить заряд. Имеются в ви¬
ду электропроводность, магнитные и оптические свойства,
теплопроводность и другие свойства, которые лежат в
основе действия всех электронных приборов. При этом
оказывается, что характеристики таких приборов зависят
от того, какие там «работают» электроны, то есть каки¬
ми они обладают энергиями, скоростями, как они свя¬
заны с окружающими атомами. Как же рассортировать
массу электронов по энергиям?
Авторы открытия установили, что «сортировку» элек¬
тронов можно производить при помощи ультразвука,
поскольку ультразвуковое излучение высокой частоты
(свыше 10 миллионов колебаний в секунду), проходя
через проводящую среду, например через магнитное
поле, увлекает за собой электроны в одних энергети¬
ческих состояниях гораздо сильнее, чем в других. Стало
быть, варьируя частотой ультразвука, можно выделять
5*	1М

нужную группу электронов и анализировать ее свойства.
По сути дела, открыт совершенно новый класс явлений,
где движущей и разделяющей силой для электронов яв¬
ляется ультразвук, а не электрическое поле или перепад
температуры, считавшиеся «двигателем» электронов.
Так, например, при наложении магнитного поля в направ¬
лении, перпендикулярном направлению распространения
звука, в кристалле возникает электродвижущая сила,
величина и направление которой дают информацию об
электронах в кристалле, а следовательно, и о свойствах
кристалла.
Авторы назвали эффект акустомагнитоэлектрическим.
В ходе экспериментов было получено множество эффек¬
тов, представляющих возможность для практического
применения результатов открытия. В Советском Союзе
и за рубежом эффект уже используется на практике для
анализа свойств кристаллов. Этот и ряд других эффек¬
тов, вытекающих из открытия, помогут физикам иссле¬
довать состояние электронного газа, И еще одно направ¬
ление. Когда ультразвук проходит через границу двух
веществ, одни электроны сменяются другими, например,
более энергичные менее энергичными. При этом на гра¬
нице тепло выделяется, а сама граница охлаждается.
На подобном явлении основан принцип работы холо¬
дильных установок. Но в отличие от него охлаждение
в данном случае может продолжаться до очень низких
температур, близких к абсолютному нулю. Не исключе¬
но, что взаимодействие ультразвука с электронами в бу¬
дущем станет рабочим эффектом для получения сверх¬
низких температур и послужит основой для разработки
оригинальных методов исследования проводящих средств
и для создания новых электронных приборов и устройств.
Ультразвук — хранитель времени! Появились часы
третьего тысячелетия. Этому способствовало тоже со¬
дружество радиоэлектроники и ультразвука. Горный хру¬
сталь когда-то служил драгоценным часовым стеклыш¬
ком, прикрывавшим дорогие золотые стрелки, а теперь
он выполняет роль маятника — сердца часового меха¬
низма. Его можно сравнить с камертоном или задающим
генератором, поддерживающим определенную частоту,
в данном случае почти 2 миллиона импульсов в минуту.
Чтобы точно отмерить минуту, нужно их безошибочно
пересчитать. А как? Сейчас уже созданы быстродейст¬
132

вующие электронные счетчики, умещающиеся в крошеч¬
ном кремниевом кристаллике. Это и есть основа часов—
интегральная схема из 1206 транзисторов, соединенных
в сложные структуры так, что по числу деталей они со¬
поставимы, например, с шестью телевизорами. Они пре¬
образуют ультразвуковые колебания кварцевой пластин¬
ки в электрические импульсы, отсчитывающие с ювелир¬
ной точностью минуты. Практически точность хода таких
часов равна одной минуте в год.
Сенсацией века называется открытие советским уче¬
ным Г. А. Аскарьяном эффекта «самофокусировки луча».
Световой луч, проходя по воздуху, воде или любому
веществу, расширяется и образует расплывчатое пятно,
которое тем больше, чем большее расстояние пробе¬
жал луч. Проведя многочисленные теоретические иссле¬
дования и эксперименты, Аскарьян пришел к неожидан¬
ному выводу; если луч обладает достаточной энергией,
то он перестает расширяться, словно обуздывая самого
себя. Новым явлением заинтересовались ученые Совет¬
ского Союза и зарубежных стран. Физики-теоретики
этот замечательный эффект упрощенно объясняют сле¬
дующим образом: световой луч представляет собой
электромагнитное поле, которое ориентирует опреде-
ленныАЛ образом атомы (как магнитное поле ориенти¬
рует металлические опилки). Луч, воздействуя на атомы
среды, разворачивает их так, словно расставляет на
своем пути бесчисленное множество микроскопических
линз. Так луч сам создает волновод, вдоль которого и
распространяется.
Продолжив исследования, Аскарьян доказал, что са¬
мофокусироваться может не только свет, радиоволны,
но также ультра- и гиперзвуковые волны, возбуждаемые
мощными лучами лазеров в плотных средах. Ультразву¬
ковой луч нагревает среду, частицы ее начинают коле¬
баться ориентированно, упорядоченно. В результате об¬
разуется канал с особыми свойствами, и вдоль него
устремляется звук. Даже смелому воображению не под
силу предугадать, какие новые возможности открывает
перед нами самофокусирующиеся лучи. Представьте
себе ионосферу, которую пронизывают невидимые вол¬
новоды, несущие изображение и звук через воздушные
и океанские просторы. Невидимые и неслышимые свето¬
вые и звуковые «игольчатые» лучи впиваются в океан¬
ское дно, скрывающее богатейшие сокровища. Сверх¬
1JJ

мощные тепловые и ультразвуковые лучи, обрушившись
на арктический лед, сделают Северный морской путь
судоходным в течение всего года.
Часто стали говорить «неслышимый звук», а есть ли
«светяш^кйся звук»? Слово «люминесценция» часто при¬
меняется с приставкой «фото», «электро», «хемо», кото¬
рые указывают на причину свечения. Теперь появилась
еще одна приставка «соно». Мы уже знаем, что ультра¬
звук вызывает кавитацию. Так вот, если ультразвуковое
излучение, проходящее через жидкость, будет иметь
большую интенсивность, то в жидкости появятся газовые
пузырьки с температурой до 10 тысяч градусов, а при
такой температуре газ светится. Свет, исходящий от
мельчайших пузырьков, воспринимается как свечение
самой жидкости. Это совершенно новое явление. Оно
еще не вышло за пределы лабораторий. Но, возможно,
что вскоре найдет применение в технике.
Или радуга, рожденная ультразвуком... Нет, это не
фантазия. Если к кварцевой пластинке подвести пере¬
менное напряжение ультразвуковой частоты и пропус¬
тить через нее свет, на экране появится красочное изо¬
бражение. При возбуждении в кварце ультразвуковых
волн он в одних местах окажется сжатым, а в других
растянутым. Кубик как бы разделится на чередующиеся
между собой слои с увеличенной и уменьшенной плот¬
ностью. Толщина этих слоев—десятые доли миллиметра.
Пройдя через такой «слоеный» кубик, пучок параллель¬
ных световых лучей разделится на несколько пучков,
идущих по различным направлениям. Световые лучи, от¬
клоненные под разными углами, будут собраны линзой
в разных местах экрана, и на нем появятся яркие точки.
Если ультразвуковая волна будет единственной, то поя¬
вятся только две точки, расположенные симметрично по
обе стороны центрального пятна. Если же в кубике воз¬
будить не одну а много ультразвуковых волн, идущих
по разным направлениям, то каждая такая волна даст
свою пару точек, и тогда на экране возникнет сложная
фигура. В результате взаимодействия отклоненных лу¬
чей выделяются различные цвета спектра, на которые
разлагается белый свет. На экране, словно в калейдо¬
скопе, возникает яркая причудливая фигура.
Советские ученые впервые в мировой практике со¬
здали экспериментальную физическую установку, где
концентрированная энергия ультразвука может воздей-
134

стаовать на вещество подобно лазерному лучу. Этот
«гиперболоид» создает мощный поток энергии с интен¬
сивностью 150 тысяч ватт на квадратный сантиметр по¬
верхности, что равно световому давлению узкого луча
лазера, работающего в непрерывном режиме. Пластинка
плексиглаза, помещенная в такое ультразвуковое поле,
мгновенно распыляется. С помощью экспериментальной
установки отрабатываются технические приемы, новые
образцы ультразвуковых станков, приборов, устройств.
Чтобы исследовать вещество под электронным мик¬
роскопом, его прежде всего необходимо раздробить и
измельчить. До сих пор это делали в обычной ступке.
Теперь не нужно растирать в ней исследуемое вещество.
Достаточно поместить его в специальную ванночку, на¬
жать на кнопку, и ультразвук не только мгновенно раз¬
дробит вещество до мельчайших частиц, но и нанесет
их на пленку, которую затем просвечивают электронным
лучом микроскопа. Ультразвуковой прибор позволяет
расширить сферу применения электронного микроскопа
в химии полимеров, биологии, резиновой, нефтепере¬
рабатывающей и других промышленностях.
Неполное сгорание топлива — серьезный недостаток
многих промышленных горелок, приводящих к образо¬
ванию копоти и загрязнению воздуха газами. Этого нет
у горелок, в которых горючая смесь приготовляется
ультразвуком. Вот как это делается. Воздух с па|эами
топлива перемешивается в специальной камере, которую
называют камерой звучания, поскольку именно в ней
возникают колебания воздуха ультразвуковой частоты.
Причина их появления — узкие щели, сквозь которые
проходит воздух. Устойчивость ультразвуковых колеба¬
ний поддерживается кольцевой полостью, опоясывающей
камеры звучания.
Ультразвук способен «усмирять» пламя горелки. Се-»
крет этого эффекта кроется во взаимодействии ульт¬
развуковых волн с низкочастотной вибрацией, возни¬
кающей в пламени горелки. Ультразвуковые волны,
пронизывая пламя, уничтожают опасную пульсацию. Спе¬
циалисты считают, что ультразвуковые горелки смогут
работать на газе среднего и высокого давления. Сейчас
промышленные горелки работают в основном на дав¬
лении примерно 0,1 кгс/см^, а давление в газопроводах
для дальней транспортировки измеряется десятками ат¬
мосфер. Применение ультразвуковых горелок позволит
133

обойтись без газораспределительных станций. Помимо
всего прочего, ультразвук помогает формировать факел.
Еще одна зависимость горения и ультразвука. Пламя
отражает ультразвуковые волны, являясь как бы зерка¬
лом для ультразвука. Предполагают, что отражение вы¬
зывается различной плотностью газов в самом пламени
и его газовом окружении. Открытие привлекло внима¬
ние пожарных и было использовано в приборе, пред¬
назначенном для обнаружения пламени.
Важным изобретением прошлого века был карандаш.
В XX в. появилась сначала автоматическая (перьевая),
затем шариковая ручка. Несколько лет назад нью-йорк¬
ская фирма «Ультрасоник индустри» создала авторучку,
которая пишет вместо пасты... ультразвуком. В корпусе
ручки вместо стержня встроен маленький генератор
ультразвуковых колебаний. Пером, как и в обычной ша¬
риковой ручке, служит шарик, который под воздейст¬
вием ультразвука вибрирует, смеш,ая волокна бумаги.
При движении ручки на листе появляется «вечная» ли¬
ния, которая никогда не выцветает. Ее можно уничто¬
жить только вместе с бумагой, на которой она написана.
Ультразвуковая ручка пока предназначена для исполь¬
зования в различных самопишущих устройствах и при¬
борах. Не исключена возможность, что со временем она
найдет широкое применение в быту.
Ценное предложение по применению ультразвука в
полиграфии сделали ленинградские изобретатели. Ско¬
рость обычного письма на машинке равна 180—200 зна¬
ков в минуту. Машинка, которую создали в Ленинграде,
не имеет клавишей. «Пером» по бумаге водит ультра¬
звук. Чернила вскипают под действием высокочастотных
колебаний. Чернильное облачко с большой скоростью
пролетает через вертящуюся решетку-трафарет, где
каждая капелька получает индивидуальный ззряд и в
зависимости от него ложится строго на предназначенное
ей место на бегущей бумажной ленте. Так образуются
буквы, цифры, слова. Этим способом можно за одну
секунду отпечатать газетную полосу, печатать рисунки
на тканях, размножать самые сложные чертежи и карты.
Ультразвук заинтересовал специалистов целлюлозно-
бумажного производства. Благоприятное воздействие
ультразвуковых колебаний на волокнистую массу дало
толчок новому направлению в конструировании разма-
136

лывагощей аппаратуры — ультразвукового центробежно-
пульсационного аппарата. Рафинерная (волокнистая)
масса, обработанная в нем, может быть использована
в технологическом потоке для выработки бумаги. Эко¬
номический эффект аппарата на целлюлозно-бумажном
комбинате — десятки тысяч рублей в год.
В Англии полиграфисты ультразвуком очищают бу¬
мажные отходы от типографской краски и остатков по¬
крытий из пластмасс, каучука, металлов. После того как
крупные куски инородных материалов отсортируются,
измельченная бумажная макула,т;ура уносится водой в
трубу, где находится ультразвуковой вибратор. Под воз¬
действием ультразвука неволокнистые включения легко
отделяются и ослабевают связи между волокнами.
В результате образуется волокнистая масса, которая на¬
правляется в технологический поток для выработки бу¬
маги.
Ультразвук в 10 раз повышает производительность
при изготовлении эмалей. Простота конструкции и вы¬
сокая производительность ультразвуковой установки
выгодно отличают ее от обычных устройств. Кроме того,
она позволяет получать красители необычно высокого
качества. Ультразвуком можно разжижать лаки, что по¬
зволяет сэкономить 50—70 процентов растворителя. Лак
после обработки ультразвуком высыхает на поверхности
изделий значительно быстрее.
В Англии с помощью специальной фотоаппаратуры
стали наблюдать за процессом прохождения ультразву¬
ковых волн в стальных трубах при их испытании, видеть
дефекты и фотографировать их. В такой аппаратуре
использован эффект световых полос. Испытуемый мате¬
риал облучают ультразвуком и одновременно освещают
параллельным пучком света, который затем фокусируют
на небольшой непрозрачнь[й диск. Всякие изменения
плотности материала из-за звуковой вибрации или воз¬
действия потока воздуха приводят к дифракции некото¬
рого количества лучей света после прохождения его по
периферии непрозрачного диска. Лучи, претерпевшие
дифракцию, фокусируются на линзу, и в окуляре обра¬
зуется изображение, которое можно рассматривать или
фотографировать. Этот же способ позволяет исследо^
вать воздушные потоки, обтекающие крыло самолета
в аэродинамической трубе.
А вот ультразвук в роли спидометра или, точнее,
137

лага. Как известно, спидометр позволяет определять
скорость автомобиля, мотоцикла и других наземных
транспортных средств, а лаг определяет скорость ко¬
раблей в море. Истинную скорость корабля определить
нелегко, так как влияют побочные факторы — течение и
ветер, вызывающие снос и дрейф корабля. Ультразвуко¬
вой метод помог преодолеть внешние причины. Сущ¬
ность его заключается в том, что скорость определяется
по данным двух эхолотов, преобразователи которых ус¬
тановлены,в носовой и кормовой части корпуса корабля.
Запись эхосигналов, отлаженных от дна и принимаемых
двумя звукоприемниками, производится на бумажной
ленте. Анализ записи позволяет установить запаздыва¬
ние во вреллени сигналов, принятых кормовым эхолотом,
относительно сигналов, принятых носовым прибором и
отраженных одними и теми же неровностями морского
дна. Так как расстояние между двумя эхолотами посто¬
янно известно, то определение скорости корабля не
вызывает затруднения.
Долгое время не удавалось точно измерить скорость
легкого дуновения ветра. Обычные измерители — ане¬
мометры — останавливаются, едва скорость ветра па¬
дает до 0,5 — 1 метра в секунду. Этих недостатков ли¬
шен ультразвуковой анемометр, созданный в нашей
стране. По нему с одинаковым успехом можно опреде¬
лять как скорость урагана, так и скорость самого сла¬
бого ветерка.
В Северном научно-исследовательском институте гид¬
ротехники и мелиорации предложили ультразвуковой
датчик для измерения скорости течения воды. Кормовая
часть датчика снабжена акустически прозрачным обтека¬
телем с установленным в его вершине электродом. Меж¬
ду корпусом датчика и электродом включен источник
электрического тока. Ультразвуковой датчик обеспечи¬
вает повышенную точность измерений.
Серьезная проблема в крупных городах мира — ре¬
гулирование городского транспорта на перекрестках.
Появление новейшей электронной техники позволило в
какой-то степени более целесообразно направлять по¬
токи автомобилей в нужном направлении. Но для того
чтобы выбрать оптимальный вариант, нужно иметь дан¬
ные о количестве скопившихся автомобилей на той или
иной магистрали. Эту задачу выполняют транспортные
датчики, которые основаны на различных принципах,
138

в том числе и на использовании ультразвука. Подвешен¬
ные над проезжей частью, они «замечают» каждую
транспортную единицу, подходящую к перекрестку. Эти
данные в виде электрических сигналов поступают в счет-
но-решающее устройство, которое и управляет свето¬
фором. Такая система позволяет отказаться от жесткой
программы, по которой работает большинство светофо¬
ров-автоматов. Система гибкого программного регули¬
рования уличного движения лучше даже самого опытного
регулировщика, ибо она гораздо быстрее учитывает все
изменения на перекрестке и принимает оптимальное
решение.
Ультразвук успешно выполняет обязанности сторожа.
Он «стоит» на посту в закрытых помещениях — магази¬
нах, складах и т. п. Внешне аппарат похож на тысячи
других. Стоит пройти человеку между датчиком и при¬
емником, как начинает мигать лампочка, и через секунду
в тишине раздается пронзительный сигнал сирены. Свой¬
ство ультразвука чутко реагировать на малейшее изме¬
нение среды используется в промышленности и в быту.
Например, ультразвук автоматически включает сигнал,
если в помещении запахло гарью или другим газом.
Оригинальную работу ультразвуку нашла одна из за¬
падногерманских компаний, сделав ультразвуковое уст¬
ройство для открывания и закрывания водопроводного
крана. Происходит это тогда, когда под кран подстав¬
ляются для мытья руки. Эта новинка предназначена для
медицинских учреждений, поскольку позволяет врачам
не прикасаться рукой к водопроводному крану, обеспе¬
чивая таким образом максимум стерильности. Устройство
состоит из ультразвукового передатчика, приемника,
усилителя, термостата и магнитного клапана для пуска
и остановки воды. Монтируется оно на стене в специаль¬
ном блоке. Передатчик посылает направленный сигнал
с определенной частотой. Чувствительность приемника
и его расположение на стене таковы, что реагирует он
только на сигнал, отраженный от предмета, который
находится в нескольких сантиметрах под краном.
Во многих странах большое внимание уделяется раз¬
работке средств связи для водолазов и аквалангистов,
так как при строительстве различных гидросооружений
возникает необходимость в установлении связи между
водолазами — монтажниками, прокладчиками коммуни¬
139

кационных линий и т. д. На кафедре акустики Таганрог¬
ского радиотехнического института изобрели малогаба¬
ритное подводное переговорное устройство для беспро¬
водной связи по гидроакустическому каналу между не¬
сколькими водолазами (аквалангистами), а также между
водолазами и кораблем или береговым постом. Элек¬
тронный блок пристегивается на грузовом поясе водо¬
лаза (аквалангиста), а гидроакустическая антенна — за
его спиной. Переговорное устройство обеспечивает на¬
дежную связь под водой на расстоянии до 1 километра.
Трудно перечислить все отрасли науки и производ¬
ства, куда ультразвук уже пришел в качестве эффектив¬
ного средства исследования или надежного рабочего
инструмента. Вот еще несколько интересных «профес¬
сий» ультразвука, приобретенных им совсем недавно.
Для очистки сточных вод часто применяются так на¬
зываемые зернистые материалы— песок, антрацит, акти¬
вированный уголь. Понятное дело: время от времени их
самих надо очищать от задержанной ими грязи — их
промывали, продували сжатым воздухом, однако эффек¬
тивность этих способов не очень велика. В Центральном
научно-исследовательском институте комплексного ис¬
пользования водных ресурсов разработан ультразвуко¬
вой метод очистки фильтров. Суть его в том, что звуко¬
вой «ветер» создает в зоне фильтрации при ее очистке
«бурю», иными словами, возникает явление кавитации,
благодаря которому процесс промывки фильтров в не¬
сколько раз активизируется: микровзрывы воздушных
пузырьков срывают грязь с зерен фильтрующего эле¬
мента. Эффективность такой очистки — 80—90 процен¬
тов. Годовой экономический эффект от внедрения ее на
ТЭЦ мощностью 120 ООО кВт составляет 80 тысяч рублей.
Ученые Государственного научно-исследовательского
технологического института (ГосНИТИ) при Всесоюзном
объединении «Союзсельхозтехника» установили, что ди¬
зельное топливо и некоторые машинные масла, обрабо¬
танные ультразвуком, экономичнее обычных. Кроме то¬
го, двигатель, работающий на таких топливе и маслах,
меньше поддается износу и почти не имеет нагара, а
значит, он значительно долговечнее.
В Институте радиофизики и электроники АН УССР
сконструирован звуковой собрат лазера — генератор
акустических волн. «Сердце» прибора—рубиновый стер¬
жень, заключенный в герметическую камеру, где царит
140

холод — минус 271°С. Прибор преобразует электромаг¬
нитные волны в гиперзвуковые частотой 10 МГц. При
этом акустические колебания, не затухая, обеспечивают
высокую стабильность генератора, способного много¬
кратно увеличить объем памяти электронных устройств.
Используя принцип квантовой акустики, ученые инсти¬
тута разработали приборы и устройства, с помощью ко¬
торых можно обнаруживать в деталях и изделиях ни¬
чтожно малые примеси и дефекты.
А вот еще один пример эффективного взаимодей¬
ствия лазерного луча с ультразвуком. Фирма «Сименс»
(ФРГ) разработала способ развертки лазерного луча в
печатающем устройстве на основе квантовой акустики.
Благодаря свойству кристалла йодной кислоты менять
показатель преломления светового луча под воздейст¬
вием ультразвуковых волн достигнута громадная ско¬
рость работы печатающего устройства— 10 000 строк
в минуту. Пьезоэлектрический генератор работает на
частоте примерно 150 МГц, то есть отводит на одну
строчку 5—10 микросекунд. Луч лазера отклоняется
пропорционально частоте акустического генератора в
этом оптико-акустическом устройстве точно так же, как
и на оптической дифракционной решетке, но — ив этом
«но» громадный выигрыш — без движущихся механиче¬
ских деталей.
Чем еще займется ультразвук, какую еще работу ему
придумают — покажет будущее. Можно только с уве¬
ренностью сказать, что возможности его далеко не ис¬
черпаны.

ИНФРАЗВУК
28.	Мощные звуки
«тишины»
Казалось бы, это небольшой участок частотной шкалы —
всего 16 Гц. Однако колебания в границах этого участка
могут быть равны 1 Гц, десятой, сотой, тысячной, мил¬
лионной доле герца и т. д.
Колебания инфразвуковой частоты возникают в са¬
мых различных условиях; при обдувании ветром зданий,
деревьев, телеграфных столбов, металлических ферм,
при движении человека и животных и т. д. Иными сло¬
вами, мы живем в мире инфразвуков, не подозревая об
этом. Зарегистрировать их могут лишь специальные
приборы.
Ученью сделали вывод, что природа «позаботилась»
о том, чтобы оградить слух наших далеких предков от
лишних звуков, а стало быть, и их мозг от информации,
которая в большинстве случаев для их жизнедеятельнос¬
ти не была нужна. Это тем более важно потому, что
масса ненужной информации могла затруднить восприя¬
тие той информации, точнее, тех звуков, которые были
важны и необходимы. Длительная эволюция развития
человека привела к тому, что он стал воспринимать
только те звуки, которые необходимы ему в повседнев¬
ной жизни. И все же некоторые инфразвуки восприни¬
маются человеком. Но воспринимаются не органами
слуха, а организмом в целом. Вот здесь-то и кроется
коварство инфразвукового воздействия на человека.
Дело в том, что внутренние органы человека имеют соб¬
ственные частоты колебаний 6—8 Гц. При воздействии
инфразвука этой частоты может возникнуть, естествен¬
но, резонанс и вызвать неприятные ощущения, а то и
привести к тяжелым последствиям. Инфразвук даже не¬
большой мощности действует болезненно на уши, за¬
142

ставляет «колебаться» внутренние органы — человеку
кажется, что внутри у него все вибрирует. По всей види¬
мости, именно инфразвуки, считают некоторые исследо¬
ватели,— причина нервной усталости городских жителей
и рабочих «шумных» предприятий.
Одна из особенностей инфразвука в том, что он хо¬
рошо распространяется на большие расстояния и почти
не ослабляется препятствиями.
Акустик Роберт Вуд в одном из американских теат¬
ров установил генератор инфразвука и незадолго до
начала спектакля провел кратковременный опь!т по изу¬
чению влияния инфразвуковых колебаний на людей.
Когда он привел в действие генератор, ничего не подо¬
зревавших зрителей охватило странное беспокойство,
они стали тоскливо переглядываться, смотреть по сторо¬
нам, а некоторые поднялись с мест и пошли к выходу.
Любопытный случай произошел также в лаборатории
электроакустики Морского научно-исследовательского
центра в Марселе, где ученые проводили опыты на раз¬
личных частотах и мощностях излучения. При испытании
одного из генераторов инфразвука исследователи вдруг
почувствовали себя плохо. Все вибрировало у них внут¬
ри— желудок, сердце, легкие. В соседних лабораториях
люди закричали от боли. Генератор выключили, но в те¬
чение еще нескольких часов все чувствовали себя совер¬
шенно «разбитыми». В той же лаборатории был создан
другой инфразвуковой генератор, способный разрушить
здание, хотя его мощность составляла всего 2 кВт.
У инфразвука разрушительная сила проявляется тог¬
да, когда частота инфразвуковых волн совпадает с соб¬
ственной (резонансной) частотой предметов. Происходит
примерно то же самое, что и в известном из школьного
курса физики случае, когда под шагавшей в ногу ротой
солдат обрушился мост. Естественно поэтому, что рабо¬
та с инфразвуком и его изучение представляют извест¬
ную трудность. Бь!ло замечено, например, что у исследо¬
вателей нередко начинает кружиться голова и возникают
многие другие неприятные ощущения.
Вопросы практического применения инфразвука, а
точнее, приборов, основанных на использовании инфра¬
звуковых волн, еще мало изучены. Однако уже ведутся
настойчивые поиски по созданию инфразвуковых прибо¬
ров и использованию их на практике. Так, например, со¬
здан инфразвуковой измеритель объема, предназначек-
143

ныи для измерения количества жидких, сыпучих и кус¬
ковых материалов в машинах и аппаратах химической
технологии в условиях невесомости, при волнении, вспе¬
нивании, кипении жидкости, то есть в тех случаях, когда
применение других методов невозможно или нежела¬
тельно.
29.	«Голос моря»
Изучением инфразвуковых волн, возникающих в океанах
и морях, долгое время занимался академик В. В. Шулей-
кин. Он назвал их «голосом моря». В 30-х годах В. В. Шу-
пейкин и В. А. Березкин проводили эксперименты с
метеорологическими шарами-пилотами, заполненными
водородом. Они обнаружили, что, если к шару-пилоту
прислонить ухо, возникает болезненное ощущение, вы¬
зываемое резонансными колебаниями оболочки шара на
частотах 8 — 13 Гц. На берегу, вдали от моря, шар-пилот
не резонировал. В. В. Шулейкин предлоложил, что над
морем шар-пилот резонирует под действием колебаний
воздуха, вызванных движением ветра над гребнями и
впадинами морских волн. В 1935 г. ученый докладывал
в Академии наук СССР о возможности нового метода
предсказания штормов на море по инфразвуковым
волнам.
Исследования советского ученого Н. А. Андреева по¬
казали, что инфразвук зарождается над поверхностью
воды в результате вихреобразования за гребнями волн.
Следовательно, инфразвуковые волны распространяются
не только по воздуху, но и в воде. Так как скорость
распространения звука в воде значительно больше, пре¬
дупреждение о шторме можно получить еще раньше.
Изучению природы возникновения инфразвуковых
волн в океанских просторах посвящены многие работы
академика Л. М. Бреховских. Он установил, что в штор¬
мовых областях могут существовать системы океанских
волн. Сталкиваясь друг с другом, они вызывают инфра¬
звуковые волны, переходящие в атмосферу и в воду.
В атмосфере волны распространяются на большие рас¬
стояния, причем весьма своеобразно; сначала излучение
идет вверх, на высотах около 50 километров изменяет
свое направление, а потом на расстоянии 200 — 300 ки¬
144

лометров от источника возвращается к поверхности зем¬
ли, отражается от нее и вновь уходит вверх. Есть пред¬
положение, что именно подобное явление явилось
причиной того, что мощный артиллерийский салют, про¬
изведенный в Лондоне при коронации королевы Викто¬
рии в 1837 г., был услышан на материке в 200—300 ки¬
лометрах от Лондона, а на расстоянии 50 — 100 километ¬
ров его не слышали.
Коллектив советских ученых под руководством
Л. М. Бреховских на специальных кораблях провел боль¬
шие океанографические исследования по широкой про¬
грамме, включая вопросы распространения инфразвуко-
вых волн. Их монография «Акустика океана» удостоена
Государственной премии 1976 г.
30.	Предвестники шторма
В настоящее время для регистрации инфразвуковых
волн применяются совершенные приемники, которые
устанавливаются не только на береговых станциях, но
и на кораблях. Если далеко в океане или море возни¬
кает шторм, инфразвуковые волны, намного раньше
предупреждающие о его приближении, принимаются
береговыми постами или кораблями. Это позволяет
своевременно оповещать моряков и жителей прибреж¬
ных районов об опасности.
Устройства, основанные на приеме инфразвуковых
волн, предупреждают и о более грозной опасности —
цунами (в переводе с японского — грозная, большая
волна). Зарождаются цунами в районах подводных зем¬
летрясений.
Устройство для предсказания штормов и цунами со¬
стоит из набора резонаторов инфразвуковых частот и
прибора фиксации отдельных колебательных составляю¬
щих. В настоящее время в Советском Союзе и за рубе¬
жом для штормового прогнозирования разработаны
чувствительные инфразвуковые приемники звука в вода
и воздухе. В Англии, например, с помощью подводных
приемников удалось предсказать шторм, когда он был
еще на расстоянии 3000 километров от берега.
На кафедре биофизики Московского университета
создан бионический аппарат для предупреждения о
штормах и бурях. Инфразвуковые волны улавливаются
14S

рупором, затем после усиления в шаровом резонаторе
колебания поступают на пьезоэлектрическую пластинку,
где они преобразуются в переменное электрическое на¬
пряжение. Усиленные электрические сигналы подаются
к чувствительному индикатору — микровольтметру. Ру¬
пор с резонатором устанавливается на палубе судна или
на берегу, остальная аппаратура — в закрытом помеще¬
нии. Рупор вращается в горизонтальной плоскости и с
помощью обратной связи останавливается в направле¬
нии прихода наиболее мощных инфразвуковых волн.
Прибор фиксирует сигналы о наступлении шторма за
15 часов, то есть задолго до предсказаний самого чув¬
ствительного барометра.
Сильные подводные толчки возбуждают необы¬
чайно большой длины колебания океана. Длина волн
цунами от гребня до гребня достигает сотен и даже
тысяч километров. В глубоководных районах они распро¬
страняются со скоростью более тысячи километров в
час и способны проделать огромный путь. Высота волн—
от гребня до впадины — обычно не превышает одного
метра. По мере приближения к берегу, на мелководье,
скорость волн снижается, а энергия колебаний остается
прежней. Поэтому быстро возрастает высота — до 10,
а иногда, в особо изрезанных местах побережья,— до
50 и более метров. Обрушиваясь на берег, такие волны
все сметают на своем пути.
Для предупреждения подобных грозных явлений су¬
ществует служба цунами. В 1964 г., когда на юге Аляски
происходило сильное землетрясение, сахалинская служ¬
ба цунами дважды объявляла для Курильских островов
состояние тревоги. Первое предупреждение о возмож¬
ном появлении гигантских морских волн было передано
на острова через 10 минут после того, как Южно-Са¬
халинская сейсмическая станция зарегистрировала силь¬
ные подземные толчки и установила, что эпицентр зем¬
летрясения находится в районе Аляски.
В прошлом также известны сильные подводные зем¬
летрясения, которые явились причиной цунами. В 1868 г.
волна высотой 20 метров, зародившаяся в водах Перу,
накатилась на город Сан-Педро в Калифорнии. Западное
побережье Мексики опустошалось цунами и в 1787,
1907, 1932 гг.
Чаще всего подвергается «набегам» гигантских волн
Япония, где и возник термин «цунами». Особенно раз¬
146

рушительными были цунами в 1896 г., обрушившиеся на
побережье Санрику (севернее Токио). Погибло 30 ООО че¬
ловек. В некоторых населенных пунктах число жертв со¬
ставляло V5 всех жителей. Менее чем 40 лет спустя воз¬
никшее в результате подводного землетрясения цунами
снова опустошило Санрику, погубив 3000 человек.
О приближении шторма, урагана или цунами можно
судить по поведению некоторых морских животных и
рыб. Инфразвук хорошо воспринимают, например, мор¬
ские блохи, обитающие во влажной прибрежной гальке.
Задолго до приближения шторма, когда барометр еще
не показывает никаких признаков ухудшения погоды,
они уходят подальше от воды. Медузы и рыбы также
воспринимают «голос моря» и стараются при этом по¬
кинуть прибрежную зону. По-видимому, этот «голос»
ощущают и чайки, мечущиеся перед бурей, и киты, за
несколько часов до шторма стремящиеся уйти подальше
в открытое море. В Японии разводят рыбок, которые
за несколько часов до землетрясения начинают беспо¬
койно метаться по аквариуму. Как же морские животные
и рыбы узнают о приближении шторма или землетрясе¬
ния? По всей видимости, их предупреждают об этом
инфразвуки.
Инфразвуковые колебания могут распространяться на
огромные расстояния и в земной коре. На этом свойстве
инфразвуков основана сейсмология — наука, занимаю¬
щаяся изучением землетрясений, а также исследованием
внутреннего строения Земли. Сейсмологи настойчиво
ищут способы и методы надежного прогнозирования
землетрясений. По их данным разрабатываются реко¬
мендации для сейсмостойкого строительства.
31.	Безмолвные корабли
В океанах произошло немало странных загадочных слу¬
чаев, которые не получили точного объяснения до на¬
стоящего времени. Еще с далеких времен сохранились
свидетельства моряков о встречах с покинутыми кораб¬
лями. Неуправляемые суда, идущие под всеми парусами,
появлялись, как призраки. Иногда на них обнаруживали
людей, словно внезапно окаменевших. Так, летом 1775 г.
14?

в районе Арктики с борта английского китобойного суд¬
на «Гренландия» заметили неизвестное судно, затертое
во льдах. Поднявшись на него, моряки обнаружили в ка-
ют-компании капитана и нескольких членов экипажа в за¬
стывших неестественных позах. В судовом журнале
последняя запись была сделана в 1762 г., то есть 13 лет
назад.
В декабре 1872 г. английский бриг «Дея Грация», сле¬
дуя из Нька-Йорка в Гибралтар, обнаружил дрейфуюш,ий
парусник. Это оказалась бригантина «Мария Целеста»,
которая вышла из Нью-Йорка 4 ноября того же года.
При обследовании корабля выяснилось, что его корпус
совершенно цел, но не хватало одной шлюпки. Койки
членов экипажа были аккуратно заправлены, на столе
лежали недокуренные трубки. В каюте жены капитана
стояла швейная машинка с недошитой детской рубаш¬
кой, а в ящике стола лежали деньги и драгоценности.
На баке сушилась одежда матросов, на камбузе нахо¬
дились большие запасы продовольствия. Но ни одного
из членов экипажа на корабле не было. Бригантину че¬
рез несколько дней отбуксировали в Гибралтар. Внима¬
тельное расследование специальной комиссией Британ¬
ского адмиралтейства никакой ясности не внесло. Обсто¬
ятельства исчезновения экипажа «Марии Целесты»
остались невыясненными.
Загадочные события с кораблями происходят и в на¬
ше время. Так, в 1948 г. капитан голландского корабля
«Уранг Медан» по радио передал сигнал бедствия, в
котором сообщил, что погибли все офицеры и он тоже
умирает. Прибывшие спасатели обнаружили, что на ко¬
рабле нет ни одного живого существа, в разных местах
лежали мертвые офицеры и матросы. У всех на лицах
было выражение страха и ужаса, но ни у кого на теле
не было ран или каких-либо повреждений.
В 1955 г. в южной части Тихого океана было обнару¬
жено полузатопленное судно «Джайта». Экипажа (25 че¬
ловек) на судне не оказалось, хотя спасательные сред¬
ства остались на местах. В феврале 1963 г. в районе
Драй-Тортугас бесследно исчез огромный танкер «Ма¬
рин Сульфур Куин» с командой около 40 человек, в ию¬
ле этого же года — рыболовецкое судно,
В июле 1969 г. в газетах «Правда» и «Известия» было
опубликовано сообщение о том, что в районе Азорских
островов обнаружены две безлюдные яхты с запасом
148

поды, продуктов и спасательными средствами. В апреле
1970 г. в океане бесследно исчезло английское грузовое
судно «Милтон», а в марте 1973 г.— норвежская «Анита».
Ученые стали искать причины явлений, породивших
неожиданное исчезновение и гибель людей. Возникли
различные предположения. Согласно одному из них
причины катастроф — воздействие инфразвуковых волн.
Характерно, что многие из описанных случаев произо¬
шли в ясную погоду, однако шторм, который мог вы¬
звать инфразвуковые колебания, возможно, находился
за сотни километров от места происшествия. Инфразву¬
ковые волны, обгоняя распространение самого шторма,
могли дойти до места трагедии по воздуху со скоростью
1200 километров в час, а в воде — около 6000 километ¬
ров в час. Затухание инфразвуковых волн на таких рас¬
стояниях незначительно. Инфразвуковые колебания обла¬
дают биологической активностью, которая объясняется
совпадением его частот с альфа-ритмом головного моз¬
га. Инфразвук определенной частоты вызывает расстрой¬
ства мозга, слепоту, а при частоте 7 Гц — смерть. Пред¬
полагается, что она наступает либо в результате оста¬
новки сердца, либо в результате разрыва кровеносных
Сосудов.
При меньшей интенсивности инфразвуковых волн лю¬
дей охватывает беспричинный страх и ужас. Это состоя¬
ние значительно усиливается, если резонансная частота
корпуса корабля и его рангоута совпадает с частотой
приходящих инфразвуковых волн. В этом случае ко¬
рабль становится как бы вторичным источником инфра¬
звука, под воздействием которого обезумевшие члены
экипажа бросаются за борт. Замечено, что в таких слу¬
чаях на судах оказываются сломанными мачты, хотя
сильных ветров в этих районах не было.
Правда, эта убедительная на первый взгляд гипотеза
лишена доказательной основы, поскольку нет данных,
говорящих о том, что при штормах действительно возни¬
кают инфразвуки такой интенсивности, чтобы они могли
губительно воздействовать на людей.
Председатель Океанографической комиссии Акаде¬
мии наук СССР академик Л. М. Бреховских дал крити¬
ческую оценку различным версиям и гипотезам на осно¬
вании материалов научньгх исследований Мирового океа¬
на, в том числе и района так называемого Бермудского
треугольника. По мнению Л. М. Бреховских, результаты
149

деятельности разветвленной сети сейсмических станций
различных стран показывают, что в земной коре этих
районов не происходит никаких процессов, способных
вызвать гибель кораблей на поверхности океана.
Чем же обусловлено тогда большее по сравнению с
другими районами количество морских и воздушных
аварий в «Бермудском треугольнике»? Л. М. Бреховских
считает, что для объяснения их причин нет необходимос¬
ти конструированию гипотез и тем более прибегать к та¬
инственным силам. Дело в том, что в этом районе интен¬
сивность судоходства и воздушных полетов намного вы¬
ше, чем в других. Фактически же аварийность в этом
районе повышена из-за более сложных гидрометеоро¬
логических условий для полетов и плаваний, вызываелл1>1х
влиянием теплых вод Гольфстрима. К тому же сравни¬
тельно сильное течение быстро уносит обломки потер¬
певших бедствие воздушных и морских судов. Это в ка-
кой-то степени и является объяснением их бесследного
исчезновения.
Академик Л. М. Бреховских указывает, что в океане
нет ничего таинственного, кроме, может быть, громад¬
ности, которую по-настоящему трудно даже осознать.
Всем рекам мира нужно было бы непрерывно течь
40 тысяч лет, чтобы наполнить его. Океан — очень слож¬
ная система, и в ее изучении еще много нерешенных
проблем. Например, как возникают гигантские внутрен¬
ние волны? Почему под экватором на глубине 200—600
метров вода течет сравнительно узкой лентой, в обрат¬
ном направлении относительно поверхностного слоя?
Перечень таких «почему» можно продолжить, и каж¬
дый раз это будет означать, что явление, которое мы
не можем объяснить, не приводя предположений и ги¬
потез, еще не изучено — ведь подлинно научное «откры¬
тие» океана с его трудно осознаваемой громадностью
началось, в сущности, не так давно. Потому-то нет еще,
к примеру, исчерпывающего объяснения свечению оке¬
анических вод, неоднократно замеченному мореплава¬
телями. Вот несколько — причем не отдаленных, а близ¬
ких нам по времени — сообщений. Моряки советского
экспедиционного судна «Владимир Воробьев» видели
в Аравийском море яркое белое пятно диаметром 300—
400 метров, вращавшееся против часовой стрелки. Да
и вокруг судна наблюдались периодические вспышки.
Свечение распространялось волнами в форме вращав¬
(50

шихся лучей, напоминавших лопасти турбины. Примерно
через 30 минут оно ослабло, светящийся круг уменьшил¬
ся до 80—100 метров. Любопытно, что в течение всего
этого времени людям казалось, будто вода вибрирует,
а сами они испытывали неприятное ощущение. В 1973 г.
свечение наблюдали члены экипажа советского тепло¬
хода «Антон Макаренко» в Малаккском проливе. О за¬
меченных не менее 50 раз светящихся кругах в Индий¬
ском океане писал в 1975 г. французский журнал «Сьянс
э Ви».
Ученые многих стран мира продолжают исследования
обстоятельств и изучение причин исчезновения кораблей
и самолетов, и не исключена возможность, что в какое-
то время загадка будет разгадана и получит научное
обоснование. Это, в свою очередь, окажет неоценимую
услугу многим людям, предотвратив их неоправданную
гибель. Загадочные «треугольники» — это лишь малая
часть Мирового океана, хранящего в себе еще много
такого, что предстоит исследовать специалистам по фи¬
зике Земли. Вот почему в 1975 г. внесено предложение
Б Генеральную Ассамблею ООН о создании в рамках
этой организации специальной комиссии, в функции ко¬
торой входило бы исследование «Бермудского треуголь¬
ника» и других районов Мирового океана.
Решающим условием эффективности общественного
производства и улучшения качества продукции является,
как известно, ускорение темпов научно-технического
прогресса. Из этого со всей очевидностью вытекает одна
из важнейших задач — добиваться широкого внедрения
прогрессивной техники и технологии, перехода к массо¬
вому применению высокоэффективных систем машин,
оборудования, приборов и технологических процессов,
обеспечивающих механизацию и автоматизацию произ¬
водства.
За последние годы достигнуты значительные успехи
в развитии ультразвуковой техники и технологии, прове¬
дены большие теоретические и экспериментальные ис¬
следования по ультразвуковой кавитации, на основе ко¬
торых разработаны перспективные технологические про¬
цессы, протекающие при воздействии ультразвука в так
151

называемой жидкой фазе. Формируется новое направ¬
ление в химии—ультразвуковая химия, родилась моле¬
кулярная акустика, изучающая взаимодействие акустиче¬
ских волн с веществом, появились акустоэлектроника,
ультразвуковая фазометрия, интроскопия, голография,
квантовая акустика, ультразвуковая спектроскопия...
По многим технологическим процессам, основанным
на применении ультразвука, теоретические и экспери¬
ментальные исследования в принципе завершены. Они
либо уже внедрень! в производство, либо внедряются.
Это очистка, резание, кристаллизация, диспергирование,
эмульгирование, коагуляция, гомогенизация, составление
растворов, ускорение теплообмена. А такие процессы
как снижение механических усилий, сварка, пайка, дега¬
зация, электроосаждение, экстрагирование, сушка, филь¬
трация, горение, окисление, восстановление, диффузия
и многие другие находятся еще в стадии разработки и
усовершенствования.
Инженеры и конструкторы предложили уже произ¬
водству универсальные и специальные ультразвуковые
станки, агрегаты, установки, работающие под повышен¬
ным статическим давлением, ультразвуковые механизи¬
рованные установки, генераторы с повышенной частотой,
преобразователи с равномерно распределенным полем,
усовершенствованная измерительная аппаратура для
контроля и экспресс-анализа состава и свойств веще¬
ства. Созданы и внедрены в производство автоматиче¬
ские ультразвуковые установки, которые включаются в
поточные линии.
Нет сомнения в том, что наше народное хозяйство
получит еще немало ультразвуковых установок, прибо¬
ров и устройств, которые позволят еще больше повы¬
сить производительность труда и его эффективность.

книги о ЗВУКЕ, УЛЬТРАЗВУКЕ, ИНФРАЗВУКЕ
Научно-популярная литература
1.	Борисов Ю. Я., Макаров Л. О. Ультразвук в технике
настоящего и будущего. М., Изд-во АН СССР, 1960.
2.	Б р е г г У. Мир света, мир звука. Пер. с англ. под ред.
Обреимова И. В. М., «Наука», 1967.
3.	В е ч к о Ю. И. Мир ультразвука. Л., «Знание», 1963.
4.	Гриффин Д. Эхо в жизни людей и животных. Пер. с англ.
М., Физматгиз, 1961.
5.	К л ю к и н И. И. Нептун оглушен. Л., «Судостроение», 1967.
6.	К о к V. Звуковые и световые волны. М., «Мир», 1966.
7.	К о к У. Видимый звук. М., «Мир», 1974.
8.	Кудрявцев Б. Б. О неслышимых звуках. М., Воениздат,
1958.
9.	Л я м ш е в Л. М. Звук. М., «Знание», 1961.
10.	М ихай лов И. Г. Ультразвук и его применение. Л., «Зна¬
ние», 1968.
11.	Мясников Л. Л. Неслышимый звук. Л., «Судостроение»,
1967.
12.	О щ е п к о в П. К., Меркулов А. П. Интроскопия. М.,
«Знание», 1 967.
13.	Простаков А. Л. Звук и море. М., «Знание», 1969.
14.	Протасов В. Р., Никольский И. Д. Голоса в мире
безмолвия. М., «Пищевая промышленность», 1969.
15.	Полонский А. Ф. Кристалл и радиоэлектроника. М.,
«Знание», 1964.
16.	Псаломщиков В., Степанюк И. Безмолвные кораб¬
ли.— «Морской сборник», 1974, № 6.
17.	Рачков В. К. Чудесные кристаллы. М., Воениздат, 1962.
18.	Розенберг Л. Д. Рассказ о неслышимом звуке. М.,
Изд-во АН СССР, 1961.
19.	Сергеев Ан. Радиоэлектроника под водой. Л., «Энер-
<ия», 1971.
20.	X о р б е н к о И. Г. Ультразвук в военком деле. М., Воен¬
издат, 1976.
153

21.	Чедд Г. Звук. Пер. с англ. под ред. Гуревича С. Б. М.,
«Мир», 1975.
Научно-техническая литература
22.	А б р а м о в О. В. Кристаллизация металлов в ультразву-
кэвом поле. М., «Металлургия», 1972.
23.	А в е р к и е в В. П. Гидроакустические рыбопоисковые и
навигационные приборы. Л., «Судостроение», 1967.
24.	А г р а н а т Б. А. и др. Ультразвук в гидрометаллургии. М.,
«Металлургия», 1969.
25.	Агранат Б. А., Башкиров В. И., Китайгород¬
ский Ю. И. Ультразвуковая очистка.— В кн.; Физические основы
ультразвуковой технологии. М., «Наука», 1970.
26.	А л ь б е р с	В. М. Гидроакустические приборы	и	измере¬
ния. Пер. с англ. М.,	«Мир», 1972.
27.	А н а н ь е в а	А. А. Керамические приемники	звука. М.,
Изд-во АН СССР, 1963.
28.	А р е н к о 3 А, Б. Ультразвуковая интенсификация техно¬
логических процессов. Л., «Машиностроение», 1971.
29.	А X в е р д о в И. Н., Ш а л и м о М. А. Ультразвуковое ви¬
брирование в технологии бетона. М., Изд-во литературы по строи¬
тельству, 1969.
30.	Бабиков О. И. Контроль уровня с помощью ультразвука.
Л., «Энергия», 1971.
31. Беззубое А. Д., Гарлинская Е. И., Фрид¬
ман В. М., Ультразвук и его применение в пищевой промышлен¬
ности. М., «Пищевая промышленность», 1964.
32.	Бергман	Л. Ультразвук и его применение	в	науке и
технике. М., Изд-во иностр. лит., 1967.
33.	Б и р г е р Г. И., Бражников Н. И. Ультразвуковые рас¬
ходомеры. М., «Металлургия», 1964.
34.	Б р а ж н и к о в Н. И. Ультразвуковые методы., М., «Энер¬
гия», 1965.
35.	Б р а ж н и к о в Н. И. Ультразвуковая фазометрия. М.,
«Энергия», 1968.
36.	Б р е с л а в е ц А. В., X у т о р е н к о В. Д. Ультразвуко¬
вая очистка радиоаппаратуры. М., «Советское радио», 1974.
37.	Б р е X о в с к и X Л. М. Акустика	океана. М., «Наука»,	1974.
38.	В е р о м а н В. Ю., Аренков	А.	Б. Ультразвуковая об¬
работка материалов.— «Библиотечка электротехнолога», вып. 4. Л.,
«Машиностроение», 1971.
39.	Викторов И. А. Физические основы ультразвуковых
волн Релея и Лэмба в технике. М., «Наука», 1966.
40. Выборнов Б. И. Ультразвуковая дефектоскопия. М.,
«Металлургия», 1974.
41. Г е р ш г а л Д. А., Ф р и з м а н В. М. Ультразвуковая
аппаратура промышленного назначения. М., «Энергия», 1967.
42.	Гидроакустика за 20 лет. Пер. с англ. под ред. Тарасю¬
ка	Ю. Ф. Л., «Судостроение», 1975.
43.	Г и й е с Л., С а 6 о т е П. Основы	акустики моря.	Пер.
с	франц. М., Гидрометеоиздат, 1969.
44.	Г и н б е р г А. М. Ультразвук в химических и электрохими¬
ческих процессах машиностроения. М., Машгиз, 1962.
154

45.	г и н б е р г А. М., Ф е д о т о в а Н. Я. Ультразвук в галь¬
ванотехнике. М., «Металлургия», 1969.
46.	Г л о 3 м а и И. А. Пьезокерамика. М., «Энергия», 1972.
47.	Г о р ш к о в С. И., Г о р б у н о в О. Н., А и т р о п о в Г. А.
Биологическое действие ультразвука. М., «Медицина», 1965.
48.	Д е н е л ь А. К. Дефектоскопия металлов. М., «Металлур¬
гия», 1972.
49.	Донской А. В,, Кеплер О. К., К р а т ы ш Г. С.
Ультразвуковые электротехнологические установки. Л., «Энергия»,
1968,
50.	Дробленков В. Ф., Герасимов В. Н. Угроза из
глубины. М., Воениздат, 1966.
51.	Дуров Е. Ф. Звуковая геолокация. Л., «Недра», 1967.
52.	Ж у к о в Р. Ф., Кондратович А. А., Могиль¬
ный С. Д., Ц и п к о Б. И. Системы, приборы и устройства под¬
водного поиска. М., Воениздат, 1972.
53.	3 а я с Ю. Ф. Ультразвук и его применение в технологи¬
ческих процессах мясной промышленности. М., «Пищевая промыш¬
ленность», 1970.
54.	Источники мощного ультразвука. Под ред. Розенберга Л. Д.
М., «Наука», 1967.
55.	К а 3 а н ц е в В. Ф. Ультразвуковое резание.— В кн.: Физи¬
ческие основы ультразвуковой технологии. М., «Наука», 1970.
56.	К а м а н и н В. И. Гидроакустические станции в кораблевож¬
дении. М., Воениздат, 1964.
57.	К а п у с т и н А. П., Трофимов А. Н. Электрокристал-
лизгция металлов	в ультразвуковом	поле. М., «Наука», 1969.
53.	Ка п у с т и	н А. П. Влияние	ультразвука на кинетику	кри¬
сталлизации. М., Изд-во АН СССР, 1962.
59.	К а р л о в	А. Б., Ш о ш к о в	Е. Н. Гидроакустика в воен¬
ном деле М., Воениздат, 1963.
60.	К в и т н и ц к и й А.	А.	Борьба с подводными	лодками.	М.,
Воениздат, 1963.
61.	К е л л е р	О. К., К р а т ы ш	Г. С., Л у б л я н и ц к и й	Г. Д.
Ультразвуковая очистка. Л., «Машиностроение», 1977.
62.	К о н д р а ш е в С. Н. Пьезоэлектрический метод разведки.
М., «Недра», 1970.
63.	К о ч е р г и н С. М., Вяселева Г. Я. Электроосажденке
металлов в ультразвуковом поле. М., «Высшая школа», 1964.
64.	Красильников В. А. Звуковые и ультразвуковые волны
в воздухе и твердых телах.	М.,	Физматгиз, 1960.
65.	Л е й б е н 3 о н Б.	И.	Ультразвуковая	локация	в	горном
деле. М., «Недра», 1968.
66.	Л о у р е н с Л. Электроника в океанографии. Пер. с англ.
М., Воениздат, 1969.
67.	М а р к о в А. И. Ультразвуковое резание труднообрабаты¬
ваемых материалов. М., «Машиностроение», 1968.
68.	М в т а у ш е к И. Ультразвуковая техника. Пер. с нем. М.,
Металлургиздат, 1962.
69.	М е д н и к о в Е. П. Акустическая коагуляция и осаждение
аэрозолей. М., Изд-во АН СССР, 1963.
70.	Методы неразрушающих испытаний. Пер. с англ. под ред.
Дубуцкого Л. Г. М., «Мир», 1972.
71.	М и ц к е в и ч А. М. Ультразвуковая сварка металлов.—
1SS

в кн.: Физические основы ультразвуковой технологии. М., «Наука»,
1970.
72.	Морская биоакустика. Пер. с англ. Л., «Судостроение», 1969.
73.	Мощные ультразвуковые поля. Под ред. Розенберга Л. Д.
М., «Наука», 1968.
74.	Никольский И, Д., Протасов В. Р., Романен¬
ко Е. В,, Шишкова Е. В. Звуки рыб. Атлас. М., «Наука», 1968.
75.	Новое в электрофизической и электрохимической обработ¬
ке материалов. Под ред. Попипова Л. Я. Л., «Машинос!роение», 1966.
76.	Н о 3 д р е в В. Ф., Маркосова Н. М. Использование
ультразвука в преподавании физики. М., «Просвещение», 1966.
77.	Н о с о в В. А. Ультразвук в химической промышленности.
Киев, Изд-во технической литературы УССР, 1963.
78.	О с т р о в с к и й Ю. И. Голография и ее применение. Л.,
«Наука», 1973.
79.	П а д а л к а Е. С. Ультразвук в нефтяной промышленности.
Киев, Гостехиздат УССР, 1962.
80.	Подводная акустика. Пер. с англ. под ред. Бреховских Л. М.
М., «Мир», 1970.
81.	Поп и лов Л. Я. Справочник по электрическим и ультра¬
звуковым методам обработки материалов. Л., «Машиностроение»,
1971.
82.	П о п и л о в Л. Я, Техника безопасности при эпектрофизи-
ческой и электрохимической обработке материалов. Л., «Машино¬
строение», 1 966.
83.	П о п и л о в Л. Я. Электрофизическая и электрохимическая
обработка материалов. М., «Машиностроение», 1969.
84.	С е в е р д е н к о В. П. и др. Ультразвуковая обработка
металлов. Минск, «Наука и техника», 1966.
85.	П о п и л о в Л. Я. Основы электротехнологии и новые раз¬
новидности. Л., «Машиностроение», 1971.
86.	Применение ультразвука в промышленности. Под ред. Ма¬
карова А. И. М., «Машиностроение», 1975.
87.	Простаков А. П. Гидроакустические средства флота.
М., Воениздат, 1974.
88.	Простаков А. П. Гидроакустика в военно-морском
флоте. М., Воениздат, 1961.
89.	Простаков А. П. Гидроакустика в иностранных флотах.
Л., «Судостроение», 1964.
90.	Простаков А. П. Гидроакустика и корабль. Л., «Судо¬
строение», 1967.
91.	Р а п о п о р т	Ю.	М.	Ультразвуковая дефектоскопия строи¬
тельных деталей и конструкций. Л., Стройиздат, 1975.
92.	Р ж е в с к и й	В.	В.,	Ямщиков В.	С.	Ультразвуковой
контроль и исследования в горном деле. М., «Недра», 1968.
93.	Розенберг Л. Д., Казанцев В. Ф., Макаров Л. О.,
Яхимович Д. Ф. Ультразвуковое резание. М., Изд-во АН СССР,
1962.
94.	Свиридов	А.	П.,	Волосатое В.	А.	Ультразвуковая
обработка радиотехнических деталей. Л., «Энергия», 1969.
95.	Ультразвуковая микросварка. М., «Энергия», 1977,
96.	С е в е р д е и	к о	В.	П., К л у б о в и ч	В.	В. Применение
ультразвука в промышленности. Минск, «Наука и техника», 1967.
97.	С м а ж е в с к а я Е. Г., Фельдман Н. Б. Пьезоэлектри¬
ческая керамика. М., «Советское радио», 1971.
1S6

98.	Смоленский Г. А., Крайним Н. Н. Сегнетоэлектрики
и антисегнетоэлектрики. М., «Наука», 1968.
99.	Силин Л. Л., Баландин Г. Ф., Коган М. Г. Ультра¬
звуковая сварка. М., Машгиз, 1962.
100.	Смагин А. Г., Ярославский М. И. Пьезоэпектри-
чеетво кварца и кварцевые резонаторы. М., «Энергия», 1970.
101.	Смирнов А. Д. Импупьеная ультразвуковая измери¬
тельная аппаратура. М., «Энергия», 1967.
102.	Сперанский А. П., Рокитянский В. И. Ультразвук
и его лечебное применение. М., «Медицина», 1970.
103.	Сташкевич А. П. Акустика моря. Л., «Судостроение»,
1966.
104.	Суздалев Н. И. Подводные подки против подводных
лодок. М., Еоениздат, 1968.
105.	Толстой И., Клей К. Акустика океана. Пер. с англ.
М., «Мир», 1969.
106.	Т р у с к а н о в М. Д., Шишкова Е. В., Щ е р б и н о М. Н.
Новое в технике рыболокации. М., «Пищевая промышленность»,
1967.
107.	Тру ЭЛЛ Р., Э л ь б а у м Ч., Ч и к Б. Ультразвуковые ме¬
тоды в физике твердого тепа. Пер. с англ. М., «Мир», 1972.
108.	Тынянкин И„ Крячок Ф., Ш о ш к о в Е. Гидроакус¬
тика в годы Великой Отечественной войны.— «Морской сборник»,
1975, № 3.
109.	Тюрин А. М., Сташкевич А. П., Таранов Э. С.
Основы гидроакустики. Л., «Судостроение», 1966.
110.	Ультразвук в строительной технике. Под ред. Ниленде-
ра Ю. А. М., Госстройиздат, 1962.
111.	Ультразвук в геофизике. Сб. статей. Пер. с англ. М., «Мир»,
1964.
112.	Ультразвуковые методы интенсификации технологических
процессов. М., «Металлургия», 1970.
113.	Ультразвуковые преобразователи. Пер. с англ. под ред.
Голямииой И. П. М„ «Мир», 1972.
114.	Ультразвуковая технология. Под ред. Аграната Б. А, М.,
«Металлургия», 1974.
115.	Ф а е р м а н В. Т. Применение ультразвука для обработки
текстильных материалов. М., «Легкая индустрия», 1969.
116.	Физические основы ультразвуковой технологии. Под ред.
Розенберга Л. Д. М., «Наука», 1970.
117.	Фридман В. М. Ультразвуковая химическая аппаратура.
М., «Машиностроение», 1967.
118.	Холопов Ю. В. Ультразвуковая сварка. М., «Машино¬
строение», 1972.
119. Хорбенко И. Г. Ультразвук в машиностроении. М.,
«Машиностроение», 1974.
120. Шрайбер Д. С. Ультразвуковая дефектоскопия. М.,
«Металлургия», 1965.
121.	Эльпинер И. Е. Ультразвук. Физико-химическое и био¬
логическое действие. М., Физматгиз, 1963.
122.	Эльпинер И. Е. Биофизика ультразвука. М., «Наука», 1973.
123.	Э с к и н Г. И. Ультразвук в металлургии. М., Металлург-
издат, 1960.
124.	Э с к и н Г. И. Ультразвуковая обработка расплавленного
алюминия, м., «Металлургия», 1965.

СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие 		3
Звук		4
1.	Из истории			4
2.	Что такое звук?		6
3.	Звук и слух		9
4.	Распространение звука	12
Ультразвук	16
5.	Неслышимые звуки	16
6.	Пьезоэлектрический эффект	21
7.	Магнитострикционный эффект	26
8.	Ультразвуковые генераторы	29
9.	Ультразвуковое резание 		30
10.	Снижение механических усилий	35
11.	Ультразвуковая очистка 		38
12.	Ультразвуковая сварка	46
13.	Ультразвуковая пайка и лужение	50
14.	Ультразвуковой контроль	51
15.	Ультразвуковой экспресс-анализ 	63
16.	Ускорение производственных процессов ...	75
17.	Ультразвуковая пропитка 	80
18.	Ультразвук в металлургии	83
19.	Ультразвук в горнорудном деле	87
20.	Ультразвук в радиоэлектронике	91
21.	Ультразвук в сельском хозяйстве	97
158

22.	Ультразвук в пищевой промышленности ...	99
23.	Ультразвук и биология		105
24.	Ультразвуковая диагностика и лечение ....	107
25.	Звуки в морских глубинах	120
26.	Ультразвук в военно-морском деле .	.	123
27.	Новые области применения ультразвука .	.	.	131
Инфразвук	142
28.	Мощные звуки «тишины»	142
29.	«Голос моря»	144
30.	Предвестники шторма	145
31.	Безмолвные корабли 	147
Книги о звуке, ультразвуке, инфразвуке	153
Научно-популярная литература	153
Научно-техническая литература 		154

Иван Григорьевич ХОРБЕНКО
ЗВУК, УЛЬТРАЗВУК, ИНФРАЗВУК
Зав. редакцией научно-художественной литературы
М. Новиков
Редактор Н. Яснопольский.
Мл. редактор В. Саморига.
Оформление М. Дорохова.
Худож. редактор М. Гусева.
Техн. редактор А. Красавина,
Корректор Н. Мелешкина,
ИБ № 900
А 08880. Индекс заказа 87701.
Сдано в набор 12/VII-I977 г. Подписано к печати 26/ХИ-Ш77 г.
Формат бумаги 84 XlOS'/sz Бумага типографская № 1 Бум. л.
2,5. Печ. л. 5,0. Уел. печ. л. 8,40. Уч.-изд. л. 8,81, Тираж
45 000 экз. Издательство «Знание». 101835, Москва, Центр,
проезд Серова, д. 4. Заказ 520. Цена 30 коп.
Киевская книжная фабрика республиканского производственного
объединения «Полиграфкнига», Госкомиздата УССР, ул. Во¬
ровского, 24.