Ультразвук

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3
1. Источники ультразвука 4
2. Биологическое воздействие на человека 6
3. Классификация ультразвука 9
4. Нормируемые параметры и нормативные значения ультразвука 10
5. Защита от ультразвука 12
6. Применение ультразвука 14
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 16
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 17

ВВЕДЕНИЕ

Развитие техники и транспортных средств, совершенствование
технологических процессов и оборудования сопровождаются увеличением
мощности и габаритов машин, что обусловливает тенденцию повышения
высокочастотных составляющих в спектрах и появление ультразвука, который
является сравнительно новым, не полностью изученным фактором
производственной среды.
Специфическое ощущение, воспринимаемое нами как звук, является
результатом воздействия на слуховой аппарат человека колебательного
движения упругой среды - чаще всего воздуха. Однако не все колебания среды,
доходя до уха, вызывают ощущение звука.
Цель работы: раскрыть понятие и дать общую характеристику
ультразвука.
Для достижения цели необходимо реализовать следующие задачи:
1)Изучить источники ультразвука и их влияние на организм.
2)Рассмотреть параметры и нормативные значения ультразвука.
3) Методы защиты от ультразвука на рабочих местах
4) Применение ультразвука.

1. Источники ультразвука

Ультразвук — звуковые волны, имеющие частоту выше воспринимаемых
человеческим ухом, обычно, под ультразвуком понимают частоты выше 20 000
Герц. Ультразвуковые волны легко фокусируются, что увеличивает
интенсивность колебаний.
К техногенным источникам ультразвука относят все виды ультразвукового
технологического оборудования, ультразвуковые приборы и аппаратуру
промышленного, медицинского, бытового назначения, генерирующие
ультразвуковые колебания в диапазоне частот от 18 кГц до 100 МГц и выше. К
источникам ультразвука относится также оборудование, при эксплуатации
которого ультразвуковые колебания возникают как сопутствующий фактор
станки, котельные, транспорт, подводные и подземные взрывы. Кроме того,
инфразвук излучают ветряные электростанции 1 .
Все существующие искусственные источники ультразвука подразделяют
на 2 группы:
генераторы - колебания возникают в результате преодоления препятствий
в виде газа или жидкостной струи.
электроакустические преобразователи - трансформируют электрическое
напряжение в механические колебания, что приводит к излучению
акустических волн в окружающую среду.
В природе ультразвук сопровождает различные естественные шумы:
дождь, грозу, ветер, водопад, морской прибой. Его способны издавать
некоторые животные (дельфины, летучие мыши), что помогает им
обнаруживать препятствия и ориентироваться в пространстве.
Летучие мыши, использующие при ночном ориентировании эхо локацию,
испускают при этом ртом или имеющим форму параболического зеркала

1 Сычев Ю.Н. Безопасность жизнедеятельности: Учебно-методический
комплекс– М.: Изд. центр ЕАОИ, 2008, с. 125.

носовым отверстием сигналы чрезвычайно высокой интенсивности. На
расстоянии 1 — 5 см от головы животного давление ультразвука достигает 60
мбар, то есть соответствует в слышимой нами частотной области давлению
звука, создаваемого отбойным молотком. У ночных бабочек из семейства
медведиц развился генератор ультразвуковых помех, «сбивающий со следа»
летучих мышей, преследующих этих насекомых.
Эхолокацию используют для навигации и птицы — жирные козодои, или
гуахаро, населяют они горные пещеры Латинской Америки. Они издают
негромкие щёлкающие звуки, воспринимаемые и человеческим ухом (их
частота примерно 7 000 Герц). Каждый щелчок длится одну-две миллисекунды.
Звук щелчка отражается от стен подземелья, разных выступов и препятствий и
воспринимается чутким слухом птицы.

2. Биологическое воздействие на человека

Ультразвуковые волны способны вызывать разнонаправленные
биологические эффекты, характер которых определяется многими факторами:
интенсивностью ультразвуковых колебаний, частотой, временными
параметрами колебаний (постоянный, импульсный), длительностью
воздействия, чувствительностью тканей 2 .
Частота ультразвуковых колебаний определяет глубину проникновения
фактора: чем выше частота, тем большая часть энергии поглощается тканями,
но при этом ультразвуковые колебания проникают на меньшую глубину.
Поглощение ультразвука в биологических тканях не подчиняется общим
закономерностям. Согласно имеющимся данным, в биологических тканях
существует не квадратичная, а линейная зависимость поглощения от частоты.
Это объясняется большой неоднородностью тканей организма.
Неоднородностью биологических тканей обусловлена и разная степень
поглощения ультразвука. Наименьшее поглощение наблюдается в жировом слое
и почти вдвое большее в мышечной ткани. Серое вещество мозга в 2 раза
больше поглощает ультразвук, чем белое; мало абсорбирует ультразвуковую
энергию спинно-мозговая жидкость. Наибольшее поглощение наблюдается в
костной ткани.
При систематическом воздействии интенсивного низкочастотного
ультразвука с уровнями, превышающими предельно допустимые, у работающих
могут наблюдаться функциональные изменения центральной и периферической
нервной систем, сердечно-сосудистой, эндокринной систем, слухового и
вестибулярного анализаторов, гуморальные нарушения.
При экспозиции ультразвуковыми колебаниями 130 дБ на частоте 25 кГц
выявлены изменения сердечного ритма, картины крови, эндокринной функции

2 Сычев Ю.Н. Безопасность жизнедеятельности: Учебно-методический
комплекс– М.: Изд. центр ЕАОИ, 2008, с. 127.

и электрогенеза мозга (уплощение ЭЭГ); отмечаются усталость, повышенная
утомляемость, снижение трудоспособности.
В зависимости от интенсивности контактного ультразвука различают три
основных типа его действия 3 :
ультразвук низкой интенсивности способствует ускорению обменных
процессов в организме, легкому нагреву тканей, микро- массажу и т.д. Низкие
интенсивности не приводят к морфологическим изменениям внутри клеток, так
как переменное звуковое давление вызывает только некоторое ускорение
биофизических процессов, поэтому малые экспозиции ультразвука
рассматриваются как физиологический катализатор;
ультразвук средней интенсивности за счет увеличения переменного
звукового давления вызывает обратимые реакции угнетения, в частности,
нервной ткани. Скорость восстановления функций зависит от интенсивности и
времени облучения ультразвуком;
ультразвук высокой интенсивности вызывает необратимые угнетения,
переходящие в процесс полного разрушения тканей.
Воздействие ультразвука на биологические структуры обусловлено рядом
факторов. Эффекты, вызываемые ультразвуком, условно подразделяют на:
механические, вызываемые знакопеременным смещением среды,
радиационным давлением и т.д. Так, при малых интенсивностях (до 2-3 Вт/см2
на частотах порядка 105-106 Гц) колебания частиц биологической среды
производят своеобразный микромассаж тканевых элементов, способствующий
лучшему обмену веществ;
физико-химические, связанные с ускорением процессов диффузии через
биологические мембраны, изменением скорости биологических реакций;
термические, являющиеся следствием выделения тепла при поглощении
тканями ультразвуковой энергии, повышения температуры на границах
тканевых структур, нагрева на газовых пузырьках;
3 Безопасность жизнедеятельности. Лобачев А.И. 2-е изд., испр. и доп. - М.: 2008, с. 144.

эффекты, связанные с возникновением в тканях ультразвуковой кавитации
(образование с последующим захлопыванием парогазовых пузырьков в среде
под действием ультразвука). Кавитация приводит к разрыву молекулярных
связей.
Высокочастотный контактный ультразвук вследствие малой длины волны
практически не распространяется в воздухе и оказывает воздействие на
работающих только при контакте источника ультразвука с поверхностью тела.
Изменения, вызванные действием контактного ультразвука, обычно более
выражены в зоне контакта, чаще это пальцы рук, кисти, хотя не исключается
возможность дистальных проявлений за счет рефлекторных и
нейрогуморальных связей.
Длительная работа с ультразвуком при контактной передаче на руки
вызывает поражение периферического нейрососудистого аппарата, причем
степень выраженности изменений зависит от интенсивности ультразвука,
времени озвучивания и площади контакта, т.е. ультразвуковой экспозиции, и
может усиливаться при наличии сопутствующих факторов производственной
среды, усугубляющих его действие (воздушный ультразвук, локальное и общее
охлаждения, контактные смазки - различные виды масел, статическое
напряжение мышц и т.д.) 4 .

3. Классификация ультразвука

4 Девисилов В. А. Д32 Охрана труда: учебник. — 3-е изд., испр. и доп. — М.: ФОРУМ:
ИНФРА-М, 2013, с. 129.

По способу распространения ультразвуковых колебаний выделяют 5 :
контактный способ - ультразвук распространяется при соприкосновении
рук или других частей тела человека с источником ультразвука,
обрабатываемыми деталями, приспособлениями для их удержания,
озвученными жидкостями, сканерами медицинских диагностических приборов,
физиотерапевтической и хирургической ультразвуковой аппаратуры и т.д.;
воздушный способ - ультразвук распространяется по воздуху.
По типу источников ультразвуковых колебаний выделяют:
ручные источники,
стационарные источники.
По спектральным характеристикам ультразвуковых колебаний выделяют:
низкочастотный ультразвук - 16-63 кГц (указаны среднегеометрические
частоты октавных полос);
среднечастотный ультразвук - 125-250 кГц;
высокочастотный ультразвук - 1,0-31,5 МГц.
По режиму генерирования ультразвуковых колебаний выделяют:
постоянный ультразвук,
импульсный ультразвук.
По способу излучения ультразвуковых колебаний выделяют:
источники ультразвука с магнитострикционным генератором,
источники ультразвука с пьезоэлектрическим генератором.

4. Нормируемые параметры и нормативные значения ультразвука

5 Крепша Н.В. Безопасность жизнедеятельности: учебное пособие для иностранных
студентов / Н.В. Крепша; Национальный исследовательский Томский политехнический
университет –Томск: изд-во Томского политехнического университета, 2014, с. 144.

Нормируемыми параметрами воздушного ультразвука являются уровни
звукового давления в децибелах в третьоктавных полосах со
среднегеометрическими частотами 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100 кГц
(Таблица 1).
Таблица 1 - Предельно допустимые уровни воздушного ультразвука на

рабочих местах 6

Среднегеометрические частоты третьоктавных полос, кГц Уровни звукового давления, дБ

12,5 80
16,0 90
20,0 100
25,0 105
31,5-100,0 110

Нормируемыми параметрами контактного ультразвука являются пиковые
значения виброскорости или ее логарифмические уровни в децибелах в
октавных полосах со среднегеометрическими частотами 16; 31,5; 63; 125; 250;
500; 1000; 2000; 4000; 8000; 16000; 31500 кГц, определяемые по формуле:

где V - пиковое значение виброскорости, м/с;
V 0 - опорное значение виброскорости, равное 5·10 -8 , м/с.

Предельно допустимые величины нормируемых параметров контактного
ультразвука для работающих приведены в Таблице 2.

6 СанПиН 2.2.4/2.1.8.582-96 Гигиенические требования при работах с источниками воздушного и
контактного ультразвука промышленного, медицинского и бытового назначения

Таблица 2 - Предельно допустимые уровни контактного ультразвука для

работающих

Среднегеометрические частоты
октавных полос, кГц

Пиковые значения
виброскорости, м/с

Уровни виброскорости,

дБ

16,0-63,0

5·10 100 1*

125,0-500,0

8,9·10 05*
1·10-31,5·10 1,6·10 110

Точки измерения воздушного ультразвука на рабочем месте или в
бытовых условиях должны быть расположены на высоте 1,5 м от уровня
основания (пола, площадки), на котором выполняются работы с ультразвуковым
источником любого назначения в положении стоя или на уровне головы, если
работа выполняется в положении сидя, на расстоянии 5 см от уха и на
расстоянии не менее 50 см от человека, проводящего измерения.

5. Защита от ультразвука

Основной мерой защиты от ультразвука является уменьшение его
интенсивности в источнике его возникновения. В основе предупреждения
вредного действия ультразвука лежат  меры технологического характера:
создание автоматического ультразвукового  оборудования (для мойки тары,
очистки деталей), установок с дистанционным управлением; переход на
использование маломощного оборудования. В этом случае интенсивность
ультразвука и шума уменьшается на 20-40 дБ (например, при ультразвуковой
очистке деталей, пайке, сверлении и др).  Коллективные меры защиты
применяются для защиты от ультразвука по пути его распространения.
При проектировании ультразвуковых установок целесообразно  выбирать
рабочие частоты, по возможности больше удаленные от слышимого диапазона
частот (не ниже 22 кГц), чтобы избежать действия выраженного шума.  
Ультразвуковые  установки с превышающими нормативы  уровнями шума
и ультразвука следует оборудовать звукоизолирующими
устройствами:кожухами, экранами из листовой стали или дюраля. Покрытого
звукопоглощающими материалами: рубероидом, технической резиной,
пластмассой, антивибритом, противошумной мастикой. Звукоизолирующие
укрытия ультразвуковых установок должны быть изолированы от пола
резиновыми прокладками и не иметь щелей и отверстий 7 . 
Ультразвуковые станки для сварки, резки и пайки, содержащие
ультразвуковые преобразователи с концентраторами, обязательно должны иметь
экраны из оргстекла достаточно толстого, или другого материала,
обеспечивающего снижение уровней ультразвукового давления до допустимого.
Если по производственным причинам невозможно снизить интенсивность
ультразвука до допустимых значений применяют средства индивидуальной
защиты.

7 Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие / Под общ. ред. Н. К. Дёмика. – М.:
Изд-во Рос. экон. акад., 2007, с. 35.

В качестве СИЗ от вредного воздействия ультразвука,
распространяющегося в воздушной среде применяют ушные вкладыши и
противошумные наушники, рассчитанные на более высокие частоты.
Медико-профилактические мероприятия при защите от ультразвука на
рабочих местах.
Мероприятия по защите работающих от неблагоприятного воздействия
контактного ультразвука и сопутствующих факторов производственной среды и
трудового процесса включают 8 :
1. Медико-биологический скрининг при приеме на работу с учетом
индивидуальных и профессионально-производственных факторов риска.
2. Применение различных режимов труда (сменных и скользящих
недельных, декадных, месячных, квартальных и др.) и контрактной системы
ведения работ на срок прогнозируемой продолжительности безопасности стажа.
3. Гигиенический, в том числе экспозиционный, и
клиникофизиологический мониторинг.
4. Мероприятия медико-профилактического характера по оздоровлению
работающих.

6. Применение ультразвука

8 Крепша Н.В. Безопасность жизнедеятельности: учебное пособие для иностранных
студентов / Н.В. Крепша; Национальный исследовательский Томский политехнический
университет –Томск: изд-во Томского политехнического университета, 2014, с. 153.

Благодаря хорошему распространению ультразвука в мягких тканях
человека, его относительной безвредности по сравнению с рентгеновскими
лучами и простотой использования в сравнении с магнитно-резонансной
томографией ультразвук широко применяется для визуализации состояния
внутренних органов человека, особенно в брюшной полости и полости таза.
Помимо широкого использования в диагностических целях, ультразвук
применяется в медицине как лечебное средство.
Ультразвук обладает действием:
противовоспалительным, рассасывающим
анальгезирующим, спазмолитическим
кавитационным усилением проницаемости кожи
Фонофорез —метод, при котором на ткани действуют ультразвуком и
вводимыми с его помощью лечебными веществами (как медикаментами, так и
природного происхождения).
Ультразвуком можно делать винтовую нарезку в металлических деталях, в
стекле, в рубине, в алмазе. Обычно резьба сначала делается в мягком металле, а
потом уже деталь подвергают закалке. На ультразвуковом станке резьбу можно
делать в уже закалённом металле и в самых твёрдых сплавах. То же и со
штампами. 
Способность ультразвука разрывать оболочки клеток нашла применение в
биологических исследованиях, например, при необходимости отделить клетку
от ферментов. Ультразвук используется также для разрушения таких
внутриклеточных структур, как митохондрии и хлоропласты с целью изучения
взаимосвязи между их структурой и функциями. Другое применение
ультразвука в биологии связано с его способностью вызывать мутации.
Исследования, проведённые в Оксфорде, показали, что ультразвук даже малой
интенсивности может повредить молекулу ДНК.
В рыбной промышленности применяют ультразвуковую эхолокацию для
обнаружения косяков рыб. Ультразвуковые волны отражаются от косяков рыб и

приходят в приёмник ультразвука раньше, чем ультразвуковая волна,
отразившаяся от дна.
Ультразвук служит мощным методом исследования различных явлений во
многих областях физики. Так, например, ультразвуковые методы применяются в
физике твёрдого тела и физике полупроводников; возникла целая новая область
физики — акусто-электроника 9 .
Широко применяется ультразвук для приготовления однородных смесей
(гомогенизации).
В некоторых производствах применяют ультразвуковые ванны для
очистки корнеплодов (картофеля, моркови, свеклы и др.) от частиц земли. В
лабораториях и на производстве применяются ультразвуковые ванны для
очистки лабораторной посуды и деталей от мелких частиц. 
Ультразвуковая сварка — сварка давлением, осуществляемая при
воздействии ультразвуковых колебаний. Такой вид сварки применяется для
соединения деталей, нагрев которых затруднен, или при соединении
разнородных металлов или металлов с прочными окисными пленками
(алюминий, нержавеющие стали, магнитопроводы из пермаллоя и т. п.). Так
ультразвуковая сварка применяется при производстве интегральных микросхем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

9 Применение ультразвука в медицине Под редакцией К. Хилла Перевод с английского под
редакцией д-ра техн. наук Л. Р. Гаврилова и д-ра физ.-мат. наук А. П. Сарвазяна, Москва
«Мир» 1989 .

Инфразвук сопровождает нас в повседневном окружении. Инфразвуковые
шумы, производимые градирнями теплоэлектроцентралей, различными
устройствами всасывания воздуха или выпуска отработавших газов;
неслышимые, но такие вредные инфразвуковые излучения мощных
виброплощадок, грохотов, дробилок, транспортеров. Инфразвуковые волны
активно распространяются в атмосфере.
Большую часть времени активной жизнедеятельности человека
занимает целенаправленная профессиональная работа, осуществляемая в
условиях производственной среды, которая при несоблюдении принятых
нормативных требований может неблагоприятно повлиять на его
работоспособность и здоровье.
Важно соблюдение установленных принципов безопасной
организации производственных процессов, общих требований
безопасности к производственным помещениям, размещению
производственного оборудования и организации рабочих мест, к
профессиональному отбору и проверке знаний работающих а также
требования к применению работающими средств защиты.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. СанПиН 2.2.4/2.1.8.582-96 Гигиенические требования при работах с
источниками воздушного и контактного ультразвука промышленного,
медицинского и бытового назначения.
2. Безопасность жизнедеятельности. Лобачев А.И. 2-е изд., испр. и доп. - М.:
2008. - 367 с.
3. Девисилов В. А. Д32 Охрана труда: учебник. — 3-е изд., испр. и доп. —
М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2013. — 448 с.
4. Крепша Н.В. Безопасность жизнедеятельности: учебное пособие для
иностранных студентов / Н.В. Крепша; Национальный исследовательский
Томский политехнический университет –Томск: изд-во Томского
политехнического университета, 2014. – 198 с.
5. Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие / Под общ. ред. Н. К.
Дёмика. – М.: Изд-во Рос. экон. акад., 2007. – с.118.
6. Сычев Ю.Н. Безопасность жизнедеятельности: Учебно-методический
комплекс– М.: Изд. центр ЕАОИ, 2008.– 311 с.
7. Применение ультразвука в медицине Под редакцией К. Хилла Перевод с
английского под редакцией д-ра техн. наук Л. Р. Гаврилова и д-ра физ.-мат.
наук А. П. Сарвазяна, Москва «Мир» 1989 .- 413 с.