Пьезоэлектричество - [15]
Рис. 28. Схема простейшего самопишущего устройства.
На барабан, вращающийся со строго постоянной скоростью, наматывается бумажная лента. Поперёк этой ленты скользит стрелка электрометра особой конструкции. На конце стрелки укреплено пишущее перо, которое оставляет на ленте свой след. Если бы лента была неподвижна, то при вибрациях перо двигалось бы вверх-вниз по одному и тому же месту. Но поскольку лента в свою очередь перемещается, перо чертит на ней извилистую линию — кривую вибраций.
Эта зарисованная на бумаге картина вибраций может быть легко расшифрована. Высота пиков на кривой показывает величину размаха колебаний вибрирующего тела. Зная скорость вращения барабана и число пиков на отрезке ленты, легко найти и частоту вибрации.
Однако при высокой частоте вибраций самопишущие устройства оказываются непригодными. Вследствие того, что детали самописца обладают инерцией, пишущее перо не успевает следовать за быстрыми движениями вибрирующего тела.
В этом случае пьезоэлектрический акселерограф соединяется с осциллографом. На экране осциллографа непосредственно наблюдается светящаяся кривая вибраций — осциллограмма, которую легко зафиксировать с помощью фотоаппарата. Примеры осциллограмм даны на рис. 29.
Рис. 29. а) Кривая колебаний крыла самолёта после удара, б) кривая вибраций фундамента паровой турбины, в) колебания неотрегулированного электромотора.
Исследовать высокочастотные вибрации возможно только при помощи пьезоэлектрических акселерографов.
12. «Ухо» хирурга
Казалось бы, зачем хирургу слух? Врачи во время операций руководствуются зрением и особым профессиональным чувством осязания, которое у опытных хирургов достигает необычайной остроты. Рука хирурга по её гибкости, чуткости и быстроте движений сравнима лишь с рукой музыканта.
А слух, нужен ли он для успеха операции?
В операционной, где нередко решается судьба человеческой жизни, царит абсолютная тишина. Движения хирурга и ассистентов совершенно бесшумны — люди понимают друг друга без слов. В этот момент еле слышный звук уже отвлекает внимание, ничтожный шорох раздражает. Одно единственное слово, сказанное «под руку», может причинить непоправимый вред.
Вот почему многие хирурги были бы, вероятно, не прочь на время операции «выключить» собственные уши, как выключают громкоговоритель, когда он мешает.
А между тем слух может стать таким же верным помощником хирурга, как осязание или зрение. Более того, богатство наших слуховых ощущений, если его суметь использовать, сулит хирургам новые возможности. Ведь зрение не может проникнуть в глубокую рану, не может обнаружить в ней осколков металла или костей.
В таких случаях хирургам приходится работать буквально «наощупь». Они исследуют глубокие ранения с помощью длинных, слегка изогнутых металлических стержней — так называемых зондов. Вводя зонд в рану, хирург медленно ощупывает её стенки и дно в поисках инородных предметов, которые нужно извлечь при операции.
Когда такой предмет, например, осколок снаряда или кусочек кости, ударяется о зонд, в зонде возникает упругая волна и рука хирурга улавливает лёгкое сотрясение.
Чтобы научиться в совершенстве владеть зондом и безошибочно угадывать характер инородного предмета, нужен большой опыт.
Зондирование значительно упростится, если упругую волну, возникающую в зонде при его столкновении с осколком, улавливать не рукой, а чувствительным пьезоэлектрическим прибором.
Такой прибор был создан во время Великой Отечественной войны на кафедре физики Ленинградского государственного педиатрического медицинского института (слово «педиатр» означает детский врач).
Пьезоэлектрический зонд устроен очень просто. Он состоит из собственно зонда — изогнутого металлического стержня, пьезоэлектрического микрофона, к которому этот стержень прикреплён, и пьезоэлектрических телефонов. Внешний вид такого зонда показан на рисунке 30.
Рис. 30. Так устроен пьезоэлектрический зонд.
По принципу работы пьезоэлектрический зонд напоминает своего рода звукосниматель, в котором вместо иглы применён стержень. Толчок, воспринятый стержнем, передаётся пластинке из сегнетовой соли. Пластинка начинает колебаться, и на её электродах возникают электрические заряды. Эти заряды через соединительные проводники передаются к телефонам, и в телефонах слышится звук.
Чувствительность пьезоэлектрического микрофона и телефонов с пластинками из сегнетовой соли вполне достаточна для того, чтобы звук был громок. Однако она может быть повышена во много раз, если электрические колебания усилить с помощью обычного усилителя, какой есть почти в любом радиоприёмнике.
Пьезоэлектрическим зондом легко не только обнаружить осколок, но и точно установить его характер. Если осколок с зазубренными краями, звук в телефонах будет прерывистым, похожим на царапанье. Если поверхность осколка гладкая, то звук будет похож на шорох.
Пьезоэлектрический зонд имеет и ещё одно, косвенное, достоинство. Телефоны, плотно охватывая уши хирурга, изолируют его от посторонних шумов, помогают сконцентрировать внимание на объекте операции.
По такому принципу можно переоборудовать и другие хирургические инструменты, например нож.
