Рабочая программа по дисциплине "Акустическое зондирование биоматериалов"

 Липецкий государственный технический университет

     УТВЕРЖДАЮ

     Декан ФТФ

И.А. Коваленко

_______________________

     « ___ » _____________    2020г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«Акустическое зондирование биоматериалов»

____________________________________________________________________

Направление подготовки: 12.03.04 «Биотехнические системы и технологии»

Профиль подготовки:   Инженерное дело в медико-биологической практике

Квалификация выпускника:  бакалавр

Форма обучения:  очная

г. Липецк – 2020 г.

1. Характеристики, структура и содержание

1.1. Цели и задачи изучения

Целями освоения дисциплины «Акустическое зондирование биоматериалов» являются:

- ознакомление с физическими принципами и теоретическими основами физической акустики: понятие о деформациях и напряжениях в упругой среде и распространении упругих волн, представление об интерференции, когерентности и образовании интерференционной картины, дифракции и распространение упругих волн в волноводах, генерация и приём упругих волн с помощью пьезопреобразователей;

- ознакомление с методами акустического зондирования;

- изучение излучателей и приемников ультразвука, а также аппаратуры и технологии акустического контроля;

- представление о практическом применение этих знаний и приборов в биомедицинской практике.

В задачи дисциплины входит формирование:

- современного научного знания о физической акустике;

- навыков владения основными приемами и методами решения проблем акустического зондирования;

- навыков проведения научных исследований биоматериалов.

1.2. Язык обучения

Русский

1.3. Требование к подготовленности обучающегося к освоению содержания учебной дисциплины

Для успешного изучения дисциплины «Акустическое зондирование биоматериалов» студенты должны обладать знаниями, умениями и навыками в области физики и математики в рамках первых курсов университета, а также освоить материал дисциплин предшествующего периода обучения по программе бакалавриата «Химия», «Биология», «Метрология, стандартизация и технические измерения».

Изучение дисциплины обеспечит формирование у бакалавров подхода к использованию акустических методов при решении профессиональных задач в области биомедицинских технологий.

Освоение дисциплины «Акустическое зондирование биоматериалов» необходимо как предшествующее для изучения следующих дисциплин: «Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы», «Управление в биотехнических системах», «Технология обслуживания систем медицинского назначения».

1.4. Результаты изучения дисциплины

Учебный материал данной дисциплины способствует (совместно с другими дисциплинами) формированию следующих компетенций:

- способен применять естественнонаучные и общеинженерные знания, методы математического анализа и моделирования в инженерной деятельности, связанной с разработкой, проектированием, конструированием, технологиями производства и эксплуатации биотехнических систем (ОПК-1);

- способен осуществлять профессиональную деятельность с учетом экономических, экологических, интеллектуально правовых, социальных и других ограничений на всех этапах жизненного цикла технических объектов и процессов (ОПК-2);

- способен проводить экспериментальные исследования и измерения, обрабатывать и представлять полученные данные с учетом специфики биотехнических систем и технологий (ОПК-3);

- способность к формированию технических требований и заданий на проектирование и конструирование биотехнических систем и медицинских изделий (ПК-1);

-способность к математическому моделированию элементов и процессов биотехнических систем, их исследованию на базе профессиональных пакетов автоматизированного проектирования и самостоятельно разработанных программных продуктов (ПК-2)

- способность к анализу, расчету, проектированию и конструированию в соответствии с техническим заданием типовых систем, приборов, деталей и узлов медицинских изделий и биотехнических систем на схемотехническом и элементном уровнях, в том числе с использованием систем автоматизированного проектирования (ПК-3);

- способность к проведению технического обслуживания биотехнических систем и медицинских изделий на специализированных предприятиях и технических службах лечебных учреждений (ПК-8);

- способность к организации и проведению постпродажного обслуживания и сервиса биотехнической системы, медицинского изделия (ПК-9).

1.5. Знания, умения, навыки, приобретаемые обучающимися при изучении дисциплины

В результате освоения дисциплины «Акустическое зондирование биоматериалов» студент должен:

1) знать:

- основные понятия и определения акустики, теоретические основы работы и принципы построения медицинских генераторов излучения; областей медицинского  применения оборудования (ОПК-1, ОПК-2,ОПК-3, ПК-3, ПК-8, ПК-9).

2) уметь:

- применять медицинские акустические методы, приборы и системы (ОПК-1, ОПК-3, ПК-3, ПК-8, ПК-9);

3) владеть:

- практическими навыками работы с медицинскими акустические приборами и устройствами (ОПК-1, ОПК-3, ПК-3, ПК-1, ПК-2, ПК-8, ПК-9).

1.6. Перечень и объем активных форм учебной работы по дисциплине

В данном курсе применяются как классические, так и активные аудиторные методы. Наряду с этим в рамках самостоятельной работы предусматривается внеаудиторное освоение материала с использованием учебников и учебных пособий.

	Раздел дисциплины	Виды учебной работы, трудоемкость каждого вида в часах	Используемые активные образовательные технологии	Количество часов
1	Методы акустического контроля. Физические основы акустических методов контроля. Упругие волны в ограниченных средах	Лекции - 6 часов	- проблемная лекция; - групповая научная дискуссия	6 часов
		Лабораторные занятия - 12 часов	- работа в малых группах; - ситуационный анализ	12 часов
2	Излучатели и приемники ультразвука. Акустическое поле	Лекции - 4 часа	- проблемная лекция; - групповая научная дискуссия	4 часа
		Лабораторные занятия - 8 часов	- работа в малых группах; - ситуационный анализ	8 часов
3	Метрологическое обеспечение ультразвуковой дефектоскопии. Аппаратура и технология акустического контроля. Применение в медицине	Лекции - 6 часов	- проблемная лекция; - групповая научная дискуссия	6 часов
		Лабораторные занятия - 12 часов	- работа в малых группах; - ситуационный анализ	12 часов

1.7. Структура и организация изучения дисциплины, текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 часов

Курс	Семестр	Кол. нед.	В зач. един	Объем учебной дисциплины в часах					Ауд., часов в неделю			Зачет	Экз.	Зад.
				Всего	С преп.		СРС	Пром. контр	Лек.	Л.р.	Прак. зан.
					Ауд.	Конс.
4	7	16	3	108	48	14	40	6	1	2	-	1	-	1

Виды, формы и сроки текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации

№ п/п	Раздел дисциплины	Семестр	Неделя семестра	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)				Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам)
				Лекции	Лаб.	Практ. Зан.	СРС
1	Раздел 1. Методы акустического контроля. Физические основы акустических методов контроля. Упругие волны в ограниченных средах	7	1-6	6	12	-	14	Сдача лабораторной работы №1 – 3 неделя (10 баллов) Сдача лабораторной работы № 2 – 6 неделя (10 баллов)
	ВСЕГО			6	12		14	20 баллов
2	Раздел 2. Излучатели и приемники ультразвука. Акустическое поле	7	7-10	4	8	-	12	Сдача лабораторной работы №3 – 9 неделя (10 баллов) Реферат – 10 неделя (25 баллов)
	ВСЕГО			4	8		12	35 баллов
3	Раздел 3. Метрологическое обеспечение ультразвуковой дефектоскопии. Аппаратура и технология акустического контроля. Применение в медицине	7	11-16	6	12	-	14	Сдача лабораторной работы №4 – 13 неделя (10 баллов) Сдача лабораторной работы №5 – 15 неделя (10 баллов) Выполнение контрольной работы – 16 неделя (25 баллов)
	ВСЕГО			16	32		40	45 баллов
4	Итог (промежуточная аттестация)							Зачет

1.8. Структура и содержание учебной дисциплины

1.8.1. Структура лекционного курса

Раздел дисциплины	Часы
ТЕМА 1. Методы акустического контроля. Физические основы акустических методов контроля. Упругие волны в ограниченных средах	6
Лекция 1. Методы акустического контроля	2
Лекция 2. Физические основы акустических методов контроля	2
Лекция 3. Упругие волны в ограниченных средах. Прохождение волн через границу сред.	2
ТЕМА 2. Излучатели и приемники ультразвука. Акустическое поле	4
Лекция 4. Излучатели и приемники ультразвука	2
Лекция 5. Акустическое поле	2
ТЕМА 3. Метрологическое обеспечение ультразвуковой дефектоскопии. Аппаратура и технология акустического контроля. Применение в медицине	6
Лекция 6. Метрологическое обеспечение ультразвуковой дефектоскопии. Аппаратура и технология акустического контроля	2
Лекция 7. Физическая химия взаимодействия ультразвука с биологическими тканями. Ультразвуковые изображения и восприятие наблюдателя.  Методология клинических исследований	2
Лекция 8. Методы визуализации движущихся структур. Применение ультразвука в терапии и хирургии. Оценка безопасности применения ультразвука в медицине	2
ВСЕГО	16

1.8.2. План лабораторных работ

№ п/п	Тема лабораторного занятия	Кол-во часов	Неделя	Рейтинг
1	2	3	4	5
1	Выполнение лабораторной работы №1 «Исследование стоячих волн на струне»	2	1	-
2	Подготовка ответов на контрольные вопросы к лабораторной работе №1 «Исследование стоячих волн на струне»	2	2	-
3	Сдача лабораторной работы №1 «Исследование стоячих волн на струне»	2	3	10
4	Выполнение лабораторной работы №2 «Исследование распространения волн в резонаторе и определение скорости звука»	2	4	-
5	Подготовка ответов на контрольные вопросы к лабораторной работе №2 «Исследование распространения волн в резонаторе и определение скорости звука»	2	5	-
6	Сдача лабораторной работы №2 «Исследование распространения волн в резонаторе и определение скорости звука»	2	6	10
7	Выполнение лабораторной работы №3 «Изучение дифракции. Применения дифракционных эффектов в практике»	2	7	-
8	Подготовка ответов на контрольные вопросы к лабораторной работе №3 «Изучение дифракции. Применения дифракционных эффектов в практике»	2	8	-
9	Сдача лабораторной работы №3 «Изучение дифракции. Применения дифракционных эффектов в практике»	2	9	10
10	Защита  подготовленных рефератов	2	10	25
11	Выполнение лабораторной работы №4 «Изучение метода амплитудного сканирования»	2	11	-
12	Подготовка ответов на контрольные вопросы к лабораторной работе №4 «Изучение метода амплитудного сканирования»	2	12	-
13	Сдача лабораторной работы №4 «Изучение метода амплитудного сканирования»	2	13	10
14	Выполнение лабораторной работы №5 «Изучение затухающих колебаний»	2	14	-
15	Подготовка к ответам на контрольные вопросы и сдача лабораторной работы №5 «Изучение затухающих колебаний»	2	15	10
16	Выполнение контрольной работы	2	16	25
ВСЕГО		32	-	100

*Примечания:

- лабораторные работы выполняются побригадно, порядок их выполнения для различных бригад не совпадает, поэтому в таблице приведен пример календарного плана для одной из бригад;

- одна лабораторная работа выполняется на 1 - 2 занятиях;

- преподаватель по своему усмотрению выбирает из списка для каждой бригады не менее 5 работ в  семестре и составляет маршрут;

- список может дополняться по мере постановки новых работ.

1.8.3. Распределение бюджета времени на выполнение самостоятельной работы

Самостоятельная работа студентов (СРС) включает:

- изучение и конспектирование литературы в соответствии с программой курса;

- подготовку к лабораторным занятиям в соответствии с программой курса;

- работу с Internet -источниками;

- изучение литературы и Internet-источников при подготовке рефератов по темам курса;

- подготовку к текущему контролю (контрольной работе), проводимому в течение семестра.

Все формы самостоятельной работы студентов обеспечиваются наличием вычислительной техники компьютерного класса ФТФ с Internet-подключением и лицензионным программным обеспечением, а также учебно-методической и справочной литературой по изучаемой дисциплине. Для обеспечения выполнения студентами самостоятельного изучения теоретических вопросов предложена рекомендуемая литература и перечень источников в сети Internet.

При подготовке к лекциям и реферату студенты используют справочную и периодическую литературу по соответствующей тематике раздела дисциплины.

Индивидуальная работа включает в себя консультации по подготовке задания, расчету лабораторных работ, а также анализ выполнения контрольной работы.

1.8.4.1. Нормирование часов по самостоятельной работе студентов по дисциплине

№	Вид деятельности	Коэффициент для расчета СРС	Кол-во часов, выделенных на СРС
1.	Проработка материала лекций	0,15 часа/час лекций	2,4
2.	Подготовка к лабораторным занятиям	0,5-1 час/час аудиторных занятий	22
3.	Подготовка к зачету	4-6 часов/зачет	6
Время на самостоятельную работу, которое распределяется между промежуточным контролем и заданиями:
4.	Выполнение реферата	1 час/3 п.с. А4	5
5.	Подготовка к контрольной работе	4 часа/1 к.р.	4
ИТОГО ЧАСОВ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ СТУДЕНТОВ			39,4

2. Обеспечение учебной дисциплины

2.1.1. Методическое обеспечение аудиторной работы

Для методического обеспечения аудиторной работы по дисциплине используются следующие материалы и технологии:

-  раздаточный материал (в т. ч. тестовые задания) на бумажных и электронных носителях;

- презентации для лабораторных занятий;

- демонстрационные модели для лекционных и лабораторных занятий;

- наглядные пособия;

- электронные конспекты лекций.

2.1.2. Методические материалы для проведения текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации

Текущий контроль

Текущий контроль освоения дисциплины контингентом студентов осуществляется посредством аттестации (1-я аттестация, в соответствии с Положением о балльно-рейтинговой системе университета) на основании защиты лабораторных работ и промежуточных итогов выполнения реферата.

Каждая из пяти лабораторных работ в семестре оценивается в 10 баллов. Перед выполнением каждой из них обучающийся должен рассказать преподавателю порядок выполнения предстоящей работы и получить к ней допуск. К защите представляются работы, оформленные в полном соответствии с СТО-12-2012 и  СТО-13-2016, содержащие физически и математически верные расчеты с правильным представлением результатов и обоснованными выводами. При защитах лабораторных работ используется целостная схема оценивания ответов на контрольные вопросы:

Баллы	Содержание замечаний
9-10	Правильный ответ в целостном изложении без недочетов.
7-8	Правильный ответ, содержащий недочеты непринципиального характера, которые были устранены в ходе собеседования.
5-6	Ответ с ошибками принципиального характера, которые были устранены в ходе собеседования.
3-4	Ответ с ошибками принципиального характера, которые не были устранены в ходе собеседования; студент взял «тайм-аут», чтобы исправить ошибки.
1-2	Имеются отдельные фрагменты правильного ответа, не образующие целостной картины; студент взял «тайм-аут», чтобы заново подготовиться к ответу.

Контрольная работа в конце семестре оценивается в 25 баллов. При проверке используется целостная схема оценивания представленных решений:

Количество задач	Тип задач	Максимальный балл за одну задачу	Критерии оценки
5	С развер- нутым ответом	5	Полное обоснованное решение с верным ответом – 5 В решении отсутствуют некоторые обоснования применения той(го) или иной(го) формулы/закона, но ответ верный – 4 В решении отсутствуют некоторые обоснования применения той(го) или иной(го) формулы/закона и при расчетах допущена математическая ошибка – 3 Решение без обоснования применения той(го) или иной(го) формулы(закона), но ответ верный – 2 Решение без обоснования применения той(го) или иной(го) формулы(закона), но не доведенное до конца – 1 Все остальные случаи - 0

Реферат объемом 10-15 печатных страниц представляет собой краткий доклад по заданной теме, в котором собрана информация из нескольких источников. При проверке используется целостная схема оценивания представленных работ:

Критерии оценки	Максимальный балл
Целостного авторского текста	1-5
Новизна авторского текста	1-5
Обоснованность выбора источника	1-5
Степень раскрытия сущности вопроса	1-5
Соблюдение требований к оформлению	1-5

Примеры заданий для текущего контроля знаний

Перечень заданий для текущего контроля освоения дисциплины.

Лабораторная работа №1 «Исследование стоячих волн на струне».

Лабораторная работа №2 «Исследование распространения волн в резонаторе и определение скорости звука»

Лабораторная работа №3 «Изучение дифракции. Применения дифракционных эффектов в практике»

Лабораторная работа №4 «Изучение метода амплитудного сканирования»

Лабораторная работа №5 «Изучение затухающих колебаний»

Лабораторная работа №4 «Изучение метода амплитудного сканирования»

Цель работы: изучить на практике эхоимпульсный метод амплитудного сканирования (метод А-сканирования) с помощью ультразвукового дефектоскопа УД2-12.

Приборы и оборудование: дефектоскоп УД2-12 с цифровым индикатором измеряемых величин и набором пьезоэлектрических преобразователей, «фантом» в форме прозрачного блока из полиамидного пластика с различными неоднородностями в объеме, кварцевая призма.

Физическое содержание: метод амплитудного сканирования – это поиск неоднородностей в тканях ультразвуковым методом, т.е. путем излучения и принятия ультразвуковых колебаний, и дальнейшего анализа их амплитуды, времени прихода, формы и пр. с помощью специального оборудования – ультразвукового сканера (в данной работе дефектоскоп УД2-12).

Входные данные:

1) один из режимов работы дефектоскопа УД2-12;

2) выбор исследуемой поверхности и ее подготовка для сканирования;

3) получить графическое изображение эхоимпульсов на экране, временной интервал между импульсами.

Содержание отчета:

1. Название и цель лабораторной работы.

2. Перечень и схемы приборов и принадлежностей.

3. Краткая теория с расчетными формулами для определяемых величин и их погрешностей.

4. Расчеты величин и запись результатов в стандартном виде.

Контрольные вопросы:

1. Какие диапазоны частот относятся к звуковому и ультразвуковому диапазону?

2. Запишите уравнение упругой волны и дайте определение фазы, частоты, периода и длины волны.

3. Что такое фазовая скорость упругой волны?

4. Дайте определение колебательной скорости частиц среды в упругой волне.

5. Какие величины связывают между собой дисперсионное соотношение?

6. Какова связь между колебательной скоростью и напряжением в упругой волне?

7. Дайте определение импеданса упругой среды.

8. Что представляет собой эхоимпульсный метод А-сканирования?

9. Какова блок-схема дефектоскопа?

10. Какие приборы и органы управления расположены на передней панели дефектоскопа?

11. Каковы правила техники безопасности при работе с ультразвуковыми приборами?

12. Каков порядок включения дефектоскопа в работу?

13. Какие органы настройки расположены на верхней панели дефектоскопа?

14. Как определить скорость звука с помощью дефектоскопа?

15. Как определить расстояние до препятствия в заданном материале с помощью дефектоскопа?

Примечание: более подробная информация – в соответствующих методических указаниях.

Темы рефератов:

1. Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея в технике и медицине.

2. Физические основы применения ультразвуковых волн Лэмба в технике и медицине.

3. Фокусировка ультразвука высокой интенсивности в медицине.

4. Физические основы нелинейной акустики.

5. Основы нерегулярных волноводов с медленно меняющимися параметрами.

6. Методы и приборы ультразвуковых исследований.

7. Основные волновые задачи гидроакустики.

8. Акустическое поле. Физические особенности и свойства.

9. Метрологическое обеспечение ультразвуковой дефектоскопии.

10. Аппаратура и технология акустического контроля в медицине.

11. Безопасность применения ультразвука в медицине.

12. Биофизика ультразвука.

13. Применение ультразвука в терапии опухолей.

14. Ультразвук в хирургии.

15. Исторические перспективы применения ультразвука в медицине.

16. Эхо-локация в природе и технике.

17. Акустическая голография.

18. Применение ультразвуковых исследований для лечения кожных болезней.

19. Физические основы звуковидения и лазерной оптоакустики.

20. Использование ультразвуковой томографии в нейрохирургии.

21. Использование ультразвука в фармации.

22. Использование ультразвуковой диагностики в акушерстве.

23. Физические принципы построения ультразвуковых преобразователей неразрушающего контроля.

24. Использование ультразвука в офтальмологии.

25. Основы физики звуковых фокусирующих систем.

Контрольная работа (пример вариант работы)

1. Рассчитать звуковой барьер скорости самолета, когда скорость его равна скорости звука на высоте 9 км, где температура -70ºС, и сравнить его со звуковым барьером при 0ºС на уровне моря. Зависит ли барьер от атмосферного давления?

2. Найти звуковое поле в бесконечной прямоугольной трубе, заполненной воздухом, сечения a×b (a>b), в начальном сечении которой на площади щели длиной a и шириной d, расположенной у края площади a×b, задана скорость .

3. Найти модуль и фазу коэффициента отражения звука (при нормальном падении звука) частоты f от твердой поверхности, на которой по квадратной решетке с шагом «a» расположены круглые каналы глубины l и площади S. Определить модуль и фазу коэффициента отражения в диапазоне частот до 10000 Гц в функции , приняв ; .

4. Рассчитать фильтр низких частот, включаемый в волновод (трубку) диаметром  так, чтобы его граничная частота  была равна 500 Гц. Определить затухание A в децибелах на одну ячейку фильтра при .

5. При излучении точечного источника с производительностью  при частоте  на расстоянии  амплитуда звукового давления равна 0,1 бала. Определить производительность (силу) источника , учитывая коэффициент затухания звука в морской воде равен 30 дБ/км.

Промежуточный контроль

По итогам освоения дисциплины – зачет

Теоретические вопросы по дисциплине «Акустическое зондирование биоматериалов» для подготовки к зачету

1. Признаки классификации методов неразрушающего контроля?

2. Поясните различие между активными и пассивными методами акустического контроля.

3. Дайте определение информативных параметров метода акустического контроля. Приведите примеры.

4. Назовите преимущества и недостатки дельта-метода. Для каких целей он используется?

5. Что такое акустический импеданс? В каких единицах он измеряется?

6. В чем сущность резонансного метода акустического контроля?

7. Перечислите источники акустической эмиссии.

8. Что такое акустический контакт? Какие способы осуществления акустического контакта вы знаете?

9. Дайте определение понятий «колебание» и «волна». В чем состоит различие непрерывных и импульсивных колебаний?

10. Что такое волновая поверхность и волновой фронт? По какому признаку различают плоские, сферические и цилиндрические волны?

11. Чем отличается характер распространения упругих колебаний в твердых телах и в газах?

12. Что такое дисперсия скорости? Какие среды являются бездисперсионными?

13. Поясните физический смысл фазовой и групповой скорости волн.

14. Определите энергетические характеристики упругих волн. Что такое вектор Умова-Пойнтинга?

15. Что такое децибелы? Для чего они используются в акустическом контроле?

16. Какие физические свойства упругих сред называют акустическими?

17. Дайте определение волны Рэлея. Охарактеризуйте ее свойства и особенности применения а акустическом контроле.

18. Как особенности микро- и макрорельефа поверхности влияют на характер распространения волн Рэлея?

19. Назовите свойства и условия возбуждения головных волн.

20. Что называют нормальной волной? Перечислите ее основные свойства.

21. Каковы особенности распространения волн Лэмба в жидкостях и твердых телах? Назовите области применения волн Лэмба.

22. При каких условиях возникают волны Порхгаммера? В чем состоит их отличие от волн Лэмба?

23. Дайте определение коэффициентов прохождения и отражения по амплитуде и интенсивности. Как они зависят от акустических импедансов контактирующих сред?

24. Сформулируйте закон Снеллиуса. Поясните смысл величин, входящих в соответствующее выражение.

25. Запишите энергетические соотношения для границы двух сред.

26. Что такое критические углы? Из каких условий они определяются?

27. Поясните сущность явления незеркального отражения. Каковы его причины?

28. Каковы особенности отражения упругих волн от двугранного угла? Почему этот случай важен для практики?

29. Какие закономерности определяют прохождение волн на границе двух сред, разделенных тонким слоем? Поясните влияние толщины слоя на прохождение акустических волн через границу.

30. Что такое электроакустический преобразователь? Перечислите основные типы преобразователей.

31. Охарактеризуйте физику явления пьезоэлектрического эффекта. Уравнениями какого вида он описывается?

32. По какому признаку и на какие группы делятся пьезоматериалы? Приведите примеры.

33. Какие типы преобразователей различают в зависимости от способа акустического контакта с изделием? Перечислите основные различия между ними.

34. Запишите формулу для добротности ультразвукового преобразователя. Поясните все обозначения.

35. Для чего нужно обеспечить максимальную ширину полосы частот преобразователя? Какими способами это можно осуществить?

36. Что такое акустическое поле преобразователя? От каких факторов зависят его параметры?

37. В чем отличие полей излучения и приема преобразователя?

38. Запишите выражение для поля излучения преобразователя произвольной формы. Объясните все обозначения.

39. Что характеризует диаграмма направленности преобразователя?

40. Сравните диаграммы направленности для круглого, кольцеобразного и прямоугольного преобразователей. Перечислите их основные различия и области применения.

41. В каких случаях применяется акустическая задержка? Как изменяется расчет акустического поля преобразователя с учетом задержки?

42. Как рассчитывается поле преобразователя с плоскопараллельной и наклонной задержками? Где реализуются эти два случая?

43. Какова основная задача акустического контроля?

44. Дайте определение акустического тракта. Какие эффекты определяют ослабление сигнала в акустическом тракте?

45. Какие модели дефектов используются при расчете акустического тракта? Какие искусственные дефекты они моделируют?

46. Что такое эквивалентный размер дефекта и как он связан с реальным размером?

47. Чему равен коэффициент выявляемости дефекта? Запишите выражение, поясните все обозначения.

48. Чем отличаются искусственные дефекты для наклонного преобразователя?

49. Для чего используются стандартные образцы? Какие стандартные образцы вы знаете?

50. Какие требования предъявляются к стандартным образцам предприятия?

51. Что такое амплитуда-расстояние-диаметр-диаграмма? Назовите основные типы амплитуда-расстояние-диаметр-диаграмм.

52. Каковы основные условия дефектоскопичности объекта контроля?

53. Каким образом проводят сканирование зоны контроля? Как выбирается шаг сканирования?

54. Назовите основные требования, предъявляемые к акустическому дефектоскопу.

55. Перечислите наиболее важные узлы импульсного дефектоскопа. Охарактеризуйте каждый из них.

56. Для чего предназначена схема временной регулировки чувствительности? Какие преимущества дает ее использование в процессе контроля?

57. В каких случаях необходимо использование синхронизатора? Как выбирается его рабочая часть?

58. Каковы причины появления шумов и помех? Назовите основные их виды применительно к ультразвуковому контролю.

59. Каким образом можно отличить полезный сигнал от структурных помех?

60. Укажите основные способы борьбы с помехами.

Практические задания по дисциплине «Акустическое зондирование биоматериалов» для подготовки к зачету

1. Задача №1. Расчет модуля Юнга по величине скорости звука и плотности материала.
2. Задача №2. Расчет акустического импеданса материала по величине модуля Юнга, плотности материала и поперечному сечению образца.
3. Задача №3. Расчет акустического импеданса материала по величине скорости звука, плотности материала и поперечному сечению образца.
4. Задача №4. Расчет передаточной матрицы для цилиндрического волновода.
5. Задача №5. Расчет коэффициента отражения на границе двух сред по значениям импедансов этих сред.
6. Задача №6. Расчет коэффициента прохождения на границе двух сред по значениям плотностей и скоростей звука в этих средах
7. Задача №7. Расчет коэффициента отражения на границе двух сред по значениям модулей Юнга и плотностей этих сред.
8. Задача № 8. Расчет расстояния до объекта эхоимпульсным методом.
9. Задача №9. Расчет резонансной толщины пластинки для заданной частоты по значению скорости звука в материале.
10. Задача №10. Расчет частоты излучателя заданной толщины по значениям плотности и модуля Юнга.
11. Задача №11. Расчет волнового числа по значениям скорости звука и частоты.
12. Задача №12. Расчет резонансных частот для цилиндрического образца заданной длины по константам материала.
13. Задача №13. Расчет величины деформации цилиндрического образца из заданного материала по величине приложенной силы и поперечному сечению.
14. Задача №14. Расчет удлинения цилиндрического образца заданного сечения и длины по значению приложенного напряжения и константам материала.
15. Задача №15. Расчет амплитуды смещения цилиндрического образца заданной длины по величине амплитуды напряжения и модулю Юнга.
16. Задача №16. Расчет амплитуды колебательной скорости по величине амплитуды напряжения и константам материала.
17. Задача №17. Расчет амплитуды смещения для цилиндрического образца заданных размеров по величине амплитуды колебательной скорости и константам материала.

Промежуточный контроль по итогам освоения дисциплины – зачет (по билетам).

При проведении зачета используется следующая 100-балльная шкала оценивания:

Сумма баллов	Оценка	Соответствующий уровень сформированности компетенций
0-52	неудовлетворительно	допороговый
53-79	удовлетворительно	пороговый
80-92	хорошо	повышенный (подвинутый)
93-100	отлично

2.2. Кадровое обеспечение учебной дисциплины

2.2.1. Требования к образованию и (или) квалификации штатных преподавателей и иных лиц, допущенных к преподаванию дисциплины

К чтению лекций должны привлекаться преподаватели, имеющие должность профессора, доцента или старшего преподавателя. Преподаватели, привлекаемые к проведению любых видов аудиторных занятий, должны иметь базовое образование и/или ученую степень, соответствующие  дисциплине «Акустическое зондирование биоматериалов».

2.2.2. Требования к обеспеченности учебно-вспомогательным и (или) иным персоналом

Для проведения лабораторных занятий необходимо присутствие лаборанта или техника.

2.3. Материально-техническое обеспечение дисциплины

2.3.1. Требования к аудиториям для проведения занятий

Для реализации образовательного процесса по дисциплине «Акустическое зондирование биоматериалов» используются мультимедийные лекционные аудитории. Лабораторные занятия проводятся в тематических лабораториях кафедры физики и биомедицинской техники.

2.3.2. Требования к аудиторному оборудованию, в том числе к неспециализированному компьютерному оборудованию и программному обеспечению общего пользования

Для реализации образовательного процесса по дисциплине «Акустическое зондирование биоматериалов» используются:

- при проведении лекций: проектор и ноутбук, демонстрационные установки;

- при проведении лабораторных работ: специализированные лабораторные стенды, приборы и принадлежности согласно методическим указаниям к соответствующим лабораторным работам;

- программное обеспечение общего пользования: Windows XP и выше, Microsoft Office 2003 и выше.

2.3.3. Требования к специализированному оборудованию

Не предусматриваются.

2.3.4. Требования к специализированному программному обеспечению

Не предусматриваются.

2.3.5. Требования к перечню и объему расходных материалов

Не предусматриваются.

2.3.6. Материально-техническое обеспечение дисциплины при обучении лиц с ограниченными возможностями

Для обучения инвалидов и лиц с ограниченными возможностями здоровья в вузе оснащены специальные аудитории для проведения занятий (ауд. 207 – 9 корпус). На кафедральной странице сайта ЛГТУ размещены материалы заданий по дисциплине. В локальной сети ЛГТУ размещены методические и учебные пособия для освоения данной дисциплины.

Особенность контингента обучающихся определяет перечень  применяемое оборудование, в том числе оборудование для обучения лиц с ограниченными возможностями здоровья. Для обучения инвалидов и лиц с ограниченными возможностями здоровья в ЛГТУ имеется:

1.   Тифло-информационный центр (ауд.9-207).

2.   Стационарная индукционная система для создания звукового поля для лиц с нарушениями слуха ILD 300.

3.   Портативный дисплей Брайля Fokus 40 Blue с беспроводной технологией Bluetooth.

4.   Принтер Брайля.

5.   Цифровая видеосистема для работы с текстом и управления различными компонентами информационного пространства Videomatic.

6.   Сенсорное устройство ввода для облегчения взаимодействия с компьютерной техникой.

7.   Ноутбук в комплекте 17.3" Lenovo IdeaPad G70-80 3205U – 5 шт.

8.   Интерактивная доска в комплекте с мультимедийнsм проектором.

В зданиях и на территории, предназначенных для реализации программ подготовки инвалидов, имеется:

1.   Кнопка на входе в корпус для вызова сопровождающего (корпус №9).

2.   Пандус на входе в корпус (корпус №9).

3.   Подъемник в корпусе (корпус №9).

4.   Широкие лифты для маломобильных студентов в корпусе (корпус №9).

5.   Туалет (корпус №9).

6.   Пандус: вход в учебно-спортивный комплекс.

7.   Разметки для ориентации в пространстве.

2.4. Информационное обеспечение

2.4.1. Литература

№ п/п	Наименование	Кол-во экз. в НТБ ЛГТУ
а. Основная
1	Зацепин, А.Ф. Акустические измерения: учебное пособие для СПО / А.Ф. Зацепин; под ред. В.Е. Щербинина. – М.: Издательство Юрайт, 2019. – 211 с.	20
2	Ультразвук в медицине. Физические основы применения / под ред. К. Хилла, Дж. Бэмбера, Г. тер Хаар. Пер. с англ. под ред. Л.Р. Гаврилова, В.А. Хохловой, О.А. Сапожникова. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 544 с.	10
3	Кайно, Г. Акустические волны / Г. Кайно. – М.: Мир, 1990.	15
4	Акопян, В. Б. Ультразвук в медицине / В.Б. Акопян. – М.: Колос, 1984.	10
5	Красильников, В. А., Крылов, В. В. Введение в физическую акустику / В.А. Красильников, В.В. Крылов. – М.: Наука, 1984.	10
6	Агранат, Б. А. Основы физики и техники ультразвука / Б.А. Агранат. – М.: Наука, 1987.	10

2.4.2. Профессиональные базы данных

Не требуются.

2.4.3. Информационные справочные системы

Не требуются.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВО 3++ с учетом рекомендаций Примерной образовательной программы по направлению бакалавриата   12.03.04  «Биотехнические системы и технологии» и профилю подготовки «Инженерное дело в медико-биологической практике».

Авторы:

доцент, к.ф.-м.н.                  ____________________            А.А. Заворотний

Эксперт: ____________     ____________________             ______________

Программа одобрена на заседании кафедры физики и биомедицинской техники

«___»_______________2020 г., протокол №_____.

Председатель ОПН

специальности 12.03.04  

«Биотехнические системы и технологии»  ____________   С.И. Шарапов

Краткое описание документа:

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВО 3++ с учетом рекомендаций Примерной образовательной программы по направлению бакалавриата 12.03.04 «Биотехнические системы и технологии» и профилю подготовки «Инженерное дело в медико-биологической практике».

Автор программы: к.ф-м.н., доцент кафедры физики и биомедицинской техники ЛГТУ Заворотний Анатолий Анатольевич