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Capítulo 7

Capítulo 7. NOÇÕES DE TRANSDUTORES ACÚSTICOS. Cap. 7 – Noções de Transdutores Acústicos. 7.1 Testes Ultrassônicos Não Destrutivos 7 .2 Algumas Definições 7 .3 O Campo Acústico 7 .4 Características de Projeto de Transdutores Acústicos 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

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Capítulo 7

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Presentation Transcript

  1. Capítulo 7 NOÇÕES DE TRANSDUTORES ACÚSTICOS

  2. Cap. 7 – Noções de Transdutores Acústicos 7.1 Testes Ultrassônicos Não Destrutivos 7.2 Algumas Definições 7.3 O Campo Acústico 7.4 Características de Projeto de Transdutores Acústicos 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos 7.6 Cabos para Transdutores Acústicos 7.7 Propriedades Acústicas de Alguns Materiais

  3. Cap. 7 – Noções de Transdutores Acústicos 7.1 Testes Ultrassônicos Não Destrutivos 7.2 Algumas Definições 7.3 O Campo Acústico 7.4 Características de Projeto de Transdutores Acústicos 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos 7.6 Cabos para Transdutores Acústicos 7.7 Propriedades Acústicas de Alguns Materiais

  4. 7.1 Testes Ultrassônicos Não Destrutivos Testes ultrassônicos não destrutivos: Medições feitas com ondas sonoras de alta frequência a fim de obter informações sobre um objeto sem causar-lhe qualquer alteração ou dano. Quantidades medidas em testes ultrassônicos: • Tempo de trânsito da onda sonora; • Amplitude do sinal recebido.

  5. 7.1 Testes Ultrassônicos Não Destrutivos Tempo de trânsito da onda sonora:

  6. 7.1 Testes Ultrassônicos Não Destrutivos Amplitude do sinal recebido: • Estimativa do tamanho de falhas

  7. Cap. 7 – Noções de Transdutores Acústicos 7.1 Testes Ultrassônicos Não Destrutivos 7.2 Algumas Definições 7.3 O Campo Acústico 7.4 Características de Projeto de Transdutores Acústicos 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos 7.6 Cabos para Transdutores Acústicos 7.7 Propriedades Acústicas de Alguns Materiais

  8. 7.2 Algumas Definições Algumas definições: • Sensibilidade: capacidade de um sistema ultrassônico em detectar refletores (“falhas”) a uma dada profundidade; • Resolução axial: capacidade do sistema ultrassônico em fornecer indicações simultâneas e distintas de refletores localizados em posições muito próximas com relação ao feixe ultrassônico; • Resolução superficial: capacidade do sistema ultrassônico em detectar refletores próximos à superfície da amostra.

  9. 7.2 Algumas Definições • Duração do pulso (onda): normalmente dada para um valor estabelecido de dB abaixo do pico de amplitude.

  10. 7.2 Algumas Definições • Largura da banda: normalmente dada em MHz para um valores estabelecidos de dB abaixo do pico de amplitude.

  11. 7.2 Algumas Definições • Relação entre duração do pulso e largura da banda:

  12. Cap. 7 – Noções de Transdutores Acústicos 7.1 Testes Ultrassônicos Não Destrutivos 7.2 Algumas Definições 7.3 O Campo Acústico 7.4 Características de Projeto de Transdutores Acústicos 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos 7.6 Cabos para Transdutores Acústicos 7.7 Propriedades Acústicas de Alguns Materiais

  13. 7.3 O Campo Acústico Campo próximo e campo longínquo:

  14. 7.3 O Campo Acústico Campo próximo e campo longínquo: Alta energia Baixa energia

  15. 7.3 O Campo Acústico Campo próximo e campo longínquo:

  16. 7.3 O Campo Acústico Campo próximo e campo longínquo: eco = reflexão ??

  17. 7.3 O Campo Acústico Diâmetro do feixe: • A sensibilidade de um transdutor depende do diâmetro do feixe acústico no ponto de interesse. • Quanto menor o diâmetro, mais energia é refletida pela “falha” e mais sensível o transdutor.

  18. 7.3 O Campo Acústico Diâmetro do feixe:

  19. 7.3 O Campo Acústico Zona focal: Região localizada entre dois pontos para os quais a amplitude do sinal pulso-eco no eixo do transdutor cai a -6 dB da amplitude no ponto focal.

  20. 7.3 O Campo Acústico Zona focal:

  21. 7.3 O Campo Acústico Zona focal:

  22. 7.3 O Campo Acústico Abertura do feixe e semi-ângulo: • Como reduzir a abertura do feixe de um transdutor? Região divergente Região convergente

  23. Cap. 7 – Noções de Transdutores Acústicos 7.1 Testes Ultrassônicos Não Destrutivos 7.2 Algumas Definições 7.3 O Campo Acústico 7.4 Características de Projeto de Transdutores Acústicos 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos 7.6 Cabos para Transdutores Acústicos 7.7 Propriedades Acústicas de Alguns Materiais

  24. 7.4 Características de Projeto de Transdutores Acústicos conector componentes eletrônicos suporte elemento ativo luva interna invólucro fiação placa protetora

  25. 7.4 Características de Projeto de Transdutores Acústicos Elemento ativo: Material piezo- ou ferroelétrico que converte energia elétrica em energia ultrassônica ou vice-versa. Suporte: Material de alta densidade e altamente atenuador destinado a controlar as vibrações do transdutor pela absorção da energia da face traseira do elemento ativo. Placa protetora: Além de proteger o elemento ativo, a placa protetora deve também servir de “ponte acústica” entre o elemento ativo e o meio medido.

  26. 7.4 Características de Projeto de Transdutores Acústicos Comentários: • Os diâmetros reais dos elementos ativos são ligeiramente menores do que os valores listados em catálogos.

  27. 7.4 Características de Projeto de Transdutores Acústicos

  28. 7.4 Características de Projeto de Transdutores Acústicos Transdutores angulados

  29. 7.4 Características de Projeto de Transdutores Acústicos Transdutores angulados: • São usados para produzir ondas refratadas longitudinais e transversais no corpo de prova a fim de se detectar falhas não paralelas à superfície. E a própria solda impede sua inspeção por incidência normal do feixe ultrassônico.

  30. 7.4 Características de Projeto de Transdutores Acústicos Transdutores angulados: • São usados para produzir ondas refratadas longitudinais e transversais no corpo de prova a fim de se detectar falhas não paralelas à superfície. • O ângulo de incidência necessário para se obter um dado ângulo de refração é calculado pela lei de Snell:

  31. 7.4 Características de Projeto de Transdutores Acústicos Coeficientes de transmissão das ondas longitudinal e transversal em função do ângulo de incidência

  32. Cap. 7 – Noções de Transdutores Acústicos 7.1 Testes Ultrassônicos Não Destrutivos 7.2 Algumas Definições 7.3 O Campo Acústico 7.4 Características de Projeto de Transdutores Acústicos 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos 7.6 Cabos para Transdutores Acústicos 7.7 Propriedades Acústicas de Alguns Materiais

  33. 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos O desempenho de um sistema de medição acústica depende principalmente de: • Características e ajustes dos instrumentos; • Configuração dos transdutores (frequência, diâmetro, tipos especiais de transdutores, etc.); • Cabeamento; • Propriedades dos materiais; • Acoplamento acústico entre os materiais.

  34. 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos A Olympus-Panametrics possui três séries de transdutores para diferentes aplicações: • Accuscan “S”; • Centrascan; • Videoscan.

  35. 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos Série Accuscan“S”: • Alta resolução axial; • Alta sensibilidade; • Duração da onda mais longa; • Banda de frequência mais estreita.

  36. 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos Série Centrascan: • Alta sensibilidade; • Alta razão sinal-ruído em materiais de difícil penetração; • Excelente acoplamento acústico com plásticos e outros materiais de baixa impedância.

  37. 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos Série Videoscan: • Boa resolução axial; • Intensificação da razão sinal-ruído para aplicações envolvendo materiais atenuadores ou espalhadores.

  38. 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos Videoscan Accuscan Centrascan

  39. 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos Tipos de transdutores: • Transdutores de contato (contacttransducers); • Transdutores de duplo elemento (dual elementtransducers); • Transdutores de feixe angulado (anglebeamtransducers); • Trandutores com linha de retardamento (delaylinetransducers); • Transdutores com a face protegida (protected face transducers); • Transdutores de imersão (immersiontransducers).

  40. 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos Transdutores de contato (contacttransducers):

  41. 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos Transdutores de contato (contacttransducers): • Ondas longitudinais; • Excelente acoplamento acústico com a maioria dos metais. Aplicações: • Medidas de espessura; • Detecção de falhas por incidência normal do feixe acústico; • Medidas de velocidade do som em materiais • Etc.. Restrições: • Para uso contínuo, temperatura da amostra não pode exceder 50°C.

  42. 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos Transdutores de contato (contacttransducers): Disponíveis em frequências de até 20 MHz.

  43. 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos Transdutores de contato especiais de ondas transversais:

  44. 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos Aplicações: • Medidas de velocidade da onda transversal; • Cálculo do módulo de Young e do módulo de cisalhamento; • Caracterização da estrutura de grão do material.

  45. 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos Transdutores de duplo elemento (dual elementtransducers):

  46. 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos Transdutores de duplo elemento (dual elementtransducers): • Ondas longitudinais; • Dois cristais, um emissor e um receptor, no mesmo invólucro, mas separados por uma barreira acústica; • Os cristais são ligeiramente angulados de modo a formar um padrão de emissão e recepção em “V”.

  47. 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos Vantagens: • Melhora da resolução superficial; • Aumento da resolução na zona focal. Aplicações: • Medidas de espessura; • Monitoramento de corrosão e erosão de peças; • Detecção de porosidades, fissuras, inclusões, etc.; • Etc.. Restrições: • Temperatura máxima da peça de 425°C para transdutores de até 5 MHz (tempo máximo de contato contínuo de 10 segundos); • Temperatura máxima da peça de 175°C para transdutores de 7 MHz e 10 MHz.

  48. 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos Transdutores de feixe angulado (anglebeamtransducers): http://www.olympus-ims.com/en/ultrasonic-transducers/angle-beam/

  49. 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos Transdutores de feixe angulado (anglebeamtransducers): • Ondas longitudinais e transversais; • Usados com uma cunha.

  50. 7.5 Seleção de Transdutores Acústicos Vantagens: • O material da cunha é projetado de modo a aumentar a relação sinal-ruído; • Excelente resistência ao desgaste; • Pode ser utilizado com altas temperaturas da peça; • As cunhas podem ser fabricadas de modo a se adaptar a diferentes contornos de peças; • Etc.

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