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A tecnologia phased array

Transdutores de phased array são compostos por diversos cristais piezelétricos (elementos) que podem transmitir e receber independentemente em diferentes tempos. Para focalizar um feixe ultrassônico, atrasos são aplicados a excitação dos elementos a fim de criar uma interferência construtiva nas frentes de onda permitindo à energia sônica ser focalizada em qualquer profundidade de um corpo de prova sendo inspecionado.

O princípio de focalização está ilustrado na figura à direita, onde leis de atraso (ou leis focais) foram computadas para focalizar o feixo sônico em profundidade e ângulo específicos. Como mostrado na figura, cada elemento irradia uma onda esférica divergente num tempo específico. A superposição destes pacotes de ondas resulta numa frente de onda quase planar focalizada na localização especificada.

Antes e após o ponto de focalização, frentes de onda estão esfericamente convergindo e divergindo, respectivamente. Alguns exemplos de cálculos de leis focais estão ilustrados na figura abaixo. Quando nenhuma lei focal é aplicada, o feixe resultante não é focalizado e é equivalente a um feixe gerado por um transdutor convencional plano (figura a). A pseudofocalização natural evidente na imagem corresponde a distância de campo próximo do transdutor. A configuração ilustrada na figura b resulta no mesmo feixe que seria gerado por um transdutor convencional plano usado em conjunto com uma sapata angular. Nesse caso, não há focalização da energia sônica; as leis focais aplicadas resultam num direcionamento angular do feixe sônico.

As Figuras c e d têm as mesmas configurações ilustradas nas figuras a e b respectivamente, exceto que nestas as leis focais foram modificadas para focalizar a energia sônica em uma profundidade específica. Em ambas as imagens (c e d), é evidente que o ponto de focalização é estreito e bem localizado. Para se obter o mesmo resultado com um transdutor convencional, será necessário o uso de um cristal piezelétrico de dimensões especificamente projetadas para obter este ponto focal desejado.

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Exemplos de leis focais e a visualização do feixe sônico irradiado (campo de deslocamento) Cálculos feitos através do software de simulação CIVA: (a) sem leis focais, (b) direcionamento angular, (c) focalização na profundidade e (d) direcionamento angular e focalização na profundidade combinadas.

Princípios

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Princípios de phased array. Leis focais calculadas para focalizar em ângulo e profundidade específicos.

 

Referências

Mahaut S., Chatillon S., Kerbrat E., Porre J., Calmon P. and Roy O., “New features for phased array techniques inspections: simulation and experiments”, Proceedings of the WCNDT, 2004.

Roy O., Mahaut S. and Casula O., “Development of a smart flexible transducer to inspect component of complex geometry: modeling and experiments”, Review of Quantitative Nondestructive Evaluation, Vol. 21, American Institute of Physics, 2002.

Mahaut S., Chatillon S., Raillon-Picot R. and Calmon P., “Simulation and application of dynamic inspection modes using ultrasonic phased arrays”, Review of Quantitative Nondestructive Evaluation, Vol. 23, American Institute of Physics, 2004.

Neau G., Hopkins D., Tretout H, and Boyer L., “Phased-array applications for aircraft maintenance, manufacturing and development”, Aerospace Testing Expo 2006.

 

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Modeling & driving 2D arrays


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