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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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Cap tulo 7

Capítulo 7

NOÇÕES DE TRANSDUTORES ACÚSTICOS


Cap 7 no es de transdutores ac sticos
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


Cap 7 no es de transdutores ac sticos1
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


7 1 testes ultrass nicos n o destrutivos
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.


7 1 testes ultrass nicos n o destrutivos1
7.1 Testes Ultrassônicos Não Destrutivos

Tempo de trânsito da onda sonora:


7 1 testes ultrass nicos n o destrutivos2
7.1 Testes Ultrassônicos Não Destrutivos

Amplitude do sinal recebido:

  • Estimativa do tamanho de falhas


Cap 7 no es de transdutores ac sticos2
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


7 2 algumas defini es
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.


7 2 algumas defini es1
7.2 Algumas Definições

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


7 2 algumas defini es2
7.2 Algumas Definições

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


7 2 algumas defini es3
7.2 Algumas Definições

  • Relação entre duração do pulso e largura da banda:


Cap 7 no es de transdutores ac sticos3
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


7 3 o campo ac stico
7.3 O Campo Acústico

Campo próximo e campo longínquo:


7 3 o campo ac stico1
7.3 O Campo Acústico

Campo próximo e campo longínquo:

Alta energia

Baixa energia


7 3 o campo ac stico2
7.3 O Campo Acústico

Campo próximo e campo longínquo:


7 3 o campo ac stico3
7.3 O Campo Acústico

Campo próximo e campo longínquo:

eco = reflexão ??


7 3 o campo ac stico4
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.


7 3 o campo ac stico5
7.3 O Campo Acústico

Diâmetro do feixe:


7 3 o campo ac stico6
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.




7 3 o campo ac stico9
7.3 O Campo Acústico

Abertura do feixe e semi-ângulo:

  • Como reduzir a abertura do feixe de um transdutor?

Região divergente

Região convergente


Cap 7 no es de transdutores ac sticos4
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


7 4 caracter sticas de projeto de transdutores ac sticos
7.4 Características de Projeto de Transdutores Acústicos

conector

componentes eletrônicos

suporte

elemento ativo

luva interna

invólucro

fiação

placa protetora


7 4 caracter sticas de projeto de transdutores ac sticos1
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.


7 4 caracter sticas de projeto de transdutores ac sticos2
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.




7 4 caracter sticas de projeto de transdutores ac sticos5
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.


7 4 caracter sticas de projeto de transdutores ac sticos6
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:


7 4 caracter sticas de projeto de transdutores ac sticos7
7.4 Características de Projeto de Transdutores Acústicos

Coeficientes de transmissão das ondas longitudinal e transversal em função do ângulo de incidência


Cap 7 no es de transdutores ac sticos5
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


7 5 sele o de transdutores ac sticos
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.


7 5 sele o de transdutores ac sticos1
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

A Olympus-Panametrics possui três séries de transdutores para diferentes aplicações:

  • Accuscan “S”;

  • Centrascan;

  • Videoscan.


7 5 sele o de transdutores ac sticos2
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Série Accuscan“S”:

  • Alta resolução axial;

  • Alta sensibilidade;

  • Duração da onda mais longa;

  • Banda de frequência mais estreita.


7 5 sele o de transdutores ac sticos3
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.


7 5 sele o de transdutores ac sticos4
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Série Videoscan:

  • Boa resolução axial;

  • Intensificação da razão sinal-ruído para aplicações envolvendo materiais atenuadores ou espalhadores.


7 5 sele o de transdutores ac sticos5
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Videoscan

Accuscan

Centrascan


7 5 sele o de transdutores ac sticos6
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).


7 5 sele o de transdutores ac sticos7
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Transdutores de contato (contacttransducers):


7 5 sele o de transdutores ac sticos8
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.


7 5 sele o de transdutores ac sticos9
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Transdutores de contato (contacttransducers):

Disponíveis em frequências de até 20 MHz.


7 5 sele o de transdutores ac sticos10
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Transdutores de contato especiais de ondas transversais:


7 5 sele o de transdutores ac sticos11
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.


7 5 sele o de transdutores ac sticos12
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Transdutores de duplo elemento (dual elementtransducers):


7 5 sele o de transdutores ac sticos13
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”.


7 5 sele o de transdutores ac sticos14
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.


7 5 sele o de transdutores ac sticos15
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Transdutores de feixe angulado (anglebeamtransducers):

http://www.olympus-ims.com/en/ultrasonic-transducers/angle-beam/


7 5 sele o de transdutores ac sticos16
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Transdutores de feixe angulado (anglebeamtransducers):

  • Ondas longitudinais e transversais;

  • Usados com uma cunha.


7 5 sele o de transdutores ac sticos17
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.


7 5 sele o de transdutores ac sticos18
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Aplicações:

  • Detecção e dimensionamento de falhas em soldas;

  • Dimensionamento de falhas em aço por medidas de tempo de trânsito de ondas longitudinais difratadas (TOFD).


7 5 sele o de transdutores ac sticos19
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Transdutores de feixe angulado


7 5 sele o de transdutores ac sticos20
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Transdutores com linha de retardamento (delaylinetransducers):


7 5 sele o de transdutores ac sticos21
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Transdutores com linha de retardamento (delaylinetransducers):

A linha de retardamento pode ser substituída.


7 5 sele o de transdutores ac sticos22
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Transdutores com linha de retardamento (delaylinetransducers):

  • Excelente resolução superficial;

  • Resolução pode ser aumentada pelo uso de transdutores de frequência mais alta.

  • Pode ser usado com peças a altas temperaturas.

Linhas de retardamento para altas temperaturas


7 5 sele o de transdutores ac sticos23
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Aplicações:

  • Medidas de alta precisão da espessura de amostras muito delgadas;

  • Detecção de falhas por incidência normal;

  • Inspeção de peças com área de contato limitada.


7 5 sele o de transdutores ac sticos24
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Transdutores com a face protegida (protected face transducers):


7 5 sele o de transdutores ac sticos25
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Vantagens:

  • Versatilidade, pois podem ser usados com membranas protetoras, linhas de retardamento ou capa protetora.

  • Usado sem qualquer umas destas proteções, a camada de epóxi que recobre a face do transdutor proporciona bom acoplamento acústico com plásticos, compósitos e outros materiais de baixa impedância.


7 5 sele o de transdutores ac sticos26
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Aplicações:

  • Detecção de falhas por incidência normal do feixe;

  • Medidas de espessura;

  • Inspeção de peças à alta temperatura;

  • Inspeção de peças de diversos formatos;

  • Etc..


7 5 sele o de transdutores ac sticos27
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Transdutores com a face protegida (protected face transducers):

Disponíveis em frequências de até 10 MHz.


7 5 sele o de transdutores ac sticos28
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Transdutores de imersão (immersiontransducers):

amostra

defeito


7 5 sele o de transdutores ac sticos29
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Transdutores de imersão (immersiontransducers):

  • A amostra testada é parcialmente ou totalmente imersa em água;

  • Transdutores de elemento único e ondas longitudinais;

  • Uma fina camada de espessura λ/4 promove o acoplamento acústico do transdutor com a água;


7 5 sele o de transdutores ac sticos30
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Aplicações:

  • Varredura automática;

  • Medidas de espessura informatizadas;

  • Detecção rápida de falhas em tubulações, barras, placas, etc.;

  • Imagens da peça por tempo de trânsito e amplitude da onda;

  • Medidas de velocidade e análise do material.


7 5 sele o de transdutores ac sticos31
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Vantagens:

  • Acoplamento acústico uniforme;

  • Maior energia no sinal de saída devido à camada de acoplamento acústico de espessura λ/4;

  • Blindagem para intensificação da razão sinal-ruído;

  • Transdutores disponíveis com foco pontual (esférico) ou em linha (cilíndrico).

Superfície focal


7 5 sele o de transdutores ac sticos32
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Transdutores de imersão (immersiontransducers):

Obs.: Disponíveis em frequências de até 25 MHz.


7 5 sele o de transdutores ac sticos33
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Transdutores de grande diâmetro:


7 5 sele o de transdutores ac sticos34
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Vantagens:

  • Comprimentos focais mais longos devido ao aumento do campo próximo;

  • Combinação de grandes diâmetros com baixas frequências para aplicações difíceis.


7 5 sele o de transdutores ac sticos35
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Transdutores de grande diâmetro:

Obs.: Disponíveis em frequências de até 10 MHz.


7 5 sele o de transdutores ac sticos36
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Transdutores miniaturizados:


7 5 sele o de transdutores ac sticos37
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Transdutores miniaturizados:

  • Transdutores de imersão com f = 10 MHz e D = 3 mm;

  • Para aplicação em pontos de acesso muito difícil ou em montagens com múltiplos transdutores (por exemplo, tomografia ultrassônica).

D = 3 mm


7 5 sele o de transdutores ac sticos38
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Transdutores miniaturizados:


7 5 sele o de transdutores ac sticos39
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Transdutores de alta frequência:


7 5 sele o de transdutores ac sticos40
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Transdutores de alta frequência:

  • Excelente resolução temporal;

  • Excelente resolução espacial;

  • Diminutos diâmetros do feixe acústico;

  • Frequências de 20 MHz a 225 MHz.


7 5 sele o de transdutores ac sticos41
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Aplicações:

  • Inspeção de microporosidades ou microfissuras;

  • Medidas de amostras extremamente finas (0,010 mm);

  • Verificação de materiais cerâmicos e outros materiais de alta tecnologia;

  • Etc..


7 5 sele o de transdutores ac sticos42
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Outros tipos de transdutores:

  • Transdutores poliméricos de imersão: acoplamento acústico ótimo com a água;

  • Transdutores de duplo elemento para medidas de espessura: aplicações de corrosão;

  • Transdutores acústicos eletromagnéticos: para uso em contato direto com superfícies (sem acopladores) ou a uma pequena distância dela -- aplicação em superfícies oxidadas externamente;

  • Transdutores de estreita banda de baixa frequência: aplicação de transmissão acústico em concreto, madeira e amostras geológicas;

  • Etc.



7 5 sele o de transdutores ac sticos44
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Acopladores:

http://www.npl.co.uk/acoustics/ultrasonics/research/guide-on-acoustic-emission-sensor-couplants


Cap 7 no es de transdutores ac sticos6
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


7 6 cabos para transdutores ac sticos
7.6 Cabos para Transdutores Acústicos

(+)

(terra)

Alguns cabos possuem blindagem dupla a fim de aumentar a proteção contra ruído.


7 6 cabos para transdutores ac sticos1
7.6 Cabos para Transdutores Acústicos

Lista de cabos padronizados

U : general utility

RG : coaxial cable

RG/U : radio guide / universal


7 5 sele o de transdutores ac sticos45
7.5 Seleção de Transdutores Acústicos

Cabos especiais:

  • Cabos blindados com aço inoxidável: aplicação em ambientes agressivos;

  • Cabos de blindagem dupla: aplicação em ambientes com muito ruído de alta frequência;

  • Cabos à prova d´água: aplicações em água doce com até 50 m de profundidade;

  • Etc.



Cap 7 no es de transdutores ac sticos7
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



Bibliografia
Bibliografia

Bibliografia:

  • Panametrics- NDT Ultrasonic Transducers for Nondestructive Testing;

  • UltrasonicTransducersTechnical Notes.

    http://www.olympus-ims.com/en/pdf-library/157-catId.268435489.html


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