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Impédance acoustique en réflexion ultrasonore

1920
Scientifique effectuant des tests ultrasoniques pour mesurer l'impédance acoustique dans un laboratoire.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Acoustique L'impédance acoustique ([latex]Z[/latex]) est la résistance intrinsèque d'un matériau à l'écoulement acoustique, définie comme sa densité ([latex]\rho[/latex]) multipliée par sa vitesse acoustique ([latex]c[/latex]), soit [latex]Z = \rho c[/latex]. Le pourcentage de ultrasonique L'énergie réfléchie à la frontière entre deux matériaux est régie par la différence, ou le décalage, de leurs impédances acoustiques respectives. C'est ce principe qui rend possible la détection des défauts.

The concept of acoustic impedance is analogous to electrical impedance in circuits and is fundamental to understanding how ultrasonique waves interact with materials. When a wave traveling through a material (Material 1) encounters an interface with a second material (Material 2), part of the wave is reflected and part is transmitted. The amount of reflection is quantified by the reflection coefficient ([latex]R[/latex]), which depends on the acoustic impedances of the two materials, [latex]Z_1[/latex] and [latex]Z_2[/latex].

Pour une onde à incidence normale, le coefficient de réflexion de la pression est donné par [latex]R = (Z_2 - Z_1) / (Z_2 + Z_1)[/latex]. L'intensité de l'onde réfléchie, qui est généralement mesurée, est proportionnelle au carré de cette valeur. Une grande différence d'impédance, par exemple entre l'acier ([latex]Z environ 45 fois 10^6[/latex] Pa-s/m) et l'air ([latex]Z environ 415[/latex] Pa-s/m), se traduit par un coefficient de réflexion très élevé (près de 100%). C'est pourquoi les fissures et les vides internes, qui sont remplis d'air ou de gaz, sont si facilement détectables par ultrasons ; ils agissent comme des réflecteurs presque parfaits.

À l'inverse, si deux matériaux présentent des impédances acoustiques très similaires, la majeure partie de l'énergie sonore traversera l'interface avec une réflexion minimale. Ce principe est exploité dans la conception des couplants ultrasonores (gels ou liquides utilisés entre le transducteur et la pièce à tester) et des couches d'adaptation du transducteur, conçues pour avoir une impédance intermédiaire entre l'élément transducteur et le matériau à tester afin de maximiser la transmission d'énergie et d'améliorer la qualité du signal.

UNESCO Nomenclature: 3301
- Acoustique

Taper

Principe physique

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Les travaux fondamentaux de Lord Rayleigh sur la théorie des ondes et l'acoustique ("The Theory of Sound")
  • études de la propagation du son dans les solides et les fluides par les physiciens du XIXe siècle
  • développement de la mécanique des milieux continus pour décrire les propriétés des matériaux
  • les premières recherches sur le sonar qui nécessitaient une compréhension de la réflexion acoustique des objets

Applications

  • contrôle non destructif pour la détection de fissures (interface métal-air)
  • imagerie médicale for distinguishing between different tissues and organs
  • conception de couches d'adaptation acoustique pour transducteurs afin d'améliorer la transmission d'énergie
  • prospection géophysique utilisant la sismique réflexion pour cartographier la géologie du sous-sol
  • conception de systèmes de nettoyage à ultrasons

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • development of ‘acoustically invisible’ coatings for stealth applications
  • matériaux à gradient d'impédance pour une absorption acoustique parfaite dans les chambres anéchoïques
  • capteurs de qualité alimentaire non invasifs qui mesurent la maturité par des changements d'impédance
  • métamatériaux acoustiques pour la création de lentilles ultrasonores et de dispositifs de masquage
  • gels biocompatibles d'adaptation d'impédance pour une imagerie ultrasonore médicale améliorée
  • matériaux intelligents à impédance acoustique réglable pour une insonorisation adaptative
  • capteurs à ultrasons pour détecter la falsification dans les liquides en mesurant les décalages d'impédance
  • systèmes de lévitation acoustique haute fidélité utilisant des champs d'impédance contrôlés avec précision
  • outils d'étude géologique qui caractérisent mieux la porosité des roches grâce à l'analyse d'impédance
  • appareils grand public permettant de tester l'authenticité des métaux précieux en fonction de leur impédance unique
En rapport avec : impédance acoustique, coefficient de réflexion, contrôle par ultrasons, CND, propriété du matériau, densité, vitesse acoustique, interface, inadéquation, physique des ondes.

Contexte historique

Impédance acoustique en réflexion ultrasonore

1910
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1920
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1922
1924
1910
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1920
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1925-01-01

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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