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Impédance acoustique en réflexion ultrasonore

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

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.

Le concept d'impédance acoustique est analogue à l'impédance électrique dans les circuits et est fondamental pour comprendre comment les ondes ultrasonores interagissent avec les matériaux. Lorsqu'une onde traversant un matériau (matériau 1) rencontre une interface avec un second matériau (matériau 2), une partie de l'onde est réfléchie et une autre transmise. La quantité de réflexion est quantifiée par le coefficient de réflexion ([latex]R[/latex]), qui dépend des impédances acoustiques des deux matériaux, [latex]Z_1[/latex] et [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

Type

Principe physique

Perturbation

Fondamentaux

Utilisation

Une utilisation répandue

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 du continuum mécanique 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 pour distinguer les différents tissus et organes
  • 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

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En rapport avec : impédance acoustique, coefficient de réflexion, contrôle par ultrasons, CND, propriété du matériau, densité, vitesse acoustique, interface, inadéquation, physique des ondes.

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