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Impedância acústica na reflexão ultrassônica

1920
Cientista realizando testes ultrassônicos para medir a impedância acústica em um laboratório.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Acústico A impedância ([latex]Z[/latex]) é a resistência intrínseca de um material ao fluxo acústico, definida como sua densidade ([latex]rho[/latex]) multiplicada por sua velocidade acústica ([latex]c[/latex]), portanto [latex]Z = rho c[/latex]. A porcentagem de ultrassônico A energia refletida na interface entre dois materiais é regida pela diferença, ou incompatibilidade, em suas respectivas impedâncias acústicas. É esse princípio que torna possível a detecção de falhas.

O conceito de impedância acústica é análogo à impedância elétrica em circuitos e é fundamental para a compreensão de como as ondas ultrassônicas interagem com os materiais. Quando uma onda que se propaga através de um material (Material 1) encontra uma interface com um segundo material (Material 2), parte da onda é refletida e parte é transmitida. A quantidade de reflexão é quantificada pelo coeficiente de reflexão (R), que depende das impedâncias acústicas dos dois materiais, Z₁ e Z₂.

Para uma onda com incidência normal, o coeficiente de reflexão de pressão é dado por [latex]R = (Z_2 – Z_1) / (Z_2 + Z_1)[/latex]. A intensidade da onda refletida, que é o que normalmente se mede, é proporcional ao quadrado desse valor. Uma grande diferença de impedância, como entre o aço ([latex]Z aprox. 45 x 10^6[/latex] Pa·s/m) e o ar ([latex]Z aprox. 415[/latex] Pa·s/m), resulta em um coeficiente de reflexão muito alto (próximo a 100%). É por isso que fissuras e vazios internos, preenchidos com ar ou gás, são tão facilmente detectáveis ​​por ultrassom; eles atuam como refletores quase perfeitos.

Por outro lado, se dois materiais tiverem impedâncias acústicas muito semelhantes, a maior parte da energia sonora passará pela interface com reflexão mínima. Esse princípio é explorado no projeto de acoplantes ultrassônicos (géis ou líquidos usados ​​entre o transdutor e a peça de teste) e camadas de adaptação de impedância do transdutor, que são projetadas para ter uma impedância intermediária entre o elemento do transdutor e o material de teste, a fim de maximizar a transmissão de energia e melhorar a qualidade do sinal.

UNESCO Nomenclature: 3301
Acústica

Tipo

Princípio Físico

Interrupção

Fundamentais

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • O trabalho fundamental de Lord Rayleigh sobre teoria das ondas e acústica ('A Teoria do Som')
  • Estudos sobre a propagação do som em sólidos e fluidos realizados por físicos do século XIX.
  • desenvolvimento da mecânica contínua para descrever as propriedades dos materiais
  • As primeiras pesquisas sobre sonar exigiam a compreensão da reflexão acústica de objetos.

Aplicações

  • Ensaios não destrutivos para detecção de trincas (interface metal-ar)
  • Imagens médicas para distinguir entre diferentes tecidos e órgãos.
  • Projeto de camadas de adaptação acústica para transdutores visando melhorar a transmissão de energia.
  • Prospecção geofísica utilizando reflexão sísmica para mapear a geologia do subsolo
  • projeto de sistemas de limpeza ultrassônica

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

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Relacionado a: impedância acústica, coeficiente de reflexão, ensaio ultrassônico, END (Ensaios Não Destrutivos), propriedade do material, densidade, velocidade acústica, interface, desajuste, física das ondas.

Contexto histórico

Impedância acústica na reflexão ultrassônica

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1922
1925-01-01

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

Princípios relacionados à invenção, inovação e tecnologia

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