Ultrasonidos de matriz en fase - Phased array ultrasonics

Animación que muestra el principio de un escáner ultrasónico utilizado en imágenes médicas ultrasónicas. Consiste en un oscilador de formación de haz (TX) que produce una señal electrónica que consiste en pulsos de ondas sinusoidales que oscilan a una frecuencia ultrasónica, que se aplica a una matriz de transductores ultrasónicos (T) en contacto con la superficie de la piel que convierten la señal eléctrica en ondas ultrasónicas que viajan a través del tejido. La sincronización de los pulsos emitidos por cada transductor está controlada por unidades de retardo programables (φ) que son controladas por un sistema de control de microprocesador (C) . Las líneas rojas en movimiento son los frentes de onda de las ondas ultrasónicas de cada transductor. Los frentes de onda son esféricos, pero se combinan (se superponen ) para formar ondas planas, creando un haz de sonido que viaja en una dirección específica. Dado que el pulso de cada transductor se retrasa progresivamente al subir la línea, cada transductor emite su pulso después del que está debajo. Esto da como resultado un haz de ondas sonoras emitidas en un ángulo (θ) a la matriz. Al cambiar los retrasos del pulso, la computadora puede escanear el haz de ultrasonido en un patrón de trama a través del tejido. Los ecos reflejados por tejido de diferente densidad, recibidos por los transductores, crean una imagen de las estructuras subyacentes.
Examen de soldadura por phased array. ARRIBA: La sonda de matriz en fase emite una serie de haces para inundar la soldadura con sonido. INFERIOR: La falla en la soldadura aparece como una indicación roja en la pantalla del instrumento.

Los ultrasonidos de matriz en fase ( PA ) es un método avanzado de pruebas ultrasónicas que tiene aplicaciones en imágenes médicas y pruebas industriales no destructivas . Las aplicaciones comunes son examinar el corazón de manera no invasiva o encontrar fallas en materiales manufacturados como soldaduras . Las sondas de un solo elemento ( matriz sin fase ) , conocidas técnicamente como sondas monolíticas , emiten un haz en una dirección fija. Para probar o interrogar un gran volumen de material, se debe escanear físicamente (mover o girar) una sonda convencional para barrer el rayo a través del área de interés. Por el contrario, el haz de una sonda de matriz en fase se puede enfocar y barrer electrónicamente sin mover la sonda. El haz es controlable porque una sonda de matriz en fase está formada por múltiples elementos pequeños, cada uno de los cuales puede pulsarse individualmente en un tiempo calculado por computadora. El término en fase se refiere a la sincronización y el término matriz se refiere a los elementos múltiples. Las pruebas ultrasónicas de matriz en fase se basan en los principios de la física de las ondas , que también tienen aplicaciones en campos como la óptica y las antenas electromagnéticas .

Principio de funcionamiento

La sonda PA consta de muchos pequeños transductores ultrasónicos , cada uno de los cuales puede pulsarse de forma independiente. Al variar la sincronización, por ejemplo, haciendo que el pulso de cada transductor se retrase progresivamente en la línea, se establece un patrón de interferencia constructiva que da como resultado la radiación de un haz ultrasónico cuasiplano en un ángulo establecido dependiendo del retraso de tiempo progresivo. En otras palabras, al cambiar el retardo de tiempo progresivo, el haz se puede dirigir electrónicamente. Se puede barrer como una luz de búsqueda a través del tejido u objeto que se está examinando, y los datos de múltiples haces se juntan para crear una imagen visual que muestra un corte a través del objeto.

Uso de phased array en la industria

La matriz en fase se usa ampliamente para pruebas no destructivas (NDT) en varios sectores industriales, como construcción , tuberías y generación de energía . Este método es un método NDT avanzado que se utiliza para detectar discontinuidades, es decir, grietas o fallas y, por lo tanto, determinar la calidad de los componentes. Debido a la posibilidad de controlar parámetros como el ángulo del haz y la distancia focal, este método es muy eficiente con respecto a la detección de defectos y la velocidad de la prueba. Además de detectar fallas en los componentes, la matriz en fase también se puede utilizar para mediciones de espesor de pared junto con pruebas de corrosión . La matriz en fase se puede utilizar para los siguientes fines industriales:

  • Inspección de soldaduras
  • Medidas de espesor
  • Inspección de corrosión
  • Bloques de validación / demostración de PAUT
  • Inspección de material rodante (ruedas y ejes)
  • Bloques de calibración estándar PAUT y TOFD

Características de la matriz en fase

En un sitio de construcción, un técnico prueba la soldadura de una tubería en busca de defectos utilizando un instrumento ultrasónico de matriz en fase. El escáner, que consta de un marco con ruedas magnéticas, mantiene la sonda en contacto con la tubería mediante un resorte. El área húmeda es el acoplador ultrasónico que permite que el sonido pase a la pared de la tubería.
  • El método más utilizado para la ecografía médica .
  • Múltiples elementos de sonda producen un rayo orientable y enfocado.
  • El tamaño del punto focal depende de la apertura activa de la sonda (A), la longitud de onda ( λ ) y la distancia focal (F). El enfoque se limita al campo cercano de la sonda de matriz en fase.
  • Produce una imagen que muestra un corte a través del objeto.
  • En comparación con los sistemas de prueba ultrasónicos de un solo elemento convencionales, los instrumentos y sondas de megafonía son más complejos y costosos.
  • En la industria, los técnicos de megafonía requieren más experiencia y formación que los técnicos de UT convencionales.

Estándares

Comité Europeo de Normalización (CEN)
  • prEN 16018, Pruebas no destructivas. Terminología. Términos utilizados en las pruebas ultrasónicas con arreglos en fase.
  • ISO / WD 13588, Ensayos no destructivos de soldaduras - Ensayos ultrasónicos - Uso de tecnología de matriz en fase (semi) automatizada

Ver también

Referencias

Libros

enlaces externos