Construção e caracterização do campo acústico de transdutores ultra-sônico piezoelétrico de polarização variável

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2008

RESUMO

O desenvolvimento deste trabalho foi motivado pela necessidade do mercado em transdutores ultra-sônicos, capazes de gerar feixes ultra-sônicos com difração controlada, para se trabalhar com freqüências tanto da ordem de kHz quanto na faixa dos MHz. Uma solução encontrada para suprir essa carência foi a construção de transdutores do tipo Bessel, em que a polarização do elemento piezoelétrico apresenta um perfil que segue uma função de Bessel. Neste trabalho foram construídos e caracterizados transdutores ultra-sônicos do tipo Bessel e convencional, para os modos de vibração espessura e radial, visando estimar o potencial dos transdutores para aplicações em diagnose (ensaios não destrutivos ou ultrasonografia em medicina). Construiu-se um transdutor utilizando discos cerâmicos ferroelétricos de PZT dopado com nióbio, com polarização uniforme e outro com polarização variável. O perfil da polarização não uniforme seguiu o perfil de uma função de Bessel (Jo), em anéis concêntricos pintados nas faces da cerâmica. Os transdutores construídos foram caracterizados pelas técnicas eletromecânica e acústica, em regime de emissão, recepção e de emissão-recepção (pulso-eco). Para as caracterizações de campo acústico transdutores receptores (hidrofones) foram construídos e adequados para obter boa linearidade nas freqüências de operação dos transdutores. A caracterização eletromecânica forneceu o espectro de impedância para os modos de vibração e seus respectivos harmônicos dos transdutores emissores e receptores. A caracterização do campo acústico dos transdutores, tanto para o modo de espessura quanto radial, permitiu verificar que os transdutores Bessel permitem diminuir ou controlar a difração do lóbulo central, quando comparados a um transdutor com polarização convencional ou uniforme do elemento piezoelétrico Relevante, todavia foi a verificação experimental de que transdutor convencional, quando excitado no modo radial (no modo fundamental ou em um dos seus harmônicos), comporta-se como um transdutor Bessel natural, assumindo naturalmente as características condizentes a esse perfil de polarização. A excitação no modo radial pode proporcionar uma freqüência de operação inferior (àquela do modo de espessura), aumentando a profundidade de penetração e diminuindo a distância de Rayleigh do feixe ultra-sônico, com boa colimação e boas resoluções. Os resultados decorrentes deste trabalho evidenciam claramente que transdutores ultra-sônicos com polarização não uniforme, em particular os do tipo Bessel, apresentam potencial para utilização em transdutores ultra-sônicos piezoelétricos com difração controlada, que explorem tanto o modo de vibração radial quanto o de espessura do elemento piezoelétrico.

ASSUNTO(S)

polarização onda acústica transdutor dispositivos piezoelétricos ultra-som fisica

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