Generación Ultrasonido. Clase 5

Transcripción

1 Generación Ultrasonido Clase 5

2 Piezoelectricidad Descubierta en 1880 por Jacques y Pierre Curie Efectos de la presión en la generación de cargas eléctricas en cristales. Cambio en la polarización eléctrica por la acción de un esfuerzo.

3 Piezoelectricidad Existe una amplia gama de materiales piezoelectricos, entre ellos: Cuarzo Sales de Rochelle Tourmalina Titanato de Bario Zirconato de plomo Titanato de plomo Sulfato de litio Niobato de litio

4 Piezoelectricidad Una gran cantidad de materiales PE, son cerámicos siterizados que se polarizan. (PZT). El proceso de polarización es conocido como POLING.

5 Piezoelectricidad El comportamiento electromecánico de los PE puede ser descrito mediante un conjunto de expresiones simples que incluyen diversas constantes características de estos materiales.

6 Piezoelectricidad El comportamiento electromecánico de los PE puede ser descrito mediante un conjunto de expresiones simples que incluyen diversas constantes características de estos materiales.

7 Piezoelectricidad Una de estas expresiones se muestra abajo. La relación entre el esfuerzo aplicado (X) y la densidad eléctrica D esta dada por: Donde dijk es un tensor de constantes piezoeléctricas. La expresión es igual a la relación entre la deformación y esfuerzo en el rango elástico de materiales elástico lineales.

8 Piezoelectricidad Algunas de las constantes mas utilizadas son:

9 Piezoelectricidad S: complacencia Relación entre el esfuerzo aplicado en una dirección y la deformación en la misma o en otra dirección. z (3) y (2) x (1)

10 Piezoelectricidad z (3) y (2) x (1)

11 Piezoelectricidad S13: Indica la relacion entre el esfuerzo en la direccion (1) y la deformacion en (3). z (3) y (2) x (1)

12 Piezoelectricidad En general las constantes elásticas, eléctricas pueden ser medidas con circuito abierto o con circuito cerrado, con restriccion mecanica o sin ella. Esto genera un nuevo grupo de superindices.

13 Piezoelectricidad SUPERINDICES que indican la condicion en que fue obtenida la constante. S strain deformacion restringida T Esfuerzo Esfuerzo constante SIN RESTRICCION E Campo Electrico Constante Short Circuit D Desplazamiento Electrico Circuito abierto.

14 Piezoelectricidad Por Ejemplo: Indica la relacion entre la deformacion producida en el eje (3) por la accion del esfuerzo aplicado en el eje (3), cuando el piezoeléctrico esta en condición de circuito abierto, es decir las cargas se mover.

15 Piezoelectricidad K: Constante dieléctrica relativa. Cambio en la densidad eléctrica por la acción de un campo eléctrico. El primer índice indica la dirección del campo y el segundo la dirección del desplazamiento eléctrico.

16 Piezoelectricidad Además de las mencionadas, se tienen entre las mas importantes: k : Coupling. Relacion entre la energia introducida y la energia transformada. d: Coeficiente de deformación. Relación entre el campo eléctrico aplicado y la deformacion alcanzada. g: Coeficiente de Esfuerzo. Relación entre el campo electrico generado y el esfuerzo aplicado. TODOS SON TENSORES!

17 Piezoelectricidad Además de las mencionadas, se tienen entre las mas importantes: k : Coupling. Relacion entre la energia introducida y la energia transformada. d: Coeficiente de deformación. Relación entre el campo eléctrico aplicado y la deformacion alcanzada. g: Coeficiente de Esfuerzo. Relación entre el campo electrico generado y el esfuerzo aplicado. TODOS SON TENSORES!

18 EMATS Aprovechan las fuerzas de Lorentz para inducir una perturbación acústica en el material.

19 Transductores Emats Carlos Correia

20 EMATS EMAT significa Electro Magnetic Acustic TransudcerS. Estos transductores operan de manera completamente diferente a los piezoelectricos. FLorentz

21 EMATS Los transductores EMAT, utilizan la Fuerza de Lorentz, para generar los desplazamientos de las partículas. F B F i xb i Inducir i

22 EMATS La corriente debe ser inducida en el material a ser inspeccionado. i B i B aplicado

23 EMATS Si existe un campo magnético que afecte al elemento 2 se produce una fuerza de Lorentz F i Bo i Bo Emat draw

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25 EMATS Si existe un campo magnético que afecte al elemento 2 se produce una fuerza de Lorentz F i Bo i Bo Emat draw

26 EMATS El sensor Emat posee los elementos necesarios para producir las Fuerzas de Lorentz en las direcciones apropiadas. N S i Bo B F i2 Bo i2 Shear radiales

27 EMATS Arreglo para ondas radiales-transversales N X X X S F Bo i2 Bo F i2 Emat draw

28 EMATS Arreglo para ondas longitudinales X S N X Bo Bo i2 i2 F F Emat draw

29 EMATS Sensor EMAT convencional

30 EMATS Existen muchas configuraciones y se pueden crear arreglos de fases para controlar la propagación de las ondas. N S N S N S FRENTE DE ONDA Emat draw

31 EMATS ASPECTOS INTERESANTES DE LOS EMATS 1.- NO NECESITAN ACOPLANTE (ALTAS TEMPERATURAS) 2.- PUEDEN PRODUCIR ONDAS TRANSVERSALES POLARIZADAS HORIZONTALMENTE.

32 EMATS ONDAS TRANSVERSALES POLARIZADAS HORIZONTALMENTE La polarización esta dada por el ángulo de inclinación del plano que contiene la dirección de oscilación de las partículas del medio por el que se propaga la onda.

33 EMATS ASPECTOS INTERESANTES DE LOS EMATS 1.- NO NECESITAN ACOPLANTE 2.- PUEDEN PRODUCIR ONDAS TRANSVERSALES POLARIZADAS HORIZONTALMENTE. 3.- PUEDEN ELIMINAR LOS EFECTOS DE ERROR POR EFECTO DEL ESPESOR DE LA CAPA DE ACOPLANTE.

34 ONDAS TRANSVERSALES POLARIZADAS HORIZONTALMENTE La polarización esta dada por el ángulo de inclinación del plano que contiene la dirección de oscilación de las partículas del medio por el que se propaga la onda.

35 ONDAS TRANSVERSALES POLARIZADAS HORIZONTALMENTE Polarización en Z SH waves No experimentan conversion de modo