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Materiales y técnicas para el acoplamiento mecánico optimo de piezocerámicas en aire

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Author(s): Gómez Álvarez-Arenas, T. E. | Montero de Espinosa, F.

Journal: Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio
ISSN 0366-3175

Volume: 41;
Issue: 1;
Start page: 16;
Date: 2002;
Original page

Keywords: Piezoelectric transducers | porous materials | air-coupled ultrasound | impedance matching layers | Transductores piezoeléctricos | Materiales porosos | ultrasonidos en aire | capas de adaptación de impedancias

ABSTRACT
Great efforts have been made over the last years to avoid the use of coupling agents between ultrasonic transducers and sample materials for NDE applications. Two different technologies compite for this particular application: piezoelectric and electrostatic transducers. In the first case, main problem is the huge impedance mismatch between the air and any piezoceramic. This can be partially solved using λ/4 matching layers. Low density and slow velocities of sound propagation in the materials (acoustic impedance as low as 0.1 MRayl), low attenuation of ultrasonic waves and good tuning of the λ/4- resonance to the working frequency of the ceramic are requiered. Usually, all this requirements are extremely difficult to achive at once. It is presented, in this work, the mechanical characterisation of highly porous materials to be used as λ/4- matching layers at frequencies around 1 MHz. This characterisation (both elastic constants and attenuation) is performed using airborne ultrasonic waves. The use of these materials as matching layers for piezoelectric transducers in pitch-cath mode increases the transmision by 35 dB and provides sensitivities about –20 dB.En los últimos años se están realizando grandes esfuerzos para poder realizar inspecciones de Ensayos no Destructivos por ultrasonidos sin emplear líquidos como medio de acoplo entre los transductores piezoeléctricos y las estructuras a inspeccionar. En este campo compiten dos tecnologías de transducción, los transductores basados en piezocerámicas y los de tipo capacitivo. En el caso de los piezocerámicos, el punto crítico lo constituye la desadaptación de impedancias entre el resonador piezoeléctrico y el aire. Para soslayar este problema es posible utilizar capas de adaptación (λ/4). Para esto es necesario utilizar materiales con muy baja densidad y velocidad de propagación (impedancia acústica específica del orden de 0.1 MRayl), baja atenuación y buena sintonización a la frecuencia de trabajo. Con frecuencia, todas estas propiedades son extremadamente difíciles de conjugar. En el trabajo se presenta la caracterización de materiales con elevada porosidad y su utilización como líneas de transmisión λ/4 para frecuencias en el entorno de 1 MHz. La caracterización – constantes elásticas y coeficiente de atenuación- se realiza con acoplamiento en aire. El uso de estos materiales como línea de adaptación logra mejoras de transmisión de hasta 35 dB y sensibilidad en modo emisión-recepción de hasta –20 dB.
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