Breve reseña histórica de los ensayos por ultrasonido multielemento (Phased Array)
Durante sus primeras dos décadas, los instrumentos ultrasónicos comerciales se basaron completamente en transductores de un solo elemento (sondas monoelemento) que usaban un cristal piezoeléctrico para generar y recibir ondas acústicas, en transductores separados de elemento dual (sondas duales) compuestos por cristales de emisión y recepción, y en sistemas de emisión-recepción (pitch-catch) o transmisión directa que se servían de sondas monoelemento en tándem. Estos enfoques aún son usados en la mayoría de los instrumentos ultrasónicos comerciales de la actualidad, destinados a la detección de defectos y medición de espesores en el sector industrial; sin embargo, los instrumentos que aplican el ultrasonido multielemento (Phased Array) son cada vez más importantes en el campo de los ensayos no destructivos (END) por ultrasonido.
El principio de interacción constructiva y destructiva de ondas fue demostrado por el científico inglés Thomas Young en 1801 a través de un notable experimento que empleó dos fuentes puntuales de luz para crear patrones de interferencia. Las ondas que se combinan en una fase se refuerzan entre sí, mientras que las ondas que se combinan fuera de esa fase se eliminarán entre sí.
El cambio de fase es a su vez una forma de controlar estas interacciones mediante frentes de onda de cambio de tiempo que se originan a partir de dos o más fuentes. Puede usarse para adaptar, dirigir o enfocar la energía de un frente de onda. En la década de 1960, los investigadores comenzaron a desarrollar sistemas de matriz ultrasónica en fase (ultrasonido multielemento [Phased Array]) que usaban transductores (sondas) con múltiples fuentes puntuales cuyo principio era orientar los haces acústicos por medio de estos patrones de interferencia controlados. A principios de la década de 1970, aparecieron por primera vez los sistemas comerciales de ultrasonido multielemento (Phased Array) para fines de diagnóstico médico. Estos usaban haces dirigidos para crear imágenes transversales del cuerpo humano.
En un principio, el uso de sistemas por ultrasonido multielemento (Phased Array) se limitó en gran medida al campo médico, favorecido por la composición y estructura del cuerpo humano cuya predictibilidad implicaba un diseño de instrumentos e interpretación de imágenes relativamente sencillos. Por otro lado, las aplicaciones industriales representan un mayor desafío debido a las propiedades acústicas ampliamente variables de los metales, compuestos, cerámica, plásticos y fibras de vidrio, como también a la enorme variedad de espesores y geometrías que son cubiertas por las pruebas (ensayos) industriales. El primer sistema industrial Phased Array, introducido en la década de 1980, era extremadamente grande y requería la transferencia de datos a una computadora/un ordenador para procesar y presentar las imágenes. Estos sistemas eran usados con mayor frecuencia en las inspecciones de equipamiento de generación de energía en servicio. En gran parte, esta tecnología fue impulsada fuertemente en el mercado nuclear cuya evaluación crítica conlleva al uso de tecnología de punta para mejorar la probabilidad de detección. Entre otras aplicaciones tempranas, también destacan las de grandes ejes forjados y componentes de turbinas de baja presión.
En la década de 1990 aparecieron instrumentos Phased Array portátiles a batería para uso industrial. Los diseños analógicos requerían energía y espacio para crear las configuraciones multicanal necesarias a la orientación del haz; sin embargo, con la transición al mundo digital y el rápido desarrollo de microprocesadores integrados de bajo costo (Esp. coste), se puedo avanzar de forma más rápida en el desarrollo de instrumentos de última generación. Además, la disponibilidad de componentes electrónicos de baja potencia, mejores estructuras de bajo consumo de energía y un diseño con placas de montaje superficial para toda la industria condujeron a la miniaturización de esta tecnología avanzada. Esto dio como resultado herramientas Phased Array que permitieron la configuración electrónica, el procesamiento, la visualización y el análisis de datos; todo dentro de un dispositivo portátil, por lo que se abrieron las puertas a un uso más generalizado en todo el sector industrial. A su vez, esto impulsó la capacidad para especificar sondas Phased Array destinadas a aplicaciones comunes.
