Focagem com sondas de Phased Array
A partir do ângulo de propagação do feixe, o diâmetro do feixe pode ser calculado em qualquer distância do transdutor. No caso de um transdutor de Phased Array quadrado ou retangular, a dispersão do feixe no plano passivo será semelhante à de um transdutor sem foco. No plano direcionado ou ativo, o feixe pode ser focado eletronicamente para convergir a energia acústica em uma profundidade desejada. Com um transdutor focado, o perfil do feixe pode normalmente ser representado por um cone afilado (ou calço no caso de focagem de eixo único) que converge para um ponto focal e então diverge em um ângulo igual além do ponto focal, como este:
O comprimento do campo próximo e, portanto, a divergência natural de um feixe ultrassônico são determinados pela abertura (igual ao diâmetro do elemento no caso de transdutores monolíticos convencionais) e comprimento de onda (velocidade da onda dividida pela frequência). Para um transdutor sem foco, o comprimento do campo próximo, o ângulo de propagação do feixe e o diâmetro do feixe podem ser calculados da seguinte forma:
O comprimento do campo próximo em um determinado material também define a profundidade máxima na qual um feixe de som pode ser focalizado. Um feixe não pode ser focado além do final do campo próximo.
A sensibilidade efetiva de um transdutor focalizado é afetada pelo diâmetro do feixe no ponto de interesse. Quanto menor for o diâmetro do feixe, maior será a quantidade de energia que será refletida por uma pequena falha. O diâmetro do feixe de -6 dB de um transdutor focado no ponto focal pode ser calculado da seguinte forma:
A partir dessas fórmulas, pode-se ver que conforme o diâmetro do elemento e/ou frequência aumenta, o ângulo de propagação do feixe diminui. Um ângulo de propagação do feixe menor, por sua vez, pode resultar em maior sensibilidade efetiva na zona de campo distante, pois a energia do feixe se dissipa mais lentamente. Dentro de seu campo próximo, um transdutor pode ser focado para criar um feixe que converge em vez de divergir. Reduzir o diâmetro do feixe a um ponto focal aumenta a energia do som por unidade de área dentro da zona focal e, assim, aumenta a sensibilidade a pequenos refletores. Os transdutores convencionais geralmente fazem isso com lentes acústicas refrativas, enquanto os Phased Arrays fazem isso eletronicamente por meio de pulsação em fase e os efeitos de formação do feixe resultantes.
No caso dos Phased Arrays lineares e quadrados mais comumente usados com elementos retangulares, o feixe será focado na direção ativa e desfocado na direção passiva. Aumentar o tamanho da abertura aumenta a nitidez do feixe focalizado, como pode ser visto nestes perfis de feixe. As áreas vermelhas correspondem à pressão sonora mais alta e as áreas azuis à pressão sonora mais baixa.
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Resumo sobre seleção da sonda de Phased Array