Forma de haz
La respuesta que emite cualquier sistema de ensayo ultrasónico es el resultado de una combinación de factores: la sonda, el tipo de instrumento y la configuración que se usan, como también las propiedades acústicas del material bajo ensayo. Las respuestas producidas por las sondas de ultrasonido multielemento (Phased Array), como las de cualquier otro transductor (sonda) ultrasónico para ensayos no destructivos, estarán asociadas tanto a los parámetros del diseño de la sonda (frecuencia, tamaño y amortiguación mecánica) como a los parámetros del pulso de excitación que se utiliza para impulsarlos.
En resumen, son cuatro parámetros importantes que producirán una serie de efectos interrelacionados sobre el rendimiento.
Frecuencia: Tal y como se mencionó en la sección anterior, la frecuencia de ensayo tiene un efecto significativo sobre la longitud del campo cercano y la distribución del haz. En la práctica, las frecuencias más altas pueden proporcionar una mejor relación señal-ruido que las frecuencias más bajas, ya que ofrecen un enfoque potencialmente más nítido y, por lo tanto, un punto focal más definido y optimizado. Al mismo tiempo, la penetración en cualquier material de ensayo disminuirá conforme a la frecuencia, ya que a medida que la atenuación del material aumenta la frecuencia también se eleva. Las aplicaciones que involucran trayectorias de sonido muy extensas o materiales de ensayo que son altamente atenuantes o dispersantes requerirán el uso de frecuencias más bajas. Por lo general, las sondas de ultrasonido multielemento (Phased Array) están disponibles con frecuencias entre 1 MHz y 15 MHz.
Dimensión del elemento: A medida que el tamaño de los elementos individuales en una matriz disminuyen, su capacidad de orientación de haz aumenta. La dimensión mínima y práctica del elemento en las sondas comerciales suele ser de alrededor 0,2 mm. Sin embargo, si la dimensión del elemento es inferior a una longitud de onda, se generarán fuertes lóbulos laterales indeseados.
Cantidad de elementos: Si la cantidad de elementos en una matriz aumenta, es posible que también aumente el área de cobertura física de la sonda, su sensibilidad, capacidad de enfoque y capacidad de orientación. Asimismo, al usar series de múltiples elementos es necesario contrapesar entre problemas de complejidad y costo (Esp. coste) de sistema.
Paso y apertura: El paso es la distancia entre elementos individuales, la apertura es el tamaño efectivo de un elemento impulsador que generalmente se compone de un grupo de elementos individuales que son impulsados de forma simultánea (apertura virtual). Para optimizar el rango de orientación, el paso debe ser pequeño. También, para obtener una sensibilidad óptima, una dispersión mínima del haz indeseado y un enfoque fuerte, la apertura debe ser grande. Los instrumentos Phased Array actuales suelen admitir leyes focales para aperturas de hasta 16 elementos. Los sistemas más avanzados permiten aperturas de hasta 32 o incluso 64 elementos.
Los conceptos clave para una comprensión general del haz de ultrasonido multielemento pueden resumirse de la siguiente manera: Un grupo de elementos se dispara con una ley focal programada. Esto crea la apertura deseada de la sonda y las características del haz.
