Pulsação em fases e seus efeitos
Sempre que ondas originadas de duas ou mais fontes interagem entre si, haverá efeitos de fase levando a um aumento ou diminuição da energia das ondas no ponto de combinação. Quando ondas elásticas da mesma frequência se encontram de tal forma que seus deslocamentos são precisamente sincronizados (em fase ou ângulo de fase de 0 grau), as energias das ondas se somam para criar uma onda de amplitude maior. Se eles se encontrarem de tal forma que seus deslocamentos sejam exatamente opostos (180 graus fora de fase), então as energias das ondas se cancelarão. Em ângulos de fase entre 0 graus e 180 graus, haverá uma gama de estágios intermediários entre a adição total e o cancelamento total. Variando o tempo das ondas de um grande número de fontes, é possível usar esses efeitos para direcionar e focar a frente de onda combinada resultante. Este é um princípio essencial por trás do teste de Phased Array.
Em transdutores convencionais, os efeitos de interferência construtivos e destrutivos criam as zonas de campo próximo e de campo distante e os vários gradientes de pressão nas mesmas. Além disso, um transdutor de feixe angular convencional usa um único elemento para lançar uma onda em um calço. Os pontos nesta frente de onda experimentam diferentes intervalos de atraso por causa do formato do calço. Esses são atrasos mecânicos, em oposição aos atrasos eletrônicos empregados em testes de Phased Array. Quando a frente da onda atinge a superfície inferior, ela pode ser visualizada através do Princípio de Huygens como uma série de fontes pontuais. As ondas teoricamente esféricas de cada um desses pontos interagem para formar uma única onda em um ângulo determinado pela Lei de Snell.
No teste de Phased Array, o reforço previsível e os efeitos de cancelamento causados pelo faseamento são usados para moldar e orientar o feixe ultrassônico. Pulsar elementos individuais ou grupos de elementos com atrasos diferentes cria uma série de ondas de origem pontual que se combinam em uma única frente de onda que se desloca em um ângulo selecionado. Esse efeito eletrônico é semelhante ao atraso mecânico gerado por uma calço convencional, mas pode ser posteriormente controlado alterando o padrão de atrasos. Por meio da interferência construtiva, a amplitude dessa onda combinada pode ser consideravelmente maior do que a amplitude de qualquer uma das ondas individuais que a produzem. Da mesma forma, atrasos variáveis são aplicados aos ecos recebidos por cada elemento do array para somar as respostas de forma a representar um único componente angular e/ou focal do feixe total. Além de alterar a direção da frente de onda primária, essa combinação de componentes de feixe individuais permite o foco do feixe em qualquer ponto do campo próximo.
Os elementos são geralmente pulsados em grupos de 4 a 32 para melhorar a sensibilidade efetiva, aumentando a abertura, o que reduz a propagação indesejada do feixe e permite um foco mais nítido.
Os ecos de retorno são recebidos pelos vários elementos ou grupos de elementos e deslocados no tempo conforme necessário para compensar os atrasos de calço variáveis e, em seguida, somados. Diferentemente de um transdutor de elemento único convencional, que irá efetivamente mesclar os efeitos de todos os componentes do feixe que atingem sua área, um transdutor de Phased Array pode classificar espacialmente a frente de onda de retorno de acordo com o tempo de chegada e a amplitude de cada elemento. Quando processado pelo software do instrumento, cada lei focal retornada representa a reflexão de um componente angular específico do feixe, um ponto específico ao longo de um caminho linear e/ou uma reflexão de uma profundidade focal específica. As informações de eco podem ser exibidas em qualquer um dos vários formatos padrão.
