相控阵探头的聚焦

A partir del ángulo de dispersión del haz, es posible calcular el diámetro del haz desde cualquier distancia de la sonda. En el caso de una sonda Phased Array cuadrada o rectangular, la dispersión del haz en el plano pasivo será similar a la de una sonda desenfocada. En el plano orientado o activo, el haz puede ser enfocado de forma electrónica para converger la energía acústica en la profundidad deseada. Con una sonda enfocada, el perfil del haz puede ser representado por lo general como un cono hueco (o suela [zapata] en el caso del enfoque uniaxial) que converge en un punto focal y, después, diverge en un ángulo igual, más allá del punto focal, de la siguiente manera:

La longitud del campo cercano y, por tanto, la divergencia natural de un haz ultrasónico está determinadas por la apertura (igual al diámetro del elemento en el caso de las sondas monolíticas de ultrasonido convencional) y la longitud de onda (velocidad de onda dividida por la frecuencia). En el caso de una sonda desenfocada, es posible calcular la longitud del campo cercano, el ángulo de dispersión del haz y el diámetro del haz de la siguiente manera:

La longitud del campo cercano, en un material específico, también define la profundidad máxima a la que se puede enfocar un haz de acústico. Un haz no puede enfocarse más allá del final del campo cercano.

La sensibilidad efectiva de una sonda enfocada se ve afectada por el diámetro del haz en el punto de interés. Cuanto menor sea el diámetro del haz, mayor será la cantidad de energía que se reflejará a partir de un pequeño defecto. El diámetro del haz de –6 dB que presenta una sonda enfocada en el punto focal puede calcularse de la siguiente manera:

A partir de estas fórmulas, es posible ver como la medida del diámetro o la frecuencia del elemento aumenta mientras el ángulo de dispersión del haz disminuye. A su vez, un ángulo de dispersión del haz más pequeño puede resultar en una mayor sensibilidad efectiva en el área del campo lejano, ya que la energía del haz se disipa de forma más lenta. Dentro de su campo cercano, una sonda puede enfocarse para crear un haz que converja en lugar de divergir. Reducir el diámetro del haz a un punto focal aumenta la energía acústica por unidad de área dentro de la zona focal y, por ende, la sensibilidad aumenta en los reflectores pequeños. Las sondas de ultrasonido convencional suelen hacer esto con una lente acústica refractiva, mientras que las de ultrasonido multielemento lo hacen de forma electrónica por medio de impulsos de fase y los efectos de moldeado del haz resultantes.

En el caso de las matrices multielemento cuadradas y lineales que se usan con frecuencia con elementos rectangulares, el haz se enfocará en la orientación de direccionamiento y se desenfocará en la dirección pasiva. Aumentar el tamaño de la apertura incrementa la nitidez del haz enfocado, tal como puede verse en estos perfiles de haz. Las áreas rojas corresponden a la presión acústica más alta y las áreas azules a la presión acústica más baja.

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