¿Qué son los Instrumentos Ultrasónicos?
Los instrumentos de medición por ultrasonidos transmiten ondas ultrasónicas (ondas sonoras de alta frecuencia que el oído humano no puede oír) a objetos gaseosos, líquidos o sólidos y utilizan sus propiedades, como la reflexión y la absorción, para medir diversas condiciones del objeto.
Las ondas sonoras tienen propiedades como la reflexión, la velocidad y la atenuación. Las propiedades de las ondas sonoras, como la reflexión, la velocidad y la atenuación, se ven afectadas por el material, la concentración y el caudal del medio (la sustancia que media en la transmisión de las ondas sonoras). Midiendo estos cambios en las características de las ondas sonoras, pueden investigarse las propiedades del medio.
Usos de los Instrumentos Ultrasónicos
Los objetos que deben investigarse con instrumentos de medición ultrasónica pueden clasificarse en función de los tres estados de la materia: sólido, líquido, gaseoso y mixto.
1. Sólidos
Un ejemplo de sólido es la medición del espesor de un metal. El espesor del metal puede determinarse irradiando ondas ultrasónicas en el metal y midiendo el tiempo que tardan las ondas en reflejarse.
2. Líquidos
Un ejemplo de líquido es una sonda de pesca. Si se emiten ondas ultrasónicas en el mar y se mide el tiempo que tardan en reflejarse en el banco de peces/fondo marino, se puede determinar el tamaño y la posición del banco de peces y la distancia al fondo marino.
3. Los Gases
Un ejemplo de gas es el anemómetro de gas. Utiliza el hecho de que las ondas sonoras en un gas se ven afectadas por la velocidad del gas para medir la velocidad del gas.
4. Estados Mixtos
Un ejemplo de estado mixto es un sistema de imágenes por ultrasonidos. A diferencia de las imágenes de rayos X y TAC, los ultrasonidos no se exponen a la radiación y se utilizan para ver el feto.
Principios de los Instrumentos Ultrasónicos
1. Parámetros de los Ultrasonidos
En general, las “ondas” tienen los siguientes parámetros:longitud de onda, amplitud, frecuencia, velocidad y periodo. Una onda sinusoidal puede representarse mediante la siguiente: ecuación:
y = Asin (2π / T) (x – t / v)
Donde y es la posición en el eje vertical, A es la amplitud, T es el periodo, x es la posición en el eje horizontal, t es el tiempo y v es la velocidad. La frecuencia f y la longitud de onda λ se pueden representar, respectivamente, de la siguiente manera
f = 1 / T
λ = Tv
Estos parámetros también son válidos para las ondas sonoras. En el caso de las ondas sonoras, los parámetros anteriores cambian para la misma onda sonora en diferentes medios.
2. Mediciones Ultrasónicas
Las mediciones ultrasónicas aprovechan el hecho de que las propiedades de las ondas ultrasónicas cambian en función del medio.
Por ejemplo, la relación entre la velocidad del sonido es gas < líquido < sólido. Incluso en un mismo sólido, la velocidad del sonido varía en función de la sustancia. Utilizando estas características, se pueden realizar las siguientes mediciones.
1. Objetos Individuales
Dado que la velocidad del sonido en un sólido en las mismas condiciones puede considerarse constante, el espesor del sólido puede medirse si se conocen la velocidad del sonido y el tiempo que tardan en reflejarse las ondas sonoras irradiadas en el sólido.
2. Líquidos
Si se supone que las condiciones en el mar son casi constantes, la posición de los bancos de peces puede estimarse a partir del tiempo que tardan las ondas ultrasónicas irradiadas en reflejarse en el banco.
3. El Gas
Si el medio está en movimiento,
(velocidad del sonido en el medio) = (velocidad original del sonido) + (velocidad del medio)
Se establece la relación “velocidad del sonido en el medio”. A partir de ella, se puede medir la velocidad del medio midiendo la velocidad del sonido en el medio.
4. Condiciones de Mezcla
La atenuación del sonido está relacionada con el coeficiente de atenuación, la distancia y la frecuencia, donde el coeficiente de atenuación depende del medio. Utilizando esta relación, se puede estimar el estado del medio midiendo el coeficiente de atenuación.
Más Información sobre los Instrumentos Ultrasónicos
1. Instrumentos Ultrasónicos de Espesor
Los medidores de espesor por ultrasonidos miden el espesor de un objeto colocando un transductor (sonda) en un lado del objeto que se desea medir. Las ondas ultrasónicas emitidas por el transductor atraviesan el medio de contacto, atraviesan el objeto que se desea medir y se reflejan en el transductor situado en el lado opuesto del objeto.
Las ondas ultrasónicas que atraviesan un material tienen un valor específico de velocidad del sonido. Los medidores de espesor por ultrasonidos miden el espesor del objeto medido en función de este valor de velocidad del sonido específico del material y del tiempo que tardan las ondas ultrasónicas en transmitirse y reflejarse.
El objeto de medición puede ser de distintos materiales, como metal, vidrio o plástico. Además, el objeto de medición puede tener diversas formas, desde planas hasta curvas.
2. Cómo utilizar los Instrumentos Ultrasónicos
Se conocen los siguientes métodos de medición para el uso de medidores de espesor por ultrasonidos.
1. Método de Medición Única
El método de medición única es un método en el que la sonda (transductor) se pone en contacto con el objeto a medir y se mide el espesor. Es adecuado cuando la corrosión o el adelgazamiento de la pared del objeto a medir es leve.
2. Método de Medición en Dos Tiempos
El método de medición de dos veces es un método en el que el transductor se gira 90° y el método de medición de una vez se realiza dos veces, tomando como valor medido la menor de las dos mediciones, lo que aumenta la precisión de la medición en comparación con el método de medición de una vez.
3. Método de Medición Multipunto
El método de medición multipunto consiste en realizar varias mediciones dentro de un círculo cuyo centro es el punto de medición. El valor más pequeño de las múltiples mediciones se toma como valor medido, lo que resulta adecuado para medir zonas en las que se está produciendo corrosión localizada.
4. Método de Medición de Precisión
El método de medición de precisión se utiliza para medir la distribución de la disminución del espesor debida a la corrosión en lugares en los que se espera que la corrosión haya progresado hasta cierto punto.
5. Método de Medición Continua
El método de medición continua es un método de medición utilizado para comprobar los cambios de espesor y permite deducir el estado de la superficie posterior basándose en los cambios del espesor de la sección transversal del objeto medido. Los cambios de grosor pueden comprobarse midiendo a intervalos regulares mediante el método de medición única o escaneando continuamente. En el caso de materiales tubulares, el adelgazamiento de la pared puede progresar desde el interior aunque no haya anomalías en el exterior.
6. Otros Métodos de Medición
Para medir el espesor de los materiales tubulares, se utiliza una sonda Ni-oscilador y un método de medición de una sola vez o de dos veces. La dirección de contacto del transductor es importante durante la medición.