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Previous issue date: 2008-10-23 / Universidade Federal de Sao Carlos / This work was motivated on the great technological and commercial interest of ultrasonic transducer, capable to generate diffraction controlled ultrasonic beams in the
frequency range of kHz up to MHz. As a solution, in this work we proposed the construction of Bessel-like transducers, which have the polarization of the piezoelectric constituent
element with a Bessel function profile. As a comparative result, conventional transducers were also built. The conventional modes of vibration, thickness and radial, were characterized, aiming to estimate the potential of these transducers for applications in diagnosis, such as: non-destructive tests or medicalultrasonography. The transducers were based on a poled niobium doped PZT ferroelectric ceramics, with disk shape. The polarization profile, of the concentric electroded rings, of the Bessel-like transducer followed the Bessel function (Jo) profile. The characterizations were based on electromechanical and acoustics techniques for the emission, reception and emissionreception (pulse-echo) modes. To the acoustic characterizations (acoustic field) transducers receivers (hydrophones) were also constructed and calibrated as a function of the frequency, to present a linear response in the frequency range for each transducer. The electromechanical characterization provided the impedance spectrum of the
vibration modes, and their respective harmonics, for the transmitters and receivers transducers. The characterization of the transducers acoustic field, for both modes, thickness and radial, has shown that on the Bessel-like transducers the diffraction of the central beam can be controlled and/or reduced, if compared with the conventional, or uniform poled transducer. However, the experimental verification of radial mode pattern of the conventional transducer (in the fundamental mode or in each of its harmonics), showed a natural Bessellike transducer behavior, with a typical Bessel polarization profile. Exploring the radial mode can provide a lower frequency of operation (if compared with the thickness mode), allowing one increase of the penetration depth, besides a decreasing on the ultrasound Rayleigh beam
distance, with good collimation and good resolutions. The results of this study shown that ultrasonic transducer with non uniform polarization pattern, especially those of Bessel type, are promising materials for applications in ultrasonic piezoelectric transducers, exploring as well the radial mode as the thickness vibration modes. / O desenvolvimento deste trabalho foi motivado pela necessidade do mercado em transdutores ultra-sônicos, capazes de gerar feixes ultra-sônicos com difração controlada, para se trabalhar com freqüências tanto da ordem de kHz quanto na faixa dos MHz. Uma solução encontrada para suprir essa carência foi a construção de transdutores do tipo Bessel , em que a polarização do elemento piezoelétrico apresenta um perfil que segue uma função de Bessel. Neste trabalho foram construídos e caracterizados transdutores ultra-sônicos do tipo Bessel e convencional, para os modos de vibração espessura e radial, visando estimar o potencial dos transdutores para aplicações em diagnose (ensaios não destrutivos ou ultrasonografia em medicina). Construiu-se um transdutor utilizando discos cerâmicos ferroelétricos de PZT dopado com nióbio, com polarização uniforme e outro com polarização variável. O perfil da polarização não uniforme seguiu o perfil de uma função de Bessel (Jo), em anéis concêntricos pintados nas faces da cerâmica. Os transdutores construídos foram caracterizados pelas
técnicas eletromecânica e acústica, em regime de emissão, recepção e de emissão-recepção (pulso-eco). Para as caracterizações de campo acústico transdutores receptores (hidrofones) foram construídos e adequados para obter boa linearidade nas freqüências de operação dos transdutores.
A caracterização eletromecânica forneceu o espectro de impedância para os modos de vibração e seus respectivos harmônicos dos transdutores emissores e receptores.
A caracterização do campo acústico dos transdutores, tanto para o modo de espessura quanto radial, permitiu verificar que os transdutores Bessel permitem diminuir ou controlar a
difração do lóbulo central, quando comparados a um transdutor com polarização convencional ou uniforme do elemento piezoelétrico Relevante, todavia foi a verificação experimental de que transdutor convencional, quando excitado no modo radial (no modo fundamental ou em um dos seus harmônicos), comporta-se como um transdutor Bessel natural , assumindo naturalmente as características condizentes a esse perfil de polarização. A excitação no modo radial pode proporcionar uma freqüência de operação inferior (àquela do modo de espessura), aumentando a profundidade
de penetração e diminuindo a distância de Rayleigh do feixe ultra-sônico, com boa colimação e boas resoluções. Os resultados decorrentes deste trabalho evidenciam claramente que transdutores ultra-sônicos com polarização não uniforme, em particular os do tipo Bessel, apresentam potencial para utilização em transdutores ultra-sônicos piezoelétricos com difração controlada, que explorem tanto o modo de vibração radial quanto o de espessura do elemento piezoelétrico.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/5012 |
| Date | 23 October 2008 |
| Creators | Moreira, Danilo Conti |
| Contributors | Eiras, José Antônio |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Física, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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