Este trabalho visa o desenvolvimento de um processo de fabricação para a produção de pequenos lotes de transdutores piezelétricos de ultrassom. O comportamento destes transdutores é estudado através de modelos matemáticos e verificações experimentais, com o objetivo de obter especificações de projeto para seleção de cerâmicas piezelétricas, dimensionamento da camada de retaguarda e da camada de casamento de impedância acústica. Utilizando as equações constitutivas dos materiais piezelétricos e a solução da equação de onda, o transdutor é modelado como um produto de matrizes, sendo cada matriz correspondente a uma camada do transdutor. As relações entre os parâmetros de entrada e saída das camadas analisadas do modelo são utilizadas para determinar as funções características de interesse no projeto de transdutores específicos. O processo de fabricação foi desenvolvido visando diminuir o tempo de montagem e aumentar a confiabilidade de funcionamento, melhorando a qualidade de soldagem das conexões elétricas, da colagem e da vedação, e aumentando a precisão de posicionamento dos componentes do transdutor. Assim objetiva-se obter lotes homogêneos em relação às especificações de projeto, com repetitividade no comportamento dos transdutores produzidos. Utilizando o processo de fabricação desenvolvido, um lote de 133 transdutores de 5 MHz foi produzido, com cerâmicas piezelétricas de 10 mm de diâmetro para suportar pressões de até 500 atm. Os transdutores foram testados individualmente e os resultados mostram uma grande repetitividade do processo desenvolvido. / This work aims the development of a manufacturing process for the production of small batches of piezoelectric ultrasonic transducers. The behavior of these transducers is studied by means of mathematical models and experimental tests, in order to get the design specifications for the piezoelectric ceramics selection, scaling the backing and matching layers. Using the constitutive equations of piezoelectric materials and the wave equation solution, the transducer is modeled as a product of matrices, each matrix corresponding to a layer of the transducer. The relationship between input and output parameters of transducer layers is used to determine the characteristic functions of specific transducers. The manufacturing process was developed for small production batches of transducers and aim decrease assembly time and increase reliability operation, improving the quality of welding of electrical connections, bond and seal, and increasing the positioning accuracy of the transducer components. So the objective is to obtain homogeneous batches regarding to design specifications, with repeatability in the behavior of the manufactured transducers. Using the process manufacturing developed, a 133-transducers batch of 5 MHz was produced, with 10 mm diameter piezoelectric ceramics, to withstand pressures up to 500 atm. The transducers are individually tested and the results show a high repeatability of the manufacturing process.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-20082010-154802 |
| Date | 10 June 2010 |
| Creators | Santos, Marcelo Hilário Gallaro dos |
| Contributors | Adamowski, Júlio Cezar |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | Dissertação de Mestrado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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