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Spiegazione dell'angolo del fascio di un trasduttore a ultrasuoni: frequenza, apertura, campo vicino e lobi laterali

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Spiegazione dell'angolo di fascio di un trasduttore a ultrasuoni: frequenza, apertura, campo vicino e lobi laterali

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L'angolo del fascio deve essere definito prima ancora di essere quantificato
Il “angolo del fascio” viene spesso considerato come una proprietà fissa, ma un trasduttore non proietta un cono dai contorni netti. La pressione acustica varia in modo continuo in funzione della direzione e della distanza. Un angolo riportato in catalogo può essere misurato tra i punti a -3 dB, a -6 dB, un’altra soglia o i primi zeri; può descrivere la pressione di trasmissione, la sensibilità di ricezione o una risposta combinata impulso-eco. Queste definizioni producono valori numerici diversi per lo stesso dispositivo.

Prima di confrontare due trasduttori a ultrasuoni, è necessario chiarire il criterio di livello, l’angolo completo o l’angolo a metà, il piano di misura, la distanza, il mezzo, la frequenza, il montaggio, il bersaglio o il ricevitore, l’azionamento e l’elaborazione del segnale. Senza queste condizioni, «15 gradi» e «20 gradi» potrebbero non rappresentare una reale differenza di prestazioni.

Il fascio è una risposta spaziale
Un’apertura attiva contiene molti punti vibranti. Le loro onde si combinano in modo costruttivo e distruttivo nello spazio. Sull’asse, i contributi possono rafforzarsi. Fuori asse, le differenze di fase riducono la somma e possono creare punti di annullamento e lobi laterali. Il campo risultante dipende dalla lunghezza d’onda rispetto all’apertura effettiva e dalla distribuzione di ampiezza e fase su tale apertura.

Un semplice pistone circolare a vibrazione uniforme è utile per comprendere le tendenze, ma un trasduttore commerciale include anche un elemento piezoelettrico, strati di adattamento, supporto, alloggiamento, superficie protettiva, adesivo, curvatura, smorzamento e bordo di montaggio. Questi elementi possono modificare l’apertura effettiva e introdurre un comportamento non assialsimmetrico. Utilizzare il modello del pistone come stima, quindi misurare l’assieme completo.