¿Cómo puedo evaluar los reflectores usando la amplitud del eco?
Debido a que las numerosas condiciones de reflexión que existen en el reflector natural de un material nunca pueden interpretarse claramente mediante medios ultrasónicos, se ha recurrido a un sustituto: el reflector equivalente. Con el reflector equivalente, el eco de una discontinuidad se puede rastrear hasta una fuente clara (sustitutiva) independientemente del operador. Una fuente sustitutiva de este tipo es, por ejemplo, un reflector en forma de disco que, si estuviera perpendicular al eje acústico del haz de sonido, emitiría la misma amplitud de señal que el reflector natural desconocido. Esta correlación es permisible siempre que el reflector natural sea aquel cuyas características sean similares a las de una superficie circular. Este es el caso de todas las discontinuidades que representan «pequeños reflectores», es decir, reflectores que no se extienden más allá de los límites del haz de sonido en ninguna dirección. Un comportamiento similar al de un disco circular también se presenta con un reflector oblongo. En la prueba manual se cumple el requisito previo de que el reflector se encuentre en el eje del haz de sonido. Allí se mueve la sonda hasta obtener la máxima indicación del reflector. A continuación el reflector se encuentra sobre el eje acústico. En la prueba automática con trayectorias de prueba fijas es pura casualidad que un reflector se encuentre en el eje acústico del haz de sonido. En este caso no se puede operar simplemente con el reflector equivalente en forma de disco (tamaño del reflector equivalente = diámetro del disco) según la amplitud de la señal (consulte el capítulo 13). El modelo del reflector en forma de disco tiene la ventaja de que se puede experimentar fácilmente con él y también se puede utilizar para soluciones teóricas. Es sencillo observar las leyes de distancia en el campo lejano para reflectores en forma de disco en funcionamiento con una sola sonda: si la distancia entre la sonda y el reflector aumenta, la presión del pulso sonoro que se aproxima disminuye en proporción a la distancia (capítulo 8). El pulso sonoro reflejado también pierde presión hasta el receptor en proporción a la distancia z, es decir, la amplitud del eco es función del cuadrado de la distancia z.
Como la presión sonora del pulso reflejado es función de la superficie del reflector, que es el cuadrado del diámetro d, la amplitud del eco en el campo lejano es proporcional al cuadrado del diámetro (37).
Esta relación generalmente aplicable entre cristales en forma de disco (transductores) y reflectores en forma de disco dependiendo de la distancia (D), la ganancia (G) y el tamaño (S) se indica en el diagrama DGS (fig. 40). Para obtener una aplicabilidad general, el tamaño del reflector se normaliza mediante (39)
(diámetro del reflector/diámetro del transductor)
La distancia z como (40)
(distancia en longitudes de campo cercano)
Para ahorrar la conversión de valores normalizados a valores absolutos, se pueden crear diagramas DGS especiales para determinadas sondas y materiales, como p. ej., en las hojas de datos de las sondas Krautkrämer (dichos diagramas especiales se aplican solo a una sonda y un tipo de material). Representan una sección del diagrama general (fig. 41). Aún más sencillo es la prueba con escala DGS, que elimina cualquier «trabajo de escritura». La escala representa una pequeña sección de un diagrama DGS especial. Las curvas del reflector equivalente no están en escala logarítmica doble sino en escala lineal doble (fig. 42).
Naturalmente, los diagramas DGS no solo se pueden elaborar para transductores y reflectores en forma de disco. También se pueden fabricar para reflectores rectangulares o cilíndricos. Los diagramas DGS no se limitan al funcionamiento de una sola sonda. Hay diseños para sondas TR (fig. 12) y para funcionamiento en tándem utilizando dos sondas (fig. 36). Antes de utilizar un diagrama o escala DGS se deben conocer los datos efectivos (datos reales) de la sonda: diámetro Dl y longitud del campo cercano Ni
En la siguiente tabla se proporciona un ejemplo del uso del diagrama DGS. Cualquier eco de fondo opcional se utiliza como eco de referencia y se establece en una altura de referencia específica en la escala CRT. Se normaliza la distancia zW de la pared a ZW y se encuentra el punto relativo en la curva de eco de fondo (fig. 43). La ganancia necesaria para ajustar el eco de fondo será VW.
Previamente dado
nominal real
fs = 4 MHz fi = 3,90 MHz
cs = 5,920 km/s ci = 5,900 km/s
Ds = 20 mm Di = 19,0 mm
Ns = D2 . f/4. c Ni = 61 mm
Valores medidos
zW = 165 mm (distancia de la pared trasera)
Vw = 46 dB
zR = 49 mm
VR = 62 dB
zW = zW/Ni = 165/61 = 2,7
zR = zR/Ni = 49/61 = 0,8
VR - Vw = 62 dB - 46 dB = 16 dB
With Zr y VR - Vw según Fig. 43
G = 0,2
d = G Di = 0,2 * 19 mm = 3,8 mm (diámetro del reflector)
El reflector aparece a la distancia zR, que debe normalizarse a ZR. Para medir la diferencia de amplitud entre el eco del reflector y el eco de fondo, el eco del reflector se lleva al nivel de referencia seleccionado. La ganancia necesaria para hacer esto podría ser VR. La amplitud del eco del reflector es entonces menor en VR - VW que la amplitud del eco de fondo. Con la distancia del reflector ZR y la diferencia de amplitud se puede determinar el diámetro equivalente relativo del reflector 0,2. Cuando se multiplica por el diámetro efectivo del transductor Di, el resultado es el diámetro del reflector que se busca, que es de 3,8 mm. Naturalmente, con diagramas y escalas DGS especiales no es necesaria la normalización de distancias y tamaños de reflector equivalentes. Sin embargo, si la sonda se desvía demasiado de sus datos nominales (especificaciones), ya no se podrán utilizar los diagramas y escalas especiales, mientras que los diagramas generales siempre se podrán utilizar con los datos reales. En el ejemplo actual se supone que el material no tiene ninguna atenuación digna de mención. Esto debe comprobarse antes de realizar las mediciones. Si no se puede ignorar la atenuación del sonido, serán necesarias las siguientes correcciones:
coeficiente de atenuación [?, ( dB/m) = VW - 2 ß • zw VR' = VR - 2 ß • ZR Con estas cantidades VW' y VR se procede como con VW y VR.
Los detectores de defectos ultrasónicos digitales modernos utilizan programas DGS especiales para evaluar los ecos de las discontinuidades. Los parámetros reales necesarios de la sonda se introducen mediante el menú o, en caso de sondas dialogadas, son leídos automáticamente por el propio instrumento digital. Las curvas DGS necesarias se muestran directamente en la pantalla digital. Los cálculos son ejecutados por el instrumento digital y los resultados también se muestran en la pantalla.