caracteristica ULTRASONIDO

Los ultrasonidos son aquellas ondas sonoras cuya frecuencia es superior al margen de audición humano, es decir, 20 KHz aproximadamente. Las frecuencias utilizadas en la práctica pueden llegar, incluso, a los gigahertzios. En cuanto a las longitudes de onda, éstas son del orden de centímetros para frecuencias bajas y del orden de micras para altas frecuencias.
Historia de los ultrasonidos
En el año 1883, Galton investigó los límites de la audición humana, fijando la frecuencia máxima a la que podía oír una persona. Llegó a la conclusión de que los sonidos con frecuencias inaudibles por el ser humano, presentaban fenómenos de propagación similares al resto de las ondas sonoras, aunque con una absorción mucho mayor por parte del aire.

A partir de entonces, se empezó a investigar en temas relacionados con la generación de ultrasonidos:

Los hermanos Curie descubrieron la piezoelectricidad en 1880. Fueron Lippmann y Voigt en la década de los 80 del siglo XIX quienes experimentaron con el llamado efecto piezoeléctrico inverso, aplicable realmente a la generación de ultrasonidos, como veremos.

Joule en 1847 y Pierce en 1928 descubrieron el efecto magnetoestrictivo, directo e inverso.

A lo largo del siglo XX, se han producido grandes avances en el estudio de los ultrasonidos, especialmente en lo relacionado con aplicaciones: acústica subacuática, medicina, industria, etc. Concretamente, Langevin lo empleó durante la primera guerra mundial para sondeos subacuáticos, realizando un sencillo procesado de las ondas y sus ecos. Richardson y Fessenden, en la década de los años 10 idearon un método para localizar icebergs, con un procedimiento similar al utilizado hoy en día (método de impulsos, lo veremos). Mulhauser y Firestone, entre 1933 y 1942 aplicaron los ultrasonidos a la industria y a la inspección de materiales

Las ondas producidas, como hemos dicho en el apartado anterior, hacen vibrar el medio, lo cual es coherente con el concepto de onda sonora. Los generadores se diseñarán con el objetivo de radiar la mayor cantidad de potencia acústica posible: se usará la frecuencia de resonancia, como ya hemos visto.

La posterior transmisión de estas ondas depende, en gran medida, del medio. Cada medio tiene una impedancia distinta, lo cual hace variar la velocidad de propagación entre otras variables. Es importante darse cuenta de que medios con impedancias muy distintas provocan grandes reflexiones, aspecto a tener en cuenta. Por otro lado, es fundamental evitar el aire en la transmisión puesto que una capa de este gas podría anular la propagación de la onda ultrasónica, dada la alta atenuación que proporciona.

Existen las llamadas ondas de dilatación (longitudinales), que hacen variar el volumen del material a través del cual se propagan; y ondas de distorsión (transversales), que no provocan variación en el volumen aunque los límites del medio pueden ser modificados. Una combinación de ambas son las llamadas ondas de superficie, a las que ya hemos hecho mención. Simplemente se trata de ondas que viajan a una distancia muy pequeña de la superficie del medio. Veamos una tabla resumen:

Tipo de onda Gas Líquido Sólido Movimiento de partícula Aplicación
Longitudinal Sí Sí Sí Compresión y relajación a lo largo del eje de propagación Pruebas, mediciones,...
Transversal No Muy poco Sí Desplazamiento perpendicular al eje de propagación Pruebas, soldadura, resonancia,...
Superficie No No Sí Elíptico con alta atenuación por debajo de la superficie Pruebas de superficie para partes con difícil acceso.

Fenómenos ondulatorios típicos, tales como la reflexión, refracción y difracción tienen lugar, en ondas ultrasónicas, de manera análoga a otros tipos de ondas. Ahora hay que tener en cuenta que la longitud de onda es muy pequeña, lo cual tiene efectos apreciables en fenómenos como la difracción. En general, este tipo de ondas pueden considerarse como planas, con propagación rectilínea debido al pequeño valor de su longitud de onda; la energía, por tanto, no puede desplazarse a través de discontinuidades