[pt] DESENVOLVIMENTO E AVALIAÇÃO DE UMA REDE DE CASAMENTO DE IMPEDÂNCIA SIMPLIFICADA AUTOMÁTICA PARA TRANSDUTORES ACÚSTICOS ELETROMAGNÉTICOS

[en] DEVELOPMENT AND ASSESSMENT OF A SIMPLIED AUTOMATIC IMPEDANCE MATCHING NETWORK FOR ELECTROMAGNETIC ACOUSTIC TRANSDUCERS

[pt] JOAO PEDRO TORRES DE SOUSA ANDRADE

[pt] CASAMENTO DE IMPEDANCIA

[pt] TRANSDUTORES ACUSTICOS ELETROMAGNETICOS

[pt] ENSAIOS NAO DESTRUTIVOS

[pt] AUTOMACAO

[en] IMPEDANCE MATCHING

[en] ELECTROMAGNETIC ACOUSTIC TRANSDUCERS

[en] NONDESTRUCTIVE EVALUATION

[en] AUTOMATION

[pt] Ondas ultrassônicas podem ser usadas para ensaios não destrutivos. Elas são geradas e adquiridas por transdutores. Transdutores acústicos eletromagnéticos (EMATs) possuem algumas vantagens em relação a transdutores tradicionais piezoelétricos, principalmente a capacidade de gerar ondas ultrassônicas sem necessidade de contato físico com o meio em teste. No entanto, sua principal desvantagem é a menor eficiência, que resulta em uma relação sinal-ruído mais baixa. Técnicas de casamento de impedância podem ser utilizadas para combater isso. A rede de casamento de impedância do tipo circuito L é comumente utilizada para garantir a transferência máxima de potência da eletrônica de excitação para o EMAT. Existem diversas variáveis que podem afetar a impedância de um EMAT além do próprio transdutor, como as propriedades e distância do material, a temperatura e a frequência de excitação. Portanto, para garantir a transferência máxima de potência, o circuito de casamento de impedância precisa ser reconfigurado e ter seus valores ajustados sempre que um dos fatores mencionados acima sofrer alteração. O processo de ajuste manual desta rede é trabalhoso e demorado, portanto, sua automação pode trazer grandes benefícios para o uso de transdutores EMAT. Esta dissertação propõe um circuito simplificado, com um único elemento, para casamento de impedância de EMATs. Os valores teóricos ideais para circuitos mono-elemento foram obtidos. Simulações confirmaram sua viabilidade em aumentar a eficiência do EMAT. Circuitos de casamento manual e automáticos foram projetados e construídas. Configurações experimentais foram elaboradas e postas em prática. Experimentos com dois transdutores EMATs distintos foram conduzidos utilizando várias frequências. O sistema automático foi capaz de determinar a melhor configuração para o circuito mono-elemento de casamento de impedância e forneceu um ganho de até 5,6 dB, similar à solução manual. A configuração automática foi mais de duas vezes mais rápida do que a manual.

[en] Ultrasonic waves can be used for nondestructive testing. They are generated and acquired by transducers. Electromagnetic acoustic transducers (EMATs) have some advantages over traditional piezoelectric transducers. Mainly, the ability to generate ultrasonic waves without requiring physical contact with the medium under test. Nevertheless, they present a main drawback of less efficiency, which leads to a lower signal-to-noise ratio. To overcome this, impedance matching techniques can be used. The L-network impedance matching network is often used in order to ensure maximum power transfer to the EMAT from the excitation electronics. There is a wide range of variables that can affect an EMAT s impedance besides the transducer itself, namely, the properties and distance to the specimen material, the temperature, and the excitation frequency. Therefore, to ensure optimal power transfer, the Lnetwork s configuration needs to be tuned whenever one of the factors that affect impedance changes. The process of manually adjusting the impedance matching network is a laborious and time-consuming task, therefore, its automation can be of great benefit to the use of EMAT transducers. In this work, a simplified one-element automatic matching network is proposed. The theoretical optimal values for the one-element matching networks are derived. Simulations confirmed their effectiveness to increase EMAT efficiency. Manual and automatic networks were designed and built. Experiments were performed with two dierent EMATs at several frequencies. The automatic system was able to determine the best conguration for the one-element matching network and provided up to 5.6 dB gain, similar to the manual solution. The automatic setup was more than two-fold faster than the manual one.

ALAN CONCI KUBRUSLY

VIVIAN SUZANO MEDEIROS

EDUARDO COSTA DA SILVA

MARCELO ROBERTO BAPTISTA PEREIRA LUIS JIMENEZ

ALAN CONCI KUBRUSLY

VIVIAN SUZANO MEDEIROS

2023-10-03

2023-08-25

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INGLÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=64202@1

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.64202