Estimación de la Atenuación de una Onda de Ultrasonido en Acrílico Resolviendo un Problema Inverso

Abstract

Cuando se trata de evaluar un material, ya sea para investigar la existencia de algún tipo de defecto o para conocer alguna propiedad mecánica del mismo es deseable hacerlomediante ensayos no destructivos. Particularmente, el ultrasonido es muy utilizado debido a sus costos relativamente bajos y a que ha probado ser efectivo y confiable. Una desventaja que presentan las técnicas basadas en ultrasonido es que, por lo general, se requiere un operador altamente entrenado para evaluar los resultados de los ensayos.
En este trabajo se utiliza una metodología que ha sido desarrollada por los autores para identificar propiedades mecánicas de materiales en capas a partir de la propagación de una onda de ultrasonido a través de la muestra a estudiar. El propósito de contar con este tipo de herramientas es independizarse del criterio de un operador, que siempre tiene una cuota de subjetividad, y así obtener resultados procesando los datos experimentales contrastándolos conlos modelos teóricos querepresentan al problema. Esta metodología se basa en el modelo equivalente de la línea de transmisión,que ha sido usado en experimentos simulados para identificar impedancias acústicas y tiempos de tránsito en materiales en capasresolviendo un problema inverso (PI) de estimación de parámetros. Apartir de la identificación de estos parámetros pueden calcularsemódulos elásticos, densidades y velocidades de propagación de cada una de las capas que forman el material.
El modelo equivalente original, tal como se lo encuentra en la bibliografía, no contempla en detalle el efecto de laatenuación, lo cual haceque se incurra en mayores erroresal momento de aplicarlopararepresentar medicionesreales. Las fuentes de atenuación presentes en mayor o menor medida en todos los materiales son la dispersión producida por su geometría (existencia de bordes de grano, poros, etc.) o la absorción, debida a la conversión de energía mecánica en calor por diversos procesos. En general, la atenuación no es independiente dela frecuencia de la onda y es mayor a frecuencias más altas. Se incluyóen el modelo de la línea de transmisión una modificación que tiene en cuenta este efecto. El modelo modificado se utilizóen la metodología propuesta para resolver un PI formulado para identificar los parámetros relacionados con la atenuación en tresmuestras diferentes de acrílico. Del análisis llevado a cabo surgió que la solución del problema es estable pero debió salvarse la dificultad de la presencia de múltiples mínimos. Se ha probado la efectividad de la metodología para esta aplicación, con la ventaja adicional de poder estimar de manera simultánea los demás parámetros de interés en la caracterización de la muestra.