ES2562792T3 - Unidad de emisión y recepción para ondas ligadas a medios - Google Patents

Abstract

Unidad de emisión y recepción de ultrasonidos con al menos un transductor para la generación de señales ultrasónicas multi-frecuencia y para la recepción de señales ultrasónicas influenciadas por el medio de investigación, en particular reflectadas, amortiguadas y/o desviadas, presentando el transductor un elemento central, configurado de forma circular, y al menos otro elemento anular dispuesto entorno al elemento central y concéntrico a éste, generando y emitiendo al mismo tiempo los elementos señales ultrasónicas de diferente frecuencia y recibiendo las señales ultrasónicas de todas las frecuencias influenciadas por el medio de investigación y aportando las señales recibidas, formadas a partir de ello, a un dispositivo de evaluación, caracterizada por que en el caso de un diámetro global predeterminado del transductor, el diámetro del elemento circular central y la anchura de los elementos anulares, así como las frecuencias de las señales ultrasónicas emitidas por los distintos elementos se eligen de modo que el campo lejano del campo sonoro resultante queda cubierto de manera homogénea y evitando enfoques por todas las señales ultrasónicas con diferentes frecuencias utilizadas.

Description

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DESCRIPCION

Unidad de emision y recepcion para ondas ligadas a medios

La presente invencion se refiere a una unidad de emision y recepcion de ultrasonidos con al menos un transductor para la generacion de senales ultrasonicas multi-frecuencia y para la recepcion de senales ultrasonicas, en particular reflejadas, atenuadas o desviadas, influenciadas por el medio de investigacion.

Unidades de transmision ultrasonicas conocidas constan por lo general de uno o mas piezocristales, p. ej., dispuestos en una matriz que, a traves de una excitacion electrica correspondiente emiten una senal ultrasonica con una frecuencia determinada. Frecuencias tlpicas se encuentran en una banda de frecuencia de, p. ej., 1 MHz - 8 MHz. En este caso son determinantes para el cristal, referido a la frecuencia emitida, los parametros espaciales y electricos caracterlsticos.

Tanto en el diagnostico medico como en la prueba no destructiva de materiales, el "nondestructive testing" (ensayo no destructivo) de diferentes materiales o composiciones de materiales, existen numerosas posibilidades de aplicacion para tales dispositivos. Asl, por ejemplo, un problema principal en medicina consiste en detectar mediante ultrasonidos como un todo una zona espacial determinada en el cuerpo humano. Por lo general, se utilizan para ello unicamente sondas ultrasonicas de una sola frecuencia. El problema fundamental en este caso consiste en que la longitud de onda y la frecuencia se encuentran en una relacion reclproca entre si de acuerdo con la ecuacion

c_m = A * f

designando c_m la velocidad de propagation del sonido en el medio respectivo, A la longitud de onda en este medio y f la frecuencia con la que se emite la senal ultrasonica. Dado que la longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia, a una frecuencia dada, la profundidad efectiva de penetration es determinada por las propiedades de atenuacion del medio sonorizado investigado. Por lo tanto, si es necesario para el proceso de diagnostico respectivo elegir otra frecuencia por motivos de calidad de la investigacion a fin de lograr una profundidad de penetracion diferente, entonces convecionalmente se sustitye la unidad de emision ultrasonica utilizada por una mas adecuada para la nueva frecuencia seleccionada. Asl, p. ej., para estudios de la estructura de la superficie de la piel se utilizan frecuencias muy altas de hasta 30 MHz.

La aplicacion de sondas ultrasonicas con la propiedad de poder emitir senales ultrasonicas de diferentes frecuencias tal como se conoce, por ejemplo, por el documento DE 297 08 338 U1, permite conseguir una mayor profundidad de penetracion a frecuencias mas bajas y una resolution espacial mayor a frecuencias mas altas. Sin embargo, por lo general, en la mayorla de los casos se quieren lograr ambas cosas simultaneamente, pero se esta obligado a aceptar casi siempre un compromiso debido a los equipos disponibles en el mercado, que a menudo no hacen justicia al objetivo del diagnostico.

En otros campos de aplicacion del diagnostico mediante ultrasonidos tal como la prueba no destructiva de materiales o bien "nondestructive testing" (NDT), el objetivo consiste en llegar a conocer propiedades interesantes del material en cuestion (del medio sonoro) mediante ultrasonidos. Para ello, se utilizan sondas ultrasonicas con una frecuencia adecuada para el medio respectivo. Los intervalos de frecuencias alcanzan en este caso frecuencias bajas de varios cientos de kHz hasta frecuencias de decenas de MHz, dependiendo de las propiedades de los materiales que se quieran verficar. Los medios a examinar pueden ser materiales solidos tales como metales o fluidos en fase llquida o gaseosa, pero tambien medios mixtos, tales como emulsiones o gases disueltos en llquidos (p. ej. en aceite). En particular, para los procesos qulmicos o biologicos que discurren continuamente en fluidos, la detection de las diferentes caracterlsticas de estos fluidos por medio de ultrasonidos, asl como de su composition a base de diferentes componentes, p. ej., en mezclas y emulsiones, o de las sustancias solidas o gaseosas disueltas en estos fluidos, supone un gran desaflo tecnico.

Tambien se conocen ya generadores de ultrasonidos concebidos de forma anular ("annular arrays") (vease Sverre Holm, 1995) que, generalmente, trabajan con una sola frecuencia. Estas sondas ultrasonicas se utilizan de manera ventajosa en el diagnostico medico, con el fin de posibilitar en lugares del cuerpo humano de dificil acceso para sondas ultrasonicas convencionales, p. ej., en la zona vaginal o rectal, buenas imagenes de ultrasonidos de los tejidos u organos all! presentes.

Las necesidades de la aplicacion practica, en particular en la medicina, condicionan a menudo formas de realization de las sondas en las que se preve un enfoque. Este puede realizarse mecanica o dinamicamente mediante el enfoque electronico. Esto resulta, por un lado, de la profundidad de penetracion establecida para una frecuencia determinada sobre el campo sonoro (campo lejano) efectivo de una sonda ultrasonica a una atenuacion (attenuation) variable de la senal a traves del tejido penetrado y, por otro lado, de las estructuras del tejido encontradas por la resolucion predeterminada por la longitud de onda. Dado que la relacion c = A * f, es decir, la velocidad de propagacion en el medio = longitud de onda * frecuencia, supone una reciprocidad de la relacion entre la longitud de

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onda y la frecuencia, mediante determinadas medidas tecnicas a una frecuencia constante, se intenta mejorar la calidad de la senal mediante el enfoque en una zona determinada, la denominada zona focal.

Si se utiliza un generador de ultrasonidos, por lo general una plaquita de cristal piezoelectrico (o bien una disposicion rectangular o anular de varias plaquitas menores, es decir, una matriz de sub-elementos), entonces el diametro D del generador o de la disposicion con la longitud de onda esta vinculado a traves de la relacion

"altura (longitud, expansion) del campo cercano" = D2 / 2 * A

El campo cercano es en este caso la zona cercana al generador, en la que se forman interferencias de las ondas sonoras emitidas de tal manera que conducen a un "desorden" del campo sonoro cerca del transductor (campo cercano, zona de Fraunhofer). Por ello, los componentes de la senal ultrasonica recibida ya no corresponderian a una information del material o de los medios a interpretar con sentido. Por tanto, cuando se reciben senales ultrasonicas en las ondas ultrasonicas mas alla del punto de transition en

D2 / 2 * A = D2 * f / (2 * c_m) (1)

se debe recurrir al denominado campo lejano para obtener informacion significativa sobre el medio sonorizado. En este caso es determinante que un frente de onda homogeneo y coherente incida sobre el lado receptor. De acuerdo con la ecuacion (1) D y f se encuentran en una relacion reciproca entre si, es decir, en caso de aumento de la frecuencia f, D sera siempre menor cuando el campo cercano deba permancer en la medida de lo posible del mismo tamano (pequeno), con el fin de que las interferencias que alli aparecen no interfieran en la reception de las ondas ultrasonicas emitidas en la sonda receptora.

A partir del documento US 4.569.231 se conoce un dispositivo de ultrasonidos con elementos piezoelectricos anulares para producir ondas sonoras de diferentes frecuencias.

Con este dispositivo se aprovecha sistematicamente el hecho de que para diferentes frecuencias para diferentes anillos de la matriz se generan puntos de enfoque situados a diferentes profundidades en el campo sonoro, que sirven para el proposito mencionado anteriormente de posibilitar imagenes de ultrasonido en el cuerpo humano suficientemente buenas, debido a que en el caso de estos diferentes puntos de enfoque condicionados por la frecuencia hacen posible diferentes profundidades de penetration correspondientes con una calidad de la senal justificable. Al mismo tiempo, en cada caso solo se analizan las senales reflejadas de la senal de transmision en la frecuencia que presentan un punto de enfoque a la profundidad de penetracion deseada en el tejido. El campo sonoro resultante por la disposicion de acuerdo con el documento US 4.569.231 esta estructurado extremadamente heterogeneo en relacion con la distribution de las zonas del campo en las que aparecen senales con todas las frecuencias utilizadas, de modo que la evaluation de las senales reflejadas de las otras frecuencias falsearian el diagnostico. Ademas, la construction tecnica de esta matriz anular conocida depende firmemente de las profundidades de penetracion de interes especificadas, es decir, de las zonas de enfoque para las diferentes frecuencias.

A partir del documento US 4.437.348 se conoce asimismo un dispositivo de ultrasonidos con elementos piezoelectricos anulares que generan ondas sonoras de diferentes frecuencias. Tambien aqui se enfocan las ondas sonoras.

La presente invention tiene por mision crear una unidad de emision y recepcion de ultrasonidos con multi-frecuencia con la que sea posible una detection amplia, que incluya todas las propiedades de los procesos de modification fisica-quimicamente relevantes del medio investigado.

El problema se resuelve con una unidad de emision y recepcion de ultrasonidos con las caracteristicas de la revindication 1. Las reivindicaciones subordinadas indican perfeccionamientos ventajosos.

El tipo de la disposicion de los elementos del al menos un transductor en torno a un centro comun, la emision simultanea de todos los elementos y la determination y evaluacion simultaneas de todas las frecuencias de las senales influenciadas por el medio de investigacion posibilitan una amplia determinacion de todas las propiedades interesantes del medio de investigation. En este caso, es ventajoso que los elementos emitan de forma continua las senales ultrasonicas, con el fin de posibilitar tambien la deteccion de procesos de modificacion del medio investigado.

Dado que el angulo de apertura (apertura) del campo sonoro de un generador de ultrasonidos de diametro D depende de la frecuencia utilizada en cada caso, conforme a la relacion

Sen© : = 1,22 * A/ D

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con 0 como angulo de apertura y A < D como longitud de onda, se manifiestan para frecuencias elevadas angulos de apertura pequenos y para frecuencias menores angulos de apertura mayores. Esto tiene como consecuencia que los campos sonoros lejanos resultantes, relevantes para la recepcion, son tanto mas estrechos cuanto mas alta sea la frecuencia. Esto significa, por una parte, que procesos localmente ligados que pueden ser determinados en el campo sonoro (adicional) en el caso de la emision de una frecuencia baja, no aparezcan eventualmente en el campo sonoro de una frecuencia mas elevada. Por lo tanto, es ventajoso que los elementos externos emitan senales ultrasonicas de una frecuencia inferior que el elemento central, con el fin de poder llevar a cabo analisis fiables. En este caso, el elemento central puede estar configurado de forma circular y el al menos otro elemento puede estar configurado de forma anular y dispuesto concentricamente al elemento central. La forma anular y la disposicion concentrica conducen a caracterlsticas de radiacion aproximadamente cuneiformes de los distintos elementos.

Una disposicion de los elementos en una matriz tal como en el Modelo de Utilidad aleman DE 297 08 338 U1 no puede alcanzar una caracterlstica de radiacion uniforme. O, como se indica en el ejemplo de dicho documento, las frecuencias utilizadas deberlan ser tan proximas entre si que ya no se pueda hablar de una onda ultrasonica multi- frecuencia autentica.

Los mejores resultados se pueden conseguir cuando el diametro de los elementos y las anchuras de los elementos anulares, as! como las frecuencias de las senales ultrasonicas emitidas por los distintos elementos se elijan de manera que en una zona distanciada predeterminada a la unidad de emision y recepcion de ultrasonidos se forme un frente de onda homogeneo de las senales ultrasonicas de todos los elementos.

En principio, tambien podrla tener lugar un uso simultaneo de varias unidades ultrasonicas separadas en el espacio con en cada caso frecuencias diferentes. Esto es ventajoso cuando los procesos flsico-qulmicos o biologicos a investigar tengan lugar en su mayorla de forma localizada. Sin embargo, ciertamente, la mayorla de los procesos que son de interes para una investigacion de este tipo no tienen que limitarse necesariamente localmente y tampoco presentan en cada uno de los puntos del volumen observado los mismos rasgos caracterlsticos. Como ejemplo de ello puede servir la fermentacion de la cerveza que particularmente comienza en el borde del recipiente de fermentacion y se prolonga hacia el interior. Por lo tanto, tendrla lugar una falsificacion e interpretacion erronea de los datos cuando no se tuvieran en cuenta todas las variaciones de las senales detectables mediante ultrasonido multi-frecuencia y provocadas por el medio, que se requieren para la caracterizacion del proceso respectivo y de las propiedades del material en cuestion. Estas variaciones de la senal ultrasonica dependen, entre otros, de la distribucion de las distintas sustancias en el volumen de medicion, as! como de la topologla o bien geometrla del campo a investigar en el volumen de medicion.

Esto significa que en el caso de la separacion en el espacio de los transductores se manifiestan errores condicionados por el tipo de la propagacion de la senal en el volumen de medicion que estan ligados con

• la geometrla/topologla del espacio de medicion,

• la disposicion de los transductores,

• sus frecuencias y, con ello, sus caracterlsticas de radiacion en el espacio (es decir, campos sonoros).

La propagacion de las ondas ultrasonicas puede tener lugar aqul ciertamente asimismo de una manera continua, pero cada uno de los transductores emite en este caso solo una onda que, en consecuencia, se superpone al menos en parte o se extingue con las ondas de los otros transductores y, finalmente, en funcion de la geometrla del espacio de medicion, puede experimentar reflexiones y difracciones. Por lo tanto, es plausible que tampoco en el caso de cada geometrla del espacio de medicion puedan determinarse igualmente bien eventualmente todos los sectores de interes. Una disposicion “rlgida” produce, por naturaleza, errores en el caso de situaciones de medicion flexibles eventualmente necesarias, tanto desde un punto de vista espacial como tambien en el tiempo. Esto significa que, en funcion del problema, deberla variarse la posicion de los transductores. Es evidente que esto es poco practico y se requerirla un considerable trabajo previo con el fin de encontrar siempre en cada caso una emision de sonidos adecuada para un sector de interes. Las ventajas de la multi-frecuencia se vuelven, por consiguiente, eficaces de manera creciente solo de un modo limitado cuanto mas compleja sea la mision de medicion. Esto es valido tambien para el caso de que, por ejemplo, se elija una frecuencia “adecuada” para la situacion de medicion respectiva con la caracterlstica de radiacion propia para ella (con una estructura por lo demas igual de los transductores).

Por el contrario, si una zona de interes determinada es solicitada tridimensionalmente de forma continua con frecuencias de ultrasonido multi-espectral (es decir, varias frecuencias adecuadas) de manera que, por una parte, permanezca constante la caracterlstica de radiacion en cada momento en el caso de utilizar una pluralidad de frecuencias y que, por otra parte, el transductor receptor alcance un frente de onda coherente, se pueden decretar uniformemente bien diferentes propiedades y procesos del medio a examinar. Ademas, los parametros de la unidad de emision y recepcion de ultrasonidos se eligen de manera que sea cubierta una zona lo mas amplia posible del campo sonoro resultante, en particular del campo lejano, de manera homogenea por todas las senales ultrasonicas utilizadas con diferentes frecuencias.

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En el caso de la unidad de emision y recepcion de ultrasonidos de acuerdo con la invencion no tiene lugar ningun tipo de enfoque, ya sea mediante una deformacion geometrica (curvatura) o en forma electronica. Esto serla totalmente perjudicial para el objetivo descrito en lo que sigue.

El empeno consiste en crear un campo lejano lo mas homogeneo posible, de modo que en la unidad de recepcion aparezca un frente de onda coherente. Al mismo tiempo, en la medida de lo posible, cada uno de los puntos en el espacio de propagacion tridimensional de las ondas ultrasonicas (campo lejano) debe ser alcanzado por este con todas las frecuencias utilizadas. Ademas, debe mantenerse constante la caracterlstica global del campo sonoro emitido para todas las frecuencias utilizadas, lo cual contribuye esencialmente en la homogeneidad deseada del campo sonoro.

Es importante para la unidad de emision y recepcion de ultrasonidos de acuerdo con la invencion garantizar una caracterlstica de radiacion global estable en el campo lejano en el caso de utilizar simultaneamente varias frecuencias. En este caso, a diferencia del dispositivo del documento US 4.569.231, las ondas ultrasonicas se emiten de manera no enfocada y continua, utilizandose al mismo tiempo las frecuencias elegidas para los anillos asociados. A diferencia del documento DE 297 08 338 U1, los elementos del transductor no se utilizan en “funcionamiento de resonancia”, sino que a cada anillo individual o bien a un grupo de anillos individuales puede asociarse una frecuencia separada. Se trata entonces de la combinacion de determinadas frecuencias para los distintos anillos con el fin de alcanzar en cada instante arbitrario de un modo coherente en la zona del campo lejano un solapamiento homogeneo de una determinada “region de interes” (ROI por sus siglas en ingles) con ultrasonido multi-frecuencia.

La flexibilidad de la unidad de emision y recepcion de ultrasonidos de acuerdo con la invencion se puede aumentar previendo varios elementos anulares, cuya anchura y/o cuya distancia mutua varla. Esto posibilita el uso de otras frecuencias que en el caso de una matriz con anillos uniformemente anchos y uniformemente separados, sin perjudicar el alcanzar el objetivo precedentemente descrito.

Los elementos de forma anular pueden estar divididos, tambien al menos en parte, en anillos individuales estrechamente contiguos que en cada caso emiten senales ultrasonicas de baja diferencia de frecuencia. Con un elemento anular de este tipo puede cubrirse, por lo tanto, toda una banda de frecuencias.

Los elementos del transductor son preferiblemente elementos piezoelectricos. En este caso, el grosor de los elementos anulares puede ser mayor que el grosor del elemento central.

Ademas, es ventajoso que este previsto un dispositivo de recepcion optico o acustico-optico. Un dispositivo receptor de este tipo se describe, por ejemplo, en el documento DE 197 32 968 A1. Tiene la ventaja de una caracterlstica de recepcion uniforme y plana a lo largo de una amplia anchura de banda de frecuencias que sustenta optimamente el uso de varias frecuencias en el lado del emisor.

En lo que sigue se explica con mayor detalle la invencion con ayuda del dibujo.

Muestran:

La Figura 1 caracterlsticas de radiacion de un transductor ultrasonico con un diametro D = 10 mm a tres frecuencias diferentes;

las Figuras 2a-2c caracterlsticas de radiacion de una unidad de emision y recepcion de ultrasonidos con un elemento central y dos elementos anulares a las mismas tres frecuencias que en la Figura 1; la Figura 3 una representacion esquematica de un transductor de ultrasonidos con disposition anular de los elementos del transductor;

las Figuras 4a, b una representacion esquematica de un transductor de ultrasonidos con elementos anulares del transductor, as! como una section transversal a traves de este transductor.

La Figura 1 ilustra en un transductor con un elemento circular de un diametro D = 10 mm, que para frecuencias elevadas se manifiestan pequenos angulos de apertura de las caracterlsticas de radiacion y para frecuencias menores lo hacen mayores angulos de apertura. Esto significa que los campos sonoros lejanos resultantes, relevantes para la recepcion, son tanto mas estrechos cuanto mayor sea la frecuencia.

En la Figura 1 se indican para el transductor circular con un diametro de 10 mm para tres frecuencias diferentes f_1 = 5,2 MHz, f_2 = 2,1 MHz y f_3 = 1,1 MHz, los contornos del campo sonoro respectivo para -6 db. Se reconoce claramente que el campo sonoro se “estrecha” cada vez mas intensamente para frecuencias mayores. La caracterlstica de radiacion global superpuesta para las tres frecuencias no es homogenea. Para la determination de los campos sonoros se considero que no tuviera lugar enfoque alguno.

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Sin limitar el caracter general, en las Figuras 2a, 2b y 2c se indican para un transductor con un elemento central circular y dos elementos anulares, los campos sonoros para -6 db, -9 db y -12 db para las tres frecuencias f_1 = 5,2 MHz, f_2 = 2,1 MHz y f_3 = 1,1 MHz. Una representation de principio de un transductor de este tipo 30 se puede deducir de la Figura 3. El diametro exterior del transductor y, con ello, tambien del anillo externo asciende asimismo a D = 10 mm. Las anchuras de los anillos ascienden para el anillo externo w_a = 2,5 mm, para el anillo medio w_m = 1,5 mm y el diametro del elemento central circular asciende a 2 mm. Al anillo externo R_a se le asocio la frecuencia mas baja de 1,1 MHz, al anillo medio R_m la frecuencia media de 2,1 MHz y al elemento central la frecuencia mas alta de 5,2 MHz. El grosor de los cristales piezoelectricos disminuye para los distintos elementos del anillo en funcion de la frecuencia hacia el interior con la frecuencia creciente, tal como lo muestra la Figura 3. Los campos sonoros alcanzados tienen, para las frecuencias indicadas, a partir de una distancia determinada a la superficie del transductor, la misma caracterfstica de radiation en el campo lejano y, por consiguiente, cumplen en esta forma de realization el requisito de un frente de onda homogeneo del lado de la reception.

La combination de frecuencias indicada no es, sin embargo, solitaria. Para un diametro en cada caso predeterminado de la disposition de matriz anular global, existe una pluralidad de combinaciones de frecuencia con correspondientes anchuras de anillo y diametros de elementos centrales que cumplen el requisito de una caracterfstica de radiacion global constante para las frecuencias elegidas. Por ejemplo, los campos sonoros para los transductores arriba mencionados con 0 = 10 mm y f_4 = 4,8 MHz, f_5 = 1,9 mHz y f_6 = 1,0 MHz como grupo o f_7 = 5,6 MHz, f_8 = 2,3 MHz y f_9 = 1,2 MHz como grupo tienen en cada caso la misma caracterfstica de radiacion global. En el caso de utilizar otra forma de realizacion del transductor con un diametro total 0 = 12 mm resultan de nuevo combinaciones de frecuencia totalmente diferentes, en cada caso con una caracterfstica de propagation global igual, p. ej., para f_10 = 3,8 MHz, f_11 = 1,95 MHz y f_12 = 1 MHz.

En general, el numero de los anillos y, con ello, de las frecuencias utilizables solo viene limitado por la tecnologfa de fabrication. Las formas de realizacion de los transductores con elementos anulares se caracterizan todas por que las frecuencias bajas son asociadas al o a los anillos mas externos, las frecuencias medias son asociadas al o a los anillos medios y las frecuencias mas elevadas son asociadas al elemento central circular. Los anillos pueden poseer diferentes anchuras de anillo que estan fijamente predeterminadas cuando en esta forma de realizacion se haya de utilizar explfcitamente solo una frecuencia por anillo, y el anillo presente un grosor correspondiente. Para aplicaciones mas flexibles, grupos de anillo predeterminados (con una anchura de los grupos de anillo fija) pueden estar compuestos de un numero determinado de sub-elementos (anillos individuales con una anchura de anillo fija) que pueden combinarse de forma variable en anillos “virtuales” con una anchura de anillo “virtual” respectiva adecuada mediante la reunion de anillos individuales contiguos. Con ello, es posible que un grupo de anillos pueda ser asociado a toda una banda de frecuencias dentro de lfmites de intervalos adecuados determinados, por ejemplo las bandas de frecuencia F_1 : = {1 MHz -1,49 MHz}, F_2 : = {1,5 MHz - 1,99 MHz} a p. ej., F_8 : {4,5 MHz - 4,99 MHz} y F_9 : {5 MHz - 6 MHz}.

Dado que en esta forma de realizacion los grosores de los cristales piezoelectricos para los anillos individuales deben permanecer constantes dentro de un grupo de anillos, dado que, de lo contrario, no podrfan formarse los “anillos virtuales”, se asume un error que resulta en el campo lejano en virtud de correspondientes desplazamientos de las caracterfsticas de la propagacion global para frecuencias de este grupo de frecuencias. Las tres desviaciones resultan todavfa relativamente pequenas para las bandas de frecuencia estrechas arriba mencionadas, asociadas a los grupos de anillos. Ventajosamente se obtiene la capacidad de combinacion libre de una pluralidad de frecuencias en un transductor con elementos anulares, y la capacidad de configuration libre de los anillos asociados o bien anillos “virtuales” con anchuras de anillo, secuencias y eventualmente repeticiones de anillos adecuadas y sus frecuencias. Con ello, se esta en condiciones, en el caso de utilizar bandas de frecuencias enteras, de mantener uniformes, por una parte, la caracterfstica de radiacion global con un error tolerable para todas las combinaciones de frecuencias utilizadas adecuadamente en la unidad de emision y recepcion de ultrasonidos y, por otra parte, abrir una pluralidad de posibilidades de aplicacion por la flexibilidad alcanzada con ello. Estas pueden encontrarse en el intervalo de la prueba no destructiva de los materiales, como tambien en la detection de propiedades de medios (sustancias), que son de gran interes, p. ej., en medicina, la tecnica de medio ambiente o la energfa, por ejemplo la deteccion de gases disueltos en medios lfquidos.

La determination aritmetica de los respectivos campos sonoros puede tener lugar en este caso de dos modos diferentes. Aplicando el principio de Huygens de que cada uno de los puntos en un frente de onda que se propaga puede ser considerado como una fuente secundaria para la expansion de una onda esferica resulta obligatoriamente que la superposition lineal de las partes de todas las ondas esfericas emitidas de todas las fuentes puntuales en un punto determinado en el espacio de expansion de las ondas esfericas emitidas determina el campo en este punto. Por lo tanto, es posible determinar, mediante la integration numerica de la integral de Rayleigh

<t> (r,t) = J/S vn (rO, t - r/c) / (2*n * r) dS

el campo para cada uno de los puntos en el espacio de expansion relevante de las ondas esfericas emitidas por las fuentes puntuales. En este caso, O designa el potencial de velocidad para distancias r en el instante t, vn designa la velocidad de la onda en la superficie del transductor normal a la superficie del transductor y c la velocidad de expansion en el medio. Con s (x, y, z, t) se indica un campo a escala general que en el caso acustico, describe la 5 presion acustica definida para un punto determinado en el espacio y el tiempo. Para cada uno de los puntos en el espacio de expansion se determinan las aportaciones respectivas de todas las fuentes puntuales que cubren de forma discreta la superficie del transductor y se suman/restan localmente. Este procedimiento es solido y solo esta limitado por el tiempo de calculo condicionado por el numero de las fuentes puntuales.

10 La segunda posibilidad consiste en la determinacion de la respuesta de impulso h(r,t) que, mediante un pliegue con la velocidad de la onda conforme a

<*> (r,t) = v(t) x h (r,t) y

h(r,t) = J7 (5(t - r/c - tO) / (2*n*r) dSO

15 proporciona el potencial de la velocidad. La respuesta de impulso para un punto determinado en el campo se determina de modo fenomenologico segun el metodo de Stepan, en donde solo aquellos puntos a una determinada distancia r con respecto al punto del campo local cooperan en el campo local, es decir, los que se encuentran en un clrculo en torno a la proyeccion del punto del campo sobre el transductor. El inconveniente de este metodo estriba en que la forma del transductor no tiene influencia alguna sobre la determinacion de la respuesta de impulso y que 20 se subordina un medio homogeneo.

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   REIVINDICACIONES

   1. Unidad de emision y recepcion de ultrasonidos con al menos un transductor para la generacion de senales ultrasonicas multi-frecuencia y para la recepcion de senales ultrasonicas influenciadas por el medio de investigacion, en particular reflectadas, amortiguadas y/o desviadas, presentando el transductor un elemento central, configurado de forma circular, y al menos otro elemento anular dispuesto entorno al elemento central y concentrico a este, generando y emitiendo al mismo tiempo los elementos senales ultrasonicas de diferente frecuencia y recibiendo las senales ultrasonicas de todas las frecuencias influenciadas por el medio de investigacion y aportando las senales recibidas, formadas a partir de ello, a un dispositivo de evaluacion, caracterizada por que en el caso de un diametro global predeterminado del transductor, el diametro del elemento circular central y la anchura de los elementos anulares, as! como las frecuencias de las senales ultrasonicas emitidas por los distintos elementos se eligen de modo que el campo lejano del campo sonoro resultante queda cubierto de manera homogenea y evitando enfoques por todas las senales ultrasonicas con diferentes frecuencias utilizadas.
2. 2. Unidad de emision y recepcion de ultrasonidos segun la reivindicacion 1, caracterizada por que los elementos emiten de forma continua las senales ultrasonicas.
3. 3. Unidad de emision y recepcion de ultrasonidos segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizada por que los elementos externos emiten senales ultrasonicas de una frecuencia menor que el elemento central.
4. 4. Unidad de emision y recepcion de ultrasonidos segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que estan previstos varios elementos anulares cuya anchura y/o su separacion mutua varlan.
5. 5. Unidad de emision y recepcion de ultrasonidos segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que los elementos anulares estan divididos, al menos en parte, en anillos individuales estrechamente contiguos, que emiten en cada caso senales ultrasonicas de diferencia de frecuencia pequena.
6. 6. Unidad de emision y recepcion de ultrasonidos segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que el grosor de los elementos anulares es mayor que el grosor del elemento central.
7. 7. Unidad de emision y recepcion de ultrasonidos segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que los elementos son elementos piezoelectricos.
8. 8. Unidad de emision y recepcion de ultrasonidos segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que esta previsto un dispositivo de recepcion optico.