Historia de los ultrasonidos

Ultrasonidos

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.

Generadores de ultrasonidos

La idea básica para generar ultrasonidos es bastante simple. Los generadores o transductores son unos aparatos que constan de un elemento, llamémosle primario o transformador, que está en contacto con el medio y que transforma una señal eléctrica, magnética o mecánica en una onda ultrasónica. La señal "fácil" de generar (eléctrica, magnética, mecánica), es proporcionada por el elemento secundario.

Generador ultrasónico. Esquema general

Las ondas producidas, como hemos dicho, hacen vibrar el medio, lo cual es coherente con el concepto de onda sonora (onda de presión, recuérdese). Los generadores se diseñarán con el objetivo de radiar la mayor cantidad de potencia acústica posible: se usará la frecuencia de resonancia, como veremos.

Generadores ultrasónicos que utilizan campos eléctricos

Las señales eléctricas son sencillas de conseguir. Ahora bien, ¿cómo se transforman en ondas sonoras? La idea es acudir al llamado efecto piezoeléctrico inverso. Veamos en

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