Analysis of methodologies for acoustic velocity determination and attenuation of polymeric materials by pulse-echo ultrasound
| Autor: | Almeida, Gilyane Oliveira Leão |
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| Přispěvatelé: | Vieira, Sílvio Leão, Vieira, Ernanni Damião, Oliveira, Lucas Nonato de |
| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2019 |
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| Zdroj: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFG Universidade Federal de Goiás (UFG) instacron:UFG |
| Popis: | A velocidade do som e o coeficiente de atenuação são amplamente utilizadas na definição de constantes elásticas, caracterização de materiais, diferenciação entre tecidos biológicos, diagnóstico de enfermidades dentre outras. No entanto, devido às características viscoelásticas e dispersivas, em alguns desses materiais a velocidade de fase da onda nem sempre é igual à velocidade de grupo. Dessa forma, dependendo da metodologia de ensaio empregada os valores estimados dessas grandezas podem variar. Assim, a análise de ensaios por ultrassom pode elucidar eventuais divergências existentes. Além disso, o emprego de métodos automatizados de aquisição e análise de dados podem contribuir para redução das incertezas de medidas e possibilitar a avaliação de amostras irregulares. A caracterização precisa dessas propriedades acústicas é de extrema relevância para a indústria e medicina, pois contribui para o desenvolvimento de materiais com propriedades físicas melhores, além de aumentar a exatidão no diagnóstico entre tecidos saudáveis e anormais. Nesse trabalho foi analisado metodologias de ensaios por ultrassom pulso-eco para determinação da velocidade do som e coeficiente de atenuação em amostra a base de ágar-gel, óleo de parafina e glicerina. Os experimentos foram realizados num tanque acústico acrílico com água, a temperatura do meio foi monitorada usando um sistema de termopares. O transdutor de ultrassom foi mantido fixo perpendicularmente a uma placa refletora, em uma distância maior que a do campo próximo. O procedimento de coleta de dados se deu em três etapas, para cada tipo de amostra estudada. Primeiramente, foi avaliado somente as propriedades da água. Em seguida, uma amostra de (25,40±0,67) mm de espessura, e por fim outra de (50,80±0,67) mm. Amostras a base de ágar-gel foram empregadas para validação do sistema de medições. Uma rotina computacional personalizada foi desenvolvida e empregada para adquirir e processar os sinais automaticamente. O coeficiente de correlação linear de Pearson obtido foi de 0,78, indicando uma baixa chance de a água usada como meio de referência influenciar nos resultados das amostras. A medida da espessura obtida com paquímetro e ultrassom mostrou-se compatível, cujo valor da incerteza foi de 0,013 mm. O erro relativo percentual da velocidade do som comparado com a literatura variou entre 0,056% a 0,080%. O processo de automatização dos métodos de ensaios apresentou uma melhora progressiva no coeficiente de determinação, chegando ao seu valor máximo de 0,99. O método de velocidade de fase demonstrou maior exatidão comparado aos que avaliaram a velocidade de grupo. Portanto, conclui-se que as grandezas obtidas de forma automatizada tiveram as menores incertezas e foram mais precisas. Sound speed and attenuation coefficient are widely used in the definition of elastic constants, material characterization, differentiation between biological tissues, disease diagnosis, among others. However, due to the viscoelastic and dispersive characteristics, in many of these materials the phase velocity of the wave is not always equal to the group velocity. Thus, depending on the test methodology employed, the estimated values of these quantities change. Thus, the analysis of ultrasound tests can elucidate any existing divergences. Furthermore, the use of automated data acquisition and analysis methods can contribute to the reduction of measurement uncertainties and enable the evaluation of irregular samples. The precise characterization of these acoustic properties is extremely relevant for industry and medicine, as it contributes to the development of materials with better physical properties, as well as increasing diagnostic accuracy between healthy and abnormal tissues. In this work we analyzed pulse-echo ultrasound test methodologies for sound velocity determination and attenuation coefficient in agar-gel, paraffin oil and glycerin samples. Experiments were performed in an acrylic acoustic tank with water. The medium temperature was monitored using a thermocouple system. The ultrasound transducer was held perpendicular to a reflective plate at a greater distance than the near field. The data collection procedure took place in three stages, for each type of sample studied. First, only the properties of water were evaluated. Then a sample of (25.40±0,67) mm in thickness, and finally another of (50.80±0,67) mm. Agar-gel samples were used to validate the measurement system. A custom computational routine was developed and employed to acquire and process signals automatically. Pearson's linear correlation coefficient of 0.78 indicated a low chance that the water used as a reference medium would influence the results of the samples. The thickness obtained with caliper and ultrasound was compatible, whose value was 0.013. The relative percentage error of acoustic velocity with the literature ranged from 0.056% to 0.080%. The automation of the test methods showed a progressive improvement in the determination coefficient, reaching its maximum value of 0.99. The phase velocity method showed higher accuracy compared to the ones that evaluated the group velocity. The quantities obtained automatically had the lowest uncertainties. Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG |
| Databáze: | OpenAIRE |
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