Aquisição de imagens ultrassônicas como experimento didático

Abstract

O estudo das ondas sonoras com suas diversas aplicações é um tema presente na formação do estudante de ensino médio e superior que pode ser utilizado para demonstrar conceitos de física ondulatória de forma bastante didática. Neste trabalho discutimos um experimento visando uma aplicação tecnológica presente em diversas áreas como medicina e engenharia: a geração de Imagens de Ultrassom. Introduzimos o princípio físico que permite a medida de distância mediante transdutores ultrassônicos. Exploramos o método utilizado para captar, filtrar e processar essas medidas. Através do processamento digital das mesmas é possível exibir imagens que, de forma gráfica, permitem visualizar obstáculos na área visual do transdutor. O experimento pode ser utilizado de forma ilustrativa ou para uma análise quantitativa. Devido à baixa complexidade da montagem é possível que o docente oriente a construção do mesmo a fim de desenvolver habilidades em um contexto interdisciplinar.

Evaluation of Water Level in Flowing Channels Using Ultrasonic Sensors

“…The echo pulse can vary from a minimum of 150 µs to a maximum of 25 ms. If there is no obstacle in the path of the emitted wave (or the wave gets lost on the path for some reason), the obtained time value will be 38 ms, the maximum specified by the manufacturer [28].…”

“…We evaluated 32 sensors, named S1 to S32 (Figure 2) and we selected five of the sensors that have the lowest standard deviation in readings within the precision defined by the manufacturer in the study, because the limited length of the channel did not allow for the placement of more sensors; the angle of reading of each sensor would have overlapped causing interference in the readings. This is because the opening angle of the sensor forms a cone of scattering waves in the direction of the measurement, thus reaching the surface to be measured; by the law of reflection, every point on the surface of the obstacle on which an ultrasonic wave falls becomes a new focus, further propagating toward the transducer [28]. This indicates that for the channel in question, the water depths should always be higher than 0.027 m (tg 75 • × 0.10 m) to avoid interference from the channel walls on the readings.…”

“…a cone of scattering waves in the direction of the measurement, thus reaching the surface to be measured; by the law of reflection, every point on the surface of the obstacle on which an ultrasonic wave falls becomes a new focus, further propagating toward the transducer [28]. This indicates that for the channel in question, the water depths should always be higher than 0.027 m (𝑡𝑔 75°× 0.10 m) to avoid interference from the channel walls on the readings.…”