Dispositivo De Ondas Acusticas

Dispositivos de ondas acústicas

Os dispositivos de ondas acústicas não são recentes encontrando-se disponíveis comercialmente a mais de 60 anos. Na década de 70, foram desenvolvidos para radar de compressão de impulsos, osciladores e filtros passa-banda para televisão doméstica e rádio profissional. Na década de 80, o crescimento dos telemóveis provocou um aumento significativo na procura de filtros. A indústria de telecomunicações é o maior consumidor, com mais de três bilhões de filtros acústicos anualmente e concebidos para agir como filtros passa-banda.

São identificados como filtros acústicos ou filtros de ondas acústicas ou filtros de ondas acústicas superficiais. Nos textos especializados, é comum empregar-se a sigla SAW. A popularidade do dispositivo justifica-se pelas suas vantagens em relação a outras técnicas de filtragem.

Em 1885, o cientista Inglês, Lord Rayleigh previu que tais ondas seriam um componente importante em terremotos, um fato mais tarde confirmado em 1920 devido ao advento de registros sismográficos.

Cerca de quarenta e cinco anos mais tarde, Voltmer e White, da Universidade da Califórnia, geraram tais ondas, usualmente designadas por Ondas Acústicas de Superfície (SAW) ou Ondas de Rayleigh, na superfície livre de um substrato elástico, isotrópico, nomeadamente o quartzo.

Uma propriedade importante da onda acústica de superfície é que a velocidade da onda de Rayleigh é aproximadamente 105 vezes mais lenta do que a velocidade da radiação eletromagnética no vácuo, e portanto, para a mesma frequência, o comprimento de onda da onda elástica é inferior ao comprimento de onda da onda eletromagnética correspondente por um fator de 105. Este resultado tem uma importância imediata na geometria da medição resultante e constitui a base da tecnologia da onda de superfície, dado que os próprios dispositivos podem ser muito menores do que os seus homólogos eletromagnéticos.

Um dispositivo SAW básico consiste em duas matrizes de transdutor interdigital (IDTs) num substrato piezelétrico como o quartzo. Os IDTs consistem em elétrodos metálicos intercalados, fabricados usando tecnologia de circuito integrado standard, utilizados para lançar e receber as ondas, para que um sinal elétrico seja convertido numa onda acústica e depois de novo em sinal elétrico. É esta aplicação de um campo elétrico que define as tensões e deformações mecânicas. Inversamente, se for aplicada tensão mecânica, por exemplo devido a deformação, pode ser gerado um campo elétrico e, consequentemente, um sinal.

O espaçamento dos elétrodos metálicos intercalados determina o período da onda gerada. A deformação irá alterar o espaçamento dos elétrodos interdigitais e, consequentemente a frequência de ressonância. É esta alteração da frequência que a Tecnologia de Sensor utiliza para medir a tensão e o binário.

A operação de um transdutor SAW para medição da tensão depende da escolha do substrato piezelétrico adequado, que pode ser anexado ao material a ser sujeito a esforço.

Existem muitas aplicações emergentes para dispositivos de onda acústica. Por exemplo, sensores de pressão para pneus e binários para aplicações automóveis, sensores químicos para aplicações médicas e de segurança, e sensores de massa, temperatura, umidade, vapor e binário para aplicações industriais. Considera-se que muitas dessas aplicações emergentes para sensores poderão eventualmente igualar a procura do mercado de telecomunicações.

Para aplicar o princípio do elemento de SAW à medição do binário, são utilizados dois dispositivos numa meia ponte, análoga à configuração clássica de calibração da deformação