Reflectometría

Uso de ondas reflejadas para analizar objetos e interfaces

La reflectometría es un término general para el uso de la reflexión de ondas o pulsos en superficies e interfaces para detectar o caracterizar objetos, a veces para detectar anomalías como en la detección de fallas y el diagnóstico médico . ^[1]

Existen muchas formas diferentes de reflectometría. Se pueden clasificar de varias maneras: por la radiación utilizada (electromagnética, ultrasonidos, haces de partículas), por la geometría de propagación de las ondas (sin guía frente a guías de ondas o cables), por las escalas de longitud implicadas (longitud de onda y profundidad de penetración en relación con el tamaño del objeto investigado), por el método de medición (continua frente a pulsada, con resolución de polarización, ...) y por el campo de aplicación.

Fuentes de radiación

• La radiación electromagnética de longitud de onda muy variable se utiliza en muchas formas diferentes de reflectometría:
  • Radar : Las reflexiones de pulsos de radiofrecuencia se utilizan para detectar la presencia y medir la ubicación y la velocidad de objetos como aviones, misiles, barcos y vehículos.
  • Lidar : los reflejos de pulsos de luz se utilizan normalmente para penetrar la cobertura vegetal del suelo en estudios arqueológicos aéreos .
  • Caracterización de películas delgadas semiconductoras y dieléctricas: el análisis de datos de reflectancia utilizando las ecuaciones de dispersión de Forouhi-Bloomer puede determinar el espesor, el índice de refracción y el coeficiente de extinción de películas delgadas utilizadas en la industria de semiconductores .
  • Reflectometría de rayos X : es una técnica analítica sensible a la superficie utilizada en química, física y ciencia de los materiales para caracterizar superficies, películas delgadas y multicapas.
  • La propagación de pulsos eléctricos y la reflexión en discontinuidades en cables se utilizan en la reflectometría del dominio del tiempo (TDR) para detectar y localizar defectos en el cableado eléctrico. ^{[2] [3]}
  • Reflectancia de la piel : en antropología, los dispositivos de reflectometría se utilizan a menudo para medir el color de la piel humana a través de la medición de la reflectancia de la piel. Estos dispositivos suelen apuntar a la parte superior del brazo o la frente y las ondas emitidas se interpretan en varios porcentajes. Las frecuencias más bajas representan una reflectancia de la piel más baja y, por lo tanto, una pigmentación más oscura, mientras que las frecuencias más altas representan una reflectancia de la piel mayor y, por lo tanto, una pigmentación más clara.
• Reflectometría acústica : se utiliza la reflexión de las ondas sonoras. Una de sus aplicaciones es el uso de un timpanómetro (un reflectómetro acústico especializado) para diagnosticar afecciones del oído. ^[1]
  • Reflectometría ultrasónica : Un transductor genera ondas acústicas a frecuencia ultrasónica que se propagan hasta alcanzar la interfaz entre el medio de propagación y la muestra. La onda se refleja parcialmente en la interfaz y se transmite parcialmente a la muestra. Las ondas reflejadas en la interfaz viajan de regreso al transductor, luego se determina la impedancia acústica de la muestra midiendo la amplitud de la onda reflejada desde la interfaz entre el medio de propagación y la muestra. ^[4] A partir de la onda reflejada, es posible determinar algunas propiedades de la muestra que se desea caracterizar. Las aplicaciones incluyen la ultrasonografía médica y las pruebas no destructivas .
• Reflectometría de neutrones : es una técnica de difracción de neutrones para medir la estructura de películas delgadas , similar a las técnicas a menudo complementarias de reflectividad de rayos X y elipsometría . La técnica proporciona información valiosa sobre una amplia variedad de aplicaciones científicas y tecnológicas, incluidas la agregación química , la adsorción de polímeros y surfactantes , la estructura de sistemas magnéticos de películas delgadas y las membranas biológicas.

Diferentes técnicas de reflectometría

Existen numerosas técnicas que se basan en el principio de la reflectometría y se distinguen por el tipo de ondas utilizadas y el análisis de la señal reflejada. Entre todas estas técnicas, podemos clasificar las principales, pero no las únicas:

• En la reflectometría en el dominio del tiempo (TDR), se emiten pulsos rápidos y se analiza la magnitud, la duración y la forma de los pulsos reflejados.
• Reflectometría en el dominio de la frecuencia (FDR): ^{[5] [6]} esta técnica se basa en la transmisión de un conjunto de ondas sinusoidales de frecuencia escalonada desde la muestra. Al igual que con la TDR, estas ondas se propagan a la muestra y se reflejan en la interfaz de vuelta a la fuente. Existen varios tipos de FDR; se utilizan comúnmente en aplicaciones de radar y para la caracterización de cables/alambres. Se analizan los cambios de frecuencia entre la señal incidente y la señal reflejada.
• La elipsometría es la medición resuelta por polarización de los reflejos de luz de películas delgadas.

Referencias

1. Teppo, Heikki; Revonta, Matti (2009). "Reflectometría acústica del consumidor realizada por los padres para detectar líquido en el oído medio entre niños sometidos a timpanostomía". Revista escandinava de atención primaria de salud . 27 (3): 167–171. doi : 10.1080/02813430903072165 . ISSN 0281-3432  . PMC  3413189. PMID  19565410.
2. Smail, MK; Hacib, T.; Pichon, L.; Loete, F. (2011), "Detección y ubicación de defectos en redes de cableado mediante reflectometría de dominio temporal y redes neuronales", IEEE Transactions on Magnetics , 47 (5): 1502–1505, Bibcode :2011ITM....47.1502S, doi :10.1109/TMAG.2010.2089503, S2CID  30284686
3. Furse, C.; Haupt, R. (2001), "Hasta el último detalle: el peligro oculto del cableado envejecido de las aeronaves", IEEE Spectrum , 38 (2): 35–39, doi :10.1109/6.898797
4. McClements, DJ; Fairley, P. (1990), "Reflectómetro de eco de pulso ultrasónico", Ultrasonics , 29 (1): 58–62, doi :10.1016/0041-624X(91)90174-7
5. Soller, BJ; Gifford, DK; Wolfe, MS; Froggatt, ME (2005), "Reflectometría de dominio de frecuencia óptica de alta resolución para caracterización de componentes y ensamblajes", Optics Express , 13 (2): 666–674, Bibcode :2005OExpr..13..666S, doi : 10.1364/OPEX.13.000666 , PMID  19488398
6. Furse, C.; CC, You; Dangol, R; Nielsen, M.; Mabey, G.; Woodward \first6=R. (2003), "Reflectometría en el dominio de la frecuencia para pruebas a bordo de cableado de aeronaves antiguas", IEEE Trans. Electromagn. Compat. , 45 (2): 306–315, doi :10.1109/TEMC.2003.811305{{citation}}: CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )