La obtención de imágenes de Schlieren es un método para visualizar variaciones de densidad en medios transparentes. [1]
El término "imágenes de Schlieren" se utiliza comúnmente como sinónimo de fotografía de Schlieren , aunque este artículo trata en particular de la visualización del campo de presión producido por transductores ultrasónicos , generalmente en agua o medios que imitan tejidos. El método proporciona una imagen de proyección bidimensional (2D) del haz acústico en tiempo real ("video en vivo"). Las propiedades únicas del método permiten la investigación de características específicas del campo acústico (por ejemplo, punto focal en transductores HIFU ), detección de irregularidades en el perfil del haz acústico (por ejemplo, debido a defectos en el transductor) e identificación en línea de fenómenos dependientes del tiempo [2] (por ejemplo, en transductores de matriz en fase ). Algunos investigadores [¿ quiénes? ] dicen que las imágenes de Schlieren son equivalentes a una radiografía de rayos X del campo acústico. [ cita requerida ]
La configuración óptica de un sistema de formación de imágenes Schlieren puede comprender las siguientes secciones principales: [ cita requerida ] Haz paralelo, elemento de enfoque, tope (borde afilado) y una cámara. El haz paralelo puede lograrse mediante una fuente de luz puntual (a veces se utiliza un láser enfocado en un orificio) colocada en el punto focal de un elemento óptico colimador. El elemento colimador puede ser una lente o un espejo. El tope óptico puede lograrse mediante una cuchilla colocada horizontal o verticalmente en el punto focal del elemento de enfoque, cuidadosamente posicionada para bloquear la imagen del punto de luz en su borde. La cámara se coloca detrás del tope y puede estar equipada con una lente adecuada. [ cita requerida ]
Un haz paralelo se describe como un grupo de 'rayos' rectos y paralelos. [ cita requerida ] Los rayos atraviesan el medio transparente mientras interactúan potencialmente con el campo acústico contenido, y finalmente alcanzan el elemento de enfoque. [ cita requerida ] Tenga en cuenta que el principio de un elemento de enfoque es dirigir (es decir, enfocar) rayos que son paralelos, en un solo punto en el plano focal del elemento. Por lo tanto, la población de rayos que cruzan el plano focal del elemento de enfoque se puede dividir en dos grupos: aquellos que interactuaron con el campo acústico y aquellos que no lo hicieron. El último grupo no es perturbado por el campo acústico, por lo que permanece paralelo y forma un punto en una posición bien definida en el plano focal. El tope óptico se coloca exactamente en ese punto, para evitar que todos los rayos correspondientes se propaguen más a través del sistema y hacia la cámara. [ cita requerida ] De esta manera, nos deshacemos de la parte de luz que cruzó el campo acústico sin interacción. Sin embargo, también hay rayos que sí interactúan con el campo acústico de la siguiente manera: si un rayo viaja a través de una región de densidad no uniforme cuyo gradiente espacial tiene un componente ortogonal al rayo, ese rayo se desvía de su orientación original, como si estuviera pasando a través de un prisma . Este rayo ya no es paralelo, por lo que no intersecta el punto focal del elemento de enfoque y no es bloqueado por el cuchillo. En algunas circunstancias, el rayo desviado escapa de la hoja del cuchillo y llega a la cámara para crear una imagen puntual en el sensor de la cámara, con una posición e intensidad relacionadas con la falta de homogeneidad experimentada por el rayo. De esta manera se forma una imagen, exclusivamente por rayos que interactúan con el campo acústico, proporcionando un mapeo del campo acústico. [ cita requerida ]
El efecto acústico-óptico acopla el índice de refracción óptica del medio con su densidad y presión. Por lo tanto, las variaciones espaciales y temporales de la presión (por ejemplo, debidas a la radiación ultrasónica) inducen variaciones correspondientes en el índice de refracción. La longitud de onda óptica y el número de onda en el medio dependen del índice de refracción. La fase adquirida por la onda electromagnética que viaja a través del medio está relacionada con la integral de línea del número de onda a lo largo de la línea de propagación. [ cita requerida ]
Para una radiación electromagnética de onda plana que viaja paralela al eje Z, los planos XY son variedades isofásicas (regiones de fase constante; la fase no depende de las coordenadas (x,y)). Sin embargo, cuando la onda emerge del campo acústico, los planos XY ya no son variedades isofásicas; la información sobre la presión acumulada a lo largo de cada línea (x,y) reside en la fase de la radiación emergente, formando una imagen de fase (fasor) en el plano XY. La información de fase está dada por el parámetro Raman-Nath: [3]
con - el coeficiente piezoóptico, la longitud de onda óptica y el campo de presión tridimensional. [4] La técnica Schlieren convierte la información de fase en una imagen de intensidad, detectable por una cámara o una pantalla.
El hidrófono es el método de referencia aceptado para la medición acústica cuantitativa . Sin embargo, el escaneo del campo acústico con un hidrófono presenta varias limitaciones, lo que da lugar a métodos de evaluación complementarios, como la obtención de imágenes de Schlieren. La importancia de la técnica de obtención de imágenes de Schlieren es destacada en la investigación y el desarrollo de HIFU. [5] Las ventajas de la obtención de imágenes de Schlieren incluyen:
