Estudio y desarrollo de un sensor ultras
´
onico
enfocado apto para tomograf
´
ıa optoac
´
ustica
Study and development of a focused ultrasonic sensor suitable for optoacoustic tomography
Roberto M. Insabella
∗1
, Mart
´
ın G. Gonz
´
alez
∗†
, David Barbieri
‡
, Ligia Ciocci Brazzano
∗†
∗
Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ingenier
´
ıa,
Grupo de L
´
aser,
´
Optica de Materiales y Aplicaciones Electromagn
´
eticas (GLOmAe)
Paseo Col
´
on 850, C1063ACV, Buenos Aires, Argentina
†
Consejo Nacional de Investigaciones Cient
´
ıficas y T
´
ecnicas, (CONICET)
Godoy Cruz 2290, C1425FQB, Buenos Aires, Argentina
‡
Universidad Nacional de la Matanza
Florencio Varela 1903, B1754, San Justo, Buenos Aires, Argentina
1
rinsabella@fi.uba.ar
Abstract—In this work we present the study, development
and characterization of a cylindrical focused ultrasonic
sensor based on a piezoelectric polymeric material. For the
design and implementation of the transducer, we carried out
simulations using the commercial tool k-Wave and we used
a construction method with great repeatability and low cost.
For the characterization of the detection system (sensor +
amplifier), we made electrical and acoustic measurements that
allowed to determine its sensitivity and equivalent pressure
noise. The results of this work show that the implemented
sensor is suitable for optoacoustic tomography.
Keywords: optoacoustic tomography; ultrasonic sensor;
piezoelectric polymer.
Resumen— En este trabajo se presenta el estudio, desarrollo
y caracterizaci
´
on de un sensor ultras
´
onico cil
´
ındricamente
enfocado basado en un material polim
´
erico piezoel
´
ectrico. Para
su dise
˜
no se realizaron simulaciones usando la herramienta
comercial k-Wave y para su implementaci
´
on se utiliz
´
o un
m
´
etodo de construcci
´
on que tiene una gran repetibilidad y un
bajo costo. Para la caracterizaci
´
on del sistema de detecci
´
on
(sensor + amplificador) se hicieron mediciones el
´
ectricas y
ac
´
usticas que permitieron determinar su sensibilidad y ruido
equivalente de presi
´
on. Los resultados obtenidos en este
trabajo muestran que el sistema de detecci
´
on implementado
es adecuado para ser utilizado en tomograf
´
ıa optoac
´
ustica.
Palabras clave: tomograf
´
ıa optoac
´
ustica; sensor ultras
´
onico;
pol
´
ımero piezoel
´
ectrico.
I. INTRODUCCI
´
ON
El objetivo principal de la tomograf
´
ıa optoac
´
ustica (TOA)
es obtener im
´
agenes a partir de un conjunto se
˜
nales op-
toac
´
usticas (OA). El fen
´
omeno OA es la generaci
´
on de ondas
ac
´
usticas debido a la expansi
´
on termoel
´
astica de la muestra
bajo estudio como consecuencia de la absorci
´
on de pulsos
cortos de luz. Cuando la t
´
ecnica OA es aplicada a TOA,
la variaci
´
on de presi
´
on generada por la excitaci
´
on
´
optica es
detectada por sensores ultras
´
onicos que rodean el
´
area de
inter
´
es.
Una configuraci
´
on OA consiste de tres elementos b
´
asicos:
una fuente de luz, un sistema de detecci
´
on para obtener
las se
˜
nales ac
´
usticas y un sistema de procesamiento para
reconstruir la imagen. Usualmente, el sistema de detecci
´
on
est
´
a compuesto por un transductor ultras
´
onico sumergido
en un recipiente con agua. El agua permite tener un buen
acople ac
´
ustico entre la muestra y el sensor. En TOA es
posible agrupar a los sensores ultras
´
onicos en dos grandes
categor
´
ıas: i) piezoel
´
ectricos (o capacitivos), en los cuales
la se
˜
nal el
´
ectrica medida es directamente proporcional a la
presi
´
on; ii)
´
opticos, los cuales son sensibles a los cam-
bios de longitud del camino
´
optico producidos por las
ondas de presi
´
on [1]. Los detectores piezoel
´
ectricos son los
m
´
as com
´
unmente utilizados y est
´
an basados en materiales
polim
´
ericos (banda ancha o no resonantes) o cer
´
amicos (res-
onantes). En la actualidad, en comparaci
´
on con los sensores
´
opticos, la tecnolog
´
ıa piezoel
´
ectrica otorga una gran sensi-
bilidad a un bajo costo. Entre los pol
´
ımeros piezoel
´
ectricos,
el m
´
as popular es el fluoruro de polivinilideno (PVDF) y
sus copolimeros.
La forma y el tama
˜
no de los detectores usados en TOA
juegan un rol importante en la reconstrucci
´
on de la imagen.
Un sensor puntual posee una gran resoluci
´
on espacial. Sin
embargo, transductores piezoel
´
ectricos peque
˜
nos con zonas
activas de detecci
´
on en el rango de los micr
´
ometros son
dif
´
ıciles de construir y poseen una baja sensibilidad. Un
manera de sobrellevar este problema es usar detectores
extensos (de gran
´
area) y tomar en cuenta su forma y tama
˜
no
en los algoritmos usados para obtener la imagen [2]. Se
considera que un sensor es extenso si el tama
˜
no del detector
es m
´
as grande que el tama
˜
no del objeto bajo estudio. De esta
forma, la se
˜
nal recibida a un cierto tiempo est
´
a dada por el
valor instant
´
aneo de la integral del campo ac
´
ustico sobre el
´
area activa del sensor. Por lo tanto, la forma del sensor tiene
una fuerte influencia en el perfil temporal de la se
˜
nal OA
medida.
En trabajos previos [3], [4] se ha implementado y car-
acterizado un sensor ultras
´
onico extenso lineal de banda
ancha basado en una pel
´
ıcula delgada de PVDF. En [4]
se demostr
´
o que este detector, en combinaci
´
on con un
amplificador de transimpedancia (TIA) de bajo ruido, es apto
para su utilizaci
´
on en TOA. El m
´
etodo de construcci
´
on de-
scripto en [3] posee muchas ventajas: f
´
acil implementaci
´
on,
repetibilidad y bajo costo. Estas caracter
´
ısticas lo vuelven
Revista elektron, Vol. 4, No. 2, pp. 69-73 (2020)
ISSN 2525-0159
69
Recibido: 18/07/20; Aceptado: 08/09/20
Creative Commons License - Attribution-NonCommercial-
NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0)
https://doi.org/10.37537/rev.elektron.4.2.100.2020
Original Article
una opci
´
on interesante para el desarrollo de sistemas de
detecci
´
on formados por arreglos de sensores que permitan
obtener im
´
agenes en tiempo real.
En este trabajo se presenta el estudio, desarrollo y carac-
terizaci
´
on de un detector ad-hoc ultras
´
onico cil
´
ındricamente
enfocado usando el m
´
etodo de construcci
´
on descripto en [3].
En este sentido, un sensor enfocado tiene un gran
´
angulo de
recepci
´
on en una direcci
´
on y uno estrecho en la direcci
´
on
perpendicular a la anterior. Para su dise
˜
no se realizaron
simulaciones usando la herramienta comercial k-Wave [5].
Para caracterizarlo se hicieron mediciones el
´
ectricas y
ac
´
usticas que permitieron determinar la sensibilidad y el
ruido equivalente de presi
´
on del sistema de detecci
´
on (sensor
+ amplificador). Para resaltar las caracter
´
ısticas inherentes
del sensor detecto enfocado (gran sensibilidad en la regi
´
on
de enfoque), los resutlados obtenidos se comparan con
aquellos provenientes de un sensor no enfocado (lineal)
de caracter
´
ısticas constructivas similares. Finalmente, se
analizan los resultados obtenidos para establecer si el sensor
enfocado implementado es apto para TOA.
El trabajo est
´
a organizado de la siguiente manera. En
la secci
´
on II se presentan las simulaciones realizadas para
dise
˜
nar el sensor enfocado y se describen los detalles
principales de su construcci
´
on. En la secci
´
on III se muestran
los esquemas experimentales implementados y los resultados
obtenidos al realizar la caracterizaci
´
on el
´
ectrica y ac
´
ustica
del sistema de detecci
´
on (sensor + TIA), as
´
ı como tambi
´
en
se muestran las mediciones para un transductor no enfocado
con geometr
´
ıa lineal. Finalmente, en la secci
´
on IV, se
encuentran las conclusiones de este trabajo.
II. DISE
˜
NO E IMPLEMENTACI
´
ON DEL SENSOR
Para el dise
˜
no del sensor se utiliz
´
o la herramienta
num
´
erica k-Wave que permite realizar simulaciones de on-
das ac
´
usticas y de ultrasonido en medios complejos en el
dominio del tiempo [5]. Las funciones que emplea esta
herramienta est
´
an basadas en el m
´
etodo pseudoespectral del
espacio k. Cabe destacar que es posible utilizarla con una
unidad de procesamiento gr
´
afico (GPU, por sus siglas en
ingl
´
es). En la Fig. 1 se encuentra el esquema adoptado
en las simulaciones, donde se puede apreciar un recipiente
con agua (25
o
C, v
s
=1497 m/s) que contiene tambi
´
en
una fuente ac
´
ustica esf
´
erica de radio a = 100 µm y un
sensor enfocado. El origen de coordenadas se encuentra
en la fuente ac
´
ustica. El recinto est
´
a representado por una
grilla de 54 x 926 x 832 puntos con una separaci
´
on entre
ellos de 25 µm, lo que fija una frecuencia m
´
axima en
30 MHz. El sensor simulado posee un radio de curvatura
R
s
=22.5 mm, un espesor d =0.8 mm, un per
´
ımetro de 24
mm y una profundidad δ = 25µm. El algoritmo devuelve
la se
˜
nal de presi
´
on en funci
´
on del tiempo para los puntos
seleccionados. El detector est
´
a representado por N
d
=24704
puntos, distribuidos uniformemente sobre su superficie. La
presi
´
on ac
´
ustica captada por el sensor es la suma de las
N
d
se
˜
nales y un filtro pasa bajos emula la respuesta en
frecuencia del sistema de detecci
´
on.
Para obtener la sensibilidad del sensor en funci
´
on de la
distancia respecto de la fuente ac
´
ustica, se us
´
o el par
´
ametro
energ
´
ıa de se
˜
nal detectada (ESD), definida como la integral
en el tiempo del cuadrado de la presi
´
on ac
´
ustica captada por
sensor
r
fuente
agua
Fig. 1. Esquema utilizado para la simulaci
´
on.
y (mm)
Energía de señal detectada normalizada
18 20 22 24 26 28
−4
0
−6
−2
6
4
2
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
z (mm)
Fig. 2. Simulaci
´
on de la energ
´
ıa de se
˜
nal detecteda (ESD) por un sensor
enfocado en el plano YZ. El sensor tiene un radio de curvatura de 22.5
mm y un
´
area activa de sensado de 24 mm x 0.8 mm. La fuente ac
´
ustica
es una esfera de radio 100 µm ubicada en el origen de coordenadas.
Lineal
Enfocado
BNC
L
d
Blindaje
PVDF
Pintura Ag
Fig. 3. Imagen de los sensores piezoel
´
ectricos implementados.
Revista elektron, Vol. 4, No. 2, pp. 69-73 (2020)
ISSN 2525-0159
70
http://elektron.fi.uba.ar
agua
alambre
cobre
Láser Nd:YAG
lente
y
x
z
señal de disparo
sensor
TIA
osciloscopio
base XYZ
base XYZ
Fig. 4. Esquema experimental usado en la caracterizaci
´
on ac
´
ustica de los sensores. El origen de coordenadas se encuentra en la fuente ac
´
ustica (blanco
de cobre).
el transductor [6]. En la Fig. 2 se muestran los resultados
obtenidos para el plano YZ. Se puede observar que existe
una regi
´
on de gran sensibilidad con centro en el foco del
sensor (22.5 mm). Considerando una buena sensibilidad
aquella con valores mayores a 0.5 de la ESD normalizada,
la regi
´
on tiene un
´
area de (4 x 0.3) mm
2
,. En el plano
XZ se tiene un perfil similar. Por lo tanto, la regi
´
on de
mayor sensibilidad tiene un volumen de (4 x 4 x 0.3)
mm
3
. El hecho de que esta regi
´
on asemeje un plano denota
el comportamiento de enfoque cil
´
ındrico del detector y lo
vuelve muy
´
util para la obtenci
´
on de im
´
agenes 2-D [7].
La Fig. 3 muestra una imagen de los sensores
piezoel
´
ectricos extensos construidos y estudiados en este
trabajo: lineal y enfocado. Para la construcci
´
on de los
detectores se utiliz
´
o el m
´
etodo descripto en [3]. Ambos
sensores consisten en una pel
´
ıcula delgada de PVDF (25
µm de espesor) pegada sobre un substrato de acr
´
ılico. Para
el caso lineal el substrato es un paralelep
´
ıpedo rectangular
de 30 mm x 30 mm x 10 mm. Por otro lado, para el
sensor enfocado, el substrato es un tramo angular de un
tubo cil
´
ındrico con un radio interno de 22.5 mm y un
espesor de 3 mm. En ambos casos, el pol
´
ımero se encuentra
conectado el
´
ectricamente por dos electrodos. El electrodo
que se encuentra en contacto con el substrato fue metalizado
con aluminio. El otro electrodo fue realizado con pintura
de plata, lo que permiti
´
o conseguir, para ambos detectores,
un
´
area activa de detecci
´
on de aproximadamente 0.8 mm
(d) x 22 mm (L). La forma y tama
˜
no de los detectores
fue elegida con el objetivo de maximizar su sensibilidad y
minimizar su capacitancia.
´
Esta
´
ultima es muy importante
dado que la capacitancia del detector influye fuertemente en
la respuesta en frecuencia y ancho de banda del sistema de
detecci
´
on [8]. Por otro lado, para prevenir que el medio de
acople ac
´
ustico (agua) cambie las propiedades diel
´
ectricas
del PVDF, se us
´
o una pintura acr
´
ılica transparente no
conductiva (Electroqu
´
ımica Delta S.R.L.) colocada sobre la
superficie del detector. Finalmente, se realiz
´
o un blindaje
el
´
ectrico utilizando pintura de plata.
III. CARACTERIZACI
´
ON EL
´
ECTRICA Y AC
´
USTICA
Para la caracterizaci
´
on el
´
ectrica se us
´
o el m
´
etodo de
medici
´
on detallado en [3] que se describe brevemente a
continuaci
´
on. En primer lugar, se midi
´
o la capacitancia del
sensor en el rango entre 10 Hz y 10 MHz con un circuito tipo
puente capacitivo excitado con un generador de se
˜
nales. Los
resultados arrojaron que los dos sensores poseen id
´
enticas
capacitancias (∼60 pF a 10 kHz) y que la dependencia con la
frecuencia ajusta bien con la funci
´
on Havriliak-Negami [9].
En segundo lugar, se determin
´
o la respuesta en frecuencia
del sistema (sensor + TIA) hasta 200 MHz con un analizador
de redes. Con los dos sensores, para amplificar la corriente
entregada por los mismos, se utiliz
´
o un amplificador TIA
(FEMTO HCA-100MHz-50K-C). En ambos casos se midi
´
o
una frecuencia de corte (-3 dB) de (63 ± 4) MHz.
La caracterizaci
´
on ac
´
ustica del sistema de detecci
´
on fue
llevada a cabo siguiendo el m
´
etodo detallado en [10], que
permite generar pulsos de presi
´
on cuasi-unipolares de sub-
microsegundos de duraci
´
on. En la Fig. 4 se presenta el
esquema experimental. El sensor piezoel
´
ectrico y un blanco
met
´
alico, usado como fuente ac
´
ustica, son sumergidos en un
recipiente que contiene agua destilada. Un l
´
aser Q-Switch
Nd:YAG doblado en frecuencia (Continuum Minilite I, 532
nm, 5 ns, 10 Hz) irradia un alambre de cobre. Una lente
convergente enfoca el haz l
´
aser sobre el alambre de cobre en
un spot con un di
´
ametro similar al del blanco de cobre (100
µm) proporcionando as
´
ı un volumen irradiado m
´
as o menos
esf
´
erico. La energ
´
ıa del pulso l
´
aser se midi
´
o con un detector
piroel
´
ectrico (Coherent J-10MB-LE), resultando ser en todo
los casos (42 ± 0.3) µJ. Esta energ
´
ıa permite generar pulsos
de presi
´
on ac
´
ustica con picos de ∼160 Pa. Dos bases de
traslaci
´
on XYZ ajustan la posici
´
on de la fuente ac
´
ustica y el
sensor piezoel
´
ectrico, respectivamente. Finalmente, la salida
del sistema de detecci
´
on (sensor + FEMTO HCA-100MHz-
50K-C) es digitalizada por un osciloscopio (Tektronix TDS
2024, 2 GS/s, 200 MHz) para su posterior procesamiento.
La se
˜
nal de disparo del osciloscopio se obtuvo del pulso Q-
Switch del l
´
aser. Se determin
´
o la velocidad del sonido en el
agua midiendo su temperatura con una termocupla calibrada.
Para todas las mediciones llevadas a cabo en este trabajo el
valor de la temperatura fue de 24
o
C, lo que da una velocidad
del sonido de 1494 m/s [11].
Usando las bases de traslaci
´
on XYZ se obtuvieron los
valores de energ
´
ıa de se
˜
nal detectada del sistema de de-
tecci
´
on para diferentes distancias con respecto a la fuente
ac
´
ustica (alambre de cobre). Se escogi
´
o como origen de
coordenadas la posici
´
on del blanco. En las Figs. 5-7 se
muestran los resultados obtenidos para los sensores lineal
(c
´
ırculos azules) y enfocado (cuadrados verdes) en funci
´
on
de la variaci
´
on de la distancia sobre cada uno de los ejes
cartesianos x, y y z, respectivamente.
Revista elektron, Vol. 4, No. 2, pp. 69-73 (2020)
ISSN 2525-0159
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x (mm)
Energía de señal detectada normalizada
−4 −3 −2 −1 0 1 2 3 4
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Lineal
Enfocado
Fig. 5. Energ
´
ıa de se
˜
nal detectada (ESD) por el sistema de detecci
´
on
para las posiciones r = (x ˆı + 22.5 ˆ + 0
ˆ
k) mm. La uni
´
on entre puntos
es para mostrar tendencias.
y (mm)
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Lineal
Enfocado
Energía de señal detectada normalizada
Fig. 6. Energ
´
ıa de se
˜
nal detectada (ESD) por el sistema de detecci
´
on
para las posiciones r = (0 ˆı + y ˆ + 0
ˆ
k) mm. La uni
´
on entre puntos es
para mostrar tendencias.
z (mm)
−0.3 −0.2 −0.1 0 0.1 0.2 0.3
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Lineal
Enfocado
Energía de señal detectada normalizada
Fig. 7. Energ
´
ıa de se
˜
nal detectada (ESD) por el sistema de detecci
´
on
para las posiciones r = (0ˆı + 0 ˆ + z
ˆ
k) mm. La uni
´
on entre puntos es
para mostrar tendencias.
Tiempo (𝜇s)
Presión (Pa)
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
−20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
medido
simulado
Fig. 8. Se
˜
nal ac
´
ustica medida (l
´
ınea s
´
olida azul) y simulada (l
´
ınea de
trazos verde) por sistema de detecci
´
on basado en el sensor lineal en la
posici
´
on r = (0 ˆı + 4 ˆ + 0
ˆ
k) mm. Los valores ajustados fueron: L= 20
mm; d= 0.8 mm; r
adj
= (0 ˆı + 3.95 ˆ + 0
ˆ
k) mm; AB= 58 MHz.
En las Figs. 5-7 se puede observar que el sensor enfocado
presenta una notable variaci
´
on de la ESD en funci
´
on
de la posici
´
on con respecto a la fuente. En concordancia
con el dise
˜
no del detector enfocado, se obtiene la mayor
sensibilidad cuando la fuente se encuentra en el foco del
sensor r = (0ˆı + 22.5 ˆ + 0
ˆ
k) mm. En el caso particular
del eje z (Fig. 7) se puede apreciar una dependecia m
´
as
marcada con la posici
´
on, lo que refleja el aspecto cil
´
ındrico
del sensor. Para valores de ESD normalizada mayores a 0.5
se observ
´
o una muy buena relaci
´
on se
˜
nal a ruido. Teniendo
en cuenta esto, se puede definir la regi
´
on de enfoque del
detector la cual en este caso posee un volumen aproximado
de (4 x 5 x 0.25) mm
3
, muy similar al obtenido con la
simulaci
´
on presentada en la secci
´
on II.
Para el caso del sensor lineal se puede ver que no hay una
variaci
´
on apreciable de la energ
´
ıa con respecto a los eje x y
z. Esto se debe a que |r| vari
´
o poco, o sea, los valores de x y
z medidos fueron mucho menores que el valor de y = 22.5
mm. En la Fig. 6 sucede lo opuesto, donde se observa la
dependencia con respecto a la inversa de la distancia (1/|r|),
propia de un sensor que se aleja de una fuente esf
´
erica. Por
lo tanto, es conveniente utilizar este transductor lo m
´
as cerca
posible de la fuente.
La sensilibidad y el NEP del sistema fueron obtenidos
para los casos m
´
as favorables: en el centro de la regi
´
on
de enfoque (sensor enfocado) y lo m
´
as cerca posible de
la fuente (sensor lineal). En las Figs. 8 y 9 se presentan
las se
˜
nales ac
´
usticas medidas para los sensores lineal y
enfocado, respectivamente.
Para determinar la sensibilidad de los sistemas de de-
tecci
´
on se usaron los valores medidos de la tensi
´
on pico
a pico entregada por el sistema (lineal = 0.256 V; enfocado
= 1 V) y el valor pico de los pulsos de presi
´
on generados por
la fuente (160 Pa). Los resultados para los detectores lineal
y enfocado fueron 1.6 mV/Pa y 6.5 mV/Pa, respectivamente.
La densidad de ruido equivalente de presi
´
on se calcula
como NEP=NEV/(S · AB
1/2
), donde NEV es el ruido
equivalente de tensi
´
on, (3 ± 1) mV para ambos detectores
y S y AB son la sensibilidad y ancho de banda el
´
ectrico
Revista elektron, Vol. 4, No. 2, pp. 69-73 (2020)
ISSN 2525-0159
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Tiempo (𝜇s)
Presión (Pa)
14 14.5 15 15.5 16 16.5 17
−40
−20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
medido
simulado
Fig. 9. Se
˜
nal ac
´
ustica medida (l
´
ınea s
´
olida azul) y simulada (l
´
ınea de
trazos verde) por sistema de detecci
´
on basado en el sensor enfocado en la
posici
´
on r = (0 ˆı + 22.5 ˆ + 0
ˆ
k) mm. Los valores ajustados fueron: d=
0.8 mm; r
adj
= (0 ˆı + 22.5 ˆ + 0
ˆ
k) mm; AB= 56 MHz.
del sistema de detecci
´
on, respectivamente. Los valores
obtenidos para los sistemas con detector lineal y enfocado
fueron 240 µPa/
√
Hz y 80 µPa/
√
Hz, respectivamente.
Para verificar el desempe
˜
no del m
´
etodo de dise
˜
no presen-
tado en la secci
´
on II se realizaron simulaciones para ajustar
los par
´
ametros caracter
´
ısticos del sistema de detecci
´
on: el
largo (L) y ancho del sensor (d), ancho de banda del
sistema (AB) y la distancia y localizaci
´
on con respecto a
la fuente ac
´
ustica (r). Los resultados de estas simulacones
se muestran en la Figs. 8 y 9 (l
´
ıneas punteadas verdes). En
los dos sensores, los valores ajustados son muy pr
´
oximos
a los medidos y tambi
´
en se puede apreciar una buena
concordancia entre las se
˜
nales, salvo por las variaciones
de presi
´
on observadas luego del pico principal.
´
Estas son
causadas por reflexiones ac
´
usticas en las caras laterales del
film de PVDF [12] y que no fueron tenidas en cuenta en la
simulaci
´
on.
IV. CONCLUSIONES
En este trabajo se present
´
o el estudio de un sensor
extenso, cil
´
ındricamente enfocado basado en un pol
´
ımero
piezoel
´
ectrico. Para su dise
˜
no se realizaron simulaciones
usando la herramienta num
´
erica k-Wave y para su imple-
mentaci
´
on se us
´
o un m
´
etodo de construcci
´
on decripto en
un trabajo previo [3]. Por medio de mediciones el
´
ectricas y
ac
´
usticas se obtuvieron la sensibilidad (6.5 mV/Pa), el ancho
de banda (60 MHz) y el NEP (80 µPa/
√
Hz) del sistema de
detecci
´
on. Adem
´
as, teniendo en cuenta el mapa de la ESD
medida, la regi
´
on de mayor sensibilidad del sensor enfocado
es aproximadamente una superficie de (4 x 5) mm
2
. En esta
zona, la sensibilidad obtenida es 4 veces mayor que la del
sensor lineal y, como se mantuvo el mismo nivel de ruido
de tensi
´
on, se logr
´
o un menor valor de NEP. Una ventaja
adicional del detector enfocado con respecto al lineal es
que las se
˜
nales OA se miden a una mayor distancia de la
muestra, lo que da una gran flexibilidad en la elecci
´
on del
sistema de iluminaci
´
on.
Comparando los valores de sensibilidad, ancho de banda y
NEP obtenidos con el sensor enfocado con otros detectores
extensos usados en sistemas para TOA reportados en la
bibliografia [13]–[15], se pudo establecer que el sensor
en cuesti
´
on es apto para ser usado para la obtenci
´
on de
im
´
agenes OA.
Finalmente, es importante destacar que el sensor enfocado
de este trabajo no solo posee las ventajas inherentes de
los detector piezoel
´
ectricos (gran sensibilidad a un bajo
costo) sino que tambi
´
en presenta mejores caracter
´
ısticas que
otros detectores extensos con geometr
´
ıa lineal basados en
tecnolog
´
ıa
´
optica [13], [16]–[18].
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo fue apoyado por los subsidios de la Universi-
dad de Buenos Aires (UBACyT 20020160100052BA) y de
la ANPCyT (PICT 2016-2204 y PICT 2018-04589).
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Revista elektron, Vol. 4, No. 2, pp. 69-73 (2020)
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