Sistema ultrassônico aplicado à detecção de interfaces geológicas em caixa de areia

Salazar, Andrés Ortiz

Universidade Federal do Rio Grande do Norte

2025-08-11

Caixa de areia

Reflexão sísmica Ultrassônica

Processador digital de sinais

Interfaces geológicas

A modelagem geológica em caixas de areia é uma ferramenta eficaz para replicar e investigar a propagação de reflexões sísmicas em ambiente controlado, proporcionando resultados mais representativos em relação às simulações puramente computacionais. Essa técnica permite estudar de forma detalhada fenômenos como reflexão, refração e dispersão de ondas em interfaces, consequência da sobreposição de diferentes materiais. Entretanto, a implementação desses experimentos enfrenta desafios, especialmente quanto ao alto custo de transdutores ultrassônicos adequados, que devem apresentar ampla abertura de feixe e banda larga de frequências, a fim de detectar uma variedade de sinais refletidos por materiais distintos. Além disso, os sistemas descritos na literatura são, em sua maioria, compostos por dispositivos descentralizados e específicos para cada função, exigindo computadores para controle e processamento, conversores digital-analógico para emissão dos sinais e conversores analógico-digital de alta resolução para aquisição dos dados, elevando significativamente a complexidade e o custo do conjunto. Neste contexto, o presente trabalho propõe o uso de transdutores ultrassônicos comerciais de menor custo, com características mais limitadas, aliados a um processador digital de sinais (DSP) responsável por integrar a geração do pulso, a aquisição e a transmissão dos dados. Complementarmente, serão empregadas técnicas de seleção e disposição de materiais na caixa de areia, visando maximizar a detecção das interfaces. Essa abordagem busca equilibrar custo e desempenho, viabilizando a realização de experimentos com resultados consistentes mesmo em cenários de recursos restritos.

Geological modeling in sandboxes is an effective tool for replicating and investigating the propagation of seismic reflections in a controlled environment, providing results that are more representative compared to purely computational simulations. This technique enables a detailed study of phenomena such as reflection, refraction, and wave dispersion at interfaces composed of different materials. However, the implementation of these experiments faces challenges, especially regarding the high cost of suitable ultrasonic sensors, which must have a wide beam angle and broad frequency bandwidth to detect a variety of signals reflected by different materials. Furthermore, most systems described in the literature are composed of decentralized, dedicated devices for each function — requiring computers for control and processing, digital-to-analog converters for signal emission, and high- resolution analog-to-digital converters for data acquisition, which significantly increases the complexity and cost of the system. In this context, the present work proposes the use of more affordable commercial ultrasonic sensors, even with more limited characteristics, combined with a digital signal processor (DSP) responsible for integrating pulse generation, data acquisition, and transmission. Additionally, techniques for selecting and arranging materials within the sandbox will be employed to maximize interface detection. This approach seeks to balance cost and performance, making it possible to conduct experiments with consistent results even in resource-constrained scenarios.