Vysokofrekvenční zvukové vlny používané pro detekci vad a zobrazování tloušťky v ultrazvukových nedestruktivních testovacích aplikacích jsou generovány a přijímány malými sondami zvanými ultrazvukové převodníky. Převodníky jsou výchozím bodem každého ultrazvukového testu a přicházejí v široké škále frekvencí, velikostí a stylů pouzder, aby vyhovovaly potřebám inspekce, od detekce vad v obrovských výkovcích z oceli o více tunách až po měření tloušťky tenkých papírových povlaků.
Převodník je obecně definován jako jakékoli zařízení, které přeměňuje jednu formu energie na jinou. Předmětem tohoto článku jsou ultrazvukové snímače používané pro zobrazování tloušťky a konvenční detekci vad. Podrobně jsou popsány sondy fázovaného pole, které využívají více prvků pro generování řízených zvukových paprsků.
Převodníky převádějí puls elektrické energie ze zkušebního přístroje na mechanickou energii ve formě zvukových vln, které procházejí zkušebním kusem. Zvukové vlny odrážející se od zkušebního kusu jsou převodníkem převedeny na puls elektrické energie, který může zkušební přístroj zpracovat a zobrazit. Převodník funguje jako ultrazvukový reproduktor a mikrofon a generuje a přijímá pulzy zvukových vln při frekvencích mnohem vyšších, než je rozsah lidského sluchu.
Obvykle je aktivním prvkem převodníku NDT tenký disk, čtverec nebo obdélník piezoelektrické keramiky nebo kompozitu, který přeměňuje elektrickou energii na mechanickou energii a naopak. Tento prvek se někdy neformálně nazývá krystal, protože v prvních dnech ultrazvukového NDT byly prvky vyrobeny z křemenných krystalů; u většiny snímačů se však již dlouho používají keramiky, jako je metaniobát olova a titaničitan olova. V posledních letech bylo pozorováno rostoucí používání kompozitních prvků, ve kterých je tradiční pevný keramický disk nebo deska nahrazena mikroobrobeným prvkem, ve kterém jsou malé malé válce piezoelektrické keramiky zabudovány do epoxidové matrice. Složené prvky mohou poskytovat zvýšenou šířku pásma a zlepšenou citlivost v mnoha aplikacích pro detekci vad.
Typická konstrukce jednoduchého a dvojprvkového převodníku.
Když je excitován elektrickým pulsem, tento piezoelektrický prvek generuje zvukové vlny, a když je vibrován vrácením echoesitu, generuje napětí. Aktivní prvek je chráněn před poškozením opotřebitelnou deskou nebo akustickou čočkou a je podložen blokem tlumícího materiálu, který po generování zvukového impulzu tišuje. Tato ultrazvuková podsestava je namontována v pouzdru s vhodným elektrickým připojením. Všechny běžné kontaktní, úhlové paprsky, zpožďovací vedení a ponorné snímače využívají tuto základní konstrukci. Fázové sondové sondy používané v zobrazovacích aplikacích jednoduše kombinují řadu jednotlivých prvků snímače v jedné sestavě. Dvouprvkové převodníky, které se běžně používají v aplikacích průzkumu koroze, se liší tím, že mají oddělené vysílací a přijímací prvky oddělené zvukovou bariérou, bez podpory a integrovanou linii zpoždění pro řízení a párování zvukové energie namísto nosné desky nebo čočky. Obrázek 1 ukazuje typickou konstrukci převodníku.
Zatímco základní koncepce je jednoduchá, převodníky jsou přesná zařízení, která vyžadují velkou péči při navrhování, výběru materiálu a výrobě, aby pomohly zajistit optimální a konzistentní výkon. Převodníky běžně používané v konvenčních ultrazvukových NDT spadají do pěti obecných kategorií na základě jejich konstrukce a zamýšleného použití.
