De hoogfrequente geluidsgolven die worden gebruikt voor foutdetectie en diktemeting in ultrasone niet-destructieve testtoepassingen worden gegenereerd en ontvangen door kleine sondes die ultrasone transducers worden genoemd. Transducers zijn het startpunt voor elke ultrasone testopstelling en ze zijn er in een breed scala aan frequenties, maten en behuizingsstijlen om te voldoen aan inspectiebehoeften, variërend van foutdetectie in enorme multi-ton smeedstukken tot diktemeting van flinterdunne coatings.
Een transducer wordt in het algemeen gedefinieerd als elk apparaat dat de ene vorm van energie omzet in een andere. Het onderwerp van dit papier zijn de ultrasone transducers die worden gebruikt voor diktemeting en conventionele foutdetectie. Gefaseerde array-sondes die meerdere elementen gebruiken om gestuurde geluidsbundels te genereren, worden in detail beschreven.
Transducers zetten een puls elektrische energie van het testinstrument om in mechanische energie in de vorm van geluidsgolven die door het teststuk reizen. Geluidsgolven die reflecteren van het teststuk worden op hun beurt door de transducer omgezet in een puls van elektrische energie die kan worden verwerkt en weergegeven door het testinstrument. In feite fungeert de transducer als een ultrasone luidspreker en microfoon, die pulsen van geluidsgolven genereert en ontvangt op frequenties die veel hoger zijn dan het bereik van het menselijk gehoor.
Typisch is het actieve element van een NDT-transducer een dunne schijf, vierkant of rechthoek van piëzo-elektrisch keramiek of composiet dat elektrische energie omzet in mechanische energie en omgekeerd. Dit element wordt soms informeel het kristal genoemd omdat, in de vroege dagen van ultrasone NDT, elementen werden gemaakt van kwartskristallen; keramische materialen zoals loodmetaniobaat en loodzirkoniumtitanaat worden echter al lang in de meeste transducers gebruikt. De laatste jaren is er een toenemend gebruik van composietelementen waarbij de traditionele massieve keramische schijf of plaat wordt vervangen door een micro-bewerkt element waarin kleine cilinders van piëzo-elektrisch keramiek zijn ingebed in een epoxymatrix. Composietelementen kunnen zorgen voor verhoogde bandbreedte en verbeterde gevoeligheid in veel foutdetectietoepassingen.
Typische transducerconstructie met één element en twee elementen.
Wanneer het wordt opgewekt door een elektrische puls, genereert dit piëzo-elektrische element geluidsgolven, en wanneer het wordt getrild door terug te keren, genereert echoesit een spanning. Het actieve element wordt beschermd tegen beschadiging door een slijtplaat of akoestische lens en wordt ondersteund door een blok dempend materiaal dat de transducer stil houdt nadat de geluidspuls is gegenereerd. Dit ultrasone subsamenstel is gemonteerd in een koffer met geschikte elektrische verbindingen. Alle gangbare contacten, hoekstralen, vertragingslijnen en onderdompelingstransducers maken gebruik van dit basisontwerp. De phased array-sondes die worden gebruikt in beeldvormingstoepassingen combineren eenvoudig een aantal afzonderlijke transducerelementen in een enkele assemblage. Transducers met twee elementen, meestal gebruikt in corrosie-onderzoekstoepassingen, verschillen in zoverre dat ze afzonderlijke zend- en ontvangelementen gescheiden door een geluidsbarrière, geen steun en een integrale vertragingslijn hebben om de geluidsenergie te sturen en te koppelen in plaats van een slijtplaat of lens. Figuur 1 illustreert een typische transductorconstructie.
Hoewel het basisconcept eenvoudig is, zijn transducers precisie-apparaten die veel zorg vereisen bij het ontwerp, de materiaalkeuze en de productie om optimale en consistente prestaties te garanderen. De transducers die gewoonlijk worden gebruikt in conventionele ultrasone NDT vallen in vijf algemene categorieën op basis van hun ontwerp en beoogd gebruik.
