2.4 声束的特性

Konvenční jednoměničové ultrazvukové snímače využívající podélné vlny fungují jako pístový zdroj vysokofrekvenčních mechanických kmitů nebo zvukových vln. Po přivedení napětí se piezoelektrický měnič (často označovaného jako krystal) snímače deformuje stlačováním ve směru kolmém ke své přední straně. Po odstranění napětí, obvykle o méně než jednu mikrosekundu později, se měnič vrací do původního nezdeformovaného stavu, a přitom generuje impulz mechanické energie tvořící ultrazvukovou vlnu. Grafické znázornění níže uvádí názorný příklad odezvy piezoelektrického měniče na krátký elektrický impulz.

Běžně používané snímače pro ultrazvukové nedestruktivní testování (NDT) mají zpravidla následující základní funkční vlastnosti:

Typ – Snímač lze identifikovat podle funkce jako kontaktní, s předsádkou, s úhlovým svazkem nebo imerzního typu. Na výběr typu snímače mají vliv charakteristiky kontrolovaného materiálu, jako je například hrubost povrchu, teplota a přístupnost a dále poloha vady uvnitř materiálu a rychlost provádění kontroly.

Průměr – Průměr aktivního měniče snímače, který je za normálních okolností umístěn v o něco větším krytu.

Frekvence – Počet period vlny dokončených za jednu sekundu; běžně se vyjadřuje v jednotkách kilohertz (kHz) nebo megahertz (MHz). Většina průmyslových ultrazvukových testování se provádí v rozsahu frekvencí od 500 kHz do 20 MHz, takže většina snímačů spadá do tohoto rozsahu, ale dodávají se i snímače s frekvencí nižší než 50 kHz a vyšší než 200 MHz. Penetrace se zvyšuje s klesající frekvencí, zatímco rozlišení a ostrost zaostření se zvyšují s rostoucí frekvencí.

Šířka pásma – Část frekvenční odezvy, která spadá mezi stanovené mezní hodnoty amplitudy. V tomto kontextu je třeba poznamenat, že typické snímače pro NDT negenerují zvukové vlny jediné frekvence, ale spíše rozsah frekvencí v blízkosti jedné frekvence označované jako jmenovitá. Odvětvová norma stanoví šířku pásma v bodě −6 dB (nebo poloviční amplitudě).

Doba trvání vlny – Počet period vlny generovaných snímačem pokaždé, když je aktivován impulzem. Úzkopásmový snímač má více period než širokopásmový snímač. Průměr měniče, materiál podkladu, vyladění elektrického obvodu a způsob buzení snímače jsou faktory, které mají na dobu trvání vlny vliv.

Citlivost – Vztah mezi amplitudou a budicím impulzem a mezi odraženým signálem přijatým ze stanoveného cíle.

V rámci pracovní aproximace se svazek z typického nezaostřeného snímače ve tvaru disku považuje za sloupec energie vycházející z oblasti aktivního měniče, jehož průměr se rozšiřuje, a nakonec se rozptýlí.

Ve skutečnosti je profil reálného svazku složitý a obsahuje gradient tlaku jak v příčném, tak i v podélném směru. V profilu svazku uvedeném na obrázku níže představuje červená barva oblasti s nejvyšší energií, zatímco zelená a modrá představují oblasti s nižší energií.

Zvukové pole snímače je rozděleno na dvě zóny: blízké pole a vzdálené pole. Blízké pole označuje oblast v blízkosti snímače, kde akustický tlak vykazuje řadu maxim a minim, a končí posledním maximem na ose ve vzdálenosti N od přední strany snímače. Vzdálenost blízkého pole N představuje přirozené ohnisko snímače.

Z důvodu odchylek tlaku uvnitř blízkého pole může být obtížné přesně vyhodnotit vady pomocí postupů založených na amplitudě (i když měření tloušťky uvnitř blízkého pole není problémem). Hodnota N dále představuje největší vzdálenost, v níž lze svazek snímače zaostřit pomocí akustické čočky nebo pomocí fázování. Imerzní snímače lze zaostřit pomocí akustických čoček, a vytvořit tak svazek ve tvaru přesýpacích hodin, který se zužuje do malé ohniskové zóny a následně se zase rozšiřuje. Určité druhy snímačů s předsádkou lze také zaostřit. Zaostřování svazku je velmi užitečné při testování potrubí s malým průměrem nebo dalších zkoušených dílů s velkým zakřivením, protože soustředí akustickou energii na malé ploše a zlepšuje odezvu odraženého signálu.

Dynamika vlnoplochy