De högfrekventa ljudvågorna som används för att upptäcka brister och tjocklekskontroller i ultraljudsförstörande testapplikationer genereras och tas emot av små sonder som kallas ultraljudsgivare. Givare är utgångspunkten för varje ultraljudstestinställning, och de finns i en mängd olika frekvenser, storlekar och foderstilar för att uppfylla inspektionsbehovet, allt från feldetektering i enorma multitons stålspetsar till tjockleksmätning av papperstunna beläggningar.
En givare definieras generellt som vilken anordning som konverterar en energiform till en annan. Ämnet för detta papper är ultraljudsgivare som används för tjocklekskontroll och konventionell feldetektering. Fasade arrayprober som använder flera element för att generera styrda ljudstrålar beskrivs i detalj.
Givare omvandlar en puls med elektrisk energi från testinstrumentet till mekanisk energi i form av ljudvågor som rör sig genom teststycket. Ljudvågor som reflekterar från teststycket omvandlas i sin tur av givaren till en puls av elektrisk energi som kan bearbetas och visas av testinstrumentet. I själva verket fungerar givaren som en ultraljudshögtalare och mikrofon, och genererar och tar emot pulser av ljudvågor vid frekvenser som är mycket högre än området för mänsklig hörsel.
Vanligtvis är det aktiva elementet i en NDT-omvandlare en tunn skiva, kvadratisk eller rektangel av piezoelektrisk keramik eller komposit som omvandlar elektrisk energi till mekanisk energi, och vice versa. Detta element kallas ibland informellt kristallen på grund av att de tidiga dagarna med ultraljud NDT gjordes av kvartskristaller; emellertid har keramik såsom blymetaniobat och blyzirkoniumtitanat länge använts i de flesta givare. På senare år har användningen av kompositelement ökat där den traditionella massiva keramiska skivan eller plattan ersätts av ett mikrobearbetat element där små cylindrar av piezoelektrisk keramik är inbäddade i en epoximatris. Kompositelement kan ge ökad bandbredd och förbättrad känslighet i många applikationer med felavkänning.
Typisk enkelelement och givarkonstruktion med dubbla element.
När det är upphetsat av en elektrisk puls, genererar detta piezoelektriska element ljudvågor, och när det vibreras genom återkommande ekositet genererar en spänning. Det aktiva elementet skyddas mot skador av en slitplatta eller en akustisk lins och stöds av ett block av dämpningsmaterial som gör att givaren slår ner efter att ljudpulsen har genererats. Denna ultraljudsdel är monterad i ett hölje med lämpliga elektriska anslutningar. Alla vanliga kontakt-, vinkelstrålar, fördröjningslinjer och fördjupningsomvandlare använder denna grundläggande design. De fasade arrayproberna som används i avbildningsapplikationer kombinerar helt enkelt ett antal individuella givarelement i en enda enhet. Dualelementomvandlare, vanligtvis används i applikationer för korrosionsundersökning, skiljer sig åt genom att de har separata sändnings- och mottagningselement separerade med en ljudbarriär, ingen stödning och en integrerad fördröjningslinje för att styra och koppla ljudenergi snarare än en slitplatta eller lins. Figur 1 illustrerar typisk givarkonstruktion.
Även om det grundläggande konceptet är enkelt, är givare precisionsenheter som kräver stor omsorg när det gäller design, materialval och tillverkning för att säkerställa optimal och konsekvent prestanda. De givare som vanligtvis används i konventionell ultraljud NDT ingår i fem allmänna kategorier baserat på deras design och avsedda användning.
