Trasmissione d'impulsi ed effetti
Quando le onde provenienti da due o più fonti interagiscono, la loro fasatura si traduce in un aumento o una diminuzione dell'energia nel punto di combinazione. Quando le onde elastiche della stessa frequenza si combinano, in modo che il loro spostamento è perfettamente sincronizzato (in fase o con angolo in fase di 0 gradi), le energie delle onde si addizionano per creare un'onda di elevata ampiezza. Se si combinano in modo che il loro spostamento è esattamente opposto (fasatura a 180°), le energie delle onde si annullano. Negli angoli di fasatura compresi tra 0° a 180° esiste una serie di stadi intermedi tra l'addizione e l'annullamento totale. La variazione del momento di trasmissione delle onde da numerose fonti permette di orientare e focalizzare il fronte risultante delle onde combinate. Questo è il principio fondamentale su cui si basa l'ispezione phased array.
Nelle sonde ad ultrasuoni convenzionali, le interferenze costruttive e negative creano il campo vicino, il campo lontano e i diversi gradienti di pressione. Inoltre una sonda a fascio angolare per ultrasuoni convenzionali è dotata di un singolo elemento che genera un onda in uno zoccolo. I punti su questo fronte di onde possiedono differenti intervalli di ritardo in base alla forma dello zoccolo. Questi sono dei ritardi meccanici al contrario dei ritardi elettrici usati nell'ispezione ad ultrasuoni phased array. Quando il fronte delle onde raggiunge la superficie basale della componente ispezionata, esso può essere visualizzato come una serie di fonti puntuali, in base al principio di Huygens. Le onde sferiche teoriche di ognuno di questi punti interagiscono per formare una singola onda ad un determinato angolo in base alla legge di Snell.
Nelle ispezioni ad ultrasuoni phased array, gli effetti prevedibili della combinazione e dell'annullamento vengono usati per formare e orientare i fasci ultrasonori. L'eccitazione separata di elementi o di gruppi di elementi in differenti momenti crea una serie di onde originate da fonti puntuali che si combinano in un solo fronte di onde che si spostano con un angolo definito. Questo effetto elettronico è simile al ritardo meccanico prodotto con uno zoccolo ordinario, tuttavia può essere programmato modificando il modello dei ritardi. Mediante l'interferenza costruttiva l'ampiezza di questa onda combinata può essere considerevolmente superiore all'ampiezza delle onde individuali che la genera. Allo stesso modo, dei ritardi variabili sono applicati agli eco ricevuti dagli elementi della rete per sommare le risposte in modo da rappresentare una sola componente angolare o focalizzata del fascio totale. Oltre a modificare la direzione del fronte delle onde primarie, questa combinazione di componenti individuali del fascio permette la focalizzazione del fascio per ogni punto nel campo vicino.
Gli elementi sono in genere eccitati in gruppi da 4 a 32 per migliorare la sensibilità effettiva aumentando l'apertura. Questo riduce i fasci non voluti e permette una focalizzazione netta.
Gli echi vengono rilevati dai differenti elementi o gruppi di elementi e vengono sfasati temporalmente in modo da compensare i diversi ritardi dello zoccolo, infine vengono addizionati. Contrariamente alle sonde a singolo elemento ad ultrasuoni convenzionali che combinano gli effetti di tutte le componenti del fascio che colpiscono la loro superficie, le sonde phased array possono scomporre il fronte di onde di ritorno in base al momento di arrivo e all'ampiezza di ogni elemento. Durante l'elaborazione del software dello strumento, ogni legge focale di ritorno rappresenta la riflessione da una componente particolare dell'angolo del fascio, un punto particolare sul percorso lineare o una riflessione da una particolare profondità focale. L'informazione sugli echi può essere visualizzata in diversi formati standard.
