Ultrasonic Beam Characteristics

Snímače takového typu, který se nejčastěji používá pro ultrazvukové měření, mají tyto základní funkční vlastnosti, které ovlivňují vlastnosti zvukového svazku generovaného pro daný materiál:

Typ – Snímač je identifikován podle své konstrukce a funkce jako kontaktní typ, typ s předsádkou nebo imerzní typ. Výběr typu snímače ovlivňují fyzikální vlastnosti testovaného materiálu, jako je drsnost povrchu, teplota a přístupnost, ale také jeho vlastnosti přenosu zvuku a rozsah měřené tloušťky.

Průměr – Průměr aktivního měniče snímače, který je za normálních okolností umístěn v o něco větším krytu. Snímače s menším průměrem se často snadněji propojí s testovaným materiálem, zatímco větší průměry se mohou efektivněji propojit s drsným povrchem v důsledku efektu průměrování. Větší průměry jsou také nutné z konstrukčních důvodů, protože frekvence snímače klesá.

Frekvence – Počet cyklů vlny dokončených za jednu sekundu; běžně se vyjadřuje v jednotkách kilohertz (kHz) nebo megahertz (MHz). Většina 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 – Typické snímače pro měření tloušťky negenerují zvukové vlny na jedné čisté frekvenci, ale spíše v rozsahu frekvencí se středem na jmenovité frekvenci. Šířka pásma je část frekvenční odezvy, která spadá mezi stanovené mezní hodnoty amplitudy. Velká šířka pásma je obvykle žádoucí v aplikacích pro měření tloušťky, které využívají kontaktní snímače, snímače s předsádkou či imerzní snímače.

Doba trvání vlny – Počet period vlny generovaných snímačem pokaždé, když je aktivován impulzem. Úzkopásmový snímač má více period než širokopásmový snímač. Na doby trvání vlny mají vliv faktory jako průměr měniče, materiál podkladu, vyladění elektrického obvodu a způsob buzení snímače. Krátká doba trvání vlny (širokopásmová odezva) je žádoucí ve většině aplikací pro měření tloušťky.

Citlivost – Vztah mezi amplitudou budicího impulsu a mezi odraženým signálem přijatým ze stanoveného cíle. Toto je funkcí energetického výstupu snímače.

Profil svazku – Jako pracovní aproximace se svazek z typického nezaostřeného disku snímače často považuje za sloupec energie pocházející z oblasti s aktivním měničem, který chvíli cestuje jako přímý sloupec a poté rozpíná svůj průměr a nakonec se rozptýlí, jako svazek z reflektoru.

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 a zelená a modrá představují oblasti s nižší energií.

Přesný tvar svazku je v daném případě určen frekvencí snímače, průměrem snímače a rychlostí zvuku v materiálu. Oblast maximální energie, která je umístěná kousek od čela snímače, označuje přechod mezi složkami svazku známými jako blízké pole a vzdálené pole, z nichž každá je charakterizována specifickými typy tlakových gradientů. Délka blízkého pole je důležitým faktorem při ultrazvukové detekci vad, protože ovlivňuje amplitudu ech od malých vad, jako jsou trhliny, ale obvykle není významným faktorem v aplikacích pro měření tloušťky.

Ostření – 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 měření potrubí s malým průměrem nebo dílů s velkým zakřivením, protože soustředí akustickou energii na malé ploše a zlepšuje odezvu odraženého signálu.

Útlum – Uspořádaná vlnoplocha generovaná ultrazvukovým snímačem se při svém šíření prostředím v důsledku nedokonalého přenosu energie mikroskopickou strukturou jakéhokoliv materiálu začne rozbíjet. Uspořádané mechanické vibrace (zvukové vlny) se změní na náhodné mechanické vibrace (teplo) a k tomuto jevu bude docházet tak dlouho, dokud vlnoplocha nezanikne. Tento proces se označuje jako útlum zvuku. Míra útlumu se liší v závislosti na materiálu a zvyšuje se úměrně frekvenci. Obecně platí, že v tvrdých materiálech, jako jsou kovy, dochází k menšímu útlumu než v měkčích materiálech, jako jsou plasty. Útlum omezuje maximální tloušťku materiálu, kterou lze měřit s daným nastavením měřidla a snímačem, protože určuje bod, od něhož dál bude odezva již příliš malá na to, aby byla detekována snímačem.

Pokračujte na Výběr snímače