Τα ηχητικά κύματα υψηλής συχνότητας που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση ελαττωμάτων και τη μέτρηση του πάχους σε εφαρμογές υπερήχων μη καταστρεπτικού ελέγχου παράγονται και λαμβάνονται από μικρούς αισθητήρες που ονομάζονται υπερηχητικοί μορφοτροπείς. Οι μορφοτροπείς είναι το σημείο εκκίνησης για οποιαδήποτε εγκατάσταση δοκιμών με υπερήχους και έρχονται σε μια ευρεία ποικιλία συχνοτήτων, μεγεθών και στυλ περιπτώσεων για την κάλυψη των αναγκών επιθεώρησης που κυμαίνονται από την ανίχνευση ατελειών σε τεράστια σφυρήλατα χάλυβα πολλαπλών τόνων μέχρι τη μέτρηση πάχους των επικαλύψεων λεπτού χαρτιού.
Ένας μορφοτροπέας ορίζεται γενικά ως οποιαδήποτε συσκευή που μετατρέπει μια μορφή ενέργειας σε μια άλλη. Το αντικείμενο αυτής της εργασίας είναι οι υπερηχητικοί μορφοτροπείς που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση πάχους και τη συμβατική ανίχνευση ελαττωμάτων. Οι διερευνητές σταδιακής συστοιχίας που χρησιμοποιούν πολλαπλά στοιχεία για τη δημιουργία κατευθυνόμενων ακουστικών δοκών περιγράφονται λεπτομερώς.
Οι μορφοτροπείς μετατρέπουν έναν παλμό ηλεκτρικής ενέργειας από το όργανο δοκιμής σε μηχανική ενέργεια με τη μορφή ηχητικών κυμάτων που διέρχονται από το δοκιμαστικό τεμάχιο. Τα ηχητικά κύματα που αντανακλούν από το δοκιμαστικό τεμάχιο με τη σειρά τους μετατρέπονται από τον μορφοτροπέα σε ένα παλμό ηλεκτρικής ενέργειας που μπορεί να επεξεργαστεί και να επιδειχθεί από το όργανο δοκιμής. Στην πραγματικότητα, ο μορφοτροπέας λειτουργεί ως υπερηχητικό ηχείο και μικρόφωνο, παράγει και δέχεται παλμούς ηχητικών κυμάτων σε συχνότητες πολύ υψηλότερες από το εύρος της ανθρώπινης ακοής.
Τυπικά, το ενεργό στοιχείο ενός μετατροπέα NDT είναι ένας λεπτός δίσκος, τετράγωνο ή ορθογώνιο πιεζοηλεκτρικό κεραμικό ή σύνθετο υλικό που μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια και αντίστροφα. Αυτό το στοιχείο είναι μερικές φορές ανεπίσημα ονομάζεται κρύσταλλο επειδή, στις πρώτες ημέρες του υπερηχητικού NDT, στοιχεία έγιναν από κρυστάλλους χαλαζία? Ωστόσο, τα κεραμικά όπως το μεθανοβικό μόλυβδο και το τιτανικό μόλυβδο ζιρκονίου έχουν χρησιμοποιηθεί από καιρό στους περισσότερους μορφοτροπείς. Τα τελευταία χρόνια παρατηρείται αυξανόμενη χρήση σύνθετων στοιχείων στα οποία ο παραδοσιακός στερεός κεραμικός δίσκος ή πλάκα αντικαθίσταται από ένα μικρομηχανικό στοιχείο στο οποίο μικροσκοπικοί κύλινδροι πιεζοηλεκτρικού κεραμικού είναι ενσωματωμένοι σε μια εποξική μήτρα. Τα σύνθετα στοιχεία μπορούν να παρέχουν αυξημένο εύρος ζώνης και βελτιωμένη ευαισθησία σε πολλές εφαρμογές ανίχνευσης ατελειών.
Τυπική κατασκευή μεμονωμένου στοιχείου και μετατροπέα διπλού στοιχείου.
Όταν διεγείρεται από έναν ηλεκτρικό παλμό, αυτό το πιεζοηλεκτρικό στοιχείο δημιουργεί ηχητικά κύματα, και όταν δονείται με την επιστροφή, η echoesit παράγει μια τάση. Το ενεργό στοιχείο προστατεύεται από βλάβες από ένα φέροντα ή ακουστικό φακό και υποστηρίζεται από ένα μπλοκ υλικού απόσβεσης που ακύρωσε τον μορφοτροπέα μετά την παραγωγή του παλμού ήχου. Αυτό το υπερηχητικό υποσύστημα τοποθετείται σε θήκη με κατάλληλες ηλεκτρικές συνδέσεις. Όλες οι συνήθεις επαφές, η γωνιακή δέσμη, η γραμμή καθυστέρησης και οι μορφοτροπείς βύθισης χρησιμοποιούν αυτή τη βασική σχεδίαση. Οι ανιχνευτές σταδιακής συστοιχίας που χρησιμοποιούνται στις εφαρμογές απεικόνισης συνδυάζουν απλά ένα πλήθος μεμονωμένων στοιχείων μορφοτροπέα σε μία ενιαία διάταξη. Οι μετατροπείς διπλού στοιχείου, οι οποίοι χρησιμοποιούνται συνήθως σε εφαρμογές έρευνας διάβρωσης, διαφέρουν από το γεγονός ότι διαθέτουν χωριστά στοιχεία εκπομπής και λήψης που χωρίζονται από ένα ηχητικό φράγμα, χωρίς οπίσθια κάλυψη και μια ολοκληρωμένη γραμμή καθυστέρησης για να κατευθύνουν και να συνδέουν την ηχητική ενέργεια και όχι με ένα φεγγίτη ή φακό. Το σχήμα 1 απεικονίζει την τυπική δομή μορφοτροπέα.
Ενώ η βασική ιδέα είναι απλή, οι μορφοτροπείς είναι συσκευές ακριβείας που απαιτούν μεγάλη προσοχή στο σχεδιασμό, την επιλογή υλικού και την κατασκευή για να εξασφαλίσουν βέλτιστη και συνεπή απόδοση. Οι μετατροπείς που χρησιμοποιούνται συνήθως σε συμβατικά υπερήχους NDT εμπίπτουν σε πέντε γενικές κατηγορίες με βάση το σχεδιασμό τους και την προβλεπόμενη χρήση τους.
