Le onde sonore ad alta frequenza utilizzate per il rilevamento dei difetti e la misurazione dello spessore nelle applicazioni di test non distruttivi ad ultrasuoni sono generate e ricevute da piccole sonde chiamate trasduttori ad ultrasuoni. I trasduttori sono il punto di partenza per qualsiasi configurazione di test ad ultrasuoni e sono disponibili in una vasta gamma di frequenze, dimensioni e stili di custodia per soddisfare le esigenze di ispezione che vanno dal rilevamento di difetti in enormi pezzi fucinati di acciaio multi-ton alla misurazione dello spessore di rivestimenti sottilissimi.
Un trasduttore è generalmente definito come qualsiasi dispositivo che converte una forma di energia in un'altra. Oggetto di questo documento sono i trasduttori ad ultrasuoni utilizzati per la misurazione dello spessore e il rilevamento convenzionale dei difetti. Le sonde di array a fasi che utilizzano più elementi per generare raggi sonori orientati sono descritte in dettaglio.
I trasduttori convertono un impulso di energia elettrica dallo strumento di prova in energia meccanica sotto forma di onde sonore che viaggiano attraverso il pezzo di prova. Le onde sonore che si riflettono dal pezzo di prova vengono, a loro volta, convertite dal trasduttore in un impulso di energia elettrica che può essere elaborato e visualizzato dallo strumento di prova. In effetti, il trasduttore funge da altoparlante e microfono ad ultrasuoni, generando e ricevendo impulsi di onde sonore a frequenze molto più elevate della gamma dell'udito umano.
Tipicamente, l'elemento attivo di un trasduttore NDT è un disco sottile, un quadrato o un rettangolo di ceramica o composito piezoelettrici che converte l'energia elettrica in energia meccanica e viceversa. Questo elemento è talvolta chiamato in modo informale il cristallo perché, nei primi giorni del NDT ultrasonico, gli elementi erano realizzati con cristalli di quarzo; tuttavia, ceramiche come il metaniobato di piombo e il titanato di zirconio di piombo sono state a lungo utilizzate nella maggior parte dei trasduttori. Negli ultimi anni si è assistito a un uso crescente di elementi compositi in cui il tradizionale disco o piastra in ceramica solida è sostituito da un elemento micro-lavorato in cui minuscoli cilindri di ceramica piezoelettrica sono incorporati in una matrice epossidica. Gli elementi compositi possono fornire una maggiore larghezza di banda e una maggiore sensibilità in molte applicazioni di rilevamento dei difetti.
Tipica costruzione trasduttore a singolo elemento e doppio elemento.
Quando è eccitato da un impulso elettrico, questo elemento piezoelettrico genera onde sonore e quando viene vibrato restituendo l'ecoesit genera una tensione. L'elemento attivo è protetto dai danni da una lente d'usura o una lente acustica ed è supportato da un blocco di materiale smorzante che calma il trasduttore dopo che è stato generato l'impulso sonoro. Questo sottoassieme ad ultrasuoni è montato in una custodia con opportuni collegamenti elettrici. Tutti i trasduttori di contatto, fascio angolare, linea di ritardo e immersione comuni utilizzano questo design di base. Le sonde a matrice graduale utilizzate nelle applicazioni di imaging combinano semplicemente un numero di singoli elementi del trasduttore in un unico assieme. I trasduttori a doppio elemento, comunemente utilizzati nelle applicazioni di rilevamento della corrosione, si differenziano per il fatto che hanno elementi di trasmissione e ricezione separati separati da una barriera acustica, nessun supporto e una linea di ritardo integrale per guidare e accoppiare l'energia sonora piuttosto che una piastra d'usura o una lente. La Figura 1 illustra la tipica costruzione del trasduttore.
Sebbene il concetto di base sia semplice, i trasduttori sono dispositivi di precisione che richiedono grande cura nella progettazione, nella selezione dei materiali e nella produzione per garantire prestazioni ottimali e coerenti. I trasduttori comunemente utilizzati nel convenzionale NDT ad ultrasuoni rientrano in cinque categorie generali in base al design e all'utilizzo previsto.
