Visokofrekventni zvučni talasi koji se koriste za otkrivanje kvarova i smanjivanje debljine u ultrazvučnim testovima nestruktivnog testiranja generiraju se i primaju male sonde nazvane ultrazvučni pretvarači. Pretvarači su polazna točka za svako postavljanje ultrazvučnih testova, a oni dolaze u širokom rasponu frekvencija, veličina i stilova kućišta kako bi se zadovoljile potrebe inspekcije, u rasponu od otkrivanja kvarova u ogromnim višeslojnim čeličnim otkovcima do mjerenja debljine papirnih premaza.
Pretvarač se općenito definira kao svaki uređaj koji jedan oblik energije pretvara u drugi. Predmet ovog rada su ultrazvučni pretvarači koji se koriste za mjerenje debljine i konvencionalno otkrivanje kvarova. Detaljno su opisane fazne nizove sondi koje koriste više elemenata za stvaranje upravljanih zvučnih snopova.
Pretvarači pretvaraju impuls električne energije iz ispitnog instrumenta u mehaničku energiju u obliku zvučnih valova koji prolaze kroz ispitni komad. Zvučni talasi koji se odražavaju iz ispitnog uzorka pretvarač se zauzvrat pretvara u impuls električne energije koji testni instrument može obraditi i prikazati. Zapravo, pretvarač djeluje kao ultrazvučni zvučnik i mikrofon, generišući i primajući pulse zvučnih talasa na frekvencijama mnogo većim od raspona ljudskog sluha.
Tipično je aktivni element NDT pretvarača tanki disk, kvadrat ili pravokutnik piezoelektrične keramike ili kompozita koji pretvara električnu energiju u mehaničku energiju i obrnuto. Ovaj se element ponekad neformalno naziva kristal, jer su u ranim danima ultrazvučnog NDT elementi izrađeni od kvarcnih kristala; međutim, keramika poput olovnog metaniobata i olovnog cirkonijum-titanata odavno se koristi u većini pretvarača. Posljednjih godina sve je veća upotreba kompozitnih elemenata u kojima je tradicionalni čvrsti keramički disk ili ploča zamijenjen mikro-obrađenim elementom u koji su sitni cilindri piezoelektrične keramike ugrađeni u epoksidnu matricu. Kompozitni elementi mogu pružiti povećanu propusnost i poboljšanu osjetljivost u mnogim aplikacijama za otkrivanje kvarova.
Tipična jednoslojna i dvostruka konstrukcija pretvarača.
Kad je pobuđen električnim impulsom, ovaj piezoelektrični element stvara zvučne valove, a kad ga vibrira povratnim ehoesitom stvara napon. Aktivni element zaštićen je od oštećenja trošnom pločom ili akustičnim sočivom, a poduprt je blokom prigušnog materijala koji ugašava pretvarač nakon što stvori zvučni impuls. Ovaj ultrazvučni podsklop je montiran u kućištu s odgovarajućim električnim priključcima. Svi uobičajeni kontakt, kutni snop, linija kašnjenja i potopni pretvarači koriste ovaj osnovni dizajn. Fazni niz sondi koji se koristi u aplikacijama za obradu slike jednostavno kombinira više pojedinačnih elemenata pretvarača u jednom sklopu. Pretvarači s dva elementa, koji se obično koriste u aplikacijama za ispitivanje korozije, razlikuju se po tome što imaju zasebne odašiljačke i prijemne elemente odvojene zvučnom barijerom, bez podupirača i integriranu liniju kašnjenja za upravljanje i spajanje zvučne energije, a ne trošne ili objektiva. Slika 1 prikazuje tipičnu konstrukciju pretvornika.
Iako je osnovni koncept jednostavan, pretvarači su precizni uređaji koji zahtijevaju veliku brigu u dizajnu, odabiru materijala i proizvodnji kako bi se osigurali optimalni i konzistentni rad. Pretvarači koji se obično koriste u uobičajenom ultrazvučnom NDT spadaju u pet općih kategorija na temelju njihove dizajna i namjene.
