Análise do princípio de trabalho dos transdutores de imersão ultrassônica

Os transdutores de imersão ultrassônica são os principais equipamentos para testes industriais não destrutivos . seu princípio de trabalho depende das características de propagação das ondas sonoras em diferentes mídias . Este artigo analisa sistematicamente o princípio do núcleo desta tecnologia a partir de três aspectos: mecanismo físico, processamento de sinais e estrutura de sistemas {{4

The core component of the transducer is a piezoelectric ceramic crystal. When an external electrical pulse (typically 50–100 V) is applied across the crystal, mechanical vibration occurs via the inverse piezoelectric effect. This vibration propagates as longitudinal waves through the surrounding medium, usually within the 1–20 MHz frequency Faixa . A seleção de frequência afeta diretamente o desempenho:

High-frequency waves (>5 MHz) oferecem uma resolução mais alta, adequada para componentes de paredes finas .

Ondas de baixa frequência (<2 MHz) provide higher penetration, ideal for thick materials.

The unique feature of immersion testing is the use of water as the coupling medium. After being emitted from the transducer, the sound wave first enters the water layer. Due to the significant difference in acoustic impedance between water (≈1.5×10⁶ kg/(m²-s)) and air (≈415 kg/(m²-s)), Mais de 99% da onda sonora é refletida na interface aquática ., controle preciso da espessura da camada de água (normalmente 5-100 mm) garante uma transferência de energia eficiente para a amostra de teste.

Sound waves enter the material and propagate according to the Huygens principle. Defects (e.g., cracks, voids) cause interface reflections and scattering. The echo signal received by the transducer consists of two main components:

Echo da parede traseira: reflexão da superfície inferior do material .

ECHOES DEFEITO: Reflexões iniciais das interações de defeitos .

Ao medir a diferença de tempo (ΔT) entre esses ecos e a velocidade da onda "C" no material (aço ≈ 5900 m/s, alumínio ≈ 6300 m/s), a profundidade do defeito pode ser calculada:

Os sistemas de imersão modernos incorporam um processador de sinal digital (DSP) para as seguintes funções

Compensação de ganho: ajuste automático da força do sinal para atenuação .

Filtragem de ruído: eliminação do ruído ambiente por meio de um filtro passa -banda .

Análise da forma de onda: extração de recursos de defeito usando o algoritmo FFT .

O sistema avançado pode visualizar a localização e a morfologia de defeitos por meio de escãs B (mapeamento de seção transversal 2D) e C-scans (mapeamento volumétrico 3D) .