Các sóng âm thanh tần số cao được sử dụng để phát hiện lỗ hổng và đo độ dày trong các ứng dụng thử nghiệm không phá hủy siêu âm được tạo ra và nhận được bởi các đầu dò nhỏ gọi là đầu dò siêu âm. Đầu dò là điểm khởi đầu cho bất kỳ thiết lập kiểm tra siêu âm nào, và chúng có nhiều tần số, kích cỡ và kiểu vỏ khác nhau để đáp ứng nhu cầu kiểm tra, từ phát hiện lỗ hổng trong vật rèn thép nhiều tấn đến đo độ dày của lớp phủ giấy mỏng.
Đầu dò thường được định nghĩa là bất kỳ thiết bị nào chuyển đổi một dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác. Chủ đề của bài viết này là các đầu dò siêu âm được sử dụng để đo độ dày và phát hiện lỗ hổng thông thường. Các đầu dò mảng theo pha sử dụng nhiều yếu tố để tạo ra các chùm âm thanh được điều khiển được mô tả chi tiết.
Đầu dò chuyển đổi một xung năng lượng điện từ dụng cụ thử nghiệm thành năng lượng cơ học dưới dạng sóng âm truyền qua mẫu thử. Lần lượt, sóng âm phản xạ từ mẫu thử được chuyển đổi bởi đầu dò thành một xung năng lượng điện có thể được xử lý và hiển thị bằng dụng cụ thử nghiệm. Trong thực tế, đầu dò hoạt động như một loa siêu âm và micrô, tạo và nhận các xung sóng âm thanh ở tần số cao hơn nhiều so với phạm vi nghe của con người.
Thông thường, phần tử hoạt động của đầu dò NDT là một đĩa mỏng, hình vuông hoặc hình chữ nhật bằng gốm áp điện hoặc composite để chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học và ngược lại. Nguyên tố này đôi khi được gọi một cách không chính thức là tinh thể bởi vì, trong những ngày đầu của NDT siêu âm, các nguyên tố được tạo ra từ tinh thể thạch anh; tuy nhiên, gốm như chì metaniobate và titan zirconium chì đã được sử dụng từ lâu trong hầu hết các đầu dò. Những năm gần đây đã chứng kiến sự gia tăng sử dụng các nguyên tố tổng hợp trong đó đĩa hoặc đĩa gốm rắn truyền thống được thay thế bằng một phần tử gia công vi mô trong đó các xi lanh gốm áp điện nhỏ được nhúng trong ma trận epoxy. Các yếu tố tổng hợp có thể cung cấp băng thông gia tăng và độ nhạy được cải thiện trong nhiều ứng dụng phát hiện lỗ hổng.
Xây dựng bộ chuyển đổi yếu tố đơn và yếu tố kép điển hình.
Khi bị kích thích bởi một xung điện, phần tử áp điện này tạo ra sóng âm thanh và khi nó bị rung bằng cách trả lại tiếng vang sẽ tạo ra một điện áp. Phần tử hoạt động được bảo vệ khỏi hư hại bởi một ống kính mòn hoặc ống kính âm thanh và được hỗ trợ bởi một khối vật liệu giảm xóc làm im lặng đầu dò sau khi xung âm thanh được tạo ra. Bộ phận siêu âm này được gắn trong một trường hợp có kết nối điện thích hợp. Tất cả các tiếp xúc chung, chùm tia góc, đường trễ và đầu dò ngâm đều sử dụng thiết kế cơ bản này. Các đầu dò mảng pha được sử dụng trong các ứng dụng hình ảnh chỉ đơn giản là kết hợp một số phần tử đầu dò riêng lẻ trong một cụm. Các bộ chuyển đổi phần tử kép, thường được sử dụng trong các ứng dụng khảo sát ăn mòn, khác nhau ở chỗ chúng có các phần tử truyền và nhận riêng biệt được ngăn cách bởi một rào cản âm thanh, không có mặt sau và một đường trễ không thể tách rời để điều khiển và ghép năng lượng âm thanh thay vì ống kính hoặc thấu kính. Hình 1 minh họa xây dựng đầu dò điển hình.
Mặc dù khái niệm cơ bản là đơn giản, đầu dò là thiết bị chính xác đòi hỏi sự cẩn thận trong thiết kế, lựa chọn vật liệu và sản xuất để giúp đảm bảo hiệu suất tối ưu và nhất quán. Các đầu dò thường được sử dụng trong NDT siêu âm thông thường rơi vào năm loại chung dựa trên thiết kế và mục đích sử dụng của chúng.
