Cos'è il trasduttore ad ultrasuoni?

Tipi di trasduttori ad ultrasuoni

Trasduttori di contatto

Trasduttori di contatto, noti anche come trasduttori a fascio dritto o trasduttori ad immersione, sono il tipo più semplice e ampiamente utilizzato di trasduttore ultrasonico. Questi trasduttori hanno una superficie piana o curva che entra direttamente in contatto con il materiale da ispezionare. Emettono onde sonore perpendicolari alla superficie e ricevono echi riflessi dall'interno del materiale. I trasduttori di contatto sono versatili e possono essere utilizzati per varie applicazioni, come il rilevamento dei difetti, misurazione dello spessore, e caratterizzazione dei materiali.

Trasduttori a fascio angolare

Trasduttori a fascio angolare, Come suggerisce il nome, emettono onde sonore inclinate rispetto alla superficie del materiale da ispezionare. Questi trasduttori utilizzano un cuneo o un prisma per dirigere il raggio sonoro secondo un angolo specifico, consentendo il rilevamento e la valutazione di difetti che non sono perpendicolari alla superficie. I trasduttori a fascio angolare sono comunemente utilizzati per le ispezioni delle saldature, mappatura della corrosione, e dimensionamento dei difetti in componenti con geometrie complesse.

Trasduttori a doppio elemento

I trasduttori a doppio elemento sono costituiti da due elementi separati all'interno di un unico alloggiamento: uno per la trasmissione delle onde sonore e l'altro per la ricezione degli echi. Gli elementi di trasmissione e ricezione separati forniscono una migliore sensibilità e un migliore controllo sui segnali trasmessi e ricevuti. Questi trasduttori vengono spesso utilizzati in applicazioni in cui è richiesta l'imaging ad alta risoluzione o il rilevamento di piccoli difetti, come nel settore aerospaziale e nelle ispezioni di componenti critici.

Trasduttori a schiera di fasi

I trasduttori Phased Array sono un tipo più avanzato di trasduttori ultrasonici che offrono un controllo preciso sulla direzione e sulla messa a fuoco del raggio sonoro. Sono costituiti da più elementi individuali, ciascuno con il proprio circuito di ritardo elettronico. Controllando la tempistica e l'entità dei segnali elettrici inviati a ciascun elemento, il trasduttore Phased Array può orientare il raggio sonoro, cambiare il punto focale, e creare modelli di ispezione complessi. Ciò consente un migliore rilevamento dei difetti, immagine, e capacità di dimensionamento, rendendo i trasduttori Phased Array adatti ad un'ampia gamma di applicazioni, compreso quello aerospaziale, produzione di energia, e industrie del petrolio e del gas.

Trasduttori ad immersione

I trasduttori a immersione sono progettati per funzionare in ambienti liquidi, come i serbatoi dell'acqua o dell'olio. Questi trasduttori vengono generalmente utilizzati nei test di immersione, dove il materiale da ispezionare è immerso in un mezzo liquido. I trasduttori ad immersione forniscono un eccellente accoppiamento tra il trasduttore e il materiale, garantendo una trasmissione e una ricezione efficienti delle onde sonore. Sono comunemente utilizzati per ispezioni ad alta risoluzione di componenti critici, come le pale delle turbine, componenti aerospaziali, e contenitori di reattori nucleari.

Applicazioni del trasduttore ad ultrasuoni

Controlli non distruttivi (NDT)

Ultrasonic testing (UT) is one of the primary NDT methods, e i trasduttori a ultrasuoni svolgono un ruolo cruciale in questo campo. Sono utilizzati per rilevare e valutare i difetti, misurare lo spessore del materiale, valutare la qualità della saldatura, e ispezionare vari componenti come i tubi, piatti, e getti.

Imaging medico

I trasduttori a ultrasuoni sono ampiamente utilizzati nelle tecniche di imaging medico come le scansioni a ultrasuoni. Questi trasduttori emettono e ricevono onde sonore per creare immagini dettagliate degli organi interni, tessuti, e flusso sanguigno. Sono sicuri, non invasivo, e fornire funzionalità di imaging in tempo reale per scopi diagnostici.

Caratterizzazione dei materiali

I trasduttori ad ultrasuoni vengono impiegati nei processi di caratterizzazione dei materiali, come determinare le proprietà elastiche, misurazione dell'impedenza acustica, e valutare la qualità dei materiali. Ciò è particolarmente importante in settori come quello aerospaziale, settore automobilistico, e produzione, dove l’integrità e le prestazioni dei materiali sono fondamentali.

Misurazione del livello e del flusso

I trasduttori a ultrasuoni sono utilizzati nelle applicazioni di misurazione del livello e del flusso. Emettendo onde sonore e misurando il tempo necessario affinché gli echi ritornino, i trasduttori possono determinare con precisione il livello di liquidi o solidi nei serbatoi o misurare la velocità dei fluidi nelle tubazioni.

Rilevamento di distanza e prossimità

I trasduttori a ultrasuoni vengono utilizzati anche per il rilevamento della distanza e della prossimità in varie applicazioni. Emettono onde sonore e misurano il tempo necessario affinché gli echi ritornino, consentendo misurazioni precise della distanza e rilevamento di oggetti.

Progettazione di un trasduttore ad ultrasuoni

Il design di un trasduttore ultrasonico dipende dall'applicazione prevista. Generalmente, it includes the following components:

1. Piezoelectric Element: The piezoelectric element is the core component of the transducer. È un wafer sottile o un cristallo a forma di disco realizzato con materiale piezoelettrico. Quando una tensione elettrica viene applicata all'elemento, subisce una deformazione meccanica, vibrando alla frequenza ultrasonica desiderata.

2. Backing Material: The backing material is a layer positioned behind the piezoelectric element. Fornisce supporto meccanico e smorzamento all'elemento, riducendo le vibrazioni indesiderate e migliorando le prestazioni del trasduttore.

3. Acoustic Matching Layer: In some applications, uno strato di adattamento acustico viene aggiunto alla parte anteriore dell'elemento piezoelettrico. Questo strato aiuta a ottimizzare la trasmissione delle onde ultrasoniche dal trasduttore al mezzo, migliorare l’efficienza e le prestazioni del trasduttore.

4. Housing or Casing: The transducer is typically housed in a protective casing or housing. L'involucro fornisce supporto meccanico, protezione da fattori esterni, e isolamento per i collegamenti elettrici.

Il design e le caratteristiche dei trasduttori a ultrasuoni possono variare a seconda dei requisiti applicativi specifici, come la frequenza, energia, larghezza del fascio, e sensibilità. I progressi nella tecnologia dei trasduttori hanno portato a miglioramenti nelle applicazioni a ultrasuoni, consentendo misurazioni più precise, immagine, e capacità di rilevamento.