超音波非破壊検査アプリケーションでの探傷と厚さ測定に使用される高周波音波は、超音波トランスデューサと呼ばれる小さなプローブによって生成および受信されます。 トランスデューサーは、あらゆる超音波検査のセットアップの出発点であり、多種多様な周波数、サイズ、ケーススタイルで提供され、巨大なマルチトン鋼鍛造品の探傷から紙の薄いコーティングの厚さ測定に至るまで、検査のニーズに対応します。
トランスデューサーは、一般に、ある形式のエネルギーを別の形式に変換するデバイスとして定義されます。 この論文の主題は、厚さ測定と従来の探傷に使用される超音波トランスデューサです。 複数の要素を利用して操舵音ビームを生成するフェーズドアレイプローブについて詳細に説明します。
トランスデューサーは、試験機器からの電気エネルギーのパルスを、試験片を通過する音波の形の機械的エネルギーに変換します。 テストピースから反射する音波は、トランスデューサーによって電気エネルギーのパルスに変換され、テスト機器で処理および表示できます。 実際には、トランスデューサーは超音波スピーカーおよびマイクとして機能し、人間の聴覚範囲よりもはるかに高い周波数で音波のパルスを生成および受信します。
通常、NDTトランスデューサーのアクティブエレメントは、電気エネルギーを機械エネルギーに、またはその逆に変換する圧電セラミックまたは複合材料の薄いディスク、正方形、または長方形です。 超音波NDTの初期の頃、要素は水晶から作られていたため、この要素は非公式に水晶と呼ばれることがあります。 ただし、メタニオブ酸鉛やチタン酸ジルコニウム酸鉛などのセラミックは、ほとんどのトランスデューサーで長い間使用されてきました。 近年、従来の固体セラミックのディスクまたはプレートを、圧電セラミックの小さなシリンダーがエポキシマトリックスに埋め込まれたマイクロマシンエレメントに置き換える複合エレメントの使用が増えています。 複合要素は、多くの探傷アプリケーションで帯域幅を増やし、感度を向上させることができます。
典型的な単一要素および二重要素トランスデューサー構造。
電気パルスによって励起されると、この圧電素子は音波を生成し、エコーを戻すことによって振動すると電圧を生成します。 アクティブエレメントは、ウェアプレートまたは音響レンズによる損傷から保護され、音波パルスが生成された後、トランスデューサーを静める減衰材料のブロックによって支えられています。 この超音波サブアセンブリは、適切な電気接続を備えたケースに取り付けられています。 すべての一般的な接触、斜角ビーム、遅延線、および液浸トランスデューサは、この基本設計を利用しています。 イメージングアプリケーションで使用されるフェーズドアレイプローブは、単一のアセンブリに多数の個々のトランスデューサーエレメントを単純に組み合わせたものです。 腐食調査アプリケーションで一般的に使用されるデュアルエレメントトランスデューサーは、防音バリアで分離された個別の送信エレメントと受信エレメント、裏当てなし、およびウェアプレートやレンズではなく音響エネルギーを操作および結合するための統合遅延線を備えているという点で異なります。 図1は、一般的なトランスデューサーの構造を示しています。
基本的な概念は単純ですが、トランスデューサーは、最適で一貫したパフォーマンスを確保するために、設計、材料の選択、製造に細心の注意を払う必要がある精密なデバイスです。 従来の超音波NDTで一般的に使用されるトランスデューサーは、その設計と使用目的に基づいて5つの一般的なカテゴリーに分類されます。
