Come si valutano i riflettori utilizzando l'ampiezza dell'eco?
Poiché le numerose condizioni di riflessione esistenti nel riflettore naturale di un materiale non possono mai essere interpretate chiaramente con i mezzi a ultrasuoni, si è fatto ricorso a un sostituto: il riflettore equivalente! Con il riflettore equivalente, l'eco proveniente da una discontinuità può essere ricondotto a una sorgente chiara (sostitutiva) indipendentemente dall'operatore. Una sorgente sostitutiva di questo tipo è, ad esempio, un riflettore a forma di disco che, se si trovasse perpendicolarmente all'asse acustico del fascio sonoro, fornirebbe la stessa ampiezza di segnale del riflettore naturale sconosciuto. Questa correlazione è ammissibile finché il riflettore naturale è uno di quelli le cui caratteristiche sono simili a quelle di una superficie circolare. Questo vale per tutte le discontinuità che rappresentano "piccoli riflettori", cioè riflettori che non si estendono oltre i limiti del fascio sonoro in nessuna direzione. Un comportamento simile a quello di un disco circolare è ancora presente con un riflettore oblungo. Il pre-requisito che il riflettore si trovi sull'asse del fascio sonoro è soddisfatto per il test manuale. A questo punto la sonda viene spostata fino a ottenere l'indicazione massima dal riflettore. Il riflettore si trova quindi sull'asse acustico. Con il test automatico con percorsi di prova fissi è puramente casuale che un riflettore si trovi sull'asse acustico del fascio sonoro. In questo caso non si può semplicemente operare con il riflettore equivalente a forma di disco (dimensione del riflettore equivalente = diametro del disco) in base all'ampiezza del segnale (vedi capitolo 13). Il modello del riflettore a forma di disco ha il vantaggio di poter essere facilmente sperimentato e utilizzato anche per soluzioni teoriche. È semplice notare le leggi di distanza nel campo lontano per i riflettori a forma di disco nel funzionamento a sonda singola: Se la distanza tra la sonda e il riflettore aumenta, la pressione dell'impulso sonoro in avvicinamento diminuisce in proporzione alla distanza (capitolo 8). Anche l'impulso sonoro riflesso perde pressione fino al ricevitore in proporzione alla distanza z, cioè l'ampiezza dell'eco è funzione del quadrato della distanza z.
Poiché la pressione sonora dell'impulso riflesso è funzione della superficie del riflettore, che è il quadrato del diametro d, l'ampiezza dell'eco nel campo lontano è proporzionale al quadrato del diametro (37).
Questa relazione generalmente applicabile tra cristalli a forma di disco (trasduttori) e riflettori a forma di disco a seconda della distanza (D), del guadagno (G) e della dimensione (S) è riportata nel diagramma DGS (fig. 40). Per ottenere un'applicabilità generale, la dimensione del riflettore è normalizzata da (39)
(diametro del riflettore/diametro del trasduttore)
La distanza z era (40)
(distanza in lunghezze di campo vicine)
Per evitare di convertire i valori normalizzati in valori assoluti, è possibile creare diagrammi DGS speciali per determinate sonde e materiali, come ad esempio nelle schede tecniche delle sonde Krautkrämer (tali diagrammi speciali si applicano a una sola sonda e a un solo tipo di materiale). Rappresentano una sezione dello schema generale (fig. 41). Ancora più semplice è il test con la scala DGS, che non prevede alcun "lavoro di scrittura". La scala rappresenta una piccola sezione di uno speciale diagramma DGS. Le curve dei riflettori equivalenti non sono in doppia scala logaritmica ma in doppia scala lineare (fig. 42).
Naturalmente i diagrammi DGS non possono essere compilati solo per trasduttori e riflettori a forma di disco. Possono essere prodotti anche per riflettori rettangolari o cilindrici. I diagrammi DGS non sono limitati al funzionamento a sonda singola. Esistono progetti per sonde TR (fig. 12) e per il funzionamento in tandem con due sonde (fig. 36). Prima di utilizzare un diagramma o una scala DGS è necessario conoscere i dati effettivi (dati reali) della sonda: diametro Dl e lunghezza del campo vicino Ni
Un esempio di utilizzo del diagramma DGS è riportato nella tabella seguente. Qualsiasi eco di fondo opzionale viene utilizzato come eco di riferimento ed è impostato su un'altezza di riferimento specifica sulla scala del CRT. Si normalizza la distanza zW della parete con ZW e si trova il punto relativo sulla curva dell'eco della parete posteriore (fig. 43). Il guadagno necessario per la regolazione dell'eco della parete posteriore è VW.
Considerando i seguenti dati
nominale reale
fs = 4 MHz fi = 3,90 MHz
cs = 5,920 km/s ci = 5,900km/s
Ds = 20 mm Di = 19,0 mm
Ns = D2 . f/4. c Ni = 61 mm
Valori misurati
zW = 165 mm (distanza della parete posteriore)
Vw = 46 dB
zR = 49 mm
VR = 62 dB
zW = zW/Ni = 165/61 = 2,7
zR = zR/Ni = 49/61 = 0,8
VR - Vw = 62 dB - 46 dB = 16 dB
Con Zr e VR - Vw è secondo la Fig. 43
G = 0,2
d = G Di = 0,2 * 19 mm = 3,8 mm (diametro del riflettore)
Il riflettore appare alla distanza zR, che deve essere normalizzata a ZR. Per misurare la differenza di ampiezza tra l'eco del riflettore e l'eco della parete posteriore, l'eco del riflettore viene portato al livello di riferimento selezionato. Il guadagno necessario per farlo potrebbe essere VR. L'ampiezza dell'eco del riflettore è quindi minore di VR - VW rispetto all'ampiezza dell'eco della parete posteriore. Con la distanza ZR del riflettore e la differenza di ampiezza si può determinare il diametro equivalente 0,2 del riflettore. Moltiplicato per il diametro effettivo del trasduttore Di, il risultato è il diametro del riflettore ricercato, pari a 3,8 mm. La normalizzazione delle distanze e delle dimensioni equivalenti dei riflettori non è naturalmente necessaria con i diagrammi e le scale speciali del DGS. Se però la sonda si discosta troppo dai dati nominali (specifiche), i diagrammi e le scale speciali non possono più essere utilizzati, mentre i diagrammi generali possono sempre essere utilizzati con i dati reali. Nell'esempio attuale si ipotizza che il materiale non abbia un'attenuazione degna di nota. Questo deve essere verificato prima di effettuare le misurazioni. Se l'attenuazione del suono non può essere ignorata, sono necessarie le seguenti correzioni:
coefficiente di attenuazione [?, ( dB/m) = VW - 2 ß - zw VR' = VR - 2 ß - ZR Con queste quantità VW' e VR si procede come con VW e VR.
I moderni rilevatori di difetti digitali a ultrasuoni utilizzano speciali programmi DGS per valutare gli echi di discontinuità. I parametri reali necessari alla sonda vengono digitati tramite il menu o, con le sonde di dialogo, vengono letti automaticamente dallo strumento digitale stesso. Le curve DGS necessarie vengono visualizzate direttamente sullo schermo digitale. I calcoli vengono eseguiti dallo strumento digitale, i risultati vengono visualizzati e anche sullo schermo.