مروری بر ضخامت سنجهای آلتراسونیک (بخش اول)

انرژی صوتی را می توان در یک طیف فرکانسی وسیع تولید کرد، صدای قابل شنیدن در محدوده فرکانس نسبتا پایین با حد بالایی حدود بیست هزار سیکل در ثانیه (20 کیلوهرتز) رخ می دهد. هرچه فرکانس بالاتر باشد، گام بالاتری را درک خواهیم کرد.

 اولتراسوند انرژی صوتی در فرکانس های بالاتر، فراتر از حد شنوایی انسان است. اکثر آزمایشات اولتراسونیک در محدوده فرکانسی بین 500 کیلوهرتز و 20 مگاهرتز انجام می شود، اگرچه در برخی از ابزارهای تخصصی تا 50 کیلوهرتز و یا کمتر و یا تا 100 مگاهرتز تغییر می یابند. 

فرکانس هرچه که باشد، انرژی صوت شامل الگویی از ارتعاشات مکانیکی سازمان‌یافته است که بر اساس قوانین اساسی فیزیک موج از میان محیطی مانند هوا یا فولاد عبور می‌کند. ضخامت سنج های اولتراسونیک با اندازه گیری دقیق مدت زمان لازم برای عبور پالس صوتی تولید شده توسط یک پراب کوچک به نام مبدل اولتراسونیک از طریق یک قطعه آزمایشی و انعکاس آن از سطح یا دیواره ی دور داخلی آن قطعه کار می کنند. 

از آنجایی که امواج صوتی از مرزهای بین مواد متفاوت منعکس می‌شوند، این اندازه‌گیری معمولاً از یک طرف در حالت پالس/پژواک انجام می‌شود. مبدل(ترنسدیوسر) حاوی یک عنصر پیزوالکتریک است که توسط یک تکانه الکتریکی کوتاه تحریک می شود تا موجی از امواج مافوق صوت تولید کند این امواج مافوق صوت به ماده آزمایشی وارد می شوند و از آن عبور می‌کنند تا زمانی که با دیواره پشتی یا مرز دیگری برخورد کنند. سپس بازتاب ها مجدد به مبدلی برمی گردند، که انرژی صوتی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. در اصل، ضخامت سنج به اکو از طرف مقابل گوش می دهد.

 به طور معمول این فاصله زمانی تنها چند میلیونیم ثانیه است. دستگاه با سرعت صوت در ماده آزمایشی برنامه ریزی شده است و سپس می تواند ضخامت را با استفاده از رابطه ریاضی ساده محاسبه کند:

T = (V) x (t/2)
که در آن :
T: ضخامت بخش مورد نظر
V: سرعت صوت در ماده مورد آزمایش
t: زمان رفت و برگشت اندازه گیری شده

توجه به این نکته ضروری است که سرعت صوت در ماده مورد آزمایش بخش اساسی این محاسبه است زیرا مواد مختلف امواج صوتی را با سرعت‌های متفاوتی منتقل می‌کنند، معمولاً در مواد سخت سریع‌تر و در مواد نرم کندتراین انتقال صورت می گیرد، و همچنین سرعت صوت می‌تواند به طور قابل توجهی با دما تغییر کند. بنابراین همیشه لازم است که یک ضخامت سنج اولتراسونیک را با سرعت صوت در ماده اندازه گیری شده کالیبره کنیم و این کالیبراسیون می تواند به شدت روی این دقت تاثیرگزار باشد.
امواج صوتی در محدوده رنج مگاهرتز به طور موثر در هوا حرکت نمی کنند، بنابراین یک قطره مایع بین مبدل و قطعه مورد آزمایش به منظور دستیابی به انتقال خوب صوت مورد استفاده قرار می گیرد. مایعات رایج عبارتند از گلیسیرین، پروپیلن گلیکول، آب، روغن و ژل. البته فقط مقدار کمی از این مایع مورد نیاز است تنها جهت پر کردن شکاف هوایی بسیار نازکی که در غیر این صورت بین پراب و ماده مورد آزمایش وجود دارد.