Schallbündelausrichtung
Wie bereits in den vorhergehenden Seiten erläutert, ist das Wesentliche an der Phased-Array-Prüfung ein Ultraschallbündel, dessen Richtung (reflektierter Winkel) und Fokus durch unterschiedliche Verzögerungen bei der Erregung der einzelnen Elemente oder Elementgruppen elektronisch gesteuert wird. Diese Schallbündelausrichtung ermöglicht die Prüfung mit einem einzigen Sensor und einer einzigen Sensorposition von verschiedenen Winkeln oder Punkten.
Wie vorher erklärt, werden die Schallbündeleigenschaften von viele Faktoren bestimmt. Außer von den Elementabmessungen, der Frequenz und der Dämpfung, die auch die Leistung von Einzelschwingerprüfköpfen für konventionellen Ultraschall beeinflussen, wird das Verhalten der Phased-Array-Sensoren darüber hinaus von der Position, der Größe und der Gruppierung der kleinen Einzelelemente beeinflusst, die eine dem konventionellen Ultraschall entsprechende aktive Apertur erzeugen.
Für Phased-Array-Sensoren wird mit Gruppen von N Elementen eine aktive Apertur gebildet, die dem Winkel der Schallbündelausbreitung von entsprechenden Prüfkopfmodellen für konventionellen Ultraschall gleicht.
Der maximale Schwenkwinkel (bei -6 dB) für Phased-Array-Sensoren wird von der Gleichung der Schallausbreitung abgeleitet. Daraus lässt sich leicht erkennen, dass bei kleinen Elementen die Schallbündelausbreitung größer ist und folglich auch der Energiegehalt der Winkelkomponenten, die für maximales Steuern kombiniert werden können. Mit abnehmender Elementgröße müssen mehr Elemente gleichzeitig angeregt werden, um die Empfindlichkeit beizubehalten.
Eingedenk dessen, dass in der Praxis in der Herstellung von Phased-Array-Sensoren die Breite des kleinsten Einzelelements auf 0,2 mm beschränkt ist, ergibt sich für einen Sensor mit 16 Elementen von 0,2 mm eine Apertur von 3,2 mm. Für eine Apertur von 6,4 mm bräuchte man also 32 Elemente. Ein solcher Sensor wäre sicherlich sehr leicht steuerbar, die kleine Apertur würde aber den statischen Prüfbereich, die Empfindlichkeit, Durchdringung und Fokussierfähigkeit begrenzen.
Der Schwenkbereich kann weiterhin mit einem gewinkelten Vorlaufkeil geändert werden, der den Einschallwinkel des Schallbündels unabhängig von der elektronischen Steuerung ändert.
Lesen Sie weiter:
Gitterkeulen und Nebenkeulen >>