Sintesi sulla storia dell'ispezione mediante tecnologia Phased Array
Nel corso dei primi vent'anni di commercializzazione, gli strumenti ad ultrasuoni funzionavano con delle sonde a singolo elemento con un solo cristallo piezoelettrico per la trasmissione e ricezione delle onde ultrasonore, delle sonde a doppio elemento con cristalli separati per la ricezione e la trasmissione, e sistemi a trasmissione diretta con due sonde a singolo elemento usati in combinazione. Questi approcci vengono adottati nella maggior parte degli strumenti ad ultrasuoni commerciali concepiti per il rilevamento di difetti e la misura di spessori nel settore industriale. Tuttavia gli strumenti che integrano la tecnologia phased array acquisiscono sempre maggiore importanza nel settore dei controllo non distruttivi (NDT) ad ultrasuoni.
Il principio dell'interferenza costruttiva e distruttiva delle onde è stato dimostrato dallo scienziato inglese Thomas Young nel 1801 in un famoso esperimento nel quale venivano usate due fonti puntuali di luce per creare delle interferenze. È stato quindi dimostrato che le onde combinate in fase si potenziano vicendevolmente, mentre le onde combinate non in fase si annullano vicendevolmente.
I processi di sfasatura e fasatura servono a controllare queste interferenze mediante fronti d'onda fasati in base al tempo, originati da due o più fonti. Può essere usato per deviare, orientare o concentrare l'energia di un fronte d'onda. Negli anni sessanta, i ricercatori hanno cominciato a concepire dei sistemi ad ultrasuoni phased array che utilizzano delle sonde a fonti puntuali multiple in grado di generare dei fasci ad ultrasuoni in base a questi modelli d'interferenza controllata. All'inizio degli anni settanta, i primi sistemi phased array commerciali di diagnostica medica generavano dei fasci diretti che creavano delle immagini a sezione trasversale del corpo umano.
Inizialmente l'uso di sistemi phased array ad ultrasuoni era circoscritto al campo medico. Questo era dovuto anche al fatto che la composizione e la struttura prevedibile del corpo umano hanno reso la concezione degli strumenti e l'interpretazione delle immagini relativamente facili. Invece le applicazioni industriali rappresentano una sfida più complessa a causa delle proprietà acustiche molto variabili dei metalli, dei materiali compositi, delle ceramiche, delle plastiche, della fibra di vetro e a causa dell'ampia varietà di spessori e forme incontrate durante le ispezioni industriali. I primi sistemi phased array industriale, commercializzato negli anni ottanta, erano di dimensioni imponenti e necessitavano di un trasferimento di dati verso un computer per l'elaborazione e la presentazione delle immagini. In genere questi sistemi erano usati per l'ispezione di centrali per la produzione di energia in servizio. Questa tecnologia è stata soprattutto sviluppata nell'industria nucleare, dove l'attività di valutazione critica incentiva l'uso di una tecnologia d'avanguardia per migliorare la probabilità di rilevamento. Tale tecnologia è stata impiegata anche in altre applicazioni per l'ispezione di alberi forgiati di grandi dimensioni e di componenti di turbine a bassa pressione.
Gli strumenti phased array portatili alimentati a batteria per un uso industriale hanno fatto al loro comparsa all'inizio degli anni novanta. Gli strumenti analogici avevano bisogno di potenza e spazio per creare le configurazioni a canali multipli necessari all'orientazione dei fasci. Tuttavia la transizione verso il digitale e lo sviluppo rapido dei microprocessori integrati economici hanno permesso l'accelerazione dello sviluppo della generazione successiva di strumenti phased array. Inoltre la disponibilità di componenti elettroniche a bassa potenza, di un'architettura in grado di assicurare risparmi energetici e di circuiti stampati a montaggio superficiale hanno favorito la miniaturizzazione di questa tecnologia avanzata. Questo ha consentito la diffusione a tutto il settore industriale di strumenti phased array portatili, con funzionalità di configurazione elettronica, elaborazione dati, visualizzazione e analisi. Questo ha inoltre reso possibile la fabbricazione di sonde phased array standard per le comuni applicazioni.
