Der Kernarbeitsmechanismus des Ultraschalldetektors besteht im Wesentlichen darin, die Verbreitungseigenschaften von Hochfrequenzschallwellen (in der Regel über 20 kHz) in Feststoffen zu nutzen, um interne Mängel zu erkennen. Seine physikalische Grundlage ist das Prinzip der Reflexion, Transmission und Diffraktion von Wellen.
Der gesamte Prozess beginnt mit dem Ultraschall der Sonde. Der piezoelektrische Chip in der Sonde erzeugt bei elektrischen Impulsen hochfrequente mechanische Vibrationen, nämlich Ultraschall. Diese Schallwelle gelangt mit einer bestimmten Geschwindigkeit und Richtung in das geprüfte Werkstück. Die Schallgeschwindigkeit ist abhängig vom Elastizitätsmodul und der Dichte des Materials und ist der grundlegende Schlüsselparameter für die Positionsberechnung des Verletzungsdetektors.
Wenn sich Ultraschall durch das Material verbreitet und das Material gleichmäßig dicht ist, bewegt sich die Schallwelle reibungslos, bis sie von der Unterfläche oder dem anderen Ende reflektiert wird. Wenn jedoch Mängel auftreten (z. B. Luftporen, Risse, Zwischenstücke), werden Reflexionen an der Schnittstelle auftreten, da der Mängel einen erheblichen Unterschied zwischen der Schallimpedanz des Werkstücksubstratmaterials (Produkt der Dichte und der Schallgeschwindigkeit) aufweist. Der wiederreflektierte Ultraschall, der als Defekt-Echo bezeichnet wird, wird von der Sonde empfangen und erneut von einem piezoelektrischen Chip in ein elektrisches Signal umgewandelt.
Die Kernfunktion des Verletzungsdetektors besteht darin, diese Echosignale genau zu verarbeiten. Es verstärkt das elektrische Signal und wird nach dem Filtern auf dem Bildschirm angezeigt. Die horizontale Achse des Bildschirms repräsentiert die Zeit (oder die in Umrechnung umgesetzte Entfernung) für die Verbreitung der Schallwelle und die vertikale Achse repräsentiert die Amplitude des Echos. Der Instrumentenbetreiber beurteilt einen Fehler, indem er die Position und Höhe des Echosignals beobachtet, das auf dem Bildschirm erscheint:
Fehlerpositionierung: Abhängig von der Differenz zwischen der Emissionswelle und dem Fehler-Echo sowie der bekannten Material-Schallgeschwindigkeit kann das Instrument die Tiefe der Fehler-Entfernung der Erkennungsfläche genau berechnen.
Mängelquantifikation: Die Höhe des Mängelechos hängt in der Regel mit der Reflexionsflächengröße des Mängels zusammen. Durch den Vergleich der Echohöhe von "künstlichen Mängeln" bekannter Größen, wie z. B. Flachbodenlöcher auf Standardproben, kann die äquivalente Größe eines Mängels bewertet werden.
Mängelerkennung: Mängel verschiedener Art (z. B. Punktmischung, flache Risse) erzeugen unterschiedliche Wellenformen. Erfahrene Bediener können eine zusätzliche Beurteilung in Kombination mit Wellenformmerkmalen und Fehlerpositionen durchführen.
Zusammenfassend ist ein Ultraschalldetektor wie ein Arzt, der "B-Ultra" für industrielle Materialien macht, indem er Schallwellen aktiv emittiert und Echos aus der inneren Struktur "hört", basierend auf soliden Prinzipien der Wellenphysik, um die genaue Positionierung, Quantifizierung und Bewertung unsichtbarer Mängel zu erreichen, um die Sicherheit und Integrität der kritischen Strukturen zu gewährleisten.