Che cos'è un trasduttore ad ultrasuoni?
Un trasduttore ultrasonico è un componente elettrico che converte le onde sonore ultrasoniche oltre la gamma dell'udito umano in segnali elettrici a corrente alternata (CA) o corrente continua (CC) che vengono quindi trasmessi o registrati. Di solito tali dispositivi sono costruiti su cristalli che dimostrano un effetto piezoelettrico, che conducono corrente elettrica in risposta a sollecitazioni meccaniche o vibrazioni. I cristalli hanno un output direttamente proporzionale alla forza dell'onda sonora o dello stress in ingresso, e questo li rende utili dispositivi di misurazione come trasduttore ultrasonico.
Le applicazioni per l'elettronica ad ultrasuoni basata sui trasduttori includevano l'uso nei primi telecomandi televisivi come dispositivi di segnale e, a partire dal 2011, negli anemometri utilizzati dalle stazioni meteorologiche per monitorare l'andamento e la velocità del vento. Sono utilizzati in applicazioni industriali per monitorare il livello del fluido in un serbatoio e nelle auto moderne a partire dal 2011 per i sensori di localizzazione dell'eco per indicare oggetti in stretta prossimità del percorso di un veicolo che esegue il backup o trascina in un garage . Poiché un trasduttore a ultrasuoni può anche svolgere il ruolo di trasmettitore a ultrasuoni attraverso l'alimentazione elettrica in ingresso, offrono in molti casi la capacità di un tipo primitivo di sonar. Le onde sonore possono essere riflesse da una superficie e la distanza da quella superficie misurata dal tempo e dalla frequenza dell'onda che rimbalza indietro.
I dispositivi elettrici che convertono una forma di energia in un'altra, come i sensori a ultrasuoni, hanno spesso applicazioni diffuse nell'elettronica e nell'industria. Esistono molti usi diversi per il trasduttore ad ultrasuoni, anche nei controlli ambientali per edifici, come negli umidificatori in cui vaporizzano la superficie dell'acqua e negli allarmi antifurto per rilevare oggetti che si muovono all'interno di un percorso altrimenti libero. L'ecografia si basa anche sul principio di un trasduttore ultrasonico in medicina, in cui vengono utilizzate onde sonore da 1 a 30 megahertz per generare in remoto immagini per lo stato dei muscoli, degli organi interni e dei vasi sanguigni nel corpo umano, nonché lo stato di un feto durante la gravidanza.
Dall'era degli anni '40, il trasduttore ad ultrasuoni è stato incorporato nelle apparecchiature di prova per rilevare difetti in una vasta gamma di applicazioni relative al sonar. Possono essere utilizzati per trovare sottili crepe, vuoti o sezioni porose in cemento e fondazioni di edifici, saldature metalliche danneggiate o fratturate e difetti in altri materiali come plastica, ceramica e materiali compositi. I dispositivi sono versatili perché le onde sonore che emettono saranno influenzate da qualsiasi mezzo, liquido, solido o gassoso. Con un rivelatore utilizzato per misurare lo stato del gas, tuttavia, di solito viene posizionato un gel intermedio tra il gas e il trasduttore ultrasonico, poiché altrimenti le onde sonore vengono condotte male e registrate in un mezzo gassoso.
Il campo del rilevamento dei difetti per la tecnologia ad ultrasuoni è suddiviso in cinque diversi tipi di design dei trasduttori: contatto, fascio angolare, linea di ritardo, immersione e trasduttori a doppio elemento. I trasduttori di contatto devono avere una stretta vicinanza a ciò che stanno misurando, come un cercatore di tacchetti nel settore edile utilizzato per rilevare travi di legno dietro le pareti. Un trasduttore di immersione è impermeabile e inserito in un flusso di fluido. Sia il raggio angolare che la forma della linea di ritardo di un trasduttore ultrasonico vengono utilizzati per misurare le saldature e in condizioni di alte temperature. Il trasduttore a doppio elemento è contemporaneamente un trasmettitore e un ricevitore per il monitoraggio continuo di superfici ruvide o potenzialmente imperfette.