طراحي و شبیه‌سازی پروب آزمون غیرمخرب التراسونیک با پهنای باند متغير

آزمون‌های غیرمخرب به مجموعه‌ای از روش‌های ارزیابی و تعیین خواص دستگاه‌ها و قطعات ساخته شده گفته می‌شود که هیچ‌گونه آسیب یا تغییری در سامانه ایجاد نکنند. یکی از انواع آزمون‌های غیرمخرب، آزمون غیرمخرب فراصوتی است که در آن از انتشار و دریافت امواج فراصوتی در درون قطعه و تفسیر نتایج برای ارزیابی قطعات استفاده می‌شود. ملزومات این آزمون عبارت‌اند از: دستگاه پالس‌ساز-گیرنده، پروب و کابل رابط. پروب‌ها وظیفه تبدیل پالس الکتریکی به امواج فراصوتی و انتقال موج به داخل قطعه و همچنین دریافت امواج از قطعه و تبدیل آن به سیگنال الکتریکی را بر عهده دارند. پروب‌های پیزوالکتریک دارای ویژگی‌هایی از قبیل فرکانس مرکزی، پهنای باند فرکانسی، حساسیت و تفکیک‌پذیری هستند که هنگام طراحی تعیین شده و در زمان ساخت اعمال می‌شوند. در آزمون‌های غیرمخرب فراصوتی، انتخاب پروب مناسب اهمیت فراوانی در کیفیت نتیجه دارد.

برای آزمون غیرمخرب فراصوتی در شرایط کاری مختلف نیاز به پروب‌هایی با ویژگی‌های متفاوت است. در این پروژه، برای اولین بار روشی برای دستیابی به یک پروب پیزوالکتریک با پهنای باند متغیر ارائه شد. این طرح پیشنهادی سپس به روش اجزا محدود شبیه‌سازی و با توجه به خطی بودن مسئله با استفاده از اصل جمع آثار، نتایج شبیه‌سازی به کمک کد متلب بهینه‌سازی شد. در این روش، بر خلاف پروب‌های موجود، از دو عدد کریستال پیزوالکتریک استفاده می‌شود که هر دو کریستال به صورت فعال بوده و یکی از این دو کریستال با شدت قابل تنظیم و با یک تاخیر زمانی مشخص نسبت به کریستال دیگر تحریک می‌شود تا تداخل امواج تولید شده توسط هر دو کریستال باعث انتشار امواج با ویژگی متفاوت به داخل قطعه کار شود. با تغییر دادن این شدت و تاخیر زمانی، می‌توان پهنای باند پروب را کم یا زیاد کرد.

در این پروژه، بر روی پروب فراصوتی پیزوالکتریکی عمودی کار شده که به صورت فرستنده-گیرنده عمل می‌کند. در مرحله انتخاب پروب، باید حساسیت و قدرت تفکیک مطلوب نیز مشخص شود که این ویژگی‌ها به پهنای باند فرکانسی پروب وابسته هستند. با افزایش پهنای باند فرکانسی، تفکیک‌پذیری، گیرندگی و تضعیف افزایش پیدا می‌کند و در مقابل، حساسیت، طول پالس و فرستندگی کاهش می‌یابد. هر کدام از این ویژگی‌ها برای کاربرد یا تشخیص عیوب خاصی اهمیت پیدا می‌کنند و بسیار ارزشمند خواهد بود که یک پروب  قابلیت تغییر و تنظیم این ویژگی‌ها در شرایط مختلف را داشته باشد.