Máy siêu âm đo độ dày vật liệu ElektroPhysik Germany. Một tên gọi khác của máy này là “máy đo bề dày vật liệu bằng sóng siêu âm”. Các tên gọi khác nhau sẽ quy chuẩn về một tên tiếng Anh sẽ sát thực hơn cả là Ultrasonic Thickness Gauge. Một vài hãng thêm từ Universal vào để thể hiện tính vặn năng của thiết bị. Thực tế là nó có thêm vài tính năng đặc thù nữa thôi.

Máy siêu âm đo độ dày vật liệu là gì?

Máy hoạt động dựa trên căn bản vật lý của sóng âm ở mức siêu âm. Tức là tần số nằm ngoài ngưỡng nghe của con người, dưới 20 MHz. Đặc tính của sóng âm là truyền với vận tốc khác nhau trong các loại vật liệu khác nhau. Do tính chất đàn hồi của từng vận liệu, mỗi loại sẽ có bước sóng phù hợp nhất. Âm thanh truyền dẫn tốt theo thứ tự Rắn – Lỏng – Khí. Có nghĩa môi trường chân không sẽ ngăn cản sóng âm truyền qua.

Để hiểu điều trên, bạn hãy nhớ tình huống vui là khi đứng gần đường ray xe lửa. Nếu có tàu đang chạy tới chỗ bạn đứng nhưng còn ở xa, bạn không nghe được tiếng của nó khi đứng, nhưng nếu áp tai vào đường ray, bạn sẽ nghe được có hay không đoàn tàu đang chạy tới. Đơn giản vì sóng âm truyền trong chất rắn tốt hơn trong không khí.

Vậy máy siêu âm đo độ dày vật liệu sẽ dựa trên nguyên lý truyền dẫn – phản xạ – khúc xạ của sóng âm để tính ra độ dày. Trường hợp lý tưởng là sóng truyền từ mặt ngoài vật liệu đi qua và tới mặt bên kia và phản xạ lại 1 phần tới mặt đầu tiên. Cảm biến của máy đo sẽ đón nhận sóng phản xạ và tính ra quãng đường mà sóng đã đi. Có vận tốc, có thời gian sẽ tính ra quãng đường. Độ dày của vật liệu bằng 1/2 quãng đường sóng đã đi.

Các máy đo độ dày vật liệu loại này được phân loại vào hạng mục đo lường không phá hủy (Non-destructive measurement method). Tức là phép đo không làm hư hại vật thể đo.

Cảm biến của máy siêu âm đo bề dày.

Từ nguyên lý trên, cảm biến được chế tạo tích hợp cả phần phát sóng siêu âm và phần thu vào 1 đầu đo. Vì thế khi bạn cầm cảm biến siêu âm trong tay, ngửa mặt nó lên bạn sẽ thấy có 2 ngăn riêng biệt. Một nửa của bộ phận phát và nửa còn lại của phần thu.

Đo tính chất của sóng, cảm biến luôn được làm phẳng bề mặt, không có loại cong lồi hay lõm. Tính chất phản xạ – khúc xạ của sóng phụ thuộc vào bề mặt tiếp cận. Vì thế phép toán trở lên phức tạp khi áp dụng cho các phép đo trên mặt cong. Ngoài ra sóng âm còn tạo ra các vùng giao thoa, ở đó sóng bị triệt tiêu hoặc tăng cường (cộng hưởng). Vì vậy thuật toán để tính ra giá trị tin cậy nhất của phép đo giữa các nhà sản xuất sẽ khác nhau. Điều đó có nghĩa là khi bạn thực hiện phép đo cùng 1 vị trí nhưng 2 máy khác nhau cho các kết quả không phải lúc nào cũng giống nhau.

Giao thoa và phản xạ của sóng âm khi đo độ dày vật liệu

Khi thực hiện phép đo, sóng siêu âm được truyền vào vật liệu qua mặt tiếp xúc thứ 1 đến mặt thứ 2 sóng sẽ phản xạ lại và tới mặt 1. Cứ như vậy sóng qua lại giữa 2 mặt với biên độ nhỏ dần. Đầu phát sóng sẽ phát liên tục hoặc rời rạc, các sóng đi về sẽ giao thoa với nhau. Các sóng âm phản xạ – khúc xạ sẽ tạo ra hiệu ứng vang vọng hay ECHO. Những hiệu ứng này làm cho phép đo kém chính xác. Mỗi lần đặt cảm biến vào mặt tiếp xúc cũng khác nhau và góc tiếp cận thay đổi. Các lần đo khác nhau cho kết quả có những sai khác đặc thù. Công nghệ xử lý tín hiệu sóng siêu âm khác nhau sẽ cho ra kết quả của phép đo có độ chính xác khác nhau.