Lo strumento della Serie Epoch 1000 della Olympus è un rilevatore di difetti ad ultrasuoni portatile che può essere agevolmente utilizzato grazie alla presenza di cinque pagine di menù ognuna delle quali strutturata in un certo numero di sottomenù. I pulsanti di questi sottomenù sono visualizzati verticalmente sul lato destro della schermata ( Fig 6.2).
Fig 6.2 – Visualizzazione schermo Epoch 1000.
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• DI BASE: che consente di modificare alcuni parametri fondamentali come la velocità di propagazione approssimativa per il materiale in esame e il ritardo dello schermo;
• PULSATORE: in cui è possibile modificare i valori della frequenza di ripetizione degli impulsi (PRF), la sua modalità di configurazione, la tensione dell’impulso (compresa tra 50 V e 475 V), lo smorzamento, la modalità di controllo e l’energia d’impulso. La PRF è la misura del numero di impulsi emessi verso il trasduttore attraverso il circuito elettronico e viene definita in base al metodo di controllo e alla forma dell’elemento da ispezionare. Lo smorzamento, invece, è la resistenza posta in parallelo alla sonda e serve a scaricare parte della tensione al fine di ridurre l’ampiezza dell’impulso. I due principali tipi di modalità di controllo sono l’impulso eco (E/I) in cui un unico trasduttore trasmette e riceve il segnale e la trasmissione diretta in cui due distinti trasduttori sono posizionati ai lati opposti del pezzo da ispezionare.
• RICEVITORE: per modificare le configurazioni dei filtri e dei gruppi di filtri. I filtri sono concepiti con lo scopo di migliorare il rapporto segnale-rumore filtrando il rumore di alta e bassa frequenza al di fuori dello spettro di frequenze utilizzato per l’ispezione. Il gruppo filtri può essere "Standard" con sette filtri digitali o "Avanzato" con trenta filtri digitali.
• AUTOCAL: che consente di calibrare lo scarto dello zero e la velocità durante la calibrazione dello strumento.
La seconda pagina, 2/5, permette di modificare le impostazioni delle due porte utilizzate per il rilievo dei difetti e visualizzate nei colori rosso e blu. È possibile definire la posizione iniziale della porta, la sua larghezza e la posizione verticale della soglia. Ogni porta può essere utilizzata per effettuare la misura in tre differenti modalità: bordo in cui acquisisce la misura del primo punto che incrocia il segnale della porta, picco in cui determina la posizione del picco più elevato lungo la parte di schermata che corrisponde alla porta e 1° picco che acquisisce l’ampiezza dell’indicazione del primo picco. Le prove che verranno di seguito descritte sono state effettuate
160 utilizzando la sola porta di colore rosso in modalità bordo Lo strumento ha, inoltre, una terza porta denominata porta IF utilizzata unicamente in caso di prove ad immersione.
La pagina 3/5 del menù consente di modificare la configurazione dei colori ( luminosità e combinazione dei colori), la configurazione delle misure (unità di misura, tipo di misura da effettuare e numero di decimali da considerare) e la configurazione dello strumento (lingua e segnali acustici dei tasti). Quest’ultima dà inoltre informazioni sulla temperatura interna dello strumento e sullo stato e autonomia della batteria.
La pagina 4/5 consente di variare le configurazioni di onde che non sono state considerate per le prove in esame, mentre la pagina 5/5 permette di creare files di taratura o di immagazzinamento dei dati. Una volta definito e salvato un file di calibrazione, è possibile richiamare le sue impostazioni attraverso il comando "RECALL SETUP" posto a sinistra dello schermo.
Lo strumento presenta, inoltre, altri comandi situati in alto a sinistra rispetto allo schermo. Tra questi è importante ricordare il tasto "dB" che consente di regolare il guadagno durante l’esecuzione delle misure. Il guadagno è una funzione utilizzata in elettronica che comporta un aumento di ampiezza del segnale e si esprime generalmente come rapporto, in dB, tra la tensione di uscita e quella di entrata. I valori del guadagno, gain in inglese, sono visualizzati nella schermata in alto a destra.
Allo strumento Epoch 1000 è stato collegato un preamplificatore (fig 6.3) che consente di fissare il guadagno dello strumento a 40 dB o 60 dB mediante una levetta posta al centro della facciata anteriore. Nella medesima facciata sono presenti due collegamenti, uno di input e l’altro di output. Il primo consente di collegare l’amplificatore alla sonda ricevente mentre il secondo consente il collegamento allo strumento ad ultrasuoni.
Durante le prove eseguite in laboratorio sono state utilizzate due sonde, una ricevente e l’altra trasmittente, aventi frequenza pari a 1 MHz (fig 6.4). È importante ricordare che la precisione nella misura del tempo di volo è fortemente legata alla frequenza dei trasduttori e quindi al periodo T.
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Fig 6.3 – Preamplificatore.
Fig 6.4 – Sonde utilizzate nelle prove.
Adottando sonde con frequenza 1 MHz, il periodo risulta pari a :
162 Gli strumenti utilizzati in questo tipo di prove consentono generalmente l’individuazione dell’istante di arrivo dell’onda con una precisione di circa 1/20 del periodo. L’errore nella misura del tempo di volo risulta quindi:
< ܶ
20 = 1 · 10 ି
20 = 5 · 10ି଼ ݏ = 0,05 ߤݏ (6.2)
Come si è detto nel paragrafo 4.4, al fine di ottenere un corretto accoppiamento dei trasduttori con la superficie dell’elemento da analizzare è necessario evitare la presenza di aria che causerebbe la riflessione di una notevole quantità di energia. Nelle prove con lo strumento Epoch 1000 sono stati utilizzati due diversi materiali che consentono di ottenere questo effetto. Nel caso in cui il materiale non abbia una elevata impedenza acustica è possibile adottare delle apposite membrane di silicone fissate alla sonda per mezzo di anelli rigidi (fig 6.5).
Fig 6.5 – Sonde con membrana.
In alternativa è possibile utilizzare un gel eco-elettro conduttore, solubile in acqua, generalmente in uso in ambito medico nelle ecografie (fig 6.6). Questo gel, pur essendo a base di acqua, lascia aloni residui che potrebbero comprometterne l’utilizzo nell’ambito della diagnostica dei beni di interesse storico-artistico tra i quali ovviamente è da annoverare il David di Michelangelo.
163 Fig 6.6 – Gel eco-elettro conduttore.
Al fine di ottenere risultati attendibili dalle prove, per prima cosa è stato necessario effettuare una precisa calibrazione dello strumento. Questa è stata eseguita mediante due blocchi di calibratura di spessori noti, dei quali uno maggiore e l’altro minore di quello dell’elemento da analizzare. È importante, inoltre, che questi due blocchi siano dello stesso materiale del provino oggetto di studio.