Cơ chế làm việc cốt lõi của máy dò khuyết tật siêu âm, về cơ bản là sử dụng các đặc tính truyền của sóng âm tần số cao (thường vượt quá 20kHz) trong vật liệu rắn để phát hiện các khuyết tật bên trong. Cơ sở vật lý của nó là các nguyên tắc phản xạ, truyền và nhiễu xạ của sóng.

Toàn bộ quá trình bắt đầu với siêu âm phát ra từ đầu dò. Các tấm áp điện bên trong đầu dò tạo ra rung động cơ học tần số cao, được gọi là siêu âm, dưới sự kích thích của xung điện. Sóng âm thanh này truyền vào phôi được kiểm tra với tốc độ và hướng cụ thể. Tốc độ âm thanh phụ thuộc vào mô đun đàn hồi và mật độ của vật liệu và là thông số quan trọng cơ bản để máy dò lỗ hổng thực hiện tính toán định vị.

Khi sóng siêu âm đi qua vật liệu, nếu vật liệu dày đặc đồng đều, sóng âm sẽ di chuyển trơn tru cho đến khi nó được phản xạ lại bởi mặt dưới hoặc đầu kia. Tuy nhiên, phản xạ xảy ra tại giao diện khi một khiếm khuyết gặp phải (ví dụ: lỗ chân lông, vết nứt, bao gồm), do sự khác biệt đáng kể giữa khiếm khuyết và trở kháng âm thanh (tích của mật độ so với tốc độ âm thanh) của vật liệu ma trận phôi. Sóng siêu âm phản xạ lại phần này (được gọi là tiếng vọng khiếm khuyết) được nhận bởi đầu dò và một lần nữa được chuyển đổi thành tín hiệu điện bởi một tấm áp điện.

Chức năng cốt lõi của máy dò khuyết tật là xử lý chính xác các tín hiệu tiếng vang này. Nó phóng to tín hiệu điện và hiển thị trên màn hình sau khi lọc. Trục ngang của màn hình đại diện cho thời gian truyền sóng âm (hoặc khoảng cách được chuyển đổi) và trục dọc đại diện cho biên độ của tiếng vang. Người vận hành thiết bị đánh giá khiếm khuyết bằng cách quan sát vị trí và độ cao của tín hiệu tiếng vang xuất hiện trên màn hình:

Định vị khiếm khuyết: Dựa trên sự khác biệt về thời gian giữa sóng phát ra và tiếng vang khiếm khuyết, cũng như tốc độ âm thanh đã biết của vật liệu, thiết bị có thể tính toán chính xác độ sâu của bề mặt phát hiện khiếm khuyết.

Định lượng khiếm khuyết: Chiều cao của tiếng vang khiếm khuyết thường tương quan với kích thước của vùng phản xạ khiếm khuyết. Kích thước tương đương của khiếm khuyết có thể được đánh giá bằng cách so sánh chiều cao tiếng vang của "khiếm khuyết nhân tạo" có kích thước đã biết, chẳng hạn như lỗ đáy phẳng trên khối thử nghiệm tiêu chuẩn.

Nhận dạng khiếm khuyết: Các khiếm khuyết có tính chất khác nhau (chẳng hạn như nhiễu đốm, nứt mặt phẳng) tạo ra các dạng sóng đặc trưng khác nhau. Các nhà điều hành có kinh nghiệm có thể kết hợp các đặc điểm hình sóng và vị trí thiếu hụt để tiến hành phán đoán phụ.

Kết hợp với nhau, máy dò khuyết tật siêu âm giống như một bác sĩ làm "siêu âm B" cho vật liệu công nghiệp, bằng cách chủ động phát ra sóng âm thanh và "lắng nghe" tiếng vang từ các cấu trúc bên trong, dựa trên nguyên tắc vật lý sóng vững chắc, nhận ra vị trí chính xác, định lượng và đánh giá các khuyết tật vô hình, từ đó đảm bảo sự an toàn và toàn vẹn của các cấu trúc quan trọng.