GELOMBANG ULTRASONIK TRANSDUSER ULTRASONIK BAHAN PIEZOELEKTRIK PENGERTIAN ULTRASONIK TRANSDUSER ULTRASONIK BAHAN PIEZOELEKTRIK SINYAL ULTRASONIK MEDAN DEKAT DAN MEDAN JAUH APLIKASI ULTRASONIK

PENGERTIAN ULTRASONIK Frekuensi tinggi di atas 20 kHz Tidak dapat didengar oleh telinga manusia Panjang gelombang di udara maksimum 17,15 mm Analog dengan sinar ultraviolet Tidak dapat dilihat oleh mata manusia Panjang gelombang di bawah 400 nm Frekuensi minimum di udara 7,5x1014 Hz Frekuensi sangat tinggi (GHz) Microwave Ultrasonic (panjang gelombang m) Berbeda dengan pengertian supersonik Bergerak melebihi kecepatan suara (Mach > 1)

TRANSDUSER ULTRASONIK Mengubah energi listrik menjadi energi akustik Bertindak seperti pengeras suara (loudspeaker) Mengubah energi akustik menjadi energi listrik Bertindak seperti mikropon Mampu bertindak sebagai transceiver Pemancar (transmitter) – Penerima (receiver) Terbuat dari bahan piezoelektrik Bila mendapat tekanan (piezo) Timbul muatan listrik (elektrik)

BAHAN PIEZOELEKTRIK Efek piezoelektrik langsung Bila pelat piezoelektrik diberi tekanan, maka akan timbul muatan listrik pada kedua permukaannya Pelat juga merupakan kapasitor dengan konstanta dielektrik tertentu, timbul beda tegangan Efek piezoelektrik balik Bila pelat piezoelektrik diberi tegangan listrik, maka kedua permukaannya mendapat tekanan Pelat juga merupakan bahan elastik dengan konstanta elastik tertentu, tebalnya akan berubah Tegangan bolak-balik  Pelat bergetar

Bahan Piezoelektrik Alam Kuarsa, garam Rochelle, tourmaline Sangat stabil Sensitivitas rendah Bahan Piezoelektrik Buatan Barium titanate, lead circonate titanate, lead metaniobate Sensitivitas tinggi Kurang stabil

Pelat kuarsa potongan-x (x-cut) Menghasilkan gelombang longitudinal y z x + - - + elektroda L

SINYAL ULTRASONIK

FREKUENSI RESONANSI

MEDAN DEKAT & MEDAN JAUH

Fresnel zone Fraunhofer zone D  Fresnel zone Fraunhofer zone

N R IR,0 0,5 IR Io

Contoh 3.1 : Sebuah transduser ultrasonik yang biasa digunakan di bidang kedokteran berdiameter 1/2 inci (12,7 mm) dengan frekuensi resonansi sebesar 5 MHz. Jaringan tubuh manusia mempunyai kecepatan gelombang rata-rata sebesar 1500 m/s. Hitung jarak medan dekat dan setengah sudut penyebarannya. Jawab :

Contoh 3.2 : Sebuah transduser ultrasonik yang biasa digunakan pada uji tak rusak (UTR) berdiameter 1 inci (25,4 mm) dengan frekuensi resonansi sebesar 2 MHz. Bahan baja mempunyai kecepatan sebesar 5850 m/s. Hitung jarak medan dekat dan setengah sudut penyebarannya. Jawab :

Contoh 3.3 : Sebuah transduser ultrasonik yang biasa digunakan pada pengukuran aliran gas berdiameter 1/2 inci (12,7 mm) dengan frekuensi resonansi sebesar 100 kHz. Gas mempunyai kecepatan sekitar 400 m/s. Hitung jarak medan dekat dan setengah sudut penyebarannya. Jawab :

Contoh 3.4 : Sebuah transduser ultrasonik yang biasa digunakan pada pengukuran aliran gas berdiameter 1/2 inci (12,7 mm) dengan frekuensi resonansi sebesar 100 kHz. Gas mempunyai kecepatan sekitar 400 m/s. Transduser ini memancarkan gelombang ultrasonik dengan intensitas sebesar Io. Hitung intensitas pada suatu titik yang berjarak 200 mm di depan transduser dan pada sudut 23o dari sumbu transdsuser. Jawab :

APLIKASI ULTRASONIK Industri Uji Tak Rusak Instrumentasi dan Kontrol APLIKASI INTENSITAS TINGGI Industri Pemrosesan material gas, cairan dan padatan APLIKASI INTENSITAS RENDAH Uji Tak Rusak Evaluasi kualitas bahan Pemeriksaan cacat Instrumentasi dan Kontrol Pengukuran besaran-besaran fisis Pengukuran besaran-besaran proses Pengukuran besaran-besaran kimia

ULTRASONIC IN INDUSTRY APPLICATION DESCRIPTION Electroplating Agitation of electrolyte Distributing and agitating electrolyte For uniform plating Implegnation of porous materials (textile, metal ) Increased density, absence of gas inclusion Deggasing of melts metal, glass Improvement in material density, Refinement of grain structure Mixing of slurr (pulp) Imrovement in consistency Agitation of chemical solution (photographic developper Maintaining uniform concentration, Deaeration of liguids Accelerating chemical reaction Aging of liguors, tanning of hides, extractions Food treatment Derstroying molds,bacteria, Tenderization,removing loose starch

APPLICATION DESCRIPTION Drying (platic, paper,textile webs ) Turbulence and pressure pattern Causes drying Cleaning and degreasing Cavitated cleaning solution scrubs Parts immersed in solution Defoaming and degassing Separation of foam and gas from Liguid,reducing gas and foam content Foaming of beverages Displacing air by foam in bottles or Container prior to capping Drilling and abrading Abrasive slurry interposed between Sonically vibrated tool and workpiece Emulsification,dispersion and homogenization Mixing and homogenizing of liguid, Slurry, cream Soldering and brazing Displacemen of oxide film to Accomplish bonding without flux

APPLICATION DESCRIPTION Welding metals and plstics Welding similar and dissimilar Metal, soft and rigid plastics Agglomeration and particle Separating solids from gases or Producing larger particles Atomization and vaporization Atomizing liguids to provide aerosol, Vaporizing fuel oil Accelerating chemical reaction Aging of liguors,tanning of hides, extractions Food treatment Destroying molds, bacteria, Tenderization, removing loose starch Drying (plastic,paper,textile webs) Turbulence and pressure patten Causes drying Metal insertion into solid plastic material Application of ultrasonic vibrations to metal insert producing localized softening as insert is pressed into plastic Metal working Vibrated die or rolling reduces Friction during drawing or rolling, Greater reduction in fewer passes, Reduces grain size

ULTRASONIC IN NON DESTRUCTIVE TESTING INDUSTRY MATERIALS/ EQUIPMENTS DEFECTS Basic metal Steel, aluminium, iron Magnesium, etc Porosity,inclusions, Center pipe Metal Fabricators Plate, shett, pipe, tubing, Forgings, extrusions, die block, casting Lamination, seams, inclusion, Bursts, flaking, porosity, concentricity Aircarft Aircraft engine components, propeller, airframe Components, landing gears Fatique cracks, internal Flaws in materials receved Automotive Body panel sheets, engine and Transmission parts Lamination, cracks

INDUSTRY MATERIALS/ EQUIPMENTS DEFECTS Automotive Body panel sheets, engine and Transmission part Lamination, cracks Rubber Tires Ply separation, ply thickness Plastics Plastics and ceramics Fiberglass-reinforced Porosity, inclusions, cracks Delamination Railroads Rails, axels and crankshafts in Engine and rolling stock Fatique cracks Metal stamping Track and wheels Sheet stock Crankshafts, punch press Cracks Laminations, inclusions

INDUSTRY MATERIALS/ EQUIPMENTS DEFECTS Electric power Turbines and generators Piping Pressure vesselt, penstocks Internal cracks and flaws Seams Weld defects Chemical and refineries Compressors Vessels and piping Connecting rods Seams, lamination, weld defects Mining and quarryng Hoist and crusher shafts Fatique crasks Marine Hull plate Propellers shafts Laminations, weld flaw Cracks, porosity cracks Metallurgy All metals Physycal constants, Grain size

ULTRASONICS IN NON DESTRUCTIVE TESTING

ULTRASONIC IN INSTRUMENTATION AND CONTROL Position Thermometry Composition Density ,porosity Anisotropy, texture Pressure Grain size in metal Elastic properties Stress and strain Viscosity in fluids Acoustic emission Level Imaging , holography Flowmetry Dynamic force, Vibration, acceleration Location of low- reflectivity interfaces

ULTRASONICS IN INSTRUMENTATION AND CONTROL