Esnek ultrasonik yama: Karmaşık yapılarda hasar tespitini kolaylaştırın!
Kılavuz
Son zamanlarda, Kaliforniya Üniversitesi, San Diego liderliğindeki bir bilimsel araştırma ekibi, çeşitli özel şekilli yapılarda (motor parçaları, türbinler, reaktör dirsekleri ve raylar gibi) ultrasonik görüntüleme yapan esnek ve esnek bir yama geliştirdi. Daha kolaydır ve geleneksel ultrasonik ekipmanın bu nesneleri algılaması genellikle zordur.
arka fon
Çevremizde ses dalgaları her yerde. Ancak, insan kulağının duyabileceği ses dalgalarının frekans aralığı (20 Hz ~ 20K Hz) 'dir. "Ultrason", insan kulağı tarafından duyulamayan 20K Hz'den yüksek frekanslı ses dalgalarını ifade eder.
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Ultrasonik dalganın suda iyi yönlülüğü, güçlü nüfuz gücü, konsantre enerjisi ve uzun iletim mesafesi vardır. Mesafe ölçümü, hız ölçümü, temizlik, kaynak, taş kırma, sterilizasyon ve dezenfeksiyon için kullanılabilir.Tıp, askeri, endüstriyel, tarım ve diğer alanlarda birçok uygulamaya sahiptir.
Ultrasonik teknoloji, ilgiyi hak eden sıcak bir teknoloji alanıdır ve bu alanda da çeşitli yenilikler bulunmaktadır. Yazar daha önce bazı klasik ultrason teknolojisi vakalarını tanıttı, gözden geçirelim:
1) İngiltere'deki Bristol Üniversitesi'nin araştırma sonuçları, gelecekte akıllı saatler gibi giyilebilir cihazların el hareketlerini algılamak için ultrasonik görüntülemeyi kullanabileceğini gösteriyor.
(Resim kaynağı: BIG, Bristol Üniversitesi)
2) Birleşik Krallık'taki Sussex Üniversitesi, elin arkasına ultrason göndererek ve avuç içinde dokunsal sinyalleri algılayarak avucun avucunu insan-bilgisayar etkileşimli bir görüntüleme cihazına dönüştürür.
(Resim kaynağı: Sussex Üniversitesi, İngiltere)
3) University of California, Riverside (UCR), doktorların beyne ultrason göndermesine ve beyin hastalıklarını tedavi etmek için ultrason kullanmasına yardımcı olmak için seramik malzemelerden yapılmış bir kafatası implantı geliştirdi.
(Resim kaynağı: UCR)
4) Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Missouri Üniversitesi, ultrasonik teknoloji ile lazeri birleştiren ve lazeri doğrudan temas yoluyla cilt dokusuna ileten daha güvenli bir lazer cihazı geliştirdi.
(Fotoğraf kredisi: Ryan Owens / Missouri Üniversitesi Mühendislik Fakültesi)
Yukarıdaki durumlara ek olarak, Ultrasonik muayene , Ayrıca bu teknolojinin önemli olmayan bir kullanımıdır. Ultrasonik muayene, ultrasonik teknolojiyi kullanan geleneksel bir tahribatsız muayene yöntemidir. Malzemelerin akustik özelliklerindeki ve kusurlarındaki farklılığı kullanır ve ultrasonik dalga yayılımının yansıması ve penetrasyon süresinin enerji değişimleri yoluyla malzemelerin iç kusurlarını inceler.
Aşağıda: Bir şantiyede, teknisyenler boru hattı kaynak noktalarının kusurlarını test etmek için ultrasonik aşamalı dizi ekipmanı kullanıyor. Algılama cihazı, manyetik çarklı bir çerçeveden oluşur ve sonda, bir yay vasıtasıyla boru ile temas ettirilir. Nemli alan, ses dalgalarının boru duvarına nüfuz etmesine izin veren ultrasonik bağlayıcıdır.
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Ultrasonik testin genel prensibi aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. . Sol: Prob, ultrasonik dalgaları test malzemesine gönderir. İki tanımlama vardır: Birincisi, probun ilk darbesinden; ikincisi, arayüzden yansıyan yansıyan dalgadan. Sağ: Kusur üçüncü bir işaret oluşturacak ve aynı zamanda yansıyan dalganın genliğini azaltacaktır. Kusurun derinliği D / Ep ile belirlenir.
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Bununla birlikte, geleneksel ultrasonik probun tabanı düz ve serttir, bu nedenle kavisli, dalgalı, açılı ve diğer düzensiz yüzeyleri tararken iyi temas sağlayamaz. . San Diego, California Üniversitesi, Jacobs Mühendislik Okulu nano-mühendislik profesörü Sheng Xu'ya göre (aşağıda tanıtılacak yenilikçi araştırma makalesinin ilgili yazarı), bu çok sınırlıdır çünkü düzlemsel olmayan yüzeyler günlük yaşamda çok yaygındır. .
Kaliforniya Üniversitesi, San Diego'da yapısal mühendislik profesörü ve makalenin ortak yazarlarından biri olan Francesco Lanza di Scalea şunları söyledi: "Virajlar, köşeler ve diğer yapısal ayrıntılar, başarısızlık için en kritik alanlar. Bunlar yüksek stresli alanlar. Geleneksel sert yassı problar, bu bölgelerdeki dahili kusurları ideal olarak görüntüleyemez . "
Algılama sırasında probun nesnenin yüzeyine daha iyi temas etmesini sağlamak için genellikle jel, yağ ve su gibi maddeler kullanılır. Ancak bu tür çok fazla madde bazı sinyalleri filtreleyecektir. Ek olarak, geleneksel ultrasonik problar da çok hantaldır ve bu ulaşılması zor parçaları tespit edemez.
Xu, "Bir arabanın ulaşılması zor bir parçasında çatlak varsa, müfettişin tam bir üç boyutlu görüntü elde etmek için tüm motoru sökmesi ve parçaları suya batırması gerekiyor." Dedi.
Yenilikçilik
Bununla birlikte, yeni bir cihaz, mevcut ultrasonik cihazların eksikliklerinin üstesinden gelir ve tamamen düz olmayan nesnelere uygulanabilir. İlgili araştırma sonuçları 23 Mart'ta "Science Advances" dergisinde yayınlandı.
Son zamanlarda, California San Diego Üniversitesi'nden mühendisler tarafından yönetilen bir araştırma ekibi, Elastik esnek yama Bu, geleneksel ultrasonik ekipmanla tespit edilmesi genellikle zor olan çeşitli özel şekilli yapılarda (motor parçaları, türbinler, reaktör dirsekleri ve raylar gibi) ultrasonik görüntülemeyi gerçekleştirmeyi kolaylaştırır. Bu tür ultrasonik yama, makine parçalarının ve yapı bileşenlerinin derin kusurlarını ve hasarlarını kontrol etmek için kullanılabilen daha kullanışlı ve çok işlevli bir araçtır.
(Resim kaynağı: California Üniversitesi, San Diego)
teknoloji
Kaliforniya Üniversitesi, San Diego liderliğindeki bir ekip tarafından geliştirilen esnek ultrasonik prob, su, jel veya yağ olmadan özel şekilli yüzeylerde çalışabilir. . Silikon elastomer desenli, "ada köprüsü" yapısına sahip ince bir parçadır. Temelde, bu bir dizi küçük elektronik bileşen (adalar) ve her ada birbirine yay benzeri bir yapı (köprü) ile bağlanır. Ada, elektrotlar ve piezoelektrik dönüştürücü cihazlar içerir. Bir elektrik akımı geçtiğinde ultrasonik dalgalar üretir. Köprü, yay benzeri elastik bükülen bir bakır teldir, böylece yama, elektronik işlevini etkilemeden düzlemsel olmayan bir yüzeye uyum sağlayabilir.
Esnek ultrasonik dönüştürücü dizi tasarımının şematik diyagramı
(Resim kaynağı: referans [2])
Esnek ultrasonik yama gerildiğinde ve büküldüğünde, elektronik işlevi etkilenmeyecektir.
(Resim kaynağı: Hongjie Hu)
Araştırmacılar, cihazı dalgalı bir yüzeye sahip alüminyum bir blok üzerinde test ettiler. Alüminyum blok yüzeyinin 2-6 cm altında kusur var. Araştırmacılar, probları dalga formu yüzeyinin farklı noktalarına yerleştirdiler, verileri topladılar ve ardından özelleştirilmiş bir veri işleme algoritması kullanarak görüntüyü yeniden oluşturdular. Prob, alüminyum bloklarda iki mm genişliğindeki delikleri ve çatlakları görüntüleyebilir.
değer
Kaliforniya Üniversitesi, San Diego'da malzeme bilimi ve mühendisliği alanında doktora öğrencisi olan ve makalenin ortak yazarlarından biri olan Hongjie Hu, Bu ultrasonik probu, sürekli çatlak tespiti için motorun, uçak kanadının veya köprünün farklı kısımlarına yapıştırın. Temiz ve düzenli görünüyor. "
gelecek
Cihaz hala konsept kanıtı aşamasında ve gerçek zamanlı görüntüleme henüz mevcut değil. Veri işleme için bir güç kaynağına ve bir bilgisayara bağlanması gerekir. Xu, "Gelecekte, gerçek zamanlı kablosuz görüntüleme ve video kaydı sağlamak için güç ve veri işleme işlevlerini esnek ultrasonik proba entegre etmeyi umuyoruz." Dedi.
Anahtar kelime
Ultrason, esnek elektronikler, görüntüleme
Referans
[1] Elastic_ultrasound_patch_could_make_it_easier_to_inspect_damage_in_odd_sha
2 Hongjie Hu, Xuan Zhu, Chonghe Wang, Lin Zhang, Xiaoshi Li, Seunghyun Lee, Zhenlong Huang, Ruimin Chen, Zeyu Chen, Chunfeng Wang, Yue Gu, Yimu Chen, Yusheng Lei, Tianjiao Zhang, NamHeon Kim, Yuxuan tarafından Guo, Yue Teng, Wenbo Zhou, Yang Li, Akihiro Nomoto, Simone Sternini, Qifa Zhou, Matt Pharr, Francesco Lanza di Scalea, Sheng Xu. Karmaşık yüzeylerde üç boyutlu görüntüleme için gerilebilir ultrasonik dönüştürücü dizileri . Science Advances, 2018; DOI: 10.1126 / sciadv.aar3979
