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超声检测新模式:异形结构损伤检测“一贴灵”
发布:kittyll   时间:2018/4/11 8:50:41   阅读:639 
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这种可拉伸的柔性超声波贴片可以更容易地检查发动机零件、涡轮机、反应器管弯头和铁轨等各种复杂形状结构内部深处的损伤——而对于奇形怪状的对象是难以使用传统超声设备进行检测的。

美国加州大学圣地亚哥分校的研究人员开发出一种可拉伸的柔性贴片,这种灵活方便的小工具克服了当今超声波设备很难检测不平坦表面物体的局限性,可以用来检查机器和建筑部件表面以下的缺陷和损坏。该研究成果已发表在3月的《Science Advances》杂志上。
 

传统的超声检测探头具有平坦且刚性的基座,当在弯曲的、呈波浪形的、成角度的和其他不规则的表面上扫查时,不能保持与被检测件之间始终有良好的接触。这是一个相当大的局限性,加州大学圣地亚哥分校雅各布工程学院纳米工程教授Sheng Xu说道:“非平面的表面在日常生活中是很普遍的”。

加州大学圣地亚哥分校结构工程教授Francesco Lanza di Scalea说道:“拐弯、拐角和其他结构细节碰巧是最关键的需检测部位,因为这些地方通常都是高应力区域,但是传统的刚性扁平探头并不适合探测这些区域内部的缺陷” 。

凝胶、油或水通常被用于在探头与待检物体表面之间建立更好的接触,但是这些物质太多会过滤一些信号。另外,传统的超声波探头体积也比较大,不易进入机器内部检查那些难以接近的部件。

“如果汽车发动机在内部难以触碰到的地方存在裂缝,检查人员需要拆开整个发动机,并将零部件浸入水中来获得完整的3D图像,” Sheng Xu说道。

现在,这种新开发的柔性超声波探头可以在不含水、凝胶或油的奇特曲面上工作。探针是一层薄薄的有机硅弹性体,上面刻有所谓的“岛桥(island-bridge)”结构,其本质上是一组小的电子部件(岛),每个部件都通过弹簧状结构(桥)连接。这些“岛”包含称为压电传感器的电极和装置,当电通过它们时会产生超声波。“桥”是弹簧形状的铜线,可以拉伸和弯曲,使贴片紧密贴合非平面表面,而不影响其电子功能。
 

柔性超声波换能器阵列设计原理图

研究人员在具有波浪形表面的铝块上测试了该设备的检测效果。铝块表面下加工有2~6厘米的缺陷。研究人员将探头置于波浪形表面的各个位置收集数据,然后使用定制的数据处理算法重建图像。结果表明:这种新型贴片式探头能够检测铝块内的2毫米宽的孔和裂缝。

“将这种新型超声波探头粘贴到发动机、飞机机翼或桥梁等的不同部位,来持续监测裂纹等各种缺陷,将是非常有实用价值的。” 加州大学圣地亚哥分校材料科学与工程博士Hongjie Hu说道。

该设备仍处于概念验证阶段,尚未提供实时成像功能,还需要连接到电源和计算机上处理数据。“未来,我们希望将电源和数据处理功能模块集成到这种柔性超声探头中,以实现无线实时成像和视频功能。” Sheng Xu说道。


来源:美国加州大学圣地亚哥分校
作者:Liezel Labios
译者:kittyll
译自:sciencedaily

参考文献:By 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 Guo, Yue Teng, Wenbo Zhou, Yang Li, Akihiro Nomoto, Simone Sternini, Qifa Zhou, Matt Pharr, Francesco Lanza di Scalea, Sheng Xu. Stretchable ultrasonic transducer arrays for three-dimensional imaging on complex surfaces. Science Advances, 2018; DOI: 10.1126/sciadv.aar3979

 
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