Een nieuw systeem, ontwikkeld door Tohoku University-onderzoekers in Japan in samenwerking met Los Alamos National Laboratory in de VS, maakt 3D-beelden die defecten in metalen structuren kunnen detecteren. De aanpak werd gepubliceerd in het tijdschrift Technische Natuurkunde Brieven en kan de veiligheid in energiecentrales en vliegtuigen verbeteren.

Yoshikazu Ohara en collega's van Tohoku University gebruiken niet-destructieve technieken om structuren te bestuderen, en wilde een manier vinden om 3D-beelden van structurele defecten te produceren. Ze ontwikkelden een nieuwe technologie, het piëzo-elektrische en laser ultrasone systeem (PLUS) genoemd, die de sterke punten van twee verschillende apparaten combineert om 3D-beelden met hoge resolutie van defecten in metalen structuren te produceren

"Wij geloven dat PLUS de weg zal effenen voor een nauwkeurige evaluatie van de materiaalsterkte, het opsporen van gebreken, en erachter te komen hoe defecten zich aanvankelijk begonnen te vormen, ' zegt Ohara.

De momenteel beschikbare "ultrasone phased arrays" zijn een krachtig hulpmiddel voor het afbeelden van interne defecten in vaste stoffen, maar alleen in twee dimensies. Deze apparaten zijn gemaakt van een piëzo-elektrische eendimensionale array-transducer met een beperkt aantal afzonderlijke elementen - maximaal 128. Elektrische pulsen in de piëzo-elektrische elementen worden omgezet in een mechanische trilling die ultrasone golven uitzendt in het onderzochte materiaal. Ultrasone golven worden teruggekaatst door interne defecten en omgezet in elektrische signalen die kunnen worden vertaald in een 2D-beeld.

bij PLUS, de golven die in een materiaal worden gegenereerd door een piëzo-elektrische transducer met een enkel element worden opgevangen door een laser Doppler-vibrometer, die over het oppervlak van het materiaal beweegt om een ​​goede 2D-scan van het gebied te krijgen. Als resultaat van dit proces, het ontvangt de verstrooide en gereflecteerde golven op een veel groter aantal "punten" dan die kunnen worden ontvangen door een piëzo-elektrische array-transducer. De informatie die door de laser Doppler-vibrometer wordt ontvangen, wordt door een oscilloscoop naar een computer verzonden, waar het wordt verwerkt door een beeldalgoritme en omgezet in een 3D-beeld.

"Ultrasone phased arrays, die zich op het snijvlak van ultrasone inspectie bevinden, kunnen alleen 2D-beelden leveren vanwege hun beperkte aantal elementen, "zegt Ohara. "PLUS maakt het mogelijk om duizenden elementen te hebben als resultaat van het opnemen van de 2D-scan van een laser Doppler-vibrometer in plaats van een piëzo-elektrische array-transducer."

Hoewel alleen getest op defecten in metalen materialen, Ohara zegt dat hun technologie kan worden toegepast op andere materialen, inclusief beton en steen, eenvoudigweg door de phased array-zender te veranderen in een zender die een ander bereik aan ultrasone frequenties uitzendt.

Een nadeel is de lange data-acquisitie en verwerkingstijd, wat enkele uren duurt. Echter, dit kan worden verkort door een snelle analoog-naar-digitaal-omzetter te gebruiken in plaats van de oscilloscoop, met behulp van een gevoeligere laser Doppler-vibrometer, gebruikmakend van verschillende beeldalgoritmen, en het toepassen van een grafische verwerkingseenheid.