Patch ultrassônico flexível Sensores ultrassônicos Facilitam a detecção de danos em estruturas complexas

- Jun 04, 2019-



Recentemente, a equipe de pesquisa da Universidade da Califórnia, nos Estados Unidos, desenvolveu um adesivo flexível flexível que facilita a realização de exames de ultrassonografia em uma variedade de estruturas perfiladas, como peças de motores, turbinas, cotovelos de reatores e ferrovias. Os dispositivos ultra-sônicos tradicionais costumam ser difíceis de detectar.


fundo

Ao nosso redor, as ondas sonoras estão por toda parte. No entanto, a gama de frequências acústicas que podem ser ouvidas pelo ouvido humano é de (20 Hz a 20 KHz). "Ultrassônico" significa uma onda sonora com frequência maior que 20K Hz, que não pode ser ouvida pelo ouvido humano.


what is ultrasound


A direção ultra-sônica é boa, a penetração é forte, a energia é concentrada e a distância de transmissão na água é longa. Ele pode ser usado em medição de velocidade, limpeza, soldagem, pedra de esmagamento, esterilização, etc. Ele tem muitas aplicações em medicina, militar, indústria, agricultura e outros campos.

Tecnologia ultra-sônica é uma área de tecnologia quente que merece atenção, e também há uma variedade de inovações no campo. Eu já apresentei alguns casos clássicos sobre tecnologia ultrassônica, vamos revisar:


1) Os resultados da pesquisa da Universidade de Bristol, no Reino Unido, mostram que, no futuro, dispositivos vestíveis, como relógios inteligentes, podem usar imagens ultra-sônicas para detectar movimentos das mãos.


wearable devices such as smart watches can use ultrasonic imaging to sense


2) A Universidade de Sussex, no Reino Unido, transforma a palma da mão em um dispositivo de exibição interativa humano-computador, transmitindo ondas ultrassônicas no dorso da mão e detectando sinais táteis na palma da mão.


ultrasonic waves on the back of the hand and detecting tactile signals


3) A Universidade da Califórnia, Riverside (UCR) desenvolveu um implante de crânio feito de material cerâmico para ajudar os médicos a enviar ultrassom para o cérebro e usar ultra-som para tratar doenças cerebrais.


send ultrasound into the brain and use ultrasound to treat brain diseases


4) A Universidade do Missouri desenvolveu um dispositivo a laser mais seguro que combina tecnologia de ultrassom com luz laser para fornecer luz laser ao tecido da pele através de contato direto.


combines ultrasound technology with laser light to deliver laser light into the skin tissue


Além dos casos acima, o teste ultrassônico também é um uso não essencial da tecnologia. O teste ultrassônico é um método de teste não destrutivo convencional que usa tecnologia ultrassônica. Ele usa a diferença nas propriedades acústicas do material e seus defeitos para examinar os defeitos internos do material pela reflexão da propagação da onda ultrassônica e a variação de energia do tempo de penetração.


Na imagem abaixo: Em um canteiro de obras, os técnicos estão usando equipamentos de arranjo de fases ultrassônico para testar defeitos em soldas de tubos. O dispositivo de detecção consiste de uma estrutura com uma roda magnética que é colocada em contato com o tubo por uma mola. A área molhada é um acoplamento ultrassônico que permite que as ondas sonoras penetrem na parede do tubo.


Ultrasonic testing is a conventional non-destructive testing method using ultrasonic technology


O princípio geral do teste ultrassônico é mostrado na figura abaixo. Esquerda: A sonda envia ondas ultrassônicas para o interior do material de teste. Existem dois logotipos: o primeiro da sonda e o segundo da interface. Direita: O defeito cria um terceiro marcador e ao mesmo tempo reduz a amplitude da onda refletida. A profundidade do defeito é determinada por D / Ep.


principle of ultrasonic sensor testing


No entanto, a base de uma sonda ultrassônica convencional é plana e rígida, de modo que não mantém um bom contato ao digitalizar superfícies curvas, onduladas, anguladas e outras superfícies irregulares. De acordo com Sheng Xu, professor de nanoengenharia da Jacobs School of Engineering na Universidade da Califórnia, em San Diego (o autor do artigo sobre pesquisa inovadora a ser apresentado abaixo), isso é muito limitado porque as superfícies não planas são muito comuns. na vida cotidiana. .


Francesco Lanza di Scalea, professor de engenharia estrutural na Universidade da Califórnia, em San Diego, e co-autor do artigo, disse: "As curvas, cantos e outros detalhes estruturais são as áreas mais críticas de falha. Elas são áreas de alto estresse. Rigidez tradicional As sondas planares não são ideais para a geração de imagens de defeitos internos nessas áreas. "


A fim de tornar a sonda e a superfície do objeto melhor em contato com o teste, são geralmente usados gel, óleo, água e similares. Mas muitas dessas substâncias irão filtrar alguns sinais. Além disso, as sondas ultrassônicas convencionais também são muito volumosas e não conseguem detectar essas peças difíceis de alcançar.


Se um carro tiver uma rachadura em uma área de difícil acesso, o inspetor precisa desmontar todo o motor e mergulhar a peça na água para obter uma imagem tridimensional completa.


Inovação


No entanto, um novo dispositivo supera as deficiências dos dispositivos ultrassônicos atuais e pode ser aplicado a objetos que não são completamente superfícies planas. Os resultados relevantes da pesquisa foram publicados na revista Science Advances em 23 de março.


Recentemente, uma equipe de pesquisa liderada por engenheiros da Universidade da Califórnia, nos Estados Unidos, desenvolveu um sistema flexível e flexível que permite imagens por ultra-som em uma variedade de estruturas perfiladas, como peças de motores, turbinas, cotovelos de reatores e trilhos de trem. É mais fácil e o equipamento de ultrassom tradicional é difícil de detectar. Este patch ultra-sônico é uma ferramenta mais conveniente e versátil para a inspeção de defeitos profundos e danos a peças de máquinas e componentes de construção.


ultrasonic devices and can be applied to objects that are not completely flat surfaces


tecnologia


A sonda de ultrassom flexível desenvolvida pela equipe da Universidade da Califórnia trabalha em superfícies modeladas sem a necessidade de água, gel ou óleo. É um remendo fino com um padrão de elastômero de silicone com uma estrutura de "ponte de ilha". Fundamentalmente, esta é uma matriz de pequenos componentes eletrônicos (ilhas), cada um conectado entre si por uma estrutura semelhante a uma mola (ponte). A ilha contém eletrodos e dispositivos transdutores piezoelétricos. Quando a corrente passa, produz ondas ultrassônicas. A ponte é um fio de cobre elasticamente curvo semelhante a uma mola que permite que o remendo se adapte a superfícies não planas sem afetar sua função eletrônica.


Esquema de design de matriz de transdutor ultra-sônico flexível


Flexible ultrasonic transducer array design schematic


Patches ultra-sônicos flexíveis não afetam sua função eletrônica quando esticados e torcidos.


Flexible ultrasonic patches do not affect their electronic function when stretched and twisted


Os pesquisadores testaram o dispositivo em um bloco de alumínio com uma superfície ondulada. Há um defeito de 2 a 6 cm abaixo da superfície do bloco de alumínio. Os pesquisadores colocaram a sonda em diferentes pontos da superfície da forma de onda, coletaram os dados e reconstruíram a imagem usando um algoritmo de processamento de dados personalizado. A sonda pode criar furos e rachaduras com dois milímetros de largura dentro do bloco de alumínio.


Um par de:Vantagens e características do dispositivo de correção ultrassônico O próximo artigo:Sensores ultrassônicos nas duas principais aplicações industriais da indústria médica