首页 > 资讯 > 消息正文

压电和激光超声系统(PLUS): 获取固体的3D超声图像

发布:Iris1602    |    2020-10-13 03:32    阅读:692
分享:
      

压电和激光超声系统(PLUS): 获取固体的3D超声图像

日本东北大学(Tohoku University)研究人员与美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)合作开发的一种新系统,称为“压电和激光超声系统”(Piezoelectric and Laser Ultrasonic System, PLUS),可以拍摄固体的3D高分辨率图像,以检测金属结构中的缺陷,可用于增强发电厂和飞机的安全性。该方法发表在《Applied Physics Letters》上。

图1. 分支应力腐蚀裂纹的高分辨率三维成像结果。图片来源:东北大学

当前可用的“超声相控阵”系统已在材料表征和成像等无损评估领域中得到广泛采用,尽管许多缺陷显示出复杂的三维结构,但大多数超声相控阵系统仅提供二维图像。这些设备是由压电一维阵列换能器制成,该换能器具有数量有限的单个元件(最多128个)。压电元件中的电脉冲被转换成机械振动,向研究的材料发射超声波。超声波从内部缺陷反射回来,转换成电信号,电信号可以被转换成二维图像。

所提出的压电和激光超声系统(PLUS)结合了压电发射器,使用激光多普勒振动计接受压电换能器在材料中产生的波,对待检结构进行检测,创建一个无接触的接收点矩阵阵列从而获得良好的2D扫描区域。由于这一过程,它接收到的散射波和反射波的“点”比压电阵列换能器能接收到的多得多。压电发射器的发射可补偿激光多普勒测振仪固有的低灵敏度。激光多普勒振动计接收到的信息由示波器传输到计算机,在制定PLUS的3D成像算法后,研究人人员证明了具有4096个接收点(即64 x 64个点)的PLUS在具有平底孔的样品中实现了高分辨率3D成像。同时,他们还可视化了应力腐蚀裂纹的复杂结构。

图2. 高分辨率三维超声成像系统(PLUS)示意图。图片来源:东北大学

Ohara说:“由于超声波相控阵的元件有限,处于超声检查前沿的超声相控阵只能提供2D图像。PLUS通过结合激光多普勒振动计的2D扫描功能与压电阵列换能器相结合,使得的成千上万个元件成为可能。”

尽管仅对金属材料中的缺陷进行了测试,但Ohara表示,只需将相控阵发射器更改为发射不同范围超声波频率的发射器,他们的技术就可以应用于其他的材料,包括混凝土和岩石。

但是,该技术的缺点之一是数据采集和处理时间长,需要几个小时。这可以通过采用高速模数转换器代替示波器,使用更灵敏的激光多普勒振动计,利用不同的成像算法并采用图形处理单元来缩短此时间。

研究人员认为PLUS的3D成像能力可能会为准确评估材料强度,识别缺陷类型以及阐明缺陷引发机制开辟新途径。

原文链接 新闻链接

免责声明

网站内容来源于互联网、原创,由网络编辑负责审查,目的在于传递信息,提供专业服务,不代表本网站及新媒体平台赞同其观点和对其真实性负责。如对文、图等版权问题存在异议的,请于20个工作日内与我们取得联系,我们将协调给予处理(按照法规支付稿费或删除),联系方式:021-69918579。网站及新媒体平台将加强监控与审核,一旦发现违反规定的内容,按国家法规处理,处理时间不超过24小时。最终解释权归《中国激光》杂志社所有。