Ett nytt system, utvecklad av Tohoku University forskare i Japan i samarbete med Los Alamos National Laboratory i USA, tar 3D-bilder som kan upptäcka defekter i metalliska strukturer. Tillvägagångssättet publicerades i tidskriften Bokstäver i tillämpad fysik och skulle kunna öka säkerheten i kraftverk och flygplan.

Yoshikazu Ohara och kollegor vid Tohoku University använder icke-destruktiva tekniker för att studera strukturer, och ville hitta ett sätt att producera 3D-bilder av strukturella defekter. De utvecklade en ny teknik, kallas det piezoelektriska och laser ultraljudssystem (PLUS), som kombinerar styrkorna hos två olika enheter för att producera högupplösta 3D-bilder av defekter i metalliska strukturer

"Vi tror att PLUS kommer att bana väg för noggrann utvärdering av materialstyrka, identifiering av defekter, och ta reda på hur defekter från början började bildas, säger Ohara.

För närvarande tillgängliga "ultrasonic phased arrays" är ett kraftfullt verktyg för att avbilda interna defekter i fasta ämnen, men bara i två dimensioner. Dessa enheter är gjorda av en piezoelektrisk endimensionell arraygivare med ett begränsat antal individuella element – ​​upp till 128. Elektriska pulser i de piezoelektriska elementen omvandlas till en mekanisk vibration som avger ultraljudsvågor in i materialet som undersöks. Ultraljudsvågor reflekteras tillbaka från interna defekter och omvandlas till elektriska signaler som kan översättas till en 2D-bild.

I PLUS, vågorna som genereras i ett material från en piezoelektrisk givare med ett enda element tas emot av en laser-dopplervibrometer, som rör sig runt materialets yta för att få en bra 2D-skanning av området. Som ett resultat av denna process, den tar emot de spridda och reflekterade vågorna vid ett mycket större antal "punkter" än de som kan tas emot av en piezoelektrisk arraygivare. Informationen som laserdopplervibrometern tar emot överförs av ett oscilloskop till en dator, där den bearbetas av en bildalgoritm och omvandlas till en 3D-bild.

"Ultraljudsfasade arrayer, som är i framkant av ultraljudsinspektion, kan endast tillhandahålla 2D-bilder på grund av deras begränsade antal element, ", säger Ohara. "PLUS gör det möjligt att ha tusentals element som ett resultat av att införliva 2D-skanningen av en laser-dopplervibrometer i stället för en piezoelektrisk array-givare."

Även om den endast testats på defekter i metalliska material, Ohara säger att deras teknik kan appliceras på andra material, inklusive betong och berg, helt enkelt genom att ändra den fasade arraysändaren till en som sänder ut ett annat intervall av ultraljudsfrekvenser.

En nackdel är den långa datainsamlingen och behandlingstiden, vilket tar flera timmar. Dock, detta kan förkortas genom att använda en höghastighets analog-till-digital-omvandlare i stället för oscilloskopet, med en känsligare laser-dopplervibrometer, använda olika bildalgoritmer, och användande av en grafisk bearbetningsenhet.