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超音波傳感器模擬蝙蝠偵測危險結(jié)構(gòu)裂縫

2015-08-26

  英國思克萊德大學(University of Strathclyde)的研究人員從蝙蝠的世界中得到了靈感,開發(fā)出一種超音波感測器,可在飛機引擎、石油與天然氣管線以及核電廠等結(jié)構(gòu)中偵測到危險的裂縫。

  這種裝置就像壓電換能器一樣,可辨識具有不同超音波頻率的結(jié)構(gòu)缺陷,而且克服了具有剛性結(jié)構(gòu)的類似裝置限制。

  思克萊德大學開發(fā)的換能器具有更靈活的結(jié)構(gòu),它根據(jù)一種在數(shù)學中稱為“碎形幾何”(fractal)的自然現(xiàn)象。這些不規(guī)則的形狀不斷重復出現(xiàn),形成像雪花、蕨類植物和花椰菜般的物體,使其結(jié)構(gòu)變得比實際上更復雜。相同的概念也發(fā)生在蝙蝠、海豚、蟑螂和飛蛾等動物昆蟲的聽覺系統(tǒng)。

  參與這項研究計劃的思克萊德大學數(shù)學和統(tǒng)計系教授Tony Mulholland表示:“碎形與聲波的特點是在一定長度范圍內(nèi)具有幾何特征。然而,人為的換能器則具有非常規(guī)律的幾何,就像棋盤一樣,但這限制了我們利用這項技術(shù)查找攸關(guān)安全的結(jié)構(gòu)裂縫與缺陷的能力。”

  “換能器仍采用這樣的方式制造有其歷史因素:它們通常是某位工程師以刀鋸切割,并以傳統(tǒng)的制造方式生產(chǎn)。如今,隨著3D列印、電腦制造與雷射技術(shù)崛起,我們所設計的換能器越來越可行了。”

  “我們知道如果能傳送復雜且具有多種頻率的聲波,就能夠模擬大自然的方式。如果在核電廠或石油管線中存在缺陷,我們就能在早期階段偵測到各種大大小小的結(jié)構(gòu)裂縫。”

  “這種裝置不僅可以提高安全性,還節(jié)省了大量的資金;盡早偵測到問題,表示不用經(jīng)常進行檢查。這是業(yè)界告訴我們需求而我們?nèi)缃裾业搅舜鸢浮!?/p>

  Dr Mulholland與思克萊德大學超音波工程學中心研究生Ebrahem Algehyne共同進行這項研究。


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