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超音波传感器模拟蝙蝠侦测危险结构裂缝

发布时间:2019-08-15 17:57:31

  英国思克莱德大学(University of Strathclyde)的研究人员从蝙蝠的世界中得到了灵感,开发出一种超音波感测器,可在飞机引擎、石油与天然气管线以及核电厂等结构中侦测到危险的裂缝。

  这种装置就像压电换能器一样,可辨识具有不同超音波频率的结构缺陷,而且克服了具有刚性结构的类似装置限制。

  思克莱德大学开发的换能器具有更灵活的结构,它根据一种在数学中称为 碎形几何 (fractal)的自然现象。这些不规则的形状不断重复出现,形成像雪花、蕨类植物和花椰菜般的物体,使其结构变得比实际上更复杂。相同的概念也发生在蝙蝠、海豚、蟑螂和飞蛾等动物昆虫的听觉系统。

  参与这项研究计划的思克莱德大学数学和统计系教授Tony Mulholland表示: 碎形与声波的特点是在一定长度范围内具有几何特征。然而,人为的换能器则具有非常规律的几何,就像棋盘一样,但这限制了我们利用这项技术查找攸关安全的结构裂缝与缺陷的能力。

  换能器仍采用这样的方式制造有其历史因素:它们通常是某位工程师以刀锯切割,并以传统的制造方式生产。如今,随着 D列印、电脑制造与雷射技术崛起,我们所设计的换能器越来越可行了。

  我们知道如果能传送复杂且具有多种频率的声波,就能够模拟大自然的方式。如果在核电厂或石油管线中存在缺陷,我们就能在早期阶段侦测到各种大大小小的结构裂缝。

  这种装置不仅可以提高安全性,还节省了大量的资金;尽早侦测到问题,表示不用经常进行检查。这是业界告诉我们需求而我们如今找到了答案。

  Dr Mulholland与思克莱德大学超音波工程学中心研究生Ebrahem Algehyne共同进行这项研究。

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