شرح خبر

بتازگی یک فناوری تصویربرداری آکوستیکی شکاف‌های نامرئی پل‌ها و دیگر زیرساختارها را برملا کرده است. این تکنولوژی جدید این امکان را به مهندسان می‌دهد تا نقص‌های خطرناک در پل‌ها یا بال‌های هواپیماها را تشخیص دهند. پژوهش‌گران قابلیت این فناوری را در تصویرسازی از شکاف‌ها در قطعه‌ای از جنس آلومینیوم به اثبات رسانده‌اند. این سامانه اولین سیستمی است که توانسته غیرخطیت آکوستیکی را در یک حالت ساده و عملی قرار دهد. غیرخطیت‌ها مناطقی هستند که امواج صوتی چندگانه آن‌طور که انتظار می‌رود٬ نمی‌توانند باهم برهم‌نهی داشته باشند. چون اغلب نواحی غیرخطی شکاف‌ها یا فرسودگی‌ها هستند٬ توسعه‌دهندگان این فناوری امیدوارند تا ابزار مهمی برای بازرسان ساختمان‌ها فراهم کرده‌باشند.

فناوری‌های سنتی تصویربرداری آکوستیکی «خطی» از آرایه‌ای از مبدل‌ها برای فرستادن پالس‌های صوتی به داخل یک ماده استفاده کرده و سپس بازتاب‌ این پالس‌ها را اندازه می‌گیرد. بعنوان مثال می‌توان به تَرک‌ها و شکاف‌های پرخطری اشاره کرد که در یک پل آزادراه وجود دارد. اما برخی از این ترک‌ها با تصویربرداری خطی قابل مشاهده نیستند. شکستگی‌ها یا تَرک‌های مویین که در همراستا با پالس صوتی فرودی هستند٬ امواج بازتابی خیلی کوچکی تولید می‌کنند.

اما تَرک‌ها ویژگی آکوستیکی مهم دیگری دارند و در پاسخ به یک تک‌فرکانس ورودی٬ قادرند تا امواج صوتی با فرکانس دیگری را تولید کنند. تَرک‌ها فرکانس‌های دیگر را تاحدودی تولید می‌کنند چون پیوندهای شکسته‌شده‌ای که در این شکاف‌ها وجود دارد این اجازه را به آن‌ها می‌دهد تا به طریقی که ماده دست‌نخورده (بدون تَرک) قادر نیست٬ ارتعاش کنند. فرکانس‌های دیگری مازاد بر این فرکانس‌ها نیز می‌توانند از نواحی نزدیک یک ترک جایی‌که فرسودگی٬ ساختار میکروی ماده را تغییر داده است٬ برسند. با آشکارسازی این خاصیت که به غیرخطیت موسوم است می‌توان ترک‌های بیشتری را مشخص کرد اما در گذشته فناوری‌های آکوستیکی غیرخطی با دشواری‌هایی در خصوص مکان‌یابی یک منبع ویژه‌ی غیرخطی روبرو بوده است. به بیان جک پوتر (Jack Potter) از دانشگاه بریستول در انگلستان٬ تصویربرداری غیرخطی عملی در تعیین میزان آسیب‌دیدگی‌های بافت‌های‌ زیستی و تشخیص انواع مختلفی از سنگ‌ها در پژوهش‌های زمین‌شناختی نیز مفید است.

پوتر که با همکارانش٬ پاول ویکوکس (Paul Wilcox) و آنتونی کروکسفورد (Anthony Croxford) کار می‌کند اکنون موفق شده‌اند تا یک فناوری آکوستیکی غیرخطی ساده را نشان دهند که از تجهیزات خطی استاندارد استفاده می‌کند. سیستم آن‌ها ترکیبی از دو روش خطی پذیرفته‌شده است. در روش اول (روش «موازی») پالس‌های صوتی از تمامی مبدل‌ها یکباره فرستاده می‌شوند اما با یک تاخیر ناچیز نسبت به هر مبدل. با این کار امواج در یک نقطه‌ی کانونی در ماده متمرکز می‌شوند. سپس این مبدل‌ها امواج بازتاب شده را آشکارسازی می‌کنند. در روش دوم (روش ترتیبی) هر یک از مبدل‌ها به ترتیب شلیک می‌شوند و این آرایه پاسخ مجزایی از هریک از این مبدل‌ها را آشکارسازی می‌کند. در این روش امواج بازتاب‌یافته بعداً در فرآیند پردازش داده‌ها ترکیب می‌شوند: در این فرآیند برای دست‌یابی به عنوان معادلی از تمامی پالس‌های ورودی‌های٬ این تاخیرهای زمانی نیز در نظر گرفته می‌شوند.

این دو روش وقتی در مورد یک ماده‌ی خطی خالص بکار می‌روند٬ نتایج یکسانی را بدست می‌دهند اما درمورد اثرات غیرخطی این‌چنین نیست. این تیم به این موضوع پی برده است که تفاوت در دامنه‌ی پاسخ‌هایی که از این دو روش حاصل می‌شود اندازه‌ای از غیرخطیت در نقطه‌ی کانونی به حساب می‌آید. آن‌ها با تکرار این فرآیند با نقاط کانونی متفاوت تصویری از غیرخطیت ماده‌ی موردنظر را ترسیم کرده‌اند.

یک فناوری جدید آکوستیکی غیرخطی می‌تواند به نفع بازرسان پل‌ها باشد٬ شبیه این پلی که در بریستول انگلستان  قرار دارد.

این تیم پژوهشی برای آزمودن فناوری خود تَرک‌های ناشی از فرسودگی را در یک قطعه‌ی آلومینیومی با درمعرض قرار دادن آن در مقابل هزاران دوره‌ی فشرده‌سازی/آزادسازی بر اساس یک پروتکل استاندارد ایجاد کرده‌اند. به منظور تصویربرداری از یک ترک٬ از یک قطعه‌ی فراصوتی با ۶۴ مبدل استفاده شده است تا پالس‌های صوتی را با هردو روش موازی و ترتیبی به داخل این بلوک آلومینیومی بفرستند. پژوهش‌گران به جای آن‌که امواج بازتاب‌یافته را بلافاصله آشکارسازی کنند٬ یک میلی‌ثانیه قبل از ثبت صوت منتظر ماندند. در آن هنگام صوت به قدر کافی رفت و برگشت داشته بود تا شدت آن در همه‌جا در داخل بلوک برابر باشد اما هنوز یک اندازه‌ی مستقیم از پاسخگویی ماده در نقطه‌ی کانونی وجود داشت. آن‌ها تصویری از غیرخطیت را با تفریق دو سیگنال در هرنقطه تولید کردند و این تَرک به وضوح در تصویر خودنمایی کرد. چیزی‌که با تصویربرداری خطی به دشواری قابل مشاهده بود.

به عنوان آزمونی دیگر٬ این پژوهش‌گران حفره‌ای به قطر ۵ میلی‌متر که یک تَرک به درازای ۲/۵ میلی‌تر را لمس می‌کرد را سوراخ کردند. با این کار آن‌ها می‌توانند صدمه‌ای که به بخش تحمل‌کننده‌ی بار وارد می‌آید را تقلید کند. آن‌ها سوراخ دیگری را نیز برای مقایسه بدور از این شکاف ایجاد کردند. روش خطی این دو سوراخ را آشکار کرد اما شکاف تشخیص داده نشد چون کوچک بود و تحت‌الشعاع سیگنال‌های قوی ناشی از سوراخ‌های نزدیک خود قرار گرفته بود. روش غیرخطی موقعیت این ترک را بدون هیچ علایمی از دو سوراخ ایجاد شده به وضوح نشان داد.

نتایج حاصل از تصویربرداری خطی (عکس بالایی) و غیرخطی (عکس پائینی) از یک قطعه‌ی آلومینیومی با دو حفره (دایره‌های سیاه‌رنگ) و شکافی در حفره‌ی سمت چپ. تنها تصویر غیرخطی شکاف را برملا ساخته است.

به گفته‌ی تونی دانهیل (Tony Dunhill) از رولز رویس (Rolls-Royce) و دانشگاه ناتینگهام انگلستان: «برای آشکارسازی یک تَرک از فناوری آشکارسازی استفاده شده که فرآیندی عملی‌است. فناوری‌هایی که سطح‌بالایی از دقت را می‌طلبند در عمل ناموفق‌اند» اما به نظر می‌رسد این فناوری عملی و دقیق است.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز به چاپ رسیده است.         

درباره‌ی نویسنده:

امیلی کانوور (Emily Conover) نویسنده‌ی علمی آزاد در شیکاگو است.

منبع:

Making Invisible Cracks Visible



نویسنده خبر: بهنام زینال‌وند فرزین
کد خبر :‌ 1588

آمار بازدید: ۲۴۸
همرسانی این خبر را با دوستان‌تان به اشتراک بگذارید:
«استفاده از اخبار انجمن فیزیک ایران و انتشار آنها، به شرط
ارجاع دقیق و مناسب به خبرنامه‌ی انجمن بلا مانع است.»‌


صفحه انجمن فیزیک ایران را دنبال کنید




حامیان انجمن فیزیک ایران   (به حامیان انجمن بپیوندید)
  • پژوهشگاه دانش‌های بنیادی
  • دانشگاه صنعتی شریف
  • دانشکده فیزیک دانشگاه تهران

کلیه حقوق مربوط به محتویات این سایت محفوظ و متعلق به انجمن فیریک ایران می‌باشد.
Server: Iran (45.82.138.40)

www.irandg.com