許多工程結(jié)構(gòu)，包括建筑物，管道和軌道等，都需要進(jìn)行定期測(cè)試，以防止由于腐蝕，沖擊和應(yīng)變而發(fā)生的災(zāi)難性故障。大量傳播的高頻聲波(體超聲波)被廣泛用于結(jié)構(gòu)材料的非侵入性和非破壞性測(cè)試。

然而，常規(guī)的批量超聲波檢查是繁瑣且耗時(shí)的，因?yàn)樗婕皩?duì)結(jié)構(gòu)的逐點(diǎn)評(píng)估，這在大型資產(chǎn)中尤其具有挑戰(zhàn)性。盡管由諸如板，條，線，管等特征的超聲引導(dǎo)是有吸引力的替代方案，但是由于所使用的相對(duì)較低的頻率，這種“引導(dǎo)超聲”受到分辨率的限制。

印度理工學(xué)院馬德拉斯和內(nèi)羅畢大學(xué)的研究

在應(yīng)對(duì)這一緊迫挑戰(zhàn)的突破性研究中，印度理工學(xué)院馬德拉斯理工學(xué)院和內(nèi)羅畢大學(xué)的研究人員使用超材料來(lái)改善導(dǎo)波超聲對(duì)大型結(jié)構(gòu)中缺陷的檢測(cè)。

該論文是由IIT Madras機(jī)械工程系的Prabhu Rajagopal教授及其內(nèi)羅畢大學(xué)的合作者M(jìn)ichael Gatari博士和約翰·比里爾(John Birir)合著的。學(xué)位課程。”

研究人員在最近的論文中寫道：“這項(xiàng)工作為工業(yè)和生物醫(yī)學(xué)的遠(yuǎn)程檢查提供了很大的希望。” 借助這些知識(shí)，團(tuán)隊(duì)正在將概念擴(kuò)展到檢測(cè)不同大小和幾何形狀的缺陷。

超聲波掃描在醫(yī)學(xué)診斷中的作用

IIT Madras機(jī)械工程系的Prabhu Rajagopal教授在詳細(xì)介紹這項(xiàng)研究時(shí)說(shuō)：“在醫(yī)學(xué)診斷中使用超聲波掃描是眾所周知的，并且結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的原理仍然相同。”

此外，Prabhu Rajagopal教授還說(shuō)：“在傳統(tǒng)的基于超聲波的大量超聲測(cè)試中，聲波垂直于物品被發(fā)送到樣品中，例如管道或立柱，并且探測(cè)器計(jì)算出發(fā)射和接收之間的時(shí)間間隔。傳輸或反射的聲波。如果物體沒(méi)有缺陷，則聲波將以均勻的速度傳播，但是缺陷會(huì)阻止或偏轉(zhuǎn)聲波，從而導(dǎo)致接收延遲。”

常規(guī)的基于超聲波的測(cè)試必須在測(cè)試材料的多個(gè)區(qū)域進(jìn)行，因此，麻煩的是將其用于大型物體，例如火車軌道，輸油管道和高層建筑的加固結(jié)構(gòu)等。

導(dǎo)波測(cè)試技術(shù)(GWT)

這就是導(dǎo)波測(cè)試(GWT)的幫助。在GWT中，聲波沿著結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度發(fā)送，而不是進(jìn)入結(jié)構(gòu)。這允許波傳播很長(zhǎng)的距離。由于衍射限制，GWT的分辨率比傳統(tǒng)的基于超聲的測(cè)試差。

因此，導(dǎo)波只是一種遠(yuǎn)程篩選工具，必須與分辨率更高的測(cè)試工具一起使用，以精確檢測(cè)缺陷。

什么是超材料?

Rajagopal教授及其研究團(tuán)隊(duì)使用超材料來(lái)提高引導(dǎo)超聲波的分辨率。Rajagopal博士解釋說(shuō)：“超材料是具有獨(dú)特內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的人造材料，賦予了它們自然界所不具備的性能。

拉賈戈帕爾教授解釋說(shuō)，超材料的組成人工單元可以在形狀，大小和原子間相互作用方面進(jìn)行定制，以表現(xiàn)出不同尋常的特性。

聲學(xué)超材料可用于操縱聲波。研究人員使用了由一系列周期性排列的通道組成的超材料結(jié)構(gòu)。

通過(guò)適當(dāng)選擇超材料的通道大小，長(zhǎng)度和周期性，可以通過(guò)稱為FabryPérot共振的過(guò)程放大由于缺陷引起的van逝波。

共振是一種現(xiàn)象，在這種情況下，由于超聲波與超材料產(chǎn)生的頻率之間的頻率匹配，導(dǎo)致超聲波(在這種情況下為超聲波)被放大。