El equipo de investigación de la Universidad Politécnica de Hong Kong PolyU desarrolló una nueva generación de sensores inspirados en nanocompuestos que se pueden rociar directamente sobre superficies estructurales de ingeniería planas o curvas, como las vías del tren y las estructuras de los aviones. Los sensores rociados se pueden conectar en red, parabrinde una rica información en tiempo real sobre el estado de salud de la estructura bajo monitoreo. Debido a su bajo peso y bajo costo de fabricación, se pueden desplegar grandes cantidades de sensores en una red de sensores para detectar defectos ocultos de las estructuras, allanando el camino para un nuevoera de monitoreo de salud estructural basado en ultrasonidos.
Los sensores de nanocompuestos desarrollados por el equipo de investigación del Departamento de Ingeniería Mecánica de PolyU, dirigido por el Profesor Su Zhongqing y el Profesor Zhou Limin, adoptan una técnica innovadora de fabricación mediante pulverización que hace que el proceso de instalación de sensores sea mucho más rápido y más eficiente en comparación con los medios convencionales.También mejora la flexibilidad del producto para adaptarse a varios tipos de superficie.
Actualmente, el número de sensores de ultrasonido convencionales, como los que están hechos de titanato de circonato de plomo PZT, utilizados para el monitoreo in situ generalmente está limitado por los factores relacionados con el costo y el peso del sensor. Estos sensores suelen ser rígidos difíciles de manejarpara adaptarse a superficies estructurales curvas, introduciendo una notable penalización de peso y volumen en una estructura de host en la que se va a montar el sensor. Sin embargo, los sensores de nanocompuestos desarrollados por el equipo pueden fabricarse en grandes cantidades para formar una red de sensores densos paramonitoreo de salud estructural a un costo y peso de fabricación mucho más bajos que el uso de sensores convencionales.
"Este sensor de nanocompuestos ha abierto un camino para implementar la detección in situ de vibraciones, o monitoreo de salud estructural basado en ondas ultrasónicas, al lograr un equilibrio entre el 'costo de detección', es decir, el costo de los sensores y la 'efectividad de la detección',la cantidad de datos adquiridos por los sensores ", dijo el profesor Su.
bajo costo, peso ligero
La innovadora tecnología de detección de PolyU abarca una red de sensores con varios sensores de nanocompuestos rociados y un actuador de ultrasonido, para detectar activamente el estado de salud de la estructura a la que están fijados, mostrando de manera rápida y precisa si hay algún daño en la estructura. Cuando el actuador de ultrasonido emite ondas ultrasónicas guiadas GUW, los sensores recibirán y medirán las ondas. Si hay daño, como una grieta presente en la estructura, la propagación de GUW será interferida por el daño, lo que conducirá a una dispersión de onda única.fenómenos, para ser capturados por la red de sensores. Basado en la dispersión de la onda, el daño se puede caracterizar cuantitativa y exactamente a través de un sistema todo en uno que fue desarrollado por el equipo.
En comparación con los sensores de ultrasonido convencionales que cuestan más de US $ 10 cada uno y pesa pocos gramos, esta nueva generación de sensores de nanocompuestos cuesta solo US $ 0.5 y 0.04 g por cada uno. Como tal, se pueden adoptar más sensores en una estructura, generando más información paraanálisis, con menos peso agregado a la estructura. Además, el sensor del Profesor Su tiene una excelente flexibilidad y puede adaptarse a superficies de estructuras curvas. Eso permite una amplia gama de aplicaciones prácticas de ingeniería. También se puede rociar sobre la superficie de una estructura móvil para transmitirLa información de salud estructural en tiempo real.
Rango de respuesta de frecuencia más amplio
El sensor desarrollado por el equipo puede medir una señal de ultrasonido desde estática hasta 900 kHz pero con una magnitud ultrabaja. La adquisición de dispersión de onda en un régimen ultrasónico permite la detección de grietas tan pequeñas como 1 a 2 mm en la mayoría de los materiales de ingeniería.Esa frecuencia de respuesta es más de 400 veces mayor que la frecuencia más alta que los sensores de nanocompuestos que están disponibles según se informa en revistas internacionales.
Si bien el sensor de ultrasonido convencional puede medir una gama más amplia de ondas de ultrasonido en comparación con las desarrolladas por el equipo, el alto costo y el peso de los sensores convencionales hacen que una aplicación de gran cantidad sea inviable, limitando la cantidad de datos adquiridos. Hay muchoslimitaciones en la aplicación de los sensores de ultrasonido convencionales a aplicaciones prácticas, especialmente en estructuras aeroespaciales.
Nueva tecnología para reducir costos y mejorar la sensibilidad
Hecho de un híbrido de negro de humo CB, grafeno 2D, partículas conductoras a nanoescala y fluoruro de polivinilideno PVDF, el sensor de nanocompuesto se puede adaptar de manera fácil y flexible a diferentes tamaños para diversas aplicaciones de ingeniería.
El secreto de su alta sensibilidad al cambio estructural radica en la nanoestructura optimizada del híbrido, que dota al sensor de tener la capacidad de identificar los cambios dramáticos en la piezoresistividad del nanocompuesto. Para medir y analizar el cambio dramático de la piezoresistividad, ProfesorSu y su equipo probaron numerosas veces la relación en peso de nanofillers para optimizar la conductividad del nanocompuesto.
Cada sensor está conectado a una red a través de un cable impreso en la estructura. Al analizar y comparar las señales eléctricas convertidas desde la resistividad eléctrica, la red puede detectar el defecto en una estructura, así como traducir las señales en imágenes 3D.
Esta nueva investigación se ha publicado recientemente en revistas de primer nivel en este campo, incluido ultrasonidos , carbono y Materiales y estructuras inteligentes . "Debido a su peso liviano, los nuevos sensores de nanocompuestos se pueden aplicar a estructuras móviles como trenes y aviones. Eso ayudará a allanar el camino para el monitoreo en tiempo real de estas estructuras en el futuro, mejorando la seguridad de los activos de ingeniería yactualizar la filosofía tradicional de mantenimiento del sistema ", dijo el profesor Su.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La Universidad Politécnica de Hong Kong . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Cite esta página :