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感測器/MEMS  

超音波感測器模擬蝙蝠偵測危險結構裂縫

上網時間: 2015年08月25日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:超音波感測器  蝙蝠  換能器  結構裂縫  碎形幾何 

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構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構缺陷,而且克服了具有剛性結構的類似裝置限制。

思克萊德大學開發的換能器具有更靈活的結構,它根據一種在數學中稱為「碎形幾何」(fractal)的自然現象。這些不規則的形狀不斷重複出現,形成像雪花、蕨類植物和花椰菜般的物體,使其結構變得比實際上更複雜。相同的概念也發生在蝙蝠、海豚、蟑螂和飛蛾等動物昆蟲的聽覺系統。

參與這項研究計劃的思克萊德大學數學和統計系教授Tony Mulholland表示:「碎形與聲波的特點是在一定長度範圍內具有幾何特徵。然而,人為的換能器則具有非常規律的幾何,就像棋盤一樣,但這限制了我們利用這項技術查找攸關安全的結構裂縫與缺陷的能力。」

「換能器仍採用這樣的方式製造有其歷史因素:它們通常是某位工程師以刀鋸切割,並以傳統的製造方式生產。如今,隨著3D列印、電腦製造與雷射技術崛起,我們所設計的換能器越來越可行了。」

「我們知道如果能傳送複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構裂縫。」

「這種裝置不僅可以提高安全性,還節省了大量的資金;儘早偵測到問題,表示不用經常進行檢查。這是業界告訴我們需求而我們如今找到了答案。」

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。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Bats inspire ultrasound sensor for locating dangerous structural cracks,by Paul Buckley)





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