Un nuovo sistema, sviluppato dai ricercatori della Tohoku University in Giappone in collaborazione con il Los Alamos National Laboratory negli Stati Uniti, acquisisce immagini 3D in grado di rilevare difetti nelle strutture metalliche. L'approccio è stato pubblicato sulla rivista Lettere di fisica applicata e potrebbe migliorare la sicurezza nelle centrali elettriche e negli aerei.

Yoshikazu Ohara e colleghi della Tohoku University utilizzano tecniche non distruttive per studiare strutture, e voleva trovare un modo per produrre immagini 3D di difetti strutturali. Hanno sviluppato una nuova tecnologia, chiamato sistema piezoelettrico e laser ad ultrasuoni (PLUS), che combina i punti di forza di due diversi dispositivi per produrre immagini 3D ad alta risoluzione di difetti nelle strutture metalliche

"Crediamo che PLUS aprirà la strada a una valutazione accurata della resistenza del materiale, l'identificazione dei difetti, e scoprire come inizialmente hanno iniziato a formarsi i difetti, "dice Ohara.

Gli "array di fase a ultrasuoni" attualmente disponibili sono un potente strumento per l'imaging di difetti interni nei solidi, ma solo in due dimensioni. Questi dispositivi sono costituiti da un trasduttore a matrice unidimensionale piezoelettrico con un numero limitato di singoli elementi, fino a 128. Gli impulsi elettrici negli elementi piezoelettrici vengono convertiti in una vibrazione meccanica che emette onde ultrasoniche nel materiale in esame. Le onde ultrasoniche vengono riflesse dai difetti interni e convertite in segnali elettrici che possono essere tradotti in un'immagine 2D.

In PI, le onde generate in un materiale da un trasduttore piezoelettrico con un singolo elemento sono ricevute da un vibrometro laser Doppler, che si muove intorno alla superficie del materiale per ottenere una buona scansione 2-D dell'area. Come risultato di questo processo, riceve le onde disperse e riflesse in un numero di "punti" molto maggiore di quelli che possono essere ricevuti da un trasduttore a matrice piezoelettrica. Le informazioni ricevute dal vibrometro laser Doppler vengono trasmesse da un oscilloscopio a un computer, dove viene elaborato da un algoritmo di imaging e convertito in un'immagine 3D.

"Matrici a ultrasuoni in fase, che sono all'avanguardia nell'ispezione a ultrasuoni, possono fornire solo immagini 2D a causa del loro numero limitato di elementi, " dice Ohara. "PLUS rende possibile avere migliaia di elementi come risultato dell'incorporazione della scansione 2-D di un vibrometro laser Doppler al posto di un trasduttore a matrice piezoelettrica".

Sebbene testato solo su difetti di materiali metallici, Ohara afferma che la loro tecnologia può essere applicata ad altri materiali, compreso cemento e roccia, semplicemente cambiando il trasmettitore phased array con uno che emetta una diversa gamma di frequenze ultrasoniche.

Uno svantaggio è il lungo tempo di acquisizione e di elaborazione dei dati, che dura parecchie ore. Però, questo può essere ridotto adottando un convertitore analogico-digitale ad alta velocità al posto dell'oscilloscopio, utilizzando un vibrometro laser Doppler più sensibile, utilizzando diversi algoritmi di imaging, e utilizzando un'unità di elaborazione grafica.