Ftorpolymer.ru Ftorpolymer.ru
Обратная связь На главную страницу Карта сайта RSS лента


Подписаться на "Новости о фторопластах" по Email

НОВОСТИ О ФТОРОПЛАСТАХ

Напыляемые датчики из ПВДФ для контроля работоспособности инженерных конструкций

Нанокомпозитные датчики, разработанные профессором Су Чжунцином из Политехнического факультета PolyU, могут распыляться непосредственно на плоские или изогнутые инженерные сооруженияИсследовательская группа Гонконгского политехнического университета PolyU разработала новое поколение датчиков, которое можно напылять непосредственно на плоские или изогнутые инженерные конструкционные поверхности, такие как железнодорожные пути и конструкции самолетов. Благодаря небольшому весу и низкой стоимости изготовления, большое количество датчиков может быть объединено в сенсорной сети для обнаружения скрытых дефектов объектов, открывая путь для новой эры структурного мониторинга работоспособности на основе ультразвука.

В нанокомпозитных датчиках, разработанных исследовательской группой факультета машиностроения PolyU, возглавляемой профессорами Су Чжунцином и Чжоу Лимином, применяется инновационная технология напыления, что делает процесс установки датчиков более быстрым и эффективным по сравнению с обычными. Это также повышает гибкость продукта для адаптации к различным типам поверхности. Датчики изготовлены из гибридного углерода, 2D графена, проводящих наночастиц и пьезоактивного фторполимера поливинилиденфторида (PVDF).

В настоящее время количество обычных ультразвуковых датчиков, например, из пьезокерамики (PZT), используемых для мониторинга по месту, обычно ограничено факторами, связанными со стоимостью и весом датчиков. Эти датчики обычно жесткие (неспособные к адаптации к изогнутым поверхностям), добавляют свой немалый вес и объем к контролируемой структуре, на которую устанавливаются. Однако нанокомпозитные датчики, разработанные командой PolyU, могут быть изготовлены в большом количестве для создания плотной сенсорной сети структурного мониторинга работоспособности при гораздо меньших затратах на изготовление и ​​весе, чем при использовании обычных датчиков.

"Напыляемые нанокомпозитные датчики открыли путь для внедрения в место зондирования ультразвукового мониторинга состояния объекта, установив баланс между стоимостью зондирования, чувствительностью и количеством данных, получаемых датчиками", - утверждает профессор Су.

Низкая стоимость, малый вес

Инновационная технология поля зондирования включает в себя сенсорную сеть с несколькими напыленными нанокомпозитными датчиками и ультразвуковым генератором, чтобы активно определять состояние объекта, на который они фиксируются, быстро и точно показывать, есть ли какие-либо повреждения в структуре. Когда ультразвуковой генератор испускает управляемые ультразвуковые волны (GUW), датчики принимают и измеряют волны. Если в структуре присутствует повреждение, такое как трещина, распространение GUW будет зависеть от повреждения, приводящего к уникальным явлениям рассеяния волн, которые захватываются сетью датчиков. Основываясь на рассеянии волн, ущерб можно охарактеризовать количественно и качественно через систему «все-в-одном», разработанную командой.

По сравнению с обычными ультразвуковыми датчиками, стоимость которых превышает 10 долларов США и весит несколько граммов, это новое поколение нанокомпозитных датчиков стоит всего 0,5$ и весит 0,04 г каждый. Новые датчики генерируют больше информации для анализа, добавляя меньший вес к контролируемой структуре и отлично приспосабливаются к изогнутым поверхностям, что позволяет использовать широкий спектр практических инженерных приложений. Они также напыляются на поверхности движущейся структуры для передачи информации о работоспособности в режиме реального времени.

Широкий диапазон частот ответа

Датчик, разработанный командой, может измерять ультразвуковой сигнал от статического до величины в 900 кГц с ультранизкой интенсивностью. Приобретение рассеяния волн в ультразвуковом режиме позволяет обнаруживать трещины размером от 1 до 2 мм в большинстве строительных материалов. В то время как обычный ультразвуковой датчик может измерять более широкий диапазон ультразвуковых волн, по сравнению с разработанными командой, высокая стоимость и вес обычных датчиков делают применение массива датчиков недопустимым, уменьшая количество получаемых данных. В практических применениях существует множество ограничений в применении обычных ультразвуковых датчиков, особенно в аэрокосмических конструкциях.

Новая технология снижения затрат и повышения чувствительности

Сделанный из гибридного углерода, 2D графена, проводящих наночастиц и фторопласта поливинилиденфторида (PVDF), нанокомпозитный датчик может быть легко и гибко адаптирован к различным размерам в различных технических приложениях.

Секрет его высокой чувствительности к структурным изменениям заключается в оптимизированной наноструктуре гибрида, которая позволяет датчику обладать способностью идентифицировать кардинальные изменения в пьезорезистентности нанокомпозита. Чтобы измерить и проанализировать резкое изменение пьезорезистентности, профессор Су и его команда неоднократно тестировали весовое отношение нанонаполнителей для оптимизации проводимости нанокомпозита.

Каждый датчик подключается к сети через провод, напечатанный на корпусе. Анализируя и сравнивая электрические сигналы, преобразованные из электросопротивления, сеть может обнаруживать дефект структуры, а также преобразовывать сигналы в 3D-изображения.

Это новое исследование было недавно опубликовано в журналах высшего уровня авторитетности в этой области, включая Ultrasonics, Carbon, Smart Materials and Structures.

«Благодаря своему малому весу новые нанокомпозитные датчики могут быть применены в движущихся объектах, таких как поезда и самолеты, что поможет проложить путь для мониторинга этих объектов в реальном времени в будущем, повысить безопасность инженерных структур и модернизировать традиционные философии системного обслуживания», - сказал профессор Су.

 

Источник: ScienceDaily

 
Posted on 08 Jul 2017 by Olgerd
 
Powered by CuteNews
Мы в социальных сетях:
© 2009 - 2016. Все права защищены. Полное или частичное копирование материалов Ftorpolymer.ru допускается только по согласованию с администрацией сайта. Копирование материалов из раздела "Новости о фторопластах" разрешено при установки активной ссылки на Ftorpolymer.ru