Imagerie 3D haute résolution résultant d'une fissuration par corrosion sous contrainte ramifiée. Crédit :Yoshikazu Ohara, Université du Tohoku
Un nouveau système, développé par des chercheurs de l'Université de Tohoku au Japon en collaboration avec le Laboratoire national de Los Alamos aux États-Unis, prend des images 3D qui peuvent détecter les défauts dans les structures métalliques. L'approche a été publiée dans la revue Lettres de physique appliquée et pourrait améliorer la sécurité dans les centrales électriques et les avions.
Yoshikazu Ohara et ses collègues de l'Université de Tohoku utilisent des techniques non destructives pour étudier les structures, et voulait trouver un moyen de produire des images 3D de défauts structurels. Ils ont développé une nouvelle technologie, appelé système piézoélectrique et à ultrasons laser (PLUS), qui combine les points forts de deux appareils différents pour produire des images 3D haute résolution des défauts dans les structures métalliques
"Nous pensons que PLUS ouvrira la voie à une évaluation précise de la résistance des matériaux, l'identification des défauts, et découvrir comment les défauts ont commencé à se former, " dit Ohara.
Les « réseaux phasés à ultrasons » actuellement disponibles sont un outil puissant pour l'imagerie des défauts internes des solides, mais seulement en deux dimensions. Ces dispositifs sont constitués d'un transducteur monodimensionnel piézoélectrique avec un nombre limité d'éléments individuels - jusqu'à 128. Les impulsions électriques dans les éléments piézoélectriques sont converties en une vibration mécanique qui émet des ondes ultrasonores dans le matériau à l'étude. Les ondes ultrasonores sont réfléchies par les défauts internes et converties en signaux électriques pouvant être traduits en une image 2D.
Une illustration schématique du système d'imagerie par ultrasons 3D haute résolution (PLUS). Crédit :Yoshikazu Ohara, Université du Tohoku
En PLUS, les ondes générées dans un matériau à partir d'un transducteur piézoélectrique à un seul élément sont reçues par un vibromètre laser Doppler, qui se déplace autour de la surface du matériau pour obtenir un bon scan 2D de la zone. À la suite de ce processus, il reçoit les ondes diffusées et réfléchies en un nombre de "points" beaucoup plus important que ceux qui peuvent être reçus par un transducteur à réseau piézoélectrique. Les informations reçues par le vibromètre laser Doppler sont transmises par un oscilloscope à un ordinateur, où il est traité par un algorithme d'imagerie et converti en une image 3-D.
"Les réseaux phasés à ultrasons, qui sont à la pointe de l'inspection par ultrasons, ne peuvent fournir que des images 2D en raison de leur nombre limité d'éléments, ", explique Ohara. "PLUS permet d'avoir des milliers d'éléments en incorporant le balayage 2D d'un vibromètre laser Doppler à la place d'un transducteur à matrice piézoélectrique."
Bien que testé uniquement sur les défauts des matériaux métalliques, Ohara dit que leur technologie peut être appliquée à d'autres matériaux, y compris le béton et la roche, simplement en remplaçant l'émetteur multiéléments par un autre qui émet une gamme différente de fréquences ultrasonores.
Un inconvénient est la longue durée d'acquisition et de traitement des données, ce qui prend plusieurs heures. Cependant, cela peut être raccourci en adoptant un convertisseur analogique-numérique à grande vitesse à la place de l'oscilloscope, à l'aide d'un vibromètre laser Doppler plus sensible, utilisant différents algorithmes d'imagerie, et l'utilisation d'une unité de traitement graphique.
