新一代磁致伸缩传感器：显著改善结构健康检测！
导读
近日，美国西南研究院研发出具有专利权的、更加强大的新一代磁致伸缩传感器。它能经受住极端的温度，自动调整频率，包含了更加强大的磁体，可以更精准地检测石油、天然气和化学工业的金属与非金属结构，例如管道、存储罐、锚杆中的潜在问题。
背景
今年春天，笔者为大家介绍过用超声波结构缺陷的方法。这种方法利用材料及其缺陷的声学性能差异，通过超声波传播波形反射情况和穿透时间的能量变化，来检验材料内部缺陷。
下图中：工地上，技术员正用超声波相控阵设备，测试管道焊接点的缺损。该检测装置由带有磁轮的框架组成，通过弹簧让探头与管道发生接触。潮湿的区域是超声波耦合剂，它让声波可以穿透管道墙。
（图片来源：维基百科）
同时，笔者还介绍了一种克服了目前超声波设备缺点的创新设备，它能应用于并非完全平坦表面的物体。该设备就是美国加州大学圣迭戈分校开发的一种柔性贴片。它可以使得在各种异形结构（例如发动机零件、涡轮机、反应器弯管和铁轨）中，进行超声波成像变得更容易。这种超声波贴片是一种便捷的多功能工具，可用于检查机器部件和建筑构件的深层缺陷和损坏。
（图片来源：加州大学圣迭戈分校）
柔性超声波换能器阵列设计原理图（图片来源：参考资料【2】）
创新
今天，笔者要再为大家介绍一项用于检测结构缺陷的新技术，这一次并不是基于超声波。
近日，美国西南研究院（SwRI）研发出具有专利权的、更加强大的新一代磁致伸缩传感器。它可以经受住极端的温度，自动调整频率，而且包含了更加强大的磁体。这种小巧的磁致伸缩换能器（MsT?），能更精准地检测石油、天然气和化学工业的金属与非金属结构，例如管道、存储罐、锚杆中的潜在问题。
（图片来源：SwRI）
技术
这种环形、硬壳的 MsT 传感器夹在管道和其他结构的周围，工作范围是从半英寸到70英寸的圆周。它能检测材料缺陷、腐蚀以及有产生裂缝与泄漏风险的区域。在仅为1.1英寸的宽度上，MsT 采用了较少的剪切波耦合剂（一种帮助能量传输的胶），并且干耦合（意味着没有使用耦合剂）时所需的夹紧力较少。
（图片来源：SwRI）
MsT 传感器能永久地安装在结构上，提供持续监测。一个由电池供电的集线器，采集并无线传输来自传感器的数据，且一次可连接多个传感器。这个集线器可以通过编程自动改变传感器的频率，来满足工业安全标准，即采用至少两个频率测试一种结构。
高温加速了金属结构中的腐蚀。为此，MsT 设计得可承受住500摄氏度的高温。它可以安装在极热的结构上来检测缺陷，也可以接受住显著低于冰点的低温。
此外，该传感器可以分段地扫描一个结构，提供更彻底全面的检查。通过轻轻地拨动内置按钮，MsT 更轻易地完成从横向导波转化为纵向导波的耗时任务，纵波更适合埋设的管道，而横波更适合检测充满液体的结构。
价值
SwRI 主管工程师、传感器改进计划的领导者 Sergey Vinogradov 博士表示：“MsT 系统提供了更高水平的信号强度。这项用户友好的技术更精准地定位结构问题。这是一种非常可靠、尖端、持久的传感器，你几乎能在任何地方安装它，从海底到空地。”
他还表示：“MsT 小巧且易于安装，也更加便捷。通过这种经过改善的传感器，操作员无需改变硬件去改变频率。而且这个功能是自动的，从而可以减少人工操作的失误。当每天需要将传感器安装在多个、难以安装的地点时，这个功能显得特别有用。”
关键字
磁、传感器、结构检测
参考资料
【1】https://www.swri.org/press-release/swri-magnetostrictive-transducer-nondestructive-evaluation-nde
【2】Hongjie Hu, Xuan Zhu, Chonghe Wang, Lin Zhang, Xiaoshi Li, Seunghyun Lee, Zhenlong Huang, Ruimin Chen, Zeyu Chen, Chunfeng Wang, Yue Gu, Yimu Chen, Yusheng Lei, Tianjiao Zhang, NamHeon Kim, Yuxuan Guo, Yue Teng, Wenbo Zhou, Yang Li, Akihiro Nomoto, Simone Sternini, Qifa Zhou, Matt Pharr, Francesco Lanza di Scalea, Sheng Xu. Stretchable ultrasonic transducer arrays for three-dimensional imaging on complex surfaces. Science Advances, 2018; DOI: 10.1126/sciadv.aar3979
了解更多前沿技术，请点击“阅读原文”。
