La evaluación no destructiva de terahercios se refiere a dispositivos y técnicas de análisis que se producen en el dominio de terahercios de la radiación electromagnética . Estos dispositivos y técnicas evalúan las propiedades de un material, componente o sistema sin causar daño. [1]
Imágenes de terahercios
Las imágenes de terahercios son una técnica de evaluación no destructiva (NDE) emergente y significativa utilizada para el análisis de materiales dieléctricos (no conductores, es decir, un aislante ) y el control de calidad en las industrias farmacéutica, biomédica , de seguridad, caracterización de materiales y aeroespacial . [3] Ha demostrado ser eficaz en la inspección de capas en pinturas y recubrimientos, [4] detectando defectos estructurales en materiales cerámicos y compuestos [5] e imaginando la estructura física de pinturas [6] y manuscritos. [7] [8] El uso de ondas THz para evaluación no destructiva permite la inspección de estructuras de múltiples capas y puede identificar anomalías de inclusiones de material extraño, desprendimiento y delaminación, daño por impacto mecánico, daño por calor y agua o fluido hidráulico. [9] Este nuevo método puede desempeñar un papel importante en una serie de industrias para aplicaciones de caracterización de materiales donde el mapeo de espesor de precisión (para asegurar tolerancias dimensionales del producto dentro del producto y de producto a producto) y el mapeo de densidad (para asegurar la calidad del producto dentro del producto). y de producto a producto) son obligatorios. [10]
Evaluación no destructiva
Los sensores e instrumentos se emplean en el rango de 0,1 a 10 THz para la evaluación no destructiva , que incluye la detección. [10] [11]
Generador de imágenes de espesor de densidad de terahercios
El generador de imágenes de espesor de densidad de terahercios es un método de inspección no destructivo que emplea energía de terahercios para el mapeo de densidad y espesor en materiales dieléctricos , cerámicos y compuestos . Este método de medición e imagen electromagnética de terahercios de un solo lado y sin contacto caracteriza la microestructura y la variación de espesor en materiales dieléctricos ( aislantes ). Este método se demostró para el aislamiento de espuma rociado del tanque externo del transbordador espacial y se ha diseñado para su uso como método de inspección para los sistemas de protección térmica actuales y futuros de la NASA y otras aplicaciones de inspección de material dieléctrico donde no se puede hacer contacto con la muestra debido a fragilidad y no es práctico utilizar métodos ultrasónicos . [10]
Espectroscopia rotacional
La espectroscopia rotacional utiliza radiación electromagnética en el rango de frecuencia de 0,1 a 4 terahercios (THz). Este rango incluye longitudes de onda de rango milimétrico y es particularmente sensible a las moléculas químicas. La absorción de THz resultante produce un patrón espectral único y reproducible que identifica el material. La espectroscopia THz puede detectar trazas de explosivos en menos de un segundo. Dado que los explosivos emiten continuamente trazas de vapor, debería ser posible utilizar estos métodos para detectar explosivos ocultos a distancia. [11]
Radar de ondas THz
El radar de ondas THz puede detectar fugas de gas, sustancias químicas y materiales nucleares. En las pruebas de campo, el radar de ondas THz detectó sustancias químicas al nivel de 10 ppm desde 60 metros de distancia. Este método se puede utilizar en una línea de cerca o en un sistema montado en un avión que funcione de día o de noche en cualquier clima. Puede localizar y rastrear columnas químicas y radiactivas. El radar de ondas THz que puede detectar columnas radiactivas de plantas nucleares ha detectado columnas a varios kilómetros de distancia basándose en los efectos de ionización inducidos por la radiación en el aire. [11]
Tomografía THz
Las técnicas de tomografía THz son métodos no destructivos que pueden utilizar fuentes de haz pulsado THz o de rango milimétrico para localizar objetos en 3D. [12] Estas técnicas incluyen tomografía, tomosíntesis, radar de apertura sintética y tiempo de vuelo. Estas técnicas pueden resolver detalles en escalas de menos de un milímetro en objetos que tienen un tamaño de varias decenas de centímetros.
Técnicas de imágenes pasivas / activas
Actualmente, la generación de imágenes de seguridad se realiza mediante métodos activos y pasivos. Los sistemas activos iluminan al sujeto con radiación THz, mientras que los sistemas pasivos simplemente ven la radiación natural del sujeto.
Evidentemente, los sistemas pasivos son intrínsecamente seguros, mientras que se puede argumentar que cualquier forma de "irradiación" de una persona es indeseable. Sin embargo, en términos técnicos y científicos, los esquemas de iluminación activa son seguros de acuerdo con toda la legislación y las normas vigentes.
El propósito de usar fuentes de iluminación activa es principalmente mejorar la relación señal / ruido. Esto es análogo a usar un flash en una cámara de luz óptica estándar cuando el nivel de iluminación ambiental es demasiado bajo.
Por motivos de seguridad, las frecuencias de funcionamiento se encuentran normalmente en el rango de 0,1 THz a 0,8 THz (100 GHz a 800 GHz). En este rango, la piel no es transparente, por lo que los sistemas de imágenes pueden mirar a través de la ropa y el cabello, pero no dentro del cuerpo. Existen problemas de privacidad asociados con tales actividades, especialmente en lo que respecta a los sistemas activos, ya que los sistemas activos, con sus imágenes de mayor calidad, pueden mostrar características anatómicas muy detalladas.
Los sistemas activos como L3 Provision y Smiths eqo son en realidad sistemas de imágenes de ondas milimétricas en lugar de sistemas de imágenes de Terahercios como los sistemas Millitech. Estos sistemas ampliamente implementados no muestran imágenes, lo que evita problemas de privacidad. En su lugar, muestran contornos genéricos de "maniquí" con las regiones anómalas resaltadas.
Dado que el control de seguridad busca imágenes anómalas, aparecerán elementos como piernas postizas, brazos postizos, bolsas de colostomía, urinarios para el cuerpo, bombas de insulina para el cuerpo y aumentos de senos externos. Tenga en cuenta que los implantes mamarios, que están debajo de la piel, no se revelarán.
Se pueden utilizar técnicas de formación de imágenes activas para realizar imágenes médicas. Debido a que la radiación de THz es biológicamente segura (no ionizante), se puede utilizar en imágenes de alta resolución para detectar cáncer de piel. [11]
Inspecciones del transbordador espacial
Las inspecciones del transbordador espacial de la NASA son un ejemplo de la aplicación de esta tecnología.
Después del accidente de Shuttle Columbia en 2003, la recomendación R3.2.1 de la Junta de Investigación de Accidentes de Columbia declaró "Iniciar un programa agresivo para eliminar todos los desechos del Sistema de Protección Térmica de Tanques Externos en la fuente ..." Para respaldar esta recomendación, la NASA está evaluando, desarrollando y refinando métodos de inspección para detectar fallas en la espuma. [1] [10] [11]
STS-114 empleado del transbordador espacial Descubrimiento , y fue la primera "vuelta al vuelo" del transbordador espacial misión siguiendo el transbordador espacial Columbia desastre . Se lanzó a las 10:39 EDT del 26 de julio de 2005. Durante el vuelo STS-114 se observó un desprendimiento significativo de espuma . Por lo tanto, la capacidad de detectar y caracterizar de manera no destructiva la espuma aplastada después de ese vuelo se convirtió en una prioridad significativa cuando se creía que el personal que procesaba el tanque había aplastado la espuma al caminar sobre él o por daños por granizo cuando el transbordador estaba en la plataforma de lanzamiento o durante otras actividades. preparativos para el lanzamiento.
Además, las variaciones de densidad en la espuma también fueron puntos potenciales de iniciación de fallas que provocaron el desprendimiento de la espuma. La innovación descrita a continuación respondió al llamado para desarrollar un método no destructivo, totalmente sin contacto y sin acoplamiento de líquidos que pudiera caracterizar de manera simultánea y precisa la variación de espesor (de espuma triturada debido a la manipulación del trabajador y daños por granizo) y la variación de densidad en materiales de espuma. Era fundamental tener un método que no requiriera un acoplamiento de fluido (agua); es decir; Los métodos de prueba ultrasónicos requieren acoplamiento de agua.
Hay millones de dólares en equipos ultrasónicos en el campo y en el mercado que se utilizan como medidores de espesor y densímetros . Cuando la evaluación no destructiva de terahercios se comercialice completamente en una forma más portátil y se vuelva menos costosa, podrá reemplazar los instrumentos ultrasónicos por materiales estructurales de plástico , cerámica y espuma . Los nuevos instrumentos no requerirán acoplamiento líquido, lo que aumentará su utilidad en aplicaciones de campo y posiblemente para aplicaciones in situ de alta temperatura donde el acoplamiento líquido no es posible. Con esta tecnología se puede desarrollar un nuevo segmento de mercado potencial. [10] [11]
Ver también
- Pruebas destructivas
- Inspección
- Pruebas de mantenimiento
- Certificación de producto
- Control de calidad
- Inspección basada en riesgos
- Analisis fallido
- Ingenieria forense
- Ciencia de los Materiales
- Mantenimiento predictivo
- Ingeniería de confiabilidad
- Pruebas de estrés
- Radiación de terahercios
- Metamateriales de terahercios
Referencias
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Otras lecturas
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- En esta página, consulte también las secciones siguientes para el uso del dominio de Terahercios: Propiedades de materiales / cristales moleculares orgánicos pequeños (vidrios, etc.), Comprensión de los modos de vibración en frecuencias de Terahercios, Aplicaciones del láser de cascada cuántica, Implementación de nuevos paradigmas de detección y Dinámica en Biomoléculas .
- Stoik, Christopher; Bohn, Matthew; Blackshire, James (2010). "Evaluación no destructiva de materiales compuestos de aeronaves mediante espectroscopia reflectante en el dominio del tiempo de terahercios" . NDT & E International . 43 (2): 106-115. doi : 10.1016 / j.ndteint.2009.09.005 .
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