X
تبلیغات
لوجند - ردیاب های غیر رادیو اکتیو

لوجند

 

اندازه گيري ضخامت توسط امواج ماوراء صوت

ضخامت سنج های ماوراء صوت ( Ultrasonic ) برای اندازه گیری ضخامت مواد از یك سمت آنها ، استفاده می شوند. اولین ضخامت سنج تجاری ، از اصول كاری ردیاب های صوتی  ( Sonar ) پیروی می كرد ، كه در سال 1940 معرفی شد . وسیله های كوچك قابل حمل كه تنوع در كاربرد داشتند از 1970 متداول شدند. اخیرا پیشرفت در تكنولوژی میكروپروسسورها منجر به مرحله جدیدی از عملكرد پیچیده و كاربرد آسان این وسیله ها شده است. كار تمامی سنجه های ماوراء صوت بر پایه اندازه گیری بازه زمانی عبور پالس های فركانس صوتی از میان ماده مورد آزمایش است . فركانس یا گام این پالس های صوتی فراتر از حد شنوایی انسان است ، به طور كلی یك تا بیست میلیون سیكل در ثانیه ، در مقابل برای گوش انسان حد ، بیست هزار است . این امواج فركانس بالا توسط وسیله ای تولید و دریافت می شوند كه مبدل ماوراء صوت نامیده می شود ؛ كه انرژی الكتریكی را به لرزش های مكانیكی تبدیل می كند و بلعكس ...

       امواج ماوراء صوت بكار رفته در آزمایشات صنعتی به خوبی نمی توانند از میان هوا عبور كنند ؛ به همین دلیل از یك جفت واسط مثل پروپیلن گلیكول ؛ گلیسرین ، آب یا نفت استفاده می شود  كه اغلب بین مبدل و قطعه قرار می گیرد. بیشتر سنجه های ماوراء صوت از روش " ضربه - انعكاس " برای اندازه گیری استفاده می كنند . امواج صوتی تولید شده توسط مبدل ، وارد قطعه شده  و از بخش دیگر منعكس می شوند و به مبدل بازمی گردند .  سنجه ، بازه زمانی بین پالس مرجع یا اولیه را با انعكاس آن با دقت اندازه گیری می كند. به طور نمونه این بازه زمانی تنها یك میلیونیم ثانیه است. اگر سنجه با سرعت صوت در آن نمونه برنامه ریزی شده باشد ، می توان ضخامت را بوسیله روابط ساده ریاضی از روی این بازه زمانی محاسبه كرد.

t = VT/2

ضخامت قطعه = t

سرعت صوت در آن ماده = V

زمان رفت و برگشت اندازه گیری شده = T

                        نكته مهم این است كه سرعت صوت در ماده مورد آزمایش یك بخش ضروری از این محاسبه است .در مواد متفاوت سرعت انتقال صوت نیز متفاوت است ، و سرعت صوت به طور قابل توجهی با دما تغییر خواهد كرد .  بنابر این ضروری است كه ابزار ماوراء صوت با توجه به سرعت صوت در ماده مورد آزمایش كالیبره شود و دقت اندازه گیری وابسته به این كالیبراسیون است .

                        حقیقتا هر ماده مهندسی را می توان بدین وسیله اندازه گیری كرد . ضخامت سنج ماوراء صوت را می توان طوری تنظیم كرد كه بتوان فلزات ، پلاستیك ، سرامیك ها ، كامپوزیت ها ، اپوكسی ها و شیشه را اندازه گیری كند. همچنین نمونه های بیولوژیك و مایع را نیز میتوان اندازه گیری كرد . موادی كه برای سنجه های متداول ، مناسب نیستند شامل چوب ، كاغذ ، بتن و فوم است . اندازه گیری  آنلاین یا همزمان پلاستیك های اكسترود شده  یا فلزات نورد شده ، همچنین اندازه گیری لایه ها یا پوشش در مواد چند لایه نیز ممكن است.

                        یك ضخامت سنج ماوراء صوت  عموما شامل یك مدار گیرنده و فرستنده ، كنترل كننده و زمان سنج منطقی ، مدار محاسباتی ، مدار نمایش گر و یك تامین كننده نیرو است. پالسر،  تحت كنترل یك میكروپروسسور، یك پالس محرك را به مبدل می فرستد . پالس ماوراء صوت بوسیله مبدل كه به نمونه تست متصل شده ، تولید می شود. انعكاس ها از انتها یا داخل سطح نمونه بوسیله مبدل دریافت و به سیگنال های الكتریكی تبدیل می شوند  . و یك آمپلیفایر دریافت كننده را تغذیه می كنند برای آنالیز كردن. میكرو پروسسور كنترل كننده و مدارهای زمان سنج منطقی پالس را منطبق كرده و و سیگنال های انعكاسی مناسب را برای اندازه گیری بازه زمانی انتخاب می كنند . وقتی كه انعكاس ها دریافت می شوند ، مدار زمان سنجی ، یك بازه برابر با رفت و برگشت پالس صوتی در نمونه تست را بدقت اندازه خواهد گرفت . اغلب این پروسه چندین بار تكرار شده تا یك مقدار متوسط و پایدار بدست آید.

                        سپس میكروپروسسور این بازه زمانی را همراه  با سرعت صوت و داده های ذخیره شده در حافظه دستگاه بكار می برد تا ضخامت را اندازه گیری كند.  این ضخامت سپس نمایش داده شده و به طور متناوب آپدیت می شود . ضخامت خوانده شده همچنین ممكن است در حافظه بیرونی ذخیره شود یا به پرینتر انتقال پیدا كند . اغلب ضخامت سنج های ماوراء صوت یكی از چهار نوع زیر هستند : مبدل - تماسی ، خط تاخیری ؛ شناور و دوجزئی ؛ كه هركدام مزایا و معایب خود را دارند .

مبل تماسی :

ضخامت سنج هایی كه از مبدل با تماس مستقیم استفاده می كنند به طور كلی در اجرا ساده هستند و به طور گسترده ای در اندازه گیری های صنعتی بكار می روند .بازه های زمانی عبارت اند از پالس های القایی اولیه تا اولین انعكاس منهای فاكتور تصحیح كننده ای كه حساب ضخامت از سطح ابزار مبدل را دارد و لایه كوپل شده ، همچنین تاخیر الكتریكی در ابزار سنجش . به طور ضمنی مبدل تماسی بكار گرفته می شود در تماس مستقیم با قطعه مورد تست .مبدل های تماسی برای كاربرد های سنجش بجز موارد زیر توصیه می شوند .

مبدل خط تاخیری:

مبدل های خط تاخیری از یك سیلندر پلاستیك ، اپوكسی یا سیلیكا جوش خورده تشكیل شده اند و به عنوان خط تاخیری بین جزء مبدل و قطعه كار شناخته می شوند .یك دلیل عمده برای استفاده از مبدل خط تاخیری جدا كردن انعكاس ها از پالس های محرك در ماده نازك مورد اندازه گیری هست . به عنوان یك موج بر ، خط تاخیری همچنین می تواند امواج را به قطعه ای كه بسیار داغ است بفرستد تا اندازه گیری بوسیله مبدل تماسی حساس به گرما انجام شود . خط تاخیری را می توان طوری شكل داد كه به راحتی با سطوح منحنی و فضاهای محدود كوپل شود . زمان بندی انعكاس ها در كاربردهای خط تاخیری ممكن است یكی ازاین دوحالت باشد .انتهای خط تاخیری به ابتدای انعكاس دیواره پشتی یا بین انعكاس های موفق دیواره . این نوع زمان سنجی دقت اندازه گیری مواد نازك را بهبود می بخشد و یا دقت اندازه گیری بیشتر از روش تماسی برای كاربردهای ویژه است .

مبدل شناور :

مبدل های شناور یك ستون آب را برای انتقال انرژی صوتی به داخل قطعه بكار می برند . آنها را می توان بكار برد برای اندازه گیری آنلاین تولیدات متحرك ، برای اسكن و یا اندازه گیری چرخشی ، یا بهینه سازی در شعاع های تیز  و شیارها . نوع زمان سنجی مشابه نوع تاخیر خطی است .

مبدل دو جزئی  :

مبدل های دو جزئی اصولا برای اندازه گیری سطوح زبر و خشن مورد استفاده قرار می گیرند .در آنها مبدل فرستنده و گیرنده جدا از هم هستند كه هر دو روی یك خط تاخیری سوار شده اند در یك زاویه متغییر برای تمركز انرژی یك فاصله انتخاب شده در زیر سطح قطعه . همچنین دقت عمل این نوع كمتر از انواع دیگر است .  آنها فقط برای كاربردهای زبر و خشن طراحی شده اند.

1.      ساخت سنسور ردیاب نشتی گاز طبیعی قابل حمل با دست، با قابلیت نشت یابی از راه دور (RMLD) :

هدف از این ایده و پیگیری ساخت این نوع ردیاب، افزایش توانمندی تکنولوژی ردیابهای سبک وزن است که قادر است نشتی گاز طبیعی را از نشتی سایر هیدروکربنها تشخیص داده، عمل نشت یابی را از فاصله دور انجام دهد و حجم نسبی گاز نشت شده را به صورت اعداد کمی نشان دهد.

عملکرد دستگاه به صورتی است که کارایی دستگاه ردیاب را در محیطهای آلوده میسر کرده است بدون اینکه برای تکنسین نشت یاب خطری ایجاد کن د.

مکانیسم عملکرد دستگاه بدین صورت است که اشعه لیزری مادون قرمز (Infrared laser beam)  بسمت محیط آلوده و یا محیط مشکوک به آلودگی مانند سطح جاده یا دیوار ساختمان، تابانده می شود سنسوری میزان نور لیزر برگشتی از روی مانع سخت (دیوار ساختمان یا سطح جاده) را جمع آوری کرده و پس از پردازش آن، مقدار گاز متان موجود در مسیر تابش نور لیزر را اعلام می کند.

 

از دیگر مزایای این نشت یاب گاز طبیعی نسبت به سایر دستگاه های نشت یاب، قدرت نشت یابی گاز طبیعی از فاصله 100 فوتی از محل نشتی است که به نشت یاب گاز طبیعی از راه دور (RMLD) معروف شده است. این سیستم به نشتی های جزئی در حد چند ppm هم حساس است و قادر است سریعاً نشتی گاز طبیعی را به میزان 50 لیتر در ساعت ردیابی کند. قیمت تمام شده ساخت این دستگاه حدود ده هزار دلار است.

 

 

ـ طراحی و ساخت سیستم پیشرفته هوایی ردیابی نشتی گاز طبیعی خطوط لوله :

    سرویس های نشت یابی رایج در صنعت گاز، این فرآیند را برای کارکنان نشت یاب بسیار مشکل نموده است چرا که بایستی بر روی مسیر خط لوله بصورت پیاده و با سرعت کم عمل نشت یابی را انجام دهند. روشهای متداول نشت یابی، علاوه بر کند بودن فرآیند، پر هزینه بوده و مجزا از خطای آلارم نیست. اخیراً سیستمهای نوری نشت یابی ساخته شده است که قابلیت نصب بر روی کامیون را دارد. اما هنوز دارای محدودیتهایی چون، مشکل راندن کامیون در زمینهای غیرهموار و دامنه پوششی کم سنسور ردیاب است که محدودیت سرعت در هنگام حرکت و نشت یابی هم بدان اضافه می شود.

شرکت Eeastman Kodak با طراحی و ساخت سیستم پیشرفته و نصب آن بر روی هواپیما، قابلیت نشت یابی خطوط لوله را با سرعت بالا و دقت بسیار زیاد در حد ردیابی نشتیهای با غلظات کم در زمینهای مختلف و شرایط متنوع آب و هوایی و در طول مدت شبانه روز ، ممکن نموده است.

     مکانیسم عملکرد ردیابی در این سیستم بدین صورت است که نور لیزر با دو پالس مختلف و طول موج مختلف، از هواپیما بسمت زمین تابانده می شود و سپس این دو موج از سطح زمین منعکس شده، توسط سنسور موجود در هواپیما، ردگیری و جذب می شود. یک پالس لیزر که پالس on-line نامیده می شود به گونه ای است که قابلیت جذب توسط گاز طبیعی را داراست و پالس دیگر لیزر که    off – line است ، قابلیت جذب توسط گاز طبیعی را نداشته و پس از برخورد به سطح زمین، منعکس می شود. تفاوت انرژی بین این دو پالس برگشتی، محاسبه مقدار گاز ردگیری شده را در حد چند ppm مقدور می سازد.

    این سیستم طوری طراحی و ساخته شده است که قابلیت عمل در یک هواپیمای fixed-wing  در ارتفاع 1800 فوتی و با سرعت هوایی 130 گره (208 کیلومتر بر ساعت) را داراست. عملیات اجرایی این طرح در قالب یک پروژه تحقیقاتی در تاریخ 31 دسامبر 2004 میلادی به پایان رسید.

 

3-  سیستم ردیابی لوله های پلاستیکی مدفون در زیر خاک بکمک تکنولوژی (CT) " capacitive tomography " :

  تمام صنایع فعال تاسیساتی، علاقه شدیدی به تهیه نقشه تاسیسات مدفون در زیر خاک از قبیل لوله های فولادی، سرامیکی و پلاستیکی را قبل از شروع حفاری، از خود نشان می دهند که این مهم، از جهت هزینه بر بودن خطرات برخورد با تاسیسات موجود در زیر زمین برای حفاران است.

سیستم قبلی ردیاب لوله های پلی اتیلن با مکانیسمGPR (Ground penetrating radar)   با وجود کم حجم بودن و ارزان بودن سنسور ردیاب آن، محدودیت فعالیت در خاکهای مرطوب و یا حاوی مواد معدنی را داراست و در زمین های عادی هم بایستی یک اپراتور با سطح آموزش خیلی بالا به خدمت گرفته شود تا تحت هر شرایط بتواند مفسر نتایج دستگاه GPR باشد.

سیستم ردیاب CT، از چندین الکترود تخت تشکیل شده است که بطور منظم کنار هم قرار گرفته اند. وضوح تصویر بدست آمده از تاسیسات زیر زمینی بستگی به تعداد و مساحت سطحی این الکترودها دارد.

       

یک سیگنال به داخل خاک تزریق می شود که محدوده فرکانسی آن بین 200KHZ , 100 KHZ است. مقاومت موجود بین الکترودهای مجاور، باعث بوجود آمدن داده های تصویری می شود. یک بسته نرم افزاری و الکترونیکی کار تقویت کردن و اسکن سیگنالهای واصله به الکترودها را بر عهده دارد.

سپس سیگنالهای سنسور بر روی یک کامپیوتر شخصی جمع آوری و پردازش می شوند. این سیستم ردیاب با دارا بودن چهار برد مدار چاپی با مساحت 24 اینچ مربع که بعنوان حسگر عمل می کنند و کنار هم قرار می گیرند قادر است یک لوله پلاستیکی با قطر 4 اینچ را در عمق 4 فوتی زیر خاک ردیابی کند. بکمک حسگر 16 المنتی، لوله پلی اتیلن تا عمق 5 فوتی ، زیر زمین مرطوب قابل ردیابی است که یک تصویر ساده از تاسیسات زیر زمینی بکمک آن قابل ترسیم است.

تصویر برداری از تاسیسات زیر زمینی بکمک سیستم CT دارای سه امتیاز بارز نسبت به سیستم ردیابی GPR است :

 

1.      سیستم ردیابی CT محدودیتهای عملکردی GPR را در زمین های مرطوب ندارد.

2.      تجهیزات الکترونیکی سیستم CT ارزانتر از GPR است.

3.   تصویر بدست آمده از سیستم ردیاب CT سادگی قابلیت تفسیر دارد و مانند تصویرهای حاصل از ردیابی GPR نیازمند بکارگیری کاربر آموزش دیده در سطح بالا نیست.

 اوري نانو امكان توليد فراورده هايي با كيفيت بالا، هزينه كم و سرعت زياد را فراهم كرده است. دانشمندان معتقدند فناوري نانو مي تواند انقلابي عظيم را در زمينه توليد محصولات غذايي و كشاورزي ايجاد نمايد.

  نانو ردیاب ها:

           يكي اززمينه هاي مهم كاربرد فناوري نانو در كشاورزي و محيط زيست رديابي وحذف يا پاكسازي آلاينده هاي شيميايي موجود در منابع آب، خاك و هوا مي باشد. آب هاي جاري و زير زميني منبع تامين آب آشاميدني ميليون ها انسان در سراسر دنيا است. در نظام هاي كشاورزي منابع آب و خاك در ارتباط با هم هستند و روي يكديگر تاثر متقابل مي گذارند و بدين ترتيب آلودگي هاي آنها در ارتباط با هم مي باشد. رديابي و حذف آلايمده هاي مختل از جمله سموم شيميايي و يا تبديل آنها به موادي كه سميت خطر كمتري دارند، با استفاده از فناروي نانو مير شده است. به عنوان مثال مي توان از نانو پودرهاي آهن براي پاكسازي خاك و آب هاي زير زميني از انواع آلاينده هاي شيمياي استفاده نمود. اين نانو ذرات به عنوان كاتاليزور باعث تسريع فرايند اكسيداسيون شده و باعث مي شوند آلاينده هاي آلي مانند سموم شيميايي به تركيبات كربني كوچكتري شكسته شوند كه سميت كمتري دارند. حذف ساير الاينده هاي شيميايي مانند تركيبات ارسنتيكي از آب هاي زير زميني توسط نانو ذرات اكسيد اهن ميسر شده است. علاوه بر اين فناوري نانو مي تواند براي حذف آلاينده هاي ميكروبي از آب اتساده شود. به عنوان مقال نانو فيبرهاي اكسيد آلومينيم براي حاف ويروس ها، باكتري ها و كيست آغازيان از آب ساخته شده است. پروژه هاي مشابهي درخصوص رديابي و حذف آلاينده هاي ميكروبي و شيميايي از منابع آب، خاك و هوا در مراكز فناوري نانو در كشورهاي مختلف دنيا در دست انجام مي باشد، كه نشان دهنده قابليت هاي مطلوب فناوري نانو در اين عرصه مي باشد.

    استفاده از نانو ذرات در MRI
    ايران نانو: دكتر كارن وولي و همكارانش در دانشگاه واشنگتن با استفاده از ذرات نانومتري، كيفيت تصاوير MRI را به شدت افزايش داده اند. آنها با تركيبات سمي گادولينيوم، ذرات نانومتري ساخته اند كه سيگنال هاي
    تصوير برداري تشديد مغناطيسي (MRI) را افزايش مي دهد. اين نانو ذرات با خودآرايي (Self-assembility) دو نوع ملكول پليمري در يك ظرف آب، تشكيل مي شوند. پس از تركيب اين ملكولها، اجزاي سازنده نانو ذرات، به وسيله يك واكنش شيميايي ساده به هم متصل شده و يك ساختار پايدار به وجود مي آورند. مطالعات نشان مي دهد نانو ذرات بدست آمده، در نهايت غيرسمي هستند و آسيبي به بدن نمي رسانند.
    پژوهشگران روش هاي مختلف نشانه گذاري نانوذرات را با يون هاي گادولينيوم مطالعه كردند. به علت سمي بودن گادولينيوم، اين نانو ذرات در تمام شرايط فيزيولوژيكي بدن، نبايد اين يونها را رها كنند. آنها براي اولين بار يون هاي گادولينيوم را به مولكولي به نام DPTA متصل كردند. اين مولكول ها مي توانند در مرحله بعد به تعداد زيادي نانو ذره متصل شوند. نتايج نشان مي دهد نانو ذرات حاوي گادولينيوم سيگنال MRI را بسيار بيشتر از عامل هاي گادولينيومي كنوني، افزايش مي دهند.

+ نوشته شده در  چهارشنبه بیست و نهم مهر 1388ساعت 12:42  توسط علی رضایی  |