文 | 番茄歷史匯
編輯 | 番茄歷史匯
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1000°C下的秘密：光纖超聲如何揭開材料的「隱形」損傷？
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想象一下 ，熾熱的熔爐熊熊燃燒，鋼鐵在其中翻滾，溫度計上的數碼不斷攀升，最終停留在驚人的1000°C， 這是許多工業場景的日常 ，從航空發動機到核電站，高溫是材料效能的試金石，也是安全隱患的潛伏地，在肉眼無法企及的微觀世界裏， 高溫正悄然改變著材料的內部結構 ，裂紋、疲勞、腐蝕等損傷如同潛伏的幽靈，威脅著器材的穩定執行，甚至可能引發災難性的後果
傳統的損傷檢測技術在常溫下或許遊刃有余，但在極端高溫環境下卻顯得力不從心， 就像醫生無法用聽診器診斷高速運轉的發動機 ， 傳統的超聲波、X射線等檢測手段在高溫下會受到嚴重幹擾 ，甚至完全失效，如何穿透高溫的「迷霧」， 洞察材料內部的「隱形」損傷 ，成為擺在科學家和工程師面前的一道難題
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幸運的是 ，一種名為「光纖超聲」的技術橫空出世，為高溫環境下的損傷檢測帶來了革命性的突破， 它就像一雙「千裏眼」 ，能夠穿透高溫的「迷霧」， 精準地捕捉到材料內部的微小損傷 ，為工業生產的安全保駕護航
烈焰考驗：傳統技術的「致命弱點」
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在常溫環境下，傳統的無失真檢測技術， 如X射線、超聲波、渦流檢測等 ， 在材料缺陷檢測方面發揮著重要作用 ， 當溫度計的指標指向1000°C ，這些曾經的「利器」卻紛紛敗下陣來
X射線檢測 ， 就像給人體拍片一樣 ，利用射線穿透物體成像，能夠清晰地顯示出內部結構，高溫會改變材料的密度和晶體結構， 導致X射線影像模糊不清 ，難以辨識微小的缺陷，高溫環境下X射線的散射和吸收也會增強，進一步降低了檢測的精度
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超聲波檢測，則是利用超聲波在材料中的傳播和反射來探測缺陷， 高溫會加速超聲波的衰減 ， 同時還會改變材料的聲學特性 ， 導致檢測訊號失真 ，難以準確判斷缺陷的位置和大小
渦流檢測 ，利用電磁感應原理， 透過檢測被測物體表面和近表面的缺陷 ，但高溫會改變材料的電導率和磁導率， 嚴重影響渦流檢測的靈敏度和準確性
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面對高溫的「烤」驗 ，傳統無失真檢測技術如同陷入泥潭， 舉步維艱 ，尋找一種能夠在高溫下穩定工作、精準檢測的全新技術， 成為工業界迫切的需求
光纖超聲：探測材料內部的「隱形」損傷
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光纖超聲技術，顧名思義， 就是將光纖技術和超聲波技術相結合 ， 利用光纖傳輸光訊號 ， 激發和接收超聲波 ，從而實作對材料內部缺陷的檢測
這項技術的核心在於一種特殊的傳感器——光纖傳感器 ，與傳統的壓電傳感器不同， 光纖傳感器不受電磁幹擾 ，耐高溫、耐腐蝕， 能夠在1000°C甚至更高的溫度下穩定工作
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光纖超聲檢測的過程可以簡單概括為：透過激光脈沖在光纖中激發出超聲波；然後 ，超聲波在材料中傳播， 遇到缺陷時會發生反射和散射；光纖傳感器接收到這些反射和散射回來的超聲波 ，並將其轉換為光訊號， 傳輸到訊號處理系統進行分析
透過對接收到的光訊號進行分析 ， 可以得到材料內部缺陷的位置、大小、形狀等資訊 ， 從而實作對材料損傷的精準評估
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高溫環境下的「秘密武器」：光纖超聲的優勢
光纖超聲技術之所以能夠在高溫環境下大放異彩，得益於其獨特的優勢：
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1.高溫適應力：光纖傳感器由石英等耐高溫材料制成， 能夠在1000°C甚至更高的溫度下穩定工作 ， 不受高溫環境的影響 ， 這是傳統檢測技術無法比擬的優勢
2.高分辨率成像：光纖超聲技術可以實作對材料內部缺陷的高分辨率成像 ， 能夠清晰地顯示出缺陷的形狀、大小、位置等資訊 ， 為缺陷的評估和分析提供更準確的數據
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3.即時監測：光纖超聲技術可以實作對材料損傷的即時監測， 及時發現材料內部的細微變化 ， 為器材的安全執行提供預警 ， 避免災難性事故的發生
4.適用範圍廣：光纖超聲技術不僅可以用於金屬材料的檢測 ， 還可以用於陶瓷、復合材料等多種材料的檢測 ， 套用範圍十分廣泛
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套用案例：光纖超聲如何「守護」工業安全
光纖超聲技術憑借其獨特的優勢 ， 已經在航空航天、能源、冶金等領域得到廣泛套用 ， 成為保障工業安全的重要手段
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1.航空發動機葉片檢測：航空發動機葉片長期在高溫、高壓、高轉速的惡劣環境下工作 ，極易發生疲勞損傷， 光纖超聲技術可以對發動機葉片進行線上監測 ，及時發現微小的裂紋， 避免因葉片斷裂而導致的災難性事故
2.電力器材安全監測：電力器材的安全執行關系著千家萬戶的用電安全 ，光纖超聲技術可以對電力器材的關鍵部件， 如變壓器、斷路器等進行線上監測 ，及時發現絕緣老化、接觸不良等問題， 避免因器材故障而導致的停電事故
3.核電站安全檢測：核電站的安全執行是重中之重 ，光纖超聲技術可以對核電站的關鍵部件， 如反應堆壓力槽、管道等進行線上監測 ，及時發現材料的腐蝕、裂紋等問題， 確保核電站的安全執行
未來展望：光纖超聲技術將如何改變世界？
隨著技術的不斷發展 ， 光纖超聲技術將會更加成熟和完善 ， 其套用領域也將更加廣泛
更高精度、更高靈敏度：未來， 光纖超聲技術將向著更高精度、更高靈敏度的方向發展 ， 能夠檢測到更微小的缺陷 ， 為材料的效能評估提供更準確的數據
更智能化、更自動化：未來， 光纖超聲技術將與人工智能、大數據等技術相結合 ， 實作對材料損傷的智能化診斷和預測 ， 為器材的維護保養提供更科學的指導
更廣泛的套用領域：未來， 光纖超聲技術將在更多領域得到套用 ， 例如醫療器械、橋梁隧道、海洋工程等 ， 為人類社會的發展保駕護航
光纖超聲技術， 這把揭開材料「隱形」損傷的「秘密武器」 ， 正在改變著我們對世界的認知 ， 也為人類創造更安全、更美好的未來提供了無限可能
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