對核電、化工等行業(yè)中的部件的缺陷檢查不能使用破壞性的手段，以前都是采用二維的超聲波來檢查。來自日本東北大學(xué)的研究人員研制了一種新技術(shù)，利用壓電性和激光超聲波系統(tǒng)來獲得固體材料中的3D圖像進(jìn)行無損檢查，可以實現(xiàn)的評估材料的強(qiáng)度、識別材料中的缺陷和找到材料中的缺陷是如何起源的，又是如何形成的。

許多的工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)，包括核電廠和化工廠，是依靠超聲波來持續(xù)的監(jiān)控結(jié)構(gòu)的完整性的，這類結(jié)構(gòu)是不能進(jìn)行破壞性檢查或者改變其現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的。一種新的基于激光技術(shù)和蠟燭煙灰 來產(chǎn)生超聲波進(jìn)行結(jié)構(gòu)的無損檢測和評估。 研究人員使用超聲波無損檢測技術(shù)，包含一個從由蠟燭煙灰和聚二甲硅氧烷所組成的納米顆粒的制造的激光吸收貼片形成的光聲激光源 。

實驗的測試裝置及其利用該裝置獲得的應(yīng)力腐蝕裂紋分支的高分辨率的３D圖像

日本東北大學(xué)的研究人員及其合作者：美國洛斯阿拉莫斯實驗室（Los Alamos National Laboratory，簡稱阿拉莫斯實驗室（LANL）的研究人員，利用3D圖像來探測金屬結(jié)構(gòu)中的缺陷。該辦法可以顯著的提高電廠和飛機(jī)的性檢查，這一辦法發(fā)表在期刊《 Applied Physics Letters》上。

Yoshikazu Ohar及其在日本東北大學(xué)的同時利用無損檢測技術(shù)來研究結(jié)構(gòu)并且期望找到一個得到結(jié)構(gòu)缺陷的3D圖像的一個辦法。他們發(fā)展的新技術(shù)，稱之為壓電性和激光超聲系統(tǒng)（簡稱PLUS， piezoelectric and laser ultrasonic system），該技術(shù)整合了兩種不同器件的優(yōu)勢來獲得金屬結(jié)構(gòu)缺陷的高分辨的3D圖像。

我們相信PLU技術(shù)為的評估材料的強(qiáng)度、識別材料中的缺陷和找到材料中的缺陷是如何起源的，又是如何形成的，提供了新的途徑，論文作者 Ohara說到。

當(dāng)前的“超聲相控陣”是一個功能強(qiáng)大的用于對固體內(nèi)部材料進(jìn)行成像的工具，但目前僅僅局限于二維層面。這些裝置基本上由壓電性的一維排列的換能器所組成，這些換能器含有一定數(shù)量的個別元素，達(dá)到128個。壓電性元素的電脈沖轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動而發(fā)射出超聲波，傳輸?shù)綌M研究的材料中。超聲波遇到內(nèi)部的缺陷的時候就會反射回來，轉(zhuǎn)換成電信號，這一電信號將轉(zhuǎn)換成2D的圖像。

在PLUS系統(tǒng)中，單一元素的壓電性材料換能器中產(chǎn)生的波被激光多普勒測振儀所吸收，然后移動到材料的表面周圍而形成2D掃描的數(shù)據(jù)。這一過程結(jié)束的結(jié)果就是，它可以將吸收散射的和反射的波在大量的“點”上進(jìn)行，這些點可以被壓電性的陣列換能器所吸收。激光多普勒測振儀吸收到的信息通過示波器輸送給電腦，此時電腦通過圖形算法將信號處理轉(zhuǎn)換成3D圖像。

超聲相控陣，是超聲檢查中的 技術(shù)，僅僅只能提供提供2D圖像，這是因為有限的元素數(shù)量的原因，PLUS系統(tǒng)使得成千上萬的元素合并在一起而可以將2D掃描的激光多普勒測振儀圖像來代替壓電性的壓電陣列換能器 。

盡管目前只測試了金屬材料中的缺陷，論文作者認(rèn)為這一技術(shù)也可以應(yīng)用到其他材料中，如混凝土和巖石，只需要簡單的將相控陣換能器改變成可以發(fā)射不同范圍的超聲頻率就可以了。

該技術(shù)的一個缺點就是長數(shù)據(jù)采集和處理時間較長，經(jīng)常需要好幾個小時。然而，這一過程可以通過采用高速的模擬——數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置放置在示波器中來實現(xiàn)，采用更加敏感的激光多普勒測振儀，使用不同的圖像處理算法以及應(yīng)用圖形處理單元技術(shù)。