نوشته‌ها

مبانی و کاربردهای آزمون غیرمخرب نشرآوایی

مبانی و کاربردهای آزمون غیرمخرب نشرآوایی

Acoustic Emission Nondestructive Testing

انجمن آزمون های غیر مخرب ایران با همکاری شرکت مهندسان پایش وضعیت امیرکبیر (مپوا)  دوره مبانی و کاربردهای آزمون غیر مخرب نشر آوایی را برگزار می کند. جزئیات بیشتر این رویداد را می توانید در ادامه این مطلب بخوانید:

سرفصل مطالب:
۱) مبانی تئوری آزمون نشر آوایی

۲) نصب، انتخاب و کالیبراسیون حسگرها
۳) پردازش سیگنال: کابل‌ها، پری آمپلی فایر، فیلترها، بهره، حد آستانه، تعیین مشخصه‌ها
۴) کاربردهای آزمایشگاهی: تشکیل ترک، تنش پسماند، خوردگی
۵) کاربردهای صنعتی: مخازن تحت فشار، اجزای دوار، پایپینگ، شیرها و پمپ‌ها، پل‌ها، مواد کامپوزیتی، صنایع هوایی، نشتی
۶) بررسی برخی از استانداردهای اجرایی در روش نشر آوایی
۷) نحوه ارائه گزارش آزمون
همراه با آزمون عملی (آزمون یاتاقان، آزمون مکان‌یابی)

شرح دوره:
– آشنایی با روش نشرآوایی و نحوه کار با دستگاه و تنظیم و کالیبره کردن سنسورها قبل از تست

– ارتباط دادن سیگنال های دریافتی با پدیده های ایجاد شده از منابع مختلف
– چگونگی بهره گیری از روش آکوستیک امیشن برای افزایش ایمنی و عمر سازه‌ها
– بکارگیری روش آکوستیک امیشن برای ارزیابی فرایند های گذرا در صنایع مختلف

مخاطبان دوره:

  • مدیران و بازرسان فنی شرکت‌های بازرسی فنی
  • مدیران و بازرسان فنی صنایع نفت، گاز، و پتروشیمی، صنایع هوایی و صنایع دفاعی
  • مدیران و کارشناسان پایش وضعیت در صنایع نفت، گاز، و پتروشیمی، صنایع هوایی و صنایع دفاعی
  • دانشجویان و پژوهشگران رشته‌های مهندسی مکانیک، مهندسی مواد و متالورژی، مهندسی عمران و مهندسی هوافضا
    مدت دوره: بمدت ۱۶ ساعت
    پیش‌نیاز: ندارد
    گواهینامه و امتحان پایان دوره: با اعطای گواهینامه پایان دوره

برای دریافت اطلاعات بیشتر میتوانید اینجا کلیک کنید.

کاربرد روش آکوستیک امیشن برای پایش فرایندهای داروسازی

کاربرد روش آکوستیک امیشن برای پایش فرایندهای داروسازی

Non-Invasive Acoustic Emission Monitoring of Pharmaceutical Processes

 

روش آکوستیک امیشن به‌عنوان یک روش غیرمخرب برای پایش و شناسایی فرایندهای داروسازی می‌تواند نقش بسزایی داشته باشد. فرایندهای مختلفی برای ساخت داروها ممکن است اتفاق بیفتد که این فرایندها عبارت‌اند از:

  • فرایند ریز کردن و گرانول سازی به‌صورت تر و خشک
  • آسیاب کردن
  • قطعه‌قطعه کردن یا خرد کردن
  • اکستروژن
  • خشک‌سازی
  • درآوردن به‌صورت قرص دارویی و …

روش آکوستیک بر پایه شناسایی امواج آکوستیکی به وجود آمده در حین اصطکاک در فرایند داروسازی مورداستفاده دارد. شناسایی امواج اصطکاکی توسط سنسورهای حساس پیزوالکتریکی نصب‌شده بر روی بدنه خارجی تجهیزات داروی سازی امکان‌پذیر می‌باشد. با آنالیز امواج آکوستیکی به دست آمده از اصطکاک بین مواد می‌توان مراحل مختلف داروسازی را شناسایی کرد. این مراحل می‌تواند شامل مراحل شروع، نقطه پایانی، وضعیت‌های غیر طبیعی و حتی مشکلات به وجود آمده در تجهیزات ماشینی ‌باشد.

گرانوله کردن

در روش گرانوله کردن به‌صورت تر هر بخشی از این فرایند دارای مشخصه خاص آکوستیکی می‌باشد. در واقع در این مرحله از گرانوله کردن آکوستیک امیشن می‌تواند مراحل زیر را تشخیص دهد:

  • ساخت گرانول
  • شرایط آسیاب کاری بیش از حد یا شرایط نامناسب آسیاب کاری
  • مخلوط آب و سوسپانسیون غیر متعارف در محصول تولیدی
  • برداشت نادرست محصول از سطوح تجهیزات
  • شناسایی دسته های گرانول شده دارای عیب و مراحل مختلف آن
  • شناسایی عدم تمیزکاری نامناسب سطوح دارم ها و امکان تأثیرگذاری آن‌ها بر روی دسته های تولیدی
  • شناسایی زمان مخلوط کردن مناسب و بهینه
  • ثبت تاریخچه تولید محصول برای بخش‌های تحقیق و توسعه شامل اطلاعاتی در مورد گرانوله کردن، مخلوط آب و سوسپانسیون اضافی و مقدار تمیزکاری بین سطوح
  • پایش شرایط مخلوط کننده‌ها و خردکننده‌ها

مرحله خشک‌کردن

با روش آکوستیک امیشن می توان بطور قابل ملاحظه‌ای پایان فرایند خشک‌کردن را بدون تعلیق فرایندها شناسایی نمود و حتی از خشک شدن بیش از حد و از توقف‌های غیر ضروری نیز می توان اجتناب نمود. روش آکوستیک امیشن با بکار گیری سنسورهای آکوستیکی در این فرایندها می‌تواند مورداستفاده قرار بگیرد و نیازی به آماده‌سازی‌های جانبی قبل از انجام تست ندارد.

منبع:

http://www.idinspections.com/non-invasive-acoustic-emission-monitoring-of-pharmaceutical-processes/

رشد ۴ برابری تعداد مقالات در حوزه آکوستیک امیشن

نمودار بالا رشد تعداد مقالات در حوزه آکوستیک امیشن (acoustic emission)  از سال ۲۰۰۰ تا ۲۰۱۹ را از نگاه پایگاه اطلاعاتی ساینس دایرکت (sciencedirect) نشان می‌دهد. همانطور که مشاهده می‌کنید تعداد مقالات طی این ۱۹ سال رشد ۴ برابری را تجربه کرده است و این مهم نشان دهنده اهمیت روزافزون این مبحث و همچنین کاربردهای آکادمیک و صنعتی آن است.

شرکت مپوا نزدیک به ۱۰ سال است که درزمینهٔ آزمون‌های غیر مخرب و بومی‌سازی این روش‌ها در سطح کشور فعالیت می‌نماید. یکی از محصولات مهم این شرکت که توسط نیروهای ایرانی طراحی و ساخته‌شده است دستگاه آکوستیک امیشن است. این دستگاه در حوزه‌های مختلف صنعتی و دانشگاهی کاربرد دارد و برای پایش و مانیتورینگ اجزای دوار، مخازن تحت‌فشار، نشتی و …. مورداستفاده قرار می‌گیرد.

کاربرد آکوستیک امیشن برای سنجش کیفیت مخازن دارای نشتی و خوردگی به همراه استانداردهای مربوطه

با بهره‌گیری از روش آکوستیک امیشن برای مخازن تحت‌فشار می‌توان کیفیت و سلامت آنها را موردمطالعه قرار داد. این روش به‌طور کامل کل مخزن را مورد ارزیابی قرار داده و انجام آن نیازی به خالی کردن مخزن نخواهد داشت. در برخی مواقع این روش به‌عنوان روش جایگزین تست‌هایی مثل تست هیدرواستاتیک می‌تواند مورداستفاده قرار بگیرد.

این روش تست برای سال‌های زیادی به‌صورت استانداردشده مورد استفاده قرار می‌گیرد که استانداردهای آن به شرح زیر است:

  • EN 13554 ‘general principles’
  • EN 1330-9 ‘terminology’
  • EN 134771-1 and EN 13771-2 ‘measuring equipment’
  • EN 14584 ‘AT on pressure equipment – planar location’
  • Annex C of EN 12817, EN 12819 ‘inspection of LPG tanks’

آکوستیک امیشن برای پیدا کردن محل خرابی  و عیوب می‌تواند نقش بسازیی داشته باشد. مواد ازجمله فولاد در اثر تنش امواجی را به‌صورت امواج آکوستیکی ساطع می‌کنند که با بهره‌گیری از سنسورهای پیزوالکتریکی قابل دریافت و تحلیل است. با بکار گیری ۲ یا ۳ سنسور آکوستیکی محل عیب قابل‌ردیابی است. با آنالیزهای نهایی نوع عیوب ایجادشده می‌توانند به دسته‌های مختلفی طبقه‌بندی و از روی آن‌ها میزان آسیب یا خرابی برای ادامه حیات یک مخزن می‌تواند تخمین زده شود.

یکی از کاربردهای اصلی آکوستیک امیشن برای مطالعه میزان نشتی و خوردگی فعال در کف مخازن ذخیره است. استانداردهای مورداستفاده در این روش به شرح زیر است:

  • EN 13554 ‘general principles’
  • EN 1330-9 ‘terminology’
  • EN 134771-1 and EN 13771-2 ‘measuring equipment’
  • EN 15856 ‘corrosion detection on storage tanks

مکان‌های مستعد خوردگی و یا نشتی امواج آکوستیک را در کف مخازن به‌صورت گسترده پخش می‌کنند که این امواج در فواصل زمانی متفاوتی از داخل سیال داخل مخزن حرکت کرده و به سنسورهای آکوستیکی رسیده بر اساس تفاوت زمانی و سرعت حرکت امواج می‌توان مکان‌های نشتی یا خوردگی را تخمین زد.

منبع:

https://www.metalogic.be/en/portfolio-posts/acoustic-emission/

شناسایی و مکان‌یابی تخلیه الکتریکی ترانسفورماتورهای قدرت (Partial discharge)

تخلیه الکتریکی در ترانسفورماتورهای قدرت به دلایل مختلفی ممکن است به وجود آید و باعث از بین رفتن سیستم عایق الکتریکی و آسیب‌های جدی در آن گردد.

درصورتی‌که مکان اولیه تخلیه الکتریکی ترانسفورماتور زودتر از موعد شناسایی شود در این صورت می‌تواند  از خسارت جبران‌ناپذیر در خطوط شبکه الکتریکی تا حدودی بکاهد.

پیدا کردن محل و موقعیت تخلیه الکتریکی با بکار گیری مدت‌زمان رسیدن سیگنال‌های حاصل از تخلیه الکتریکی به سنسورهای قرارگرفته بر روی بدنه ترانسفورماتورها قابل انجام است.

ارزیابی ترانسفورماتورها به‌طورجدی در پژوهشگاه دانشگاه پوزنان موردمطالعه و تست قرارگرفته است. در این ارزیابی از ۱۰ ترانسفوموتور با برند معتبر استفاده شده بود که به‌طور روزانه وضعیت هر کدام را مورد تست و بررسی قرار می داد. سیستم ارزیابی علاوه بر سیگنال‌های آکوستیکی وضعیت مقدار بارُ ولتاژ و دمای ترانسفوموتورها را نیز کنترل و مانیتور می کرد.

هدف از این پروژه بیشتر پیدا کردن ترانسفورماتورهای فرسوده توانایی تشخیص مکان تخلیه الکتریکی از مکان‌های مختلف به‌طور همزمان بود. شایان ذکر است از یک سیستم خبره برای تشخیص نوع تخلیه و شدت آن استفاده شده بود.

مرجع

https://www.intechopen.com/books/acoustic-emission-research-and-applications/power-transformer-diagnostics-based-on-acoustic-emission-method

تست عملکردی دستگاه آکوستیک امیشن بر اساس استاندارد BS EN 13477-2:2010

دستگاه آکوستیک امیشن

شرکت مپوا نزدیک به ۱۰ سال است که درزمینهٔ آزمون‌های غیر مخرب و بومی‌سازی این روش‌ها در سطح کشور فعالیت می‌نماید. یکی از محصولات مهم این شرکت که توسط نیروهای ایرانی طراحی و ساخته‌شده است دستگاه آکوستیک امیشن است. این دستگاه در حوزه‌های مختلف صنعتی و دانشگاهی کاربرد دارد و برای پایش و مانیتورینگ اجزای دوار، مخازن تحت‌فشار، نشتی و …. مورداستفاده قرار می‌گیرد.

تست عملکردی دستگاه آکوستیک امیشن بر اساس استاندارد BS EN 13477-2:2010

ازآنجایی‌که دستگاه آکوستیک امیشن دارای حساسیت بالایی در پیدا کردن عیوب عملکردی و فرایندی را بر عهده دارد لذا نیازمند کالیبراسیون بر اساس استانداردهای متداول تعریف‌شده بین‌المللی است. در این راستا شرکت مپوا برای کالیبراسیون و تست بوردهای الکترونیکی خود ازنظر صحت عملکرد از استاندارد BS EN 13477-2:2010 بهره می‌برد.

استاندارد BS EN 13477-2:2010

استاندارد BS EN 13477-2:2010 شامل صحه‌گذاری بر عملکرد بوردها و سنسورها و پری آمپلی‌فایرهای ساخته‌شده در شرایط مختلف کاری مورداستفاده قرار می‌گیرد که مهم‌ترین اهداف این استاندارد به شرح زیر است:

۱-صحه‌گذاری بر میزان نویز پذیری دستگاه بورد جمع‌آوری داده

۲-صحه‌گذاری میزان نویز پذیری دستگاه پری آمپلی‌فایر و متعلقات آن

۳-چک کردن مقادیر خروجی بوردهای الکترونیکی بر اساس نسبت ورودی‌های مختلف

۴-چک کردن مشخصه‌های مختلف سیگنال شامل

ماکزیمم دامنه، رایز تایم، زمان استمرار، رزولوشن زمانی داده‌ها، افت‌های دامنه و زمانی بر طبق بازه تعریف‌شده، مقادیر سیگنال‌های معمولی و مدوله‌شده، فرکانس‌های کاری و فرکانس‌های پیک بر اساس بند ۴٫۲ در استاندارد BS EN 13477-2:2010 ، سیگنال‌های سینوسی مدوله‌شده توسط فانکشن ژنراتور تولید و به دستگاه اعمال شد. به‌ازای هر سیگنال ورودی، سیگنال خروجی و  fft آن توسط نرم‌افزار دستگاه ثبت گردید.

خروجی‌های تست عملکردی

خروجی‌های مشاهده‌شده در هر حالت در ادامه گزارش‌شده است.

۱٫Triangular modulated sine wave

سیگنال خروجی دستگاه در حوزه‌ی زمان:

سیگنال خروجی دستگاه در حوزه‌ی فرکانس:

۲٫Sine2-modulated sine wave

سیگنال خروجی دستگاه در حوزه‌ی زمان:

سیگنال خروجی دستگاه در حوزه‌ی فرکانس:

۳٫Rectangular modulated sine wave

سیگنال خروجی دستگاه در حوزه‌ی زمان:

سیگنال خروجی دستگاه در حوزه‌ی فرکانس:

پایش سلامت سازه‌های حساس عمرانی (پل‌های فلزی، بتونی و …) با آکوستیک امیشن

پایش سلامت سازه‌های عمرانی

پایش سلامت سازه‌های عمرانی بخشی از فعالیت‌های حوزه مهندسی است که در جهت پایش وضعیت سازه‌ها در طول عملکردشان مورداستفاده قرار می‌گیرد. هدف اولیه پایش سلامت سازه‌ها عبارت است از شناسایی، ارزیابی و مانیتورینگ عیوب یا شرایط عملکردی سازه و تأثیر آن در امنیت و کارایی سازه در آینده.

آکوستیک امیشن و پایش سلامت سازه‌ها

روش آکوستیک امیشن به خاطر قابلیت تست، صحه‌گذاری و پایش سلامت سازه‌ها در طول عملکرد نرمال آن‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرد خود به‌تنهایی با مفهوم و هدف اولیه پایش وضعیت در ارتباط تنگاتنگ است. سازه‌های حیاتی که برای مبحث پایش سلامت بیشتر مورد تأکید می‌باشند شامل  پل‌ها، تونل‌ها، ساختمان‌ها، سازه‌های مراکز اتمی، سدها و … می‌تواند باشند.

پایش وضعیت با بهره‌گیری از آکوستیک امیشن

پایش وضعیت با بهره‌گیری از آکوستیک امیشن به صورت دوره‌ای یا ممتد در جهت ارزیابی شرایط سرویس‌دهی نرمال سازه‌ها و یا عملکرد آن‌ها تحت شرایط بارگذاری خاص می‌تواند بکار گرفته شود. مثال‌هایی از این موارد می‌تواند به شرح زیر باشد:

  • شناسایی ترک‌های فعال در سازه‌های بتونی یا فلزی
  • پایش خوردگی الکتروشیمیایی عمومی و ترک‌خوردگی ناشی از خوردگی در میله‌های فولادی و یا کابل‌ها
  • ارزیابی عملکرد سازه در حین شرایط سرویس‌دهی طبیعی
  • ارزیابی قابلیت سرویس‌دهی سازه‌ها تحت شرایط بارگذاری خاص
  • پیش‌بینی ازکارافتادگی سازه‌ها
  • ارزیابی خواص مکانیکی و شکست اعضای بکار برده شده در سازه‌های بتونی و فلزی

با بهره‌گیری از روش آکوستیک امیشن در سازه‌های عمرانی مثل پل‌ها عیوبی نظیر ترک‌خوردگی در مقیاس کوچک و بزرگ، محل ایجاد عیوب، بارهای ترافیک بیش‌ازاندازه، فعالیت‌هایی نظیر ضربه، زلزله و …. قابل‌شناسایی است.

محاسن آکوستیک امیشن نسبت به روش‌های دیگر

از جهاتی روش آکوستیک امیشن نسبت به روش‌های دیگر دارای محاسن بالایی است. در دهه‌های اخیر روش‌های زیادی در جهت ارزیابی سازه‌های عمرانی توسعه و استانداردشده است. این روش‌ها شامل روش‌های بازرسی چشمی، روش‌های بر پایه امواج تنشی مثل پالس – اکو، پاسخ ضربه، ترموگرافی و … می‌باشند. این روش‌ها در جای خود دارای محاسن خیلی زیادی می‌باشند ولی به‌طورکلی به خاطر محدودیت‌های عدم در دسترس بودن، ضخامت بیش‌ازحد جداره بتونی، و دلایل مختلف دیگری دارای محدودیت‌های نیز می‌باشند. همچنین این روش‌ها برای پایش بلندمدت کاربردی نبوده و برای تخمین نرخ انتشار عیوب و ارزیابی حساسیت آن‌ها در برابر تغییرات جوی و بارگذاری‌های مختلف مناسب نمی‌باشند. حتی روش‌هایی مثل استفاده از کرنش‌سنج‌ها و مواردی از این قبیل صرفاً تغییرات سطحی را مورداندازه‌گیری قرار می‌دهند و عیوب داخلی را تشخصی نمی‌دهند. لذا این موارد گفته‌شده به‌نوعی با بکار گیری روش آکوستیک تا حدودی مرتفع می‌گردد و برتری روش آکوستیک را نسبت به روش‌های دیگر برای پایش سازه‌های عمرانی می‌تواند بازگو کند.

سنسورها کجا قرار می گیرند؟

در سازه‌های فلزی سنسورهای در بخش‌های مختلفی از پل‌ها و … قرار می‌گیرند که این نقاط عبارت‌اند از:

  • اتصالات پیچی
  • محل اتصال سیم بکسل ها
  • اتصالات جوشی
  • اتصالات پینی

اکثر پل‌های فلزی در حال حاضر عمر مفید واقعی خود را رد کرده‌اند و بارهای ترافیکی بیش‌ازحد تحمل بر آن‌ها وارد می‌شود و همچنین از مشکلات خستگی زودرس رنج می‌برند.

افزایش ایمنی پل‌ها در جهت افزایش بار ترافیکی و تعمیرات و نگهداری اساسی آن‌ها به جهت بهبود بهره‌وری و سود اقتصادی بالا می‌تواند خیلی مؤثر باشد. رسیدن به این هدف نیازمند یک برنامه‌ریزی منسجم و کارآمد در جهت بازرسی و مانیتورینگ پل‌ها است.

برای مثال برای یک پل ساخته‌شده در سال ۱۹۱۰ که با ۱۱۵ درصد بار نامی زمان ساخت خود بار ترافیک را تحمل می‌کند ترک‌های زیادی در پایه‌های آن رؤیت شده بود.  برآوردها نشان داد که برای تعویض و جایگزینی این پایه‌ها نیازمند  ۱۰ میلیون دلار هزینه است. بطوریکه که از سیستم آکوستیکی برای پایش نقاط حساس این پل استفاده‌شده تا هزینه‌های تعویض را به تعویق انداخته و از یک استراتژی ریسک مدیریت‌شده در جهت عملکرد بهتر آن با هزینه‌های پایین استفاده گردید. 

منبع:

http://www.idinspections.com/acoustic-emission-structural-health-monitoring-of-critical-structures/

http://structuralinsights.com/SI/acoustic_emission.php?Country=IN

کاهش هزینه‌ها و زمان بازرسی مخازن تحت‌فشار گاز (کپسول‌های جایگاه‌های سوخت CNG و LPG) با بهره‌گیری از روش آکوستیک امیشن

روش آکوستیک امیشن

آزمون آکوستیک امیشن (نشر صوتی) یک روش نوین و پیشرفته در زمینه‌های آزمون غیر مخرب (Nondestructive testing) است. این روش در محدوده گسترده‌ای از کاربردهای قابل‌استفاده آزمون‌های غیر مخرب نظیر بازرسی مخازن تحت‌فشار فلزی، سیستم‌های لوله‌کشی، راکتورها و غیره گسترش ‌یافته است و از این روش می‌توان برای تشخیص و موقعیت‌یابی عیوب مختلف در سازه‌های تحت بار و اجزای آن‌ها استفاده کرد. آزمون اکوستیک امیشن یک تکنیک غیرفعال است که پالس‌های فراصوتی منتشرشده به‌وسیله منابع مختلف درون ماده را در لحظه وقوع آن تحلیل می‌کند و تفاوت اصلی آن با روش‌های التراسونیک یا پرتونگاری نیز همین است، درحالی‌که در این دو روش برای به دست آوردن اطلاعات راجع به قطعه موردنظر نیاز به اعمال انرژی خارجی است، در روش آکوستیک انرژی آزادشده از ماده موردنظر مرجعی برای کار بازرسی است.

بازرسی مخازن تحت‌فشار گاز با بهره‌گیری از روش آکوستیک امیشن

بازرسی مخازن تحت‌فشار گاز (کپسول‌های جایگاه‌های سوخت CNG و LPG) با بهره‌گیری از روش آکوستیک امیشن باهدف کاهش هزینه و مدت‌زمان بازرسی در کپسول‌های و مخازن ذخیره گاز فشار بالا در مرکز تست آیرودینامیک نیروی هوایی آرنولد (APTU) معرفی گردید.

این تست به‌عنوان جایگزین روش تست‌های حجمی از خارج کردن کپسول‌ها از سیستم سرویس‌دهی جلوگیری می‌کند و نیازی به حمل کپسول‌ها به خارج از محوطه سرویس‌دهی نیست. هزینه‌های صرفه‌جویی به دلیل استفاده از این سیستم تقریباً ۳۰۰۰۰۰ دلار آمریکا تخمین زده‌شده است.

همچنین با بهره‌گیری از این روش مدت‌زمان بازرسی نسبت به روش قبلی یعنی استفاده از روش رادیوگرافی به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای کاهش یافته است. در این روش کپسول‌ها ۱۰۵ تا ۱۱۰% فشارشان افزایش می‌یابد و در اثر تنش ایجاد شده و به صدای رشد ترک و عیوب گوش داده می‌شود که آیا ترکی وجود دارد یا نه. اگر سنسور صدایی را بشنود درنتیجه نشان از آن دارد که در یک محل خاصی اتفاقاتی در حال رخ دادن است.

فرایند بازرسی درصورتی‌که شرایط مهیا باشد، بیشتر از چند ساعت به طول نمی‌انجامد و در شرایط بارانی به دلیل وجود نویز زمینه و حساسیت سیستم آکوستیک امیشن به این نویزها بهتر است بازرسی با این روش انجام نشود.

منبع :

https://www.aerospacetestinginternational.com/news/acoustic-vibration/acoustic-emissions-testing-of-air-storage-vessels-reduces-costs-and-downtime.html

پایش وضعیت سایش ابزار سوراخ‌کاری (مته) پزشکی با پردازش سیگنال‌های آکوستیک امیشن

در مطلب پیش رو در خصوص یکی از به روزترین کاربردهای تست غیرمخرب آکوستیک امیشن یعنی پایش وضعیت سایش ابزار سوراخ‌کاری (مته) پزشکی با پردازش سیگنال‌های آکوستیک امیشن در حوزه فرکانس صحبت خواهد شد.

شکستگی و ترک برداشتن استخوان‌ها

در اثر سوانح رانندگی و یا حوادثی از این قبیل شکستگی و ترک برداشتن استخوان‌های شخص حادثه‌دیده امری اجتناب‌ناپذیر است. درعلم پزشکی، ارتوپد برای وصل استخوان‌های شکسته نیازمند استفاده از پروتزهای پایه فلزی است. تا با اینکار بتواند استخوان‌های شکسته را سر جای خود نگه دارد تا اتصال بیولوژیکی ببین آن‌ها دوباره برقرار شود. ازآنجایی‌که وصل کردن استخوان‌ها توسط پروتز، نیازمند استفاده از پیچ و مهره و سوراخ‌کاری بافت استخوانی است؛ لذا فرایند سوراخ‌کاری به‌مانند آنکه در فلزات اتفاق می‌افتد، در استخوان نیز به همین صورت باید انجام گردد. ولی بین استخوان و فلز ازنظر عملکرد تفاوت‌های عمده‌ای وجود دارد. بطوریکه در فلزات در اثر سوراخ‌کاری افزایش دما در ناحیه سوراخ‌کاری خیلی اهمیت چندانی ندارد بخصوص اگر سوراخ‌کاری و محل اتصال از اهمیت بالایی برخوردار نباشد. ولی در بافت زنده در اثر سوراخ‌کاری دمای آن ناحیه افزایش پیدا کرده و درنتیجه باعث از بین رفتن سلول‌های زنده می‌گردد؛ بنابراین کنترل دما در سوراخ‌کاری بافت‌های زنده حتماً باید در نظر گرفته شود. عوامل مختلفی مثل سرعت سوراخ‌کاری، سرعت پیشروی ابزار سوراخ‌کاری و تیز یا کند بودن لبه‌های برنده ابزار سوراخ‌کاری در بالا رفتن دما مؤثر می‌باشند. در این تحقیق به بررسی اثر سایش به وجود آمده در لبه‌های ابزار برش و ارتباط آن با افزایش دما با بهره‌گیری از تحلیل سیگنال‌های آکوستیکی پرداخته‌شده است.

نتایج تحقیقات

تحقیقات نشان داده است که سایش لبه‌های ابزار در افزایش دما حین سوراخ‌کاری بسیار مؤثر می‌باشند. این سایش به دلایل مختلفی ازجمله استفاده مکرر از یک ابزار برای تعداد زیادی از سوراخ‌کاری‌ها، تأثیر عوامل شیمیایی و دمایی در حین ایتریلیزه کردن ابزارها و … می‌تواند رخ دهد. تحقیقات نشان می‌دهد که برای یک ابزار تیز و کارنکرده میزان افزایش دما در ناحیه سوراخ‌کاری بافت استخوانی حدود ۷٫۵ درجه سانتی‌گراد است؛ در حالیکه برای ابزار کاملاً ازکارافتاده (دچار سایش شده)، این افزایش دما ۲۵٫۴ درجه سانتی‌گراد گزارش‌شده است که نسبت به درجه حرارت بدن و بافت استخوانی که به‌طورمعمول ۳۷ درجه سانتی‌گراد است، عدد خیلی بالایی به شمار می‌رود.

همچنین تحقیقات میدانی از ۴۰ بیمارستان مختلف در بریتانیا نشان می‌دهد که ۷۵% از آن‌ها هیچ دستورالعملی برای کنترل و نگهداری ابزارهای سوراخ‌کاری پزشکی را نداشتند؛ ۱۰ تای باقی‌مانده دستورالعمل شناسایی و برچسب‌گذاری ابزارهای سابیده شده را تائید کردند. همچنین ۴۵% از بیمارستان‌ها به‌یکبار استفاده از ابزار سوراخ‌کاری پزشکی تأکید داشته‌اند. در پایان این گزارش محققان به استفاده مکرر از ابزارهای سابیده شده و همچنین عدم وجود یک‌رویه مشخص برای بازرسی این ابزارها را متذکر شده است.

پایش وضعیت سایش ابزار سوراخ‌کاری 

تحقیقات انجام‌شده بر اساس سه نوع سرعت برشی، چهار نوع سرعت پیشروی ابزار به‌وسیله سه نوع ابزار با ساییدگی‌های مختلف توسط روش آکوستیک در حوزه فرکانسی نشان داده است که با بکار گیری مشخصه‌های سیگنال آکوستیکی به وجود آمده در حین فرایند سوراخ‌کاری استخوان می‌توان به تیز یا کند بودن ابزارها پی برد. همچنین این تحقیقات نشان داده است که مشخصه‌های سیگنال‌های حاصله در اثر سایش ابزار به مشخصه‌های مکانیکی استخوان حساس نیستند و این خود می‌تواند در عملکرد بهتر روش آکوستیک امیشن مؤثر واقع شود. بااین‌وجود این نتیجه‌گیری در جهت طراحی و ساخت یک ابزار مؤثر در سوراخ‌کاری می‌تواند گام مؤثری باشد که نتیجه آن کاهش آسیب‌های مکانیکی و دمایی ناحیه سوراخ‌کاری با به‌کارگیری ماشین‌های نسل بعدی سوراخ‌کاری استخوان با روش‌های نوین تست غیرمخرب یعنی آکوستیک امیشن می‌تواند باشد.

  • سنسور آکوستیک امیشن
  • ابزار مته سوراخ‌کاری
  • دوربین
  • استخوان

منبع:

Frequency Domain Analysis of Acoustic Emission Signals in Medical

Drill Wear Monitoring

Zrinka Murat1, Danko Brezak1, Goran Augustin2 and Dubravko Majetic1

۱Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture, University of Zagreb, Ivana Lucica 5, Zagreb, Croatia

۲University Hospital Center Zagreb and School of Medicine, University of Zagreb, Kispaticeva 12, Zagreb, Croatia

www.scitepress.org

گزارش تصویری تحویل دستگاه آکوستیک امیشن شرکت مپوا به دانشگاه تهران

آزمون آکوستیک امیشن (نشر صوتی) یک روش نوین و پیشرفته در زمینه‌های آزمون غیر مخرب (Nondestructive testing) است. این روش در محدوده گسترده‌ای از کاربردهای قابل‌استفاده آزمون‌های غیر مخرب نظیر بازرسی مخازن تحت‌فشار فلزی، سیستم‌های لوله‌کشی، راکتورها و غیره گسترش ‌یافته است و از این روش می‌توان برای تشخیص و موقعیت‌یابی عیوب مختلف در سازه‌های تحت بار و اجزای آن‌ها استفاده کرد. آزمون اکوستیک امیشن یک تکنیک غیرفعال است که پالس‌های فراصوتی منتشرشده به‌وسیله منابع مختلف درون ماده را در لحظه وقوع آن تحلیل می‌کند و تفاوت اصلی آن با روش‌های التراسونیک یا پرتونگاری نیز همین است، درحالی‌که در این دو روش برای به دست آوردن اطلاعات راجع به قطعه موردنظر نیاز به اعمال انرژی خارجی است، در روش آکوستیک انرژی آزادشده از ماده موردنظر مرجعی برای کار بازرسی است.

شرکت مهندسان پایش وضعیت امیرکبیر(مپوا) موفق شده است تا با بومی سازی تولید دستگاه تست غیر مخرب آکوستیک امیشن گام مهمی در انجام تست‌های غیر مخرب بردارد. آزمون آکوستیک امیشن یک تکنیک غیرفعال است که پالس‌های فراصوتی منتشرشده به‌وسیله منابع مختلف درون ماده را در لحظه وقوع آن تحلیل می‌کند. تفاوت اصلی آن با روش‌های التراسونیک یا پرتونگاری نیز همین است، درحالی‌که در این دو روش برای به دست آوردن اطلاعات راجع به قطعه موردنظر نیاز به اعمال انرژی خارجی است، در روش آکوستیک انرژی آزادشده از ماده موردنظر مرجعی برای کار بازرسی است. همچنین تست های آکوستیک امیشن علاوه بر توانایی اجرا بر روی تجهیزات جدید ، قابل پیاده سازی بر روی تجهیزات در حال سرویس هم هستند. مشخصات فنی دستگاه آکوستیک امیشن شرکت مپوا به شرح زیر است:

مشخصات فنی

  • نرخ نمونه برداری: ۶۵ MHz
  • تعداد کانال ها: ۲، ۴، ۸، ۱۶
  • نوع ارتباط: USB 3.0
  • رزولوشن: ۱۴ bit
  • فیلترهای سخت افزاری قابل تنظیم از ۰ تا ۳ MHz بر پایه FPGA:
  • فیلتر بالا گذر: ۲۰kHz,100kHz,400kHz
  • فیلتر پایین گذر: ۱۰۰kHz,400kHz,1200kHz
  • Dynamic Range: 80 dB
  • دمای عملکردی: -۱۰ – +۶۰ درجه سانتیگراد
  • امپدانش ورودی ۵۰ ohm
  • پری آمپلیفایر: دارای گین ۲۰، ۴۰ و ۶۰ دسی بل
  • استخراج مشخصه های سیگنال: انرژی، کانت، زمان استمراز، زمان رسیدن به قله اوج، ماکزیمم دامنه، فرکانس میانگین، فرکانس ماکزیمم،

مپوا تا کنون توانسته این محصول شرکت را به دانشگاه‌ها و شرکت‌های مختلفی تحویل دهد. یکی از مهم‌ترین دانشگاه‌هایی که این دستگاه به آن‌ها تحویل داده شد دانشگاه تهران است. طی مذاکرات و صحبت هایی که بین دانشگاه تهران و شرکت مپوا در سال ۱۳۹۸ صورت گرفته بود، در آبان ماه سال ۱۳۹۸ تیم مهندسی شرکت مپوا برای تحویل دستگاه آکوستیک امیشن ۴ کاناله در دانشکده فنی مهندسی دانشگاه تهران حضور یافت. تیم مهندسی دستگاه را نصب کرده و پس از آن به تست و راه اندازی محصول پرداخت. این محصول دارای ضمانت تحویل و گارانتی نیز می‌باشد.

دانشگاه تهران می‌تواند این محصول را برای کارهای تحقیقاتی آکادمیک و دانشگاهی در حوزه تست های غیرمخرب مثل بررسی شکست کامپوزیت ها، سوراخکاری و مواردی این چنین یا مواردی مثل نشتی یابی کف مخازن نگهدارنده سیالات نفتی ، نشتی یابی خطوط لوله، ارزیابی سلامت مخازن تحت فشار، مونیتورینگ آنلاین فرایند ساخت و تولید استفاده نماید.

در ادامه گزارش تصویری مربوط به تحویل دستگاه آکوستیک امیشن ۴ کاناله به دانشگاه تهران را مشاهده می‌کنید: