La evaluación no destructiva de terahercios se refiere a dispositivos y técnicas de análisis que se realizan en el dominio de los terahercios de la radiación electromagnética . Estos dispositivos y técnicas evalúan las propiedades de un material, componente o sistema sin causar daños. [1]
La obtención de imágenes de terahercios es una técnica emergente y significativa de evaluación no destructiva (NDE) 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, de caracterización de materiales y aeroespacial . [3] [4] Ha demostrado ser eficaz en la inspección de capas en pinturas y recubrimientos, [5] detectando defectos estructurales en materiales cerámicos y compuestos [6] e imaginando la estructura física de pinturas [7] y manuscritos. [8] [9] El uso de ondas THz para la evaluación no destructiva permite la inspección de estructuras multicapa y puede identificar anomalías por inclusiones de material extraño, desprendimiento y delaminación, daños por impacto mecánico, daños por calor e ingreso de agua o fluido hidráulico. [10] Este nuevo método puede desempeñar un papel importante en una serie de industrias para aplicaciones de caracterización de materiales donde se requiere mapeo de espesor de precisión (para asegurar tolerancias dimensionales del producto dentro de un producto y de producto a producto) y mapeo de densidad (para asegurar la calidad del producto dentro de un producto y de producto a producto). [11]
Se emplean sensores e instrumentos en el rango de 0,1 a 10 THz para la evaluación no destructiva , que incluye la detección. [11] [12]
El generador de imágenes de densidad y espesor 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 y obtención de imágenes electromagnéticas 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 rociada 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 materiales dieléctricos donde no se puede hacer contacto con la muestra debido a la fragilidad y no es práctico utilizar métodos ultrasónicos . [11]
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 de THz puede detectar trazas de explosivos en menos de un segundo. Debido a que los explosivos emiten continuamente trazas de vapor, debería ser posible utilizar estos métodos para detectar explosivos ocultos a distancia. [12]
El radar de ondas THz puede detectar fugas de gas, sustancias químicas y materiales nucleares. En pruebas de campo, el radar de ondas THz detectó sustancias químicas a un nivel de 10 ppm a 60 metros de distancia. Este método se puede utilizar en una valla o en un sistema montado en un avión que funciona de día o de noche en cualquier condición meteorológica. 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. [12]
Las técnicas de tomografía de THz son métodos no destructivos que pueden utilizar haces pulsados de THz o fuentes de rango milimétrico para localizar objetos en 3D. [13] Estas técnicas incluyen la tomografía, la tomosíntesis, el radar de apertura sintética y el tiempo de vuelo. Dichas técnicas pueden resolver detalles en escalas inferiores a un milímetro en objetos de varias decenas de centímetros de tamaño.
En la actualidad, las imágenes de seguridad se obtienen mediante métodos activos y pasivos. Los sistemas activos iluminan al sujeto con radiación THz, mientras que los sistemas pasivos simplemente observan la radiación que emite de forma natural el sujeto.
Es evidente que los sistemas pasivos son seguros por naturaleza, mientras que se puede argumentar que cualquier forma de "irradiación" de una persona es indeseable. Sin embargo, desde el punto de vista técnico y científico, los sistemas de iluminación activa son seguros de acuerdo con todas las leyes y normas vigentes.
El objetivo principal de utilizar fuentes de iluminación activas es mejorar la relación señal-ruido. Esto es similar a utilizar un flash en una cámara de luz óptica estándar cuando el nivel de iluminación ambiental es demasiado bajo.
Para fines de imágenes de seguridad, las frecuencias de funcionamiento suelen estar 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 ver a través de la ropa y el cabello, pero no dentro del cuerpo. Existen problemas de privacidad asociados con tales actividades, especialmente en torno a los sistemas activos, ya que estos, con sus imágenes de mayor calidad, pueden mostrar características anatómicas muy detalladas.
Los sistemas activos como el L3 Provision y el 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 utilizados 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, se mostrarán elementos como piernas y brazos falsos, bolsas de colostomía, orinales corporales, bombas de insulina corporales y aumentos mamarios externos. Tenga en cuenta que los implantes mamarios, que se encuentran debajo de la piel, no se revelarán.
Las técnicas de imagen activa se pueden utilizar para realizar imágenes médicas. Debido a que la radiación THz es biológicamente segura (no ionizante), se puede utilizar en imágenes de alta resolución para detectar el cáncer de piel. [12]
Las inspecciones del transbordador espacial de la NASA son un ejemplo de la aplicación de esta tecnología.
Después del accidente del transbordador Columbia en 2003, la Junta de Investigación de Accidentes del Columbia recomendó en su informe R3.2.1: “Iniciar un programa agresivo para eliminar todos los desechos que se desprenden del sistema de protección térmica del tanque externo en su origen…”. Para respaldar esta recomendación, en la NASA se están evaluando, desarrollando y perfeccionando métodos de inspección para detectar defectos en la espuma. [1] [11] [12]
La misión STS-114 utilizó el transbordador espacial Discovery y fue la primera misión de "regreso al vuelo" del transbordador espacial después del desastre del transbordador espacial Columbia . Se lanzó a las 10:39 EDT del 26 de julio de 2005. Durante el vuelo de la 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 importante cuando se creyó que el personal que procesaba el tanque había aplastado espuma al caminar sobre él o por daños causados por granizo cuando el transbordador estaba en la plataforma de lanzamiento o durante otros preparativos para el lanzamiento.
Además, las variaciones de densidad en la espuma también eran puntos potenciales de inicio de fallas que causaban desprendimiento de espuma. La innovación descrita a continuación respondió al llamado de 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 aplastada debido a la manipulación de los trabajadores y daños por granizo) y la variación de densidad en los materiales de espuma. Era fundamental tener un método que no requiriera acoplamiento de fluido (agua); es decir, los métodos de prueba ultrasónicos requieren acoplamiento de agua.
Existen 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 por completo en una forma más portátil y se vuelva menos costosa, podrá reemplazar los instrumentos ultrasónicos para materiales estructurales de plástico , cerámica y espuma . Los nuevos instrumentos no requerirán acoplamiento de líquidos, lo que mejora su utilidad en aplicaciones de campo y posiblemente para aplicaciones in situ de alta temperatura donde el acoplamiento de líquidos no es posible. Se puede desarrollar un nuevo segmento de mercado potencial con esta tecnología. [11] [12]
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Este artículo incorpora material de dominio público de Terahertz Density Thickness Imager. Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio . Consultado el 1 de marzo de 2011 . Este artículo incorpora material de dominio público de Ron Roth para Glenn Research Center. Medición sin contacto de la variación de densidad y espesor en materiales dieléctricos. Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio . Consultado el 1 de marzo de 2011 . Este artículo incorpora material de dominio público de sitios web o documentos del Departamento de Energía de los Estados Unidos .