科学家开发紧凑的成像系统 有望重塑对金属疲劳的检测

以一架波音737飞机为例，2011年该飞机在飞行中失去了一段机顶。测试结果显示，西南航空737-300的金属连接处出现了 "看不见 "的疲劳裂缝，而在1988年的一次事件后，阿罗哈航空737的机顶被撕开，一名空姐被吸出舱外。

金属疲劳是汽车、风力涡轮机、家用电器和桥梁等各种制造业中的一个事实。它被指责与挪威北海石油钻井平台故障（1980年）事件有关，当时支撑电缆断裂，导致120名工人死亡；艾须德高铁车祸（1998年），由于车轮的外钢圈因疲乏而突然爆裂并在底盘上脱落，导致脱轨和公路上的桥梁倒塌（101人死亡）；以及1954年两架德·哈维兰公司“彗星”飞机相隔数周的半空破裂（46人死亡）有关。

此外，还有热那亚的Ponte Morandi桥坍塌事故（2018年）；康涅狄格州的米亚努斯河大桥坍塌事故（1983年）；安大略省拉奇福德大桥坍塌事故（2003年）；2009年的旧金山-奥克兰海湾大桥等等。

这是一个巨大的问题，科学家Kheang Khauv在2000年初与澳大利亚国防部合作时就认识到了这个问题，他看到了生产一种高精度、便携式和紧凑的替代产品的潜力，而不是使用传统的机械应变片来测试金属疲劳。

Khauv所在的澳大利亚的公司名为1Millikelvin--这个名字指的是一个微小的温度水平--该公司正在利用微小的红外相机来检测材料的温度变化，从而完善金属疲劳检查过程。

1Millikelvin的技术叫做MiTE--微测温仪热弹性评估。简单来说就是“应力成像”，它的工作原理是通过从相机中获取的图像结合数据处理工具来识别关键的应力热点。飞机机翼、冰箱铰链、桥梁电缆插销等部位的微小温度变化，可以直接表明结构载荷的变化，从而出卖金属疲劳的存在，从而警示潜在的金属塌陷和灾难。

现任1Millikelvin公司总经理的Khauv告诉NewAtlas，他的公司从相机（由FLIR公司制造）中获取原始数据，并将应力图像作为精确的信息提供给客户，以识别结构载荷，并提供应力热点的警报。相机的体积小，使得该系统具有便携性，同时也降低了这项被普遍认为购买和运营成本非常高的技术的成本。

“以前要解决哪怕是20毫开尔文的温度变化，都需要一台大而笨重的国防或科学级机器，成本接近100万美元，只有科学家才能操作。”Khauv说。

MiTE一旦完全商业化，其成本预计将是最接近的竞争对手的五分之一到十分之一。目前，确定应力的最常见方法是使用机械应变仪。“缺点是它们只能提供有限的应力图像，特别是在复杂的结构部件中，无法对应力进行成像，这意味着许多应力热点可能无法被发现，”他说。

MiTE是在Khauv在全球热成像公司FLIR（最近才卖给Teledyne Technologies）工作时产生的，通过与国防部的合作，他了解了高灵敏度红外测量设备的军事相关应用。

2014年离开FLIR后，Khauv开始在LRM技术公司工作，并将热成像硬件与自己的软件融入LRM的衍生业务1Millikelvin中。“2016年，我们去了国防部，并签署了一份正式协议，将压力成像概念商业化。”他说。

"国防部提出了核心算法和概念验证，我们确定了该技术如何在其他地方使用，并以易于使用的形式使用的大局。"他说，要想让这项技术发挥作用，必须共同合作。有与国防部的协议，也有成本效益高且非常小的相机进入市场。

“如果没有小型摄像机，让一个系统运转起来的成本是如此之大，以至于可能会超过收益，”他说。

紧凑型和众多的相机可以放置在主体上--例如飞机机身或机翼--当部件受到应力作用时，可以从不同的点收集数据。其影响是巨大的。Khauv说，1Millikelvin技术显示了复杂部件在受力时的表现，重要的是，在它们被部署到现场之前。

“在未来，我们看到新的飞机设计会使用这个系统，”他说。“飞机制造商大多依靠传统的单点应变仪来确定应力，由于这种老式传感器技术的局限性，会留下很多盲点。我们的系统可以为复杂的3D零件提供高保真的应力图像。我们可以在一架飞机上移动，依次覆盖各个部件，或者--只要有足够的摄像头--同时检查和监测所有部件。”

Khauv说，他的技术已经被用于分析洛克希德-马丁公司F-35飞机的应力。该设备的相同场景可以应用于建筑物和桥梁，可以就地测试应力区。

“现在，对我们来说，我们必须告知人们这种应力成像能力的存在，”他说。“我们知道这项技术适用于航天和航空领域，但我们希望人们知道这项技术适用于其他领域，例如包括检查火车轨道和过山车。”

Khauv表示，合作对于1Millikelvin的成功至关重要。“如果没有它，从商业上讲，我们只会有一个伟大的想法，而不是更多，”他说。