Al emplear excitación de pulso de flash o escaneo láser lineal, la energía termofotónica penetra en el interior del material y evoluciona con el tiempo. Las señales de relajación adquiridas se procesan luego a través de la correlación truncada utilizando unidades incrementadas con frecuencia. Este enfoque permite que las señales codificadas por la profundidad produzcan tomogramas con alta resolución axial, aprovechando la relación cuantitativa entre la longitud y la frecuencia de difusión de calor. Crédito: International Journal of Extreme Manufacturing (2025). Doi: 10.1088/2631-7990/ADA837
La termografía infrarroja (IRT) es una técnica de inspección efectiva en la fabricación debido a su modo de imagen sin contacto y no invasivo. Sin embargo, las técnicas IRT existentes solo pueden producir resultados 2D de estructuras subsuperficiales. Las limitaciones de los modos finitos de imágenes 2D impiden significativamente la inspección y evaluación del envejecimiento y el fracaso material.
El trabajo, publicado en el International Journal of Extreme Manufacturing, ofrece una nueva técnica de tomografía de coherencia fototérmica (tomografía de correlación fototérmica multiplexada por frecuencia (FM-PCT)) para traer IRT de imágenes 2D limitadas a tomografía 3D.
La colaboración de investigación que involucró a la Universidad de Laval, el Harbin Institute of Technology, la Universidad de Toronto, la Universidad de L ‘Aquila y la Universidad de Roma introdujo la técnica tomográfica fototérmica de alta resolución que puede detectar estructuras 3D de materiales subsuperficiales con precisión comparable a la tomografía microcomputada por rayos X.
“Las técnicas tradicionales de onda de difusión están limitadas por la física de la difusión parabólica y solo pueden producir imágenes planas integradas en profundidad”, dijo Andreas Mandelis, autor correspondiente en el documento y profesor de la Universidad de Toronto. “Necesitamos diseñar una modalidad de imagen novedosa que pueda preservar la energía dentro del ancho de banda de frecuencia instantánea con una pérdida mínima o ninguna pérdida, a pesar de la naturaleza difusiva de la señal”.
La termografía infrarroja se basa en el efecto fototérmico en los materiales, es decir, una distribución térmica anormal cuando una onda de calor encuentra una interfaz discontinua. Se han desarrollado múltiples algoritmos para estimar cuantitativamente las profundidades o tamaños de defectos asumiendo formas de defectos regulares y profundidades constantes, lo que los hace menos efectivos para las aplicaciones del mundo real.
En 1990, Vavilov y Maldague propusieron el concepto de tomografía térmica dinámica (DTT), pero su desarrollo ha estado limitado por una baja relación señal / ruido. Más adelante en 2014, Kaiplavil y Mandelis introdujeron la tomografía de coherencia fototérmica de correlación truncada (TC-PCT), que requiere recursos de almacenamiento computacionales y de almacenamiento de datos extremadamente altos.
En FM-PCT, se aplica un solo láser de pulso o escaneo de línea a la muestra. Según la teoría de la transformación de Fourier, la excitación de pulso único puede tratarse como una combinación de señales de multifrequencia. Esto proporciona una nueva perspectiva sobre el proceso de correlación truncada.
La modalidad FM-PCT descompone la excitación del pulso en señales sinusoidales múltiples y realiza un filtrado coincidente con señales térmicas capturadas. Como es bien sabido, la frecuencia de modulación está directamente relacionada con la profundidad de penetración. Por lo tanto, al controlar la frecuencia del filtrado coincidente, FM-PCT puede crear imágenes tomográficas a varias profundidades subsuperficiales.
“FM-PCT une la brecha en la tomografía a microescala causadas por las limitaciones de la TC de rayos X generales y las imágenes de ultrasonido, especialmente para especímenes delgados”, dijo el coautor Hai Zhang, profesor completo del Instituto Harbin de Tecnología y Profesor Adjunto en la Universidad de Laval. “Esta técnica mejorará significativamente la capacidad de inspección y ayudará a detectar defectos en etapa temprana en la fabricación industrial y las lesiones en los campos biomédicos”.
Los investigadores continúan refinando el enfoque con el objetivo de aplicarlo a la inspección industrial del mundo real y la evaluación de materiales. También planean extender este método no invasivo a las imágenes biomédicas y desarrollar algoritmos avanzados de imágenes de supervolución que puedan mejorar la resolución espacial y axial para observar los tejidos in vivo y ex vivo.
Más información: Pengfei Zhu et al, Tomografía de correlación fototérmica multiplexada de frecuencia para la evaluación no destructiva de materiales fabricados, International Journal of Extreme Manufacturing (2025). Doi: 10.1088/2631-7990/ADA837
Proporcionado por International Journal of Extreme Manufacturing
Cita: del 2d al 3D: una técnica tomográfica fototérmica de alta resolución para la inspección del subsuelo (2025, 11 de junio) Recuperado el 11 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-2d-3d-hligh-resolution-photothermal.html
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