ในภาคอุตสาหกรรมนั้นมีการติดตั้งท่อเพื่อใช้สำหรับลำเลียงสารต่างๆ เพื่อใช้ในกระบวนการผลิตเป็นจำนวนมาก การบำรุงรักษาท่อโลหะส่วนใหญ่มักเป็นไปในเชิงแก้ไข คือเมื่อมีการเสียหายผุกร่อนทำให้ท่อมีรูทะลุจนเกิดการรั่วไหลของสิ่งที่อยู่ในท่อจึงจะสามารถรู้ตำแหน่งและระดับความเสียหายของเนื้อท่อและดำเนินการแก้ไขซ่อมแซมได้

แนวทางการซ่อมบำรุงเชิงป้องกันเพื่อรักษาสภาพท่อนั้นไม่สามารถทำได้ง่ายนัก ลำพังแค่การตรวจสอบด้วยสายตาเพื่อมองหาจุดที่ท่อเริ่มเสื่อมสภาพนั้นก็ทำได้จำกัดและใช้เวลานาน เนื่องจากแนวท่อในบางจุดนั้นถูกติดตั้งในตำแหน่งที่ยากแก่การมองเห็น อีกทั้งการไล่ตรวจสอบท่อตลอดทั้งแนวนั้นอาจหมายถึงการตรวจสอบท่อยาวหลายร้อยเมตร นอกจากนี้การตรวจสอบด้วยการมองนั้นยังไม่อาจรู้ได้ด้วยหากการผุกร่อนนั้นเกิดขึ้นจากภายในท่อ

เพื่อแก้โจทย์ในการตรวจสอบสภาพท่อให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้นและสามารถทำงานเชิงรุกได้ นักวิจัยจาก Southwest Research Institute (SwRI) จึงตั้งเป้าพัฒนาอุปกรณ์เพื่อใช้ตรวจสอบหาจุดที่เกิดการผุกร่อนของท่อโลหะได้อย่างรวดเร็ว และหาให้เจอได้ก่อนที่จะเกิดความเสียหายจนมีสารรั่วไหล พวกเขาได้พัฒนาเซ็นเซอร์คลื่นแม่เหล็กที่สามารถใช้เพื่อตรวจสอบแนวท่อเพื่อค้นหาจุดที่เกิดการผุกร่อนได้โดยการติดตั้งเซ็นเซอร์เพื่อตรวจสอบแต่ละครั้งสามารถตรวจสอบค้นหาจุดที่เกิดการผุกร่อนตามแนวท่อได้ยาวหลายเมตร

เครื่องตรวจค้นหาการผุกร่อนของท่อโลหะที่พัฒนาโดยทีมวิจัย SwRI

เครื่องมือที่ทีมวิจัยของ SwRI พัฒนาขึ้นมาพิเศษนี้ใช้เซ็นเซอร์แบบ magnetostrictive เป็นตัวค้นหาการจุดที่ท่อผุกร่อน ซึ่งเป็นเทคโนโลยีเดียวกันกับที่ใช้สร้างเซ็นเซอร์ระบุตำแหน่งเชิงเส้น (linear encoder) ที่ใช้ในระบบเครื่องจักรอุตสาหกรรมหลายชนิด

คลิปวิดีโอด้านล่างอธิบายหลักการทำงานโดยสังเขปของเซ็นเซอร์ magnetostrictive ซึ่งจะมีการการสร้างสัญญาณพัลส์ไฟฟ้าออกจากตัวส่งสัญญาณให้วิ่งไปตามชิ้นส่วนแท่ง waveguide ที่ทำหน้าที่เป็นแนวนำคลื่นสัญญาณไฟฟ้า ทั้งนี้วัสดุที่ใช้เป็น waveguide นั้นจะต้องเป็นวัสดุ ferromagnetic นั่นคือเป็นโลหะสามารถเหนี่ยวนำได้ในทางแม่เหล็กได้ง่าย (อธิบายง่ายๆ ก็คือเป็นโลหะที่แม่เหล็กสามารถดูดติดได้นั่นเอง)

สัญญาณไฟฟ้าที่เคลื่อนตัวไปจะสร้างสนามแม่เหล็กกระจายโดยรอบในเชิงรัศมีกระจายออกไปโดยรอบแท่ง waveguide จนเมื่อมันไปเจอแม่เหล็กเป้าหมาย (ซึ่งโดยปกติแล้วแม่เหล็กชิ้นนี้จะติดอยู่กับชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้ของเครื่องจักร) ก็จะเกิดการรบกวนกันของสนามแม่เหล็ก เกิดเป็นสัญญาณคลื่นแม่เหล็กชุดใหม่พุ่งออกไปตามแนว waveguide ทั้ง 2 ด้าน คือด้านที่ย้อนมาหาตัวส่งสัญญาณ และด้านที่วิ่งออกไปปลายทางด้านตรงข้าม

สำหรับสัญญาณคลื่นแม่เหล็กที่วิ่งไปด้านตรงข้ามกับตัวส่งสัญญาณนั้นจะถูกดูดซับและระบายออก แต่สำหรับสัญญาณคลื่นแม่เหล็กที่ที่วิ่งย้อนมาหาตัวส่งสัญญาณนั้น จะถูกแปลงเป็นข้อมูลเพื่อคำนวณจากเวลาที่คลื่นสะท้อนกลับมา ได้เป็นข้อมูลว่าแม่เหล็กเป้าหมายอยู่ห่างจากตัวส่งสัญญาณเป็นระยะทางเท่าไหร่

คลิปอธิบายหลักการทำงานของเซ็นเซอร์ Magnetostrictive ที่ถูกพัฒนาเป็นเซ็นเซอร์ระบุตำแหน่งชิ้นส่วนเครื่องจักร

เครื่องมือของทีมวิจัย SwRI นั้นใช้หลักการคล้ายคลึงกันกับเครื่องมือวัดตำแหน่ง (linear encoder) ดังที่อธิบายไปข้างต้น เพียงทว่าในการใช้งานเครื่องมีของทีมวิจัยนี้ วัตถุที่ถูกใช้เป็น waveguide ก็คือตัวท่อโลหะที่ต้องการตรวจสอบ ส่วนการตรวจจับคลื่นสัญญาณที่ได้จากการตรวจหาแม่เหล็กเป้าหมายนั้นก็เปลี่ยนเป็นการตรวจหาตำแหน่งของคราบออกไซด์การผุกร่อนของเนื้อท่อแทน

ตัวเครื่องมีลักษณะเป็นปลอกหุ้มท่อ บนปลอกดังกล่าวประกอบด้วยเซ็นเซอร์ magnetostrictive ติดอยู่ 8 ตัว ซึ่งแต่ละตัวจะถูกเชื่อมต่อกับวงจรแปลงสัญญาณ ทำให้ในการใช้งานจริงนั้นเซ็นเซอร์ทุกตัวจะถูกใช้งานแยกเป็นอิสระจากกัน ทั้งนี้ด้วยอัลกอริทึมที่ทีมวิจัยพัฒนาขึ้นเป็นพิเศษทำให้การแปลงผลสัญญาณของเซ็นเซอร์สาสามารถระบุตำแหน่งของการผุกร่อนในเนื้อท่อได้ว่าอยู่ตำแหน่งไหนตามแนวความยาวของท่อ และยังระบุได้ด้วยว่าจุดที่ผุนั้นอยู่ด้านไหน ทั้งนี้สามารถติดตามการแผ่ขยายของการผุกร่อนได้โดยเปรียบเทียบข้อมูลแต่ละช่วงเวลา

ทีมวิจัยพัฒนาเครื่องตรวจหาการผุกร่อนนี้มาเพื่อเน้นใช้งานกับอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซเป็นหลัก ที่ซึ่งให้ความสำคัญเป็นอย่างมากต่อการป้องกันการรั่วไหลของสารภายในท่อ ตัวเซ็นเซอร์สามารถทนอุณหภูมิที่ผิวสัมผัสได้สูงถึง 200 องศาเซลเซียส โดยชุดเซ็นเซอร์นี้สามารถส่งสัญญาณไปยังหน่วยประมวลผลและแสดงค่าได้ผ่านการเชื่อมต่อทั้งแบบมีสายและไร้สาย

เชื่อว่าในอนาคตอันใกล้เราน่าจะได้เห็นเซ็นเซอร์ชนิดนี้ได้รับการผลิตออกขายในเชิงพาณิชย์จริงจัง

ที่มา - InceptiveMind