釜山国立大学的研究人员开发了用于管道监测的非侵入式传感器

意外的管道故障可能导致泄漏，污染环境并危及公共安全，从而强调了准确、实时管道监测的重要性。作为灭火和冷却系统一部分的海军舰艇上的管道特别容易因频繁的弹丸发射和碰撞而损坏。

有两种用于此目的的传感器——侵入式和非侵入式。侵入式传感器是测量压力或质量流量的高精度传感器，必须在管道施工期间预先安装。另一方面，非侵入式传感器使用基于光和声音的测量系统。它们可以在管道建成后安装，从而提供更大的灵活性。然而，非侵入式传感器价格昂贵，受环境条件和噪音的影响。

为了克服这些局限性，釜山国立大学造船与海洋工程系助理教授 Yun-ho Shin 领导的一组研究人员提出了一种基于低成本、力感应的新型非侵入式传感器系统电阻器(FSR) 。该研究是与韩国机械与材料研究所 (KIMM) 联合进行的，并于 2023 年 2 月 7 日在线发表在《结构控制与健康监测》杂志上。

该传感器由带有 FSR 的刚性夹紧带组成，FSR 在非导电聚合物中包含导电颗粒。“当管道内的压力增加时，管道和夹紧带之间的接触力也会增加。这反过来又压缩了 FSR。结果，导电粒子彼此靠得更近，由于量子隧道效应，电流开始在非导电聚合物中流动。这降低了 FSR 阻力。因此，传感器可以间接测量管道压力并检测其中的变化，” Shin 教授解释道。研究人员发现，这种新型传感器的测量结果与商用侵入式传感器的相关性高达 99.4%，这凸显了其准确性。

然后，研究人员利用欧几里得距离法来确定传感器必须在管道网络中的最佳位置。根据其结果，他们在类似海军舰艇的消防总管道系统上安装了两个传感器。他们的数据被输入到支持向量机——一种基于机器学习的分类算法——这使他们能够快速准确地检测系统中损坏的类型和位置。

“基于 FSR 的传感器可以应用于管道故障风险高的行业中的任何管道系统，包括核电站和海军舰艇。他们还将通过自动化管道完整性监测来减少所需的手动工作，” Shin 教授总结道。

这种新颖、低成本、基于 FSR 的非侵入式传感器系统为实现更稳健的管道安全铺平了道路，从而展示了保护人类健康和环境健康的潜力。

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