Fig.1 (a) Aspecto de um radar de ondas milimétricas de banda ultralarga montado em um drone. (b) - (d) Manobrar o drone dentro da chaminé e inspecionar a parede interna da chaminé enquanto levanta o drone. Em (d), a abertura da chaminé pode ser vista acima. Crédito:Universidade de Osaka
Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Osaka, junto com a Rediscovery of the Wheel Inc., e JFE Shoji Electronics Corporation, desenvolveu um sistema de radar de banda ultralarga, que pode ser montado em drones. Com a cooperação da Usina Tokuyama da Idemitsu Kosan Co., Ltd., um drone equipado com o radar voou em uma chaminé com altura de 150 m durante um período de inspeção regular (Fig. 1). Os pesquisadores conseguiram inspecionar a espessura do material de revestimento, que cobre a parede da chaminé como camada de proteção.
"Em geral, radares de ondas milimétricas com frequências de operação de 24 GHz, 60 GHz, 77 GHz, e 79 GHz são comumente usados principalmente para aplicações em veículos. Contudo, devido às limitações das frequências de ondas de rádio e suas larguras de banda, a capacidade de penetração do material e a resolução são insuficientes, e nenhum deles pode ser aplicado ao diagnóstico acima da parede interna da chaminé, "explica o professor assistente Yi.
Os pesquisadores estão desenvolvendo um sistema de radar que utiliza tecnologias de comunicação óptica (Fig. 2). Neste sistema, dois comprimentos de onda diferentes de sinais ópticos são gerados primeiro na banda de comprimento de onda de comunicação de fibra óptica (1,55 μm). Quando os sinais ópticos são transmitidos por um cabo de fibra óptica e aplicados a um fotodiodo, que converte o sinal óptico em sinal elétrico (RF), é possível gerar ondas de rádio com uma frequência correspondente à diferença de comprimento de onda entre os dois sinais ópticos. Ao controlar com precisão o comprimento de onda óptico, ondas de rádio podem ser geradas em qualquer banda na faixa de aproximadamente 1 GHz a 1000 GHz. A posição do ponto de reflexão (superfície frontal ou traseira do objeto) é conhecida irradiando o objeto enquanto muda a frequência desta onda de rádio e calcula a relação de fase de amplitude entre a onda de rádio refletida e retornada do objeto e a onda de rádio original .
Fig.2 Diagrama de blocos do radar de ondas milimétricas de banda ultralarga montado no drone. A característica é que a geração de sinais de ondas milimétricas é controlada pela utilização de tecnologias de comunicação óptica. O controle da geração de ondas milimétricas e o processamento dos sinais detectados são realizados no solo. Ele pode lidar com até a faixa de onda terahertz, substituindo as peças montadas no drone. Crédito:Universidade de Osaka
Fig.3 Exemplo de resultados de medição. (a) Reflexo de ondas de rádio em um determinado ponto. Ondas refletidas da superfície frontal e da superfície posterior do material de revestimento são observadas, e a espessura é estimada em 76 mm da diferença. (b) Um exemplo de imagem da espessura do forro na direção circunferencial da chaminé. Crédito:Universidade de Osaka
A fim de atender às necessidades de inspeção acima mencionadas para a parede interna da chaminé, é necessário ter uma tecnologia para transmitir o material de revestimento com uma espessura de cerca de 50 mm a 150 mm e medir a espessura com uma resolução da ordem dos mm. Portanto, através de experimentos anteriores, os pesquisadores descobriram que a espessura do material de revestimento pode ser medida usando a banda de 4 GHz a 40 GHz, e sintonizou o sistema da Fig. 2 para operar nesta banda de frequência. A Fig. 3 é um exemplo de medição da parede interna da chaminé. Pontos de reflexão da superfície frontal e pontos de reflexão da superfície posterior (lado metálico) do material de revestimento são observados, e a distância entre os dois corresponde à espessura do material de revestimento.
Esta equipe de projeto também está desenvolvendo tecnologias de diagnóstico para a superfície da parede interna da chaminé com uma câmera 4K montada no drone, e integrando-o com a tecnologia desenvolvida desta vez, estão promovendo a aplicação prática de tecnologias de inspeção de chaminés de maior valor agregado. "Além disso, espera-se que seja aplicado ao diagnóstico de várias estruturas e equipamentos de infraestrutura, aproveitando esta tecnologia de radar que pode facilmente alterar a frequência das ondas de rádio de ondas milimétricas para ondas terahertz, "diz o professor Nagatsuma, quem lidera a equipe.
