Radar gelombang mikro non-destruktif menemukan kelembapan tersembunyi di dalam dinding bangunan

Bagi pemilik rumah, penumpukan kelembapan dapat menyebabkan sakit kepala terbesar. Jamur tumbuh di dinding kering dan material berbahan dasar kayu, merayap di sepanjang dinding, lantai, dan langit-langit. Bahan bangunan mulai terkikis dan membusuk. Ketika isolasi rusak, efisiensi energi rumah menurun. Bahkan kesehatan manusia pun terpengaruh karena kelembapan juga menyebabkan masalah kualitas udara.

Kunci untuk mencegahnya secara luas kelembaban Kerusakan dapat diketahui sejak dini, sehingga dapat dengan mudah diperbaiki.

Para peneliti di Laboratorium Nasional Oak Ridge Departemen Energi menggunakannya radar gelombang mikro refleksi untuk mendeteksi dan mengukur kadar air material di dalam dinding secara non-destruktif tanpa menghilangkan dinding kering atau penutup. Hal ini juga mempercepat identifikasi kelembapan dan memungkinkan pertumbuhan jamur diatasi pada tahap awal.

Hasil kajian tim peneliti. diterbitkan di dalam Pemindaian IEEE dan dipresentasikan pada IEEE Radar Conference 2024 di Denver.

“Kami tahu bahwa radar gelombang mikro sangat menjanjikan untuk hal ini, karena radar ini diketahui dapat mengukur kelembapan dalam sampel kayu,” kata Philip Boudreaux dari ORNL. “Tetapi bisakah Anda mengukur kelembapan kayu di dalam dinding untuk mendeteksi masalah kelembapan tinggi sebelum menjadi masalah besar? Itulah tantangannya.”

Segel yang bocor

Selubung bangunan terdiri dari dinding luar, atap, dan fondasi, yang semuanya disatukan untuk mencegah transmisi kelembapan. Namun pembungkusnya sendiri rentan terhadap masalah kelembapan yang disebabkan oleh banyak faktor: terlalu banyak hujan, kelembapan tanah, udara merembes melalui lubang, dan difusi uap ketika kelembapan berpindah dari konsentrasi yang lebih tinggi ke konsentrasi yang lebih rendah melalui pembungkusnya.

Sebagian besar rumah terbuat dari rangka kayu, dan jika kayunya lembap, ini adalah tempat yang tepat bagi tumbuhnya jamur. Jika dinding rusak atau dirancang tidak tepat, uap air yang merembes ke dalam kayu dapat membuatnya lembab. Oleh karena itu, kata Boudreaux, kayu dipilih sebagai bahan awal untuk menyelidiki kemampuan radar gelombang mikro.

“Anda dapat mendeteksi air di dalam kayu dengan energi gelombang mikro yang dipantulkan dari material tersebut menggunakan radar,” kata Boudreaux. “Anda juga dapat mengukur kelembapan di lebih dari satu jenis material di dalam dinding.”

Sebagai bagian dari spektrum elektromagnetik, gelombang mikro berinteraksi dengan material dengan cara yang mirip dengan cahaya tampak, namun menembus lebih jauh dan menciptakan pantulan. Sistem radar bekerja dengan memancarkan sinyal sebagai gelombang mikro dan kemudian mendeteksi pantulan gelombang mikro tersebut. Bila digunakan pada dinding, karakteristik pulsa pantulan gelombang mikro didasarkan pada kelembapan material.

Dinding terdiri dari lapisan bahan dan setiap lapisan dapat memiliki jumlah kelembapan yang berbeda. Namun, dengan mengukur waktu yang dibutuhkan gelombang mikro untuk kembali ke sensor, jarak ke setiap material di dinding dapat dihitung, dan ini dapat digunakan untuk memetakan dan mengukur kelembapan di dalam lapisan.

ukuran

Studi ORNL berfokus pada pendeteksian kelembapan pada selubung dinding struktural, yang biasanya terbuat dari papan untai berorientasi di rumah. Papan ini ditempatkan tepat di belakang pelapis dinding, atau lapisan luar, dalam konstruksi rangka kayu.

Boudreaux dan timnya melakukan uji eksperimental pada sampel pelapis kayu berukuran 305 milimeter persegi dan tebal 10 milimeter. Masing-masing bagian dikeringkan dalam oven dan kemudian dikondisikan untuk mencapai kadar air tertentu. Tim menggunakan radar gelombang mikro untuk mengukur kadar air lapisan dan kemudian membandingkan hasilnya dengan pengukuran yang dilakukan dengan pengukur kelembaban portabel konvensional.

“Hasilnya menunjukkan bahwa teknologi radar gelombang mikro dapat mendeteksi dan mengukur kelembapan di dalam lapisan dan dapat melakukannya dalam rentang 3% dibandingkan dengan alat pendeteksi portabel konvensional,” katanya. Agar teknik ini dapat diterapkan pada bangunan, tim Boudreaux pertama-tama harus mencari tahu apakah radar gelombang mikro dapat melihat dinding di balik dinding kering.

“Jadi kami meletakkan sepotong dinding kering di depan dinding sejauh tiga setengah inci dan segera melihat bahwa ya, radar melihat dinding tersebut,” katanya.

Pembuktian konsep kemudian berlanjut ke fase kedua: menentukan apakah radar dapat membedakan kadar air lapisan. Saat melamar algoritma matematika dikembangkan oleh tim peneliti ORNL, sekali lagi hasilnya positif. Sinyal pantulan radar dapat dikorelasikan dengan kadar air.

“Kami dapat memprediksi bentuk gelombang mikro yang dipantulkan dari papan untai yang berorientasi basah,” katanya. “Tetapi denyut nadi juga dapat dianalisis secara empiris dengan mengkorelasikan karakteristik denyut nadi dengan kadar air.”

Para peneliti kemudian mengubah pengaturan eksperimental menjadi a sistem elektronik portabel miniatur khusus untuk memungkinkan pengukuran lapangan. Pengaturan eksperimental mencakup pengukuran berdasarkan pantulan sinyal gelombang mikro yang ditransmisikan pada frekuensi 10 hingga 15 gigahertz.

Di luar tembok

Dengan hasil yang menjanjikan dari tim peneliti, tujuannya adalah untuk melisensikan teknologi ORNL kepada produsen sehingga sistem radar gelombang mikro portabel dapat dibeli di pasaran suatu hari nanti, sehingga memungkinkan setiap inspektur atau pemilik untuk membeli dan menggunakan perangkat tersebut.

Alat ini juga dapat digunakan untuk mengevaluasi atap dan pondasi serta dapat membantu calon pembeli rumah menghindari kejutan dengan mengidentifikasi masalah yang mungkin luput dari perhatian selama pemeriksaan.

“Dalam mengembangkan detektor, kami menciptakan sistem yang khusus diterapkan pada dinding rumah perumahan dan akses masyarakat umum,” kata Boudreaux. “Ini kecil, portabel, ringan, mudah dikonfigurasi dan dapat disesuaikan untuk transmisi dalam peraturan frekuensi.”

Tahap penelitian selanjutnya yang dilakukan tim meliputi pengukuran pantulan gelombang mikro dari seluruh rangkaian dinding dengan penutup berbeda, seperti pelapis dinding vinil dan batu bata.

“Dengan deteksi dini, masalah kecil bisa diperbaiki sebelum kerusakan besar terjadi,” ujarnya. “Kami telah menemukan apa yang dapat membantu menemukan kelembapan tersebut sejak dini, namun kami masih memiliki pekerjaan yang harus dilakukan dan lebih banyak bahan untuk diuji serta lebih banyak batasan untuk dieksplorasi dengan refleksi radar gelombang mikro.”