RU2799111C1 - Ultrasonic tomography device - Google Patents
Ultrasonic tomography device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2799111C1 RU2799111C1 RU2023104026A RU2023104026A RU2799111C1 RU 2799111 C1 RU2799111 C1 RU 2799111C1 RU 2023104026 A RU2023104026 A RU 2023104026A RU 2023104026 A RU2023104026 A RU 2023104026A RU 2799111 C1 RU2799111 C1 RU 2799111C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna array
- flexible antenna
- ultrasonic
- flexible
- test object
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области ультразвукового неразрушающего контроля и может быть использовано при ультразвуковом контроле изделия с криволинейной внешней поверхностью и одностороннем доступе, например, шейки коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания, трубопроводов или трубопроводов с конусной поверхностью.The invention relates to the field of ultrasonic non-destructive testing and can be used in ultrasonic testing of a product with a curved outer surface and one-sided access, for example, crankshaft journals of internal combustion engines, pipelines or pipelines with a conical surface.
Известен способ ультразвукового контроля дефектности металлического изделия [RU 2723368 C1, МПК G01N29/04 (2006.01), G01N29/04 (2020.02), опубл. 10.06.2020], включающий размещение изделия контроля в иммерсионной ванне, сканирование изделия ультразвуковыми сигналами при возвратно-поступательном перемещении ультразвукового датчика в иммерсионной жидкости над изделием контроля поперек области контроля, регистрацию амплитуды и координаты ультразвуковых сигналов, обработку данных на компьютере и получение на дисплее двумерных ультразвуковых изображений при B- и C-сканировании изображений, образующих группу, получаемую при B-сканировании, суммируют их в одно изображение. При наличии в изделии дефекта «полистно» просматривают все ультразвуковые изображения этой группы, по которым оценивают размеры дефекта, при этом сканируют изделие контроля ультразвуковыми сигналами от датчиков линейной фазированной антенной решетки через зонную пластинку из полилактида с продольными прямоугольными отверстиями, которую прикрепляют перед датчиками, предварительно изготовив с помощью 3D-принтера, определив ее толщину t h и размеры зон l n из заданного математического выражения. Шаг сканирования вдоль активной ΔХ и вдоль пассивной апертуры ΔУ фазированной антенной решетки составляет не более 1 мм, определяют количество шагов сканирования N x и N y по осям Х и У и количество цифровых отсчетов Nz в одном ультразвуковом сигнале в каждой точке сканирования и формируют матрицу значений A (Nz, Nx, Ny), на основе которой визуализируют изображение внутреннего дефекта изделия контроля. A known method of ultrasonic testing of defectiveness of a metal product [RU 2723368 C1, IPCG01N29/04 (2006.01),G01N29/04 (2020.02), publ. 06/10/2020], which includes placing the test item in an immersion bath, scanning the item with ultrasonic signals during the reciprocating movement of the ultrasonic transducer in the immersion liquid above the test item across the control area, recording the amplitude and coordinates of ultrasonic signals, processing data on a computer and obtaining two-dimensional ultrasound images on the display during B- and C-scanning images that form a group obtained during B-scanning, summarize them in one image. If there is a defect in the product, all ultrasonic images of this group are viewed “by the sheet”, according to which the size of the defect is estimated, while scanning the product monitoring by ultrasonic signals from sensors of a linear phased antenna array through a zone plate made of polylactide with longitudinal rectangular holes, which is attached in front of the sensors, having previously been manufactured using a 3D printer, determining its thicknesst h and zone sizesl n from a given mathematical expression. The scanning step along the active ΔХ and along the passive aperture ΔУ of the phased antenna array is no more than 1 mm, determine the number of scan stepsN x AndN y By axesXAndAtand the number of digital samples Nz in one ultrasonic signal at each scanning point and form a matrix of values A (Nz,Nx,Ny), on the basis of which the image of the internal defect of the control product is visualized.
Недостатком данного способа является невозможность его использования для контроля изделий с криволинейными внешними поверхностями.The disadvantage of this method is the inability to use it to control products with curved outer surfaces.
Известен способ ультразвукового контроля профиля внутренней поверхности изделия с неровными поверхностями [RU 2560754, МПК G01N29/06 (2006.01), опубл. 20.08.2015], выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что две антенные решетки одна в качестве излучателя, а другая в качестве приемника на наклонных призмах, обращенных передними гранями друг к другу, размещают на поверхности контролируемого изделия на заранее рассчитанном расстоянии между собой, излучают ультразвуковые сигналы в контролируемое изделие независимо каждым элементом излучающей решетки, фиксируют отраженные от донной поверхности ультразвуковые сигналы элементами регистрирующей решетки, восстанавливают множество парциальных изображений путем умножения матрицы принятых сигналов и матрицы сигналов, рассчитанных для каждой точки изображения для точечного отражателя, учитывая трансформацию типов волн при отражениях, получают изображение профиля донной поверхности по изображению, полученному при суммировании множества восстановленных парциальных изображений с учетом трансформации типов волн при отражении от дна, по профилю донной поверхности получают таблицу значений толщины контролируемого изделия в каждой точке.A known method of ultrasonic testing of the profile of the inner surface of the product with uneven surfaces [EN 2560754, IPC G01N29/06 (2006.01), publ. 08/20/2015], chosen as a prototype, which consists in the fact that two antenna arrays, one as a transmitter and the other as a receiver on inclined prisms facing each other with their front faces, are placed on the surface of the controlled product at a pre-calculated distance between them , emit ultrasonic signals into the controlled product independently by each element of the radiating array, fix the ultrasonic signals reflected from the bottom surface by the elements of the recording array, restore a set of partial images by multiplying the matrix of received signals and the matrix of signals calculated for each image point for a point reflector, taking into account the transformation of wave types at reflections, an image of the profile of the bottom surface is obtained from the image obtained by summing up the set of reconstructed partial images, taking into account the transformation of wave types upon reflection from the bottom, from the profile of the bottom surface, a table of thickness values of the controlled product at each point is obtained.
Недостатком данного способа является невозможность использования для контроля изделий с криволинейными внешними поверхностями.The disadvantage of this method is the inability to use for the control of products with curved outer surfaces.
Техническим результатом предложенного способа является расширение арсенала технических средств, позволяющих проводить контроль изделий с криволинейными внешними поверхностями.The technical result of the proposed method is the expansion of the arsenal of technical means that allow for the control of products with curved outer surfaces.
Способ ультразвуковой томографии, также как в прототипе, включает размещение антенной решетки на поверхности объекта контроля, излучение ультразвуковых сигналов независимо каждым элементом решетки, фиксацию отраженных ультразвуковых сигналов всеми элементами антенной решетки, реконструкцию изображения внутренней структуры объекта контроля поочередно для каждой визуализируемой точки.The method of ultrasonic tomography, as well as in the prototype, includes placing an antenna array on the surface of the test object, emitting ultrasonic signals independently by each element of the array, fixing the reflected ultrasonic signals by all elements of the antenna array, reconstructing the image of the internal structure of the test object in turn for each visualized point.
Согласно изобретению, используют гибкую антенную решетку, которую вплотную размещают на поверхности объекта контроля с плоской или криволинейной внешней поверхностью, помещенного в иммерсионную ванну. С обратной стороны гибкой антенной решетки размещают акустический датчик так, что он расположен в иммерсионной жидкости, а гибкая антенная решетка полностью расположена в его акустическом поле. Принимают излученные в обратную сторону ультразвуковые сигналы каждым элементом гибкой антенной решетки, преобразуют в электрические сигналы, которые усиливают, оцифровывают и запоминают. По времени распространения ультразвуковых сигналов от каждого элемента гибкой антенной решетки до акустического датчика определяют расстояние от каждого элемента гибкой антенной решетки до акустического датчика. По этим данным определяют координаты элементов гибкой антенной решетки и полученные значения используют для реконструкции изображения методом цифровой фокусировки. Суммарный сигнал детектируют, значение максимума сохраняют в памяти изображений, а затем кодируют в градациях серого или цветом для отображения на экране дисплея.According to the invention, a flexible antenna array is used, which is closely placed on the surface of the test object with a flat or curved outer surface, placed in an immersion bath. On the reverse side of the flexible antenna array, an acoustic sensor so that it is located in the immersion liquid, and the flexible antenna array is completely located in its acoustic field. Receives backward-radiated ultrasonic signals by each element of the flexible antenna array are converted into electrical signals, which are amplified, digitized and stored. The distance from each element of the flexible antenna array to the acoustic sensor is determined from the propagation time of ultrasonic signals from each element of the flexible antenna array to the acoustic sensor. Based on these data, the coordinates of the elements of the flexible antenna array are determined, and the obtained values are used for image reconstruction by the digital focusing method. The sum signal is detected, the maximum value is stored in image memory, and then grayscale or color coded for display on a display screen.
Реконструируют изображение методом цифровой фокусировки, используя выражение:The image is reconstructed by digital focusing using the expression:
где uA(t) - суммарный сигнал, принятый антенной решеткой из точки А(x, z) объекта контроля с координатами x, z;where u A (t) is the total signal received by the antenna array from point A(x, z) of the control object with coordinates x, z;
i, j - номера передающих и принимающих элементов антенной решетки соответственно;i, j - numbers of transmitting and receiving elements of the antenna array, respectively;
I, R - общее количество отражений ультразвукового сигнала от обеих границ объекта контроля на прямом пути от антенной решетки к точке А(x, z) и на обратном пути от точки А(x, z) к антенной решетке соответственно;I, R - the total number of reflections of the ultrasonic signal from both boundaries of the test object on the direct path from the antenna array to point A(x, z) and on the way back from point A(x, z) to the antenna array, respectively;
М - максимальное количество отражений ультразвукового сигнала от обеих границ объекта контроля отдельно на прямом и обратном путях распространения сигнала, используемое при реконструкции изображения;M - the maximum number of reflections of the ultrasonic signal from both boundaries of the test object separately on the forward and reverse signal propagation paths used in image reconstruction;
ui,j - фрагмент реализации, полученной от элементов i, j антенной решетки;u i,j is a fragment of the implementation obtained from elements i, j of the antenna array;
t - текущее время;t - current time;
tAi,j(I, R) - время задержки фрагмента ui,j реализации, содержащего сигнал, прошедший по траектории с общим количеством (I+R) отражений от обеих границ объекта контроля;t Ai,j (I, R) - the delay time of the implementation fragment u i,j , containing the signal that passed along the trajectory with the total number (I+R) of reflections from both boundaries of the control object;
τu - длительность зондирующего импульса.τ u - the duration of the probing pulse.
Таким образом, использование акустического датчика, расположенного указанным образом с обратной стороны гибкой антенной решетки, прием сигналов, излученных этой стороной гибкой антенной решетки и определение координат каждого элемента гибкой антенной решетки позволяет получить томограмму зоны контроля изделия с криволинейной внешней поверхностью.Thus, the use of an acoustic sensor located in the indicated way on the reverse side of the flexible antenna array, receiving signals emitted by this side of the flexible antenna array and determining the coordinates of each element of the flexible antenna array makes it possible to obtain a tomogram of the control zone of a product with a curved outer surface.
На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого устройства.In FIG. 1 shows a block diagram of the proposed device.
На фиг. 2 показана томограмма зоны контроля кольца подшипника, полученная предложенным способом с использованием гибкой антенной решетки.In FIG. 2 shows a tomogram of the control zone of the bearing ring, obtained by the proposed method using a flexible antenna array.
На фиг. 3 показана томограмма зоны контроля этого же кольца подшипника, полученная с использованием прямолинейной (негибкой) акустической решетки.In FIG. Figure 3 shows a tomogram of the control zone of the same bearing ring, obtained using a rectilinear (inflexible) acoustic grating.
Устройство ультразвуковой томографии содержит гибкую антенную решетку 1 с n приемно-передающими элементами 2.1, 2.2, …, 2.n, каждый из которых соединен с выходом соответствующего генератора импульсов 3.1 (ГИ1), 3.2 (ГИ2), …, 3.n (ГИn) и входом соответствующей цепочки последовательно соединенных усилителя 4.1 (У1), 4.2. (У2), …, 4.n (Уn) и аналого-цифрового преобразователя 5.1 (АЦП1), 5.2 (АЦП2), …, 5.n (АЦПn).The ultrasonic tomography device contains a flexible antenna array 1 with n receiving-transmitting elements 2.1, 2.2, ..., 2.n, each of which is connected to the output of the corresponding pulse generator 3.1 (PG1), 3.2 (PG2), ..., 3.n (PGn ) and the input of the corresponding chain of series-connected amplifier 4.1 (U1), 4.2. (U2), ..., 4.n (Un) and analog-to-digital converter 5.1 (ADC1), 5.2 (ADC2), ..., 5.n (ADCn).
Выход каждого аналого-цифрового преобразователя 5.1 (АЦП1), 5.2 (АЦП2), …, 5.n (АЦПn) соединен с соответствующим входом блока памяти реализаций 6 (БПР), количество выходов которого N определено формулой:The output of each analog-to-digital converter 5.1 (ADC1), 5.2 (ADC2), ..., 5.n (ADCn) is connected to the corresponding input of the implementation memory block 6 (BPR), the number of outputs of which N is determined by the formula:
N=n⋅(n+1)/2.N=n⋅(n+1)/2.
N выходов блока памяти реализаций 6 (БПР) по количеству принятых реализаций ультразвуковых сигналов соединены с соответствующими входами вычислительного блока 7 (ВБ), который связан с блоком памяти изображений 8 (БПИ), соединенным с дисплеем 9 (Д).N outputs of the realizations memory block 6 (BPR) according to the number of received realizations of ultrasonic signals are connected to the corresponding inputs of the computing unit 7 (WB), which is connected to the image memory block 8 (BPI) connected to the display 9 (D).
С вычислительным блоком 7 (ВБ) соединен блок накопительной памяти 10 (БНП). Входы синхронизации каждого генератора импульсов 3.1 (ГИ1), 3.2 (ГИ2), …, 3.n (ГИn), блока памяти реализаций 6 (БПР), вычислительного блока 7 (ВБ) и блока памяти изображения 8 (БПИ) соединены с соответствующими выходами блока синхронизации 11 (БС).With the computing unit 7 (WB) is connected to the storage memory unit 10 (BNP). The synchronization inputs of each pulse generator 3.1 (GI1), 3.2 (GI2), ..., 3.n (GIn), implementation memory block 6 (BPR), computing unit 7 (WB) and image memory block 8 (BPI) are connected to the corresponding outputs synchronization block 11 (BS).
Гибкая антенная решетка 1 вплотную размещена на поверхности объекта контроля 12, помещенного в иммерсионную ванну, наполненную иммерсионной жидкостью. Акустический датчик 13 (АД) закреплен на кронштейне на стенке иммерсионной ванны так, что он размещен в иммерсионной жидкости, а гибкая антенная решетка 1 полностью расположена в его акустическом поле. Акустический датчик 13 (АД) связан через последовательно соединенные усилитель 14 (У) и компаратор 15 (К) с вычислительным блоком 7 (ВБ). Второй вход компаратора 15 (К) соединен с источником опорного напряжения 16 (ИОН).Flexible antenna array 1 is closely placed on the surface of the
Гибкая антенная решетка 1 является набором 16 или более приемно-передающих элементов, располагаемых матрично или линейно, например, S564-1,0*10 фирмы Doppler. Генераторы импульсов 3.1 (ГИ1), 3.2 (ГИ2), …, 3.n (ГИn) выполнены на микросхемах, имеющих импульсный ток коллектора не менее 2А и выходное напряжение 90 В, например, STHV748. Усилители 4.1 (У1), 4.2. (У2), …, 4.n (Уn) и 14 (У) выполнены по типовой схеме, например, на микросхемах AD603. Аналого-цифровые преобразователи 5.1 (АЦП1), 5.2 (АЦП2), …, 5.n (АЦПn) выполнены, например, на микросхемах ADС9057. Блок памяти реализаций 6 (БПР), объемом не менее 64 Кб, выполнен на типовых микросхемах, например, на микросхемах IDT72V293. Вычислительный блок 7 (ВБ) может быть выполнен на микроконтроллере, например, ATMEGA64, фирмы ATMEL. Блок памяти изображения 8 (БПИ) и блок накопительной памяти 10 (БНП) объемом не менее 100 МГб, могут быть выполнены, например, на модулях памяти, используемых в персональных компьютерах, 1ГБ DDR SDRAM PC3200, 400МГц. Дисплей 9 (Д) выполнен на матричной панели или на мониторе персонального компьютера, например, BENQ G2320HDB. Блок синхронизации 11 (БС) может быть выполнен на микроконтроллере, например, ATMEGA64, фирмы ATMEL. Акустический датчик 13 (АД) может быть типовым, например, SF5020 (П111-5,0-К20). Компаратор 15 (К) может быть типовым, например, К521СА3.Flexible antenna array 1 is a set of 16 or more transceiver elements arranged in a matrix or linear arrangement, for example, S564-1.0*10 from Doppler. Pulse generators 3.1 (GI1), 3.2 (GI2), ..., 3.n (GIn) are made on microcircuits with a collector pulse current of at least 2A and an output voltage of 90 V, for example, STHV748. Amplifiers 4.1 (U1), 4.2. (U2), ..., 4.n (Un) and 14 (U) are made according to a typical scheme, for example, on AD603 microcircuits. Analog-to-digital converters 5.1 (ADC1), 5.2 (ADC2), ..., 5.n (ADCn) are made, for example, on ADC9057 microcircuits. Implementation memory block 6 (BPR), with a capacity of at least 64 Kb, is made on standard microcircuits, for example, on IDT72V293 microcircuits. Computing unit 7 (WB) can be made on a microcontroller, for example, ATMEGA64, manufactured by ATMEL. The image memory block 8 (BPI) and the storage memory block 10 (BNP) with a capacity of at least 100 MB can be performed, for example, on memory modules used in personal computers, 1 GB DDR SDRAM PC3200, 400 MHz. Display 9 (D) is made on a matrix panel or on a personal computer monitor, for example, BENQ G2320HDB. Synchronization block 11 (BS) can be made on a microcontroller, for example, ATMEGA64, manufactured by ATMEL. Acoustic sensor 13 (BP) can be typical, for example, SF5020 (P111-5.0-K20). Comparator 15 (K) can be typical, for example, K521CA3.
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Объект контроля 12, например, с криволинейной поверхностью, помещают в иммерсионную ванну, заполненную иммерсионной жидкостью. Гибкую антенную решетку 1 вплотную размещают на поверхности объекта контроля 12. Акустический датчик 13 (АД), расположенный с другой стороны от гибкой антенной решетки 1, полностью погружен в иммерсионную жидкость так, что гибкая антенная решетка 1 полностью находится в его акустическом поле.The object of
По сигналу от блока синхронизации 11 (БС) первый генератор импульсов 3.1 (ГИ1) подает сигнал возбуждения на первый приемо-передающий элемент 2.1 гибкой акустической решетки 1. В объект контроля 12 излучается зондирующий сигнал. В этот момент все приемно-передающие элементы 2.1, 2.2, …, 2.n, начинают принимать ультразвуковые сигналы из объекта контроля 12. Эти сигналы, преобразованные в электрические, усиливаются в соответствующих усилителях 4.1 (У1), 4.2. (У2), …, 4.n (Уn), оцифровываются в аналого-цифровых преобразователях 5.1 (АЦП1), 5.2 (АЦП2), …, 5.n (АЦПn) и записываются в блок памяти реализаций 6 (БПР) независимо друг от друга, без каких-либо преобразований и временных сдвигов. Эти сигналы записываются в интервале времени, превышающем с некоторым запасом время распространения ультразвуковых сигналов от излучающего первого приемо-передающего элемента 2.1 гибкой антенной решетки 1 к наиболее дальней визуализируемой точке объекта контроля 12 и обратно - к самому удаленному от нее приемо-передающему элементу 2.n гибкой антенной решетки 1. Одновременно с этим процессом происходит прием сигнала, излученного обратной стороной первого приемо-передающего элемента 2.1 гибкой антенной решетки 1, акустическим датчиком 13 (АД), его усиление усилителем 14 (У). При превышении этим сигналом порогового уровня, который задается источником опорного напряжения 16 (ИОН), компаратор 15 (К) выдает сигнал на вычислительный блок 7 (ВБ), который фиксирует время между сигналом, излученным первым приемо-передающим элементом 2.1 гибкой антенной решетки 1 и сигналом принятым акустическим датчиком 13 (АД).According to the signal from the synchronization unit 11 (BS), the first pulse generator 3.1 (PG1) sends an excitation signal to the first transceiver element 2.1 of the flexible acoustic array 1. A probing signal is emitted into the
Далее второй генератор импульсов 3.2 (ГИ2) по сигналу от блока синхронизации 11 (БС) возбуждает второй приемо-передающий элемент 2.2 гибкой антенной решетки 1, который посылает в объект контроля 12 зондирующий сигнал. Снова происходит прием и запись принятых сигналов в блок памяти реализаций 6 (БПР). Но сигналы, принятые первым приемо-передающим элементом 2.1, в данном случае не записываются, так как реализация этих сигналов, согласно принципу взаимности, тождественна той, которая уже была принята вторым приемо-передающим элементом 2.2 при посылке зондирующего сигнала ее первым приемо-передающим элементом 2.1 в предыдущем цикле зондирования-приема ультразвуковых сигналов. Одновременно с этим процессом происходит прием сигнала, излученного обратной стороной второго приемо-передающего элемента 2.2, акустическим датчиком 13 (АД), его усиление усилителем 14 (У). При превышении этим сигналом порогового уровня, который задается источником опорного напряжения 16 (ИОН), компаратор 15 (К) выдает сигнал на вычислительный блок 7 (ВБ), который фиксирует время между сигналом, излученным вторым приемо-передающим элементом 2.2 гибкой антенной решетки 1 и сигналом принятым акустическим датчиком 13 (АД).Next, the second pulse generator 3.2 (PG2) on the signal from the synchronization unit 11 (BS) excites the second transceiver element 2.2 of the flexible antenna array 1, which sends a probing signal to the
Затем в третьем цикле зондирования-приема ультразвуковых сигналов все происходит аналогично изложенному выше, только зондирующий сигнал в объект контроля 12 посылает третий приемо-передающий элемент 2.3 гибкой антенной решетки 1, а сигналы в блок памяти реализаций 6 (БПР) записываются от приемо-передающих элементов 2.3, …, 2.n, за исключением сигналов от первого 2.1 и второго 2.2 приемо-передающих элементов. Также фиксируется время между сигналом, излученным третьим элементом 2.3 гибкой антенной решетки 1 и сигналом принятым акустическим датчиком 13 (АД).Then, in the third cycle of probing-receiving ultrasonic signals, everything happens in the same way as described above, only the probing signal is sent to the
В последнем, n-ном цикле зондирования-приема n-ный приемо-передающий элемент 2.n гибкой антенной решетки 1 исполняет роль излучателя и приемника ультразвуковых сигналов, то есть работает в совмещенном режиме. При этом в блок памяти реализаций 6 (БПР) записывается всего одна реализация принятых сигналов. Также фиксируется время между сигналом, излученным n-ым приемо-передающим элементом 2.n и сигналом принятым акустическим датчиком 13 (АД).In the last, n-th cycle of probing-reception, the n-th receiving-transmitting element 2.n of the flexible antenna array 1 plays the role of an emitter and receiver of ultrasonic signals, that is, it works in a combined mode. In this case, only one implementation of the received signals is recorded in the implementation memory block 6 (BPR). Also fixed is the time between the signal emitted by the n-th transceiver element 2.n and the signal received by the acoustic sensor 13 (HELL).
После выполнения всех этих циклов зондирования-приема ультразвуковых сигналов, то есть после того как все приемо-передающие элементы 2 гибкой антенной решетки 1 совершат по одной посылке зондирующего сигнала, в блоке памяти реализаций 6 (БПР) окажутся записанными N=n⋅(n+1)/2 реализаций принятых сигналов. Каждая реализация - это результат зондирования и приема сигналов каждой из возможных пар приемо-передающих элементов 2.1, 2.2, …, 2.n включая и совмещенные пары, когда излучатель и приемник - один и тот же элемент. В частности, если n=16, количество реализаций N=136. Также будет записано время распространения сигнала от каждого элемента гибкой антенной решетки 2.1, 2.2, …, 2.n до акустического датчика 13 (АД).After performing all these cycles of probing-receiving ultrasonic signals, that is, after all the receiving-transmitting
После записи всех N реализаций в блоке памяти реализаций 6 (БПР) вычисляются расстояния от каждого элемента гибкой антенной решетки 2.1, 2.2, …, 2.n до акустического датчика 13 (АД) путем умножения времени распространения сигнала от каждого элемента гибкой антенной решетки 2.1, 2.2, …, 2.n до акустического датчика 13 (АД) на скорость распространения сигнала в иммерсионной среде. Полученные значения используют для определения координат каждого элемента гибкой антенной решетки 2.1, 2.2, …, 2.n, после этого начинается реконструкция изображения внутренней структуры объекта контроля 12 поочередно для каждой визуализируемой точки. Для этого вычислительный блок 7 (ВБ) реализует функцию:After recording all N implementations in the implementations memory block 6 (BPR), the distances from each element of the flexible antenna array 2.1, 2.2, ..., 2.n to the acoustic sensor 13 (AD) are calculated by multiplying the signal propagation time from each element of the flexible antenna array 2.1, 2.2, ..., 2.n to the acoustic sensor 13 (BP) on the speed of signal propagation in the immersion medium. The obtained values are used to determine the coordinates of each element of the flexible antenna array 2.1, 2.2, ..., 2.n, after which the reconstruction of the image of the internal structure of the
где uA(t) - суммарный сигнал, принятый гибкой антенной решеткой из точки А(x, z) объекта контроля с координатами x, z;where u A (t) is the total signal received by the flexible antenna array from point A(x, z) of the control object with coordinates x, z;
i, j - номера передающих и принимающих элементов гибкой антенной решетки соответственно;i, j - numbers of transmitting and receiving elements of the flexible antenna array, respectively;
I, R - общее количество отражений ультразвукового сигнала от обеих границ объекта контроля на прямом пути от гибкой антенной решетки к точке А(x, z) и на обратном пути от точки А(x, z) к гибкой антенной решетке соответственно;I, R - the total number of reflections of the ultrasonic signal from both boundaries of the test object on the direct path from the flexible antenna array to point A(x, z) and on the way back from point A(x, z) to the flexible antenna array, respectively;
М - максимальное количество отражений ультразвукового сигнала от обеих границ объекта контроля отдельно на прямом и обратном путях распространения сигнала, используемое при реконструкции изображения;M - the maximum number of reflections of the ultrasonic signal from both boundaries of the test object separately on the forward and reverse signal propagation paths used in image reconstruction;
ui,j - фрагмент реализации, полученной от элементов i, j антенной решетки;u i,j is a fragment of the implementation obtained from elements i, j of the antenna array;
t - текущее время;t - current time;
tAi,j(I, R) - время задержки фрагмента ui,j реализации, содержащего сигнал, прошедший по траектории с общим количеством (I+R) отражений от обеих границ объекта контроля;t Ai,j (I, R) - the delay time of the implementation fragment u i,j , containing the signal that passed along the trajectory with the total number (I+R) of reflections from both boundaries of the control object;
τu - длительность зондирующего сигнала.τ u - duration of the probing signal.
Полученный суммарный сигнал uA(t) для каждой визуализируемой точки сохраняется в блоке накопительной памяти 10 (БНП), а затем в вычислительном блоке 7 (ВБ) суммарный сигнал uA(t) детектируется (вычисляется его огибающая) и значение максимума полученной функции записывается в блок памяти изображения 8 (БПИ). Это значение (число) кодируется в градациях серого или цветом для отображения на экране дисплея 9 (Д). The resulting total signal u A (t) for each visualized point is stored in the storage memory block 10 (BNP), and then in the computing unit 7 (WB) the total signal u A (t) is detected (its envelope is calculated) and the value of the maximum of the obtained function is recorded into the image memory block 8 (BPI). This value (number) is encoded in grayscale or color for display on the display screen 9 (D).
На фиг. 2 показана томограмма зоны контроля кольца подшипника толщиной 15 мм. Гибкую антенную решетку 1 располагали внутри кольца, а снаружи кольца просверлили три плоскодонных отверстия диаметром 1мм и глубиной 3 мм (в центре), 2 мм (справа от центра) и 2,5 мм (слева от центра). Частота излучения составила 5 МГц. Внизу томограммы отображаются в виде темно-синих пятен три искусственно внесенных дефекта. Расстояния от решетки до дефектов составили 12 мм (в центре), 13 мм (справа от центра) и 12,5 мм (слева от центра).In FIG. 2 shows a tomogram of the control zone of a bearing ring with a thickness of 15 mm. Flexible antenna array 1 was placed inside the ring, and three flat-bottomed holes were drilled outside the ring with a diameter of 1 mm and a depth of 3 mm (in the center), 2 mm (to the right of the center) and 2.5 mm (to the left of the center). The radiation frequency was 5 MHz. At the bottom of the tomogram, three artificially introduced defects are displayed as dark blue spots. The distances from the grating to the defects were 12 mm (in the center), 13 mm (to the right of the center), and 12.5 mm (to the left of the center).
На фиг. 3 показана томограмма зоны контроля этого же кольца подшипника, но при использовании негибкой акустической решетки. При этом выявляется только один дефект.In FIG. Figure 3 shows a tomogram of the control zone of the same bearing ring, but using a non-flexible acoustic grating. In this case, only one defect is detected.
Claims (11)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2799111C1 true RU2799111C1 (en) | 2023-07-04 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2817123C1 (en) * | 2023-11-24 | 2024-04-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Ultrasonic tomography method |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009153573A (en) * | 2007-12-25 | 2009-07-16 | Panasonic Corp | Ultrasonic diagnostic apparatus and tomographic image processing method |
| RU2532597C1 (en) * | 2013-07-03 | 2014-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method for rendering ultrasonic flaw detection of three-dimensional article |
| RU2560754C1 (en) * | 2014-05-30 | 2015-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр неразрушающего контроля "ЭХО+" | Ultrasonic testing method of profile of internal surface of item with uneven surfaces |
| RU2679647C1 (en) * | 2018-05-31 | 2019-02-12 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of ultrasound tomography |
| RU2679648C1 (en) * | 2018-05-31 | 2019-02-12 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Ultrasound tomography device |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009153573A (en) * | 2007-12-25 | 2009-07-16 | Panasonic Corp | Ultrasonic diagnostic apparatus and tomographic image processing method |
| RU2532597C1 (en) * | 2013-07-03 | 2014-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method for rendering ultrasonic flaw detection of three-dimensional article |
| RU2560754C1 (en) * | 2014-05-30 | 2015-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр неразрушающего контроля "ЭХО+" | Ultrasonic testing method of profile of internal surface of item with uneven surfaces |
| RU2679647C1 (en) * | 2018-05-31 | 2019-02-12 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of ultrasound tomography |
| RU2679648C1 (en) * | 2018-05-31 | 2019-02-12 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Ultrasound tomography device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2817123C1 (en) * | 2023-11-24 | 2024-04-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Ultrasonic tomography method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102621223B (en) | Ultrasonic scanning and detection method based on sonic time reversal method | |
| CN103110432B (en) | Adaptive image optimization in induced wave ultrasound imaging | |
| KR101868381B1 (en) | Solving for shear wave information in medical ultrasound imaging | |
| US6719693B2 (en) | Apparatus and system for real-time synthetic focus ultrasonic imaging | |
| US5428999A (en) | Method and apparatus for acoustic examination using time reversal | |
| CN103505243B (en) | Measure hyperacoustic sound absorption or decay | |
| Bulavinov et al. | Sampling phased array a new technique for signal processing and ultrasonic imaging | |
| EP3581961A1 (en) | Method and apparatus for ultrasound imaging with improved beamforming | |
| US4730495A (en) | Ultrasonic reflex transmission imaging method and apparatus | |
| US20070167774A1 (en) | Ultrasound diagnostic system and method of detecting lesion | |
| WO1993012444A2 (en) | Synthetic aperture ultrasound imaging system | |
| Nikolov et al. | 3D synthetic aperture imaging using a virtual source element in the elevation plane | |
| Hansen et al. | Compounding in synthetic aperture imaging | |
| CN1199862A (en) | Method and device for processing signals representative of waves reflected, transmitted or refracted by volume structure with view to exploring and analyzing this structure | |
| US6716173B2 (en) | Ultrasonic imaging method and ultrasonic imaging apparatus | |
| US9759690B2 (en) | Method and system for nondestructive ultrasound testing | |
| CN116429894A (en) | Ultrasonic multi-wave-based full-focus imaging detection method and detection device | |
| RU2799111C1 (en) | Ultrasonic tomography device | |
| US20100280381A1 (en) | System and method for accelerated focused ultrasound imaging | |
| Daeichin et al. | Acoustic characterization of a miniature matrix transducer for pediatric 3D transesophageal echocardiography | |
| RU2796813C1 (en) | Ultrasonic tomography device | |
| RU2817123C1 (en) | Ultrasonic tomography method | |
| Opielinski et al. | The effect of crosstalk in a circular transducer array on ultrasound transmission tomography of breast | |
| RU2815491C1 (en) | Ultrasound tomography device | |
| Stepinski et al. | Designing 2D arrays for SHM of planar structures: a review |