RU2532606C1 - Ultrasonic tomography device - Google Patents

Ultrasonic tomography device Download PDF

Info

Publication number
RU2532606C1
RU2532606C1 RU2013130229/28A RU2013130229A RU2532606C1 RU 2532606 C1 RU2532606 C1 RU 2532606C1 RU 2013130229/28 A RU2013130229/28 A RU 2013130229/28A RU 2013130229 A RU2013130229 A RU 2013130229A RU 2532606 C1 RU2532606 C1 RU 2532606C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
output
outputs
memory block
memory unit
Prior art date
Application number
RU2013130229/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Иванович Солдатов
Константин Григорьевич Квасников
Андрей Алексеевич Солдатов
Антон Иванович Селезнев
Ирина Олеговна Болотина
Павел Владимирович Сорокин
Виктор Степанович Макаров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2013130229/28A priority Critical patent/RU2532606C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2532606C1 publication Critical patent/RU2532606C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention can be used to render ultrasonic flaw detection of a three-dimensional article. The ultrasonic tomography device comprises an antenna array with n receiving-transmitting elements, each connected to the output of a corresponding pulse generator and the input of a corresponding amplifier; n analogue-to-digital converters are connected to corresponding inputs of a realisation memory unit, the number of outputs, N, of which is defined by the formula N=n·(n+1)/2. Outputs of the realisation memory unit are connected to corresponding inputs of a computing unit, which is connected to a display through an image memory unit and a storage memory unit. Clock inputs of each pulse generator, realisation memory unit, computing unit and image memory unit are connected to corresponding outputs of a clock unit. A sensitivity temporary adjustment unit is connected to the clock unit and all amplifiers. A multiplicative processing unit is connected to the computing unit and the storage memory unit. The output of each amplifier is connected to a detector, the output of which is connected to an analogue-to-digital converter.
EFFECT: improved definition of the obtained image of the investigated article due to higher resolution.
5 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области анализа с помощью ультразвуковых волн материалов или изделий из металлов, керамики, пластмасс и может быть использовано в промышленности для контроля дефектов внутри деталей, для дефектоскопии различных материалов, а также в медицине для диагностики внутренних органов.The invention relates to the field of analysis using ultrasonic waves of materials or products from metals, ceramics, plastics and can be used in industry for inspection of defects inside parts, for flaw detection of various materials, as well as in medicine for the diagnosis of internal organs.

Известно устройство формирования акустического изображения контролируемого объекта [RU 2246723 С1, МПК7 G01N29/04, опубл. 20.02.2005], содержащее первый генератор, выход которого соединен со входом первого передающего пьезопреобразователя, второй генератор, выход которого соединен со входом второго передающего пьезопреобразователя, первый приемный пьезопреобразователь, выход которого соединен с первым приемным устройством, второй приемный пьезопреобразователь, выход которого соединен с вторым приемным устройством. Выходы первого и второго приемных устройств соединены с первым и вторым входами запоминающего устройства, выход которого подключен ко входу электронно-вычислительного блока, к первому и второму выходам которого подключены, соответственно, входы первого и второго генераторов. Передающие пьезопреобразователи размещены на поверхности контролируемого объекта. Приемные пьезопреобразователи выполнены с возможностью их перемещения по поверхности контролируемого объекта.A device for forming an acoustic image of a controlled object [RU 2246723 C1, IPC7 G01N29 / 04, publ. 02/20/2005], comprising a first generator, the output of which is connected to the input of the first transmitting piezoelectric transducer, a second generator, the output of which is connected to the input of the second transmitting piezoelectric transducer, a first receiving piezoelectric transducer, the output of which is connected to the first receiving device, and a second receiving piezoelectric transducer, the output of which is connected to second receiving device. The outputs of the first and second receiving devices are connected to the first and second inputs of the storage device, the output of which is connected to the input of the electronic computing unit, the first and second outputs of which are connected, respectively, the inputs of the first and second generators. Transmitting piezoelectric transducers are located on the surface of the controlled object. The receiving piezoelectric transducers are arranged to move them along the surface of the controlled object.

Недостатком этого устройства является необходимость последовательного расположения в различных точках на поверхности контролируемого объекта первого и второго приемных пьезопреобразователей и сложность сравнения каждой из М пар предварительных изображений.The disadvantage of this device is the need for sequential location at various points on the surface of the controlled object of the first and second receiving piezoelectric transducers and the difficulty of comparing each of the M pairs of preliminary images.

Известно устройство ультразвуковой томографии [RU 2458342 МПК G01N29/06 (2006.01), опубл. http://www.fips.ru/cdfi/fips.dll?ty=29&docid=2458342&cl=9&path=http://195.208.85.248/Archive/PAT/2012FULL/2012.08.10/DOC/RUNWC1/000/000/002/458/342/document.pdf" \], выбранное в качестве прототипа, содержащее антенную решетку с n приемно-передающими элементами, каждый из которых соединен с выходом соответствующего генератора импульсов и входом соответствующей цепочки последовательно соединенных усилителя и аналого-цифрового преобразователя, выход каждой из n указанных цепочек соединен с соответствующим входом памяти реализаций, количество выходов которой N определяется формулой:A device for ultrasound tomography [RU 2458342 IPC G01N29 / 06 (2006.01), publ. http://www.fips.ru/cdfi/fips.dll?ty=29&docid=2458342&cl=9&path=http://195.208.85.248/Archive/PAT/2012FULL/2012.08.10/DOC/RUNWC1/000/000/ 002/458/342 / document.pdf "\], selected as a prototype, containing an antenna array with n receiving and transmitting elements, each of which is connected to the output of the corresponding pulse generator and the input of the corresponding chain of series-connected amplifier and analog-to-digital converter, the output of each of the n indicated chains is connected to the corresponding input of the implementation memory, the number of outputs of which N is determined by the formula:

N=n·(n+1)/2,N = n · (n + 1) / 2,

выходы памяти реализаций соединены с соответствующими входами вычислительного блока, который связан с блоком накопительной памяти и с дисплеем через память изображения. Входы синхронизации каждого генератора импульсов, памяти реализаций, вычислительного блока и памяти изображения соединены с соответствующими выходами синхронизатора.the outputs of the implementation memory are connected to the corresponding inputs of the computing unit, which is connected to the storage memory unit and to the display through the image memory. The synchronization inputs of each pulse generator, implementation memory, computing unit and image memory are connected to the corresponding outputs of the synchronizer.

Недостатком известного устройства является низкая разрешающая способность, определяемая шириной главного лепестка синтезированной диаграммы направленности антенной решетки, состоящей из n приемно-передающих элементов, разная чувствительность на разных глубинах объекта контроля, определяемая коэффициентом усиления усилителя, низкое отношение сигнал/шум и ограничение по использованию только при ультразвуковой диагностике плоских металлоконструкций определенной толщины.A disadvantage of the known device is the low resolution, determined by the width of the main lobe of the synthesized radiation pattern of the antenna array, consisting of n receiving and transmitting elements, different sensitivity at different depths of the control object, determined by the gain of the amplifier, low signal-to-noise ratio and limited use only ultrasound diagnostics of flat metal structures of a certain thickness.

Задачей изобретения является улучшение четкости визуализации полученного изображения контролируемого изделия за счет увеличения разрешающей способности.The objective of the invention is to improve the clarity of visualization of the obtained image of the controlled product by increasing the resolution.

Поставленная задача решена за счет того, что устройство ультразвуковой томографии, также как в прототипе, содержит антенную решетку с n приемно-передающими элементами, каждый из которых соединен с выходом соответствующего генератора импульсов и входом соответствующего усилителя, n аналого-цифровых преобразователей соединены с соответствующими входами блока памяти реализации, количество выходов которого - N определено формулойThe problem is solved due to the fact that the ultrasound tomography device, as in the prototype, contains an antenna array with n receiving and transmitting elements, each of which is connected to the output of the corresponding pulse generator and the input of the corresponding amplifier, n analog-to-digital converters are connected to the corresponding inputs implementation memory block, the number of outputs of which is N is determined by the formula

N=n·(n+1)/2,N = n · (n + 1) / 2,

выходы блока памяти реализации соединены с соответствующими входами вычислительного блока, связанного с индикатором через блок памяти изображений и с блоком накопительной памяти, при этом входы синхронизации каждого генератора импульсов, блока памяти реализаций, вычислительного блока и блока памяти изображений соединены с соответствующими выходами блока синхронизации.the outputs of the implementation memory block are connected to the corresponding inputs of the computing unit associated with the indicator through the image memory block and the storage memory block, while the synchronization inputs of each pulse generator, the implementation memory block, the computing unit and the image memory block are connected to the corresponding outputs of the synchronization block.

Согласно изобретению блок временной регулировки чувствительности соединен с блоком синхронизации и всеми усилителями, а блок мультипликативной обработки соединен с вычислительным блоком и блоком накопительной памяти, при этом к выходу каждого усилителя подключен детектор, выход которого связан с аналого-цифровым преобразователем.According to the invention, the temporal sensitivity adjustment unit is connected to the synchronization unit and all amplifiers, and the multiplicative processing unit is connected to the computing unit and the storage memory unit, and a detector is connected to the output of each amplifier, the output of which is connected to an analog-to-digital converter.

За счет использования блока временной регулировки чувствительности обеспечивается компенсация затухания ультразвукового сигнала по мере распространения в объекте контроля и соответственно поддерживается одинаковая чувствительность на разных глубинах объекта контроля. Использование блока мультипликативной обработки, в котором производится когерентное умножение сигналов без переотражений от донной и внешней поверхности объекта контроля, позволяет сузить ширину главного лепестка синтезированной диаграммы направленности антенной решетки. Это улучшает четкость визуализации полученного изображения объекта контроля за счет увеличения разрешающей способности, при которой возможна раздельная визуализация нескольких рядом расположенных дефектов, а также увеличивает отношение сигнал/шум.Due to the use of a block of temporary sensitivity adjustment, the attenuation of the ultrasonic signal is compensated as it propagates in the control object and, accordingly, the same sensitivity is maintained at different depths of the control object. The use of the unit of multiplicative processing, in which the signals are coherently multiplied without reflections from the bottom and outer surfaces of the control object, allows narrowing the width of the main lobe of the synthesized antenna array. This improves the clarity of the visualization of the received image of the control object by increasing the resolution at which separate visualization of several adjacent defects is possible, and also increases the signal-to-noise ratio.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства ультразвуковой томографии.In FIG. 1 is a functional diagram of an ultrasound tomography device.

На фиг. 2 представлена функциональная схема устройства блока мультипликативной обработки.In FIG. 2 is a functional diagram of a multiplier processing unit device.

На фиг. 3 представлена функциональная схема устройства блока перемножения двух чисел.In FIG. 3 is a functional diagram of a device for a unit for multiplying two numbers.

На фиг. 4 показаны результаты визуализации ультразвуковой дефектоскопии колесной оси, полученные с использованием: а - прототипа, б - заявляемого устройства, где на а и б слева представлено томографическое изображение продольного сечения колесной оси по диаметру, а справа - поперечное сечение колесной оси.In FIG. 4 shows the results of visualization of ultrasonic flaw detection of a wheel axis, obtained using: a - a prototype, b - the claimed device, where a and b on the left show a tomographic image of the longitudinal section of the wheel axis in diameter, and on the right - the cross section of the wheel axis.

На фиг. 5 представлены результаты визуализации ультразвуковой дефектоскопии двух точечных дефектов, расположенных на расстоянии 2,4 мм друг от друга, полученные с использованием: а - прототипа, б - предлагаемого устройства.In FIG. 5 presents the results of visualization of ultrasonic flaw detection of two point defects located at a distance of 2.4 mm from each other, obtained using: a - prototype, b - the proposed device.

В таблице 1 представлен пример перемножения двух чисел.Table 1 presents an example of the multiplication of two numbers.

Устройство ультразвуковой томографии (фиг. 1) содержит антенную решетку 1 (АР), которая состоит из n приемно-передающих элементов 2.1 (ППЭ1), …, 2.n (ППЭn), каждый из которых соединен с выходом соответствующего генератора импульсов 3.1 (ГИ1), …, 3.n (ГИn) и входом соответствующей цепочки последовательно соединенных усилителя 4.1 (У1), детектора 5.1 (Д1) и аналого-цифрового преобразователя 6.1 (АЦП1), …, усилителя 4.n (Уn), детектора 5.n (Дn) и аналого-цифрового преобразователя 6.n (АЦПn).An ultrasound tomography device (Fig. 1) contains an antenna array 1 (AR), which consists of n receiving-transmitting elements 2.1 (PPE1), ..., 2.n (PPEn), each of which is connected to the output of the corresponding pulse generator 3.1 (GI1 ), ..., 3.n (ГИn) and the input of the corresponding chain of series-connected amplifier 4.1 (У1), detector 5.1 (Д1) and analog-to-digital converter 6.1 (ADC1), ..., amplifier 4.n (Уn), detector 5. n (Дn) and analog-to-digital converter 6.n (ADCn).

Выход каждого аналогово-цифрового преобразователя 6.1 (АЦП1), …., 6.n (АЦПn) соединен с соответствующим входом блока памяти реализаций 7 (БПР), количество выходов которого определяется формулой N=n·(n+1)/2. Выходы блока памяти реализаций 7 (БПР) соединены с соответствующими входами вычислительного блока 8 (ВБ), связанного с входом блока мультипликативной обработки 9 (БМПО), выход которого подключен к блоку накопительной памяти 10 (БНП). Вычислительный блок 8 (ВБ) соединен с выходом блока накопительной памяти 10 (БНП) и с входом блока памяти изображений 11 (БПИ), который соединен с индикатором 12 (И). Входы каждого генератора импульсов 3.1 (ГИ1), …, 3.n (ГИn), блока памяти реализаций 7 (БПР), вычислительного блока 8 (ВБ), блока памяти изображений 11 (БПИ) и блока временной регулировки чувствительности 13 (БВРЧ) соединены с блоком синхронизации 14 (БС). Выход блока временной регулировки чувствительности 13 (БВРЧ) подключен к каждому усилителю 4.1 (У1), …, 4.n (Уn). Антенная решетка 1 (АР) установлена на объекте контроля 15 (ОК).The output of each analog-to-digital converter 6.1 (ADC1), ..., 6.n (ADCn) is connected to the corresponding input of the implementation memory block 7 (BPR), the number of outputs of which is determined by the formula N = n · (n + 1) / 2. The outputs of the implementation memory block 7 (BPR) are connected to the corresponding inputs of the computing unit 8 (WB) associated with the input of the multiplicative processing unit 9 (BMPO), the output of which is connected to the storage memory block 10 (BNP). Computing unit 8 (WB) is connected to the output of the storage memory block 10 (BNP) and to the input of the image memory block 11 (BPI), which is connected to the indicator 12 (I). The inputs of each pulse generator 3.1 (ГИ1), ..., 3.n (ГИn), an implementation memory block 7 (BPR), a computing block 8 (WB), an image memory block 11 (BPI), and a sensitivity temporal adjustment block 13 (BVRCH) are connected with synchronization unit 14 (BS). The output of the block of temporary adjustment of sensitivity 13 (BVRCH) is connected to each amplifier 4.1 (U1), ..., 4.n (Un). Antenna array 1 (AR) is installed at the monitoring object 15 (OK).

Блок мультипликативной обработки 9 (БМПО) состоит из

Figure 00000001
идентичных блоков умножения (фиг. 2), соединенных пирамидально, так что первый уровень содержит n/2 блоков умножения 16.1 (БУ1.1), …, 16.n/2 (БУ1.n/2), входы которых соединены с вычислительным блоком 8 (ВБ). Выходы двух блоков умножения первого уровня 16.1 (БУ1.1) и 16.2 (БУ1.2) связаны с входами одного блока умножения второго уровня 17.1 (БУ2.1). Выходы двух блоков умножения первого уровня 16.3 (БУ1.3) и 16.4 (БУ1.4) связаны с входами одного блока умножения второго уровня 17.2 (БУ2.2). Выходы двух блоков умножения первого уровня 16.(n/2-1) (БУ1.(n/2-1)) и 16.n/2 (БУ1.n/2) связаны с входами одного блока умножения второго уровня 17.n/4 (БУ2.n/4). Выходы двух блоков умножения второго уровня 17.1 (БУ2.1) и 17.2 (БУ2.2) связаны с входами одного блока умножения третьего уровня 18.1 (БУ3.1) и т.д. Выходы блоков умножения третьего уровня 18.1 (БУ3.1) и 18.n/8 (БУ3.n/8) связаны с входом блока умножения n-го уровня 19.1 (БУn/2.1), выход которого является выходом блока мультипликативной обработки 9 (БМПО).Multiplicative Processing Unit 9 (BMPO) consists of
Figure 00000001
identical multiplication blocks (Fig. 2) connected pyramidally, so that the first level contains n / 2 multiplication blocks 16.1 (BU1.1), ..., 16.n / 2 (BU1.n / 2), the inputs of which are connected to the computing unit 8 (WB). The outputs of two blocks of multiplication of the first level 16.1 (BU1.1) and 16.2 (BU1.2) are connected to the inputs of one block of multiplication of the second level 17.1 (BU2.1). The outputs of two multiplication blocks of the first level 16.3 (BU1.3) and 16.4 (BU1.4) are connected to the inputs of one multiplication block of the second level 17.2 (BU2.2). The outputs of two multiplication units of the first level 16. (n / 2-1) (BU1. (N / 2-1)) and 16.n / 2 (BU1.n / 2) are connected to the inputs of one multiplication unit of the second level 17.n / 4 (BU2.n / 4). The outputs of two blocks of multiplication of the second level 17.1 (BU2.1) and 17.2 (BU2.2) are connected to the inputs of one block of multiplication of the third level 18.1 (BU3.1), etc. The outputs of the third level multiplication blocks 18.1 (BU3.1) and 18.n / 8 (BU3.n / 8) are connected to the input of the n-th level multiplication block 19.1 (BUn / 2.1), the output of which is the output of the multiplicative processing block 9 (BMPO )

Структурная схема всех блоков умножения 16.1 (БУ1.1), …, 16.n/2 (БУ1.n/2), 17.1 (БУ2.1), …, 17.n/2 (БУ2.n/4), 18.1 (БУ3.1), …, 18.n/8 (БУ3.n/8), …, 19.1 (БУn/2.1) одинакова (фиг. 3). Например, в блоке умножения 16.1 (БУ1.1) вход регистра первого числа 20 связан с вычислительным блоком 8 (ВБ), а первый выход регистра первого числа 20 соединен с входом первого регистра второго числа 21.1. Второй выход регистра первого числа 20 соединен с входом второго регистра второго числа 21.2, а n-й выход регистра первого числа 20 соединен с входом n-го регистра второго числа 21.n. Входы регистров второго числа 21.1, …, 21.n связаны с вычислительным блоком 8 (ВБ). Выходы регистров второго числа 21.1, …, 21.n соединены с входами сумматора 22. Выход сумматора 22 является выходом каждого блока умножения 16.1 (БУ1.1), …, 16.n/2 (БУ1.n/2), 17.1 (БУ2.1), …, 17.n/2 (БУ2.n/4), 18.1 (БУ3.1), …, 18.n/8 (БУ3.n/8), …, 19.1 (БУn/2.1).The structural diagram of all the multiplication blocks 16.1 (BU1.1), ..., 16.n / 2 (BU1.n / 2), 17.1 (BU2.1), ..., 17.n / 2 (BU2.n / 4), 18.1 (BU3.1), ..., 18.n / 8 (BU3.n / 8), ..., 19.1 (BUn / 2.1) is the same (Fig. 3). For example, in the multiplication block 16.1 (BU1.1), the input of the register of the first number 20 is connected to the computing unit 8 (WB), and the first output of the register of the first number 20 is connected to the input of the first register of the second number 21.1. The second output of the register of the first number 20 is connected to the input of the second register of the second number 21.2, and the nth output of the register of the first number 20 is connected to the input of the nth register of the second number 21.n. The inputs of the registers of the second number 21.1, ..., 21.n are connected to the computing unit 8 (WB). The outputs of the second number registers 21.1, ..., 21.n are connected to the inputs of the adder 22. The output of the adder 22 is the output of each multiplication unit 16.1 (BU1.1), ..., 16.n / 2 (BU1.n / 2), 17.1 (BU2 .1), ..., 17.n / 2 (БУ2.n / 4), 18.1 (БУ3.1), ..., 18.n / 8 (БУ3.n / 8), ..., 19.1 (БУn / 2.1).

Антенная решетка 1 (АР) является набором 16 или более приемно-передающих элементов, располагаемых линейно или матрично, например OLYMPUS 2L16-A1. Генераторы импульсов 3.1 (ГИ1), …, 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.n (Уn) выполнены по типовой схеме, например на микросхемах AD603. Детекторы 5.1 (Д1), …, 5.n (Дn) выполнены по типовой схеме на операционном усилителе, например AD603. Аналого-цифровые преобразователи 6.1 (АЦП1), …., 6.n (АЦПn) выполнены по типовой схеме, например на микросхемах ADС9057. Блок памяти реализаций 7 (БПР), объемом не менее 64 Кб, выполнен на типовых микросхемах, например на микросхемах IDT72V293. Вычислительный блок 8 (ВБ) может быть выполнен на микроконтроллере, например ATMEGA64, фирмы ATMEL. Блок накопительной памяти 10 (БНП) и блок памяти изображений 11 (БПИ) объемом не менее 100 МГб могут быть выполнены, например, на модулях памяти, используемых в персональных компьютерах, 1ГБ DDR SDRAM PC3200, 400МГц. Индикатор 12 (И) может быть выполнен на матричной панели или на мониторе персонального компьютера, например BENQ G2320HDB. Блок временной регулировки чувствительности 13 (БВРЧ) может быть выполнен на цифро-аналоговом преобразователе, входящем в состав микроконтроллера, например ATMEGA64, фирмы ATMEL. Блок синхронизации 14 (БС) может быть выполнен на микроконтроллере, например ATMEGA64, фирмы ATMEL. Регистр первого числа 20 и регистры второго числа 21.1, …, 21.n выполнены на типовых микросхемах, например К1533ИР23, сумматор 22 может быть выполнен на типовых микросхемах сумматоров, например К1533ИМ3.Antenna array 1 (AR) is a set of 16 or more receiving and transmitting elements arranged linearly or matrixly, for example OLYMPUS 2L16-A1. Pulse generators 3.1 (ГИ1), ..., 3.n (ГИn) are made on microcircuits having a collector pulse current of at least 2A and an output voltage of 90 V, for example, STHV748. Amplifiers 4.1 (U1), ..., 4.n (Un) are made according to a typical scheme, for example, on AD603 microcircuits. Detectors 5.1 (Д1), ..., 5.n (Дn) are made according to a typical circuit on an operational amplifier, for example, AD603. Analog-to-digital converters 6.1 (ADC1), ...., 6.n (ADCn) are made according to a standard scheme, for example, on ADC9057 microcircuits. The memory block of implementations 7 (BDP), with a volume of at least 64 Kb, is made on standard microcircuits, for example, on microchips IDT72V293. Computing unit 8 (WB) can be performed on a microcontroller, for example ATMEGA64, manufactured by ATMEL. The storage memory block 10 (BNP) and the image memory block 11 (BPI) with a volume of at least 100 MGB can be performed, for example, on memory modules used in personal computers, 1 GB DDR SDRAM PC3200, 400 MHz. Indicator 12 (I) can be performed on a matrix panel or on a personal computer monitor, for example, BENQ G2320HDB. The block of temporary adjustment of sensitivity 13 (BVRCH) can be performed on a digital-to-analog converter, which is part of a microcontroller, for example ATMEGA64, manufactured by ATMEL. The synchronization unit 14 (BS) can be performed on a microcontroller, for example ATMEGA64, manufactured by ATMEL. The register of the first number 20 and the registers of the second number 21.1, ..., 21.n are made on standard microcircuits, for example K1533IR23, the adder 22 can be performed on typical microcircuits for adders, for example K1533IM3.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При контроле, например, колесной оси размещали на ее торце антенную решетку 1 (АР), содержащую 32 приемно-передающих элемента 2.1 (ППЭ1), …, 2.32 (ППЭ32), расположенных матрично. По сигналу от блока синхронизации 14 (БС) первый генератор импульсов 3.1 (ГИ1) подавал импульс возбуждения на первый приемо-передающий элемент 2.1 (ППЭ1) антенной решетки 1 (АР). В объект контроля 15 (ОК) излучался зондирующий импульс. В этот момент все приемо-передающие элементы 2.1 (ППЭ1), …, 2.32 (ППЭ32) антенной решетки 1 (АР) начинают принимать ультразвуковые (УЗ) колебания из объекта контроля 15 (ОК). Одновременно блок временной регулировки чувствительности 13 (БВРЧ) начинает изменять коэффициент усиления усилителей 4.1 (У1), …, 4.32 (У32), компенсируя таким образом затухание ультразвуковой волны в объекте контроля 15 (ОК). Эти колебания, преобразованные в электрические колебания, усиливаются в усилителях 4.1 (У1), …, 4.32 (У32), детектируются детекторами 5.1 (Д1), …, 5.32 (Д32), оцифровываются в аналого-цифровых преобразователях 6.1 (АЦП1), …, 6.32 (АЦП32) и записываются в блоке памяти реализаций 7 (БПР) независимо друг от друга. Эти колебания записываются в интервале времени, равном времени распространения УЗ колебаний от первого приемо-передающего элемента 2.1 (ППЭ1) антенной решетки 1 (АР) к наиболее дальней визуализируемой точке объекта контроля 15 (ОК) и обратно - к самому удаленному от нее 32-му приемо-передающему элементу антенной решетки 1 (АР).During the control, for example, of the wheel axis, an antenna array 1 (AR) was placed at its end, containing 32 receiving and transmitting elements 2.1 (PPE1), ..., 2.32 (PPE32) arranged in a matrix. The signal from the synchronization unit 14 (BS), the first pulse generator 3.1 (GI1) supplied an excitation pulse to the first transceiver element 2.1 (PES1) of the antenna array 1 (AR). A probe pulse was emitted into control object 15 (OK). At this point, all the transceiver elements 2.1 (PPE1), ..., 2.32 (PPE32) of the antenna array 1 (AR) begin to receive ultrasonic (ultrasound) vibrations from the monitoring object 15 (OK). At the same time, the temporal sensitivity adjustment block 13 (HIF) starts to change the gain of amplifiers 4.1 (U1), ..., 4.32 (U32), thereby compensating for the attenuation of the ultrasonic wave in the control object 15 (OK). These oscillations, converted into electrical oscillations, are amplified in amplifiers 4.1 (U1), ..., 4.32 (U32), are detected by detectors 5.1 (D1), ..., 5.32 (D32), are digitized in analog-to-digital converters 6.1 (ADC1), ..., 6.32 (ADC32) and are recorded in the memory block of implementations 7 (BPR) independently of each other. These vibrations are recorded in a time interval equal to the propagation time of ultrasonic vibrations from the first transceiver element 2.1 (PES1) of the antenna array 1 (AR) to the farthest visualized point of the monitoring object 15 (OK) and back to the 32nd most distant from it transceiver element of the antenna array 1 (AR).

Далее генератор импульсов 3.2 (ГИ2), соединенный со вторым приемо-передающим элементом 2.2 (ППЭ2) антенной решетки 1 (АР), по сигналу от блока синхронизации 14 (БС) возбуждает второй приемо-передающий элемент 2.1 (ППЭ2) антенной решетки 1 (АР), который посылает в объект контроля 15 (ОК) зондирующий импульс. Снова происходит прием и запись принятых колебаний в блок памяти реализаций 7 (БПР). Но колебания, принятые первым приемо-передающим элементом 2.1 (ППЭ1) антенной решетки 1 (АР), в данном случае не записываются, т.к. реализация этих колебаний согласно принципу взаимности тождественна той, которая уже была принята вторым приемо-передающим элементом 2.2 (ППЭ2) антенной решетки 1 (АР) при посылке зондирующего импульса ее первым приемо-передающим элементом 2.1 (ППЭ1) антенной решетки 1 (АР) в предыдущем цикле зондирования-приема УЗ колебаний.Next, the pulse generator 3.2 (GI2) connected to the second transceiver element 2.2 (PES2) of the antenna array 1 (AR), by a signal from the synchronization unit 14 (BS), excites the second transceiver element 2.1 (PES2) of the antenna array 1 (AR) ), which sends a probe pulse to the object of control 15 (OK). Again, reception and recording of the received oscillations in the memory block of implementations 7 (BPR) takes place. But the vibrations received by the first transceiver element 2.1 (PES1) of the antenna array 1 (AR) are not recorded in this case, because the implementation of these oscillations according to the reciprocity principle is identical to that which was already adopted by the second transceiver element 2.2 (PES2) of the antenna array 1 (AP) when sending a probe pulse to its first transceiver element 2.1 (PES2) of the antenna array 1 (AP) in the previous sounding-receiving cycle of ultrasonic vibrations.

Затем в третьем цикле зондирования-приема УЗ колебаний все происходит аналогично изложенному выше, только зондирующий импульс в объект контроля 15 (ОК) посылает третий приемо-передающий элемент 2.3 (ППЭ3) антенной решетки 1 (АР), и колебания в блок памяти реализаций 7 (БПР) записываются от 32-х приемо-передающих элементов антенной решетки 1 (АР).Then, in the third sensing-receiving cycle of ultrasonic vibrations, everything happens similarly to the above, only the probe pulse to the monitoring object 15 (OK) sends the third transceiver element 2.3 (PES3) of the antenna array 1 (AR), and the oscillations to the memory unit 7 ( BPR) are recorded from 32 transceiver elements of the antenna array 1 (AR).

В последнем, 32-м цикле зондирования-приема 32-й приемо-передающий элемент 2.32 (ППЭ32) антенной решетки 1 (АР) исполняет роль излучателя и приемника УЗ колебаний, т.е. работает в совмещенном режиме. При этом в блок памяти реализаций 7 (БПР) записывается всего одна реализация принятых колебаний.In the last, 32nd sensing-receiving cycle, the 32nd transceiver element 2.32 (PES32) of the antenna array 1 (AR) acts as a transmitter and receiver of ultrasonic vibrations, i.e. works in combined mode. At the same time, only one implementation of the received oscillations is recorded in the memory block of implementations 7 (BDP).

После выполнения всех этих циклов зондирования-приема УЗ колебаний, т.е. после того как все 32 приемо-передающих элемента антенной решетки 1 (АР) совершат по одной посылке зондирующего импульса, в блоке памяти реализаций 7 (БПР) окажутся записанными N=32·(32+1)/2=528 реализаций принятых колебаний.After performing all these sounding-receiving cycles of ultrasonic vibrations, i.e. after all 32 transmitting and receiving elements of the antenna array 1 (AR) make one sending of a probe pulse, N = 32 · (32 + 1) / 2 = 528 implementations of the received oscillations will be recorded in the memory block of the realizations 7 (BPR).

После записи всех 528 реализаций в блок памяти реализаций 7 (БПР) начинается реконструкция изображения внутренней структуры объекта контроля 15 (ОК) поочередно для каждой визуализируемой точки. Количество визуализируемых точек в нашем примере было 6489600 при следующих размерах объекта контроля: длина - 900 мм, диаметр - 156 мм. Вычислительный блок 8 (ВБ) рассчитывал время распространения ультразвуковой волны до каждой визуализируемой точки в соответствии выражением:After all 528 implementations are written to the implementation memory block 7 (BPR), reconstruction of the image of the internal structure of the control object 15 (OK) begins, alternately for each visualized point. The number of visualized points in our example was 6489600 with the following dimensions of the control object: length - 900 mm, diameter - 156 mm. Computing unit 8 (WB) calculated the propagation time of an ultrasonic wave to each visualized point in accordance with the expression:

Figure 00000002
Figure 00000002

где

Figure 00000003
- координата приемо-передающего элемента антенной решетки 1 (АР), работающего в режиме излучения,Where
Figure 00000003
- the coordinate of the transceiver element of the antenna array 1 (AR) operating in the radiation mode,

Figure 00000004
- координата приемо-передающего элемента антенной решетки 1 (АР), работающего в режиме приема;
Figure 00000004
- the coordinate of the transceiver element of the antenna array 1 (AR), operating in the reception mode;

x, z - координаты визуализируемой точки;x, z - coordinates of the rendered point;

с - скорость распространения УЗ волн в материале объекта контроля 15 (ОК).C is the propagation velocity of ultrasonic waves in the material of the object of control 15 (OK).

Затем в блоке мультипликативной обработки 9 (БМПО) перемножали цифровые коды, выбранные из блока памяти реализаций 7 (БПР) в соответствии со временем распространения от i-го приемо-передающего элемента антенной решетки 1 (АР), работающего в режиме излучения, до j-го приемо-передающего элемента антенной решетки 1 (АР), работающего в режиме приема, через точку визуализации c координатами (x,z) и сохраняли результат перемножения в блоке накопительной памяти 10 (БНП).Then, in the block of multiplicative processing 9 (BMPO), the digital codes selected from the memory block of implementations 7 (BPR) were multiplied in accordance with the propagation time from the ith transceiver element of the antenna array 1 (AR) operating in the radiation mode to j- of the receiving and transmitting element of the antenna array 1 (AR) operating in the reception mode through the visualization point with coordinates (x, z) and the result of multiplication was stored in the storage memory unit 10 (BNP).

Мультипликативная обработка заключается в следующем. На вход блока мультипликативной обработки 9 (БМПО) из вычислительного блока 8 (ВБ) поступает одновременно n выбранных значений А0, …, Аn цифровых кодов (в нашем примере n=32), которые перемножаются попарно в блоках умножения первого уровня 16.1 (БУ1.1), …, 16.n/2 (БУ1.n/2), данные с выходов которых поступают на входы блоков умножения второго уровня 17.1 (БУ2.1), …, 17.n/4 (БУ2.n/4) и перемножаются. Данные с выходов блоков умножения второго уровня 17.1 (БУ2.1), …, 17.n/4 (БУ2.n/4) поступают на вход блоков умножения третьего уровня 18.1 (БУ3.1), …, 18.n/8 (БУ3.n/8) и перемножаются и т.д. Последнее перемножение осуществляется в блоке умножения n/2 уровня 19.1 (БУn/2.1). Блок умножения, например 16.1 (БУ1.1), работает следующим образом. В регистр первого числа 20 записывается первое число. На входы регистров второго числа 21.1, …, 21.n поступает второе число. Причем на вход первого регистра второго числа 21.1 поступает второе число без изменения, на вход второго регистра второго числа 21.2 поступает второе число, сдвинутое на один разряд влево, на вход третьего регистра второго числа 21.3 поступает второе число, сдвинутое на два разряда влево и т.д., на вход n-го регистра второго числа 21.n поступает второе число, сдвинутое на n разрядов влево (таблица 1). Запись данных в регистры второго числа 21.1, …, 21.n производится по единичным данным, записанным в регистр первого числа 20. Если в регистре первого числа 20 в каком-либо разряде будет ноль, то в соответствующий регистр второго числа 21.1, …, 21.n запись второго числа не произойдет. В таблице 1 показан пример сдвига пятиразрядного числа 11011 на входах регистров второго числа 21.1, …, 21.n. В столбце регистра первого числа приведено значение первого числа, в котором единицы имеются только в первом и пятом разрядах, поэтому запись второго числа произошла только в регистры 21.1 и 21.5. В остальных регистрах второго числа 21.2, 21.3, 21.4 записались нули. Пустые клеточки в таблице заполняются нулями.Multiplicative processing is as follows. At the input of the unit of multiplicative processing 9 (BMPO) from the computational unit 8 (WB), simultaneously, n selected values A0, ..., An of digital codes (n = 32 in our example) are received, which are multiplied in pairs in the blocks of multiplication of the first level 16.1 (BU1.1 ), ..., 16.n / 2 (БУ1.n / 2), the data from the outputs of which are supplied to the inputs of the second-level multiplication blocks 17.1 (БУ2.1), ..., 17.n / 4 (БУ2.n / 4) and multiplied. The data from the outputs of the second level multiplication blocks 17.1 (BU2.1), ..., 17.n / 4 (БУ2.n / 4) are input to the third level multiplication blocks 18.1 (БУ3.1), ..., 18.n / 8 ( BU3.n / 8) and multiplied, etc. The last multiplication is carried out in the n / 2 multiplication block of level 19.1 (BUn / 2.1). The multiplication block, for example 16.1 (BU1.1), works as follows. The first number is written to the register of the first number 20. The second number is received at the inputs of the registers of the second number 21.1, ..., 21.n. Moreover, the second number is received at the input of the first register of the second number 21.1, the second number is received at the input of the second register of the second number 21.2, shifted one digit to the left, the second number is shifted to the input of the second register of the second number 21.3, shifted two digits to the left, etc. d., at the input of the nth register of the second number 21.n the second number is received, shifted by n bits to the left (table 1). Data is recorded in the registers of the second number 21.1, ..., 21.n according to the unit data recorded in the register of the first number 20. If the register of the first number 20 contains zero in any category, then in the corresponding register of the second number 21.1, ..., 21 .n the second number will not be written. Table 1 shows an example of a shift of a five-digit number 11011 at the inputs of the registers of the second number 21.1, ..., 21.n. The register column of the first number shows the value of the first number, in which units are only in the first and fifth digits, so the second number was recorded only in registers 21.1 and 21.5. In the remaining registers of the second number 21.2, 21.3, 21.4 zeros were written. Empty cells in the table are filled with zeros.

Затем полученный результат из блока накопительной памяти 10 (БНП) пересылали в вычислительный блок 8 (ВБ), в котором полученному значению (числу) присваивали определенный цвет, который сохраняли в блоке памяти изображений 11 (БПИ). Индикатор 12 (И) отображал результат контроля в виде цветной картинки.Then, the result obtained from the storage memory unit 10 (BNP) was sent to the computing unit 8 (WB), in which the obtained value (number) was assigned a specific color, which was stored in the image memory unit 11 (BPI). Indicator 12 (I) displayed the control result in the form of a color picture.

Сравнение результатов визуализации ультразвуковой дефектоскопии колесной оси, полученных с использованием прототипа (фиг. 4 а), и предлагаемого устройства (фиг. 4 б) показывает, что при использовании заявляемого устройства для визуализации ультразвуковой дефектоскопии трехмерного изделия увеличилось отношение сигнал/шум.A comparison of the results of visualization of ultrasonic flaw detection of the wheel axis obtained using the prototype (Fig. 4 a) and the proposed device (Fig. 4 b) shows that when using the inventive device for visualizing ultrasonic flaw detection of a three-dimensional product, the signal-to-noise ratio increased.

Сравнение результатов визуализации ультразвуковой дефектоскопии двух точечных дефектов колесной оси, расположенных на расстоянии 2,4 мм друг от друга, полученных с использованием прототипа (фиг. 5 а), и предлагаемого устройства (фиг. 5 б) показывает, что при использовании прототипа нельзя различить два дефекта раздельно, а предлагаемое устройство позволяет их видеть раздельно, что свидетельствует об увеличении разрешающей способности.A comparison of the results of visualization of ultrasonic inspection of two point defects of the wheel axle located at a distance of 2.4 mm from each other, obtained using the prototype (Fig. 5 a), and the proposed device (Fig. 5 b) shows that when using the prototype it is impossible to distinguish two defects separately, and the proposed device allows them to be seen separately, which indicates an increase in resolution.

Claims (1)

Устройство ультразвуковой томографии, содержащее антенную решетку с n приемно-передающими элементами, каждый из которых соединен с выходом соответствующего генератора импульсов и входом соответствующего усилителя, n аналого-цифровых преобразователей соединены с соответствующими входами блока памяти реализации, количество выходов которого - N определено формулой
N=n·(n+1)/2,
выходы блока памяти реализации соединены с соответствующими входами вычислительного блока, связанного с индикатором через блок памяти изображений и с блоком накопительной памяти, при этом входы синхронизации каждого генератора импульсов, блока памяти реализаций, вычислительного блока и блока памяти изображений соединены с соответствующими выходами блока синхронизации, отличающееся тем, что блок временной регулировки чувствительности соединен с блоком синхронизации и всеми усилителями, а блок мультипликативной обработки соединен с вычислительным блоком и блоком накопительной памяти, при этом к выходу каждого усилителя подключен детектор, выход которого связан с аналого-цифровым преобразователем.
An ultrasound tomography device containing an antenna array with n receiving and transmitting elements, each of which is connected to the output of the corresponding pulse generator and the input of the corresponding amplifier, n analog-to-digital converters are connected to the corresponding inputs of the implementation memory block, the number of outputs of which is N is determined by the formula
N = n · (n + 1) / 2,
the outputs of the implementation memory block are connected to the corresponding inputs of the computing unit associated with the indicator through the image memory block and the storage memory block, while the synchronization inputs of each pulse generator, the implementation memory block, the computing unit and the image memory block are connected to the corresponding outputs of the synchronization block, characterized the fact that the temporary sensitivity adjustment unit is connected to the synchronization unit and all amplifiers, and the multiplicative processing unit is connected to a computing unit and a storage memory unit, while a detector is connected to the output of each amplifier, the output of which is connected to an analog-to-digital converter.
RU2013130229/28A 2013-07-03 2013-07-03 Ultrasonic tomography device RU2532606C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013130229/28A RU2532606C1 (en) 2013-07-03 2013-07-03 Ultrasonic tomography device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013130229/28A RU2532606C1 (en) 2013-07-03 2013-07-03 Ultrasonic tomography device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2532606C1 true RU2532606C1 (en) 2014-11-10

Family

ID=53382429

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013130229/28A RU2532606C1 (en) 2013-07-03 2013-07-03 Ultrasonic tomography device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2532606C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2639986C1 (en) * 2016-11-17 2017-12-25 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Method of ultrasound tomography
RU2675214C1 (en) * 2018-03-16 2018-12-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Ultrasound tomography device
RU2796813C1 (en) * 2023-02-13 2023-05-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Ultrasonic tomography device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU983531A1 (en) * 1980-09-19 1982-12-23 Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности Ultrasonic tomography method
SU1746219A1 (en) * 1989-05-16 1992-07-07 МГУ им.М.В.Ломоносова Method of tomographic reconstruction of acoustic nonuniformities
SU1817019A1 (en) * 1990-05-22 1993-05-23 Le Elektrotekh Inst Method of ultrasonic tomographic testing of articles
JP2009153573A (en) * 2007-12-25 2009-07-16 Panasonic Corp Ultrasonic diagnostic apparatus and tomographic image processing method
RU2458342C1 (en) * 2011-05-25 2012-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "Акустические Контрольные Системы" Method for ultrasonic tomography and apparatus for realising said method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU983531A1 (en) * 1980-09-19 1982-12-23 Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности Ultrasonic tomography method
SU1746219A1 (en) * 1989-05-16 1992-07-07 МГУ им.М.В.Ломоносова Method of tomographic reconstruction of acoustic nonuniformities
SU1817019A1 (en) * 1990-05-22 1993-05-23 Le Elektrotekh Inst Method of ultrasonic tomographic testing of articles
JP2009153573A (en) * 2007-12-25 2009-07-16 Panasonic Corp Ultrasonic diagnostic apparatus and tomographic image processing method
RU2458342C1 (en) * 2011-05-25 2012-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "Акустические Контрольные Системы" Method for ultrasonic tomography and apparatus for realising said method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2639986C1 (en) * 2016-11-17 2017-12-25 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Method of ultrasound tomography
RU2675214C1 (en) * 2018-03-16 2018-12-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Ultrasound tomography device
RU2796813C1 (en) * 2023-02-13 2023-05-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Ultrasonic tomography device
RU2815491C1 (en) * 2023-10-30 2024-03-18 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Ultrasound tomography device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5683213B2 (en) Image forming apparatus and image forming method
Xu et al. Sparse SVD method for high-resolution extraction of the dispersion curves of ultrasonic guided waves
David et al. Time domain compressive beam forming of ultrasound signals
Petrusca et al. Fast volumetric ultrasound B-mode and Doppler imaging with a new high-channels density platform for advanced 4D cardiac imaging/therapy
US10709336B2 (en) Photoacoustic image generation apparatus and method
Jin et al. An efficient wavenumber algorithm towards real-time ultrasonic full-matrix imaging of multi-layered medium
JP2003260055A5 (en)
CN102770079A (en) Ultrasonic imaging apparatus and method of controlling delay
RU2458342C1 (en) Method for ultrasonic tomography and apparatus for realising said method
US9733217B2 (en) Method and apparatus for providing a structural condition of a structure
Huang et al. Breast ultrasound waveform tomography: Using both transmission and reflection data, and numerical virtual point sources
RU2532606C1 (en) Ultrasonic tomography device
Risser et al. High channel count ultrasound beamformer system with external multiplexer support for ultrafast 3D/4D ultrasound
KR20170090304A (en) Ultrasonic transducer and ultrasonic probe including the same
RU2532597C1 (en) Method for rendering ultrasonic flaw detection of three-dimensional article
CN116509444B (en) Ultrasonic imaging equipment and ultrasonic imaging system
CN104902824A (en) Ultrasonic diagnostic device
Opielinski et al. The effect of crosstalk in a circular transducer array on ultrasound transmission tomography of breast
RU2675217C1 (en) Method of ultrasound tomography
Dziewierz et al. A design methodology for 2D sparse NDE arrays using an efficient implementation of refracted-ray TFM
RU2675214C1 (en) Ultrasound tomography device
JP6415555B2 (en) Acoustoelectric imaging method and device
Bouzari et al. Volumetric synthetic aperture imaging with a piezoelectric 2D row-column probe
Rokhana et al. Using of array of 8 ultrasonic transducers On accoustic tomography for image reconstruction
RU2796813C1 (en) Ultrasonic tomography device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150704