RU2639986C1 - Method of ultrasound tomography - Google Patents
Method of ultrasound tomography Download PDFInfo
- Publication number
- RU2639986C1 RU2639986C1 RU2016145094A RU2016145094A RU2639986C1 RU 2639986 C1 RU2639986 C1 RU 2639986C1 RU 2016145094 A RU2016145094 A RU 2016145094A RU 2016145094 A RU2016145094 A RU 2016145094A RU 2639986 C1 RU2639986 C1 RU 2639986C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signals
- antenna array
- transducers
- split
- echo
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и неразрушающего контроля и может быть использовано при толщинометрии, дефектоскопии и структуроскопии различных материалов и изделий.The invention relates to the field of instrumentation and non-destructive testing and can be used for thickness gauging, flaw detection and structuroscopy of various materials and products.
Известен способ ультразвукового (УЗ) контроля изделий [Аксенов В.П. Применение радиолокационных методов оптимального обнаружения при ультразвуковом эхо-контроле. Дефектоскопия, №2, 1982, с. 67-74, заключающийся в том, что в контролируемом изделии излучающим пьезопреобразователем возбуждают сложномодулированный зондирующий сигнал, приемным пьезопреобразователем принимают отраженные от изделия эхо-сигналы, преобразуют их в последовательность электрических сложномодулированных импульсов, каждый из импульсов оптимально фильтруют, а по результату оптимальной фильтрации определяют параметры контролируемого изделия.A known method of ultrasonic (ultrasound) control of products [Aksenov V.P. The use of radar methods of optimal detection with ultrasonic echo control. Defectoscopy, No. 2, 1982, p. 67-74, which consists in the fact that a complex-modulated probing signal is excited in a controlled product by a radiating piezoelectric transducer, echo signals reflected from the product are received by a receiving piezoelectric transducer, they are converted into a sequence of electric complex-modulated pulses, each of the pulses is optimally filtered, and the parameters are determined by the optimal filtering controlled product.
Недостатком способа является низкая достоверность и информативность, являющаяся следствием отсутствия возможности избирательно в пространстве в нужном направлении (нескольких направлениях) излучать и принимать акустическую волну, т.е. отсутствия возможности электрического сканирования диаграммой направленности излучающего (приемного) преобразователя, что в свою очередь не позволяет представлять результаты контроля в виде информативных С-сканов.The disadvantage of this method is the low reliability and information content, which is a consequence of the lack of the ability to selectively in space in the right direction (several directions) to transmit and receive an acoustic wave, i.e. the absence of the possibility of electric scanning by the radiation pattern of the emitting (receiving) transducer, which in turn does not allow presenting the control results in the form of informative C-scans.
Наиболее близким по технической сущности решением является способ ультразвуковой томографии (В.А. Воронков, И.В. Воронков, В.Н. Козлов, А.А. Самокрутов, В.Г. Шевалдыкин "О применимости технологии антенных решеток в решении задач ультразвукового контроля опасных производственных объектов" в журнале "В мире неразрушающего контроля", 2011, №1 (51), с. 64-70), при котором с помощью антенной решетки в объект контроля (ОК) независимо каждым пьезопреобразователем (ПП), входящими в состав антенной решетки (АР), излучают УЗ зондирующий сигнал Uзон(t), каждым ПП АР независимо принимают из ОК отраженные УЗ эхо-сигналы, фиксируют принятые реализации УЗ эхо-сигналов Uэхо1(t)…UэхоN(t) и осуществляют поточечное построение изображения внутренней структуры ОК путем выбора изо всех принятых реализаций эхо-сигналов амплитудно-временных фрагментов, времена задержки которых равны временам распространения УЗ сигналов от излучающего элемента АР к каждой визуализируемой точке ОК и от нее - к приемному элементу, суммирования всех выбранных фрагментов, соответствующих каждой точке изображения, записи и отображения на экране результата суммирования.The closest solution in technical essence is the method of ultrasound tomography (V.A. Voronkov, I.V. Voronkov, V.N. Kozlov, A.A. Samokrutov, V.G. Shevaldykin "On the applicability of antenna array technology in solving ultrasonic problems control of hazardous production facilities "in the journal" In the World of Non-Destructive Testing ", 2011, No. 1 (51), pp. 64-70), in which, with the help of an antenna array, the control object (OK) independently by each piezoelectric transducer (PP) included in the composition of the antenna array (AR), the ultrasonic probe signal U of the zones (t) is emitted by each PP A P independently receive the reflected ultrasonic echo signals from the OK, fix the adopted ultrasonic echo signal implementations U echo1 (t) ... U echoN (t) and perform point-by-point imaging of the OK internal structure by selecting amplitude-time fragments from all received echo implementations whose delay times are equal to the propagation times of ultrasonic signals from the emitting element of the AR to each visualized point OK and from it to the receiving element, summing all selected fragments corresponding to each point of the image, recording and selection display on the totalization result screen.
Недостатком технического решения является низкая производительность контроля, являющаяся следствием того, что для построения одного скана С-типа требуется многократно излучать зондирующий сигнал и принимать эхо-сигналы.The disadvantage of the technical solution is the low monitoring performance, which is a consequence of the fact that to build one C-type scan, it is necessary to repeatedly emit a probe signal and receive echo signals.
Техническим результатом изобретения является повышение производительности УЗ контроля за счет уменьшение количества этапов излучения зондирующего сигнала, потребных для построения С-скана.The technical result of the invention is to increase the performance of ultrasonic testing by reducing the number of stages of radiation of the probe signal required to build a C-scan.
Это достигается тем, что в известном способе ультразвуковой томографии, заключающемся в том, что с помощью антенной решетки в объект контроля независимо каждым из N пьезопреобразователей, входящим в состав антенной решетки, излучают УЗ зондирующий сигнал Uзон(t), независимо каждым пьезопреобразователем антенной решетки принимают из объекта контроля УЗ эхо-сигналы Uэхо1(t)…UэхоN(t), фиксируют принятые УЗ эхо-сигналы и осуществляют поточечное построение изображения внутренней структуры объекта контроля, в качестве зондирующего сигнала используют Сплит-сигнал, состоящий из i последовательно излучаемых радиоимпульсов - квазигармоник, где i≥N/2, антенная решетка в своем составе содержит N=2k пьезопреобразователей, где k=2, 3, 4…, а процесс контроля осуществляют за k этапов, на первом этапе контроля N входящих в состав антенной решетки пьезопреобразователей ПП1-ППN, функционально, по назначению разделяют на две равные половины, причем первые N/2 пьезопреобразователей с ПП1 по ППN/2 используют в качестве излучающих ПП и на каждый из них одновременно и независимо подают Сплит-сигналы CC1…CCN/2, а вторые N/2 пьезопреобразователей с ППN/2+1 по ППN используют в качестве приемных, эхо-сигналы с которых фиксируют, далее на втором этапе контроля повторно каждую из половин набора пьезопреобразователей функционально разделяют еще раз пополам и пьезопреобразователи с ПП1-ППN/4 и ППN/2+1 по ПП3N/4 используют в качестве излучающих ПП, на каждый из них одновременно и независимо подают Сплит-сигналы СС1…CCN/2, а пьезопреобразователи с ППN/4+1 по ППN и с ПП3N/4+1 по ППN используют в качестве приемных ПП, сигналы с которых фиксируются, процесс повторяют k раз, пьезопреобразователь ПП1 используют в качестве излучающего, а пьезопреобразователь ППN используют в качестве приемного, причем прежде чем осуществлять поточечное построение изображения внутренней структуры ОК все зафиксированные эхо-сигналы оптимально фильтруют.This is achieved by the fact that in the known method of ultrasonic tomography, which consists in the fact that using the antenna array to the control object, independently of each of the N piezoelectric transducers included in the antenna array, the ultrasonic probe signal U of the zones (t) is radiated independently by each piezoelectric transducer of the antenna array receive from the control object ultrasonic echo U echo1 (t) ... U echoN (t), record the received ultrasonic echo signals and carry out point-by-point imaging of the internal structure of the control object, as a probe signal use a Split signal, consisting of i successively emitted radio pulses - quasiharmonics, where i≥N / 2, the antenna array contains N = 2 k piezoelectric transducers, where k = 2, 3, 4 ..., and the monitoring process is carried out in k stages at the first stage the control members of the N antenna array piezo PP 1 -PP N, functionally, to the destination is divided into two equal halves, with the first N / 2 of the transducers with PP 1 to PP N / 2 is used as a radiating and PP per of them simultaneously and independently give Split signals C C 1 ... CC N / 2 , and the second N / 2 piezoelectric transducers with PP N / 2 + 1 for PP N are used as receivers, the echo signals from which are recorded, then at the second stage of control, each of the halves of the piezo transducers is again functionally separated once in half, piezoelectric transducers with PP 1 -PP N / 4 and PP N / 2 + 1 according to PP 3N / 4 are used as radiating PPs, and each of them simultaneously and independently provides Split signals CC 1 ... CC N / 2 , and piezoelectric transducers with PP N / 4 + 1 for PP N and with PP 3N / 4 + 1 for PP N are used as receiving PPs from which signals are recorded, the process of they are repeated k times, the PP 1 piezoelectric transducer is used as the emitting one, and the PP N piezoelectric transducer is used as the receiving transducer, and all fixed echo signals are optimally filtered before performing point-by-point imaging of the internal OK structure.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показаны этапы контроля при реализации патентуемого технического решения, на фиг. 2 приведены зондирующие Сплит-сигналы, а на фиг. 3 показана функциональная схема УЗ томографа, реализующего предложенный способ.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the monitoring steps during the implementation of a patented technical solution; FIG. 2 shows probing Split signals, and in FIG. 3 shows a functional diagram of an ultrasound tomograph that implements the proposed method.
Сущность заявляемого способа ультразвуковой томографии заключается в следующем.The essence of the proposed method of ultrasound imaging is as follows.
Для АР, состоящей из N пьезоэлементов, процесс контроля осуществляется за N тактов, и, например, для N=8 пьезоэлементов фиксация полного набора принимаемых реализаций УЗ эхо-сигналов предполагает излучение зондирующего сигнала 8 раз. Во время первого такта первый пьезопреобразователь излучает зондирующий сигнал, а все пьезопреобразователи с первого по восьмой принимают эхосигналы, во время второго такта первый ПП не используется ни для излучения, ни для приема сигналов, а излучает зондирующий сигнал второй пьезопреобразователь, причем пьезопреобразователи с второго по восьмой принимают эхосигналы, и так далее до последнего восьмого такта, в процессе которого излучает восьмой преобразователь и который же и принимает эхо-сигнал.For an AR consisting of N piezoelectric elements, the monitoring process is carried out for N cycles, and, for example, for N = 8 piezoelectric elements, the fixation of the complete set of received realizations of ultrasonic echo signals implies the emission of the
Уменьшение количества тактов излучения осуществляют за счет одновременного и независимого излучения зондирующих сигналов половиной от общего число ПП, входящих в состав АР и приема эхо-сигналов другой половиной ПП. Однако, если все излучающие ПП будет возбуждаться одинаковым зондирующим сигналом, то из принимаемого каждым приемным ПП суммарного эхо-сигнала вычленить тот или иной частный эхо-сигнал, соответствующий зондирующему сигналу того или иного излучающего ПП практически не представляется возможным, т.к. принимаемые каждым приемным ПП эхо-сигналы представляют собой аддитивную смесь частных эхосигналов, являющихся следствием каждого из зондирующим сигналов. Разделить каждый из суммарных эхо-сигналов, принимаемых тем или иным приемным ПП, на частные эхо-сигналы, соответствующие излученным тем или иным излучающим ПП, возможно, если вначале пометить каждый из зондирующих сигналов. Это означает, что в качестве совокупности зондирующих сигналов используется не одинаковый для всех излучающих ПП сигнал, а набор зондирующих сигналов, различных между собой, индивидуально отмеченных, а затем, используя эти признаки меток и соответствующим образом настроив фильтры в каждом из приемных каналов под каждый из зондирующих сигналов, выделить из суммарного эхо-сигнала частные, порционные эхо-сигналы, соответствующие тому или иному зондирующему сигналу. Другими словами, система "сигнал + согласованный с ним фильтр" организовывается таким образом, чтобы фильтр наилучшим образом выделял согласованный с ним сигнал из смеси с другими сигналами и при этом максимально подавлять любой другой не согласованный с ним сигнал. При этом необходимо, чтобы эти зондирующие сигналы образовывали ансамбль сигналов нужного объема по количеству зондирующих частных сигналов. Такой ансамбль сигналов предлагается организовать на основе набора квазигармоник CC1…CCN/2, образующих Сплит-сигнал, описанный в патент РФ №2126538, 12.09.1997].The reduction in the number of radiation cycles is carried out due to the simultaneous and independent radiation of the probing signals by half of the total number of PPs that are part of the AR and the reception of echo signals by the other half of the PP. However, if all emitting SPs will be excited by the same sounding signal, then it is practically impossible to isolate one or another particular echo signal from the total echo signal received by each receiving SP, which is practically not possible, because the echo signals received by each receiving PP are an additive mixture of partial echo signals resulting from each of the probing signals. It is possible to divide each of the total echo signals received by one or another receiving PP into private echo signals corresponding to those emitted by one or another emitting PP, if you first mark each of the probing signals. This means that, as a set of probing signals, the signal used is not the same for all PP emitting signals, but a set of probing signals, different from each other, individually marked, and then using these signs of the labels and adjusting the filters in each of the receiving channels for each sounding signals, select private, portioned echo signals corresponding to one or another sounding signal from the total echo signal. In other words, the “signal + filter matched with it” system is organized in such a way that the filter separates the signal matched with it in the best way from the mixture with other signals and at the same time suppresses any other signal that is not matched with it. In this case, it is necessary that these sounding signals form an ensemble of signals of the required volume by the number of sounding private signals. It is proposed to organize such an ensemble of signals on the basis of a set of quasiharmonics CC 1 ... CC N / 2 forming the Split signal described in RF patent No. 21266538, 09/12/1997].
На фиг.1 показаны этапы контроля, составляющие суть предлагаемого к патентованию технического решения. Так, для АР, состоящей из N=8 пьезоэлементов, достаточно всего k=3 этапа излучения/приема сигналов.Figure 1 shows the stages of control that make up the essence of the proposed technical solutions for patenting. So, for an AR consisting of N = 8 piezoelectric elements, a total of k = 3 stages of signal emission / reception is sufficient.
На первом этапе контроля пьезоэлементы антенной решетки функционально разбиваются на две равные по числу пьезоэлементов группы первого этапа: группа излучающих ПП и группа приемных ПП (см. фиг. 1a). Для рассматриваемой АР, состоящей из N=8 ПП, на каждый из электрических входов пьезопреобразователей первой функциональной группы ПП1…ПП4 подаются соответственно N/2=4 Сплит-сигнала . Излученные в контролируемое изделие зондирующие УЗ квазигармоники Сплит-сигналов независимо отражаются от акустических неоднородностей и аддитивно поступают на входы ПП второй функциональной группы - акустические входы четырех приемных ПП5, …ПП8, с электрических выходов которых снимаются электрические копии акустических эхо-сигналов U5(t), …, U8(t). Каждый из эхо-сигналов на выходах, соответствующих ПП5, …, ПП8, представляет собой сумму 2k-1=4 частных эхо-сигналов: на выходе пьезопреобразователя ПП5 сформируется эхо-сигнал U5(t), который приставляет собой сумму частных эхо-сигналов , на выходе пьезопреобразователя ПП6 сформируется эхо-сигнал U6(t), который приставляет собой сумму частных эхо-сигналов на выходе пьезопреобразователя ПП8 сформируется эхо-сигнал U8(t), который приставляет собой сумму частных эхо-сигналов . Далее в процессе оптимальной фильтрации частные эхо-сигналы отфильтровываются один от другого и регистрируются соответствующие пьезопреобразователю ПП5 частные сигналы (т.е. излученный первым ПП и принятый пятым ПП), (т.е. излученный вторым ПП и принятый пятым ПП), (т.е. излученный третьим ПП и принятый пятым ПП), (т.е. излученный четвертым ПП и принятый пятым ПП), соответствующие пьезопреобразователю ПП6 сигналы и т.д. Таким образом по завершении первого этапа контроля после комбинирования эхо-сигналов, соответствующих комбинациям излучающих - приемных ПП, порядку чередования квазигармоник в составе соответствующих Сплит-сигналов и в соответствии с процедурой обработки Сплит-сигнала, зафиксированными окажутся N2/4=16 принятых независимых реализации частных эхо-сигналов соответственно в 16-ти независимых акустических каналах, образованных парными комбинациями пьезопреобразователей ПП1-ПП5, ПП1-ПП6, ПП1-ПП7, ПП1-ПП8, ПП2-ПП5, ПП2-ПП6, ПП2-ПП7, ПП2-ПП8, …, ПП4-ПП8 (см. фиг. 1а)At the first stage of monitoring, the piezoelectric elements of the antenna array are functionally divided into two groups of the first stage equal in number of piezoelectric elements: the group of emitting transducers and the group of receiving transducers (see Fig. 1a). For the considered AR, consisting of N = 8 PP, each of the electrical inputs of the piezoelectric transducers of the first functional group PP 1 ... PP 4 are supplied respectively N / 2 = 4 Split signal . The ultrasonic ultrasonic ultrasonic quasiharmonics of the Split signals emitted into the controlled product are independently reflected from acoustic inhomogeneities and additively arrive at the inputs of the second functional group PP - the acoustic inputs of the four receiving PP 5 , ... PP 8 , from the electrical outputs of which electrical copies of the acoustic echo signals U 5 are taken ( t), ..., U 8 (t). Each of the echo signals at the outputs corresponding to PP 5 , ..., PP 8 represents the sum of 2 k-1 = 4 private echo signals: an echo signal U 5 (t) is generated at the output of the piezo transducer PP 5 , which represents the sum private echoes , at the output of the piezoelectric transducer PP 6 , an echo signal U 6 (t) is generated, which sets the sum of the private echo signals at the output of the piezoelectric transducer PP 8 , an echo signal U 8 (t) is formed, which sets the sum of the private echo signals . Further, in the process of optimal filtering, the private echo signals are filtered off from one another and the private signals corresponding to the piezo transducer PP 5 are recorded (i.e., emitted by the first PP and received by the fifth PP), (i.e., emitted by the second PP and received by the fifth PP), (i.e., emitted by the third PP and received by the fifth PP), (i.e., emitted by the fourth PP and received by the fifth PP), signals corresponding to the piezoelectric transducer PP 6 etc. Thus at the end of the first phase control after combining the echo signals corresponding to combinations of radiating - receiving PP order interlace quasi-harmonics in the composition of the relevant split signals in accordance with the processing procedure split signal fixed will be N 2/4 = 16 taken independent implementation private echo signals, respectively, in 16 independent acoustic channels formed by paired combinations of piezo transducers PP 1 -PP 5 , PP 1 -PP 6 , PP 1 -PP 7 , PP 1 -PP 8 , PP 2 -PP 5 , PP 2 - PP 6 , PP 2 -PP 7 , PP 2 -PP 8 , ..., PP 4 -PP 8 (see Fig. 1a)
На втором этапе совокупность пьезоэлементов каждой функциональной группы разбивается в свою очередь на две равные по числу ПП функциональные подгруппы второго уровня, образуя тем самым 4 подгруппы ПП по 2 пьезопреобразователя в каждой, причем ПП первой и третьей подгрупп используются как излучающие (на ПП1 подается Сплит-сигнал СС1, на ПП2 подается Сплит-сигнал СС2, на ПП5 подается Сплит-сигнал СС3, на ПП6 подается Сплит-сигнал СС4), а ПП второй и четвертой подгрупп (ПП3, ПП4 и ПП7, ПП8) - как приемные (см. фиг. 1б). Далее на четыре излучающих ПП подаются независимо четыре зондирующих Сплит-сигнала, регистрируются приемными пьезопреобразователями четыре эхо-сигнала, отраженных от структурных неоднородностей. На этом этапе таким образом окажутся дополнительно зафиксированными еще N2/8=8 независимых частных реализации УЗ эхо-сигналов.At the second stage, the set of piezoelectric elements of each functional group is divided in turn into two functional subgroups of the second level equal in number of PPs, thereby forming 4 subgroups of PP with 2 piezoelectric transducers in each, and the PP of the first and third subgroups are used as radiating ones (Split is fed to PP 1 SS is the signal 1, PP 2 is fed to split signal SS 2, on the PCB 5 is fed split signal SS 3, PCB 6 is fed split signal SS 4), and PP the second and fourth subgroups (PP 3 and PP 4 PP 7 , PP 8 ) - as receiving ones (see Fig. 1b). Then four sounding Split signals are fed independently to four emitting PPs, four echo signals reflected from structural inhomogeneities are recorded by receiving piezoelectric transducers. At this stage will thus still further fixed N 2/8 = 8 independent particular implementation of ultrasonic echo signals.
На третьем этапе совокупность пьезоэлементов каждой подгруппы разбивается в свою очередь на две равные по числу ПП функциональные подгруппы третьего уровня, образуя тем самым 8 подгрупп ПП по 1 пьезопреобразователю в каждой, причем ПП первой, третьей, пятой и седьмой подгрупп (ПП1, ПП3, ПП5 и ПП7) используются как излучающие, ПП второй, четвертой, шестой и восьмой подгрупп (ПП2, ПП4, ПП6 и ПП8) - как приемные (см. фиг. 1в). На этом этапе аналогичным образом окажутся дополнительно зафиксированными еще N2/16=4 независимых частных реализации УЗ эхо-сигналов.At the third stage, the set of piezoelectric elements of each subgroup is divided, in turn, into two functional subgroups of the third level equal in number of PPs, thereby forming 8 subgroups of PP with 1 piezoelectric transducer in each, with PP of the first, third, fifth, and seventh subgroups (PP 1 , PP 3 , PP 5 and PP 7 ) are used as radiating, PP of the second, fourth, sixth and eighth subgroups (PP 2 , PP 4 , PP 6 and PP 8 ) as receiving ones (see Fig. 1c). At this stage will be similarly fixed even further N 2/16 = 4 independent particular implementation of ultrasonic echo signals.
Таким образом, для антенной решетки, состоящей из N=8 пьезоэлементов, за три этапа оказываются зарегистрированными набор эхо-сигналов в количестве S=N*(N-1)/2=28 частных реализаций эхо-сигналов. Следует отметить, что для технического решения, принятого за прототип, потребное количество этапов квадратично увеличивается с увеличением размерности антенной решетки, в то время как для патентуемого решения - лишь линейно. Так, для антенной решетки, состоящей из N=16 пьезопреобразователей для фиксации полного ансамбля эхо-сигналов потребуется излучать зондирующий сигнал 16 раз в случае реализации прототипа и 4 раза при реализации патентуемого технического решения, для N=32 зондирующий сигнал необходимо излучать соответственно 32 раза и 5 раз.Thus, for an antenna array consisting of N = 8 piezoelectric elements, in three stages a set of echo signals in the amount of S = N * (N-1) / 2 = 28 private implementations of echo signals is detected. It should be noted that for the technical solution adopted as a prototype, the required number of steps quadratically increases with the dimension of the antenna array, while for the patented solution it only linearly. So, for an antenna array consisting of N = 16 piezoelectric transducers, to fix a complete ensemble of echo signals, it is necessary to radiate a
В качестве зондирующих сигналов ансамбля квазигармоник Сплит-сигнала, представляющего собой определенным образом организованную последовательность протяженных во времени радиоимпульсов с несущей частотой , меняющейся от импульса к импульсу в пределах заданного частотного диапазона, определяемого полосой рабочих частот пьезопреобразователей, образующих АР (см. фиг. 2), предложенный способ ультразвуковой томографии изделий можно реализовать с помощью аналоговых или цифровых устройств различной конфигурации. Наиболее рационально все операции по формированию зондирующих сигналов и обработке принимаемых УЗ колебаний выполнять в цифровом виде. Функциональная схема УЗ томографа, реализующего предложенный способ, показана на фиг. 2. Она содержит антенную решетку 1 с N приемно-передающими ПП 2 (ПП21…ПП2N), N цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) 3 (ЦАП31…ЦАП3N) и N аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 4 (АЦП41…АЦП4N), электронно-вычислительную машину (ЭВМ) 5, которая в своем составе содержит системный блок 6, монитор 7, стандартную клавиатуру 8, манипулятор 9 типа «мышь». Системный блок 6 состоит из материнской платы 10, в свою очередь состоящей из микропроцессора 11, системной магистрали 12, оперативно-запоминающего устройства 13, перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства 14 и контроллера 15 клавиатуры. Системный блок 6 также в своем составе содержит адаптер 16 монитора, адаптер 17 портов, контроллер 18 дисков, контроллер 19 дополнительных устройств, жесткий магнитный диск 20, системное программное обеспечение 21, прикладное программное обеспечение 22.As probing signals of the ensemble of quasiharmonics of a Split signal, which is in a certain way an organized sequence of time-extended radio pulses with a carrier frequency varying from pulse to pulse within a given frequency range, determined by the operating frequency band of the piezoelectric transducers forming an AR (see Fig. 2), the proposed method for ultrasonic tomography of products can be implemented using analog or digital devices of various configurations. It is most rational to perform all operations on the formation of sounding signals and processing received ultrasonic vibrations in digital form. A functional diagram of an ultrasound tomograph that implements the proposed method is shown in FIG. 2. It contains an
Каждый из ПП 2, входящих в состав АР 1, соединен с точкой соединения аналогового выхода соответствующего ЦАП 3 и аналогового входа соответствующего АЦП 4. Системная магистраль 12 соединена с цифровыми входами цифроаналоговых преобразователей 3 и цифровыми выходами аналого-цифровых преобразователей 4, процессором 11, оперативно-запоминающим устройством 13, перепрограммируемым постоянным запоминающим устройством 14, контроллером 15 клавиатуры, к выходу которого подсоединена клавиатура 8, адаптером 16 монитора, к выходу которого подсоединен монитор 7, адаптером 17 портов, контроллером 18 дисков, к выходу которого подсоединен жесткий магнитный диск 20, контроллером 10 дополнительных устройств, к выходу которого подсоединен манипулятор 9 типа «мышь».Each of the
Антенная решетка 1 установлена на объект контроля 23 и имеет с ним акустический контакт.
Устройство для реализации способа работает следующим образом.A device for implementing the method works as follows.
Оператор вручную с помощью клавиатуры 8 и прикладного программного обеспечения 22 задает значения частот квазигармоник Сплит-сигналов, соответствующих рабочей полосе частот ультразвуковых ПП 2.1…2.N, которые записывается в оперативно-запоминающее устройство 13. Прикладное программное обеспечение 22 с помощью процессора 11 формирует по гармоническому закону N/2 цифровых Сплит-сигналов в виде массивов отсчетов значений амплитуды и записывает их в оперативно-запоминающее устройство 13, затем пересылает квазигармонический сигнал в цифровой форме из оперативно-запоминающего устройства 13 в цифроаналоговые преобразователи 3, которые преобразуют электрический сигнал в цифровой форме в электрические квазигармонические импульсы Сплит-сигналов в аналоговой форме и передает эти сигналы через аналоговые выходы на ультразвуковые преобразователи 1, которые в свою очередь преобразуют электрические квазигармонические сигналы в ультразвуковые квазигармонические волны и излучают данные сигналы квазигармоник в контролируемый образец.The operator manually sets the frequency values using the
На первом этапе контроля с выходов ЦАП 3.1, …3.4 на первом такте на первые четыре пьезопреобразователя 2.1, …2.4 антенной решетки 1, образующих группу излучающих пьезопреобразователей первого этапа, подаются, на каждый независимо и соответственно, первые квазигармоники (частоты квазигармоник в комбинации первого такта соответственно ) четырех различных Сплит-сигналов CC1…СС4. В этот момент пьезопреобразователи 2.5, …2.8 АР 1 начинают принимать УЗ колебания из ОК 23. Эти колебания, преобразованные в электрические колебания соответственно U1 5-1(t), …, U1 8-1(t), оцифровываются в АЦП 4.4, …4.7 и записываются в ОЗУ 13 ЭВМ 5 независимо друг от друга, без каких-либо преобразований и временных сдвигов. Эти колебания регистрируются в интервале времени, превышающем с некоторым запасом τ>Тг время распространения УЗ колебаний от каждого из излучающих ПП 2.1, …2.4 АР 1 к наиболее дальней визуализируемой точке ОК 23 и обратно - к самому удаленному от нее приемному ПП 2.5, …2.8 АР 1, причем регистрируемый сигнал представляет собой аддитивную смесь сигнала структурного шума материала ОК 23, донного эхо-сигнала и эхо-сигналов от дефектов и несплошностей материала ОК 23. После окончания регистрации эхо-сигналов первых квазигармоник Сплит-сигналов аналогичная процедура излучения - регистрации эхо-сигналов повторяется для всех остальных комбинаций квазигармоник различных частот {частоты квазигармоник в комбинации соответственно для второго такта первого этапа - , …, для пятого такта первого этапа - }. Таким образом, на первом этапе контроля оказываются зарегистрированными 80 частных эхо-сигналов U1 5-1(t), …, U1 8-5(t), которые в комбинациях по 5 квазигармоник, соответствующих чередованию частот квазигармоник набора зондирующих Сплит-сигналов, образуют 16 (по числу комбинаций по 2 из 4 излучающих ПП и 4 приемных ПП) первичных эхо-сигнала U1 5(t), …, U1 8(t), каждый из которых представляет собой комбинацию частных эхо-сигналов по следующему алгоритму: U1 5(t)=U1 5-1(t)+…+U1 5-5(t), …, U1 8(t)=U1 8-1(t)+…+U1 8-5(t)At the first stage of monitoring, from the outputs of the DAC 3.1, ... 3.4 at the first step, the first four piezoelectric transducers 2.1, ... 2.4 of the
На втором и третьем этапе излучение зондирующих сигналов, прием и регистрация эхо-сигналов осуществляется аналогично первому этапу. Исключение составляет лишь способ формирования групп излучающих и приемных преобразователей. Так, на втором этапе излучающими пьезопреобразователями являются ПП 2.1, 2.2, 2.5, 2.6, а приемными пьезопреобразователями являются ПП 2.3, 2.4, 2.7, 2.8 антенной решетки 1, а на третьем этапе излучающими пьезопреобразователями являются ПП 2.1, 2.3, 2.5, 2.7, а приемными пьезопреобразователями являются ПП 2.2, 2.4, 2.6, 2.8 антенной решетки 1.At the second and third stage, the radiation of the probing signals, reception and registration of echo signals is carried out similarly to the first stage. The only exception is the method of forming groups of emitting and receiving converters. So, at the second stage, emitting piezoelectric transducers are PP 2.1, 2.2, 2.5, 2.6, and receiving piezoelectric transducers are PP 2.3, 2.4, 2.7, 2.8 of the
После выполнения k=3 циклов зондирования-приема УЗ колебаний в памяти ОЗУ 13 окажутся записанными S=N×(N-1)/2=28 реализаций принятых реализации УЗ эхо-сигналов, и далее, в соответствии с алгоритмом, содержащимся в принятым за прототип техническом решении, осуществляют поточечное построение изображения внутренней структуры ОКAfter completing k = 3 cycles of probing-receiving ultrasonic vibrations in the memory of
Использование изобретения обеспечивает повышение производительности УЗ контроля за счет уменьшение количества этапов излучения зондирующего сигнала, потребных для построения С-скан.The use of the invention provides an increase in the performance of ultrasonic testing by reducing the number of stages of radiation of the probe signal required to build a C-scan.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016145094A RU2639986C1 (en) | 2016-11-17 | 2016-11-17 | Method of ultrasound tomography |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016145094A RU2639986C1 (en) | 2016-11-17 | 2016-11-17 | Method of ultrasound tomography |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2639986C1 true RU2639986C1 (en) | 2017-12-25 |
Family
ID=63857568
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016145094A RU2639986C1 (en) | 2016-11-17 | 2016-11-17 | Method of ultrasound tomography |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2639986C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5027658A (en) * | 1986-05-02 | 1991-07-02 | Anderson Forrest L | Three dimensional imaging method and device using ellipsoidal backprojection with arbitrarily shaped pulses |
SU1817019A1 (en) * | 1990-05-22 | 1993-05-23 | Le Elektrotekh Inst | Method of ultrasonic tomographic testing of articles |
US5355887A (en) * | 1991-10-31 | 1994-10-18 | Fujitsu Limited | Ultrasonic diagnostic apparatus |
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 |
RU2532606C1 (en) * | 2013-07-03 | 2014-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Ultrasonic tomography device |
-
2016
- 2016-11-17 RU RU2016145094A patent/RU2639986C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5027658A (en) * | 1986-05-02 | 1991-07-02 | Anderson Forrest L | Three dimensional imaging method and device using ellipsoidal backprojection with arbitrarily shaped pulses |
SU1817019A1 (en) * | 1990-05-22 | 1993-05-23 | Le Elektrotekh Inst | Method of ultrasonic tomographic testing of articles |
US5355887A (en) * | 1991-10-31 | 1994-10-18 | Fujitsu Limited | Ultrasonic diagnostic apparatus |
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 |
RU2532606C1 (en) * | 2013-07-03 | 2014-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Ultrasonic tomography device |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
В.А. Воронков, И.В. Воронков, В.Н. Козлов, А.А. Самокрутов, В.Г. Шевалдыкин. О применимости технологии антенных решеток в решении задач ультразвукового контроля опасных производственных объектов, В мире неразрушающего контроля, 2011, N 1 (51), с. 64-70. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10775743B2 (en) | Ultrasonic holography imaging system and method | |
US9244043B2 (en) | Integrated active ultrasonic probe | |
US8033172B2 (en) | Hand-held flaw detector imaging apparatus | |
US9639056B2 (en) | Acoustical holography with multi-level square wave excitation signals | |
US10641893B2 (en) | System and method for phased array material imaging | |
JPS62102154A (en) | Ultrasonic inspection device | |
US20060254359A1 (en) | Hand-held flaw detector imaging apparatus | |
CN105167802A (en) | Doppler imaging method and device | |
JPS61185259A (en) | Apparatus for examination of matter by ultrasonic echography | |
CN111374696A (en) | Ultrasonic diagnostic apparatus and ultrasonic imaging method | |
US5895855A (en) | Ultrasonic probe transmitting/receiving an ultrasonic wave of a plurality of frequencies and ultrasonic wave inspection apparatus using the same | |
US7331234B2 (en) | Ultrasonic imaging method and ultrasonic imaging apparatus | |
JPH043223B2 (en) | ||
US20210048413A1 (en) | Fast pattern recognition using ultrasound | |
RU2639986C1 (en) | Method of ultrasound tomography | |
US7481769B2 (en) | Ultrasonic diagnosing apparatus | |
Li et al. | Research on the imaging of concrete defect based on the pulse compression technique | |
JPS622813B2 (en) | ||
RU2675217C1 (en) | Method of ultrasound tomography | |
Kim et al. | Difference-frequency-based ultrasonic contrast imaging of material elasticities | |
US11719672B2 (en) | Application specific excitation of ultrasonic probes | |
US20170343657A1 (en) | Ultrasound probe and ultrasound system | |
RU2654006C1 (en) | Device of acoustic diagnostics with frequency scanning of bone tissue | |
JPH05111484A (en) | Ultrasonic image evaluating device for medical purpose | |
Forte | Stepped Frequency Ultrasound Computed Tomography With Waveform Inversion |