RU2679647C1 - Method of ultrasound tomography - Google Patents
Method of ultrasound tomography Download PDFInfo
- Publication number
- RU2679647C1 RU2679647C1 RU2018120253A RU2018120253A RU2679647C1 RU 2679647 C1 RU2679647 C1 RU 2679647C1 RU 2018120253 A RU2018120253 A RU 2018120253A RU 2018120253 A RU2018120253 A RU 2018120253A RU 2679647 C1 RU2679647 C1 RU 2679647C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna array
- digital codes
- electrical signals
- conversion
- time
- 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
Abstract
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.
Известен способ ультразвуковой томографии, [RU 2532597 С1, МПК G01N 29/04 (2006.01), опубл. 10.11.2014], выбранный в качестве прототипа, включающий размещение пьезопреобразователей антенной решетки на объекте контроля, причем расстояние между соседними положениями антенной решетки, при которой получают одно В-изображение, превышает половину длины ультразвуковой волны, циклическое ультразвуковое облучение объекта контроля поочередно каждым пьезопреобразователем антенной решетки и одновременный прием ультразвуковых волн и их преобразование в электрические сигналы всеми преобразователями антенной решетки, преобразование в цифровые коды полученных электрических сигналов, их сохранение, обработку цифровых кодов, реконструкцию изображения и его визуализацию путем объединения послойно нескольких В-изображений. После преобразования принятых ультразвуковых волн в электрические сигналы осуществляют их усиление и преобразование в цифровые коды, проводят когерентную обработку сохраненных цифровых кодов, при которой разбивают объект контроля на локальные области, которые рассматривают в качестве локального сосредоточенного отражающего элемента. Сохраненные цифровые коды сдвигают назад во времени на величину, равную времени распространения отраженной волны от рассматриваемой локальной области до соответствующего пьезопреобразователя антенной решетки, затем перемножают сдвинутые во времени цифровые коды соответственно для каждой из локальных областей, сохраняют полученные произведения цифровых кодов и используют их для реконструкции изображения и его визуализацииA known method of ultrasound tomography, [RU 2532597 C1, IPC G01N 29/04 (2006.01), publ. 11/10/2014], selected as a prototype, including the placement of the piezoelectric transducers of the antenna array on the test object, the distance between adjacent positions of the antenna array, at which one B image is obtained, exceeds half the length of the ultrasonic wave, the cyclic ultrasound irradiation of the test object by each piezoelectric transducer antenna arrays and the simultaneous reception of ultrasonic waves and their conversion into electrical signals by all converters of the antenna array, conversion to digital Even codes of received electrical signals, their storage, processing of digital codes, image reconstruction and visualization by combining several B-images in layers. After converting the received ultrasonic waves into electrical signals, they are amplified and converted into digital codes, coherent processing of the stored digital codes is carried out, in which the control object is divided into local areas, which are considered as a local concentrated reflecting element. The stored digital codes are shifted back in time by an amount equal to the propagation time of the reflected wave from the local area under consideration to the corresponding piezoelectric transducer of the antenna array, then the time-shifted digital codes are multiplied, respectively, for each of the local areas, the obtained digital code products are saved and used for image reconstruction and its visualization
Недостатком этого способа является невозможность проведения контроля в реальном масштабе времени вследствие реализации алгоритма реконструкции изображения на персональном компьютере, что требует передачи большого массива сохраненных реализаций УЗ колебаний от блока памяти в персональный компьютер.The disadvantage of this method is the impossibility of real-time monitoring due to the implementation of the image reconstruction algorithm on a personal computer, which requires the transfer of a large array of stored implementations of ultrasonic vibrations from the memory unit to a personal computer.
Техническая проблема, решаемая при использовании предложенного изобретения заключается в уменьшении объема передаваемых данных без потери информации и за счет этого проведение контроля в реальном масштабе времени.The technical problem solved by using the proposed invention is to reduce the amount of data transmitted without loss of information and due to this, real-time monitoring.
Предложенный способ ультразвуковой томографии, так же как в прототипе, включает размещение пьезопреобразователей антенной решетки на объекте контроля, циклическое ультразвуковое облучение объекта контроля поочередно каждым пьезопреобразователем антенной решетки и одновременный прием ультразвуковых волн и их преобразование в электрические сигналы всеми преобразователями антенной решетки, усиление и преобразование в цифровые коды полученных электрических сигналов, их сохранение, когерентную обработку сохраненных цифровых кодов, при которой разбивают объект контроля на локальные области, которые рассматривают в качестве локального сосредоточенного отражающего элемента, сохраненные цифровые коды сдвигают назад во времени на величину, равную времени распространения отраженной волны от рассматриваемой локальной области до соответствующего пьезопреобразователя антенной решетки, затем перемножают сдвинутые во времени цифровые коды соответственно для каждой из локальных областей, сохраняют полученные произведения цифровых кодов и используют их для реконструкции изображения и его визуализации.The proposed method of ultrasonic tomography, as in the prototype, includes placing the piezoelectric transducers of the antenna array on the test object, cyclic ultrasonic irradiation of the test object in turn by each piezoelectric transducer of the antenna array and the simultaneous reception of ultrasonic waves and their conversion into electrical signals by all converters of the antenna array, amplification and conversion to digital codes of received electrical signals, their storage, coherent processing of stored digital codes, In which the control object is divided into local areas, which are considered as a local concentrated reflecting element, the stored digital codes are shifted back in time by an amount equal to the propagation time of the reflected wave from the local area under consideration to the corresponding piezoelectric transducer of the antenna array, then the time-shifted digital codes are multiplied accordingly, for each of the local areas, the resulting works of digital codes are stored and used for reconstruction ii image and its visualization.
Согласно изобретению после преобразования ультразвуковых волн в электрические сигналы всеми преобразователями антенной решетки и их усиления, определяют скорость изменения каждого электрического сигнала, которую используют для вычисления периода преобразования полученных электрических сигналов в цифровые коды.According to the invention, after the conversion of ultrasonic waves into electrical signals by all converters of the antenna array and their amplification, the rate of change of each electrical signal is determined, which is used to calculate the period of conversion of the received electrical signals to digital codes.
За счет определения скорости изменения каждого электрического сигнала, из которой вычисляют текущий период преобразования полученных электрических сигналов в цифровые коды появляется возможность уменьшения объема передаваемых данных без потери информации и за счет этого проведение контроля в реальном масштабе времени.By determining the rate of change of each electrical signal, from which the current period for converting the received electrical signals to digital codes is calculated, it becomes possible to reduce the amount of data transmitted without loss of information and thereby control in real time.
На фиг. 1 представлено устройство, реализующее предлагаемый способ.In FIG. 1 presents a device that implements the proposed method.
Предложенный способ ультразвуковой томографии осуществлен с помощью устройства, содержащего микроконтроллер 1 (фиг. 1), к которому последовательно подключены многоканальный генератор 2, антенная решетка 3, многоканальный усилитель 4, многоканальный аналого-цифровой преобразователь 5, многоканальный блок вычисления скорости изменения ультразвукового сигнала 6 (БВС), выход которого подключен к многоканальному генератору управляемому напряжением 7 (ГУН). Выход многоканального генератора управляемого напряжением 7 (ГУН) подключен к тактовому входу многоканального аналого-цифрового преобразователя 5, выход которого связан с входом данных оперативного запоминающего устройства 8 (ОЗУ), а выход данных которого соединен с микроконтроллером 1, который подключен к персональному компьютеру 9.The proposed ultrasound tomography method is implemented using a device containing a microcontroller 1 (Fig. 1), to which a
Микроконтроллер 1 может быть выбран любым, например ATMEGA64, фирмы ATMEL. Многоканальный генератор 2 может быть выполнен на микросхемах, имеющих импульсный ток коллектора не менее 2А и выходное напряжение 90 В, например, STHV748. Антенная решетка 3 является набором 16 или более пьезопреобразователей, располагаемых линейно или матрично, например, OLYMPUS 2L16-A1. Многоканальный усилитель 4 с многоканальным аналого-цифровым преобразователем 5 выполнен по типовой схеме, например, на микросхемах AD9272. Многоканальный блок вычисления скорости изменения каждого ультразвукового сигнала 6 (БВС) может быть выполнен на типовых операционных усилителях, работающих в режиме дифференцирования входного сигнала. Многоканальный генератор, управляемый напряжением 7 (ГУН) может быть выполнен на микросхеме NE555. Оперативное запоминающее устройство 8 (ОЗУ), объемом не менее 64 Кб, выполнено на микросхемах IDT72V293. Персональный компьютер может быть любым, например, Acer "Revo RL70".The
При контроле фасонной отливки на ее поверхности размещали антенную решетку 3, содержащую 16 пьезопреобразователей, расположенных линейно. После выдачи разрешения микроконтроллера 1 на работу многоканального генератора 2, многоканальный генератор 2 поочередно формировал импульсы возбуждения для каждого пьезопреобразователя антенной решетки 3. Пьезопреобразователи антенной решетки 3 поочередно излучали ультразвуковые волны в контролируемое изделие, а прием ультразвуковых волн и их преобразование в электрические сигналы осуществляли одновременно всеми преобразователями антенной решетки 3, причем поочередное излучение осуществлялось циклически. Полученные электрические сигналы усиливали многоканальным усилителем 4, преобразовывали в цифровые коды в многоканальном аналого-цифровом преобразователе 5 и сохраняли в оперативном запоминающем устройстве 8 (ОЗУ). Тактовую частоту преобразования входных данных многоканального аналого-цифрового преобразователя 5 определяли многоканальным генератором, управляемым напряжением 7, входная информация для которого поступала с выхода многоканального усилителя 4 через многоканальный блок вычисления скорости изменения ультразвукового сигнала 6. Данные из оперативного запоминающего устройства 8 (ОЗУ) через микроконтроллер 1 передавали в персональный компьютер 9. Реконструкцию внутренней структуры контролируемого изделия и его визуализацию осуществляли в персональном компьютере 9 путем когерентной обработки полученных данных, которая заключалась в следующем: разбивали зону контроля на локальные области, которые рассматривали в качестве локального сосредоточенного отражающего элемента (50000 при следующих размерах зоны контроля: длина - 10 мм, глубина - 50 мм, размер локальной области 0,1 мм), и сохраненные цифровые коды сдвигали назад во времени на величину, равную времени распространения отраженной волны от рассматриваемой локальной области зоны контроля до соответствующего пьезопреобразователя антенной решетки 3. Затем перемножали сдвинутые во времени цифровые коды соответственно для каждой из локальных областей, сохраняли полученные произведения цифровых кодов и использовали их для реконструкции изображения и его визуализации.When controlling the shaped casting, an
В способе-прототипе от антенной решетки получили 256 А-сканов, объем каждого А-скана составил 4 Кб. Суммарный объем передаваемых данных составил 265×4 Кб=1 Мб, при частоте преобразования электрических сигналов в цифровые коды 40 МГц, скорости распространения ультразвука в стали 6000 м\с. В предлагаемом способе объем каждого А-скана составил 1,2 Кб, общий объем передаваемых данных составил 256×1,2 Кб=367,2 Кб.In the prototype method, 256 A-scans were received from the antenna array, the volume of each A-scan was 4 Kb. The total amount of transmitted data was 265 × 4 Kb = 1 Mb, with a frequency of converting electrical signals to digital codes of 40 MHz, and the propagation speed of ultrasound in steel was 6000 m / s. In the proposed method, the volume of each A-scan was 1.2 Kb, the total amount of transmitted data was 256 × 1.2 Kb = 367.2 Kb.
Сравнение результатов ультразвуковой дефектоскопии зоны контроля фасонной отливки, полученных с использованием способа-прототипа и предлагаемого способа показывают, что при использовании заявляемого способа для ультразвуковой томографии объем данных уменьшился в 3 раза.Comparison of the results of ultrasonic inspection of the inspection zone of shaped castings obtained using the prototype method and the proposed method show that when using the proposed method for ultrasonic tomography, the data volume decreased by 3 times.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018120253A RU2679647C1 (en) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | Method of ultrasound tomography |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018120253A RU2679647C1 (en) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | Method of ultrasound tomography |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2679647C1 true RU2679647C1 (en) | 2019-02-12 |
Family
ID=65442655
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018120253A RU2679647C1 (en) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | Method of ultrasound tomography |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2679647C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2799111C1 (en) * | 2023-02-22 | 2023-07-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Ultrasonic tomography device |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
US20050054924A1 (en) * | 2002-03-28 | 2005-03-10 | Dione Donald P. | Three-dimensional ultrasound computed tomography imaging system |
JP2009153573A (en) * | 2007-12-25 | 2009-07-16 | Panasonic Corp | Ultrasonic diagnostic apparatus and tomographic image processing method |
RU2008120366A (en) * | 2005-10-28 | 2009-12-10 | Фраунхофер-Гезелльшафт Цур Фердерунг Дер Ангевандтен Форшунг Е.Ф. (De) | METHOD AND DEVICE FOR VISUALIZING AN ULTRASONIC DEFECTOSCOPY OF A THREE-DIMENSIONAL PRODUCT |
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 |
-
2018
- 2018-05-31 RU RU2018120253A patent/RU2679647C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
US20050054924A1 (en) * | 2002-03-28 | 2005-03-10 | Dione Donald P. | Three-dimensional ultrasound computed tomography imaging system |
RU2008120366A (en) * | 2005-10-28 | 2009-12-10 | Фраунхофер-Гезелльшафт Цур Фердерунг Дер Ангевандтен Форшунг Е.Ф. (De) | METHOD AND DEVICE FOR VISUALIZING AN ULTRASONIC DEFECTOSCOPY OF A THREE-DIMENSIONAL PRODUCT |
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 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2799111C1 (en) * | 2023-02-22 | 2023-07-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Ultrasonic tomography device |
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 |
---|---|---|
JP5683213B2 (en) | Image forming apparatus and image forming method | |
Ylitalo et al. | Ultrasound synthetic aperture imaging: monostatic approach | |
Stotzka et al. | Medical imaging by ultrasound computer tomography | |
JP2015507947A5 (en) | ||
JP2009207883A (en) | Biological information imaging apparatus and biological information analyzing method | |
Kumar et al. | Characteristics of an ultrasonic phased array transmitter in medium range | |
RU2532597C1 (en) | Method for rendering ultrasonic flaw detection of three-dimensional article | |
Paul et al. | Simplified-delay-multiply-and-sum-based promising beamformer for real-time photoacoustic imaging | |
RU2679647C1 (en) | Method of ultrasound tomography | |
Hewener et al. | Highly scalable and flexible FPGA based platform for advanced ultrasound research | |
RU2679648C1 (en) | Ultrasound tomography device | |
Ibrahim et al. | A review on ultrasonic process tomography system | |
CN1837764A (en) | Method for conducting ultrasonic non-injury temperature measurement employing non-linear vocal parameter | |
RU2675217C1 (en) | Method of ultrasound tomography | |
Harvey et al. | Simulation and measurement of nonlinear behavior in a high-power test cell | |
Tsysar et al. | Using a multi-rod waveguide system to create an ultrasound endoscope for imaging in aggressive liquids | |
US20060241436A1 (en) | Method and apparatus for non-invasive measurement of a temperature change inside a living body | |
JP2012110515A (en) | Object information acquiring apparatus | |
Byra et al. | Ultrasound nonlinearity parameter assessment using plane wave imaging | |
Kumar et al. | Characteristics of an ultrasonic array transmitter in the short range | |
Tsysar et al. | Experimental verification of phased receiving waveguide array for ultrasonic imaging in aggressive liquids | |
Shulgina et al. | Method of processing data of acoustic array | |
Coila et al. | Nonlinearity parameter estimation method in pulse-echo using a reference phantom | |
Vanhille et al. | Ultrasounds in bubbly liquids: unidirectional propagation and switch | |
RU2799111C1 (en) | Ultrasonic tomography device |