Применение технологий CF и DMAS для повышения качества изображения отражателей, восстановленного по эхосигналам, измеренным антенной решеткой

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Достоверность и чувствительность ультразвукового контроля определяется уровнем шума изображения отражателей и его разрешающей способностью. Применение CF- или DMAS-технологий в различных сочетаниях перспективно, так как эти технологии достаточно простые, практически не требуют дополнительных вычислительных ресурсов, применяются к эхосигналам, измеренным обычными дефектоскопами, работающими с антенными решетками. В численных и модельных экспериментах продемонстрировано, что применение этих методов позволяет повысить разрешающую способность изображения отражателей более чем в два раза и уменьшить уровень шума более чем на 20 дБ. В численном эксперименте показано, что фазовые искажения из-за комплексных коэффициентов преломления и отражения приводят к тому, что даже при точно известных параметрах опыта при работе на прямом луче на поперечной волне индикация вершины трещины может сместиться от своего истинного положения примерно на длину волны. Для решения задач дефектометрии это очень большая ошибка. Но если при восстановлении изображения отражателей проводить коррекцию фазы, то индикация вершины трещины совпадает со своим реальным положением. CF- и DMAS-технологии показали свою работоспособность и при работе с зашумленными эхосигналами.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. Г. Базулин

ООО «Научно-производственный центр «ЭХО+»

Автор, ответственный за переписку.
Email: bazulin@echoplus.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Данилов В.Н., Воронкова Л.Д. Просто о преобразователях с фазированными решётками в ультразвуковом контроле / Монография. М.: Спектр, 2019. 135 с. : ил. Библиогр. в конце ст. ISBN 978-5-4442-0144-2.
  2. Воронков В.А., Воронков И.В., Козлов В.Н., Самокрутов А.А., Шевалдыкин В.Г. О применимости технологии антенных решёток в решении задач ультразвукового контроля опасных производственных объектов // В мире неразрушающего контроля. 2011. № 1. С. 64—70.
  3. Базулин Е.Г. Сравнение систем для ультразвукового неразрушающего контроля, использующих антенные решетки или фазированные антенные решётки // Дефектоскопия. 2013. № 7. С. 51—75.
  4. ISO 23865:2021. Non-destructive testing — Ultrasonic testing — General use of full matrix capture/total focusing technique (FMC/TFM) and related technologies. URL: https://www.iso.org/standard/78034.html (дата обращения: 28.07.2024).
  5. Ковалев А.В., Козлов В.Н., Самокрутов А.А., Шевалдыкин В.Г., Яковлев Н.Н. Импульсный эхо-метод при контроле бетона. Помехи и пространственная селекция // Дефектоскопия. 1990. № 2. С. 29—41.
  6. Неронский Л.Б., Михайлов В.Ф., Брагин И.В. Микроволновая аппаратура дистанционного зондирования поверхности Земли и атмосферы. Радиолокаторы с синтезированной апертурой антенны / Учеб. пособие. Ч. 2. СПб.: СПбГУАП, 1999. 220 с.: ил.
  7. Holmes C., Drinkwater B.W., Wilcox P.D. Post-processing of the full matrix of ultrasonic transmit-receive array data for non-destructive evaluation // NDT&E International. 2005. V. 38. P. 701—711.
  8. Базулин Е.Г. О терминологии в области применения ЦФА/TFM с учётом вышедших стандартов ISO 23865:2021 и ISO 23864:2021. URL: https://echoplus.ru/publication/prochee/o-terminologi-v-oblasti-primeneniya-tsfa-tfm-s-uchyetom-vyshedshikh-standartov-iso-23865-2021-i-is/ (дата обращения: 05.09.2024).
  9. Wells P.N.T. Ultrasonics in medicine and biology // Phys. Med. Biol. Jul. 1977. V. 22. No. 4. P. 629—669. doi: 10.1088/0031-9155/22/4/001
  10. Matrone G., Savoia A.S., Caliano G., Magenes G. The delay multiply and sum beamforming algorithm in ultrasound B-mode medical imaging // IEEE Trans. Med. Imag. Apr. 2015. V. 34. No. 4. P. 940—949. doi: 10.1109/TMI.2014.2371235
  11. Hollman K.W., Rigby K.W., O’Donnell M. Coherence factor of speckle from a multi-row probe // Proc. IEEE Ultrason. 440 Symp. 1999. P. 1257—1260. doi: 10.1109/ULTSYM.1999.849225
  12. Nilsen C.-I., Holm S. Wiener beamforming and the coherence factor in ultrasound imaging // IEEE Trans. Ultrason. Ferro-442 electr. Freq. Control. 2010. V. 57. No. 6. P. 1329—1346. doi: 10.1109/TUFFC.2010.1553
  13. Kang S., Lee J., Chang J.H. Effectiveness of synthetic aperture focusing and coherence factor weighting for intravascular ultrasound imaging // Ultrasonics. 2021. V. 113. P. 106364. doi: 10.1016/j.ultras.2021.106364
  14. Gauthier Baptiste, Painchaud Guillaume, Le Duff Alain, Belanger Pierre. Lightweight and Amplitude-Free Ultrasonic Imaging Using Single-Bit Digitization and Instantaneous Phase Coherence // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 2022. P. 1—1. ISSN 1525-8955. doi: 10.1109/TUFFC.2022.3163621
  15. Базулин Е.Г. Использование коэффициента когерентности для повышения качества изображения отражателей при проведении ультразвукового контроля // Дефектоскопия. 2017. № 6. С. 5—17.
  16. Camacho Jorge, Fritsch Carlos, Fernandez-Cruza Jorge, Parrilla Montserrat. Phase Coherence Imaging: Principles, applications and current developments // Proceedings of Meetings on Acoustics. September 2019. V. 38 (1). P. 055012. doi: 10.1121/2.0001201. URL: https://asa.scitation.org/doi/abs/10.1121/2.0001201 (accessed: 07/28/2024).
  17. Okumura S., Taki H., Sato T. Stabilization techniques for high resolution ultrasound imaging using beamspace Capon method / 2015 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP). South Brisbane, QLD. 2015. P. 892—896.
  18. Bazulin E. The maximum entropy method in ultrasonic non-destructive testing – increasing the resolution, image noise reduction and echo acquisition rate // Entropy. 2018. V. 20 (8). P. 621. DOI: https://doi.org/10.3390/e20080621
  19. Guarneri G.A., Pipa D.R., Junior F.N., Ramos de Arruda L.V., Zibetti M.V.W. A Sparse Reconstruction Algorithm for Ultrasonic Images in Nondestructive Testing // Sensors. 2015. V. 15. P. 9324—9343. doi: 10.3390/s150409324
  20. Базулин Е.Г., Соколов Д.А. Восстановление ультразвуковых изображений отражателей по неполным данным методом распознавания со сжатием // Акуст. журн. 2019. № 4. С. 520—532.
  21. Song H., Yang Y. Super-resolution visualization of subwavelength defects via deep learning-enhanced ultrasonic beamforming: A proof-of-principle study // NDT & E International. 2020. P. 102344. doi: 10.1016/j.ndteint.2020.102344
  22. Zhang F., Luo L., Li J., Peng J., Zhang Y., Gao X. Ultrasonic adaptive plane wave high-resolution imaging based on convolutional neural network // NDT & E International. June 2023. V. 138. P. 102891. doi: 10.1016/j.ndteint.2023.102891
  23. Ермолов И.Н., Ланге Ю.В. Ультразвуковой контроль / В кн.: Неразрушающий контроль. Справочник. Под общ. ред. В. В. Клюева. Т. 3. М.: Машиностроение, 2004. 864 с.
  24. Hollman K.W., Rigby K.W., O’Donnell M. Coherence factor of speckle from a multi-row probe // IEEE Ultrasonics Symp. Proc. Int. Symp. 1999. V. 2. P. 1257—1260.
  25. Camacho J., Parrilla M., Fritsch C. Phase coherent image // EEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control. 2009. V. 56. No. 5. P. 958—974.
  26. Cruza J.F., Camacho J., Fritsch C. Plane-wave phase-coherence imaging for NDE // NDT & E International. 2017. V. 87. P. 31—37. doi: 10.1016/j.ndteint.2017.01.005. URL: https://sci-hub.ru/https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2017.01.005 (date of application: 09/15/2024).
  27. https://sci-hub.ru/10.1109/TUFFC.2011.1901 (date of application: 09/15/2024).
  28. Ke Song, Duo Chen. Comparison of coherence factor and sign coherence factor applied to a nonlinear beamforme / Special Issue: A Special Selection on Recent Advances in Biomechanical Engineering — Part II. Guest Editors: Esteban Peña Pitarch and Eddie Y. K. Ng. doi: 10.1142/S0219519423401012. URL: https://worldscientific.com/doi/epdf/10.1142/S0219519423401012 (date addresses: 09/15/2024).
  29. Le Duff Alain, Painchaud-April Guillaume. Phase Coherence Imaging for Flaw Detection: URL: https://www.ndt.net/article/ndtnet/papers/Phase_Coherence_Imaging_for_Flaw_Detection.pdf (date of application: 09/15/2024).
  30. Фирма EXTENDE: офиц. сайт URL: https://www.extende.com/ndt (дата обращения: 11.05.2024).
  31. Базулин Е.Г. Когерентное восстановление изображений дефектов с учётом эффекта незеркального отражения ультразвуковых импульсов от границ объекта контроля // Дефектоскопия. 2010. № 7(46). С. 18—29.
  32. Базулин Е.Г. Использование метода инверсного C-SAFT для выравнивания пространственной чувствительности изображения отражателей // Дефектоскопия. 2015. № 1. С. 58—71.
  33. Научно-производственный центр «ЭХО+». Офиц. сайт URL: https://echoplus.ru/ (дата обращения: 11.09.2024).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Изображения придонной трещины, восстановленные по акустической схеме TdT: IS,S–S (а); IS,DMAS–DMAS (б); IS,S–S × ICF (в)

Скачать (400KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изображения придонной трещины, восстановленные по акустической схеме TdT: IDMAS, S–S (а); IDMAS,DMAS–DMAS (б); IDMAS,S–S × ICF (в)

Скачать (368KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изображения придонной трещины, восстановленные по акустической схеме LdL: IS, S–S (а); IS, DMAS–DMAS (б); IS,DMAS–DMAS × ICF (в)

Скачать (379KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изображения придонной трещины, восстановленные по акустической схеме TdT с коррекцией фазовых искажений: IS, S–S (а); IS,DMAS–DMAS (б); IS,S–S × ICF (в)

Скачать (351KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Изображения висячей трещины, восстановленные по акустической схеме TdT: IS, S (а); IS,DMAS (б)

Скачать (607KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Изображения висячей трещины, восстановленные по акустической схеме TdT: IDMAS, S (а); IDMAS, DMAS (б)

Скачать (459KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Изображения двух БЦО, восстановленные по акустической схеме TdT: IS, S (а); IS, DMAS (б)

Скачать (437KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Изображения двух БЦО, восстановленные по акустической схеме TdT: IDMAS, S (а); IDMAS, DMAS (б)

Скачать (219KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Изображения трех БЦО, восстановленные по акустической схеме LdL: IS,S (а); IS,DMAS (б); IS,DMAS × ICF (в)

Скачать (779KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Изображения трех БЦО, восстановленные по акустической схеме LdL: IDMAS, S (а); IDMAS, DMAS (б); IDMAS, DMAS × ICF (в)

Скачать (727KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024