Восстановление изображения отражателей методом цифровой фокусировки апертуры в толстостенных трубах малого диаметра

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

При проведении ультразвукового контроля труб различного диаметра с использованием антенных решеток и матриц широко используются две технологии восстановления изображения отражателей: технология фокусировки антенной решеткой (ФАР) и технология цифровой фокусировки апертуры (ЦФА). Если диаметр трубы больше сотни длин волн, при восстановлении изображения отражателей можно воспользоваться методом ЦФА с учетом нескольких отражений от границ, полагая, что объект контроля плоский. Ошибки при формировании ЦФА-изображения отражателей в этом случае будут незначительные. Но если диаметр трубы несколько десятков длин волн, а толщина стенки составляет порядка половины диаметра трубы, то в этом случае для получения качественного ЦФА-изображения отражателей нужно обязательно учитывать геометрию объекта контроля. В статье рассмотрены особенности формирования изображения при регистрации эхосигналов антенной решеткой или матрицей при сканировании как по внешней, так и по внутренней поверхности объекта контроля. В численном и модельном экспериментах показано, что для получения высококачественного ЦФА-изображения отражателей при сканировании по внешней поверхности толстостенной трубы малого диаметра можно использовать как антенную решетку, так антенную матрицу. Это связано с наличиями эффекта физической фокусировки ультразвукового поля. Но при сканировании по внутренней поверхности толстостенной трубы малого диаметра из-за эффекта расфокусировки для восстановления изображения отражателей регистрировать эхосигналы надо антенной матрицей.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. Г. Базулин

ООО «Научно-производственный центр «ЭХО+»

Автор, ответственный за переписку.
Email: bazulin@echoplus.ru
Россия, 123458 Москва, ул. Твардовского, 8, Технопарк «Строгино»

Список литературы

  1. Advances in Phased Array Ultrasonic Technology Applications. Publisher: Waltham, MA: Olympus NDT, 2007. URL: https://www.olympus-ims.com/en/books/pa/pa-advances/ (дата обращения: 07.07.2023).
  2. Воронков В.А., Воронков И.В., Козлов В.Н., Самокрутов А.А., Шевалдыкин В.Г. О применимости технологии антенных решеток 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 решётки 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. Научно-производственная компания «Акустические Контрольные Системы»: Дефектоскоп А1550 IntroVisor: офиц. сайт: URL: https://acsys.ru/vyisokochastotnyij-ultrazvukovoj-defektoskop-tomograf-a1550-introvisor/ (дата обращения: 23.07.2024).
  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. 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
  9. 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
  10. 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 (дата обращения: 28.07.2024).
  11. Базулин Е.Г. Ультразвуковой контроль сварных соединений трубопровода типа Ду800. Часть 1. Восстановление изображения отражателей методом ЦФА // Дефектоскопия. 2017. № 3. С. 12—26.
  12. Chen T., Du Q., Li W., Sheng S., Zhou H. Ultrasonic Imaging Detection of Welding Joint Defects of Pressure Pipeline Based on Phased Array Technology / In 2023 International Conference on Mechatronics, IoT and Industrial Informatics (ICMIII), 2023. Melbourne, Australia. P. 375—379. doi: 10.1109/ICMIII58949.2023.00078
  13. Hampson Rory, Zhang Dayi, Gachagan Anthony, Dobie Gordon. Modelling and characterisation ultrasonic phased array transducers for pipe inspections. September 2022 // International Journal of Pressure Vessels and Piping. V. 200 (7). P. 104808. doi: 10.1016/j.ijpvp.2022.104808
  14. Schmerr L.W. Jr. Fundamentals of Ultrasonic Nondestructive Evaluation. A Modeling Ap-proach. Second Edition. Springer. 2016. 492 p. doi: 10.1007/978-3-319-30463-2
  15. Крохмаль А.А., Николаев Д.А., Цысарь С.А., Сапожников О.А. Создание эталонной плоской ультразвуковой волны в жидкости с помощью плоского пьезоэлектрического преобразователя большого волнового размера // Акуст. журн. 2020. Т. 66. № 5. С. 475—488.
  16. 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
  17. Červený V. Seismic ray theory. New York: Cambridge University Press, 2001. 713 p.
  18. Бабич В.М., Киселев А.П. Упругие волны. Высокочастотная теория. СПб.: БХВ-Петербург, 2014. C. 320.
  19. Moon S., Kang T., Han S., Kim K.-M., Jin H.-H., Kim S.-W., Kim M., Seo H. FEA-Based Ultrasonic Focusing Method in Anisotropic Media for Phased Array Systems // Appl. Sci. 2021. No. 11. P. 8888. doi: 10.3390/app11198888
  20. Kalkowski M.K., Lowe M.J.S., Samaitis V., Schreyer F., Robert S. Weld map tomography for determining local grain orientations from ultrasound // Proc. R. Soc. 2023. A 479. P. 20230236. https://doi.org/10.1098/rspa.2023.0236.
  21. Борн М., Вольф Э. Основы оптики / Пер. с англ. Изд. 2, испр. М.: Наука, 1973. 720 с.
  22. Фирма EXTENDE: офиц. сайт URL: https://www.extende.com/ndt (дата обращения: 11.05.2024).
  23. Научно-производственный центр «ЭХО+»: офиц. сайт URL: https://echoplus.ru/ (дата обращения: 11.05.2024).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. К расчету траекторий в толстостенной трубе малого диаметра.

Скачать (459KB)
3. Рис. 2. К расчету траектории при двукратном отражении от границ стенок трубы (точка ri находится ближе к читателю, чем точка rtrm).

Скачать (304KB)
4. Рис. 3. ЦФА-изображения сферы, восстановленные по акустическим схемам, при использовании антенной решетки: TdT (а); TdTT (б); TTdTT (в).

Скачать (502KB)
5. Рис. 4. Изображения сферы, восстановленные по акустическим схемам, при использовании антенной матрицы: TdT (а); TdTT (б); TTdTT (в).

Скачать (444KB)
6. Рис. 5. ЦФА-изображение сферы при использовании антенной решетки по акустической схеме TdT (а); ЦФА-CF-изображение с учетом когерентного фактора (б).

Скачать (330KB)
7. Рис. 6. ЦФА-изображение сферы при использовании антенной матрицы по акустической схеме TdT (а); ЦФА-CF-изображение с учетом когерентного фактора (б).

Скачать (354KB)
8. Рис. 7. Фотография толстостенной трубы, антенной решетки на призме, зажатой в прижим и расположенной со стороны ступеньки.

Скачать (835KB)
9. Рис. 8. ЦФА-изображение паза по акустической схеме TTdTT (а); ЦФА-CF-изображение с учетом когерентного фактора (б) при установке антенной матрицы со стороны ступеньки.

Скачать (508KB)
10. Рис. 9. ЦФА-изображение паза по акустической схеме TTdTT при установке матрицы со стороны конуса: вид B-типа (а); вид D-типа (б).

Скачать (711KB)

© Российская академия наук, 2024