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

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».