|
DOI: 10.14489/td.2021.03.pp.040-049
Солдатов А. И., Чан Цзянлэй, Костина М. А., Солдатов А. А., Шупэн Сюй
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ КОМПЬЮТЕРНАЯ ТОМОГРАФИЯ ЛИНЕЙНЫМИ РЕШЕТКАМИ ПРИ ТЕНЕВОМ КОНТРОЛЕ
(с. 40-49)
Аннотация. Описана теневая малоракурсная ультразвуковая томография с использованием линейных антенных решеток. Применен гауссов фильтр для улучшения качества томограммы. Исследовано на модели и проверено на экспериментальных данных использование окна с разными параметрами и определен его оптимальный размер. Приведены результаты моделирования для одного и двух отражателей, расположенных в зоне контроля. Определена разрешающая способность системы, состоящей из приемной и излучающей антенных решеток с 16 элементами, которая составила по критерию Рэлея 12 мм при расстоянии между решетками 400 мм, что соответствует 1,7.
Ключевые слова: теневой контроль, акустические решетки, томограмма, ракурс, зона контроля.
Soldatov A. I., Chang J., Kostina M. A., Soldatov A. A., Xu Sh.
ULTRASOUND COMPUTED TOMOGRAPHY BY LINEAR ARRAYS WITH USED THROUGH TRANSMISSION TESTING METHOD
(pp. 40-49)
Abstract. The article describes few view through-transmission ultrasound tomography using linear gratings. Obtaining initial data is based on alternate radiation by each element of the emitting antenna array and simultaneous reception by all elements of the receiving antenna array. This results in a set of shadow images from different angles, the number of which is equal to the number of elements of the radiating array. The tomogram reconstruction process consists in calculating the signal amplitude in each pixel of the monitoring zone as the sum of signals from several sources passing to a specific receiver through this pixel. The defect decreases the signal amplitude at the receiver, which is linearly related to the area of the shadow at the receiver. To assess the magnitude of the signal attenuation, the defect detection coefficient was used, calculated as the ratio of the signal amplitude at the receiver that passed through the defect to the signal amplitude at the receiver in the absence of a defect. The use of a limited set of angles leads to a deterioration in the quality of the tomogram and, as a result, errors appear in the form of lines from emitters to receivers intersecting at the location of the defect. To improve the quality of the tomogram, a Gaussian filter was applied, after which the manifestation of artifacts was reduced, which made it possible to more accurately determine the coordinates and dimensions of the defect. In the article, a model study was carried out and the use of a filter with different parameters was tested on experimental data. The theoretical range of variation of the filter parameters is calculated and the optimal parameters are determined, at which the best tomogram quality is obtained. The simulation results are given for one and two reflectors located in the control zone. The resolving power of the system consisting of receiving and transmitting antenna arrays with 16 elements is determined. The resolution was 12 mm for arrays of circular piezoelectric elements 3 mm thick and 6 mm in diameter with a 10 mm distance between the centers of neighboring piezoelectric elements and 400 mm between the receiving and emitting gratings.
Keywords: through-transition testing method, acoustic array, tomogram, aspect angles, testing zone.
А. И. Солдатов (Национальный исследовательский Томский политехнический университет; Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Томск, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
Чан Цзянлэй (Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск, Россия) Е-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
М. А. Костина, А. А. Солдатов (Национальный исследовательский Томский политехнический университет; Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Томск, Россия) Е-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
Шупэн Сюй (Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск, Россия) Е-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
A. I. Soldatov (National Research Tomsk Polytechnic University; Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, Tomsk, Russia)
J. Chang (National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia)
M. A. Kostina, A. A. Soldatov (National Research Tomsk Polytechnic University; Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, Tomsk, Russia)
Sh. Xu (National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk Russia)
1. Воробей В. В., Маркин В. Б. Контроль качества изготовления и технология ремонта композитных конструкций. Новосибирск: Наука, 2006. С. 94 – 104.
2. Гуменюк Н. С., Грушин С. С. Применение композиционных материалов в судостроении // Современные наукоемкие технологии. 2013. № 8(1). С. 116–117.
3. Canzhi Guo, Chunguang Xu, Dingguo Xiao et al. Trajectory planning method for improving alignment accuracy of probes for dual-robot air-coupled ultrasonic testing system // International Journal of Advanced Robotic Systems. 2019. March – April. P. 1 – 11.
4. Raišutis R., Voleišis A., Kažys R. Application of the through transmission ultrasonic technique for estimation of the phase velocity dispersion in plastic materials // ULTRAGARSAS (ULTRASOUND). 2008. V. 63. No. 3. P. 15 – 18.
5. Raišutis R., Kažys R., Mažeika L. Application of the ultrasonic pulse-echo technique for quality control of the multi-layered plastic materials // NDT&E International. 2008. V. 41. P. 300 – 311.
6. Wróbel G., Pawlak S. A comparison study of the pulseecho and through-transmission ultrasonics in glass/epoxy composites // Journal of Achievements of Materials and Manufacturing Engineering. 2007. V. 22. No. 2. P. 51 – 54.
7. Rajzer I., Piekarczyk W., Castaño O. An ultrasonic through-transmission technique for monitoring the setting of injectable calcium phosphate cement // Mater. Sci. Eng. C., 2016. V. 67. P. 20 – 25. doi: 10.1016/j.msec.2016.04.083.
8. Yuxing Song, Zude Feng, Ting Wang. In situ study on the curing process of calcium phosphate bone cement // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 2007. V. 18. P. 1185 – 1193.
9. Guangzhen Xing, Ping Yang, Longbiao He. Estimation of diffraction effect in ultrasonic attenuation bythrough-transmission substitution technique // Ultrasonics. 2013. V. 53. P. 825 – 830.
10. He P. Direct measurement of ultrasonic dispersion using a broadband transmission technique // Ultrasonics. 1999. V. 37. P. 67 – 70.
11. Peters F., Petit L. A broad band spectroscopy method for ultrasound wave velocity and attenuation measurement in dispersive media // Ultrasonics. 2003. V. 41. No. 5. P. 357 – 363.
12. He P., Zheng J. Acoustic dispersion and attenuation measurement using both transmitted and reflected pulses // Ultrasonics. 2001. V. 39. P. 27 – 32.
13. Пикалов В. В., Казанцев Д. И. Свойства регуляризованного алгоритма Гершберга–Папулиса в задаче веерной томографии // Вычислительные технологии. 2008. Т. 13. № 6. C. 121 – 133.
14. Kak A. C. Principles of computerized tomographic imaging // Engineering. 1988. V. 33. No. 1. P. 327.
15. Davis T., Gao D., Gureyev T. et al. Phase contrast imaging of weakly absorbing materials using hard x-rays // Nature. 1995. No. 373. P. 595 – 598.
16. Цехановский С. А. Разработка и исследование ультразвукового дефектоскопа с визуализацией дефектов на экране электроннолучевой трубки: автореф. дис. … канд. техн. наук. ТПУ, 1975. 21 с.
17. Anan'ev L. M., Makarov V. S., Simanchuk V. I. Experimental study of the acoustic tract in a shadow defectoscope based on polyscanning // Дефектоскопия. 1988. № 7. С. 66 – 69.
18. Болотина И. О., Макаров В. С., Цехановский С. А. Моделирование процесса сканирования и визуализации акустического поля // Современные техника и технологии, СТТ' 2002: Тр. VII Междунар. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов, молодых ученых. Томск, 2002. Т. 1. С. 226 – 228.
19. Лавинская E. И., Мартемьянов С., Солнье Ж. Б., Фомин Н. А. Малоракурсная лазерная томография сложных газодинамических течений // Инженерно-физический журнал. 2004. Т. 77. № 5. С. 94 – 104.
20. Филонин О. В. Малоракурсная компьютерная томография в физическом эксперименте // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. акад. С. П. Королева (национального исследовательского университета). 2003. № 1(3). С. 136 – 145.
21. Кутовой В. П. Малоракурсная томография при исследовании пространственных задач // Сб. тез. докл. IX Междунар. конф. по проблемам прочности материалов и сооружений на транспорте. Санкт-Петербург, 27 – 28 мая 2014 г. СПб., 2014. С. 54–55.
22. Amrani M., Gondard C., Evangelakis G. A. Numerical computation of the acoustical field passing through a plane interface: application to new phased-array transducers // Ultrasonics. V. 93. P. 197 – 200.
23. Костина М. А., Солдатов А. И., Солдатов А. А. и др. Малоракурсная акустическая томография при теневом контроле антенными решетками // Дефектоскопия. 2018. № 7. С. 3 – 9.
24. Чан Цзянлэй, Солдатов А. И. Моделирование разрешающей способности линейных решеток при теневом методе контроля // Южно-Сибирский научный вестник. 2018. № 4(24).
25. Chang J., Soldatov A. I., Abouellail A. A. et al. The Resolution Capability of the Through-Transmission Method of Testing of Composites Using Linear Array // International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), Tomsk, 18 – 19 april 2019. Tomsk, 2019. P. 1 – 3.
26. Zhang Y., Hong H., Cai W. Photoacoustic imaging // Cold Spring Harb. Protoc. 2011. Nо. 9. P. 1015 – 1025.
27. Steiner G., Wegleiter H., Watzenig D. A dualmode ultrasound and electrical capacitance process tomography sensor // Proc. IEEE Sensors. 2005. P. 696 – 699. DOI:10.1109/ICSENS.2005.1597794.
28. Буй Ван Донг. Акустический контроль композитных материалов малоракурсным теневым методом: дис. … канд. техн. наук. Томск, 2016. 147 с.
29. Солдатов А. И., Солдатов А. А., Баканов П. Г. и др. Алгоритм реконструкции томограммы при теневом методе акустической дефектоскопии линейными решетками // Контроль. Диагностика. 2018. № 2. С. 42 – 47.
1. Vorobey V. V., Markin V. B. (2006). Manufacturing quality control and repair technology for composite structures, pp. 94 – 104. Novosibirsk: Nauka. [in Russian language]
2. Gumenyuk N. S., Grushin S. S. (2013). The use of composite materials in shipbuilding. Sovremennye naukoemkie tekhnologii, 1(8), pp. 116–117. [in Russian language]
3. Canzhi Guo, Chunguang Xu, Dingguo Xiao et al. (2019). Trajectory planning method for improving alignment accuracy of probes for dual-robot air-coupled ultrasonic testing system. International Journal of Advanced Robotic Systems, pp. 1 – 11.
4. Raisutis R., Voleisis A., Kazys R. (2008). Application of the through transmission ultrasonic technique for estimation of the phase velocity dispersion in plastic materials. ULTRAGARSAS (ULTRASOUND), Vol. 63, (3), pp. 15 – 18.
5. Raisutis R., Kazys R., Mazika L. (2008). Application of the ultrasonic pulse-echo technique for quality control of the multi-layered plastic materials. NDT&E International, Vol. 41, pp. 300 – 311.
6. Wrobel G., Pawlak S. (2007). A comparison study of the pulse-echo and through-transmission ultrasonics in glass/epoxy composites. Journal of Achievements of Materials and Manufacturing Engineering, Vol. 22, (2), pp. 51 – 54.
7. Rajzer I., Piekarczyk W., Castano O. (2016). An ultrasonic through-transmission technique for monitoring the setting of injectable calcium phosphate cement. Materials Science and Engineering C, Vol. 67, pp. 20 – 25. DOI: 10.1016/j.msec.2016.04.083.
8. Yuxing Song, Zude Feng, Ting Wang. (2007). In situ study on the curing process of calcium phosphate bone cement. Journal of Materials Science: Materials in Medicine, Vol. 18, pp. 1185 – 1193.
9. Guangzhen Xing, Ping Yang, Longbiao He. (2013). Estimation of diffraction effect in ultrasonic attenuation bythrough-transmission substitution technique. Ultrasonics, Vol. 53, pp. 825 – 830.
10. He P. (1999). Direct measurement of ultrasonic dispersion using a broadband transmission technique. Ultrasonics, Vol. 37, pp. 67 – 70.
11. Peters F., Petit L. (2003). A broad band spectroscopy method for ultrasound wave velocity and attenuation measurement in dispersive media. Ultrasonics, Vol. 41, (5), pp. 357 – 363.
12. He P., Zheng J. (2001). Acoustic dispersion and attenuation measurement using both transmitted and reflected pulses. Ultrasonics, Vol. 39, pp. 27 – 32.
13. Pikalov V. V., Kazantsev D. I. (2008). Properties of the regularized Gershberg – Papoulis algorithm in the fan tomography problem. Vychislitel'nye tekhnologii, Vol. 13, (6), pp. 121 – 133. [in Russian language]
14. Kak A. C. (1988). Principles of computerized tomographic imaging. Engineering, Vol. 33, (1).
15. Davis T., Gao D., Gureyev T. et al. (1995). Phase contrast imaging of weakly absorbing materials using hard x-rays. Nature, 373, pp. 595 – 598.
16. Tsekhanovskiy S. A. (1975). Development and research of an ultrasonic flaw detector with visualization of defects on the screen of a cathoderay tube. Tomskiy politekhnicheskiy universitet. [in Russian language]
17. Anan'ev L. M., Makarov V. S., Simanchuk V. I. (1988). Experimental study of the acoustic tract in a shadow defectoscope based on polyscanning. Defektoskopiya, (7), pp. 66 – 69. [in Russian language]
18. Bolotina I. O., Makarov V. S., Tsekhanovskiy S. A. (2002). Modeling the process of scanning and visualization of the acoustic field. Modern techniques and technologies, CTT '2002: Proceedings of the VII International scientific-practical conference of students, graduate students, young scientists, Vol. 1, pp. 226 – 228. Tomsk. [in Russian language]
19. Lavinskaya E. I., Martem'yanov S., Soln'e Zh. B., Fomin N. A. (2004). Small-angle laser tomography of complex gasdynamic flows. Inzhenerno-fizicheskiy zhurnal, Vol. 77, (5), pp. 94 – 104. [in Russian language]
20. Filonin O. V. (2003). Small-angle computed tomography in a physical experiment. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta im. akademika S. P. Koroleva (natsional'nogo issledovatel'skogo universiteta), 3(1), pp. 136 – 145. [in Russian language]
21. Kutovoy V. P. (2014). Small-angle tomography in the study of spatial problems. Collection of abstracts of the IX International conference on the problems of strength of materials and structures in transport, pp. 54 – 55. Saint Petersburg. [in Russian language]
22. Amrani M., Gondard C., Evangelakis G. A. Numerical computation of the acoustical field passing through a plane interface: application to new phased-array transducers. Ultrasonics, Vol. 93, pp. 197 – 200.
23. Kostina M. A., Soldatov A. I., Soldatov A. A. et al. (2018). Low-angle acoustic tomography with shadow control of antenna arrays. Defektoskopiya, (7), pp. 3 – 9. [in Russian language]
24. Chan Tszyanley, Soldatov A. I. (2018). Modeling the resolution of linear gratings with the shadow control method. Yuzhno-Sibirskiy nauchniy vestnik, 24(4). [in Russian language]
25. Chang J., Soldatov A. I., Abouellail A. A. et al. (2019). The Resolution Capability of the Through-Transmission Method of Testing of Composites Using Linear Array. International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), pp. 1 – 3. Tomsk.
26. Zhang Y., Hong H., Cai W. (2011). Photoacoustic imaging. Cold Spring Harbor Protocols, (9), pp. 1015 – 1025.
27. Steiner G., Wegleiter H., Watzenig D. (2005). A dual-mode ultrasound and electrical capacitance process tomography sensor. Proceedings of IEEE Sensors, pp. 696 – 699. DOI:10.1109/ICSENS.2005.1597794.
28. Buy Van Dong. (2016). Acoustic control of composite materials by lowangle shadow method. Tomsk. [in Russian language]
29. Soldatov A. I., Soldatov A. A., Bakanov P. G. et al. (2018). Algorithm for reconstruction of a tomogram with the shadow method of acoustic flaw detection with linear gratings. Kontrol'. Diagnostika, (2), pp. 42 – 47. [in Russian language] DOI: 10.14489/td.2018.02.pp.042-047
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 450 руб. (в том числе НДС 18%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/td.2021.03.pp.040-049
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 450 rubles. (including VAT 18%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/td.2021.03.pp.040-049
and fill out the form
.
|
Текущий номер
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»