Ultrasonic transducer arrays are mo

Ultrasonic transducer arrays are more and more used for industrial Non-Destructive Testing (NDT). Compared to single element transducers, they are much more versatile as they allow different inspection modes (plane waves, steered angle beams, focused beams) and can be used to produce images (focused Bscans, focused Sscans [1] and [2]) at a single position. In array imaging, one of the best method is the Synthetic Transmit Aperture (STA [3] and [4]), also called Total Focusing Method (TFM) in the NDT field [5]. This method is based on the post-processing of the full array response matrix K(t)[6], called Full Matrix Capture (FMC) in NDT. For a N element transducer, the FMC consists in recording the N×N inter-element impulse responses kij(t), defined as the signal received by element j when an electric pulse is applied to element i. The TFM allows to focus on every point of the image area while, in the focused Sscans and focused Bscans modes, the image is constructed line by line and by focusing at a given depth. This technique has several advantages compared the other imaging methods (focused Sscans, focused Bscans). The main advantage of the TFM is the image quality as the focusing and spatial resolution are optimal everywhere in the region of interest. Another benefit is the possibility of applying different imaging modes to the same array response matrix, depending on the nature of the defects [7], [8] and [9]. For example, images can be made using half-skip paths, including a reflection on the back-wall before interacting with the defect, to image crack-type defects. Finally, unlike in focused Bscan, the TFM image area can be larger than the probe and is not related to the number of shots, contrarily to focused Sscan images. However, the TFM technique has two main drawbacks. The first one is a limited acoustic power sent into the medium due to the use of only one element per emission. This results in a degradation of the signal to noise ratio (SNR) and can be troublesome in the case of attenuating materials and random noise. Moreover, controls looking for crack-type defects are made typically around 45°, thus the image is not centered under the probe. In this situation, the cylindrical wave emitted by an element, radiating mainly perpendicularly to the transducer plan, is not the most fitted type. In some cases, this is highlighted by the existence of non-physical indications, also called image artifacts, that may lead to misinterpretations [10] and [11]. The second drawback is the frame-rate limit due to the number of transmissions (N ) and the storage and processing of the N×N signals. Techniques exist to reduce the number of signals to be processed, like the Sparse Matrix Capture (SMC) that uses a few elements in transmission, compensating the loss of acoustic power by creating virtual sources [12], [13], [14] and [15].

In order to improve the frame-rate and increase the acoustic power sent into the medium, the Plane Wave Imaging (PWI [16], [17] and [18]), recently developed in the medical field, seems to be very promising for NDT inspections. The principle is to transmit plane ultrasonic wave-fronts at different angles in the medium. For each plane wave transmission, the PWI image is reconstructed line by line by dynamically focusing in receive mode at different depths with a subset of several adjacent receivers. The final image is then obtained by summing the images obtained for every angle. This method has several advantages in medical imaging. The main advantage is a high image quality obtained with a few ultrasonic shots (typically 10 to 30 for a 128 elements probe). Furthermore, as all the probe elements are excited together, the acoustic power sent in the medium is high. Thus, this method is less sensitive to attenuation and random noise than the TFM. The main drawback is that the image size is limited by the probe aperture. The number of lines in the image depends on the number of elements, and a classical NDT inspection uses transducers with 32 to 64 elements. Thus the number of elements and, therefore, the image size are too small to perform accurate inspections. Moreover, the PWI used in the medical field cannot image crack-type defects. This is due to the fact that subsets of elements are used in reception, while crack-type defects imaging requires reception on all the probe elements to use half-skip modes.

In this paper, we present a technique that combines the advantages of the PWI and the TFM. The main objective is to prove that high quality images can be obtained by the transmissions of plane waves. The second goal is to explore the possibility to reduce the number of transmissions and to limit imaging artifacts due to mode conversions. The medical PWI is generalized by taking into account the refraction on a plane interface, the bulk wave polarizations (longitudinal: L, transverse: T ) and the paths including interactions with the back-wall (half-skip modes). In transmission, plane waves are emitted at different angles and the backscattered signals are recorded by the elements. Thus creating a Q×N matrix where Q is the number of plane waves transmitted and N is the number of elements in the probe. This matrix is then post-processed to perform beamforming in transmit and receive modes. This method will allow multi-modal PWI imaging (direct and half-skip modes) with high acoustic power sent into the inspected material and low acquisition time. In the first section, the theoretical backgrounds of the multi-modal TFM and PWI methods are presented. The second section presents and compares experimental results obtained with the two methods for different types of defects.

2. Theoretical background
This section describes the theoretical backgrounds of the Total Focusing Method (TFM) and Plane Wave Imaging (PWI) techniques. For a general description, we consider an immersion configuration, where the array and the specimen are immersed in water. First, they are derived for simple round-trip, also called direct modes. In these modes, the wave goes from the transmitter to the focusing point and back to the receiver. Then, they are generalized to half-skip mode reconstructions in which the wave goes from the transmitter to the focusing point after reflection on the back-wall, and back to the receiver. The direct modes are useful to image volumetric flaws (holes, porosities, inclusions) while half-skip modes are used to enhance the characterization of crack-type defects.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

อาร์เรย์อัลตราโซนิกพิกัดมากใช้ในอุตสาหกรรมไม่ใช่ทำลายทดสอบ (ผู้) เมื่อเทียบกับหัววัดองค์ประกอบเดียว มีมากมายหลากหลายที่ใช้โหมดตรวจสอบแตกต่างกัน (เน้นเครื่องบินคลื่น มุม steered คาน คาน) และสามารถใช้ในการผลิตภาพ (Bscans เน้น เน้น Sscans [1] และ [2]) ที่ตำแหน่งเดียวกัน ในแถวลำดับภาพ วิธีดีที่สุดคือส่งแสงสังเคราะห์ (สตา [3] และ [4]), เรียกอีกอย่างว่าวิธีการเน้นรวม (TFM) ในฟิลด์ผู้ [5] วิธีการนี้เป็นตามกระบวนการหลังของเมตริกซ์ตอบเรย์เต็ม K(t) [6] เรียกเก็บเมตริกซ์ของเต็ม (FMC) ในผู้ สำหรับพิกัดที่ N องค์ประกอบ FMC ประกอบในบันทึก N × N องค์ประกอบระหว่างกระแสตอบรับ kij(t) กำหนดเป็นสัญญาณที่รับองค์เจเมื่อชีพจรการไฟฟ้ากับองค์ผม TFM อนุญาตให้เน้นทุกจุดของพื้นที่ของรูปภาพในขณะที่ Sscans โฟกัสและโฟกัสโหมด Bscans รูปภาพจะสร้างบรรทัด และ โดยมุ่งเน้นไปที่ความลึกที่กำหนด เทคนิคนี้มีหลายข้อดีเมื่อเทียบกับการถ่ายภาพต่าง ๆ (เน้นเน้น Sscans, Bscans) ประโยชน์หลักของการ TFM คือ คุณภาพของภาพเป็นการแก้ปัญหามุ่งพัฒนา และพื้นที่เหมาะสมทุกในภูมิภาคที่น่าสนใจ ประโยชน์ที่เป็นไปได้ของการใช้โหมดถ่ายภาพที่แตกต่างกันเรย์ตอบเมตริกซ์ ขึ้นอยู่กับลักษณะของข้อบกพร่อง [7], [8] และ [9] ตัวอย่าง ภาพสามารถทำได้โดยใช้เส้นทางข้ามครึ่ง รวมทั้งสะท้อนผนังหลังก่อนที่จะโต้ตอบกับข้อบกพร่อง การภาพแตกชนิดข้อบกพร่อง สุดท้าย ซึ่งแตกต่างจากใน Bscan โฟกัส TFM ภาพพื้นที่สามารถโพรบมากกว่า และไม่เกี่ยวข้องกับหมายเลขของภาพ หรือเน้น Sscan รูป อย่างไรก็ตาม เทคนิค TFM มีข้อเสียหลักที่สอง อันแรกเป็นพลังงานระดับจำกัดส่งเป็นกลางเนื่องจากการใช้องค์ประกอบเดียวต่อการปล่อยก๊าซ นี้ผลในการลดประสิทธิภาพของสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) และสามารถแก้ปัญหาในกรณีที่วัสดุ attenuating และสุ่มเสียง นอกจากนี้ ควบคุมหาแตกชนิดข้อบกพร่องจะโดยทั่วไปประมาณ 45 องศา ดังนั้น รูปจะไม่ใช่ภายใต้โพรบ ในสถานการณ์นี้ คลื่นทรงกระบอกออกมาจากองค์ประกอบ แผ่ส่วนใหญ่ perpendicularly พิกัดแผนที่ สุดจัดชนิดไม่ ในบางกรณี นี้จะถูกเน้น ด้วยการดำรงอยู่ของบ่งชี้ไม่ใช่ทางกายภาพ เรียกว่ารูปวัตถุ ที่อาจนำไปสู่การ misinterpretations [10] [11] คืนที่สองเป็นขีดจำกัดอัตราเฟรมเนื่องจากจำนวนส่ง (N) และการจัดเก็บ และการประมวลผลสัญญาณ N × N มีเทคนิคการลดจำนวนของสัญญาณที่จะประมวลผล เช่นบ่อเมตริกซ์จับ (SMC) ที่ใช้องค์ประกอบกี่เกียร์ การชดเชยการสูญเสียของพลังงานระดับ ด้วยการสร้างเสมือนแหล่ง [12], [13], [14] [15] และการปรับปรุงอัตราเฟรม และเพิ่มพลังอะคูสติกส่งเป็นสื่อ เครื่องบินคลื่นภาพ (PWI [16], [17] และ [18]), เพิ่งได้รับการพัฒนาในการ ดูเหมือนจะมากสัญญาสำหรับผู้ตรวจสอบ หลักคือการ ส่งเครื่องบินล้ำเสียงคลื่นด้านหน้าทำมุมที่แตกต่างกันในการ สำหรับแต่ละเครื่องบินคลื่นส่ง รูป PWI เป็นเชิดบรรทัดโดยไดนามิกเน้นในได้รับโหมดที่ความลึกแตกต่างกันกับชุดย่อยของหลายผู้รับที่อยู่ติดกัน ภาพสุดท้ายแล้วได้จะได้รับ โดยรวมภาพได้ทุกมุม วิธีนี้มีข้อดีหลายประการในภาพทางการแพทย์ ประโยชน์หลักคือ คุณภาพภาพสูงได้ ด้วยอัลตราโซนิกภาพ (โดยปกติ 10-30 สำหรับโพรบเป็นองค์ประกอบที่ 128) นอกจากนี้ เป็นองค์ประกอบโพรบจะตื่นเต้นกัน ไฟฟ้าอะคูสติกที่ส่งไปในสื่อได้สูง ดังนั้น วิธีนี้มีน้อยสำคัญอ่อนและสุ่มเสียงมากกว่า TFM ข้อเสียเปรียบหลักได้ว่า ขนาดรูปภาพถูกจำกัด ด้วยรูรับแสงของโพรบ หมายเลขของบรรทัดในภาพขึ้นอยู่กับจำนวนองค์ประกอบ และตรวจสอบผู้ที่คลาสสิกใช้หัววัดที่ มีองค์ประกอบ 32-64 ดังนั้น จำนวนขององค์ประกอบและ จึง ขนาดภาพจะเล็กเกินกว่าจะทำการตรวจสอบความถูกต้อง นอกจากนี้ PWI ใช้ในไม่ภาพแตกชนิดข้อบกพร่อง นี่คือเนื่องจากว่าชุดย่อยขององค์ประกอบที่ใช้ในแผนกต้อนรับ ในขณะที่ข้อบกพร่องชนิดแตก ภาพต้องต้อนรับการโพรบองค์ประกอบทั้งหมดจะใช้วิธีการข้ามครึ่งในเอกสารนี้ เรานำเทคนิคที่ผสมผสานข้อดีของ PWI TFM วัตถุประสงค์หลักคือการ พิสูจน์ว่า สามารถรับภาพคุณภาพสูง โดยส่งของคลื่นระนาบ เป้าหมายที่สองคือการ สำรวจความเป็นไปได้ เพื่อลดจำนวนการส่ง และจำกัดสิ่งประดิษฐ์เกี่ยวกับภาพเนื่องจากโหมดการแปลง PWI แพทย์คือตั้งค่าทั่วไป โดยคำนึงถึงการหักเหในอินเทอร์เฟซแบบเครื่องบิน polarizations คลื่นจำนวนมาก (ระยะยาว: L, transverse: T) และเส้นทางรวมถึงการโต้ตอบกับหลังกำแพง (ครึ่งข้ามโหมด) ในเกียร์ คลื่นระนาบจะออกมาในมุมที่แตกต่าง และมีบันทึกสัญญาณ backscattered โดยองค์ประกอบ ดังนั้น การสร้างเมทริกซ์ Q × N ที่ Q คือ จำนวนเครื่องบินคลื่นส่ง และ N คือ จำนวนขององค์ประกอบในการโพรบ เมตริกซ์นี้แล้วหลังการประมวลผลการ beamforming ส่ง และได้รับวิธีการ วิธีนี้จะช่วยให้ภาพ (วิธีทางตรง และ ข้ามครึ่ง) ด้วยพลังงานระดับสูงส่งในการตรวจสอบวัสดุและเวลาที่ต่ำซื้อ PWI หลายแบบ ในส่วนแรก มีแสดงพื้นหลังทฤษฎีวิธี TFM และ PWI หลายแบบ ส่วนที่สองนำเสนอ และเปรียบเทียบผลการทดลองได้ ด้วยสองวิธีแตกต่างกันของข้อบกพร่อง2. ทฤษฎีเบื้องหลังส่วนนี้อธิบายพื้นหลังทฤษฎีเทคนิควิธีการเน้นรวม (TFM) และเครื่องบินคลื่นภาพ (PWI) คำอธิบายทั่วไป เราพิจารณาการกำหนดค่าแช่ ที่อาร์เรย์และตัวอย่างถูกแช่อยู่ในน้ำ ครั้งแรก พวกเขาได้รับสำหรับเรื่อง round-trip ยัง เรียกว่าวิธีการโดยตรง ในโหมดเหล่านี้ คลื่นไปจากเครื่องส่งสัญญาณ ไปยังจุดมุ่งพัฒนา และกลับไป ยังผู้รับ แล้ว พวกเขาจะตั้งค่าทั่วไปการศึกษาครึ่งข้ามโหมดที่คลื่นไปจากเครื่องส่งสัญญาณจุดมุ่งพัฒนาจากภาพสะท้อนบนผนังหลัง และกลับไป ยังผู้รับ วิธีทางตรงเป็นประโยชน์ต่อรูปข้อบกพร่อง volumetric (หลุม porosities รวม) ขณะใช้โหมดข้ามครึ่งเพื่อเพิ่มคุณสมบัติของข้อบกพร่องชนิดแตก

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

อัลตราโซนิกอาร์เรย์แปลงสัญญาณมีมากขึ้นและใช้มากขึ้นสำหรับอุตสาหกรรมทดสอบโดยไม่ทำลาย (NDT) เมื่อเทียบกับก้อนองค์ประกอบเดียวที่พวกเขามีมากหลากหลายมากขึ้นที่พวกเขาให้โหมดการตรวจสอบที่แตกต่างกัน (คลื่นเครื่องบินนำคานมุมเน้นคาน) และสามารถนำมาใช้ในการผลิตภาพ (มุ่งเน้น Bscans เน้น Sscans [1] และ [2]) ที่ ตำแหน่งเดียว ในการถ่ายภาพอาเรย์ซึ่งเป็นหนึ่งในวิธีการที่ดีที่สุดคือส่งสังเคราะห์รูรับแสง (STA [3] และ [4]) หรือที่เรียกว่าวิธีการมุ่งเน้นรวม (TFM) ในด้าน NDT [5] วิธีการนี้จะขึ้นอยู่กับการโพสต์ของการตอบสนองอาร์เรย์แบบเมทริกซ์ K (t) [6] ที่เรียกว่าการจับภาพแบบเต็มเมทริกซ์ (เอฟเอ็ม) ใน NDT สำหรับแปลงสัญญาณไม่มีองค์ประกอบที่เอฟเอ็มประกอบด้วยในการบันทึก N รยังไม่มีการตอบสนองแรงกระตุ้นระหว่างองค์ประกอบกิจ (t) กำหนดให้เป็นสัญญาณที่ได้รับจากเจองค์ประกอบเมื่อชีพจรไฟฟ้าถูกนำไปใช้องค์ประกอบฉัน TFM จะช่วยให้การมุ่งเน้นไปที่จุดทุกพื้นที่ภาพในขณะที่มุ่งเน้นใน Sscans และมุ่งเน้นโหมด Bscans ภาพจะถูกสร้างขึ้นมาทีละบรรทัดและโดยมุ่งเน้นไปที่ระดับความลึกที่กำหนด เทคนิคนี้มีข้อดีหลายประการเมื่อเทียบกับวิธีอื่น ๆ การถ่ายภาพ (Sscans มุ่งเน้นให้ความสำคัญ Bscans) ประโยชน์หลักของ TFM คือคุณภาพของภาพในขณะที่มุ่งเน้นและความละเอียดเชิงพื้นที่ที่ดีที่สุดทุกที่ในภูมิภาคที่น่าสนใจ ประโยชน์ก็คือความเป็นไปได้ของการใช้โหมดการถ่ายภาพที่แตกต่างกันเพื่อตอบสนองเมทริกซ์อาร์เรย์เดียวกันขึ้นอยู่กับลักษณะของข้อบกพร่องที่ [7] [8] และ [9] ยกตัวอย่างเช่นภาพที่สามารถทำโดยใช้ครึ่งข้ามเส้นทางรวมทั้งสะท้อนให้เห็นถึงด้านหลังผนังก่อนที่จะมีปฏิสัมพันธ์กับข้อบกพร่องเพื่อให้ภาพที่แตกข้อบกพร่องชนิด ในที่สุดแตกต่างจากใน Bscan เน้นพื้นที่ภาพ TFM จะมีขนาดใหญ่กว่าการสอบสวนและไม่เกี่ยวข้องกับจำนวนภาพที่ตรงกันข้ามที่จะมุ่งเน้นไปที่ภาพ Sscan อย่างไรก็ตามเทคนิค TFM มีสองข้อบกพร่องหลัก คนแรกคืออำนาจอะคูสติก จำกัด ส่งเข้ากลางเนื่องจากการใช้เพียงองค์ประกอบหนึ่งต่อการปล่อยก๊าซ ซึ่งจะส่งผลในการย่อยสลายของอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงที่ (SNR) และจะลำบากในกรณีของวัสดุลดทอนและเสียงรบกวนแบบสุ่ม นอกจากนี้ยังมีการควบคุมการมองหาข้อบกพร่องแตกชนิดโดยทั่วไปจะทำประมาณ 45 องศาดังนั้นภาพที่ไม่ได้เป็นศูนย์กลางภายใต้การสอบสวน ในสถานการณ์เช่นนี้คลื่นลูกที่ปล่อยออกมาจากรูปทรงกระบอกองค์ประกอบแผ่ส่วนใหญ่ตั้งฉากกับแผนแปลงสัญญาณที่ไม่ได้เป็นประเภทติดตั้งมากที่สุด ในบางกรณีนี้จะถูกเน้นด้วยการดำรงอยู่ของตัวชี้วัดที่ไม่ใช่ทางกายภาพที่เรียกว่าภาพวัตถุที่อาจนำไปสู่การตีความ [10] และ [11] ข้อเสียเปรียบที่สองคือการ จำกัด อัตราเฟรมเนื่องจากจำนวนของการส่ง (N) และการเก็บรักษาและการประมวลผลสัญญาณ N รยังไม่มี เทคนิคที่มีอยู่เพื่อลดจำนวนของสัญญาณที่ต้องดำเนินการเช่นการจับภาพ Matrix เบาบาง (SMC) ที่ใช้องค์ประกอบบางอย่างในการส่งชดเชยการสูญเสียพลังงานอะคูสติกโดยการสร้างแหล่งเสมือน [12] [13], [14] และ [15]. เพื่อที่จะปรับปรุงอัตราเฟรมและเพิ่มพลังเสียงส่งเข้ากลางคลื่นเครื่องบินถ่ายภาพ (PWI [16] [17] และ [18]) ได้รับการพัฒนาเมื่อเร็ว ๆ นี้ในด้านการแพทย์ที่ดูเหมือนว่าจะ จะมีแนวโน้มมากสำหรับการตรวจสอบ NDT หลักการคือการส่งเสื้อผ้าคลื่นอัลตราโซนิกเครื่องบินในมุมที่แตกต่างกันในระดับปานกลาง สำหรับการส่งคลื่นแต่ละเครื่องบินภาพ PWI เป็นสายใหม่เส้นแบบไดนามิกโดยมุ่งเน้นในโหมดรับที่ระดับความลึกที่แตกต่างกับชุดย่อยของผู้รับที่อยู่ติดกันหลาย ภาพสุดท้ายได้ข้อสรุปแล้วโดยภาพที่ได้รับสำหรับทุกแง่ทุกมุม วิธีการนี้มีข้อดีหลายประการในการถ่ายภาพทางการแพทย์ ประโยชน์หลักคือคุณภาพของภาพที่สูงได้รับกับภาพอัลตราโซนิกไม่กี่ (ปกติ 10-30 สำหรับการสอบสวน 128 องค์ประกอบ) นอกจากเป็นองค์ประกอบทั้งหมดของการสอบสวนมีความตื่นเต้นด้วยกันอำนาจอะคูสติกส่งในกลางอยู่ในระดับสูง ดังนั้นวิธีการนี้มีความสำคัญน้อยกว่าในการลดทอนและสุ่มเสียงกว่า TFM ข้อเสียเปรียบหลักคือขนาดของภาพจะถูก จำกัด ด้วยรูรับแสงการสอบสวน จำนวนเส้นในภาพจะขึ้นอยู่กับจำนวนขององค์ประกอบและการตรวจสอบ NDT คลาสสิกใช้ก้อนกับ 32-64 องค์ประกอบ ดังนั้นจำนวนขององค์ประกอบและมีขนาดของภาพที่มีขนาดเล็กเกินไปที่จะดำเนินการตรวจสอบความถูกต้อง นอกจากนี้ PWI ที่ใช้ในด้านการแพทย์ไม่สามารถภาพข้อบกพร่องแตกชนิด เพราะนี่คือความจริงที่ว่าส่วนย่อยขององค์ประกอบที่จะใช้ในการรับสัญญาณในขณะที่ข้อบกพร่องแตกประเภทการถ่ายภาพต้องมีแผนกต้อนรับส่วนหน้าในทุกองค์ประกอบของการสอบสวนที่จะใช้ครึ่งข้ามโหมด. ในบทความนี้เราจะนำเสนอเทคนิคที่รวมข้อดีของ PWI ที่เป็น และ TFM วัตถุประสงค์หลักคือการพิสูจน์ว่าภาพที่มีคุณภาพสูงสามารถรับได้โดยการส่งสัญญาณของคลื่นเครื่องบิน เป้าหมายที่สองคือการสำรวจความเป็นไปได้ที่จะลดจำนวนของการส่งและการ จำกัด การถ่ายภาพสิ่งประดิษฐ์ที่เกิดจากการแปลงโหมด PWI ทางการแพทย์ทั่วไปโดยคำนึงหักเหในอินเตอร์เฟซเครื่องบินที่ polarizations คลื่นขนาดใหญ่ (ยาว: L, ขวาง: T) และเส้นทางรวมทั้งการสื่อสารกับด้านหลังผนัง (ครึ่งข้ามโหมด) ในการส่งคลื่นเครื่องบินจะถูกปล่อยออกมาในมุมที่แตกต่างกันและสัญญาณสะท้อนกลับจะถูกบันทึกไว้โดยองค์ประกอบ ดังนั้นการสร้างเมทริกซ์ Q ×ยังไม่มีข้อความที่ Q คือจำนวนของคลื่นที่ส่งเครื่องบินและ N คือจำนวนขององค์ประกอบในการสอบสวนที่ เมทริกซ์นี้แล้วโพสต์การประมวลผลในการดำเนินการ beamforming ในการส่งและรับโหมด วิธีการนี้จะช่วยให้หลายคำกริยาการถ่ายภาพ PWI (โดยตรงและโหมดครึ่งข้าม) อะคูสติกที่มีอำนาจสูงส่งเข้าสู่การตรวจสอบวัสดุและเวลาการเข้าซื้อกิจการในระดับต่ำ ในส่วนแรกที่มีภูมิหลังทางทฤษฎีของ TFM หลายคำกริยาและวิธีการที่นำเสนอ PWI ส่วนที่สองนำเสนอและเปรียบเทียบผลการทดลองที่ได้รับด้วยสองวิธีสำหรับชนิดของข้อบกพร่อง. 2 พื้นหลังทฤษฎีส่วนนี้จะอธิบายภูมิหลังทางทฤษฎีของวิธีการมุ่งเน้นรวม (TFM) และเครื่องบินคลื่นการถ่ายภาพ (PWI) เทคนิค สำหรับคำอธิบายทั่วไปเราจะพิจารณาการกำหนดค่าการแช่ที่อาร์เรย์และชิ้นงานที่มีการแช่อยู่ในน้ำ ก่อนที่พวกเขาจะได้มาสำหรับการเดินทางรอบง่ายๆที่เรียกว่าโหมดโดยตรง ในโหมดนี้คลื่นไปจากเครื่องส่งสัญญาณไปยังจุดมุ่งเน้นและกลับไปยังผู้รับ จากนั้นพวกเขาได้รับการทั่วไปที่จะปันโหมดครึ่งข้ามที่คลื่นไปจากเครื่องส่งสัญญาณไปยังจุดที่มุ่งเน้นไปหลังจากที่สะท้อนด้านหลังผนังและกลับไปยังผู้รับ โหมดโดยตรงเป็นประโยชน์กับข้อบกพร่องปริมาตรของภาพ (หลุมลวดเชื่อม, รวม) ในขณะที่ครึ่งข้ามโหมดที่ใช้ในการเสริมสร้างลักษณะของข้อบกพร่องแตกชนิด

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

อัลตร้าโซนิคทรานสดิวเซอร์เรย์มีมากขึ้นและมากขึ้นที่ใช้ในอุตสาหกรรมการทดสอบไม่ทำลาย ( NDT ) เทียบกับตัวองค์ประกอบเดียวที่พวกเขามีมากที่หลากหลายเช่นที่พวกเขาอนุญาตให้โหมดการตรวจสอบที่แตกต่างกัน ( คลื่นระนาบ steered คาน มุมเน้นคาน ) และสามารถนำไปใช้เพื่อผลิตภาพ ( เน้น bscans เน้น sscans [ 1 ] และ [ 2 ] ) ที่ตำแหน่งเดียว ในการถ่ายภาพอาร์เรย์หนึ่งในวิธีที่ดีที่สุดคือการส่งแสงสังเคราะห์ ( Sta [ 3 ] และ [ 4 ] ) นอกจากนี้ เรียกว่ารวมเน้นวิธี ( TFM ) ในด้าน NDT [ 5 ] วิธีนี้จะขึ้นอยู่กับการโพสต์ของ array เต็มตอบสนองเมทริกซ์ K ( t ) [ 6 ] , เรียกเต็มเมทริกซ์จับ ( FMC ) NDT . สำหรับ n ธาตุทรานสดิวเซอร์ , FMC ประกอบด้วยในการบันทึก n × n ระหว่างองค์ประกอบแรงกระตุ้นการตอบสนอง Kij ( T )หมายถึงสัญญาณที่ได้รับจากองค์ประกอบ J เมื่อพัลส์ไฟฟ้า ใช้เป็นองค์ประกอบที่ช่วยให้ฉัน TFM มุ่งเน้นทุกจุดของพื้นที่ภาพในขณะที่ในโหมดโฟกัส sscans และเน้น bscans ภาพจะถูกสร้างขึ้นบรรทัดโดยบรรทัดและโดยเน้นที่ให้ความลึก เทคนิคนี้มีข้อดีหลายประการเมื่อเทียบกับวิธีอื่น ๆ ภาพ ( เน้น sscans เน้น bscans )ประโยชน์หลักของ TFM เป็นภาพที่มีคุณภาพเป็นเน้นและความละเอียดเชิงพื้นที่เหมาะสมที่สุดทุกที่ในภูมิภาคที่น่าสนใจ อีกประโยชน์ที่เป็นไปได้ของการใช้โหมดการถ่ายภาพที่แตกต่างกันเพื่อตอบสนองเดียวกันเรย์เมทริกซ์ ขึ้นอยู่กับลักษณะของข้อบกพร่อง [ 7 ] , [ 8 ] และ [ 9 ] ตัวอย่างเช่นภาพที่สามารถทำโดยใช้เส้นทางครึ่งข้าม ,รวมทั้งสะท้อนบนผนังด้านหลัง ก่อนจะโต้ตอบกับข้อบกพร่องให้ภาพแตกชนิดข้อบกพร่อง ในที่สุด ซึ่งแตกต่างจากในโฟกัส bscan , TFM ภาพพื้นที่สามารถมีขนาดใหญ่กว่า probe และไม่เกี่ยวข้องกับจำนวนของภาพ , อุปสงค์ sscan เน้นภาพ อย่างไรก็ตาม เทคนิค TFM ได้สองประการหลักหนึ่งคือไม่มีอำนาจ จำกัด ส่งลงในสื่อ เนื่องจากใช้เพียงองค์ประกอบหนึ่งต่อค่า นี้ผลในการลดลงของอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน ( SNR ) และสามารถลดปัญหาในกรณีของวัสดุและสัญญาณรบกวนแบบสุ่ม นอกจากนี้ การควบคุมมองหารอยแตกประเภทข้อบกพร่องที่ทำโดยทั่วไปประมาณ 45 องศา ดังนั้นภาพจะไม่ได้เป็นศูนย์กลางภายใต้การสอบสวนในสถานการณ์นี้ คลื่นที่ออกมาจากกระบอกองค์ประกอบแผ่ส่วนใหญ่ดิ่งกับแผนเซอร์ไม่ใช่ส่วนใหญ่ติดตั้งพิมพ์ ในบางกรณี นี้จะถูกเน้นโดยการบ่งชี้ทางกายภาพไม่เรียกว่าวัตถุภาพที่อาจทำให้มีผล [ 10 ] และ [ 11 ]ข้อเสียเปรียบที่สองคืออัตรากรอบจำกัด เนื่องจากจำนวนข้อมูล ( n ) และการจัดเก็บและการประมวลผลของ n × n สัญญาณ เทคนิคที่มีอยู่เพื่อลดจำนวนของสัญญาณที่จะถูกประมวลผล เหมือนจับเมตริกซ์หร็อมแหร็ม ( SMC ) ที่ใช้องค์ประกอบบางอย่างในการชดเชยการสูญเสียของพลังงานโดยการสร้างเสียงเสมือนแหล่ง [ 12 ] , [ 13 ] , [ 14 ] และ [ 15 ] .

เพื่อปรับปรุงกรอบอัตรา และเพิ่มเสียงพลังส่งเข้าสู่กลาง , คลื่นระนาบการถ่ายภาพ ( เหตุใด [ 16 ] [ 17 ] และ [ 18 ] ) , การพัฒนาล่าสุดในเขตข้อมูลทางการแพทย์ น่าจะเป็นผลดีสำหรับ NDT ตรวจสอบ หลักการคือ การส่งเครื่องบินคลื่น ultrasonic ครั้ง ในมุมที่แตกต่างกันในสื่อ สำหรับแต่ละระนาบคลื่นส่งผ่านภาพเหตุใดเป็นบรรทัดแบบไดนามิกสร้างโดยเน้นในรับโหมดที่ความลึกแตกต่างกันกับชุดย่อยของหลายที่อยู่ผู้รับ ภาพสุดท้ายแล้วที่ได้จากการรวมภาพได้ทุกมุม วิธีนี้มีหลายข้อได้เปรียบในการถ่ายภาพทางการแพทย์ประโยชน์หลักคือสูง คุณภาพของภาพที่ได้กับภาพอัลตราโซนิกน้อย ( ปกติ 10 ถึง 30 เพื่อสอบสวน 128 องค์ ) นอกจากนี้ เป็นองค์ประกอบด้วย ตื่นเต้นด้วยกัน เสียงพลังส่งในกลางสูง ดังนั้น วิธีนี้เป็นวิธีที่น้อยไวต่อเสียงมากกว่าการสุ่ม TFM . ข้อเสียเปรียบหลักคือขนาดของภาพจะถูก จำกัด โดยแหย่รูจำนวนบรรทัดในรูปขึ้นอยู่กับจำนวนขององค์ประกอบและการตรวจสอบ NDT คลาสสิกใช้ทรานสดิวเซอร์กับ 32 64 องค์ประกอบ ดังนั้น องค์ประกอบ และ ดังนั้น ขนาดภาพจะเล็กเกินไปที่จะแสดงการตรวจสอบความถูกต้อง นอกจากนี้ เหตุใดใช้ในด้านการแพทย์ไม่สามารถรูปแตกชนิดข้อบกพร่อง เนื่องจากชุดย่อยขององค์ประกอบที่ใช้ในการต้อนรับในขณะที่รอยแตกประเภทข้อบกพร่องการถ่ายภาพต้องใช้งานองค์ประกอบทั้งหมดด้วยการใช้โหมดครึ่งข้าม

ในกระดาษนี้เราได้เสนอเทคนิคที่ผสมผสานข้อดีของเหตุใดและ TFM . วัตถุประสงค์หลักคือเพื่อพิสูจน์ว่า ภาพที่มีคุณภาพสูงที่สามารถรับได้โดยการส่งคลื่นระนาบเป้าหมายที่สอง คือ เพื่อศึกษาความเป็นไปได้ในการลดจำนวนการส่งและการ จำกัด ภาพประดิษฐ์จากการแปลงโหมด ส่วนเหตุใดแพทย์ทั่วไป โดยพิจารณาการหักเหของแสงบนระนาบเฟส คลื่นขนาดใหญ่ polarizations ( ตามยาว : L , ตามขวาง : t ) และเส้นทางรวมถึงการปฏิสัมพันธ์กับผนังด้านหลัง ( โหมดครึ่งข้าม ) ในการส่งคลื่นระนาบจะถูกปล่อยออกมาในมุมที่แตกต่างกันและ backscattered สัญญาณจะถูกบันทึกโดยองค์ประกอบ ดังนั้นการสร้างคิว× n Q เป็นเมทริกซ์ที่เลขคลื่นส่งเครื่องบินและ N คือจำนวนขององค์ประกอบในการสอบสวน เมตริกซ์นี้แล้วโพสต์การประมวลผล การรับและส่งบีมฟ ์มมิ่งในโหมดวิธีนี้จะช่วยให้ภาพเหตุใด multi ( โดยตรงและอีกโหมดข้าม ) ด้วยพลังเสียงที่สูงส่งในการตรวจสอบวัสดุและเวลาในการซื้อน้อย ในส่วนแรก พื้นฐานทางทฤษฎีของ multi เหตุใด TFM และวิธีการนำเสนอ . ส่วนที่สองได้นำเสนอและเปรียบเทียบผลที่ได้กับสองวิธีสำหรับชนิดที่แตกต่างกันของข้อบกพร่อง .

2พื้นหลังทางทฤษฎี
ส่วนนี้อธิบายถึงพื้นฐานทางทฤษฎีของทั้งหมด โดยวิธี ( TFM ) และภาพคลื่นระนาบ ( เหตุใด ) เทคนิค สำหรับรายละเอียดทั่วไป เราพิจารณาการตั้งค่าที่เรย์และตัวแช่อยู่ในน้ำ ครั้งแรกที่พวกเขาจะได้กลับง่ายๆ ที่เรียกว่าโหมดโดยตรง ในโหมดนี้คลื่นไปจากเครื่องส่งสัญญาณ เพื่อเน้นจุด และกลับมารับ จากนั้น พวกเขาได้ทั่วไปครึ่งข้ามโหมด การสร้างใหม่ที่คลื่นไปจากเครื่องส่งสัญญาณ เพื่อเน้นจุดหลังจากที่สะท้อนบนผนังด้านหลัง และกลับมารับ โหมดโดยตรง เป็นประโยชน์ต่อภาพ ( หลุม ส่งผลให้รูพรุนที่เกิดข้อบกพร่องเชิงปริมาตร ,inclusions ) ในขณะที่โหมดครึ่งข้ามจะถูกใช้เพื่อเพิ่มการแตกประเภทของข้อบกพร่อง