Физические основы работы фазированных решеток

Ответить

dea135

Дефектоскопист всея Руси
Регистрация
17.02.2013
Сообщения
8,978
Реакции
1,745
Для более точной оценки размеров ПДО нужно пользоваться антенной матрицей, которая является 3D-инструментом.
в ручном варианте? проще рукой разворачивать обычную 2D. но почему то мне кажется, что ни в том ни в другом случае особой точности в ручном варианте не будет.

Полагаю, что точность в этом случае измерений будет около половины длины волны.
вот с этого места подробней (пол длинны это у вас размер фокальной зоны). не очень понимаю как амплитудные оценки связаны с длинной волны- сделал уровень отображения (усиления) иным и форма визуализации стала другой. в случае позиционирования ПЭП и какого-нибудь метода обработки (например, варианты SAFT) зависимость от усиления можно уменьшить, но не исключить.
 
Последнее редактирование:

dea135

Дефектоскопист всея Руси
Регистрация
17.02.2013
Сообщения
8,978
Реакции
1,745
Почему именно 3 а не 6 или 12?
качественно понятно. визуализируются только большие амплитуды сигналов (фактически начало сигнала), т.е. отсекаются хвосты импульсов, которые начнут вылазить при более низком уровне отображения. ПДО это искусственный отражатель сигналы что от центра ПДО, что от периферии отличаются не очень сильно между собой, вот в данном случае на 3 дБ. а вот для реального дефекта может быть совсем не так.
 

BazulinEG

Свой
Регистрация
01.07.2015
Сообщения
49
Реакции
35
в ручном варианте? проще рукой разворачивать обычную 2D. но почему то мне кажется, что ни в том ни в другом случае особой точности в ручном варианте не будет.

Конечно не в ручном варианте! Я подразумеваю сканирование решёткой или матрицей и совместную обработку эхосигналов методом C-SAFT, измеренных при сканировании, как вдоль шва, так и поперёк. При достаточной апертуре сканирования блик точечного отражателя будет размерами с пьезоэлемент. Если я использую антенную матрицу с элементами размерами 0.5 на 0.5 мм, то точечный отражатель я буду видеть, как блик примерно таких размеров. Важно и то, что при достаточной площади сканирования поперечное разрешение не будет зависеть от глубины залегания отражателя.

Конечно при ручном контроле, когда изображение формируется только по эхосигналам в одном положении решётки, это утверждение не верно - поперечная разрешающая способность будет уменьшаться с глубиной и с уходом от акустической оси. На рисунке ниже показан график поперечной разрешающей способности. Эллипсами красного цвета показаны размеры блика точечного отражателя для нескольких положений.
Необходимо войти для просмотра

Я всегда подразумеваю не ручной контроль, а автоматизированный. Такой подход объясняется тем, что метод ЦФА позволяет получать изображение отражателей при совместной обработке эхосигналов для разных положений решётки или матрицы.
 

Вложения

  • Разрешающая способность.png
    Разрешающая способность.png
    37.4 KB · Просмотры: 76

lona53

Мастер дефектоскопии
Регистрация
22.03.2019
Сообщения
1,461
Реакции
322
На рисунке ниже показан график поперечной разрешающей способности. Эллипсами красного цвета показаны размеры блика точечного отражателя для нескольких положений.
Картинка получена расчетным путем?
И еще: блик - это образ отражателя или неправильно понимаю?
Спасибо.
 

BazulinEG

Свой
Регистрация
01.07.2015
Сообщения
49
Реакции
35
И еще: блик - это образ отражателя или неправильно понимаю?

График получен по простейшим формулам оценки поперечной разрешающей способности, в которой фигурирует апертурный угол. Я проверял, как эти эллипсы соответствуют бликам от БЦО на разных глубинах. Для оценочных расчётов очень неплохо. В статье [Базулин Е.Г., Вопилкин А.Х., Сухоруков Н.И., Тихонов Д.С. Анализ фазы ЦФА-изображения с целью определения типа обнаруженного отражателя // Дефектоскопия. 2019. №7. С. 20-29] приведены формулы. В ней есть рассуждения про эллипс и поясняющие рисунки.

Про блики! АКС использует термин образ отражателя. Для вертикальной трещины её образ будет состоять из двух бликов, соответствующих её краям, которые сформированы эхосигналами дифрагированными на её краях. Эти блики по размерам будут соответствовать точечным отражателям. Если трещина расположена на акустической оси призмы и перпендикулярна ей, то её образ будет состоять только из одного блика, соответствующему телу трещины. Размеры трещины при этом должны быть меньше размера апертуры решётки. Точнее её мнимого положения. В этом случае задача классификации решается практически однозначно, а размеры трещины я обычно определяю по уровню 0.7, а можно по максимальной крутизне фронтов среза блика. Если честно, то я досконально не занимался вопросом, как анализировать образ трещины, чтобы максимально точно определить её размеры. Те способы, о которых я упоминал, для практики, с моей точки зрения, достаточны. Я буду стараться получить изображение более сложным способом нежели линейные методы ФАР или ЦФА - методом когерентного фактора, нелинейным методом максимальной энтропии или методом распознавания со сжатием. Два последних метода позволяют получать изображения со сверхразрешением, то есть с разрешением лучше, чем разрешение по Рэлею.
 

lona53

Мастер дефектоскопии
Регистрация
22.03.2019
Сообщения
1,461
Реакции
322
Спасибо за ответ. В сложившейся в УЗК "разношерстной" терминологии это показалось полезным.
Я проверял, как эти эллипсы соответствуют бликам от БЦО на разных глубинах. Для оценочных расчётов очень неплохо.
В #543 вы пишете про картинку для точечных отражателей. Видимо, БЦО при определенных условиях можно считать точечными. При каких?
Если честно, то я досконально не занимался вопросом, как анализировать образ трещины, чтобы максимально точно определить её размеры.
Честно. Но разве это (максимальная точность при определении размеров в совокупности с формой и ориентацией, разумеется) не есть главная задача (и даже цель) УЗК?
Я буду стараться получить изображение более сложным способом нежели линейные методы ФАР или ЦФА - методом когерентного фактора, нелинейным методом максимальной энтропии или методом распознавания со сжатием. Два последних метода позволяют получать изображения со сверхразрешением, то есть с разрешением лучше, чем разрешение по Рэлею.
Правильно понимаю, что это путь к повышению информативности УЗК при существующем уровне отечественной аппаратуры (ну, традиционно у нас хорошо и даже блестяще с моделированием и не всегда - с железками)?
Может не совсем корректно спрашивать, но хотелось бы узнать ваше мнение по поводу зарубежного современного оборудования и алгоритмов реконструкции изображений на нем (в первую очередь, разумеется, разработки Olympus).
Спасибо.
 

BazulinEG

Свой
Регистрация
01.07.2015
Сообщения
49
Реакции
35
Видимо, БЦО при определенных условиях можно считать точечными. При каких?
При сканировании одноэлементным ПЭП увеличение начала временной апертуры на величину "диаметр БЦО делённый на скорость в среде" даёт эхосигналы близкие к эхосигналам от точечного отражателя расположенного в центре БЦО. Для эхосигналов измеренных в режиме ЦФА такой подход становится более приближённым, но вполне употребимым. Но и в первом и втором случае диаграммы направленности только при простом измерении начала апертуры будут различатся - даже у БЦО диаметром 2 мм на 5 МГц очень неравномерная диаграмма направленности.

хотелось бы узнать ваше мнение по поводу зарубежного современного оборудования и алгоритмов реконструкции изображений на нем
Я в первую очередь разработчик алгоритмов и не особо внимательно слежу за конкретными дефектоскопами. Поэтому моё мнение может быть не достаточно компетентным.
  1. С моей точки зрения в ближайшее время будет активно развиваться технология ЦФА, так как в ней можно получать изображения по разным акустическим схемам, учитывать анизотропные свойства сварного соединения, совместно обрабатывать эхосигналы для разных положений антенной решётки или матрицы с целью повышения отношения сигнал/шум и разрешающей способности в основной и дополнительных плоскостях.
  2. Стали мелькать статьи про использование нелинейного метода распознавания со сжатием [Базулин Е.Г., Соколов Д.А. Восстановление ультразвуковых изображений отражателей по неполным данным методом распознавания со сжатием // Акуст. журн.. 2019. №4. С. 520-532]. В медицинской диагностике этот метод активно обсуждается.
  3. Из медицинской диагностики пришёл метод PWI, который можно рассматривать как смесь ФАР метода при излучении и ЦФА при приёме и восстановлении изображения. Этот метод я рассмотрел и в ноябре этого года направил статью в "Дефектоскопию".
  4. В медицине было предложено применение CDMA-технолгии для повышения скорости регистрации эхосигналов. На форуме была моя заметка (в сообщении не помню каком!) про применение CDMA-кодов и вышла статья [Авагян В.К., Базулин Е.Г. Увеличение скорости регистрации эхосигналов ультразвуковой антенной решёткой с применением технологии множественного доступа с кодовым разделением // Дефектоскопия. 2020. №11. С. 3-16.].
  5. Но полагаю, что лет через 5-10 "пойдёт" метод решения обратной коэффициентной задачи основанный на численном решении волнового уравнения, в которой одновременно решаются задачи и определения неизвестных геометро-акустических свойств объекта контроля (форма дна и сварного соединения и его акустические свойства) и нахождения в нём отражателей [Базулин Е.Г., Гончарский А.В., Романов С.Ю., Серёжников С.Ю. Обратные задачи ультразвуковой томографии в неразрушающем контроле: математические методы и эксперимент // Дефектоскопия. 2019. №6. С. 30-39.]. Причем ответ будет представлен в виде распределения скоростей звука или коэффициентов упругости для анизотропного материала. Конечно такой алгоритм будет не на борту дефектоскопа, но скоро уже будет непонятно - где происходит восстановление изображения - на борту дефектоскопа или на каком-нибудь суперкомпьютере. Эти разработки тоже из области медицинской диагностики и проводятся в МГУ. В зарубежной литературе я видел статью, в которой подобный метод применяется для контроля бетона.
Уж прошу извинить за многочисленные ссылки на "себя любимого". И уж гулять так гулять - эти методы я рассматриваю в лекциях, которые читаю в МЭИ.


Кстати в "ЭХО+" в 2020 году был сделан отчёт, в котором сравнивались ФАР-изображения для Гекко, Омнискана (не помню какого типа) и нашего Авгур 2020. Я спрошу у А.Х. Вопилкина можно ли его разместить на форуме. Но если честно, то мнение наших специалистов может оказаться не достаточно объективным. Сами понимаете - "каждый кулик своё болото хвалит".
 
Последнее редактирование:

Зайдуллин РИшат

Дефектоскопист всея Руси
Регистрация
10.02.2015
Сообщения
2,248
Реакции
611
Здравствуйте. ФР полный чайник. Много раз видел на выставках ФР и всегда в качестве образца брали кусок основного металла с несплошностью. Ни разу не видел со сварным швом. Хотелось бы посмотреть УЗК контроль тавровых соединений с полным проплавлением толщинами 40...60 мм
 

lona53

Мастер дефектоскопии
Регистрация
22.03.2019
Сообщения
1,461
Реакции
322
Последнее редактирование:

Зайдуллин РИшат

Дефектоскопист всея Руси
Регистрация
10.02.2015
Сообщения
2,248
Реакции
611
Здесь на форуме несколько раз упоминались работы Н.Мелешко: там и ФР, и сварка и довольно много картинок (втч сайт http://shearwave.ru/ ). Может знаете уже, а может и полезно будет...

Спасибо большое за инфу. Я конечно понимаю, что директор мне никогда не купит такую систему, но надо развиваться.
 

Olympus

Специалист
Регистрация
24.05.2015
Сообщения
282
Реакции
50
Здравствуйте. ФР полный чайник. Много раз видел на выставках ФР и всегда в качестве образца брали кусок основного металла с несплошностью. Ни разу не видел со сварным швом. Хотелось бы посмотреть УЗК контроль тавровых соединений с полным проплавлением толщинами 40...60 мм

Добрый день!

Приезжайте или присылайте образцы.

С Новым Годом!
 

Зайдуллин РИшат

Дефектоскопист всея Руси
Регистрация
10.02.2015
Сообщения
2,248
Реакции
611
Здравстуйте.
Меня интересуют тавровые швы 40*60 с полным проплавлением
 

BazulinEG

Свой
Регистрация
01.07.2015
Сообщения
49
Реакции
35
Учёт анизотропных свойств объекта контроля

Предлагаю участникам форума отчёт о восстановлении изображения отражателей в учётом анизотропных свойств объекта контроля. Возможно он кого-нибудь заинтересует.
 

Вложения

  • Учёт анизотропных свойств ремонтных заварок в трубо.pdf
    Учёт анизотропных свойств ремонтных заварок в трубо.pdf
    1 MB · Просмотры: 40

Зайдуллин РИшат

Дефектоскопист всея Руси
Регистрация
10.02.2015
Сообщения
2,248
Реакции
611
BazulinEG,
Спасибо. очень интересно и познавательно.
 

dea135

Дефектоскопист всея Руси
Регистрация
17.02.2013
Сообщения
8,978
Реакции
1,745
Предлагаю участникам форума отчёт о восстановлении изображения отражателей в учётом анизотропных свойств объекта контроля. Возможно он кого-нибудь заинтересует.
почитал. к сожалению, все не так просто. посмотрите в приложении материал на эту тему. он не простой, но не плохо описывает постановку и решение задачи. скорее всего хорошего решения нет, если вы не знаете конкретного строения кристаллитов, то нечего заложить в расчет. реально чтобы определить траекторию или трассировку лучей в анизатропном материале надо знать ее структуру, а вот это и есть проблема. получается, что сначала надо эту структуру исследовать, например, по ультразвуковым данным попытаться определить свойства анизотропии, а уже потом...
 

Вложения

  • GDConnolly-thesis-------.pdf
    GDConnolly-thesis-------.pdf
    5.7 MB · Просмотры: 34

zzsnn

Профессионал
Регистрация
20.11.2015
Сообщения
750
Реакции
418
Добавлю. В теории может и хорошо..., а вот в реале..., анизотропия - это прежде всего разные свойства материала в разных направлениях (первое) и различается по толщине.
Проще, малое что разница в направлении, то в том же направлении нет однородной зависимости. Это хорошо видно, если взять круглый образец, достаточной толщины (не менее 100 мм), с анизотропией и попробовать прозвучить, даже без отверстия по донному будет видна разница.
 

lona53

Мастер дефектоскопии
Регистрация
22.03.2019
Сообщения
1,461
Реакции
322
почитал. к сожалению, все не так просто
Ну, да: вывод автора - "Учесть неоднородность и анизотропию объекта контроля достаточно просто" несколько преждевременный)).
И спасибо за очень интересный ссылочный материал.
Но интересно еще вот что: работы автора, как понимаю - это во многом - разработка и совершенствование алгоритмов, позволяющих улучшить качество визуализации результатов УЗК. И приведенный отчет - не исключение.
И здесь вопрос к практикам, работающим с ФР: насколько с их точки зрения картинки б) из рис. 4 и 5 отчета информативнее (так сказать "лучше") картинок а) из тех же рис.?
 
Последнее редактирование:

BazulinEG

Свой
Регистрация
01.07.2015
Сообщения
49
Реакции
35
почитал. к сожалению, все не так просто. посмотрите в приложении материал на эту тему

С этой работой я подробно знаком. С ней я сверял свою программу расчёта коэффициентов преломления и отражения на границе анизотропных сред.
В своих программах могу восстанавливать изображения в неоднородных анизотропных средах. Но здесь как у Архимеда - дайте мне рычаг и я переверну мир. Так и здесь - на первое место выходит задача определения свойств анизотропии и, как правило, неоднородной. Как уже упоминалось для качественного получения изображения нужно решать две задачи: определение геометро-акустических свойств объекта контроля и получения изображения отражателей с учётом этого
 

Kaktus_SPb

Дефектоскопист всея Руси
Регистрация
22.08.2012
Сообщения
4,622
Реакции
1,654
Возраст
47
Адрес
Санкт - Петербург, ПГУПС-ЛИИЖТ
Веб-сайт
vk.com
С этой работой я подробно знаком. С ней я сверял свою программу расчёта коэффициентов преломления и отражения на границе анизотропных сред.
В своих программах могу восстанавливать изображения в неоднородных анизотропных средах. Но здесь как у Архимеда - дайте мне рычаг и я переверну мир. Так и здесь - на первое место выходит задача определения свойств анизотропии и, как правило, неоднородной. Как уже упоминалось для качественного получения изображения нужно решать две задачи: определение геометро-акустических свойств объекта контроля и получения изображения отражателей с учётом этого

Евгений Геннадьевич, раз уж речь зашла о коэффициентах преломления и отражения....
А вы не можете поделиться выражением для расчета коэффициента прозрачности D'tt поперечной волны, падающей под углом на границу закаленный слой - основной металл (плотность одинакова, скорость меняется на 5%).
 
Сверху