[go: up one dir, main page]

RU2530181C1 - Calibration method of ultrasonic antenna array installed on prism - Google Patents

Calibration method of ultrasonic antenna array installed on prism Download PDF

Info

Publication number
RU2530181C1
RU2530181C1 RU2013122308/28A RU2013122308A RU2530181C1 RU 2530181 C1 RU2530181 C1 RU 2530181C1 RU 2013122308/28 A RU2013122308/28 A RU 2013122308/28A RU 2013122308 A RU2013122308 A RU 2013122308A RU 2530181 C1 RU2530181 C1 RU 2530181C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
prism
ultrasonic
antenna array
echo signals
calibration
Prior art date
Application number
RU2013122308/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Геннадиевич Базулин
Алексей Харитонович Вопилкин
Дмитрий Сергеевич Тихонов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр неразрушающего контроля "ЭХО+"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр неразрушающего контроля "ЭХО+" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр неразрушающего контроля "ЭХО+"
Priority to RU2013122308/28A priority Critical patent/RU2530181C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2530181C1 publication Critical patent/RU2530181C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: ultrasonic signals are emitted by means of a variety of elements of an antenna array to a specimen of known thickness, and ultrasonic signals are received, which are reflected from a side drilling hole of known diameter at the specified depth; a variety of ultrasonic echo signals is recorded for the chosen configuration of emission and reception, which is determined by a list of pairs of emitting and receiving elements; parameters of echo signals are calculated depending on speed of a sound in a prism and its geometrical parameters; measured and calculated echo signals are compared to each other, and such a value of speed of longitudinal ultrasonic wave in the prism and its geometrical parameters are searched, which provide minimum difference and which will be considered as a calibration result; with that, as a result of calibration of an ultrasonic antenna array, time of run in a protector of the antenna array is determined as well.
EFFECT: providing a possibility of determining actual coordinates of centres of piezoelectric elements with an accuracy of one eighth of wave length.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области ультразвукового неразрушающего контроля.The invention relates to the field of ultrasonic non-destructive testing.

Известен способ калибровки ультразвуковой антенной решетки, установленной на призму, осуществляемый за счет измерения скорости распространения ультразвуковых сигналов и их времени пробега в призме, реализованный в ультразвуковом дефектоскопе «OmniScan MX2» (См. официальный сайт фирмы OLYMPUS - http://www.olympus-ims.com/ru/omniscan-mx2/).A known method of calibrating an ultrasonic antenna array mounted on a prism, carried out by measuring the propagation velocity of ultrasonic signals and their travel time in a prism, is implemented in an ultrasonic flaw detector "OmniScan MX2" (See the official website of the company OLYMPUS - http: //www.olympus- ims.com/en/omniscan-mx2/).

Недостатком способа является многоэтапное выполнение процедур измерения скорости распространения ультразвуковых сигналов и их времени пробега в призме, использование трех образцов, один из которых имеет сложную конструкцию, а также невозможность определения следующих параметров ультразвуковой антенной решетки, установленной на призму: стрела призмы, расстояние пробега в призме по центральному лучу, угол наклона призмы, время задержки в согласующем слое антенной решетки.The disadvantage of this method is the multi-stage procedures for measuring the propagation velocity of ultrasonic signals and their travel time in a prism, the use of three samples, one of which has a complex structure, and the inability to determine the following parameters of an ultrasonic antenna array mounted on a prism: prism boom, travel distance in a prism along the central beam, the angle of the prism, the delay time in the matching layer of the antenna array.

Наиболее близким, принятым за прототип, является способ калибровки ультразвуковой антенной решетки, установленной на призму, осуществляемый за счет измерения скорости распространения ультразвуковых сигналов и их времени пробега в призме, реализованный в ультразвуковом дефектоскопе «OmniScan MX2» (См. официальный сайт фирмы OLYMPUS - http://www.olympus-ims.com/ru/omniscan-mx2/).The closest adopted for the prototype is a method for calibrating an ultrasonic antenna array mounted on a prism, carried out by measuring the propagation velocity of ultrasonic signals and their travel time in a prism, implemented in an OmniScan MX2 ultrasonic flaw detector (See the OLYMPUS official website - http : //www.olympus-ims.com/en/omniscan-mx2/).

Известный способ не позволяет определять следующие параметры ультразвуковой антенной решетки, установленной на призму: стрела призмы, расстояние пробега в призме по центральному лучу, угол наклона призмы, время задержки в согласующем слое антенной решетки.The known method does not allow to determine the following parameters of an ultrasonic antenna array mounted on a prism: a prism boom, a distance in the prism along the central beam, the angle of the prism, the delay time in the matching layer of the antenna array.

Предложен способ калибровки ультразвуковой антенной решетки, установленной на призму, заключающийся в излучении ультразвуковых сигналов с помощью множества элементов антенной решетки в образец известной толщины и прием ультразвуковых сигналов, отраженных от отверстия бокового сверления известного диаметра на заданной глубине, регистрации множества ультразвуковых эхосигналов для выбранной конфигурации излучения и приема, определяемой списком пар излучающих и принимающих элементов, расчета оценки эхосигналов, зависящей от скорости звука в призме и ее геометрических параметров, сравнении между собой измеренных и рассчитанных эхосигналов, и поиска таких значений скорости звука в призме и ее геометрических параметров, которые обеспечивают минимальную разницу и которые будут считаться результатом калибровки, отличающийся тем, что в результате калибровки ультразвуковой антенной решетки определяются значения скорости продольной волны в призме, ее геометрические параметры и время пробега в протекторе антенной решетки.A method is proposed for calibrating an ultrasonic antenna array mounted on a prism, which consists in emitting ultrasonic signals using a plurality of elements of the antenna array into a sample of known thickness and receiving ultrasonic signals reflected from a side hole of a known diameter at a given depth, recording a number of ultrasonic echo signals for a selected radiation configuration and reception, determined by the list of pairs of emitting and receiving elements, the calculation of the evaluation of echo signals, depending on the speed the sound in the prism and its geometric parameters, comparing the measured and calculated echo signals between each other, and searching for such values of the speed of sound in the prism and its geometric parameters that provide the minimum difference and which will be considered the result of calibration, characterized in that as a result of calibration of the ultrasonic antenna array the values of the longitudinal wave velocity in the prism, its geometric parameters and travel time in the protector of the antenna array are determined.

Предлагаемый способ позволяет одновременно определять следующие параметры ультразвуковой антенной решетки, установленной на призму: скорость продольной волны в призме, стрелу призмы, расстояние пробега в призме по центральному лучу, угол наклона призмы, время задержки в согласующем слое антенной решетки. Определяемые параметры необходимы для расчета реальных координат центров пьезоэлементов с точностью одной восьмой длины волны с целью их дальнейшего введения в алгоритмы восстановления изображения и минимизации смещения координат восстановленного изображения от координат реального положения отражателей, что позволяет повысить эффективность применения методов когерентного восстановления изображения от отражателей, а значит повысить точность определения координат отражателей.The proposed method allows you to simultaneously determine the following parameters of an ultrasonic antenna array mounted on a prism: the velocity of a longitudinal wave in the prism, the arrow of the prism, the distance in the prism along the central beam, the angle of the prism, the delay time in the matching layer of the antenna array. The parameters to be determined are necessary for calculating the real coordinates of the centers of the piezoelectric elements with an accuracy of one eighth wavelength in order to further introduce them into the algorithms for image restoration and minimize the coordinate displacement of the reconstructed image from the coordinates of the real position of the reflectors, which makes it possible to increase the efficiency of applying methods of coherent reconstruction of the image from reflectors, and therefore increase the accuracy of determining the coordinates of reflectors.

Для пояснения описываемого способа:To clarify the described method:

на фигуре 1 приведена фотография образца с установленной на него призмой без антенной решетки,the figure 1 shows a photograph of a sample with a prism mounted on it without an antenna array,

на фигуре 2 приведены результаты калибровки антенной решетки PE-5.0М32Е0.8Р №0334 на призме X-42-R420 №1,the figure 2 shows the calibration results of the antenna array PE-5.0M32E0.8P No. 0334 on the prism X-42-R420 No. 1,

на фигуре 3 приведены изображения отверстия бокового сверления в образце, восстановленные по паспортным данным и восстановленные по параметрам, определенным по итогам калибровки.the figure 3 shows the images of the side drilling holes in the sample, restored according to the passport data and restored according to the parameters determined by the calibration results.

Предложенный способ калибровки осуществляется следующим образом. The proposed calibration method is as follows.

Для проведения калибровки нужен специальный образец с отверстием бокового сверления. В качестве такого образца может выступить стальной образец (см. Фиг.1) толщиной 18 мм, в котором на глубине 12 мм просверлено отверстие бокового сверления диаметром 2 мм. Для фиксации призмы на калибровочном образце имеется упор. Для того чтобы расстояние xw от передней грани призмы до центра отверстия было калиброванной величиной, между упором образца и призмой можно вставлять вкладыши длиной 10 мм. Стенки образца должны быть параллельны с точностью не менее чем 0.01 мм на 100 мм, а скорости продольной и поперечной волны в образце должны быть измерены с точностью не менее 0.5%.For calibration, you need a special sample with a hole for side drilling. As such a sample, a steel sample (see FIG. 1) with a thickness of 18 mm can be made, in which a side hole with a diameter of 2 mm is drilled at a depth of 12 mm. There is an emphasis to fix the prism on the calibration sample. In order for the distance x w from the front face of the prism to the center of the hole to be a calibrated value, inserts with a length of 10 mm can be inserted between the sample stop and the prism. The walls of the sample must be parallel with an accuracy of not less than 0.01 mm per 100 mm, and the velocities of the longitudinal and shear waves in the sample must be measured with an accuracy of at least 0.5%.

Антенная решетка на призме устанавливается на образец вплотную, либо к упору, либо к краю вкладыша. Рекомендуемое расстояние xw должно быть примерно равно расстоянию, при котором центральный луч попадает на дно под отверстием бокового сверления. Эхосигналы следует измерять с усилением, не допускающим возникновения нелинейных искажений. Способ калибровки основан на достижении максимального совпадения по заданному критерию измеренных эхосигналов p ( r t , r r , t )

Figure 00000001
и их оценки p ^ ( r t , r r , t ; v )
Figure 00000002
при вариации таких параметров как стрела призмы аw, расстояние пробега в призме рw, скорость звука в призме cw,l. Вектор, по которому происходит оптимизация, обозначим как v=(aw,pw,cw). Его размеры могут быть увеличены за счет включения дополнительных параметров для оптимизации, например угла наклона призмы βw, или времени пробега в протекторе tprot. Критерием максимального совпадения измеренных эхосигналов p ( r t , r r , t )
Figure 00000001
и их оценки p ^ ( r t , r r , t ; v )
Figure 00000002
может служить достижение минимума целевой функции D(v)The antenna array on the prism is mounted close to the sample either to the stop or to the edge of the insert. The recommended distance x w should be approximately equal to the distance at which the central beam hits the bottom under the side hole. Echo signals should be measured with amplification that prevents the occurrence of nonlinear distortion. The calibration method is based on achieving maximum coincidence according to a given criterion of the measured echo signals p ( r t , r r , t )
Figure 00000001
and their assessment p ^ ( r t , r r , t ; v )
Figure 00000002
when varying parameters such as the prism boom a w , the distance in the prism p w , the speed of sound in the prism c w, l . The vector by which the optimization takes place is denoted by v = (a w , p w , c w ). Its dimensions can be increased by including additional parameters for optimization, for example, the angle of inclination of the prism β w , or the travel time in the tread t prot . The criterion for the maximum coincidence of the measured echo signals p ( r t , r r , t )
Figure 00000001
and their assessment p ^ ( r t , r r , t ; v )
Figure 00000002
reaching the minimum of the objective function D (v) can serve

v = a r g m i n v = ( a w , p w , c w ) D ( p ( r t , r r , t ) , p ^ ( r t , r r , t ; v ) )

Figure 00000003
. v = a r g m i n v = ( a w , p w , c w ) D ( p ( r t , r r , t ) , p ^ ( r t , r r , t ; v ) )
Figure 00000003
.

Далее целевую функцию D ( p ( r t , r r , t ) , p ^ ( r t , r r , t ; v ) )

Figure 00000004
будем обозначать как D(v). Если работать с комплексными сигналами, которые можно получить из обычных эхосигналов с помощью преобразования Гильберта, то целевую функцию можно представить в виде величины обратной функции корреляции D c ( v ) = 1 | p ( x , t ) p ^ ( x , t ; v ) d t d x |
Figure 00000005
, где значок * означает операцию комплексного сопряжения.Next objective function D ( p ( r t , r r , t ) , p ^ ( r t , r r , t ; v ) )
Figure 00000004
will be denoted by D (v). If you work with complex signals that can be obtained from ordinary echo signals using the Hilbert transform, then the objective function can be represented as the value of the inverse correlation function D c ( v ) = one | | | p ( x , t ) p ^ ( x , t ; v ) d t d x | | |
Figure 00000005
where the * indicates a complex pairing operation.

В качестве примера работы предложенного способа приведем результаты калибровки антенной решетки PE-5.0М32Е0.8Р №0334 на призме X-42-R420 №1. Антенная решетка имеет рабочую частоту 5 МГц, расстояние между элементами равно 0.8 мм. Призма с углом наклона βw=42 градусов изготовлена из плексигласа. Оценка поля p ^ ( x , t ; v )

Figure 00000006
проводилась для прямого луча и однократно отраженного от дна образца. Результаты калибровки приведены (см. Фиг.2.).As an example of the proposed method, we present the results of the calibration of the antenna array PE-5.0M32E0.8P No. 0334 on the prism X-42-R420 No. 1. The antenna array has an operating frequency of 5 MHz, the distance between the elements is 0.8 mm. The prism with an inclination angle β w = 42 degrees is made of plexiglass. Field Rating p ^ ( x , t ; v )
Figure 00000006
was carried out for a direct beam and once reflected from the bottom of the sample. The calibration results are shown (see Figure 2.).

Для оценки эффективности предложенной процедуры калибровки изображение отверстия бокового сверления в образце для калибровки восстанавливались методом M-C-SAFT по шести акустическим схемам на поперечных волнах по паспортным параметрам Ошибка! Источник ссылки не найден, и по параметрам, полученным после выполнения процедуры калибровки. Изображения, восстановленные по параметрам определенным по итогам калибровки, точнее соответствуют границе отверстия (см. Фиг.3.).To evaluate the effectiveness of the proposed calibration procedure, the image of the side drilling hole in the calibration sample was reconstructed using the M-C-SAFT method using six transverse-wave acoustic schemes using the certified parameters Error! The source of the link was not found, and according to the parameters obtained after the calibration procedure. Images restored according to the parameters determined by the calibration results, more precisely correspond to the boundary of the hole (see Figure 3.).

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать восстановленные изображения отражателей с отклонениями от мест реального расположения меньше четверти длины волны на эффективной части антенной решетки.Thus, the proposed method allows to obtain reconstructed images of reflectors with deviations from the actual location of less than a quarter of the wavelength on the effective part of the antenna array.

Claims (1)

Способ калибровки ультразвуковой антенной решетки, установленной на призму, заключающийся в излучении ультразвуковых сигналов с помощью множества элементов антенной решетки в образец известной толщины и прием ультразвуковых сигналов, отраженных от отверстия бокового сверления известного диаметра на заданной глубине, регистрации множества ультразвуковых эхосигналов для выбранной конфигурации излучения и приема, определяемой списком пар излучающих и принимающих элементов, расчета оценки эхосигналов, зависящей от скорости звука в призме и ее геометрических параметров, сравнении между собой измеренных и рассчитанных эхосигналов, и поиска таких значений скорости звука в призме и ее геометрических параметров, которые обеспечивают минимальную разницу и которые будут считаться результатом калибровки,
отличающийся тем, что в результате калибровки ультразвуковой антенной решетки определяются значения скорости продольной волны в призме, ее геометрические параметры и время пробега в протекторе антенной решетки.
A method of calibrating an ultrasonic antenna array mounted on a prism, which consists in emitting ultrasonic signals using a plurality of elements of the antenna array into a sample of known thickness and receiving ultrasonic signals reflected from a side hole of a known diameter at a given depth, recording a plurality of ultrasonic echo signals for a selected radiation configuration and reception, determined by the list of pairs of emitting and receiving elements, calculation of the evaluation of echo signals, depending on the speed of sound in p measurable and its geometrical parameters, the comparison between a measured and calculated echo signals, and search for such sound velocity values in the prism and its geometric parameters that provide the minimum difference, and which would be considered the result of the calibration,
characterized in that as a result of the calibration of the ultrasonic antenna array, the values of the longitudinal wave velocity in the prism, its geometric parameters and travel time in the protector of the antenna array are determined.
RU2013122308/28A 2013-05-15 2013-05-15 Calibration method of ultrasonic antenna array installed on prism RU2530181C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013122308/28A RU2530181C1 (en) 2013-05-15 2013-05-15 Calibration method of ultrasonic antenna array installed on prism

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013122308/28A RU2530181C1 (en) 2013-05-15 2013-05-15 Calibration method of ultrasonic antenna array installed on prism

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2530181C1 true RU2530181C1 (en) 2014-10-10

Family

ID=53381576

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013122308/28A RU2530181C1 (en) 2013-05-15 2013-05-15 Calibration method of ultrasonic antenna array installed on prism

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2530181C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2705765C2 (en) * 2015-03-31 2019-11-11 Валлурек Тьюбс Франс Instrumentation for calibration of ultrasonic testing device
RU2822293C1 (en) * 2024-03-19 2024-07-04 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр неразрушающего контроля "ЭХО+" Method for selecting path of ultrasonic wave in prism, angle and boom of prism of ultrasonic flaw detector of ultrasonic antenna array mounted on prism

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4576034A (en) * 1984-02-27 1986-03-18 Westinghouse Electric Corp. Adjustable radius apparatus for calibrating ultrasonic transducer array
RU2346268C1 (en) * 2007-05-14 2009-02-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии Method for manufacture of samples for nondestructive test
US20120057428A1 (en) * 2009-04-14 2012-03-08 Specht Donald F Calibration of ultrasound probes
RU114373U1 (en) * 2011-09-01 2012-03-20 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" SAMPLE FOR THE CONTROL OF TWO-BEAM PIEZOELECTRIC CONVERTERS
RU124397U1 (en) * 2012-03-30 2013-01-20 Открытое акционерное общество "Радиоавионика" CALIBRATION DEVICE FOR ULTRASONIC PROBE

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4576034A (en) * 1984-02-27 1986-03-18 Westinghouse Electric Corp. Adjustable radius apparatus for calibrating ultrasonic transducer array
RU2346268C1 (en) * 2007-05-14 2009-02-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии Method for manufacture of samples for nondestructive test
US20120057428A1 (en) * 2009-04-14 2012-03-08 Specht Donald F Calibration of ultrasound probes
RU114373U1 (en) * 2011-09-01 2012-03-20 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" SAMPLE FOR THE CONTROL OF TWO-BEAM PIEZOELECTRIC CONVERTERS
RU124397U1 (en) * 2012-03-30 2013-01-20 Открытое акционерное общество "Радиоавионика" CALIBRATION DEVICE FOR ULTRASONIC PROBE

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
В.В.Клюев, Неразрушающий контроль и диагностика, Москва, Издательство "Машиностроение", 1995, стр. 180-183. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2705765C2 (en) * 2015-03-31 2019-11-11 Валлурек Тьюбс Франс Instrumentation for calibration of ultrasonic testing device
RU2822293C1 (en) * 2024-03-19 2024-07-04 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр неразрушающего контроля "ЭХО+" Method for selecting path of ultrasonic wave in prism, angle and boom of prism of ultrasonic flaw detector of ultrasonic antenna array mounted on prism

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2014311952B2 (en) System and method for defect monitoring
US8649244B2 (en) Target searching device, target searching program, and target searching method
US9733217B2 (en) Method and apparatus for providing a structural condition of a structure
US10309934B2 (en) Method and system of deducing sound velocity using time-of-flight of surface wave
RU2560754C1 (en) Ultrasonic testing method of profile of internal surface of item with uneven surfaces
US6714481B1 (en) System and method for active sonar signal detection and classification
RU2530181C1 (en) Calibration method of ultrasonic antenna array installed on prism
RU2724962C1 (en) Method of determining coordinates of a marine noisy target
Bazulin Determining the flaw type from images obtained by the C-SAFT method with account for transformations of wave types upon reflections of ultrasonic pulses from the irregular boundaries of a test object
US10921293B2 (en) Method and device for detecting and characterizing a reflecting element in an object
Bazulin The calibration of an ultrasonic antenna array installed on a wedge
Zhang et al. The identification of accurate and computationally efficient arrival time pick-up method for acoustic tomography
Mu et al. Acoustic emission beamforming localisation approach based on particle swarm optimisation
US10578589B2 (en) System and method for ultrasound inspection with time reversal
RU2300122C1 (en) Mode of remote definition of the parameters of an infrasound signal near an unidentified source of the signal
JP2010112894A (en) Body search device, body search program, and body search method
RU2798390C1 (en) Method for passive determination of coordinates of a noise-generating object
Bazulin et al. Applying the whitening transformation to echo signals for reducing pattern noise in ultrasonic testing
RU2812119C1 (en) Methods for determining coordinates of sea target emitting noise
RU2625613C1 (en) Method of ultrasonic control of product interior profile in weld junction using antenna arrays
Fromme SHM of large structures using guided waves for crack detection
RU2788341C1 (en) Method for localization in the space of a noise-producing object in the sea
Nemytova et al. Comparative classification of flaws using ultrasonic-tomography methods and evaluation of the instantaneous frequency of echo signals
RU2791163C1 (en) Method for detecting probing signals
Kachanov et al. Detection of reflecting planes in ultrasonic tomography of concrete building structures