Time-domain flaw imaging system

L. Medina

Departamento de Ingeniería de Sistemas Computacionales y Automatización, Instituto de Investigaciones en Matemáticas Aplicadas y Sistemas, UNAM, Circuito Escolar, Ciudad Universitaria, 04510, México D.F., México, e-mail: lucia@uxdea4.iimas.unam.mx

Recibido el 7 de julio de 2004; ]]> aceptado el 23 de noviembre de 2004

Abstract

Ultrasonic Non Destructive Evaluation of materials is a useful tool for flaw detection and characterization. A typical ultrasonic imaging system may consist of a single transducer or an array of sensors working in a B-scan mode. This mode operates by transmitting a pulse of train of pulses from several locations and detecting the echoes coming from in-homogeneities. The reflected energy can be represented as a map of ultrasonic reflectivity. A time-delay beamformer has been successfully used to reconstruct the image, and localize the in-homogeneities within the scanned medium, by time shifting the signals, and summing them up. This process enables to locate regions at which signals are added constructively. It is however, a time consuming process and requires A/2 distance of motor steps or inter-element distance between array elements. An algorithm based on time-domain envelope beamformer is presented here. This algorithm is able to diminish the number of computational operations without losing relevant information about the location of in-homogeneities. A comparison between classical and envelope beam-formers is presented when applied to sets of simulated signals. Lateral and longitudinal resolutions are also computed when two targets are within the scanned medium.

Keywords: Synthetic aperture focusing technique; time-domain beam-forming technique; flaws location.

Resumen

Ensayos no destructivos con ultrasonido es una herramienta comúnmente usada para la detección y caracterización de fallas en materiales. Un sistema típico de imágenes ultrasónicas consiste en un solo transductor o arreglo de sensores que operan bajo el modo de rastreo B. Este modo consiste en transmitir un pulso o un tren de pulsos desde distintas posiciones, y para cada posición recibir ecos que pueden provenir de inhomogeneidades dentro del material inspeccionado. La energía reflejada puede desplegarse como un mapa de intensidades ultrasónicas. Uno de los métodos que han tenido gran éxito en la reconstrucción de imágenes y localización de inhomogeneidades es la llamada formación de haces, proceso digital en el dominio del tiempo. Esta técnica consiste en aplicar corrimientos en el tiempo específicos a cada serial registrada, para después sumar estas, encontrando así las zonas donde las señales se suman constructivamente. Sin embargo, esta técnica requiere largos periodos para su procesamiento así como la restricción de la distancia entre elementos no debe exceder de A/2. El trabajo que se presenta propone un algoritmo en el dominio del tiempo, que opera sobre la envolvente de las señales recibidas, disminuyendo el nú mero de operaciones computacionales sin perder información relevante de la localización de inhomogeneidades. Resultados comparativos entre la técnica clásica y la propuesta son presentados cuando ambas son aplicadas a un conjunto de señales simuladas. También resoluciones laterales y longitudinales han sido calculadas en el caso de que existan dos fallas puntuales en el medio inspeccionado.

Descriptores: Técnica de focalización de apertura sintética; técnica de formación de haces en el dominio del tiempo; localización de fallas.

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Acknowledgments

The author would like to thank to Universidad Nacional Autónoma de México (PAPITT-IN105303) for its financial grant, and to Mr. Francisco Javier Cardenas Flores and Mr. Luis Alberto Aguilar Beltran for their technical assistance.

References

1. D.W. Prine, Proc Eng. Appl. Holog. SPIE 287 (1972).         [ Links ]

2. P.D. Corl, G.S. Kino, C.S. Desilet, and P.M. Grant, Acoust. Holog. 8 (1980) 39.         [ Links ]

3. C.F. Scheuler, H. Lee, and G. Wade, IEEE Trans. Sonics Ultrason. 53 (1984) 195.         [ Links ]

4. L.J. Busse, H.D. Collins, and S.R. Doctor, "Review and discussion of the development of synthetic aperture focusing technique for ultrasonic testing (SAFT-UT)", Pacific Northwest Lab. Rep. NUREG/CR-3625, PNL-4957 (1984).         [ Links ]

5. Rastello T., Vray D., Chatillon J., IEEE Trans. Image Proc. 8 (1999) 1309.         [ Links ]

6. A.V. Osetrov, Ultrasonics 38 (2000) 739.         [ Links ]

7. M. Lang and H. Ermert, Biomedizinische Technik Band 42 (1997) 108.         [ Links ]

8. K.L. Gammelmark and J.A. Jensen, Proc. 4686 (2002) 25.         [ Links ]

9. S.I. Nikolov, J.A. Jensen, R. Dufait, and A. Schoisswohl, Proc. IEEE Inter. Ultrason. Symp. (2002) 1585.         [ Links ]

10. R.G. Pridham and R.A. Mucci, J. Acoust. Soc. Am. 63 (1978) 425.         [ Links ]

11. R.A. Mucci, IEEE Trans. Acoust., Speech, Sig. Proc. 32 (1984) 548.         [ Links ]

12. V.D. Van Veen, K.M. Buckley, IEEE Trans. ASSP Magazine (1988) 4.         [ Links ]

13. J.R. Williams, J. of the Acoust. Soc. of Am. 44 (1968) 1454.         [ Links ]

14. C.A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, (Harper Row Publishers, Inc., New York, 1982).         [ Links ]

15 . W.S.H. Munro, Ultrasonic Phased Arrays for use in Imaging and Automatic Vehicle Guidance, (Ph. D. Thesis, Nottingham University, 1990).         [ Links ]

16. Y. Ozaki, H. Sumitani, T. Tomoda, and M. Tanaka, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelect. Freq. Contr. 35 (1988) 828.         [ Links ]

17. D.H. Johnso and D.E. Dudgeon, Array Signal Processing: Concepts and Techniques, (Prentice Hall Inc., New Jersey, 1993).         [ Links ]

18. M. Born and E. Wolf, Principles of Optics: Electromagnetic Theory of Propagation, Interference and Diffraction of Light, (4th ed., Pergamon Press Ltd., London, 1970).         [ Links ]

19. P. Webb and C. Wykes, IEEE Trans. Robotics and Autom. 12 (1996) 138.         [ Links ]

20. L. Medina and C. Wykes, Ultrasonics 39 (2001) 19.         [ Links ]

21. E.G. Steward, Fourier Transform: An Introduction, (John Wiley & Sons, Inc., New York, 1983).         [ Links ]

22. R.A. Serway, Physics for Scientists and Engineers: with Modern Physics, (3th ed., Saunder College Publishing, Philadelphia, 1992).         [ Links ]

23. R.A. Gabel and R.A. Roberts, Signals and Linear Systems, (2nd ed. John Wiley and Sons, Inc., New York, 1980).         [ Links ]

24. B.P. Lathi, Modern Digital and Analog Communication Systems, (2nd ed., Holt, Rinehart and Winston, Inc., Philadelphia, 1989).         [ Links ]

25. A.B. Carlson, Communication Systems: An Introduction to Signals and Noise in Electrical Communication, (McGraw-Hill, Inc., New York, 1968).         [ Links ]