Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nâng cao độ phân giải trong hình ảnh TOFD siêu âm bằng cách kết hợp Giải Cấu trúc Thưa và Kỹ thuật Tập trung Khe tự nhiên (Sparse-SAFT)
Tóm tắt
Các khuyết tật trên bề mặt nông rất khó để xác định và định lượng bằng phương pháp khuếch tán thời gian bay siêu âm (TOFD) do độ phân giải thấp được tạo ra bởi độ rộng xung và sự lan tỏa chùm tia. Trong bài báo này, Sparse-SAFT được đề xuất để cải thiện độ phân giải thời gian và độ phân giải bên thông qua việc kết hợp giải cấu trúc thưa và kỹ thuật tập trung khe tự nhiên (SAFT). Mô hình toán học trong miền tần số được thiết lập dựa trên các ràng buộc chuẩn l1 và l2, và bài toán tối ưu hóa được giải quyết nhằm nâng cao độ phân giải thời gian. Trên cơ sở đó, SAFT được sử dụng để cải thiện độ phân giải bên bằng cách tạo chùm tia theo phương pháp trì hoãn và cộng dồn. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm chỉ ra rằng sóng bên và sóng tán xạ đầu có thể được tách biệt với Sparse-SAFT. Các khuyết tật trên bề mặt nông với chiều cao 3.0 mm ở độ sâu 3.0 mm đã được phát hiện định lượng, và sai số đo lường tương đối về chiều cao và độ sâu của khuyết tật không vượt quá 10.3%. So với SAFT truyền thống, độ phân giải thời gian và độ phân giải bên được cải thiện lần lượt là 72.5% và 56% với Sparse-SAFT. Cuối cùng, phương pháp được đề xuất cũng phù hợp để cải thiện độ phân giải khi phát hiện các khuyết tật ngoài vùng chết.
Từ khóa
#TOFD #Sparse-SAFT #độ phân giải thời gian #độ phân giải bên #sóng tán xạTài liệu tham khảo
H Song, Y Yang. Super-resolution visualization of subwavelength defects via deep learning-enhanced ultrasonic beamforming: A proof-of-principle study. NDT & E International, 2020, 116: 102344.
B W Drinkwater, P D Wilcox. Ultrasonic arrays for non-destructive evaluation: A review. NDT & E International, 2006, 39(7): 525-541.
S J Jin, X Sun, Z B Luo, et al. Quantitative detection of shallow subsurface cracks in pipeline with time-of-flight diffraction technique. NDT & E International. 2021, 118: 102397.
S J Jin, X Sun, T T Ma, et al. Quantitative detection of shallow subsurface defects by using mode-converted waves in time-of-flight diffraction technique. Journal of Nondestructive Evaluation, 2020, 39(2): 1-8.
K Nakahata, K Karakawa, K Ogi, et al. Three-dimensional SAFT imaging for anisotropic materials using photoacoustic microscopy. Ultrasonics, 2019, 98: 82-87.
J Duan, L Luo, X Gao, et al. Hybrid ultrasonic TOFD imaging of weld flaws using wavelet transforms and image registration. Journal of Nondestructive Evaluation, 2018, 37(2): 1-11.
M Spies, H Rieder, A Dillhöfer, et al. Synthetic aperture focusing and time-of-flight diffraction ultrasonic imaging—past and present. Journal of Nondestructive Evaluation, 2012, 31(4): 310-323.
D Z Chi, T Gang. Shallow buried defect testing method based on ultrasonic TOFD. Journal of Nondestructive Evaluation, 2013, 32(2): 164-171.
Z Wang, Y Zhou, J Tian. TOFD-scan imaging based on synthetic aperture focusing technique. 17th World Conference on Nondestructive Testing, Shanghai, China, 2008: 25-28.
A N Sinclair, J Fortin, B Shakibi, et al. Enhancement of ultrasonic images for sizing of defects by time-of-flight diffraction. NDT & E International, 2010, 43(3): 258-264.
F Honarvar, H Sheikhzadeh, M Moles, et al. Improving the time-resolution and signal-to-noise ratio of ultrasonic NDE signals. Ultrasonics, 2004, 41(9): 755-763.
G Hayward, J E Lewis. Comparison of some non-adaptive deconvolution techniques for resolution enhancement of ultrasonic data. Ultrasonics, 1989, 27(3): 155-164.
X Sun, S J Jin, D H Zhang, et al. Suppression of dead zone in TOFD with autoregressive spectral extrapolation. Journal of Mechanical Engineering, 2018, 54(22): 15-20. (in Chinese)
R Hou, Y Xia, Y Bao, et al. Selection of regularization parameter for l1-regularized damage detection. Journal of Sound and Vibration, 2018, 423: 141-160.
Y Chang, Y Zi, J Zhao, et al. An adaptive sparse deconvolution method for distinguishing the overlapping echoes of ultrasonic guided waves for pipeline crack inspection. Measurement Science & Technology, 2017, 28(3): 35002.
H Jin, K Yang, S Wu, et al. Sparse deconvolution method for ultrasound images based on automatic estimation of reference signals. Ultrasonics, 2016, 67: 1-8.
C Soussen, J Idier, E Carcreff, et al. Ultrasonic nondestructive testing based on sparse deconvolution. Journal of Physics (Conference Series), 2012, 353(12018): 12010-12018.
F Boßmann, G Plonka, T Peter, et al. Sparse deconvolution methods for ultrasonic NDT: Application on TOFD and wall thickness measurements. Journal of Nondestructive Evaluation, 2012, 31(3): 225-244.
X Sun, L Lin, Z Ma and S Jin. Enhancement of time resolution in ultrasonic time-of-flight diffraction technique with frequency domain sparsity-decomposability inversion (FDSDI) method. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 2021, 68(10): 3204-3215.
T Olofsson, E Wennerstrom. Sparse deconvolution of B-scan images. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, 2007, 54(8): 1634-1641.
X W Shen, H W Hu, X B Li, et al. Study on PCA-SAFT imaging using leaky Rayleigh waves. Measurement, 2021, 170: 108708.
L Li, K Jiang, F Li. Research on defect image enhancement in ultrasonic TOFD detection. The Open Cybernetics & Systemics Journal, 2015, 9(1): 464-472.
M Li, Y Tseng, P Wang. Improved synthetic aperture focusing technique for acoustic-resolution photoacoustic microscopy. IEEE Ultrasonics Symposium, Orlando, FL, USA, 2011: 2384-2387.
M Spies, H Rieder. Synthetic aperture focusing of ultrasonic inspection data to enhance the probability of detection of defects in strongly attenuating materials. NDT & E International, 2010, 43(5): 425-431.
A Shlivinski, K J Langenberg. Defect imaging with elastic waves in inhomogeneous-anisotropic materials with composite geometries. Ultrasonics, 2007, 46(1): 89-104.
Y Li, Z Wang, Y Zhang, et al. Synthetic aperture imaging in cylindrical component using ultrasonic immersion forward vector algorithm. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2020, 56(5): 397-407.
T Gang, D Chi, Y Yuan. Ultrasonic TOFD technique and image enhancement based on synthetic aperture focusing technique. Transactions of the China Welding Institution, 2006, 27(10): 7-11. (in Chinese)
Y Chen, Q Mao, W Shi, et al. Research on ultrasonic TOFD imaging inspection for heavy-walled weld based on phase coherence characteristics. Journal of Mechanical Engineering, 2019, 55(4): 25-32. (in Chinese)
Q Han, P Wang, H Zheng. Modified ultrasonic time-of-flight diffraction testing with Barker code excitation for sizing inclined crack. Applied Acoustics, 2018, 140: 153-159.
S G Haslinger, M J S Lowe, Z Wang, et al. Time of flight diffraction for rough planar defects. NDT & E International, 2021, 124: 102521.
Z H Chen, G L Huang, C Lu, et al. Automatic recognition of weld defects in TOFD D-scan images based on faster R-CNN. Journal of Testing and Evaluation, 2018, 48(2): 1-14.
S Kim, K Koh, M Lustig, et al. An Interior-Point Method for Large-Scale l1-Regularized Least Squares. IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing, 2007, 4(1): 606-617.
S Q Shi, L Lin, Z B Luo, X Sun, S J Jin. Resolution enhancement of ultrasonic imaging at oblique incidence by using WTFM based on FMC-AR. Measurement, 2021,183:109798.