Ultrasonic tomography using sparse antenna arrays and frequency domain post-processing

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Currently, an important problem for industrial ultrasonic tomography using post-processing of matrix phased arrays signals is the improving restoration speed of results in the form of images of flaws in inspected objects. One of the approaches aimed at solving this issue is the application of sparse matrix antenna arrays. In this paper, we consider the use of the sparse matrix probes operating in a separate mode of signals acquisition together with the post-processing algorithm using the calculations in frequency-domain. Considered algorithm is based on the application of non-uniform fast Fourier transform. The efficiency of the considered approach is verified via in-situ experiments.

About the authors

D. O Dolmatov

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: dolmatovdo@tpu.ru
Tomsk, Russia

A. R Khairullin

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: arh5@tpu.ru
Tomsk, Russia

V. A Smolyanskiy

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: vsmol@tpu.ru
Tomsk, Russia

References

  1. Holmes C., Drinkwater B., Wilcox P. The post-processing of ultrasonic array data using the total focusing method // Insight-Non-Destructive Testing and Condition Monitoring. 2004. V. 46. No. 11. P. 677-680.
  2. Базулин Е.Г. Сравнение систем для ультразвукового неразрушающего контроля, использующих антенные решетки или фазированные антенные решетки // Дефектоскопия. 2013. № 7. С. 51-75.
  3. Самокрутов А.А., Шевалдыкин В.Г. Ультразвуковая томография металлоконструкций методом цифровой фокусировки антенной решетки // Дефектоскопия. 2011. № 1. С. 21-38.
  4. Von Bernus L., Bulavinov A., Dalichow M., Joneit D., Kröning M., Reddy K. Sampling phased array - a new technique for signal processing and ultrasonic imaging // Insight. 2006. No. 48 (9). P. 545-549.
  5. ISO 23864:2021. Non-destructive testing of welds - Ultrasonic testing - Use of automated total focusing technique (TFM) and related technologies.
  6. ISO 23865:2021. Non-destructive testing - Ultrasonic testing - General use of full matrix capture/total focusing technique (FMC/TFM) and related technologies11. Real-time 3D imaging with Fourier-domain algorithms and matrix arrays applied to non-destructive testing.
  7. Базулин Е.Г. Ультразвуковой контроль на однократно отраженном луче с использованием прореженных антенных решеток и трехмерной обработки эхосигналов // Дефектоскопия. 2016. Т. 1. №. 1. С. 3-17.
  8. Hu H., Du J., Ye C., Li X. Ultrasonic phased array sparse-TFM imaging based on sparse array optimization and new edge-directed interpolation // Sensors. 2018. V. 18. No. 6. Art. number: 1830.
  9. Zhang H., Bai B., Zheng J., Zhou Y. Optimal design of sparse array for ultrasonic total focusing method by binary particle swarm optimization // IEEE Access. 2020. V. 8. P. 111945-111953.
  10. Hunter A.J., Drinkwater B.W., Wilcox P.D. The wavenumber algorithm for full-matrix imaging using an ultrasonic array // IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control. 2008. V. 55. №. 11. P. 2450-2462.
  11. Zhuang Z., Zhang J., Lian G., Drinkwater B. W.Comparison of time domain and frequency-wavenumber domain ultrasonic array imaging algorithms for non-destructive evaluation // Sensors. 2020. V 20 (17). Art. number: 4951.
  12. Marmonier M., Robert S., Laurent J., Prada C. Real-time 3D imaging with Fourier-domain algorithms and matrix arrays applied to non-destructive testing // Ultrasonics. 2022. V. 124. Art. number. 106708.
  13. Долматов Д.О., Седнев Д.А., Булавинов А.Н., Пинчук Р.В. Применение алгоритма расчета в частотной области для ультразвуковой томографии слоисто неоднородных сред с использованием матричных антенных решеток // Дефектоскопия. 2019. № 7. С. 12-19.
  14. Dolmatov D.O., Salchak Y.A., Pinchuk R. Frequency-domain imaging algorithm for ultrasonic testing by application of matrix phased arrays // MATEC Web of Conferences. 2017. V. 102. Art. number. С. 1015.
  15. Долматов Д.О., Ермошин Н.И. Цифровая когерентная обработка сигналов с расчетами в частотной области для решения задач ультразвуковой томографии с применением матричных антенных решеток с неэквидистантным расположением элементов // Дефектоскопия. 2022. № 10. С. 13-26.
  16. Greengard L., Lee J.Y. Accelerating the nonuniform fast Fourier transform // SIAM review. 2004. V. 46. No. 3. P. 443-454.
  17. Базулин Е.Г., Коколев С.А., Голубев А.С. Применение ультразвуковой антенной решетки для регистрации эхосигналов методом двойного сканирования для получения изображений дефектов // Дефектоскопия. 2009. № 2. С. 18-32.
  18. Holmes C., Drinkwater B.W., Wilcox P.D. Post-processing of the full matrix of ultrasonic transmit-receive array data for non-destructive evaluation // NDT & E International. 2005. V. 38 (8). P. 701-711.
  19. Fan C., Caleap M., Pan M., Drinkwater B.W. A comparison between ultrasonic array beamforming and super resolution imaging algorithms for non-destructive evaluation // Ultrasonics. 2014. V. 54. No. 7. P. 1842-1850.
  20. Zhang J., Drinkwater B.W., Wilcox P.D., Hunter A.J. Defect detection using ultrasonic arrays: The multi-mode total focusing method // NDT&E International. 2010. V. 43. P. 123-133.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences