Data A-skenu

Data A-skenu

Jakýkoliv ultrazvukový přístroj obvykle zaznamenává dva základní parametry odraženého signálu: jak velký tento signál je (amplituda) a kde se nachází v čase vzhledem k nulovému bodu (doba průchodu impulzu). Doba průchodu dále obvykle souvisí s hloubkou nebo vzdáleností reflektoru v závislosti na rychlosti zvuku ve zkoušeném materiálu, a to jednoduchým vztahem

vzdálenost = rychlost × čas

Nejzákladnějším znázorněním dat ultrazvukové vlny je A-sken neboli zobrazení tvaru vlny, kde jsou amplituda odraženého signálu a doba průchodu signálu vyneseny do jednoduché mřížky, kde je na svislé ose znázorněna amplituda a na vodorovné ose čas. Příklad níže uvádí verzi s usměrněnou vlnou; použitá jsou i neusměrněná zobrazení VF vlny. Červená čára na obrazovce značí ohraničení (brána), které vybírá část sledu vln pro analýzu, obvykle pro měření amplitudy odraženého signálu, případně hloubky.

B-sken s jednou hodnotou 

Dalším způsobem znázornění těchto informací je formou B-skenu s jednou hodnotou. B-sken s jednou hodnotou se běžně používá u konvenčních defektoskopů a tloušťkoměrů pro korozní měření k záznamu hloubky reflektorů vzhledem k jejich lineární poloze. Tloušťka se vynáší jako funkce času nebo polohy, zatímco sonda skenuje díl za účelem stanovení profilu jeho hloubky. Korelace mezi ultrazvukovými daty a aktuální polohou sondy umožňuje vynést proporcionální pohled a zajišťuje schopnost korelace a sledování dat u konkrétních oblastí zkoušeného dílu. Toto sledování polohy se obvykle provádí pomocí elektromechanických zařízení známých jako kodéry. Tyto kodéry se používají v příslušenstvích skenovaných ručně nebo kde skenování probíhá pomocí automatizovaných systémů, které pohybují sondou pomocí programovatelného motorizovaného skeneru. V obou případech kodér zaznamenává místo každého pořízení dat vzhledem k požadovanému rastrovému skenu a indexovému rozlišení definovanému uživatelem.

V případě uvedeném níže ukazuje B-sken dva hluboké reflektory a jeden mělčí reflektor, což odpovídá polohám bočních vyvrtaných otvorů (SDH) v testovacím bloku.

Mapování pomocí C-skenu

Další možností zobrazení je C-sken, což je dvourozměrné znázornění dat zobrazené jako půdorysný nebo rovinný pohled na zkoušený díl, jehož grafická perspektiva se podobá rentgenovému zobrazení, kde barva znázorňuje ohraničenou amplitudu signálu nebo hloubku v každém bodě zkoušeného mapovaného dílu vůči jeho poloze. Na ploché díly je možné generovat rovinná zobrazení sledováním dat vůči poloze X–Y nebo v případě válcových dílů sledováním axiální a úhlové polohy. U konvenčního ultrazvuku se ke sledování souřadnic sondy s požadovaným indexovým rozlišením používá mechanický skener. Následující zobrazení koncepčně ukazují C-skeny referenčního bloku pořízené konvenčním systémem imerzního skenování s použitím ohniskové imerzní sondy.

C-sken získaný pomocí technologie phased array

C-sken ze systému phased array je velmi podobný skenu pořízenému některou z konvenčních sond uvedených výše. U systémů phased array se však sonda obvykle fyzicky pohybuje podél jedné osy, zatímco svazek elektronicky skenuje podél druhé osy dle posloupnosti fokálních (ohniskových) zákonů. Stejně tak jako v případě konvenčních C-skenů se amplituda signálu nebo údaje o hloubce shromažďují v rámci ohraničené zájmové oblasti. V případě technologie phased array se data vynášejí s každým postupem fokálních zákonů pomocí naprogramované apertury svazku.

Níže se nachází skutečný sken stejného zkušebního bloku, který je uveden v předchozí části, pořízený 64 měniči lineární array sondy při frekvenci 5 MHz s přímým klínem nebo předsádkou. Každý z fokálních zákonů využívá 16 měničů k vytvoření apertury a při každém generování impulzu se výchozí měnič zvětší o jedničku. Tak vznikne 49 datových bodů, které jsou vyneseny (ve snímku uvedeném níže vodorovně) podél sondy dlouhé 37 mm (1,5 palce). Jak se sonda pohybuje po přímce vpřed, vzniká rovinný pohled na C-sken. Kodéry se za normálních okolností používají, kdykoliv je třeba pořídit zobrazení skenu, které přesně odpovídá geometrii dílu, ale v mnoha případech zajistí užitečné informace i ruční skeny, které nejsou kódovány.

Lineární skeny pořízené pomocí technologie phased array

Systém phased array využívá elektronické skenování podél délky lineární array sondy k tomu, aby vytvořil profil příčného průřezu, aniž by bylo potřeba sondou pohybovat. Vzhledem k tomu, že každý z fokálních zákonů představuje součást posloupnosti, je související A-sken digitalizován a vynesen. Po sobě jdoucí apertury se „ukládají na sebe“, čímž se vytvoří živý snímek příčného průřezu. Animované znázornění této posloupnosti pořízené 16měničovou lineární sondou je uvedeno níže.

V praxi se tento elektronický průchod provádí v reálném čase, takže živý příčný průřez lze zobrazovat kontinuálně během fyzického pohybu sondy. Níže je uveden snímek pořízený v reálném čase pomocí 64měničové lineární sondy phased array.

Tato zvýrazněná věta odkazuje na níže uvedenou animaci (s použitím 16měničové sondy), ale další odstavec poté mluví o „snímku pořízeném v reálném čase pomocí 64měničové sondy“ a opět odkazuje na obrázek níže, ale jsem zmatený z toho, kde se uvedený obrázek nachází, protože to vypadá, že je tam obrázek pouze jeden.

Skenování je také možné provádět při pevném úhlu napříč měniči. Jak zmiňujeme později, jedná se o velmi užitečný nástroj pro automatizovanou kontrolu svarů. Pomocí 64měničové lineární sondy phased array s klínem lze generovat příčné vlny při úhlech definovaných uživatelem (často 45, 60 nebo 70 stupňů). Když je apertura sekvenčně rozdělená po celé délce sondy, lze shromažďovat kompletní objemová data svaru, aniž by bylo zapotřebí během skenování fyzicky zvýšit vzdálenost k ose svaru. Díky tomu je kontrolu možné uskutečnit při jediném průchodu podél svaru.

Sektorové skeny získané pomocí technologie phased array

Ze všech zatím zmiňovaných zobrazovacích režimů je sektorový sken jedinečný pro zařízení s technologií phased array. U lineárního skenu mají všechny fokální zákony pevný úhel se sekvenčními aperturami. Sektorové skeny naproti tomu používají pevné apertury a natočení prostřednictvím posloupnosti úhlů.

Obvykle se používají dvě hlavní formy. Nejznámější a velmi běžně užívaná forma v medicínském zobrazování využívá klín s nulovým úhlem rozhraní nebo předsádku k tomu, aby natáčela podélné vlny pod relativně malými úhly a vytvářela snímek ve tvaru kruhové výseče, která zobrazuje laminární a mírně zakřivené vady.

Druhý formát využívá zkosený plastový klín pro zvýšení úhlu dopadajícího svazku, aby bylo možné generovat příčné vlny, a to nejčastěji s úhlem lomu v rozmezí 30 až 70 stupňů. Tato technika se podobá konvenční kontrole pomocí úhlového svazku, avšak s tou výjimkou, že svazek prochází řadou úhlů a nikoliv pouze jedním pevným úhlem určeným klínem. Znázornění snímku představuje stejně jako u lineárního skenu průřezový obrázek kontrolované oblasti zkoušeného dílu.

Generování skutečného snímku funguje na stejném principu A-skenů naskládaných na sobě, který jsme probírali v souvislosti s lineárními skeny představenými v předchozí kapitole. Za účelem generování sektorového snímku definuje koncový uživatel začátek a konec úhlu a krok rozlišení. Všimněte si, že apertura zůstává konstantní, a že každý z definovaných úhlů generuje odpovídající svazek s charakteristikami danými aperturou, frekvencí, útlumem apod. Tvar vlny odezvy pod každým z úhlů (fokální zákon) je digitalizován a vynesen s barevným označením pod příslušným odpovídajícím úhlem, čímž vzniká průřezový snímek.

Ve skutečnosti se sektorový sken vytváří v reálném čase, kdy při pohybu sondy nabízí kontinuální dynamické zobrazování. Jedná se o velmi užitečný způsob vizualizace vady, který zvyšuje pravděpodobnost detekce, zejména u náhodně orientovaných vad, neboť lze při kontrole použít mnoho úhlů najednou.