Данные A-скан
Данные A-скан
Ультразвуковой прибор, как правило, записывает два фундаментальных параметра эхо-сигнала: размер (амплитуду) и его положение во времени по отношению к нулевой точке (время прохождения импульса). Время прохождения, в свою очередь, обычно коррелируется с глубиной или расстоянием до отражателя, на основе скорости распространения звука в исследуемом материале и простой закономерности
Расстояние = скорость x время
Самым базовым представлением данных ультразвукового сигнала является A-скан, или отображение формы волны, на котором вертикальная ось означает амплитуду эхо-сигнала, а горизонтальная ось – время. На примере ниже, представлена версия с детектированной формой сигнала; также возможно отображение недектированных радиосигналов. Красная шкала на экране – строб, который позволяет выбрать часть серии волн для анализа значений амплитуды и/или глубины эхо-сигнала.
B-сканы по одному значению
Другая опция отображения данных – B-скан по одному значению. B-скан по одному значению обычно используется с традиционными ультразвуковыми дефектоскопами и коррозионными толщиномерами для графического представления глубины отражателей по отношению к их линейному положению. Значение толщины рассчитывается в зависимости от времени или положения, тогда как сканирование ПЭП вдоль объекта контроля позволяет получить профиль по глубине. Корреляция данных УЗК с текущим положением преобразователя позволяет получить пропорциональное изображение, а также отслеживать и соотносить данные с конкретными зонами объекта контроля. Отслеживание положения обычно осуществляется с помощью электромеханических устройств, известных как кодировщики. Эти кодировщики используются на специальных креплениях для ручного сканирования, или в автоматизированных системах, которые позволяют перемещать преобразователь с помощью программируемого моторизованного сканера. В обоих случаях кодировщик записывает положение каждой точки сбора данных по отношению к заданной пользователем модели сканирования и разрешению оси индексирования.
В примере ниже, B-скан отображает два глубоких отражателя и один верхний отражатель, что соответствует положению боковых цилиндрических отверстий (SDH) в тестовом образце.
Картирование C-скан
Еще одна опция отображения данных: C-скан – двумерное изображение данных, представленное как вид сверху (или вид в плане) контролируемого объекта, аналогичное в его графической перспективе рентгеновскому изображению, где цвет обозначает амплитуду или глубину сигнала в каждой точке исследуемого образца, связанной с ее положением. Двумерные изображения могут генерироваться на плоских деталях путем сбора данных положения X-Y, или на цилиндрических деталях путем сбора данных осевого и углового положения. В случае традиционного ультразвука, механический сканер с кодировщиками используется для выведения координат преобразователя с целью получения желаемого разрешения оси индексирования. Изображения ниже представляют C-сканы эталонного образца, полученные с помощью традиционного иммерсионного сканирования с использованием сфокусированного иммерсионного ПЭП.
C-скан ФР
C-скан, полученный с помощью ФР-оборудования, аналогичен С-скану традиционного ультразвукового преобразователя, представленного выше. В случае с системами ФР, преобразователь физически перемещается по одной оси, тогда как луч выполняет электронное сканирование по другой оси, согласно последовательности законов фокусировки. Данные амплитуды или глубины сигнала собираются в интересуемой зоне строба, как и в случае традиционных C-сканов. При использовании фазированных решеток, данные отображаются по мере продвижения законов фокусировки, с помощью апертуры программируемого луча.
Ниже показана С-скан развертка в режиме реального времени на примере образца, упомянутого в предыдущем разделе. Для сканирования используется линейный фазированный преобразователь 5 МГц, 64 элемента, с прямой призмой. Каждый закон фокусировки использует 16 элементов для образования апертуры, и с каждым импульсом начальный элемент увеличивается на 1 единицу. В результате, получается 49 точек данных, нанесенных (горизонтально на примере ниже) по всей длине (37 мм) преобразователя. При передвижение ПФР вперед по прямой линии получается плоскостной (двумерный) C-скан. Кодировщики обычно используются, когда требуется точное геометрическое соответствие скана и инспектируемой детали, хотя ручное сканирование без кодировщиков также может предоставить важную информацию.
Несмотря на то, что графическое разрешение не полностью аналогично традиционному C-скану по причине большего эффективного размера луча, следует учитывать другие факторы. Системы на фазированных решетках являются портативными и используются в полевых условиях, тогда как традиционные УЗ-системы таковыми не являются и стоят треть цены оборудования ФР. Кроме того, изображение ФР можно получить за секунды, тогда как традиционное иммерсионное сканирование занимает несколько минут. Генерация C-скана в режиме реального времени представлена ниже.
В-скан поперечного сечения
В-скан поперечного сечения предоставляет детальное изображение контролируемого объекта сверху, вдоль оси сканирования. Он дает больше информации, чем ранее представленный B-скан по одному значению. Вместо нанесения только одного измеренного значения в стробе, полная форма A-скан оцифровывается в каждом положении ПЭП. Последовательные A-сканы строятся с учетом истекшего времени или текущего положения преобразователя, с целью изображения поперечного сечения сканируемых линий. Это позволяет визуализировать как ближние, так и дальние отражатели поверхности внутри образца. С данной технологией, полный А-скан сохраняется в каждом положении и может быть в любое время вызван для дальнейшего анализа и подтверждения данных.
Для этого, каждая оцифрованная точка А-скан наносится на график таким образом, что цвет, представляющий амплитуду сигнала, отображается на соответствующей глубине.
Последовательные A-сканы оцифровываются, с учетом соответствующего цвета, и «складываются» с заданным пользователем интервалом (истекшее время или положение) для формирования точного изображения поперечного сечения.
Линейное сканирование ФР
Система ФР использует электронное сканирование по всей длине линейного ФР-преобразователя с целью получения поперечного профиля без перемещения преобразователя. По мере установления последовательности законов фокусировки, оцифровывается и строится соответствующий A-скан. Следующие друг за другом апертуры «складываются» для отображения поперечного сечения в режиме реального времени. Ниже представлено анимированное изображение данной последовательности на примере 16-элементного линейного преобразователя.
На практике, электронная развертка выполняется в режиме реального времени, что позволяет постоянно видеть поперечный профиль при передвижении преобразователя. Ниже представлено изображение в реальном времени на примере 64-элементного линейного ФР-преобразователя.
Выделенная фраза ссылается на анимацию ниже (с использованием 16-элементного ПФР), затем в абзаце ниже говорится об «изображении в реальном времени с использованием 64-элементного ПФР» и снова ссылка на изображение ниже, но мне не понятно, где именно это изображение.
Возможно также сканирование под постоянным углом элементов. Это очень удобно при автоматизированном контроле сварных соединений. При использовании 64-элементного линейного ФР-ПЭП с призмой, угол генерируемых поперечных волн может быть задан пользователем (обычно 45, 60 или 70 градусов). Последовательность апертур по всей длине преобразователя обеспечивает сбор объемных данных без необходимости увеличения расстояния до центральной линии сварного шва во время сканирования. Это позволяет осуществлять сканирование всего сварного шва за один проход.
Секторное сканирование ФР (S-скан)
Из всех упомянутых режимов отображения секторное сканирование присуще только оборудованию с фазированными решетками. В линейном сканировании, все законы фокусировки используют постоянный угол с последовательными апертурами. S-скан, наоборот, использует постоянные апертуры и осуществляет отклонение через последовательность углов.
Наиболее часто встречаются две следующие формы. Самая распространенная форма, используемая в медицинских рентгенографических системах, выполняется с использованием призмы интерфейса 0 градусов или башмака для отклонения продольных волн под относительно малым углом. В результате, получается округлая форма, отображающая ламинарные и наклонные дефекты.
Второй формат использует пластмассовую наклонную призму для увеличения угла падения луча с целью создания поперечных волн, наиболее часто в диапазоне углов преломления от 20 до 70 градусов. Данная техника аналогична традиционному ультразвуковому контролю преломленным лучом, с той разницей, что луч проходит не под постоянным углом, заданным призмой, а скорее через диапазон углов. Как и в случае линейного сканирования, отображаемое изображение представляет поперечный профиль инспектируемой зоны объекта контроля.
Генерация изображений в режиме реального времени происходит по принципу стыкованных A-сканов, упоминающемся в контексте линейного сканирования, в предыдущем разделе. Конечный пользователь определяет начало/конец угла и разрешение шага для создания секторного профиля (S-скан). При этом апертура остается постоянной, а каждый заданный угол создает соответствующий луч с конкретными характеристиками, определяемыми апертурой, частотой, демпфированием и т.п. Ответный сигнал А-скана каждого угла (закона фокусировки) оцифровывается и строится под соответствующим углом и определенным цветом, создавая секторное изображение.
На практике, секторный скан производится в режиме реального времени, создавая динамическое изображение по мере продвижения преобразователя. Это обеспечивает оптимальную визуализацию дефектов и увеличивает вероятность их обнаружения, особенно в случае беспорядочно ориентированных дефектов, благодаря использованию сразу нескольких углов контроля.