Способ ультразвуковой томографии

Авторы патента:

Сорокин Павел Владимирович (RU)

Кожемяк Олеся Анатольевна (RU)

Костина Мария Алексеевна (RU)

Солдатов Алексей Иванович (RU)

Солдатов Андрей Алексеевич (RU)

Шульгина Юлия Викторовна (RU)

Квасников Константин Григорьевич (RU)

G01N29/04 - для обнаружения локальных дефектов в твердых телах (G01N 29/16,G01N 29/18,G01N 29/20 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2679647:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Использование: для ультразвуковой томографии. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют размещение пьезопреобразователей антенной решетки на объекте контроля, циклическое ультразвуковое облучение объекта контроля поочередно каждым пьезопреобразователем антенной решетки и одновременный прием ультразвуковых волн и их преобразование в электрические сигналы всеми преобразователями антенной решетки, усиление и преобразование в цифровые коды полученных электрических сигналов, их сохранение, когерентную обработку сохраненных цифровых кодов, при которой разбивают объект контроля на локальные области, которые рассматривают в качестве локального сосредоточенного отражающего элемента, сохраненные цифровые коды сдвигают назад во времени на величину, равную времени распространения отраженной волны от рассматриваемой локальной области до соответствующего пьезопреобразователя антенной решетки, затем перемножают сдвинутые во времени цифровые коды соответственно для каждой из локальных областей, сохраняют полученные произведения цифровых кодов и используют их для реконструкции изображения и его визуализации, при этом после преобразования ультразвуковых волн в электрические сигналы всеми преобразователями антенной решетки и их усиления определяют скорость изменения каждого электрического сигнала, которую используют для вычисления периода преобразования полученных электрических сигналов в цифровые коды. Технический результат: обеспечение возможности уменьшения объема данных без потери качества изображения и обеспечение возможности работы в режиме реального времени. 1 ил.

Изобретение относится к области анализа с помощью ультразвуковых волн материалов или изделий из металлов, керамики, пластмасс и может быть использовано в промышленности для контроля дефектов внутри деталей, для дефектоскопии различных материалов, а также в медицине для диагностики внутренних органов.

Известен способ ультразвуковой томографии, [RU 2532597 С1, МПК G01N 29/04 (2006.01), опубл. 10.11.2014], выбранный в качестве прототипа, включающий размещение пьезопреобразователей антенной решетки на объекте контроля, причем расстояние между соседними положениями антенной решетки, при которой получают одно В-изображение, превышает половину длины ультразвуковой волны, циклическое ультразвуковое облучение объекта контроля поочередно каждым пьезопреобразователем антенной решетки и одновременный прием ультразвуковых волн и их преобразование в электрические сигналы всеми преобразователями антенной решетки, преобразование в цифровые коды полученных электрических сигналов, их сохранение, обработку цифровых кодов, реконструкцию изображения и его визуализацию путем объединения послойно нескольких В-изображений. После преобразования принятых ультразвуковых волн в электрические сигналы осуществляют их усиление и преобразование в цифровые коды, проводят когерентную обработку сохраненных цифровых кодов, при которой разбивают объект контроля на локальные области, которые рассматривают в качестве локального сосредоточенного отражающего элемента. Сохраненные цифровые коды сдвигают назад во времени на величину, равную времени распространения отраженной волны от рассматриваемой локальной области до соответствующего пьезопреобразователя антенной решетки, затем перемножают сдвинутые во времени цифровые коды соответственно для каждой из локальных областей, сохраняют полученные произведения цифровых кодов и используют их для реконструкции изображения и его визуализации

Недостатком этого способа является невозможность проведения контроля в реальном масштабе времени вследствие реализации алгоритма реконструкции изображения на персональном компьютере, что требует передачи большого массива сохраненных реализаций УЗ колебаний от блока памяти в персональный компьютер.

Техническая проблема, решаемая при использовании предложенного изобретения заключается в уменьшении объема передаваемых данных без потери информации и за счет этого проведение контроля в реальном масштабе времени.

Предложенный способ ультразвуковой томографии, так же как в прототипе, включает размещение пьезопреобразователей антенной решетки на объекте контроля, циклическое ультразвуковое облучение объекта контроля поочередно каждым пьезопреобразователем антенной решетки и одновременный прием ультразвуковых волн и их преобразование в электрические сигналы всеми преобразователями антенной решетки, усиление и преобразование в цифровые коды полученных электрических сигналов, их сохранение, когерентную обработку сохраненных цифровых кодов, при которой разбивают объект контроля на локальные области, которые рассматривают в качестве локального сосредоточенного отражающего элемента, сохраненные цифровые коды сдвигают назад во времени на величину, равную времени распространения отраженной волны от рассматриваемой локальной области до соответствующего пьезопреобразователя антенной решетки, затем перемножают сдвинутые во времени цифровые коды соответственно для каждой из локальных областей, сохраняют полученные произведения цифровых кодов и используют их для реконструкции изображения и его визуализации.

Согласно изобретению после преобразования ультразвуковых волн в электрические сигналы всеми преобразователями антенной решетки и их усиления, определяют скорость изменения каждого электрического сигнала, которую используют для вычисления периода преобразования полученных электрических сигналов в цифровые коды.

За счет определения скорости изменения каждого электрического сигнала, из которой вычисляют текущий период преобразования полученных электрических сигналов в цифровые коды появляется возможность уменьшения объема передаваемых данных без потери информации и за счет этого проведение контроля в реальном масштабе времени.

На фиг. 1 представлено устройство, реализующее предлагаемый способ.

Предложенный способ ультразвуковой томографии осуществлен с помощью устройства, содержащего микроконтроллер 1 (фиг. 1), к которому последовательно подключены многоканальный генератор 2, антенная решетка 3, многоканальный усилитель 4, многоканальный аналого-цифровой преобразователь 5, многоканальный блок вычисления скорости изменения ультразвукового сигнала 6 (БВС), выход которого подключен к многоканальному генератору управляемому напряжением 7 (ГУН). Выход многоканального генератора управляемого напряжением 7 (ГУН) подключен к тактовому входу многоканального аналого-цифрового преобразователя 5, выход которого связан с входом данных оперативного запоминающего устройства 8 (ОЗУ), а выход данных которого соединен с микроконтроллером 1, который подключен к персональному компьютеру 9.

Микроконтроллер 1 может быть выбран любым, например ATMEGA64, фирмы ATMEL. Многоканальный генератор 2 может быть выполнен на микросхемах, имеющих импульсный ток коллектора не менее 2А и выходное напряжение 90 В, например, STHV748. Антенная решетка 3 является набором 16 или более пьезопреобразователей, располагаемых линейно или матрично, например, OLYMPUS 2L16-A1. Многоканальный усилитель 4 с многоканальным аналого-цифровым преобразователем 5 выполнен по типовой схеме, например, на микросхемах AD9272. Многоканальный блок вычисления скорости изменения каждого ультразвукового сигнала 6 (БВС) может быть выполнен на типовых операционных усилителях, работающих в режиме дифференцирования входного сигнала. Многоканальный генератор, управляемый напряжением 7 (ГУН) может быть выполнен на микросхеме NE555. Оперативное запоминающее устройство 8 (ОЗУ), объемом не менее 64 Кб, выполнено на микросхемах IDT72V293. Персональный компьютер может быть любым, например, Acer "Revo RL70".

При контроле фасонной отливки на ее поверхности размещали антенную решетку 3, содержащую 16 пьезопреобразователей, расположенных линейно. После выдачи разрешения микроконтроллера 1 на работу многоканального генератора 2, многоканальный генератор 2 поочередно формировал импульсы возбуждения для каждого пьезопреобразователя антенной решетки 3. Пьезопреобразователи антенной решетки 3 поочередно излучали ультразвуковые волны в контролируемое изделие, а прием ультразвуковых волн и их преобразование в электрические сигналы осуществляли одновременно всеми преобразователями антенной решетки 3, причем поочередное излучение осуществлялось циклически. Полученные электрические сигналы усиливали многоканальным усилителем 4, преобразовывали в цифровые коды в многоканальном аналого-цифровом преобразователе 5 и сохраняли в оперативном запоминающем устройстве 8 (ОЗУ). Тактовую частоту преобразования входных данных многоканального аналого-цифрового преобразователя 5 определяли многоканальным генератором, управляемым напряжением 7, входная информация для которого поступала с выхода многоканального усилителя 4 через многоканальный блок вычисления скорости изменения ультразвукового сигнала 6. Данные из оперативного запоминающего устройства 8 (ОЗУ) через микроконтроллер 1 передавали в персональный компьютер 9. Реконструкцию внутренней структуры контролируемого изделия и его визуализацию осуществляли в персональном компьютере 9 путем когерентной обработки полученных данных, которая заключалась в следующем: разбивали зону контроля на локальные области, которые рассматривали в качестве локального сосредоточенного отражающего элемента (50000 при следующих размерах зоны контроля: длина - 10 мм, глубина - 50 мм, размер локальной области 0,1 мм), и сохраненные цифровые коды сдвигали назад во времени на величину, равную времени распространения отраженной волны от рассматриваемой локальной области зоны контроля до соответствующего пьезопреобразователя антенной решетки 3. Затем перемножали сдвинутые во времени цифровые коды соответственно для каждой из локальных областей, сохраняли полученные произведения цифровых кодов и использовали их для реконструкции изображения и его визуализации.

В способе-прототипе от антенной решетки получили 256 А-сканов, объем каждого А-скана составил 4 Кб. Суммарный объем передаваемых данных составил 265×4 Кб=1 Мб, при частоте преобразования электрических сигналов в цифровые коды 40 МГц, скорости распространения ультразвука в стали 6000 м\с. В предлагаемом способе объем каждого А-скана составил 1,2 Кб, общий объем передаваемых данных составил 256×1,2 Кб=367,2 Кб.

Сравнение результатов ультразвуковой дефектоскопии зоны контроля фасонной отливки, полученных с использованием способа-прототипа и предлагаемого способа показывают, что при использовании заявляемого способа для ультразвуковой томографии объем данных уменьшился в 3 раза.

Способ ультразвуковой томографии, включающий размещение пьезопреобразователей антенной решетки на объекте контроля, циклическое ультразвуковое облучение объекта контроля поочередно каждым пьезопреобразователем антенной решетки и одновременный прием ультразвуковых волн и их преобразование в электрические сигналы всеми преобразователями антенной решетки, усиление и преобразование в цифровые коды полученных электрических сигналов, их сохранение, когерентную обработку сохраненных цифровых кодов, при которой разбивают объект контроля на локальные области, которые рассматривают в качестве локального сосредоточенного отражающего элемента, сохраненные цифровые коды сдвигают назад во времени на величину, равную времени распространения отраженной волны от рассматриваемой локальной области до соответствующего пьезопреобразователя антенной решетки, затем перемножают сдвинутые во времени цифровые коды соответственно для каждой из локальных областей, сохраняют полученные произведения цифровых кодов и используют их для реконструкции изображения и его визуализации, отличающийся тем, что после преобразования ультразвуковых волн в электрические сигналы всеми преобразователями антенной решетки и их усиления определяют скорость изменения каждого электрического сигнала, которую используют для вычисления периода преобразования полученных электрических сигналов в цифровые коды.

Использование: для выявления и оценки параметров дефектов типа нарушения сплошности и неоднородности металла прутков. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют прозвучивание контролируемого прутка стержневой волной, измерение времени распространения стержневой волны от преобразователя до дефекта и обратно, пересчет измеренного времени в координату дефекта по длине прутка с учетом скорости распространения стержневой волны, определение коэффициента отражения стержневой волны от дефекта, определение дефектности прутка по результатам сравнения коэффициента отражения от дефекта с уровнем браковки, при этом также осуществляют дополнительное прозвучивание стандартного образца прутка стержневой и крутильной волнами, определение коэффициентов отражения стержневой и крутильной волн от искусственного отражателя в стандартном образце прутка, измерение координаты искусственного отражателя в поперечном сечении стандартного образца прутка, прозвучивание контролируемого прутка крутильной волной, определение коэффициента отражения крутильной волны от дефекта в контролируемом прутке, определение коэффициентов затухания стержневой и крутильной волн в контролируемом прутке, определение координаты дефекта в поперечном сечении прутка.

Способ автоматизированного пространственного контроля сплошности изделий и устройство для его осуществления // 2676857

Группа изобретений относится к области измерительной техники и может быть использована для оценки надежности и качества изделий из материалов, имеющих большой разброс характеристик.

Способ обнаружения несанкционированных воздействий на трубопровод // 2676386

Использование: для обнаружения несанкционированных воздействий на трубопровод. Сущность изобретения заключается в том, что возбуждают трубопровод зондирующими периодическими виброимпульсами, формируют образцовые уровни сигналов, имитирующих несанкционированные воздействия, и принимают решение по результатам сравнения накопленных сигналов, принимаемых от равноудаленных точек по разные стороны от места зондирования трубопровода, при этом разностный сигнал получают путем сравнения предварительно преобразованных в спектры частот сигналов от равноудаленных точек, упомянутые эталонные уровни формируют в виде доверительных интервалов в предварительно выделенных частотных диапазонах рабочего спектра с привязкой к определенному виду несанкционированного воздействия, и решение по обнаружению последнего и о его виде принимают по попаданию спектра разностного накопленного сигнала в соответствующий доверительный интервал.

Способ оценки адгезионной прочности изоляционного покрытия электродвигателей и устройство для его реализации // 2676218

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при проведении комплексной оценки состояния изоляционного покрытия обмоток электродвигателей локомотивов.

Устройство ультразвуковой томографии // 2675214

Использование: для визуализации внутреннего строения объектов с помощью ультразвуковых волн. Сущность изобретения заключается в том, что устройство ультразвуковой томографии содержит антенную решетку с n пьезопреобразователями, каждый из которых соединен с выходом соответствующего генератора импульсов и входом соответствующего усилителя, n аналого-цифровых преобразователей соединены с соответствующими входами блока памяти реализации, количество выходов которого N определено формулой N=n⋅(n+1)/2, а выходы блока памяти реализации соединены с соответствующими входами вычислительного блока, связанного с индикатором через блок памяти изображений.

Способ и система для непрерывного дистанционного контроля деформаций в находящемся под давлением трубопроводе // 2673367

Использование: для непрерывного дистанционного контроля деформаций в трубопроводе. Сущность изобретения заключается в том, что способ и система предусматривают использование направляемых волн для дистанционного контроля напряжений в трубопроводе, а также в протяженных секциях, имеющих длину, равную сотням метров, с использованием относительно малого количества датчиков, установленных на наружной поверхности трубопровода.

Способ оценки адгезионной прочности изоляционного покрытия обмоток тяговых двигателей электровозов и устройство для его реализации // 2671548

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при проведении испытаний адгезионной прочности изоляционного покрытия обмоток электродвигателей локомотивов.

Способ оценки надежности изоляционного покрытия на обмотках тяговых электродвигателей транспортных средств и устройство для его реализации // 2671547

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при проведении механических испытаний изоляции обмоток электродвигателей локомотивов. Сущность: осуществляют приложение силового воздействия к исследуемому образцу изоляционного покрытия.

Способ неразрушающего контроля поврежденности металлов // 2671421

Использование: для неразрушающего контроля поврежденности металлов. Сущность изобретения заключается в том, что определяют временные задержки распространения упругой волны, при этом определение временных задержек производят для одного типа объемной упругой волны при разных температурах и определяют поврежденность материала, используя заданную математическую формулу.

Устройство контроля высоковольтного оборудования, находящегося под напряжением // 2670189

Устройство относится к метрологии, в частности к средствам для дистанционного контроля высоковольтного оборудования. Устройство контроля высоковольтного оборудования под напряжением, включающее приемник сигналов от частичных разрядов, оптический визир, блок лазерной наводки, жидкокристаллический индикатор, блок автоматической регулировки чувствительности сигналов от частичных разрядов, блок обработки сигналов.

Устройство ультразвуковой томографии // 2679648

Использование: для ультразвуковой томографии. Сущность изобретения заключается в том, что устройство ультразвуковой томографии содержит персональный компьютер, соединенный с микроконтроллером, к которому последовательно подключены многоканальный генератор, антенная решетка, многоканальный усилитель, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, оперативное запоминающее устройство, при этом устройство дополнительно содержит многоканальный блок вычисления скорости изменения каждого ультразвукового сигнала, подключенный к выходу многоканального усилителя и к входу многоканального генератора, управляемого напряжением, который связан с тактовым входом многоканального аналого-цифрового преобразователя. Технический результат: обеспечение возможности уменьшения объема передаваемых данных без потери информации и за счет этого обеспечение возможности проведения контроля в реальном масштабе времени. 1 ил.

Магнитная система сканера-дефектоскопа // 2680103

Изобретение относится к области неразрушающего контроля при реализации магнитных и ультразвуковых бесконтактных методов дефектоскопии для обнаружения дефектов и определения геометрических размеров изделий на значительных скоростях сканирования. Сущность: магнитная система сканера-дефектоскопа выполнена в виде электромагнита с сердечником и намотанной на нем катушкой. Колеса, на которых перемещается электромагнит, служат его полюсами. Магнитная система является носителем измерительных датчиков. Сердечник электромагнита выполнен в виде стянутых идентичных фигурных полурам из магнитомягкого материала с образованием вилки на концах, где установлены колеса. На межколесной части стянутых полурам расположена катушка электромагнита. Технический результат: повышение надежности и достоверности контроля изделий на разных скоростях сканирования. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.