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Imaging methodologies applied on phased array ultrasonic data from austenitic welds and claddings / Métodos de imagem aplicados em dados de ultrassom phased array de soldas austeníticas e cladeadosBaiotto, Ricardo January 2018 (has links)
A crescente tendência de utilização de materiais austeníticos soldados e cladeados em componentes críticos em alguns setores industriais, como nas indústrias de óleo&gás e nuclear, leva a um aumento na demanda sobre ensaios não-destrutivos confiáveis na avaliação de sua integridade estrutural. Dentre os métodos utilizados na inspeção de soldas cladeados austeníticos estão os métodos de ultrassom por phased array, que são normalmente utilizados na detecção e localização de defeitos. No entanto, componentes com esse tipo de microestrutura são difíceis de inspecionar por phased array devido a anisotropia e inomogeneidade causadas pela microestrutura de grãos grosseiros que costumam levar ao aumento do nível de ruído, ao deslocamento de indicações e ao surgimento de indicações falsas. Sendo assim, a seleção de um método de phased array apropriado precisa levar em conta a habilidade do método em superar os problemas causados pela anisotropia e inomogeneidade. Esta tese apresenta dois métodos de imagem por phased array ultrassônico não-convencionais pensados como formas de ajudar na determinação da integridade de componentes onde soldas e cladeados austeníticos estão presentes. Ambos os métodos tem como base o método de foco total (TFM), sendo que o primeiro é uma extensão do método de leis de atraso adaptativas chamado Método de Foco Total de Atraso Adaptativo (ADTFM) e o segundo método usa fatores de coerência associado à imagens de TFM. A partir dos métodos de imagem aplicados é possível aumentar significativamente a qualidade das imagens por ultrassom em comparação com as imagens padrão obtidas por TFM, especialmente quando foi possível utilizar ambos os métodos combinados. / The increasing trend to use austenitic welded and cladded materials in critical components employed in some industrial sectors, such as the oil&gas and nuclear industries, leads to an increasing demand for their non-destructive assessment by reliable non-destructive methods. Among the methods used to access the integrity of austenitic welds and claddings are the Ultrasonic Phased Array methods, which are usually used to detect the presence and determine the position of defects. However, austenitic welds and claddings are challenging to inspect with Phased Array methods due to the anisotropy and inhomogeneity caused by their coarse grain microstructure, which is capable of increasing noise levels, misplace indications and create false indications. Therefore, the selection of an appropriate phased array method needs to take into account the method’s ability to overcome the impairment caused by anisotropy and inhomogeneity. This thesis presents two non-conventional methods based on ultrasonic phased array imaging techniques designed to assist the structural integrity assessment of components where austenitic welds and clads are present. Both proposed methods are based on the Total Focusing Method (TFM); the first approach is an expansion of the adaptive delay laws concept named Adaptive Delay Total Focusing Method (ADTFM), while the second method uses the coherence weights combined with the TFM images. From the imaging methods applied it was possible to significantly increase the quality of the ultrasonic images in comparison with the standard TFM, primarily when it was possible to combine both approaches.
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Advanced techniques for ultrasonic imaging in the presence of material and geometrical complexityBrath, Alexander J. January 2017 (has links)
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[pt] RECONSTRUÇÃO DE IMAGENS DE ULTRASSOM PELO MÉTODO DE FOCALIZAÇÃO TOTAL: TÉCNICAS PARA MELHORIA DA RELAÇÃO SINAL RUÍDO / [en] ULTRASONIC IMAGING RECONSTRUCTION WITH TOTAL FOCUSING METHOD: TECHNIQUES FOR IMPROVING THE SIGNAL-TO-NOISE RATIO10 December 2020 (has links)
[pt] Sinais ultrassônicos são amplamente utilizados na indústria para detecção
de defeitos e caracterização de materiais. Neste âmbito, o método de focalização
total (TFM) é comumente aplicado no pós-processamento dos dados ultrassônicos.
Estes dados são adquiridos por transdutores multielementos do tipo
phased array pela técnica de Captura de Matriz Completa (FMC). Embora a
técnica FMC-TFM seja amplamente empregada, a energia da onda transmitida
ao material é limitada pela utilização de um único elemento do transdutor, podendo
fornecer uma baixa relação sinal-ruído (SNR) na imagem reconstruída.
Para superar essa limitação e melhorar a qualidade das imagens TFM, propõese
neste trabalho o uso da técnica Fontes Virtuais combinada com dois métodos
diferentes de melhoria do SNR: Decomposição do Operador de Reversão Temporal
(DORT) e Correlação Espacial de Sub-abertura (SASACI). Neste último,
foram ainda propostas alterações para tornar a abordagem original mais robusta.
Ambas as propostas de combinação foram aplicadas e avaliadas para
melhorar as imagens de caracterização de múltiplos defeitos. Tais propostas
foram avaliadas por meio de simulações e experimentos. As simulações consideraram
um modelo de elementos finitos de um bloco de aço contendo quatro
furos simulando defeitos volumétricos no material. Vários níveis de ruído foram
adicionados aos sinais simulados para se avaliar o desempenho das combinações
propostas em um ambiente com alto nível de ruído não-correlacionado. As
combinações propostas nos dados de FMC simulados mostraram que o uso da
técnica Fontes Virtuais combinada com a técnica DORT foi capaz de aumentar
o SNR em 21.5 dB, enquanto a combinação de Fontes Virtuais com o SASACI
foi capaz de aumentar o SNR em 76.2 dB. Este último resultado está 16.3 dB
acima da soma dos ganhos individuais de cada técnica, enquanto o primeiro
está 7.4 dB acima. Isso indica um efeito sinérgico no aumento da qualidade
da imagem para ambas as combinações. Além disso, o uso das Fontes Virtuais
mostrou-se capaz de melhorar a imagem reconstruída, onde inicialmente não
é possível distinguir o ruído do sinal de interesse. A avaliação experimental foi
realizada sobre o bloco de aço de quatro furos com as mesmas propriedades
do bloco simulado. Ao contrário da simulação, os dados coletados não estão
sujeitos à altos níveis de ruído não-correlacionado. Portanto, em ambas as
combinações, o emprego da técnica Fontes Virtuais não resultaram em ganhos
significativamente superiores aos ganhos individuais de cada técnica. Os métodos
DORT e SASACI sem Fontes Virtuais aumentaram o SNR em 7.5 dB e
75.0 dB, respectivamente, enquanto que, com o seu uso, esse aumento foi de
9.2 dB e 74.1 dB. Os resultados do SASACI, quando comparados ao DORT, se
mostraram evidentemente superiores tanto na simulação quanto na avaliação
experimental. Ambos os métodos proporcionaram melhoria da qualidade de
imagens TFM e, portanto, promissores para serem aplicados em ensaios não
destrutivos. / [en] Ultrasonic signals are widely utilized in the industry for detecting defects
and material characterization. In this context, the Total Focusing Method
(TFM) is commonly applied for post-processing of ultrasonic data. Those are
acquired by phased array transducers through the Full Matrix Capture (FMC)
technique. Although the FMC-TFM technique is widely employed, the energy
of the wave transmitted to the material is limited by the utilization of a single
element of the transducer, which can provide a low Signal-Noise Ratio (SNR)
of the reconstructed image. To circumvent this limitation and enhance TFM
image quality, this work proposes the use of the Virtual Sources technique
combined with two different methods for SNR improvement: Decomposition
of the Time Reversal Operator (DORT) and Spatially Averaged Sub-Aperture
Correlation Imaging (SASACI). In the latter, we also propose modifications to
make the original approach more robust. Both combinations were implemented,
applied and evaluated for the enhancement of images for characterization of
multiple defects. These proposals were all assessed through simulations and
experiments. The simulations considered a finite element model of a steel
block containing four holes emulating volumetric defects on the material.
Several noise levels were added to the simulated signals aiming for performance
assessment in an environment with high levels of non-correlated noise. The
proposed combinations in the simulated FMC data showed that the utilization
of the Virtual Sources technique combined with DORT increased the SNR
up to 21.5 dB, while the combination of Virtual Sources with SASACI was
capable of increasing SNR up to 76.2 dB. The second combination is 16.3 dB
above the sum of the individual gains for each technique applied separately,
while the first combination is 7.4 dB above. This implies a synergistic effect in
the improvement of image quality for both proposed combinations. Moreover,
the utilization of the Virtual Sources technique was capable of enhancing
the reconstructed image, where it is not possible to initially distinguish the
noise of the signal of interest. The experimental evaluation was realized on the
four-hole steel block with the same properties of the simulated block. Unlike
the simulation, the collected data were not subjected to high levels of noncorrelated
noise. Thus, for both combinations, the utilization of the Virtual
Sources technique did not result in significantly superior gains when compared
to the individual gains obtained from each technique individually applied. The
use of DORT and SASACI without Virtual Sources caused an SNR increase of
7.5 dB and 75.0 dB, respectively, while this increase was of 9.2 dB and 74.1 dB
when the Virtual Sources was used in combination. The results obtained
from SASACI, when compared to DORT, were evidently superior for both
simulation and experimental evaluation. Both methods showed potential for
improvement of TFM image quality, and thus, are promising for application
in nondestructive evaluation.
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