Phased Array con TFM
Cos’è la TFM?
Con lo sviluppo dell’industria moderna, vengono proposti requisiti più elevati per l’ispezione della sicurezza dei materiali.
La tecnologia di test Total Focusing Method (TFM) basata sulla Full Matrix Capture (FMC) ha gradualmente suscitato interesse generale grazie alle sue peculiarità.
Senza complessi circuiti di controllo del ritardo, la TFM si applica come rapido processo con elevate prestazioni in termini di visualizzazione e caratterizzazione delle discontinuità in un ampio campo applicativo.
Nell’imaging TFM, la proprietà del trasduttore ultrasonico di emettere fasci di ultrasuoni in modo direzionale, vale a dire la direttività del campo sonoro, influenzerà direttamente la chiarezza e l’accuratezza dei risultati dell’ispezione ecografica.
Nel processo di imaging TFM, è necessario eseguire calcoli del percorso di più elementi riceventi e di trasmissione per tutti i punti focali all’interno dell’intervallo di prova per tutti elementi.
Pertanto, la direttività dell’elemento avrà un impatto maggiore sull’imaging TFM rispetto che sul Phased Array “convenzionale”.
La tecnologia Full Matrix Capture
Diverso dall’imaging Phased Array ad ultrasuoni convenzionale, Total Focusing Method (TFM) è un’operazione di sovrapposizione basata sulla ricezione del segnale da tutti i cristalli contemporaneamente.
Questo modo per acquisire dati dall’intera matrice è chiamato Full Matrix Capture (FMC).
L’acquisizione a matrice completa si riferisce al processo in cui ogni elemento dell’array del trasduttore viene eccitato a turno emettendo ultrasuoni.
Contemporaneamente, tutti gli elementi nel trasduttore sono in ascolto e ricevono segnali eco individualmente (poiché la scheda ricevente ha generalmente canali di ricezione indipendenti paralleli, infatti, tutti gli elementi possono ricevere in parallelo allo stesso tempo).
Tutti gli elementi nel trasduttore ad ultrasuoni ricevono i segnali eco individualmente, cioè registrano i dati di eco acquisiti come P1j (t) (j = 1,2,3,… .,N) , e acquisire N insiemi di dati in totale.
Quindi, gli altri elementi nel trasduttore Phased Array vengono eccitati a turno, in modo che tutti gli elementi nel trasduttore ricevano segnali eco individualmente da ogni elemento trasmittente.
Supponendo che l’i-esimo elemento nel trasduttore Phased Array emetta le onde ultrasoniche u e l’elemento j-esimo riceva tali onde ultrasoniche, i dati dell’eco acquisiti possono essere registrati come Pij(t).
Per un trasduttore Phased Array con un numero totale di N elementi, tutti gli elementi sono usati individualmente come elementi di eccitazione.
L’insieme di dati ricevuti da tutti gli elementi individualmente sarà quindi rappresentabile con una matrice N×N.
La tecnologia Total Focusing Method
Ma come viene trasformata questa mole di dati in un’immagine TFM?
In primo luogo l’area di test è grigliata dall’algoritmo TFM di base.
Quindi viene calcolato il tempo del percorso di trasmissione tra ciascun punto di imaging e ciascun elemento.
In base al tempo di percorso, i dati dell’eco vengono recuperati e infine sovrapposti a formare il valore di ogni pixel dell’immagine.
Come mostrato nelle figure di lato, la sonda ad array lineare 1D viene posizionata sulla superficie di un mezzo omogeneo isotropo 2D per stabilire un sistema di coordinate 2D Oxz.
L’asse x è lungo la direzione dell’array e parallelo alla superficie media, l’asse z è perpendicolare alla superficie media e punta nel mezzo.
L’array è disposto sull’asse x e l’area di imaging si trova al di sotto dell’array.
Supponendo che il numero degli elementi sia N, l’eco ricevuto dal punto centrale di ciascun elemento viene registrato come uij(t).
Dove i e j rappresentano rispettivamente i numeri di serie degli elementi trasmittenti e riceventi e t è il tempo.
Nel modello mostrato nelle figure accanto, l’area di imaging ha N pixel nella direzione orizzontale e M pixel nella direzione verticale, e c’è un punto di dispersione P (xn, zm) sotto l’array.
Considerando la matrice come “n = 1,2,•••, M1 , m = 1,2,•••, M2”, M1 sarà il numero di pixel nella direzione x nell’area di imaging e M2 il numero di pixel nella direzione z nell’area di imaging.
Secondo la relazione geometrica, i percorsi dall’elemento trasmittente (x i,0) e dall’elemento ricevente (x j,0) al punto di diffusione P (x n,zm) sono calcolabili.
Così come è calcolabile il valore del pixel TFM I(x n,zm) di qualsiasi punto di imaging P(x n,zm).
L’immagine TFM può quindi essere ricostruita sulla base dei ritardi e delle ampiezze degli echi che ogni singolo elemento della matrice riceve da un altro una volta combinati fra loro in un’unica equazione.
