Uso de modulação de fase instantânea para formação de imagens por ultrassom usando ondas de Lamb

Abstract

A formação de imagens de placas usando arrays ultrassônicos e ondas de Lamb é um tópico de interesse em muitas áreas industriais, tais como o aeronáutico, automotivo e do petróleo. Técnicas utilizando operações delay and sum (DAS) e a amplitude instantânea dos sinais, de cada par emissor-receptor, produzem imagens de alta qualidade, mas estas imagens podem ter problemas relacionados à zona morta, artefatos e na detecção de defeitos distantes do array. A utilização de outras informações dos sinais, como a fase instantânea (IP), produzem imagens de coerência, que podem superar estes problemas. A imagem IP é produzida substituindo a amplitude instantânea pela fase instantânea no algoritmo DAS. Este trabalho explora a utilização da modulação de fase (PM), nos sinais de excitação do array ultrassônico, e pós-processando a imagem IP demodulada. A imagem final é produzida correlacionando o sinal modulador com a imagem IP demodulada, produzindo a imagem de coeficientes de Pearson (PC). Devido à largura de banda finita do sistema (transdutor-placa), cada modo de propagação tem uma resposta em frequência, neste trabalho foi utilizado o modo pouco dispersivo S0, logo foi analisado o efeito da resposta em frequência deste modo nos sinais ultrassônicos e na imagem PC. A imagem PC resultou em melhora na resolução lateral e redução de artefatos, e pode ser utilizada em conjunto com as imagens de amplitude convencionais para analisar as imagens e detectar defeitos.

Imaging of plate-like structures using ultrasonic arrays and Lamb waves is a topic of interest in several industry fields, such as aeronautic, automotive and petroleum. DAS (Delay-AndSum) techniques using the instantaneous amplitudes of the emitter-receiver signals generate high quality images, but these images can suffer from problems related to deadzone, artifacts and detection of reflectors far from the array. The use of other signal information, such as the instantaneous phase (IP), produce coherence images that can overcome these problems. The IP image is produced by substituting the intantaneous amplitude by the instantaneous phase in the DAS algorithm. This work explores the use of phase modulation (PM) in the excitation signals of the ultrasonic array and post processing of the demodulated IP image. The final image is produced by correlating the phase modulating signal and the demodulated IP image, producing the Pearson coefficient (PC) image. Due to the finite bandwidth of the system (transducerplate), each propagation mode has a frequency response, and in this work the low dispersion S0 mode is used, and its effect on the ultrasonic signals and PC image is analyzed. The PC images resulted in improvement in lateral resolution and artifacts reduction, and can be used in conjuction with the conventional amplitude images to image analysys and defect detection.