平面波成像 (PWI) 是相控阵超声检测 (PAUT)仪器使用的一种高级发射模式，可在超快扫描速度下实现全聚焦法 (TFM)成像的高分辨率。在许多情况下，信噪比 (SNR) 也可以通过 PWI 实施得到改善，从而在提高效率的同时优化具有挑战性的检查的数据质量。
什么是平面波成像？
谈论高级成像时，一个不错的起点是全矩阵捕获 (FMC)；这描述了捕获和记录来自相控阵探头中每个发射器-接收器对的 A 扫描信号的过程。FMC 针对每个探头位置单独触发每个元素，记录阵列中每个元素的接收 A 扫描。例如，对于典型的 64 元件阵列探头，序列从触发第一个元件开始，并记录阵列中所有 64 个元件的响应。接下来，触发二号元件，记录 64 次 A 扫描，依此类推，直到探测结束。这意味着对于一个 64 元素阵列，对于每个记录的扫描位置都使用 FMC，将依次发射 64 个脉冲，并捕获 4096 个 A 扫描。从所有这些原始 A 扫描数据中，可以利用先进的聚焦技术，如 TFM，
图1： FMC 序列
PWI 的区别
使用 PWI，我们可以选择一个多晶元孔径（通常是探头的全孔径），而不是在发射时单独发射每个元素，而在接收中我们记录基本的 A 扫描——每个元素一个。这使我们能够发射具有不同角度或孔径的聚焦法则，以充分声化感兴趣的区域以进行检查。
图 2：PWI 序列
我们能够选择为我们提供最佳覆盖范围的波束角度，并针对应用的检测区域，就像波束形成相控阵一样。通常，光束是未聚焦的，使用探头的全孔径会使大量声能进入组件。以标准焊缝检测为例，如图 3 和图 4 所示，我们可以看到发射序列中的七个光束足以提供全体积焊缝覆盖。这表示 5 度分辨率下的 40-70 度剪切波。每个探头位置发射时只需发射 7 束光束，而等效 FMC 采集则发射 64 束，我们在扫描速度和检测效率方面获得了巨大的改进。
图3： 用于焊缝检测的 PWI 点火顺序
图4： 焊缝的 PWI 发射光束覆盖范围
高分辨率成像的全聚焦方法
捕获原始数据后的下一步是将其处理成高度聚焦的 TFM 图像。
图 5 ： TFM 计算
TFM 图像是通过将感兴趣的区域划分为像素从 PWI 数据构建的。在最简单的形式中，每个像素的“振幅”是通过考虑每个脉冲发生器-接收器对的飞行时间、考虑特定的波路径并将它们加在一起来计算的。这将创建一个理想聚焦的图像，提供出色的图像分辨率，以便更好地表征和测量具有挑战性的缺陷。
得益于 Eddyfi Technologies 先进的解决方案，TFM 计算可以非常快，在实时成像扫描期间或通过存储的原始 PWI 或 FMC 数据的后处理实时执行。提供一系列先进的 PAUT 仪器和软件；由Capture™提供支持的Gekko ®和Panther™，以及由UltraVision ®支持的TOPAZ ® 64和Emerald，支持实时 PWI 以及用于离线后处理的原始数据记录。
PWI 与 FMC - 速度
与 FMC 相比，PWI 方法具有几个关键优势：
FMC 类似设置的 PWI 比基于 FMC 的 TFM 成像快数倍，甚至比等效相控阵设置的扫描速度更快，从而大大提高了检查的效率和生产率。在图 6中可以看到一个实际示例，使用等效设置，对焊缝孔隙率簇进行成像，PWI-TFM 的采集速度比现场 FMC-TFM 快四倍半，比 PAUT 快两倍多！
图6：FMC、PAUT 和 PWI 速度比较
TOPAZ64 能够同时执行来自两个相控阵探头的多模式 PWI-TFM 帧作为附加通道（例如 TOFD、PAUT），因此在一次采集中可以捕获所有相关数据go，无需执行多次扫描。在下面的视频中，我们可以看到 PWI-TFM 与 TOFD 同时从焊缝两侧执行，扫描速度超过 100 毫米/秒，扫描分辨率为 1 毫米！
图7：高速多组 PWI 和 TOFD
图8： 多组 PWI 和 TOFD 数据
PWI 与 FMC – 信噪比
与 FMC 相比，由于光束发射能量增加，PWI 可以在具有挑战性的应用中提高 SNR。下面显示的应用程序显示了这些模式对高密度聚乙烯 (HDPE) 管道缺陷的比较结果，与碳钢相比衰减程度较大。对于可比较的设置，PWI 模式显示 SNR 与 FMC 模式相比提高了 13dB。
图9： PWI 与 FMC - HDPE 的 SNR
PCI 怎么样？
相位相干成像 (PCI)在 TFM 重建过程中对 A 扫描信号的相位而非振幅进行求和，可用于检测小点反射体，例如孔隙或裂纹尖端。好消息是它还可以与实时 PWI 一起使用，即将在新版本的 Capture上发布，它可以同时进行 TFM 和 PCI 成像以实现最佳检测效率。
图10：使用 FMC 和 PWI 成像的 HTHA 指示
看看高温氢腐蚀 (HTHA)的例子——一种以小孔“云”为特征的损伤机制——我们可以看到与 FMC-PCI 相比，实时 PWI-PCI 组合的真正力量。由于 PWI 触发模式，我们可以看到检测能力的巨大改进，可以识别数据中许多较小的迹象，并且能够更好地表征 HTHA 损坏程度。
PWI数据的后处理
对于大多数执行实时 TFM 的仪器，一旦计算出 TFM 图像，就不会存储原始数据。但是，可以记录原始 FMC 或 PWI 数据以进行后处理，无论是针对感兴趣的单个扫描位置还是针对完整扫描进行编码。由于大数据文件和较慢的扫描速度，记录 FMC 数据历来是密集的。然而，PWI 在这里增加了另一个好处。原始 PWI 数据的文件大小比 FMC 小得多，因此在存储时扫描速度更易于管理。通过后处理可以访问离线计算以进行深入分析；这包括使用UltraVision软件包中的高级算法、用户可配置的像素分辨率和波路径。一个例子，图9显示与上例相同的孔隙率，其中存储的 PWI 数据是使用相位相干因子 (PCF) 和延迟乘法求和 (DMAS) 算法构建的，显示 SNR 有显着改善。
图11：使用 PCF 和 DMAS 重建 PWI 原始数据
PWI 和 TFM 的优势显而易见，可提供更快的扫描速度和更高分辨率的 TFM 成像，同时在应对具有挑战性的应用时提高整体检测概率。要了解有关我们先进的 PAUT 检测解决方案的更多信息，请立即联系我们的专家.
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