Ультразвуковые голограммы

Использование методов голографии и голографической интерферометрии в технологии позволяет решать задачи неразрушающего контроля качества изделий, а также осуществлять дефектоскопию изделий в ультразвуковом и рентгеновском диапазонах. Восстановление ультразвуковых голограмм в световом диапазоне позволяет сравнительно просто визуализировать внутреннее строение и дефекты контролируемых изделий, устраняя основную трудность ультразвуковой дефектоскопии — расшифровку полученных данных. [c.259]

В общем виде принцип получения ультразвуковой голограммы аналогичен принципу получения оптической голограммы. Как и в оптике, ультразвуковая голография представляет собой двухступенчатый процесс, на первой стадии которого происходит полная (с учетом амплитуды и фазы) запись распределения рассеянного объектом акустического поля, а на второй стадии — стадии восстановления — оптическая реконструкция акустического изображения. Для голографического процесса, совершающегося в реальном масштабе времени (оптико-акустические методы), эти стадии совмещены по времени. [c.210]

В следующей, пятой главе излагаются принципы и примеры применения ультразвуковой голографии. Автор приводит также некоторые данные по синтезированной апертуре. Следует отметить, что в ультразвуковой голографии первоначально использовались методы, развивающие традиционные способы ультразвуковой дефектоскопии. В главе по существу описываются два таких метода. В первом методе использовалась ультразвуковая аналогия оптической голографии, а во втором — электронное сканирование поля ультразвуковой голограммы источником или приемником, а затем применялся какой-либо электронный метод восстановления, например с использованием ЭВМ. Эти методы основаны на известных способах визуализации ультразвуковых полей, а новым в них является только использование опорной волны от вспомогательного источника ультразвука или волны, получаемой путем электронной имитации. Практически это дает ряд преимуществ, позволяя сочетать достоинства методов визуализации ультразвуковых полей и методов голографии. Поэтому изложенный материал представляет значительный интерес для многих специалистов по неразрушающему контролю. [c.10]

Вторым преимуществом ультразвуковой голограммы является то, что она представляется в виде, удобном для применения методов оптической обработки информации, что также может помочь в расшифровке изображений ). С этой точки зрения ультразвуковая голограмма является записью информации [c.154]

Методы получения ультразвуковых голограмм могут быть разделены на два широких класса ультразвуковые аналоги оптических методов и электронные методы. [c.159]

Два излучателя, подсоединенные к одному генератору сигналов, помещены в водяную ванну и ориентированы так, что их пучки перекрываются на поверхности. В дополнение к колебательным смещениям поле интерференции вызывает статическое распределение смещений поверхности. Если на пути одного из пучков помещается объект, статическое поле смещений видоизменяется звуком, рассеянным объектом, и результирующий рельеф поверхности превращается в ультразвуковую голограмму объекта. Для того чтобы наблюдать ультразвуковые изображения, пучок когерентного света, отраженный от поверхности воды, фокусируется в некоторой плоскости, где изображе- [c.160]

Ф и г. 5.3. Схема записи ультразвуковой голограммы с электронным опорным сигналом. [c.163]

Фиг. 5.4. Схема записи ультразвуковой голограммы методом синтезированной апертуры.

Как было указано во введении, голограмма содержит информацию, записанную в форме, удобной для оптической обработки. Это очень полезно в неразрушающем контроле, например при выявлении мелких дефектов в крупнозернистом материале, влияние же больших зерен на изображение дефекта можно устранить пространственной фильтрацией. Ультразвуковая голография широко использует импульсные системы, поэтому применение селекции импульсов по дальности делает возможным контроль объекта по отдельным сечениям, расположенным последовательно одно за другим, причем ультразвуковые голограммы могут быть получены для каждого сечения в отдельности. Это облегчает интерпретацию результатов контроля по сравнению [c.170]

Голография с модулированными во времени пучками обычно осуществляется в зависимости от конкретного применения на одной из трех различных установок на установке для получения голограмм ультразвуковых пучков, на установке, производящей модулированные голограммы колеблющихся объектов, и на установке, предназначенной для определения резонанса волн сдвига в кристалле ADP. Схемы этих установок приведены на рис. 20—22. Ниже мы даем их подробное описание. [c.353]

Рис. 20. Установка для получения голограмм ультразвуковых пучков.

При восстановлении изображения с такой голограммы в объектную волну помещают рассеиватель. Мнимое изображение можно наблюдать при нормальных условиях. Хотя при голографировании используется большой угол зрения, но лишь небольшая часть ультразвукового пучка, которая удовлетворяет условиям угла Брэгга, видна яркой. Если наблюдать изображение в телескоп, установленный под углом Брэгга, то с одной и той же яркостью можно видеть весь ультразвуковой пучок. [c.354]

В некоторых случаях можно обойтись без фиксирования звуковой голограммы. Об оригинальном методе звуковидения сообщается в статье [93]. Ультразвуковые датчики и предмет погружены в воду (рис. 4). На поверхности воды образуется рябь [c.311]

Используя вместо когерентного света ультразвуковые волны, можно получить акустическую голограмму. Звук проникает в оптически непрозрачные предметы. Поэтому акустическая голограмма позволяет восстановить трехмерное изображение внутренних частей предмета, например органов человеческого тела или глубин океана, что открывает широкие перспективы для применений в медицине, в подводных исследованиях, геофизике, археологии. [c.389]

Таким образом, в самом ультразвуковом поле в процессе его существования содержится информация о рассеивающем звук объекте. Ультразвуковое поле действует на проходящий световой поток подобно фазовой объемной голограмме, а дифракция света на этом поле эквивалентна процессу восстановления изображения. Такое представление ультразвукового поля справедливо лишь в случае слабо рассеивающего объекта [68]. [c.215]

Голограмму можно записать на одной волне, а восстановить на другой. Следовательно, голограмма может быть записана на звуковых (ультразвуковых) волнах, а восстановлена светом. Этот прием и называется акустической (ультразвуковой) голографией. [c.109]

В акустической или ультразвуковой голографии для получения голограммы используются звуковые волны. Целью здесь является, как и при всех вышеописанных способах формирования изображения, получение оптической картины структур, не поддающихся прямому оптическому наблюдению. [c.316]

В ультразвуковой голографии оптическая система как вычислительное устройство может быть заменена цифровой вычислительной машиной, а процесс формирования голограммы — ее цифровым синтезом. Ниже кратко рассматривается этот вопрос. [c.155]

В устройстве, изображенном на фиг. 5.2, миниатюрный приемник, расположенный под поверхностью жидкости, дает на выходе электрический сигнал, пропорциональный сумме звуковых давлений предметного и опорного пучков. Для того чтобы Получить голограмму, аналогичную оптической, описываемой уравнением (5.9), необходимо пропустить электрический сигнал через квадратичный детектор и результат, соответствующий Данному положению приемника, записать на фотографический Транспарант. Как и в случае электронно-акустического преобразователя, голограмма строится путем синхронного сканирования записывающей среды и ультразвукового волнового фронта. Анализ составляющей сигнала на выходе приемника, обусловленной опорной волной, позволяет сделать вывод, что опорную волну можно заменить эквивалентным сигналом и в результате квадратичное детектирование можно заменить простым перемножением. Таким образом, для получения голограммы без опорного пучка необходимо только соответствующим образом обработать сигнал приемника, создаваемый ультразвуком, рассеянным на объекте. В оптике такой метод записи голограммы невозможен Из-за технологических трудностей. [c.162]

Схема записи голограммы последним способом показана на фиг. 5.3, где, как и прежде, объект озвучивается излучателем, работающим от генератора с частотой со/2я, а миниатюрный приемник сканирует поле предметной волны. Сигнал с ультразвукового генератора подается на отдельный однополосный модулятор, где он смешивается с сигналом генератора опорного пучка частотой сог/2л для получения на выходе сигнала часто- [c.163]

Для прямой количественной оценки эксплуатационных показателей поверхности, оценки точности и достоверности упрощенных методов определения параметров неровностей, наглядности в смысле обоснования классификации поверхностей на базе топологии, развития идей их математического описания и оценки о ластей применимости стержневых, кО ических, сферических, эллипсоидных и других моделей целесообразно- использовать пространственную оценку неровностей с помощью методов горизонталей (по способам реперных линий, референтных плоскостей и гипсометрии), стереофотограмметрии, ультразвуковых голограмм и голографической интерферометрии в сочетании со стерео-логическим анализом ио розе числа пересечений, степени ориентированности неровностей и углу направленности. [c.185]

При регистрации акустических или ультразвуковых голограмм используются три основных метода. Прежде всего, так же как и в случае микроволновой голографии, голограмму получают мето- [c.194]

Рассмотрим сущность указанных методов ультразвуковой голографии. На рис. 117 изображена схема ультразвуковой голографии по методу поверхностного рельефа. Две сходящиеся ультразвуковые волны, одна из которых опорная, а другая предметная, возбуждаются от одного генератора на частоте 7 МГц. Поле интерференции образует поверхностный рельеф — ультразвуковую голограмму. Поверхностный рельеф фотографируется, и оптическое изображение восстанавливается в сходящемся пучке лазера. Именно этот метод заложен в основу промышленной ультразвуковой голографической установки, выпускаемой фирмой Холотрон (США). [c.210]

I — излучатель УЗК 2 — дефект 3 — контролируемый объект 4—ванна с водой 5 — сканирующий пьезоприемник 6 — регистрирующая лампа 7 — линза 8 — ультразвуковая голограмма 9 — электронный блок [c.211]

Предполагается, что на этапе оптического восстановления ультразвуковой голограммы возможно применение методов оптической пространственной фильтрации, причем оптический фильтр может быть сконструирован с учетом йредварительного представления о характере и структуре объекта, и таким образом задачу визуализации объекта можно заменить задачей его распознавания. — /7/кш. ред. [c.154]

Для записи ультразвуковых голограмм был предложен ряд детекторов, работа которых сходна с работой фотопластинки, но наибольшее развитие получил метод поверхностного рельефа жидкости [17, 9], который и ранее использовался для визуализа-црш ультразвуковых полей [13]. Бегущая ультразвуковая волна перемещает жидкость, и если ультразвуковой пучок направлен вверх на ее поверхность, то происходит стационарное смещение поверхности вдоль волнового фронта пучка, которое обычно на несколько порядков больше амплитуды поверхностных колебаний. Способ, каким этот эффект может быть использован для создания голограммы с последующим оптическим восстановлением, показан на фиг. 5.2. Приближенный анализ метода проводился в приложении 1. [c.160]

Так как ультразвуковая и оптическая голография имеют много общего, полезно провести их сравнительный анализ. Замечательное свойство оптических голограмм — эффект объемности изображений, при этом глубина сцены позволяет голографировать объекты высотой около 50 мм, отстоящие друг от друга на расстояние 50 мм. Такое расстояние соответствует 10 длин волн, и если его перес-читать для ультразвука на частоте 10 Мгц в воде, то размеры объектов станут порядка 1370 мм и до такой же величины возрастут интервалы между ними. Типичный объект неразрушающего ультразвукового контроля, например большая раковина, достигает размера, равного 30 длинам волн, однако такие размеры в оптических единицах соответствуют микроскопическому объекту. Для ультразвукового импульса в 100 длин волн на частоте 10 Мгц разрешающая способность по дальности составляет - 8,5 мм в воде и более 25 мм в стали, что в оптическом диапазоне эквивалентно микроскопической толщине порядка 25 мкм. Из этого следует, что получение ультразвукового изображения при неразрушающем контроле имеет много общего с оптической микроскопией и ультразвуковая голограмма восстанавливает достаточно плоское изображение. Эффект объемности выражен значительно слабее, чем в оптической голографии. Таким образом, голографическое изображение не будет существенно отличаться от изображения, полученного каким-либо другим ультразвуковым методом. [c.167]

Компьютерная система ультразвукового контроля с когерентной обработкой данных может быть использована для получения высококачественных изображений дефектов в твердых телах по многочастотным цифровым акустическим голограммам. С ее помощью возможно осуществление растровото сканирования поверхности исследуемого образца и регистрадаи эхосигналов, рассеянных неоднородностями. Последующая когерентная обработка этих данных обеспечивает получение изображения дефектов с высоким разрешением и исключительной помехоустойчивостью. Восстановленные изображения позволяют определять реальные размеры дефектов, их наклон, координаты и делать обоснованные суждения о типе дефекта (плоский, объемный) [34, 39]. [c.403]

Нередко бывает так, что мы хотели бы получить голографическое изображение объекта, придуманного нами или не имевшегося у нас в наличии, или такого, для которого нельзя получить голограмму обычными методами. Например, нам понадобилась трехмерная модель молекулы, а строить ее обычными способами мы не имеем возможности. Или нам нужно получить дисплей срезов объекта (таких, например, которые получают с помощью ультразвуковых В-ска-неров) в их правильном трехмерном соотношении. Бывает так, что мы хотим записать небольшую голограмму большого объекта, но так, чтобы его восстановленное изображение не находилось далеко от голограммы. Для этих и многих других целей были изобретены различные методы формирования синтезированных изображений. Здесь описываются некоторые из этих методов. Однако мы не будем обсуждать голограммы, синтезированные на ЭВМ. Обсуждение этого хорошо разработанного аспекта увело бы нас в сторону от чисто оптической голографии. Голограммы, синтезируемые на ЭВМ, рассмотрены в книге Кольера и др. [3, гл. 19], где в гл. 18 обсуждаются многие из основных идей формирования синтезированных изображений. Мы опустили в нашем рассмотрении ссылки на литературу, поскольку в книге Кольера и др. можно найти как подробное обсуждение этого вопроса, так и иллюстрации и ссылки на литературу. [c.225]

Во многих случаях задача состоит в том, чтобы в данный момент времени можно было наблюдать лишь отдельную плоскость сечения объекта на некоторой его глубине. Можно привести несколько примеров. Ультразвуковые сканеры типа В дают наборы срезов , или томографические картины , объекта по глубине при зондировании вдоль некоторой линии объекта звуковым эхо. Трансаксиальная томография также дает нам поперечные сечения объекта при просвечивании его рентгеновскими лучами. Формирование изображений в у-лучах методом кодированной апертуры позволяет наблюдать любую плоскость по глубине объекта. То же самое позволяет и акустическая голография. Во всех этих случаях мы имеем N изображений, чтобы записать N планов по глубине. И снова голографическое мультиплексирование обеспечивает простой способ одновременного наблюдения за всеми этими изображениями при соответствуюш,их их положениях по глубине. Этот вопрос был рассмотрен в обзоре Колфилда [1]. Схема записи приведена на рис. 6. Вместо того чтобы между экспозициями перемещать регистрирующую среду и использовать в данный момент времени только узкую полоску, мы перемещаем рассеиватель и при каждой экспозиции экспонируем всю голограмму. При необходимости записывать много планов по глубине можно было бы изобрести более экзотические методьг мультиплексирования, чем простой метод многократной экспозиции, чтобы избежать уменьшения отношения сигнал/шум в раз (см. 5.2). Хотя эти синтезированные изображения и полезны, однако они никогда [c.232]

Принципы оптической голографии могут быть распространены и на ультразвуковые колебания. На рис- 38 приведена схема установки акустической голографии. Объект в виде буквы прозвучивается ультразвуковыми колебаниями. В плоскости звукового изображения перемещается сканирующий приемник, из меряющий диафрагированную звуковую волну. Поскольку звуковой приемник измеряет непосредственно амплитуду звуковой волны (в противоположность оптическим приемникам, измеряющим интенсивность), опорная волна непосредственно снимается со звукового генератора и в виде электрических сигналов пересылается в приемник. Таким образом, отдельный опорный луч не нужен. Голограмма состоит из электрического сигнала, характеризующего интенсивность интерферирующего акустического распределения в зависимости от положения. Сигнал может воспроизводиться с помощью только электронных устройств. [c.117]

На рис. 119 показан принцип действия голографической установки, в которой применен электронно-акустический и преобразователь [99]. Ультразвуковые излучатели, возбуждаемые от одного генератора, создают две волны, одна из которых играет роль предметной, другая—опорной. Пьезорельеф кварцевой мишени, расположенной в поле интерференции волн, сканируется электронным лучом. Ток вторичной электронной эмиссии усиливается умножителем и электронным усилителем. Усиленный сигнал после детектирования поступает в телевизионное устройство. На экране телевизионной трубки воспроизводится голограмма, которая затем фотографируется. Восстанавливают изображение в сходящемся пучке лазера. Голограмму записывают на частоте 7 МГц, длина волны в воде 0,2 мм. Из-за ограниченности апер- [c.211]

Техника записи с жидкой поверхности и оптической записи временных акустических голограмм, которая находится в настоящее время в стадии разработки, выглядит многообещающе как практически надежная система для работы с высокими ультразвуковыми частотами. Такие частоты, лежащие в мегагерцевой области, потребуются в медицинской диагностике и при неразрушающих испытаниях материалов. Получение высококачественных изображений человеческого тела, показывающих структуру мягких тканей, органов и сосудов, будет давать врачу новую клиническую информацию. Такая система будет значительным подспорьем существующим методам импульс — эхо и рентгеновским методам. Акустическая голография для изображения объектов под поверхностью земли и моря находится в стадии разработки, но ее осуществление — дело более отдаленного времени. [c.126]

Имеется несколько разновидностей ультразвуковой голографии с различной техникой съемки и восстановления изображения. Некоторые из них характеризуются тем, что акустическай голограмма формируется на плоском детекторе за один этап при наложении волны от объекта и сравнительной волны, как это было описано применительно к оптической голографии (процесс съемки). Для этого в принципе пригодны все эффекты, описанные в разделах 13.1—13.11, т. е. ранее освещавшиеся способы формирования изображения (или акустико-оптические преобразователи) могут быть превращены в голографический метод, если добавить сравнительную волну. [c.316]

ТОЙ (со — сог)/2я. Затем сигнал со сканирующего приемника перемножается с сигналом частотой (со — озг)/2я и результирующее напряжение с соответствующим смещением для получения уни-полярности поступает на фототелеграфное устр.ойство для записи изображений, сканирование в котором осуществляется синхронно с приемником. Эта запись образует оптический транспарант. В настоящее время принято подавать сигнал с ультразвукового генератора непосредственно на перемножитель, опуская два промежуточных преобразования, что обеспечивает формирование двух изображений, лежащих на одной линии, если предметный пучок падает нормально к плоскости сканирования, и расположенных под углом друг к другу, если предметный пучок наклонен к плоскости сканирования. Вместо сканирующего приемника можно использовать электронно-акустический преобразователь, а голограмму получать путем фотографирования изображения с телевизионного экрана [10]. [c.164]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...