Adaptive Beamforming and Multiwave Fusion for Precise Laser Ultrasound-Based Nondestructive Evaluation

波束赋形 融合 激光器 自适应波束形成器 计算机科学 声学 超声波 电子工程 物理 工程类 光学 语言学 哲学
作者
Mengzhi Fan,Zhun Xie,Lijun Xu,Jianguo Ma
出处
期刊:IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:74: 1-9 被引量:6
标识
DOI:10.1109/tim.2024.3500048
摘要

In the nondestructive evaluation (NDE) of metals, laser-induced ultrasound is efficient in detecting internal cracks because of its flexibility and noncontact capabilities. However, image reconstruction is challenging for characterizing inner cracks due to multimode waves and multiple lobes in the laser ultrasound field. Here, we proposed a two-step method to overcome the challenges. First, we propose an array-domain and beam-domain minimum variance (ABMV) beamformer to produce adaptive apodization weights that match the intrinsic beam pattern of the ultrasound, suppressing the interference and noise terms successfully. Second, images reconstructed from longitudinal, transverse, and mode-converted waves are fused to generate a high-quality image that accurately reveals the location and size of the cracks. Compared to traditional delay-and-sum (DAS) and minimum variance (MV) beamforming methods that generate images with either low resolution or low signal-to-noise ratio (SNR), the proposed beamformer achieves both the high resolution as MV and the high SNR as DAS. Furthermore, the multiwave fused image enables more precise crack detection than images reconstructed from any single mode of the waves. The simulation and experiment results show the superiority of the ABMV method. The proposed method overcomes the challenges of multimode and multilobe interference, holding great potential in laser ultrasound-based NDE.
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