ULTRASONIC IMAGING VIA DIGITAL ANTENNA FOCUSING TECHNIQUE USING HIGH-FREQUENCY LAMB WAVES

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Ultrasonic testing using guided waves, particularly Lamb waves, is a powerful tool for inspecting thin objects. This paper considers the implementation of ultrasonic testing with Lamb waves using digital antenna focusing technique (DFA). By using high-frequency Lamb waves generated through the use of wedges, it is possible to perform ultrasonic testing using conventional ultrasound equipment. To enhance the quality of the image restoration, a post-processing approach has been proposed, which combines the application of conventional algorithm within DFA and Phase Coherent Imaging (PCI). Experimental results demonstrate that this combined approach effectively restores images of flaws located at various depths with high signal-to-noise ratios, demonstrating the promising potential for this technique in pulse-echo ultrasonic inspection. These findings expand the range of applications for phased-array ultrasonic systems

About the authors

Dmitrii Olegovich Dolmatov

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: dolmatovdo@tpu.ru
ORCID iD: 0000-0003-1789-1519
Russian Federation, 634050 Tomsk, Lenina avn., 30

Vladimir Смолянский

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: vsmol@tpu.ru
Russian Federation, 634050 Tomsk, Lenina avn., 30

Mikhail Tsyplakov

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: cplk@tpu.ru
Russian Federation, 634050 Tomsk, Lenina avn., 30

Egor Kashkarov

National Research Tomsk Polytechnic University

Author for correspondence.
Email: ebk@tpu.ru
Russian Federation, 634050 Tomsk, Lenina avn., 30

References

  1. Rose J. L. Ultrasonic guided waves in solid media. Cambridge: Cambridge University Press, 2004. 547 p.
  2. Bombarda D., Vitetta G. M., Ferrante G. Rail diagnostics based on ultrasonic guided waves: An overview //Applied Sciences. 2021. V. 11(3). Article number: 1071.
  3. Ge H., Chua Kim Huat D., Koh C. G., Dai G., Yu Y. Guided wave–based rail flaw detection technologies: State-of-the-art review // Structural Health Monitoring. 2022. V. 21 (3). P. 1287—1308.
  4. Zang X., Xu Z. D., Lu H., Zhu C., Zhang Z. Ultrasonic guided wave techniques and applications in pipeline defect detection: A review // International Journal of Pressure Vessels and Piping. 2023. V. 206. Article number: 105033.
  5. Murav’eva O. V., Len’kov S. V., Murav’ev V. V., Myshkin Y. V., Murashov, S. A. Factors that affect the excitation effectiveness of torsional waves during waveguide inspection of pipes // Defectoskopiya. 2016. No. 2. P. 33—41.
  6. Gao D., Ma Y., Wu Z., Zheng Y., Lu H. Guided wave based damage detection method for aircraft composite structures under varying temperatures // Structural Durability & Health Monitoring. 2021. V. 15 (1). Article number: 23.
  7. Mei H., Haider M. F., James R., Giurgiutiu V. Pure S0 and SH0 detections of various damage types in aerospace composites // Composites Part B: Engineering. 2020. V. 189. Article number: 107906.
  8. Loveday P. W., Fromme P. Low-cost instrumentation for high frequency ultrasonic guided wave laboratory research in free rock bolts // Applied Acoustics. 2025. V. 227. Article number: 110262.
  9. Cawley P. Guided waves in long range nondestructive testing and structural health monitoring: Principles, history of applications and prospects // NDT & E International. 2024. V. 142. Article num-ber: 103026.
  10. Samokrutov A. A., Shevaldykin V. G. Ultrasonic tomography of metal structures using the digitally focused antenna array method // Defectoskopiya. 2011. No. 1. P. 21—38.
  11. Holmes C., Drinkwater B., Wilcox P. The post-processing of ultrasonic array data using the total focusing method // Insight-Non-Destructive Testing and Condition Monitoring. 2004. V. 46. No. 11. P. 677—680.
  12. Zhu W., Xiang Y., Zhang H., Zhang M., Fan G., Zhang H. Super-resolution ultrasonic Lamb wave imaging based on sign coherence factor and total focusing method // Mechanical Systems and Signal Processing. 2023. V. 190. Article number: 110121.
  13. Lyu Y., Hong H., Song G., He C. A Simplified Integration of Multi-Channel Ultrasonic Guided Wave System for Phased Array Detection and Total Focusing Imaging // International Journal of Acoustics and Vibration. 2021. V. 26. No. 2. P. 104—111.
  14. Zhang H., Zhang J., Fan G., Zhang H., Zhu W., Zhu Q., Zheng R. The auto-correlation of ultrasonic Lamb wave phased array data for damage detection // Metals. 2019. V. 9. No. 6. Article number: 666.
  15. Masserey B., Raemy C., Fromme P. High-frequency guided ultrasonic waves for hidden defect detection in multi-layered aircraft structures // Ultrasonics. 2014. V. 54. No. 7. P. 1720—1728.
  16. Jayaraman C., Krishnamurthy C. V., Balasubramaniam K. Higher Order modes cluster (HOMC) guided waves—A new technique for NDT inspection // AIP conference proceedings. 2009. V. 1096. No. 1. P. 121—128.
  17. Chandrasekaran J., Krishnamurthy C. V., Balasubramaniam K. Axial higher order modes cluster (A-HOMC) guided wave for pipe inspection // AIP conference proceedings. American Institute of Physics. 2010. V. 121.
  18. Camacho J., Fritsch C., Fernandez-Cruza J., Parrilla M. Phase Coherence Imaging: Principles, applications and current developments // Proceedings of Meetings on Acoustics. Acoustical Society of America. 2019. V. 38. No. 1. Article number: 055012.
  19. Ducousso M., Ghibaudo O., Amiel S. Surface imaging using total focusing method on surface waves for non destructive testing // NDT & E International. 2024. V. 146. Article number: 103176.
  20. Fraunhofer Institute for Nondestructive Testing IZFP. OPTUS-ETHUS – mobile solution for nondestructive testing of pipes and floors [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.izfp.fraunhofer.de/en/produkte-dienstleistungen/Produkte/OPTUS_ETHUS.html (date of access: 27.09.2025).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».