Study and implementation of fast compressive 3-D total focusing method ultrasonic imaging using 2-D sparse arrays

Résumé

Cette thèse explore l’accent croissant mis sur l’imagerie tridimensionnelle dans le contrôle non destructif par ultrasons (CND), mettant l’accent sur l’importance du contrôle ultrasonore par sondes multiéléments (PAUT) et le potentiel émergent de la méthode de focalisation totale (TFM) pour l’imagerie à haute résolution. Lors de l’application de cette méthode dans un contexte d’imagerie en 2D à l’aide de sondes linéaires, des limites apparaissent concernant l’identification des défauts, notamment dans des scénarios avec des orientations aléatoires telles que des fissures, exigeant la nécessité de solutions d’imagerie en 3D. L’étude aborde les défis associés à l’utilisation de l’imagerie volumétrique dans le CND, se concentrant principalement sur les sondes matricielles dans le cadre de la TFM, dans le but de développer des stratégies novatrices d’acquisition ultrasonore et de traitement des données pour améliorer la productivité de la TFM en 3D. Le projet comporte deux aspects clés. Tout d’abord, le projet examine la complexité associée à la gestion d’un grand nombre d’éléments dans les sondes matricielles ultrasonores, explorant des techniques de réduction des éléments, notamment des stratégies de sélection d’éléments telles que les approches parcimonieux. Ensuite, la recherche se concentre sur des méthodologies visant à réduire le volume substantiel de données générées, en examinant des techniques innovantes de compression de données, telles que les approches d’échantillonnage compressif (CS). L’intégration de ces stratégies vise à ouvrir la voie au développement de scanners ultrasonores légers et à poser les bases théoriques de leur réalisation pratique. Premièrement, cette étude a introduit une méthode de conception de réseaux parcimonieux appliquée aux sondes linéaires et l’a comparée à la FMC et à l’imagerie par ondes planes (PWI). Ensuite, cette méthodologie de réseaux parcimonieux a été adaptée et étendue aux sondes matricielles pour optimiser l’efficacité de l’acquisition de données tout en équilibrant la qualité d’imagerie en 3D. Enfin, la méthode de réseaux parcimonieux a été combinée à un cadre CS efficace pour correspondre à l’augmentation des taux d’acquisition de données avec des réductions simultanées des volumes de données. Des essais expérimentaux sur des échantillons contenant des défauts artificiels ont été réalisés pour évaluer l’approche proposée. Les résultats de ce projet incluent trois réalisations significatives : (1) le TFM parcimonieux proposé a réduit de plus de 90% les séquence de tir tout en fournissant une grande précision, et ses performances étaient supérieures à celles de la PWI ; (2) une technique de réseau parcimonieux optimisé pour les sondes matricielles a permis une accélération de 9,8 fois de la TFM en 3D, préservant la qualité de l’image et les capacités de dimensionnement des défauts ; et (3) l’utilisation de CS et des réseaux parcimonieux a permis la récupération du signal ultrasonore à des taux d’échantillonnage inférieurs à la limite de Nyquist et une imagerie TFM plus rapide, indiquant une réduction potentielle de la complexité matérielle des dispositifs à ultrasons pour les applications de CND.

Date	12 avr. 2024
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Pierre Bélanger (Directeur(-trice))