Modellbasierte Fokussierungstechnik mit synthetischer Apertur zur Ultraschallmikroskopie für fluide Medien und Festkörper

Conference contribution
(Abstract of lecture)


Publication Details

Author(s): Wüst M, Schwarz M, Eisenhart J
Publication year: 2017
Conference Proceedings Title: Schallfeldbasierte Messverfahren - vom Transducer bis zur praktischen Anwendung
Pages range: 26


Abstract


Die Ultraschallmikroskopie ist ein gebräuchliches Verfahren für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung. Sie findet beispielsweise in der Halbleitertechnologie zur Visualisierung von Fehlstellen Anwendung. Konventionelle Ultraschallmikroskope verfügen aufgrund der erforderlichen hohen Schallfrequenzen (10 bis einige 100 MHz) lediglich über einen Einzelwandler-Prüfkopf mit fokussierender Linse, der mechanisch über den zu untersuchenden Prüfling geführt wird. Der Betrieb erfolgt üblicherweise im Puls-Echo-Modus.



Die emittierte Schallkeule wird durch eine sphärisch fokussierende Linse auf ein Fokusgebiet gebündelt. In diesem Tiefenbereich kann somit ein Bild mit einem hohen lateralen Ortsauflösungsvermögen gewonnen werden. Aufgrund der mit dem Abstand zum Fokus zunehmenden lateralen Breite des Schallfeldes wird ein punktförmiger Reflektor von mehreren Messpositionen aus detektiert. Außerhalb des Fokusgebietes ergeben sich je nach Messposition verschiedene Laufzeitunterschiede zwischen der Position der Prüfkopf-Oberfläche und dem Reflektorpunkt. In der Folge werden solche Targets als eine hyperbelförmige Sichel abgebildet. Da die Information über die tatsächliche Reflektivitätsverteilung im untersuchten Messgebiet aber prinzipiell in den erfassten Zeitrohdaten enthalten ist, kann diese durch synthetische Aperturfokussierungstechniken (SAFT) rekonstruiert werden.



Ein gängiges SAFT-Verfahren ist die Fokussierung mit dem Delay-and-Sum-Algorithmus (DAS). DAS führt für jeden Bildpunkt eine Laufzeitkorrektur der Signale unterschiedlicher Messpositionen durch und summiert die korrigierten A-Linien kohärent auf. Dazu wird die Schallkeule rein strahlenakustisch betrachtet und für die Laufzeitverschiebung der Fokus als punktförmige Quelle interpretiert. Dieses Verfahren ist auch als Prinzip der virtuellen Quelle bekannt und sowohl für Fluide als auch für Festkörper anwendbar.



Das hier vorgestellte Fokussierungsverfahren verfolgt einen modellbasierten Ansatz. Dieser basiert auf einem semi-numerischen Simulationsmodell der Messkette vom Aussenden des Schallpulses bis zum Empfang der Echosignale. Dabei wird die Schallausbreitung im Koppelmedium (Wasser) zwischen dem Prüfkopf und der Probe analytisch berechnet und ggf. die Schallausbreitung in einem angrenzenden Festkörper numerisch simuliert. Somit ist der präzise räumliche und zeitliche Verlauf des emittierten Schallpulses bestimmbar. Aus der genauen Kenntnis der Schallausbreitung während der Messung kann ein angepasster Filterkern generiert werden, welcher der Punkt-Bild-Funktion des Messsystems entspricht.



Das Potenzial der modellbasierten SAFT wird anhand verschiedener Reflektoren sowohl in Wasser als auch in Festkörperproben demonstriert und den Ergebnissen der DAS-basierten SAFT gegenüber gestellt. Es lässt sich zeigen, dass sowohl das laterale als auch das axiale Ortsauflösungsvermögen signifikant gesteigert werden können.



FAU Authors / FAU Editors

Eisenhart, Johannes
Lehrstuhl für Sensorik
Wüst, Michael
Lehrstuhl für Sensorik


How to cite

APA:
Wüst, M., Schwarz, M., & Eisenhart, J. (2017). Modellbasierte Fokussierungstechnik mit synthetischer Apertur zur Ultraschallmikroskopie für fluide Medien und Festkörper. Paper presentation at Workshop des Fachausschusses Ultraschall der DEGA e.V. - "Schallfeldbasierte Messverfahren - vom Transducer bis zur praktischen Anwendung", Drübeck, DE.

MLA:
Wüst, Michael, Michael Schwarz, and Johannes Eisenhart. "Modellbasierte Fokussierungstechnik mit synthetischer Apertur zur Ultraschallmikroskopie für fluide Medien und Festkörper." Presented at Workshop des Fachausschusses Ultraschall der DEGA e.V. - "Schallfeldbasierte Messverfahren - vom Transducer bis zur praktischen Anwendung", Drübeck 2017.

BibTeX: 

Last updated on 2018-08-08 at 13:54

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