Weiterentwicklung der Reverse Time Migration zur Anwendung auf Ultraschall-Echo-Daten in der zerstörungsfreien Prüfung

Müller, Sabine; Reicherter, Klaus; Niederleithinger, Ernst

doi:HT030362343

Weiterentwicklung der Reverse Time Migration zur Anwendung auf Ultraschall-Echo-Daten in der zerstörungsfreien Prüfung

Müller, Sabine^RWTH*

2023

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Dipl.-Geophys. Sabine Müller

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2023

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2023

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Niederleithinger, Ernst (Thesis advisor)^RWTH* ; Reicherter, Klaus (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2023-07-07

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2023-08382
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/967999/files/967999.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Beton (frei) ; Polyamid (frei) ; Ultraschall (frei) ; reverse time migration (frei) ; zerstörungsfreie Prüfung (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 550

Kurzfassung
Ultraschall-Echo-Messungen dienen in der zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen der Dickenbestimmung von Bauteilen sowie der Lokalisierung und Charakterisierung von Einbauteilen, Einlagerungen und anderen Inhomogenitäten. Zur Rekonstruktion werden bisher Abbildungsverfahren wie z.B. 3D-SAFT (Synthetic Aperture Focusing Technique) genutzt. Diese setzen aber voraus, dass nur direkte Reflexionen am Abbildungsobjekt erfolgen. Deshalb können keine zuverlässigen Aussagen über den Durchmesser von eingebauten Spannkanälen oder z.B. Seitenkanten von Objekten getroffen werden, da diese nur von mehrfach reflektierten Wellen erfasst werden. Mit der aus der Geophysik stammenden Reverse Time Migration, die bereits häufig in der Erdölexploration genutzt wird, lassen sich auch steilere Strukturen mit über 70° Einfallswinkel abbilden und somit auch die Unterseite von Einbauten oder Stufen in Bauteilen darstellen. Die vorliegende Arbeit untersucht mit Simulationsrechnungen die Leistungsfähigkeit des Algorithmus für die zerstörungsfreie Prüfung. Mittels Parameterstudien konnte die Darstellbarkeit einer Bohrung in einem simulierten Probekörper nachgewiesen werden. Ultraschall-Echo-Messungen an einem Polyamidprobekörper dienten der Überprüfung der Erkenntnisse aus den Simulationen. In den Probekörper wurde eine Bohrung eingebracht und schrittweise vergrößert. Für jeden Schritt wurden mit einem Scanner halbautomatisch rauscharme Ultraschalldaten erfasst. Die Bohrung ließ sich in Lage, Form und Durchmesser in jedem Schritt korrekt abbilden. Damit ist die Funktionalität der Reverse Time Migration auch an realen Ultraschall-Messdaten nachgewiesen. Mit Hilfe von Messungen an einem Betonprobekörper im Labor wurde die prinzipielle Anwendbarkeit an einem inhomogenen Material gezeigt. Hierbei konnte ein Spannkanal korrekt in Lage, Form und Größe abgebildet werden. Auch eine praxisnahe Messung an einer Brücke lieferte erste vielversprechende Ergebnisse zur Lokalisation und Bestimmung der Form eines Spannkanals. Die Ergebnisse der Simulationen und Messungen zeigen eine klare Verbesserung gegenüber den konventionell genutzten SAFT-Verfahren. Es müssen sich jedoch noch weitere Arbeiten anschließen, in denen die Qualität der Messungen und Abbildungsergebnisse weiter verbessert werden können. Insbesondere an Beton ist der Einfluss des Kornrauschens und der Dämpfung groß. Für die Messung und Auswertung der Messdaten von der Brücke waren diese Faktoren die größten Störeinflüsse.

Ultrasonic measurements in non-destructive testing are used to determine the size of structural elements and to locate and characterise components and inhomogeneities. State of the art for reconstruction are methods like 3D-SAFT (Synthetic Aperture Focusing Technique). These algorithms require only direct reflections from objects. It is impossible to get reliable information on the diameter of tendon ducts or vertical boundaries of objects because these can only be imaged using multiple reflections. Reverse Time Migration is a commonly used imaging method in exploration geophysics. With this method, it is possible to image steep structures with an incidence angle larger than 70° like steps or the bottom of components. In this thesis, the capability of the Reverse Time Migration for non-destructive testing is shown using simulated data. It was possible to image the full perimeter of a hole in a simulated object. Ultrasonic measurements were performed on a polyamide specimen to verify the results of the simulations with low noise data. A hole was drilled into the specimen and the size of the hole was increased stepwise. Measurements were made for each step. Position, size and diameter were imaged accurately and the applicability of the Reverse Time Migration in non-destructive testing was proven. In the next step, laboratory measurements on a concrete model were performed. A tendon duct was imaged in position, size and diameter. First results of a measurement on a bridge show that it is possible to locate a rectangular tendon duct. Unfortunately it was impossible to image the bottom of it due to missing multiple reflections and attenuation. The results of the simulations and the measurements show a clear advantage over the SAFT algorithms used so far. Further work must be done to improve the quality of the measurements and the images. Especially on concrete the influences of noise because of the aggregates and the attenuation are high. This can be seen in the results of the measurements of the bridge.

OpenAccess:
PDF
(zusätzliche Dateien)