Electrical pulser receiver and control design for high-speed scanning acoustic system

Abstract

현대의 비파괴 검사 시스템, 특히 주사 음향 현미경 (SAM) 시스템에서 고속 음향 펄서는 필수적이다. 이러한 고전압 기기는 초음파로 변환되는 정밀한 전기 펄스를 생성하여 손상을 일으키지 않고 재료 내부를 세심하게 검사할 수 있게 한다. 이러한 펄서/수신기 (P/R) 시스템의 성능은 검사의 정밀도와 신뢰성에 매우 중요한 역할을 한다. 이에 본 연구는 단일, 이중, 사중 채널 구성을 기반으로 한 초음파 펄서 설계 개발에 중점을 두고 있다. 90V 에서 작동하는 단일, 사중 채널 P/R 시스템은 신호 선명도와 정확도의 상당한 개선을 보여주었다. 그러나 가장 주목할 만한 개선은 500V 에서 작동하는 이중 채널 초음파 P/R 시스템에서 이루어졌다. 이러한 고전압 구성은 신호 최적화 및 작동 성능과 같은 기존 P/R 기술의 과제를 해결한다. 또한 SAM 컨트롤러는 검사 과정을 관리하고 동기화를 하기 위해 설계된 중요한 구성 요소이다. 고속 SAM 컨트롤러의 통합은 검사 과정의 동기화와 제어를 향상시키며, 더욱이 시스템의 정확도와 효율성을 개선한다. 본 논문은 이러한 향상된 설계에 대한 종합적인 분석과 구현 내용을 다루고 있다. 본 연구 결과는 고속 초음파 전송 펄서 기능과 SAM 컨트롤러 통합이 상당한 발전을 이루었으며, 이는 정밀 음향 이미징 적용에 기여한다는 것을 보여준다. 키워드: 고속 초음파 펄서, 고전압 펄서 수신기, 비파괴 검사, 주사 음향 현미경|High-speed ultrasound pulsers are essential in modern non-destructive testing and evaluation systems, particularly in scanning acoustic microscopy (SAM). These high-voltage devices generate precise electrical impulses that convert into acoustic waves, enabling thorough internal material examination without causing damage. The performance of the pulser/receiver (P/R) system is crucial for inspection precision and reliability. Our research focuses on developing advanced ultrasound pulser designs, including single-channel, dual-channel, and four-channel configurations. The single-channel and four-channel systems, operating at 90V, demonstrated significant improvements in signal clarity and precision. However, the most notable advancement was achieved with the dual-channel ultrasonic P/R system operating at 500V. This high-voltage configuration addresses challenges in existing P/R technology, such as signal optimization and operational performance. Additionally, the SAM controller is a critical component designed to manage and synchronize the scanning process. The integration of a high-speed SAM controller enhances the synchronization and control of the scanning process, further improving the accuracy and efficiency of the system. This work details our comprehensive analysis and implementation of these enhanced designs. Our findings demonstrate significant advancements in high-speed ultrasound transmit pulser capabilities and SAM controller integration, contributing to precision acoustic imaging applications. Keywords: High-speed ultrasound pulsers, high-voltage pulser receiver, non- destructive testing, scanning acoustic microscopy