تشخیص حباب های هوا در ستون های بتنی با استفاده از تکنیک توموگرافی تابش گاما

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی هسته ای، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 گروه برق، دانشکده انرژی، دانشگاه صنعتی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

چکیده

در توموگرافی تکنیکی برای نمایش سطح مقطع اجسام با استفاده از تابش اشعه ی ایکس، گاما یا امواج فراصوتی است. هدف از این مقاله ارائه یک تصویر اسکن مقطعی از یک ساختار بتنی و مشخص نمودن حفره‌های هوای موجود در آن است. در این کار، ستون بتنی به ارتفاع 3 متر و سطح مقطع 40×40 سانتی مترمربع با حفره‌های هوا در میانه ارتفاع به عنوان ساختار مورد نظر انتخاب شد. ایزوتوپ سزیوم-137 به عنوان چشمه‌ی رادیواکتیو و یدور سدیم به عنوان آشکارساز در نظر گرفته شدند. این ساختار در کد MCNPX مدل شد تا با شمارش تابش گامای عبوری از بتن داده های مورد نیاز برای بازسازی تصویر سطح مقطع به دست آید. سپس با استفاده از نرم افزار MATLAB ،الگوریتم بازسازی تصویر ART و داده های به دست آمده کد MCNPX تصویر سطح مقطع بازسازی شد. در روش ART سطح مقطع به صورت پیکسل های ناشناخته در نظر گرفته می‌شود. به این ترتیب که یک ماتریس ستونی(× n 1)که آرایه های آن مجموع پیکسل های ستونی و یک ماتریس سطری(× n  1 )که آرایه‌های آن مجموع پیکسل‌های سطری است، به عنوان ورودی برای الگوریتم ART تعریف می‌شود. خروجی یک ماتریس مربعی n × n ) ) می‌باشد که آرایه های آن پیکسل‌های تصویر سطح مقطع است. تصویر حاصل با وضوح مناسب مکان حفره‌ها را نشان داد. طبق نتایج به دست آمده تکنیک توموگرافی تابش گاما یک روش مناسب و غیرتهاجمی به منظور تحلیل سطح مقطع ساختارهای بتنی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Detecting Air Holes in a Concrete Structure Using Gamma-Ray Tomography Technique

نویسندگان [English]

  • Arezoo Khazaei 1
  • Elham Shahrokhi 2
  • Gholam Hossein Roshani 2
1 Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
2 Electrical Engineering Department, Kermanshah University of Technology, Kermanshah, Iran
چکیده [English]

 Tomography is a technique in order to display a representation of a cross-section through solid objects using x-rays, gamma rays or ultrasound waves. The purpose of this paper is to provide a non-invasive technique for creating a CT image and detecting air holes in a concrete structure using gamma-ray tomography technique. In this work, the concrete column with a cross-section of 40 cm × 40 cm and a length of 3 meters was considered as the desired structure. There were two air holes in the concrete column. Also, the isotope Cs-137 was considered as a radioactive source. One NaI(Tl) scintillation detector was used in order to measure the rate of gamma-rays emitted by the radioactive source. This structure was simulated using the MCNPX code. Then, the image of the cross-section was reconstructed using the obtained data of MCNPX, MATLAB software, and the ART algorithm. In the ART method, it was assumed that the cross-section contains unknown pixels. A row matrix (1 × n) and a column matrix (n × 1), which are the sum of the row pixels and column pixels of the image were defined as input for ART algorithm. The output was a matrix (n × n) that matrix arrays (n × n) are cross-section image pixels. Therefore, using these arrays, the cross-sectional image was reconstructed. The reconstructed image showed the correct location of the air holes. According to the obtained results, the proposed gamma radiation tomography technique was an appropriate and non-invasive technique in order to a cross-sectional analysis of concrete structures.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tomography
  • MCNPX
  • ART algorithm
  • Image reconstruction
  • Concrete

مراجع

  1. M. Safavi, H. Jafari, A. Kamali Asl, M. Shahriyari  "Design and manipulation 3d imaging system by using photodiode grid", Iranian Journal Of Medical Physics, P.P.53-64.
  2. “Industrial Process Gamma Tomography”, Final report of a coordinated research project 2003-2007, International Atomic Energy Agency, May 2008.
  3. de Oliveira Jr, J. M. Martins, A. C. G. DE Milito, J. A. “Analysis of Concrete Material through Gamma Ray Computerized Tomography”, Brazilian Journal of Physics, vol.23, (2004).
  4. M. Akbari, "Resolution and contrast quantitative analysis in images of computer cross sections using MTF curve calculation", a thesis submitted for the degree of master of science, Department of Nuclear Engineering, Shahid Beheshti University, (2009).
  5. M, Safavi, "Design and manufacture of 3D miniature CT scanning device under the control of MATLAB software with the ability to form and process three the next", a thesis submitted for the degree of master of science, Department of Nuclear Engineering, Shahid Beheshti University, (2009).
  6. Smith, S. W. “The Scientist and Engineer’s Guide to Digital Signal Processing”, California Technical Publishing, Second Edition, 1997-1999.
  7. Sharifi, M. Young, B. “3-Dimensional spatial monitoring of tanks for the milk processing industry using electrical resistance tomography”, Journal of Food Engineering, 105, 312-319 (2001).
  8. Sharifi, M. B. Young, W. Yu. “Towards fault detection of the operation of dairy processing industry tanks using Electrical Resistance Tomography”, Food Control, 38, p.p.192-197 (2014).
  9. Angel, J. De Chiffre, L. “ Comparison on Computed Tomography using industrial items”, CIRP Annals – Manufacturing Technology, 63, p.p.473-476 (2014).
  10. Mesquita, C.H. de Velo, A.F. Carvalho, D.V.S Martins,  J. F. T. Hamada, M. M. “Industrial tomography using three different gamma ray Energies Simultaneously- IMAGE Analysis”, Flow Measurement and Instrumentation, 74, p.p.1-9 (2016).
  11. Polansky, J. Wang, M. “Proper Orthogonal Decomposition as a technique for identifying two-phase flow pattern based on electrical impedance tomography”, Flow Measurement and Instrumentation, 53, Part A, p.p.126-132 (2016).
  12. Taylor, S. H. Garimella, S. V. “Design of electrode arrays for 3D capacitance tomography in a planar domain”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 106, p.p.1251-1260 (2017).
  13. Yenumula, L. Acharya, R. V. Kumar, U. Selvam, T. P. Roy, K. Patankar, V.H. Kar, S. “Ring artifact correction in gamma-ray process tomography imaging”, Applied Radiation and Isotopes, 124, p.p.75-82 (2017).
  14. Shikhaliev, P. M. “Computed Tomography imaging of large cargos”, 2018.
  15. MCNPXTM USER’S MANUAL, Version 2.5.0, 2005.
  16. Roshani, G.H. Hanus, R. Khazaei, A. Zych, M. E. Nazemi, Mosorov, V. “Density and velocity determination for single-phase flow based on radiotracer technique and neural networks”, Flow Measurement and Instrumentation, 61, p.p.9-14 (2017).
  17. Roshani, G.H. Karami, A. Khazaei, A. Olfateh, A. Nazemi, E. Omidi, M. “ optimization of radioactive sources to achieve the highest precision in threephase flow meters using Jaya algorithm”, Applied Radiation and Isotopes, 139, p.p.256-265 (2018).
  18. M. Zych, R. Hanus, Petryka, L. Swisulski, D. Strzepowicz, A., Zych, P., “Application of gamma densitometry and statistical signal analysis to gas phase velocity measurements in pipeline hydrotransport”, Conference Paper in The European Physical Journal Conferences, November (2014)
  19. Mosorov, V. Zych, M. Hanus, R. Petryka, L. “Modelling of dynamic experiments in MCNP5 environment”, Applied Radiation and Isotopes, 112, p.p.136-140 (2016).
  20. E. Nazemi, S.A.H. Feghhi, G.H. Roshani, S. Setayeshi, R. Gholipour Peyvandi, “A radiation-based hydrocarbon two-phase flow meter for estimating of phase fraction independent of liquid phase density in stratified regime”, Flow Measurement and Instrumentation,46, 25–32 (2015).
  21. Oliveira, E. F. Melo, S. B. Dantas, C. C. D. Vasconcelos, A. A. Cadiz, L. F. “ comparison among tomographic reconstruction algorithms with a limited data”, International Nuclear Atlantic Conference, (2011).

 

نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 52، شماره 1
فروردین 1399
صفحه 213-224

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار