Разработка программно-аппаратных средств ультразвуковой томографии крупногабаритных сложноструктурных изделий из бетона
Большое затухание УЗ сигналов в бетоне и большая толщина изделий, тяжелые сорта бетона с наполнителем крупного размера и условие сухого контакта предопределяют выбор низкой частоты УЗ. контроля (порядка 100 кГц). В свою очередь, в области низких частот контроль с высокой разрешающей способностью возможен лишь с применением коротких и, следовательно, широкополосных сигналов, что определяет… Читать ещё >
Содержание
- Цель работы
- Научная новизна
- Защищаемые положения
- Практическая значимость и внедрение результатов работы
- Апробация работы
- Объем и структура работы
- 1. ПРОБЛЕМЫ УЛЬТРАЗВУКОВОГО НИЗКОЧАСТОТНОГО КОНТРОЛЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ БЕТОНА. ОБЗОР МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ЭХО-КОНТРОЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ БЕТОНА
- 1. 1. Проблема выделения УЗ эхо-сигнала из шумов и помех
- 1. 2. Проблемы УЗ низкочастотного контроля изделий из бетона
- 1. 3. Пути решения проблемы чувствительности УЗ НК. Выделение УЗ эхо-сигналов из белого шума
- 1. 4. Пути решения проблемы чувствительности при УЗ контроле изделий с высоким уровнем структурного шума
- 1. 4. 1. Понятие о пространственно-временной обработке сигналов при УЗ контроле изделий из сложноструктурных материалов
- 1. 4. 2. Обобщенный алгоритм ПВОС при УЗ контроле
- 1. 4. 3. Алгоритм ПВОС при выделении сигнала на фоне белого шума
- 1. 4. 4. Пространственно-временная обработка сигналов в случае стационарной помехи
- 1. 4. 5. Алгоритм ПВОС при УЗ толщинометрии
- 1. 4. 6. Алгоритм ПВОС «фокусировка в точку»
- 1. 5. Применение фазированных антенных решеток при УЗ неразрушающем контроле
- 1. 5. 1. УЗ фазированные антенные решетки для медицинских исследований
- 1. 5. 2. УЗ приборы с фазированными антенными решетками для УЗ НК изделий из металла
- 1. 5. 3. УЗ приборы с фазированными антенными решетками для томографии крупногабаритных сложноструктурных изделий из бетона
- 1. 5. 4. Особенности работы УЗ ФАР, используемых для томографии крупногабаритных изделий из бетона. Метод синтезированной апертуры (САФТ)
- 1. 5. 5. Особенности УЗ преобразователей фазированных антенных решеток, используемых для томографии крупногабаритных изделий из бетона
1.5.6. Обработка сигналов при использовании УЗ НЧ ФАР в задаче контроля крупногабаритных сложноструктурных изделий из бетона. 45 1.6. Выводы по главе 1. Направление развития эхо-импульсной дефектоскопии бетона с использованием SAFT применительно к задаче контроля крупногабаритных сложноструктурных изделий из бетона.
2. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОМОГРАФИИ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ БЕТОНА.
2.1. Определение частотной зависимости коэффициента затухания ультразвуковых сигналов в CK из бетона. Выбор оптимальной частоты УЗ зондирующих сигналов.
2.2. Результаты контроля бетонного изделия толщиной 150 мм с наполнителем D ~ 3−5 мм на частоте 500 кГц.
2.3. Использование нелинейных обработок УЗ сигналов для увеличения чувствительности томографии CK из бетона.
2.3.1. Алгоритм «вычитание наводки».
2.3.2. Алгоритм «коррекция затухания».
2.4. Результаты контроля бетонного изделия толщиной 300 мм с наполнителем D ~ 3—5 мм на частоте 500 кГц.
2.5. Контроль бетонного изделия толщиной 300 мм с наполнителем D ~ 3−5 мм на частоте 200 кГц с использованием ФАР с синтезированной апертурой.
2.6. Контроль бетонного изделия трапециевидной формы толщиной 175 мм с крупным наполнителем D ~ 10−15 мм на частоте 200 кГц.
2.6.1. Алгоритм «фильтрация нижних частот».
2.6.2. Алгоритм «оконная фильтрация».
2.6.3. Алгоритм «фазового перекоса».
2.7. Выводы по главе 2.
3. СИНТЕЗ АЛГОРИТМОВ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ ОТРАЖАЮЩИХ ПЛОСКОСТЕЙ ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОМОГРАФИИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ БЕТОНА.
3.1.Особенности применения метода «фокусировка в точку» при УЗ томографии изделий из сложноструктурных материалов.
3.2. Применение алгоритма «фокусировка в точку» для построения изображения отражающей плоскости.
3.3. Обнаружение отражающих плоскостей при ультразвуковой томографии изделий из бетона с помощью алгоритма «фокусировка на плоскость».
3.3.1. Синтез алгоритма «фокусировка на плоскость».
3.3.2. Обнаружение отражающих плоскостей при контроле изделий с мелкоструктурными неоднородностями.
3.3.3. Обнаружение наклонных плоскостей с помощью алгоритма «фокусировка на плоскость».
3.3.4. Построение профилей отражающих поверхностей.
3.3.5 Мультипликативный метод обработки изображений при линейном перемещении антенны.
3.3.6. Мультипликативный метод обработки изображений при угловом перемещении антенны.
3.3.7. Аддитивный метод обработки изображений при линейном перемещении антенны. Сравнение мультипликативного метода обработки томограмм с адаптивным методом.
3.3.8. Сравнение по чувствительности алгоритма «фокусировка на плоскость» и алгоритма «фокусировка в точку».
3.4. Контроль изделий из бетона с неоднородностями большого размера.
3.4.1.Результаты сравнительных испытаний низкочастотной и высокочастотной ФАР на бетонном изделии с мелкоструктурными отражателями.
3.4.2.Результаты сравнительных испытаний низкочастотной и высокочастотной ФАР на бетонном изделии с крупноструктурными отражателями.
3.5. Возникновение погрешностей определения расстояния до плоскости при использовании алгоритма «Фокусировка на плоскость». 94 3.5.1 Влияние значения скорости УЗ на результат.!.
3.5.2. Определение погрешности измерений при использовании высокочастотной ФАР.:.
3.5.3. Определение погрешности измерений при использовании низкочастотной ФАР.
3.6. Выводы по главе 3.
4. РАЗРАБОТКА ШИРОКОПОЛОСНЫХ МОЗАИЧНЫХ НИЗКОЧАСТОТНЫХ МАЛО АПЕРТУРЫ ЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ФАЗИРОВАННЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК С ОГРАНИЧЕННЫМИ ГАБАРИТАМИ.
4.1. УЗ мозаичные широкополосные преобразователи.
4.2. УЗ малоапертурные широкополосные мозаичные ПЭП для ФАР со средней частотой ^=200кГц.
4.3. УЗ малоапертурные широкополосные мозаичные поперечно возбуждаемые ПЭП для ФАР со средней частотой/о~90 кГц.
4.4. УЗ малоапертурные широкополосные мозаичные ПЭП для ФАР со средней частотой f0~20 кГц.
4.4. Выводы по главе 4.
5. ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА.
5.1. Принцип построения гибкого адаптивного многофункционального компьютерного комплекса.
5.2. Устройство и программное обеспечение многофункционального адаптивного компьютерного комплекса.
5.2.1. Режим «Дефектоскоп».
5.2.1.1. Выбор зондирующего сигнала.
5.2.1.2. Возможности просмотра осциллограмм.
5.2.1.3 Запуск измерительного цикла.,.
5.2.1.4. Анализ и обработка принятых сигналов.
5.2.2 Режим «Сканер».
5.2.2.1 Настройка параметров ФАР и коммутатора.
5.2.2.2 Выбор зондирующего сигнала.
5.2.2.3 Запуск измерительного цикла.
5.2.3 Режим «Графер».
5.3 Использование комплекса для УЗ контроля бетонных изделий.
5.3.1 Автоматический расчет скорости ультразвука и задержки сигнала в акустическом тракте.
5.3.1.1 Расчет скорости звука в изделии при известном значении задержки в акустическом тракте.
5.3.1.2 Расчет скорости звука в изделии при неизвестном значении задержки в акустическом тракте.
5.3.2 Накопление сигналов для выделения полезного сигнала из шумов.
5.3.3 Использование режима «Томограф» при УЗ контроле.
5.3.3.1 Адаптация параметров сигнала к контролируемому изделию.
5.3.3.2 Мультипликативная обработка томограмм.
5.3.3.3 Аддитивная обработка томограмм.
5.3.3.4 Вывод двумерных графиков при поиске отражающих плоскостей, параллельных плоскости измерения.
5.3.3.5 Вывод профилей отражающих плоскостей контролируемого изделия.
5.3.3.6 Вывод трехмерного изображения изделия, контролируемого изнутри технологического отверстия.
5.4 Выводы по главе 5.
Список литературы
- Неразрушающий контроль: Справочник: В:7 т. Под общей редакцией акад. РАН В. В. Клюева. Т. З: Ультразвуковой контроль. И. Н. Ермолов, Ю. В. Ланге. — М.: Машиностроение. 2004. — 864 с.
- Ланге Ю.В., Воронков В. А. Контроль неразрушающий акустический. Термины и определения. Справочник.- М.: 2003.-120 с.
- Качанов В.К., Соколов И. В. Проблемы ультразвукового контроля протяженных сложноструктурных изделий с большим затуханием сигналов. // Дефектоскопия.-2007.- № 8.- С. 82−93.
- Качанов В.К., Карташев В. Г., Соколов И. В., Туркин М. В. Проблемы выделения УЗ сигналов из структурного шума при контроле изделий из сложноструктурных материалов. Дефектоскопия. 2007, № 9, с.71−86.
- Ермолов И. H. Теория и практика ультразвукового контроля. М.: Машиностроение, 1981.240с.
- Ультразвуковые преобразователи для неразрушающего контроля / Под общей редакцией И. Н. Ермолова. М.: Машиностроение, 1986, 280 с.
- Качанов В.К., Карташев В. Г., Соколов И. В. Ультразвуковая помехоустойчивая дефектоскопия -М.: Издательский дом МЭИ, 2007.280 с.
- Качанов В.К. Применение метода сжатия импульсов в УЗ дефектоскопии, Дисс.канд.тех.наук., — М., МЭИ, 1979.
- Бархатов В.А. Эффективность помехоустойчивого кодирования ультразвуковых сигналов// Дефектоскопия, 2007, № 11 С.
- Wadaka S., Misuk К., Nagatsuka T., Urassaki S., Koike M./ Puise Compession Ultrasonic Nondestructive Testing using Complementary siries Phase Modulation/ J. NDT, 1989,-38, № 9a, p.809−810.
- Niederdrank T. Maximum length sequences in non-destructive material testing: application of piezoelectric transdusers and effects of time variances. Ultrasonics. 1997. Vol.35.P. 195−203.
- Armanavicius G., Kahes R. Analysis of pseudo noise sequences for multi channel distance measurements. Ultragrsas. 2000.Vol.37.No4.
- Sokolov I.V. The split method of Ultrasonic Nondestructive Testing, Nondestr. Test. Ewal., 2003, Vol. 19, p. 1 -15.
- Соколов И.В. Сплит-способ ультразвукового контроля. // Дефектоскопия. 2007. — № 12. С. 3−17.
- Качанов В.К., Соколов И. В. Особенности применения сложномодулированных сигналов в ультразвуковой дефектоскопии. // Дефектоскопия. 2007. — № 12. С. 18−42.
- Пестряков Б. П: Шумоподобные сигналы в системах передачи информации, -М., Сов. радио, 1973.
- Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. -М.: Радио и Связь, 1985, 389 с.24/Лезин Ю. С. Введение в теорию и технику радиотехнических систем/ -М., Радио и Связь, 1986, 280 с.
- Ермолов И. Н., Заборовский О. Р. Экспериментальные методы выделения структурных шумов многократного рассеивания // Дефектоскопия. 1979.№ 8.С.63−70.
- Данилов В.Н. К оценке уровня структурных помех с учетом повторного релеевского рассеяния упругих волн // Дефектоскопия. 1988. № 10. С.82—89.
- Ямщиков B.C., Носов В. Н. К обоснованию ультразвукового корреляционного метода дефектоскопии крупноструктурных материалов // Дефектоскопия. 1972, № 3, с. 13−19.
- Козлов В.Н., Самокрутов A.A., Шевалдыкин В. Г. Ультразвуковая дефектоскопия бетона эхо-методом. Состояние и перспективы.
- Ковалев. А. В. Поисковые технические средства на основе методов интроскопии. Акустические поисковые системы. Специальная техника. 1999. N 6. http://st.ess.ru/ publications/ articles/ kovalev4/ kovalev.htm.
- Карташев В.Г., Качанов В. К., Шалимова Е. В. Статистические характеристики структурного шума в среде с мелкомасштабными неоднородностями, Дефектоскопия, 1998, N4, с. 11 — 18.
- Vladimir K. Kachanov, Vladimir G. Kartashev and Valentin P.Popko. Application of signal processing methods to ultrasonic non-destractive testing of articles with high structural noise //Nondestr. Test. Eval., 2001, Vol 17, p. l5—40.
- Качанов.B:K., Соколов И. В., Родин А. Б. Использование частотного разделения сигналов- и помех при ультразвуковом помехоустойчивом контроле изделий из сложноструктурных материалов. // Дефектоскопия. -2008.-№ 11. С. 21−30.
- Карташев В.Г., Качанов В. К., Шалимова-Е.В. «Основные положения теории пространственно-временной обработки сигналов применительно к задачам ультразвуковой дефектоскопии изделий из» сложноструктурных материалов" // Дефектоскопия. 2010. № 4. С.19−29-
- Качанов В.К., Соколов И. В., Туркин М. В., Шалимова Е. В., Тимофеев Д. В., Конов М. М. «Особенности применения метода „фокусировка в точку“ при ультразвуковой томографии изделий из сложноструктурных материалов» // Дефектоскопия. 2010. № 4. С.30−44.
- Вопилкин А.Х., Королев В. Д., Ермолов И. Н., Лелина Н.В, «Ультразвуковые широкополосные преобразователи переменной толщины» //Труды 10 В всесоюзной научно-технической конференции «Неразрушающие методы и средства контроля». Львов, 1984 г. — С. 19−20.
- Кондратьев Ю.А. Исследование возможности формирования узких слаборасходящихся ультразвуковых пучков преобразователя с криволинейными' излучающими поверхностями// Дефектоскопия. 1986,11. С.15−23.
- Попко В. П. Питолин А.И. Рябов Г Ю., Кутюрин Ю. Г. Применение пьезокерамических мозаичных преобразователей в устройствах пространственно-временной обработки сигналов. Дефектоскопия. — 1990, № 9. — С.57 — 64.
- Рябов Г. Ю. Разработка и применение фокусирующих УЗ антенн с амплитудно-фазовым управлением. Реф. канд. дисс. М., МЭИ, 1983.
- P.Ciorau. Special linear phased array probes used for ultrasonic examination of complex turbine components/IMASONIC. 8-th Eropean Congress on Non Destructive testing. June, 2002, Barselona, Spain.
- Точинский Е.Г., Попов И. С., Аксенов В. П. Некоторые способы получения регулируемого фазового сдвига между двумя или несколькими сигналами. Доклады HT конф. МЭИ, секция ЭП., -М., 1969.
- Аксенов В.П., Питолин А. И., Точинский Е. Г. О возможности электронного сканирования- в ультразвуковой дефектоскопии // Труды МЭИ, вып. 43, 1972, с.11−15.
- Точинский Е.Г. Исследование электрически управляемых ультразвуковых антенных решеток применительно к дефектоскопии. Автореф. канд. дисс., -М., МЭИ. 1973.
- Пилецкас Э.Л. О влиянии случайных ошибок на разрешение ультразвукового сканирующего эхоскопа // Вопр.радиоэлектроники. Сер. ОТ.1975. Вып. 15. С.104−111.
- Пилецкас Э., Домаркас В. Приемник ультразвука с электрически управляемой направленностью//Дефектоскопия. 1976. 1976. № 1. С.136−138.
- S.W. Smith, О.Т. von Ramm, J.A. Kisslo, F.L. Thurstone «Real time ultrasound tomography of the Adult Brain», «Stroke. Journal of Cerebral circulation», March-April 1978, Vol.9, No.2, стр.117−122.
- M. Schickert. Progress in Ultrasonic SAFT-Imaging of Concrete. NonDestructive Testing in Civil Engineering. 2003, Берлин, 16.-19.9.03.
- M. Schickert, «Towards SAFT-Imaging in Ultrasonic Inspection of concrete», International Symposium Non-Destructive Testing in Civil Engineering (NDT-CE), September 26 28, 1995, pp. 411 — 418.
- Вопилкин JI. X., Бадалян В. Г. Опыт применения^системы «Авгур» на Российских АЭС .//В мире НК. 1999. № 6. С. 29 31.
- Бадалян В.Г., Базулин Е. Г., Вопилкин А. Х. Ультразвуковаядефектометрия. Под ред. А. Х. Вопилкина. М., 2008. 368 с.
- Алёхин С.Г., Бишко А. В., Дурейко А. В., Жуков А. В., Самокрутов А. А., Соколов Н. Ю., Шевалдыкин В. Г. «Заглянуть в металл. Теперь это просто», http://acsvs.ru/article/7article id=21
- Техническое описание «Высокочастотный ультразвуковой томограф А1550 IntroVisor», http://acsys.ru/production/7type id=16&subtype id=7 &productid=l 06
- Данилов В.Н., Воронков И. В. Моделирование работы прямого преобразователя с фазированной антенной решеткой в режиме излучения. // Дефектоскопия. 2010. № 7. С.3−17.
- GE Inspection Technologies, технический каталог «Phasor XS -портативный дефектоскоп с фазированной решеткой». 2006.
- GE Inspection Technologies, технический каталог «Датчики с фазированной решеткой. Ультразвуковые датчики». 2006.
- Техническое описание «Низкочастотный ультразвуковой томограф А1040М ПОЛИГОН», http://acsvs.ru/production/7type id=16&subtype id=7& productid=108.
- А.М. Люткевич «Выбор параметров системы ручного томографического контроля сварных швов», «Контроль. Диагностика» № 5, 2004 г., стр.23−30.
- A.V. Kovalev, A.A. Samokrutov, V.G. Shevaldykin, V.N. Kozlov, I.Yu. Pushkina, S. Hubbard, «Instruments and Means for Reinforced Concrete Structures Inspection», 15th World Conference on Nondestructive Testing, Roma (Italy) 1521 October, 2000.
- Yu. V. Lange, V. F. Moujitski, V.G. Shevaldykin, V.N. Kozlov, A. A. Samokrutov, «Non-destructive testing of multiplayer structures and concrete», Insight, Vol. 40, No. 6, 1998, pp. 400 403.
- Качанов В.К., Соколов И. В. Требования к выбору параметров широкополосных преобразователей для контроля изделий с большим затуханием УЗ сигналов. // Дефектоскопия. 2007. — № 11. С. 47−62.
- V.G. Shevaldykin, V.N. Kozlov, A. A. Samokrutov, «Inspection of Concrete by Ultrasonic Pulse-Echo Tomograph with Dry Contact», 7th European conference on Non-Destructive Testing, Copenhagen, 26 29 May, 1998.
- В. H. Козлов, А. А. Самокрутов, В. Г. Шевалдыкин, «Ультразвуковой низкочастотный преобразователь», Патент РФ № 2 082 163, Бюлл., изобр., № 17, 1997.
- М. Krause, F. Mielentz, В. Milman, Н. Wiggenhauser, W. Muller, V. Schmitz, «Ultrasonic imaging of concrete members using an array system», Insight, Vol. 42, No. 7, 2000, pp. 447 450.
- Тимофеев Д.В. Способ измерения скорости ультразвуковых продольных волн в крупногабаритных изделиях из бетона. // Измерительная техника, 2009, № 11. С.54−56.
- Качанов В.К., Соколов И. В., Туркин М. В., Тимофеев Д. В., Фёдоров М. Б. Нелинейные обработки сигналов при ультразвуковой томографии бетонных конструкций // Дефектоскопия. 2009. № 12. С.22−35.
- Бадалян В.Г. Оценка результатов контроля- по акустическим изображениям.// Дефектоскопия. -2007.- № 4 с.39−58.
- Качанов В.К., Соколов.И.В., Тимофеев. Д.В., Туркин М. В., Шалимова Е. В. «Обнаружение' отражающих плоскостей при ультразвуковой томографии строительных конструкций из бетона» // Дефектоскопия. 2010.- № 5. С.36−44.
- Качанов В.К., Соколов И. В., Авраменко С. Л., Тимофеев Д. В. Многоканальный мультипликативный метод акустического контроляt i J fкрупногабаритных компактных строительных конструкций из бетона. // Дефектоскопия. 2008. — № 12. С. 23−36.
- Аксенов В.П., Попов И. С., Попко В. П., Качанов В. К., Питолин А. И. Применение пьезокерамических мозаичных электроакустических преобразователей // Труды МЭИ. Вып.335. 1977, с.49−52.
- Аксенов В.П., Попко В. П., Попов И. С., Рябов Г. Ю. Об одной разновидности широкополосных пьезокерамических преобразователей// Труды МЭИ. Вып.382, 1978, с.63−65.
- Аксенов В.П. Применение радиолокационных методов оптимального обнаружения при ультразвуковом контроле // Дефектоскопия. № 2. 1982. с.70−74.
- Попко В.П., Питилин А. И., Рябов Г. Ю., Кутюрин Ю. Г. Применение пьезокерамических мозаичных преобразователей в условиях пространственно-временной обработки сигналов // Дефектоскопия. № 9, 1990. с.57−64.
- Аксенов В.П., Родин А. Б., Рябов Г. Ю., Соколов И. В. Электроакустические устройства регистрации слабых сигналов.-Тр.МЭИ, 1982, вып.536,с.81—86.
- Качанов В.К., Соколов И. В., Конов М. М., Тимофеев Д. В., Синицын A.A. Разработка ультразвукового широкополосного мозаичного низкочастотного пьезопреобразователя с ограниченной апертурой. // Дефектоскопия. 20Ю.№ 9. С.26−32
- Качанов В.К., Соколов И. В., Конов М. М., Тимофеев Д. В., Синицын A.A. Пространственно-временные характеристики ультразвуковых широкополосных преобразователей. // Дефектоскопия. 2010.-№ 10. С. 15−25
- М. Schickert, «AUTOMATED• ULTRASONIC SCANNING AND IMAGING SYSTEM FOR APPLICATION AT CIVIL STRUCTURES», 10th European Conference on NDT (ECNDT), Moscow.7−11.06.2010.
- A.B. Ковалев, B.H. Козлов, A.A. Самокрутов, В. Г. Шевалдыкин, H.H. Яковлев Импульсный эхо-метод при контроле бетона. Помехи и пространственная селекция. // Дефектоскопия. 1990.-№ 2. С.29−41.