WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

СОКОЛОВ Игорь Вячеславович

РАЗРАБОТКА ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ СЛОЖНОСТРУКТУРНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Специальность 05.02.11 – Методы контроля и диагностики в машиностроении

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва – 2007

Работа выполнена на кафедре Электронные приборы Московского энергетического института (Технического университета)

Консультант:        доктор технических наук, профессор

       КАЧАНОВ В.К.

Официальные оппоненты:        доктор технических наук, профессор

       ВОПИЛКИН А.Х.

доктор технических наук

       САМОКРУТОВ А.А.

       доктор технических наук, профессор

       ГОНЧАРОВ В.И.

Ведущая организация:        ОАО «ЦНИИ Специального Машиностроения».

Защита состоится 8 ноября 2007 г. в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д.217.042.03 при ОАО НПО «ЦНИИТМАШ», 115088, г. Москва, Шарикоподшипниковская, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО НПО «ЦНИИТМАШ».

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 115088, г. Москва, Шарикоподшипниковская, 4.

Автореферат разослан        «  »  _________2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета        Петушков С.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Диссертация посвящена разработке многофункционального комплекса помехоустойчивых методов и средств ультразвукового (УЗ) контроля изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ), используемых в оборонной и ракетно-космической отраслях промышленности. Актуальность темы определяется тем, что изделия ракетно-космической техники должны иметь 100%-ную гарантию качества как на стадиях изготовления компонентов изделий и сборки готового изделия, так и в процессе переаттестации на стадии боевого дежурства, что является безусловным требованием безопасности страны. Обеспечить надежную эксплуатацию указанных объектов и решить проблему увеличения срока эксплуатации указанных изделий возможно только при использовании средств неразрушающего контроля (НК) и технической диагностики, среди которых УЗ методы являются наиболее информативными и экологически безопасными.

При УЗ НК изделий из ПКМ актуальна проблема обнаружения и выделения информационных УЗ эхо-сигналов из смеси с белым шумом и коррелированной с зондирующим сигналом структурной помехой, возникающей из-за сложной гетерогенной структуры и высокого частотно-зависимого затухания УЗ сигналов. Другая особенность изделий из ПКМ – большое разнообразие изделий, разнообразие физико-механических свойств композитов. По этой причине для каждого нового класса изделий необходимо было разрабатывать новое аппаратное средство и алгоритм контроля, что дорого и нерационально.

Эти особенности изделий из ПКМ обусловили актуальность темы и потребовали решения самостоятельной научно-технической проблемы по разработке программно-аппаратного многофункционального адаптивного комплекса помехоустойчивых методов и средств УЗ НК, в котором: -обеспечивается высокая чувствительность УЗ НК; - методы контроля, зондирующий сигнал и его характеристики, алгоритмы обработки эхо-сигналов, характеристики пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП) гибко, адаптивно подстраиваются под характеристики каждого нового изделия из ПКМ.

Над проблемами помехоустойчивой дефектоскопии автор работает с 1975 г. В рамках данной диссертации обобщены результаты теоретических и экспериментальных исследований автора, выполненных на кафедре Электронные приборы МЭИ в период с1993 по 2007 год. Результаты получены в процессе выполнения НИР по постановлениям Правительства, ГКНТ, АН, программ Минобрнауки РФ, в рамках многочисленных г/б и х/р работ.

Цель работы.

Целью работы является создание аппаратно-программного комплекса средств УЗ многофункционального помехоустойчивого контроля сложноструктурных изделий, состоящего в том числе из:

- нового Сплит-способа УЗ контроля, основанного на применении предложенного автором диссертационной работы нового вида широкополосных адаптивных сложномодулированных Сплит-сигналов,

- нового типа низкочастотных широкополосных мозаичных пьезопреобразователей, у которых возможно программно-аппаратным способом формировать амплитудно-частотные и пространственные характеристики требуемого вида;

- новых пространственно-временных (многоканальных) алгоритмов выделения эхо-сигналов из смеси с белым шумом и коррелированной с зондирующим сигналом помехой;

- программно-управляемой многофункциональной аппаратуры УЗ НК, которая обеспечивает генерацию как простых и сложномодулированных сигналов, так и Сплит-сигнала; реализует разнообразные алгоритмы их обработки (включая алгоритм, реализующий Сплит-способ и его модификации), и осуществляет гибкую адаптацию параметров сигналов под характеристики контролируемого изделия и параметры используемых ПЭП.

- новой интерактивной среды алгоритмического программирования многофункциональной адаптивной аппаратуры УЗ контроля (среда «структурно-модульного проектирования»), основанной на оригинальном графическом интерфейсе, которая позволяет как конструировать новые алгоритмы обработки сигналов, реализуя оригинальные методы УЗ контроля, так и оперативно в процессе контроля модернизировать существующие.

Методы исследования.

Теоретические исследования осуществлялись с помощью методов статистической теории измерительных радиосистем, теории радиотехнических сигналов, теории антенн. Для отладки алгоритмов обработки сигналов применялись методы физического и математического моделирования, корреляционный анализ, спектральный анализ. Для создания аппаратуры использовались современная элементная база цифровой электроники и различные языки программирования.

Экспериментальная проверка работоспособности созданной аппаратуры и методов проводилась путем УЗ контроля имитаторов и реальных изделий из ПКМ, колокольной бронзы и бетона. Метрологическое обеспечение экспериментальных исследований обеспечивалось использованием сертифицированных и поверенных образцов изделий, а также метрологически поверенной аппаратуры.

Достоверность полученных результатов подтверждается многочисленными актам внедрения результатов исследований.

Научная новизна

1. Показано, что УЗ помехоустойчивый контроль протяженных сложноструктурных изделий (композитных материалов, бетонов, пластиков) возможен на основе комплекса научно-технических решений: -высокочувствительных методов, основанных на Сплит-способе УЗ контроля; -гибких сложномодулированных Сплит-сигналов; -широкополосных мозаичных ПЭП с заданными параметрами; -новой интерактивной среды алгоритмического программирования - «среды структурно-модульного проектирования»; -многофункциональной адаптивной программно- управляемой аппаратуры УЗ контроля.

2. Предложен и реализован новый Сплит-способ УЗ контроля и его различные модификации, основанные на применении нового вида широкополосных адаптивных сложномодулированных высокочувствительных Сплит-сигналов.

3. Определены новые интегральные пространственно-временные (ПВ) характеристики широкополосных преобразователей — корреляционная диаграмма направленности (КДН) и корреляционное распределение поля (КРП), которые в сочетании со Сплит-алгоритмом позволили разработать новые принципы проектирования широкополосных мозаичных ПЭП с заданными амплитудно-частотными и пространственно-временными характеристиками.

4. Разработаны принципы, методика и технология проектирования широкополосных мозаичных ПЭП с заданными амплитудно-частотными и пространственно-временными характеристиками.

5 .Разработаны новые алгоритмы выделения информационных эхо-сигналов из структурного шума, основанные на пространственно-временной обработке сложномодулированных Сплит-сигналов.

6. Разработана новая интерактивная среда алгоритмического «структурно-модульного проектирования» многофункциональной адаптивной аппаратуры УЗ контроля, позволяющая как на этапе проектирования, так и в процессе контроля оперативно конструировать и практически реализовывать новые алгоритмы формирования и обработки сигналов, обеспечивать адаптацию параметров прибора к характеристикам изделия и электроакустического тракта (ЭАТ).

7. Разработан и создан программно-управляемый многофункциональный комплекс технических средств УЗ НК, который обеспечивает генерацию простых и сложномодулированных сигналов (в том числе и Сплит-сигнала), реализует различные алгоритмы их обработки (включая алгоритм, реализующий Сплит-способ), осуществляет гибкую адаптацию параметров сигналов под характеристики контролируемого изделия и используемых ЭАП.


Основные положения, выносимые на защиту.

1.Теоретические основы комплексного многофункционального помехоустойчивого УЗ контроля сложноструктурных изделий с большим затуханием ультразвука и высоким уровнем коррелированных помех.

2.Новый вид широкополосного помехоустойчивого сложномодулированного сигнала (Сплит-сигнал) и различные модификации Сплит-алгоритмов обработки сигналов: -алгоритм динамической оптимальной фильтрации Сплит-сигнала; - алгоритмы пространственно-временного выделения Сплит-сигнала из коррелированной структурной помехи; - алгоритмы пространственно-временного выделения Сплит-сигнала из коррелированной структурной помехи; - квазиоптимальный алгоритм обработки Сплит-сигнала при УЗ контроле материалов с сильным частотно-зависимым затуханием в широком диапазоне соотношений уровней структурного и белого шума; - модифицированный Сплит-алгоритма, обеспечивающий повышенную точность измерения параметров УЗ эхо-сигналов, основанный на компенсации возникающих в ЭАТ искажений его формы; - многоканальный Сплит-способ УЗ контроля, основанный на использовании ансамбля ортогональных Сплит-сигналов, характеризующийся высокой производительностью и достоверностью НК.

4. Методы выделения Сплит-эхо-сигналов из структурной помехи, основанные на оригинальных алгоритмах их пространственно-временной обработки..

5. Принципы и методика проектирования и конструирования широкополосных мозаичных ЭАП с заданными пространственными и временными характеристиками.

6. Интегральные пространственно-временные характеристики широкополосных преобразователей — корреляционная диаграмма направленности (КДН) и корреляционное распределение поля (КРП).

7. Интерактивная среда алгоритмического «структурно-модульного проектирования» многофункциональной адаптивной аппаратуры УЗ контроля, позволяющая создавать различные алгоритмы формирования и обработки сигналов, адаптацию параметров прибора под характеристики изделия в процессе контроля.

8. Принципы конструирования и функционирования программно-управляемых многофункциональных технических средств УЗ контроля, основанных на применении сложномодулированных (включая Сплит-сигнал) сигналов, пространственно-временной и частотной оптимальной фильтрации (включая динамическую оптимальную фильтрацию Сплит-сигнала) и отображении результатов НК.

Практическая ценность работы и ее реализация.

-Предложен и защищен патентом новый Сплит-способ УЗ НК, позволяющий существенно увеличить чувствительность УЗ НК, повысить производительность многоканального контроля, увеличить достоверность и точность измерения параметров УЗ эхо-сигналов.

-Созданы и защищены авторскими свидетельствами и патентами новые одноканальные и многоканальные способы УЗ контроля изделий сложномодулированными сигналами.

-Создан новый тип низкочастотных широкополосных мозаичных ЭАП с заданными амплитудно-частотными и пространственно-временными характеристиками.

-Разработаны новые пространственно-временные и многоканальные алгоритмы выделения эхо-сигналов из смеси с белым шумом и коррелированной с зондирующим сигналом помехой, обеспечивающие надёжный УЗ контроль изделий, не поддающихся контролю традиционными техническими средствами, основанными на ударном возбуждением зондирующих сигналов

На основании разработок автора был создан новый класс приборов и устройств комплексного УЗ многофункционального помехоустойчивого контроля протяженных сложноструктурных изделий. Были внедрены в опытное производство предприятий ракетно-космической и оборонной отраслей промышленности ряд приборов и средств УЗ НК изделий из ПКМ в том числе новый класс УЗ эхо-импульсных дефектоскопов УЗ-ФМ-1, УЗ-ФМ-3, УЗ-ФМ-5 с использованием ФМ сигналов Баркера, М-последовательностей и ортогональных ФМ-сигналов и согласованной фильтрацией эхо-сигналов; новый класс УЗ эхо-импульсных толщиномеров авиационных ПКМ с измерением толщины по значению максимума АКФ УЗТ-1; эхо-импульсных толщиномеров со спектральной оптимальной фильтрацией ЛЧМ сигналов "СПЕКТР"; автоматизированных адаптивных систем УЗ теневого контроля с использованием ЛЧМ сигналов УЗД-МП-1 и УЗД-МП-2М. , внедренных в опытную эксплуатацию в НПО "СОЮЗ" и принятых к серийному производству.

Достоверность выносимых на защиту научных положений

Достоверность выносимых на защиту научных положений подтверждается многочисленными актам внедрения результатов исследований, проведенных в интересах предприятий оборонной и ракетно-космической промышленности по созданию новых методов и устройств для УЗ контроля изделий из ПКМ; результатами НК специальных конструкций из бетона; результатами НК изделий из колокольной бронзы старинного литья (большие колокола звонницы Московского Кремля и колокола храма Христа Спасителя), проведенного в рамках Государственной экспертизы. Дефектоскопы УЗ-ФМ-1 и УЗ-ФМ-3 награждены бронзовой и серебряной медалями ВДНХ; эхо-импульсный толщиномер "СПЕКТР" занял первое место на Всесоюзном конкурсе средств НК изделий из ПКМ (1989г.); комплекс работ, выполненных при непосредственном участии автора диссертации удостоен премии Гособразования СССР (1990г.); «Универсальный многофункциональный компьютерный комплекс УЗ неразрушающего контроля и диагностики сложноструктурных материалов и изделий» на IV Московском международном салоне инноваций и инвестиций награжден Золотой медалью (2004г.). Разработанные средства УЗ НК используются в учебном процессе МЭИ.

Апробация полученных результатов. Результаты исследований были доложены на 15 Всесоюзных, российских научно-технических конференциях, 5 международных конференциях и симпозиумах. По результатам исследований опубликовано 104 печатных работы, получено 25 авторских свидетельства, патента на изобретение, свидетельства на полезную модель.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из Введения, 7 глав, списка литературы и 2 приложений. Работа содержит 198 рисунков. Список литературы из 162 наименований. Общий объем работы 348 страниц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении сформулированы проблема и актуальность многофункционального помехоустойчивого УЗ контроля сложноструктурных изделий с большим затуханием УЗ сигналов, сформулирована цель работы, научная новизна работы, перечислены положения, выносимые на защиту, практическая ценность, публикации и апробация результатов работы.

Глава 1 делается обзор исследований по развитию помехоустойчивых методов УЗ контроля сложноструктурных изделий. Отмечается большой вклад в развитие УЗ методов контроля российских ученых И.Н.Ермолова, А.К.Гурвича, В.Г.Шербинского, Ю.В.Ланге, Н.П.Алешина, А.Х.Вопилкина, В.Г.Шевалдыкина, А.А.Самокрутова. Показывается, что приоритетные работы в развитии радиотехнических помехоустойчивых методов УЗ контроля сделаны учеными МЭИ – В.П.Аксеновым, В.К.Качановым, В.Г.Карташевым, Е.Г.Точинским, И.С.Поповым, А.И.Питолиным, В.П.Попко, Г.Ю.Рябовым.

В первой главе подробно обсуждаются проблемы УЗ контроля сложноструктурных изделий с большим интегральным затуханием ультразвука, рассматриваются основные проблемы, возникающие при УЗ контроле сложноструктурных изделий с большим затуханием сигналов из-за их свойств:

Во-первых, особенностью УЗ контроля сложноструктурных изделий из ПКМ является то, что из-за аномально высокого частотно-зависимого затухания УЗ сигналов контроль проводят на относительно низкой частоте (100 кГц), что приводит к ряду специфичных для НЧ НК проблем: ухудшение разрешающей способности, увеличение погрешности в определении толщины изделия, координат дефектов.

Рис.1. Схема УЗ эхо-импульсного контроля протяженного сложноструктурного изделия.

Во-вторых, и на НЧ из-за большого интегрального ослабления УЗ эхо-сигналы (А22,А23 на рис.1,б) оказываются сопоставимыми с уровнем белого шума Uпорог= Uбел.шум приёмного тракта, или находятся ниже его (А23). В-третьих, при наличии сложной структуры эхо-сигналы маскируются отражениями от структуры (сигнал А23 и ниже уровня Uбел.шум, и сопоставим с отражениями от структуры - структурным шумом).

В-четвертых, белый и структурный шумы не только маскируют, но и искажают эхо-сигналы, что приводит к погрешности в измерении временнго положения эхо-сигналов (на НЧ погрешность в измерении местоположения дефектов иногда сопоставима с размерами изделия). Тем самым, разрабатываемые методы и устройства должны обеспечивать неискажающее преобразование и высокоточное измерение УЗ эхо-сигналов.

В обзоре показывается, что в большинстве традиционных приборов УЗ НК выделение эхо-сигналов из шумов и помех не производится; сигналы, находящиеся ниже порога Uпорог отсекаются; тем самым информация о возможных дефектах изделия (или о состоянии структуры) уничтожается. На основании положений теории оптимальной обработки сигналов и положений пространственно-временной обработки (ПВО) сигналов в диссертации обосновывается необходимость использования помехоустойчивых методов УЗ контроля сложноструктурных изделий, суть которых сводится к обнаружению эхо-сигналов, находящихся ниже уровня белого шума и замаскированных структурным шумом, выделению их из шумов и помех и измерению параметров эхо-сигналов.

Т.к. механизмы формирования белого и структурного шума различаются, то отдельно рассматриваются проблемы выделения эхо-сигналов из белого шума и из структурного шума. Обсуждаются погрешности в измерении эхо-сигналов (параметров изделия), возникающие из-за искажений эхо-сигналов шумами и помехами и в ЭАТ. Определены основные статистические характеристики структурного шума для упрощенных моделей, поясняется зависимость параметров структурного шума от числа и размера отражателей, соотношения и среднего размера акустических неоднородностей , влияния радиоимпульсного характера УЗ эхо-сигналов и многократных переотражений в материале сложноструктурных изделий, ДН датчика (чем уже ДН, тем меньше уровень структурного шума). Показывается, что структурный шум представляет собой случайный процесс, который характеризуется плотностью вероятности (законом распределения), дисперсией, корреляционной функцией и энергетическим спектром; что спектр структурного шума можно считать узкополосным случайным процессом; энергетический спектр структурного шума соответствует спектру зондирующего сигнала и спектру эхо-сигнала от дефекта.

В диссертации формулируется алгоритм выделения УЗ эхо-сигналов из коррелированных помех: а) декорреляция эхо-сигнала и коррелированной помехи, б) накопление полезного эхо-сигнала, в) подавление помехи. Показывается, что декорреляция УЗ эхо-сигнала и структурной помехи может осуществляться в частотной, во временной области или в пространстве - при многоканальном контроле с использованием перемещения ПЭП по поверхности изделия или при использовании фазированных антенных решеток (ФАР).

Рис.2. Выбор оптимальной полосы пропускания ПЭП

Показывается, что для НЧ помехоустойчивого высокоточного УЗ контроля широкополосными сигналами с длительностью порядка длительности периода несущей частоты (Тс=То), необходимо минимизировать любые искажения УЗ сигналов в ПЭП, т.к. возникающая погрешность при НЧ контроле может оказаться сопоставимой с размерами изделий. Для этого необходимо оптимизировать параметры ПЭП. Показывается, что необходимым условием создания УЗ широкополосного «неискажающего» ПЭП является обеспечение полосы пропускания датчика fПП, соответствующей ширине спектра сигнала fс: fПП fс; узкой ДН датчика, неискажающей ближней зоной и равномерным распределением акустического поля. Формулируются требования к параметрам оптимизированных широкополосных ПЭП: АЧХ приёмного ПЭП для высокоэффективного, неискажающего и помехоустойчивого преобразования сигналов должна соответствовать модулю спектра сигнала (пунктир на рис.2), иметь полосу пропускания fПП =fс и П-образную форму. В этом случае «отсекается» белый шум N0 и любые помехи вне полосы ПЭП; при П-образной АЧХ фазо-частотная характеристика φпп() близка к линейной, что минимизирует искажения ФЧХ эхо- сигнала φс().

Другая причина искажения УЗ сигналов заключается в неравномерности акустического поля широкополосного ПЭП. В диссертации показывается, что широкополосный ПЭП на различных частотах имеет различные парциальные ДН (рис.3,а-г). При сложении всех ДН (рис.3,д) видно, что вклад разных частот в суммарную АЧХ в разных точках поля в широкополосном ПЭП различен. Следовательно, в разных точках поля формируются отличные друг от друга «пространственные» АЧХ, различным образом искажая сигнал, что приводит к погрешности в измерении дефектов при НЧ контроле за счёт неравномерности поля ПЭП. Т.к. НЧ ПЭП имеет относительно протяженную ближнюю зону, то при контроле изделий из ПКМ необходимо обеспечивать равномерное акустическое поле и в ближней зоне ПЭП.

       а        б        в        г        д

Рис.3.Набор парциальных ДН широкополосного датчика

Следовательно, в неискажающем НЧ ПЭП необходимо создавать широкую полосу с П-образной АЧХ и равномерным распределение акустического поля (в том числе и в ближней зоне ПЭП).

Таким образом, анализ проблем УЗ контроля сложноструктурных изделий с большим затуханием УЗ сигналов показал, что помехоустойчивый контроль таких изделий требует развития специальных методов выделения УЗ эхо-сигналов из белого шума, основанных на использовании УЗ широкополосных сложномодулированных сигналов; разработки методов выделения УЗ эхо-сигналов из структурного шума; разработки НЧ широкополосных неискажающих датчиков с узкой ДН; неискажающей «ближней зоной» и равномерным распределением акустического поля.

Во второй главе приводится обзор существующих решений проблемы выделения УЗ эхо-сигналов из белого шума за счёт использования известных из радиолокации «длинных» сложномодулированных (СМ) сигналов с последующей их оптимальной фильтрацией.

В изделии (рис.4,а) УЗ ФМ эхо-сигналы, отраженные от двух дефектов, не различаются на фоне белого шума (в), и не разрешаются во времени. После оптимального фильтра (ОФ) сжатые СМ сигналы разрешаются во времени и за счет увеличения амплитуды главного лепестка выделяются из шума (г).

Временное положение эхо-сигналов фиксируется по положению максимумов сжатых импульсов. Впервые УЗ ФМ сигналы стали применяться для неразрушающего контроля ПКМ в МЭИ (1974г.). Начиная с 1975г. автор участвовал в создании многочисленных методов и приборов, использующих различные УЗ ФМ и ЧМ сигналы. Благодаря внедрению цифровой техники в последние годы сложномодулированные сигналы стали широко использоваться в различных отечественных и зарубежных приборах.

Рис.4. Основная идея использования сложномодулированных сигналов в УЗ дефектоскопии для увеличения одновременно чувствительности и разрешающей способности.

У СМ сигнала должна быть большая база Бс=Тсfс»1, а форма АКФ сигнала для УЗ контроля должна иметь один главный максимум и низкий уровень боковых лепестков. Этим условиям отвечают ЧМ и ФМ сигналы Баркера, Хаффмена, Голлея. На рис.5 показано реальное преимущество использования СМ сигналов в УЗ дефектоскопии: - сжатие УЗ ФМ сигнала Баркера в ОФ позволяет обнаружить эхо-сигнал от дефекта на фоне белого шума (рис.5.а). Сжатие УЗ ЛЧМ сигнала обеспечивает высокую разрешающую способности контроля, т.к. длительность сжатого сигнала составляет 1-2 периода несущей (средней) частоты То (рис.5.б).

а)

б)

Рис.5.Преимущество использования сложномодулированных сигналов по сравнению с сигналом ударного возбуждения: а). ФМ сигнала Баркера NБ=13 (Тэ=Т0 ) в условиях белого шума. б). Сравнение разрешающей способности при использовании ЛЧМ сигнала (а) и импульса ударного возбуждения.

Использование УЗ СМ сигналов повышает точность определения временнго положения УЗ эхо-сигнала при измерении положения сигнала по максимуму АКФ, по производной АКФ (на этот способ получено авторское свидетельство). В последние годы УЗ ФМ сигналы получили широкое распространение в нашей стране и за рубежом при многоканальном контроле больших по площадям изделий с целью увеличения производительности контроля за счёт использования одновременно ансамбля n ортогональных ФМ М-сигналов (этот способ защищён авторским свидетельством).

Эти и другие многочисленные методы УЗ контроля, основанные на использовании УЗ ЧМ и ФМ сигналов, защищенные авторскими свидетельствами и патентами при участии автора, на первом этапе развития УЗ помехоустойчивого контроля в 1970-1990-е г.г. позволили в основном решить проблему помехоустойчивого контроля. Однако им присуща проблема: чтобы изменить, например, базу ФМ сигнала для увеличения чувствительности контроля, или применить ФМ сигнал с иным кодом модуляции, необходимо было создавать каждый раз новый генератор и приемник для нового ФМ сигнала. К недостаткам ФМ сигналов можно отнести также сложный характер спектра сигналов и искажение спектра сигналов сигналов в частотно-зависимом ЭАТ (в ПЭП), которое невозможно компенсировать.

Таким образом, разработанные в 1990-е г.г. и рассмотренные в обзоре сложномодулированные УЗ ФМ, ЧМ сигналы не могут обеспечить адаптацию параметров сигнала под характеристики многочисленных изделий из ПКМ. Эти недостатки потребовали создания специально для целей УЗ помехоустойчивого контроля новых сложномодулированных высокочувствительных сигналов, обеспечивающих гибкую подстройку параметров сигнала под характеристики любого нового изделия, компенсацию искажений УЗ сигнала в ЭАТ. Одновременно ставится задача создания НЧ широкополосных мозаичных преобразователей, в которых на стадии проектирования возможно задавать необходимые характеристики для неискажающего преобразования широкополосных сигналов.

В третьей главе рассматриваются свойства предложенного и запатентованного автором специально для задач УЗ контроля сложномодулированного Сплит-сигнала, у которого можно оперативно в процессе контроля в широких пределах менять параметры (среднюю частоту и ширину частотного спектра, значение базы сигнала, форму АЧ и ФЧ спектров). Применение запатентованного Сплит-сигнала (Сплит-метода) позволяет подстраивать параметры сигнала под характеристики контролируемого изделия с целью учета возможных искажений сигналов в контролируемой среде и осуществления компенсации этих искажений, как на стадии генерации сигнала, так и на стадии обработки эхо-сигнала.

Временные диаграммы, показанные на рис.6 поясняют энергетическое преимущество Сплит-сигнала перед известными радиолокационными СМ сигналами в обеспечении чувствительности УЗ НК. Если полагать, что абсолютная чувствительность УЗ контроля определяется энергией зондирующего сигнала Е=U2Тс, то эта чувствительность пропорциональна заштрихованной площади, занимаемой зондирующим импульсом ударного возбуждения (рис.6,а), УЗ ФМ сигналом (в), ФМ М-сигналом в режиме непрерывного следования (г). Все остальное время ta (время контакта датчика с изделием) используется с точки зрения чувствительно-

Рис. 6. Сравнение сигналов по параметру "чувствительность" УЗ контроля: а)- импульс ударного возбуждения; в)-ФМ сигнал Баркера; г)- ФМ М-сигнал в непрерывном режиме следования; д)- Сплит-сигнал. Штриховкой показана «информационная» часть сигнала.

сти контроля непродуктивно. В «Сплит-способе» информационный сигнал (штриховка на рис.6,д) излучается на всем промежутке времени ta, соответственно

возрастает энергия (база сигнала). Чувствительность приближается к теоретическому значению (для данного ta) и достигается без уменьшения разрешающей способности.

а

б

в

г

Рис.7. Временные диаграммы сплит-способа УЗ контроля

Особенностью Сплит-сигнала является неотъемлемая необходимость одновременно определять алгоритм его формирования и обработки (Сплит-алгоритм или Сплит-способ). В Сплит-способе (рис.7) излучается последовательность N радиоимпульсов (квазигармоник), с периодом повторения Тп и длительностью tгi каждый (a) с несущей частотой fгi , дискретно с шагом fг меняющейся от импульса к импульсу в пределах от fmin до fmax. Форма огибающей радиоимпульсов Um(t) выбирается в зависимости от конкретных условий зондирования.        На первом этапе процедуры динамической согласованной фильтрации каждая из эхо-квазигармоник (б) с задержкой tз, пройдя через перестраиваемый, согласованный с ней ОФ, фильтруется (в) и с целью дальнейшего накопления запоминается. На втором этапе реализуется операция оптимального суммирования. В зависимости от критерия, суммирование АКФ квазигармоник в накопителе может производиться с различными амплитудными весами. После суммирования сжатый во времени Сплит-сигнал (г) имеет ширину (1–2)То. Структурная схема аппаратуры, реализующей алгоритм Сплит-способа У3 контроля, приведена на рис.8. Последовательность квазигармоник (рис.9) формируется следующим образом: задаются частоты квазигармоник, их длительность и форма огибающей в формирователях “цикл измерений”, “цикл гармоник” и “формирование гармоники”.

Рис.8. Структурная схема аппаратуры, реализующей алгоритм сплит-способа УЗ НК.

Далее формируется с помощью ЦАП и излучается первая квазигармоника; отраженная УЗ первая квазигармоника отцифровывается, подвергается согласованной фильтрации (с помощью алгоритма быстрого преобразования Фурье вычисляются спектры излучаемой квазигар

Рис.9. Усредненная сквозная АЧХ широкополосного мозаичного ПЭП

моники и принятого эхо-сигнала, эти спектры перемножаются, после чего вычисляется обратное быстрое преобразование Фурье произведения спектров. Результат вычисления представляет собой ВКФ излученного и принятого сигналов). Полученный результат в виде массива значений заносится в предварительно очищенный буфер. После этого излучается вторая квазигармоника, эхо-сигнал которой обрабатывается аналогично и затем суммируется с сигналом, содержащимся в буфере, результат сохраняется в буфере. Таким образом, последовательно излучаются и обрабатываются все квазигармоники Сплит-сигнала. В результате в буфере формируется сжатый Сплит-сигнал, форма которого соответствует АКФ сигнала (рис.8,г).

Сплит-сигнал обладает алгоритмической гибкостью, в основу которой положен принцип гармонического синтеза информационного эхо-сигнала. Это свойство позволило решить проблему компенсации искажений эхо-сигнала в ЭАТ за счет коррекции спектра Сплит-сигнала. На рис.9 приведена типичная усредненная сквозная АЧХ НЧ широкополосного мозаичного ПЭП. На рис.10 показана упрощенная схема Сплит-сигнала, состоящего из 4 квазигармоник с частотами f1, f2, f3, f4. 1-я и 4-я квазигармоники при прохождении через ЭАТ не ослабляются; амплитуда 2-ой квазигармоники ослабляется в 2 раза; 3-ей –в 1,5 раза (б). Вид квазигармоник после оптимальной Сплит-фильтрации изображен на рис.10,в; сжатый Сплит-сигнал (г) искажён – длительность основного лепестка возросла, а амплитуда уменьшилась. Сплит-алгоритм позволяет осуществить амплитудную коррекцию искажений, возникающих в ЭАТ, для чего следует увеличить амплитуду 2-й квазигармоники в 2 раза, 3-ей гармоники – в 1,5 раза.

а.

б.

в.

г.

д.

Рис. 10. Применение сплит-алгоритма для коррекции АЧХ ЭАТ

В результате все эхо-квазигармоники после ОФ будут иметь одинаковую амплитуду, форма сжатого Сплит-сигнала улучшается, приближаясь к теоретической, соответствующей АКФ сигнала (г). Наряду с амплитудной коррекцией с помощью модифицированного Сплит-алгоритма возможна коррекция искажений УЗ за счёт временной компенсации: энергию квазигармоник зондирующего Сплит-сигнала можно увеличить за счёт их многократного переизлучения или увеличения длительности. Коррекция искажений УЗ позволяет повышать точность измерения параметров эхо-сигналов и разрешающую способности УЗ НК. При контроле ПКМ с ярко выраженной частотной зависимостью затухания УЗ сигналов «обедняется» ВЧ часть спектра, что приводит к искажению АКФ сигнала. Применение частотной коррекции позволяет скомпенсировать потери ВЧ составляющих, в результате АКФ сигнала улучшается (д), погрешность измерения эхо-сигнала существенно уменьшается. При наличии двух близко расположенных эхо-импульсов коррекция их формы восстанавливает изначальную форму сигнала, импульсы разрешаются. В сравнении с другими системами, использующими классическую согласованную фильтрацию, процедура согласованной фильтрации Сплит-сигнала выполняется быстрее и проще, чем классическая согласованная фильтрация ЧМ и ФМ сигнала соизмеримой базы. Современные ультразвуковые дефектоскопы строятся на базе микропроцессорных устройств, что предполагает наличие аналого-цифровой преобразователя, в котором непрерывный процесс дискретизируется по времени и по уровню (амплитуде). Шаг временной дискретизации (период дискретизации) выби­рают в соответствии с рекомендациями теоремы Котельникова..

Рис.11. Мгновенный спектр Сплит-сигнала

Сравним количество выборок, потребное для оцифровки, например частотно-модулированного сигнала и сплит-сигнала.. Для ЧМ сигнала со средней частотой , в полосе частот и длительностью частота дискретизации выбирается равной , а период дискретизации . Таким образом, для оцифровки этого сигнала необходимо сделать не менее выборок.

а.

б.

Рис.12. Мгновенные спектры ФМ сигнала (а), ЧМ сигнала (б)

Вместе с тем, В. А. Котельниковым была доказана аналогичная теорема, но только для полосовых сигналов, односторонний спектр которых за­ключен между частотами и . В соответствии с этой теоремой полосовая функция может быть одно­значно восстановлена по ее отсчетам , взятым через интерва­лы времени . Если эти отсчеты представить в виде потока импульсов , то исходную функцию, в принципе, можно точно восстановить. Для этого необходимо поток импульсов пропустить через идеаль­ный полосовой фильтр с верхней и нижней границей полосы пропускания соответственно и . Основываясь на выводах из теоремы для полосовых сигналов, процесс оцифровки представляется возможным организовать таким образом, что при одинаковой базе, а значить и соизмеримой помехоустойчивости, сплит-сигнал можно представить существенно меньшим количеством выборок. Анализ полученного в результате "оконного преобразования Габора" мгновенного спектра Сплит-сигнала (Рис.11.) (в сравнении с мгновенными спектрами других сложномодулированных сигналов - ФМ Баркера 13 - Рис.12.а. и ЧМ - Рис.12.б.), говорит о том, спектральная полоса каждой квазигармоники, существенно меньше средней частоты и может быть взята в качестве основы для выбора частоты дискретизации. Так, для сплит-сигнала с характеристиками, совпадающими с характеристиками описанного выше ЧМ сигнала при максимальном значении задержки эхо-сигнала , шаг частоты квазигармоник не более . Следовательно, при общей полосе частот , количество квазигармоник , а длительность каждой квазигармоники . Таким образом, частотная полоса квазигармоники , а частота дискретизации имеет величину порядка . Теоретически, общее количество выборок достоверно представляющих сплит-сигнал не превышает . Это почти на четыре порядка меньше, чем при дискретизации любого другого сложномодулированного сигнала с аналогичными частотно-временными характеристиками. На практике, частоту дискретизации выбирают значительно выше, но, тем не менее, выигрыш в объеме выборки может составлять раз и более.

В литературе многократно описывались методы и устройства УЗ многоканальной дефектоскопии, для повышения производительности в которых применялись ансамбли квазиортогональных СМ сигналов. Вместе с тем, общим недостатком известных технических решений являются ограничения на размер ансамбля и низкую степень взаимной ортогональности. Проведенные теоретические исследования, математическое и натурное моделирование дают основания говорить о том, применение Сплит-сигналов позволяет практически полностью снять эти проблемы. Расчеты показывают, что, например, при использовании Сплит-ансамбля из 100 квазигармоник позволяет получить до 10150 реализаций ортогональных Сплит-последовательностей, а при соблюдении определенных условий, заключающихся в соответствующем выборе формы огибающей Сплит-гармоник и закона изменения их несущей частоты, могут быть сформированы последовательности с полным отсутствием взаимной корреляции. Следует отметить, что, в отличие от ансамблей ФМ сигналов, для которых характерен рост взаимной корреляции при увеличении амплитудных или фазовых искажений, амплитудно- и фазочастотные искажения Сплит-сигналов не вызывают роста коэффициента взаимной корреляции.

Таким образом, предложенный и разработанный автором специально для задач УЗ НК Сплит-сигнал (Сплит-алгоритм) обладает всеми достоинствами радиолокационных ФМ и ЧМ сигналов, но обладает лучшей потенциальной чувствительностью, присущей только Сплит-способу алгоритмической гибкостью, которая позволяет формировать Сплит-сигнал в заданном интервале частот и гибко менять этот интервал; позволяет компенсировать возможные искажения спектра сигнала в ЭАТ с целью получения идеальной АКФ, обеспечения высокого значения разрешающей способности контроля и высокой точности измерения временного положения эхо-сигнала (высокой достоверности контроля). Алгоритмическая гибкость Сплит-сигнала позволяет производить адаптацию параметров сигнала, алгоритмов обработки сигналов, под характеристики контролируемого изделия. Благодаря этому Сплит-сигнал становится важнейшим звеном при создании адаптивного многофункционального помехоустойчивого комплекса УЗ контроля сложноструктурных изделий с большим затуханием УЗ.

В четвертой главе приводятся результаты синтеза гибких мозаичных НЧ широкополосных ПЭП, в которых возможно создавать требуемые характеристики (П-образную АЧХ, узкую ДН, равномерное распределение поля практически нулевую ближнюю зону и минимальный уровнем боковых лепестков) для неискажающего преобразования широкополосных УЗ сигналов. Такие гибкие высокочувствительные датчики являются необходимым элементом адаптивного многофункционального аппаратно-программного комплекса помехоустойчивого контроля сложноструктурных изделий с большим затуханием сигналов.

Рис.13.Широкополосный мозаичный ПЭП

Создание АЧХ требуемой формы осуществляется с помощью разработанных в 1970-е г.г. в МЭИ составных мозаичных ПЭП, представляющих набор (матрицу) элементарных пьезоэлементов (ПЭ), которые могут быть объединены электрически или акустически (рис.12). Для существенного расширения полосы пропускания НЧ датчика, синтеза требуемой формы АЧХ и синтеза акустического поля заданной формы используется разработанный в МЭИ мозаичный ПЭП с набором разновысоких элементарных ПЭ высотой h11,h12,h13,h14,h15 (рис.13).

В диссертации автором разработана технология изготовления широкополосных монолитных мозаичных НЧ ПЭП с малой апертурой, позволяющая создавать широкополосный датчик со 100% полосой пропускания (f f0) с АЧХ заданной формы для работы в составе фазированных антенных решеток (ФАР). Необходимым элементом для расчёта гибких неискажающих широкополосных мозаичных ПЭП является характеристика пространственного распределения акустического поля широкополосного ПЭП. В УЗ дефектоскопии отсутствуют такие характеристики поля широкополосного ПЭП. Наборы парциальных ДН (каждая ДН характеризует поле датчика на одной частоте) не дают полного представления о поле широкополосного ПЭП. Поэтому в работе автором вводится новая интегральная характеристика поля широкополосного ПЭП - корреляционное распределение поля (КРП), представляющая поле максимумов ВКФ сигнала (рис.14). Для снятия КРП широкополосного ПЭП в каждой точке поля производится «приём» УЗ широкополосного сигнала, вычисляется его АКФ и строится трёхмерное поле распределения максимумов АКФ, которое даёт интегральную характеристику широкополосного датчика сразу во всём диапазоне частот.

Рис.14.КРП широкополосного УЗ ПЭП (АР52) для ФМ сигнала Баркера N=7.

Эта характеристика говорит о направленности излучения ПЭП, потому она также названа «корреляционная диаграмма направленности» (КДН) широкополосного ПЭП. КДН (КРП) используется как компактная и наглядная форма представления одновременно частотных и пространственных характеристик широкополосных ПЭП, используется при синтезе широкополосных ПЭП с линейной АЧХ и равномерным полем. Сам факт использования оптимальной обработки УЗ сигналов приводит к тому, что производится их корреляционная пространственная обработка. Таким образом, КРП и КДН являются не только удобным способом представления ПВ характеристик широкополосных ПП, но и единственно возможным способом представления поля широкополосных ПП при использовании оптимальной фильтрации сигналов.

Для создания равномерного поля широкополосного ПП надо обеспечить равные парциальные ДН для каждой частоты ПЭП, что реализовано в СВП и в похожем по профилю мозаичном широкополосном ПЭП. В обоих случаях профиль ПЭП формируется как набор большого числа кольцевых ПЭП с диаметрами D1 – D3 (рис.15,а,б,в), которые формируют одинаковые парциальные ДН и тем самым «равномерную» суммарную ДН (=j). Однако эксперимент и строгий расчёт поля показал, что равномерная суммарная ДН (равномерное поле) СВП получается только при учете формы главного лепестка и уровня бокового излучения каждого парциального кольца. Компенсация боковых лепестков и построение равномерного поля широкополосного ПЭП возможна только при использовании гибкой технологии мозаики. В разделе приведены характеристики синтезированной антенной мозаичной решетки (АР52) из 52 ПЭ, построенной по принципу СВП с несколькими группами разновысоких ПЭ сечением 7×7 мм с добротностью Q=10. Присутствуют (рис.16) 6 групп ПЭ с резонансными частотами 90кГц (1), 100кГц (2), 120кГц (3) и 140 кГц (4), 156кГц (5), 175 кГц (6). Апертура антенны L=70мм. Каждая группа ПЭ электрически независима, благодаря чему с помощью корректирующих резисторов создана линейная АЧХ в области 90-170 кГц. Однако линейная АЧХ АР52 оказывается нелинейной при её измерении на различных расстояниях от антенны. Соответственно меняется и форма сигнала: на расстоянии 20 мм сигнал как бы раздваивается и его можно интерпретировать как два близко расположенные дефекта; на удалении более 50 мм искажения сигнала уменьшаются (рис.17).

Рис.15. Идея синтеза широкополосного ПЭП из набора «вложенных» колец

Искажение АЧХ минимизировано в синтезированной широкополосной 55-элементной антенне АР55 (топология показана на рис.18), где использован тот же принцип СВП, но с предварительной оптимизации каждой парциальной ДН. Широкополосная АР55 представлена как суперпозиция «вложенных» друг в друга парциальных малоэлементных узкополосных АР, которые оптимизированы по ширине главного лепестка ДН, уровню боковых лепестков ДН, «плотности заполнения» антенных решеток. АЧ и временные характеристки АР55 (рис.19) показывают, что АЧХ антенны на разных расстояниях от антенны близки к П-образной форме, а искажения сигнала (как в ближней, так и в дальней зоне) минимальны. На рис.20-21 проводится сравнение корреляционных характеристик базовой АР52 с оптимизированной АР55 для сплит-сигнала с октавной полосой частот.

КРП оптимизированной АР55 в поперечном и продольном сечениях и даже в непосредственной близости от антенны имеет практически идеальный характер, что показывает преимущества оптимизированной АР55 перед АР52, построенной по принципу СВП. Улучшение пространственной фильтрации

сигналов в широкополосных антеннах обусловлено и оптимизацией топологии антенны и корреляционным способом представления антенн. Использование предложенных в диссертации интегральных пространственных характеристик широкополосных преобразователей позволяет синтезировать широкополосные мозаичные преобразователи с заданными параметрами.

Рис.16.Топология базовой» антенны АР52.

Рис.17.АЧХ и форма сигнала на расстояниях 20 и 50 мм от АР52

В частности, в данной работе были разработаны широкополосные мозаичные ПЭП с малой апертурой для НК сложноструктурных изделий в составе ФАР.

Рис.18.Топология широкополосной антенны АР55

Рис.19. АЧХ и форма сигнала на расстояниях 20 и 50 мм от АР55

Гибкая технология мозаики позволила создать УЗ датчики с малой апертурой (её размер не превышает длины волны в контролируемом изделии) требуемой конфигурации, выполненные из единого исходного пьезокерамического ПЭ, и представляющие механически связанные по основанию разновысокие ПЭ с «частично-связанными акустическими контурами».

Рис.20.Поперечное сечение КРП АР52 (слева) и АР55 (справа) на расстоянии 20 мм от ПЭП

Рис.21. КРП вдоль продольной оси z АР52 (слева) и АР55 (справа)

Мозаичные ПЭП после соответствующих стадий механической обработки показаны на рис.22. Разработанные автором НЧ широкополосные мозаичные ПЭП (их АЧХ показана на рис.23) из-за ограничений в апертуре имеют ассиметрию в топологии мозаики, т.к. при совместной работе пары ПЭП (один излучающий, другой приемный) для уменьшения ЭАН оба ПЭП должны быть ориентированы друг относительно друга по направлению минимального бокового излучения. Методология расчёта КДН датчика позволила рассчитывать такие характеристики широкополосных ЭАП для работы в ФАР. На рис.24 показана КДН по углу φ при θ = 90°, построенная при использовании Сплит-сигнала с полосой от 75 до 130 кГц. Таким образом, разработанная автором гибкая технология изготовления монолитных мозаичных широкополосных ПЭП, предложенная методика анализа поля широкополосных ПЭП с помощью КДН (КРП) позволили синтезировать широкополосные датчики с заданной формой АЧХ, равномерным КРП с минимальным уровнем бокового излучения, минимальной ближней зоной, узкой КДН.

Рис.23.Пьезокерамические заготовки на разных стадиях обработки        

Рис.24.АЧХ датчика

Рис.25.КДН датчика – по углу φ при θ = 90°

В пятой главе рассматриваются методы выделения эхо-сигнала из структурного шума, т.к. проблема выделения УЗ эхо-сигналов из коррелированной с зондирующим сигналом помехи - структурного шума является одной из главных проблем помехоустойчивого УЗ контроля сложноструктурных изделий. Показано, что УЗ эхо-сигнал от дефекта можно считать обнаруженным, если его максимальное значение превышает пороговый уровень Епорог. 3σ, где σ- эффективное значение структурного шума. Т.е. при С/Ш 1 сигнал трудно отличить от структурного шума. При отношение С/Ш  3 сигнал заметен, но его иногда можно «спутать» с выбросами структурного шума - вероятность пропуска сигнала составляет 2%. Тем самым, для выделения сигнала из структурного шума (для получения С/Ш >1) необходимо обеспечить порядка 10 независимых отсчётов, что не всегда удается осуществить при одноканальных методах.

В разделе вводятся статистические характеристики структурного шума, его АКФ и ВКФ, которые необходимы для построения оптимального алгоритма выделения сигнала из структурного шума. АКФ вычисляют как обратное преобразование Фурье от его энергетического спектра.

Т.к. энергетический спектр структурного шума совпадает с энергетическими спектрами зондирующего сигнала и эхо-сигнала, их АКФ совпадают по форме, различаясь только дисперсией. Степень взаимной корреляции двух реализации структурного шума оценивают с помощью нормированной ВКФ rxy(t1,t2). При rxy(t1,t2)= 1 сигналы полностью коррелированны, что соответствует ситуации для УЗ зондирующего сигнала и эхо-сигнал от дефекта. Показано, что на различии характеристик структурного шума и эхо-сигнала от дефекта основаны временные, частотные и пространственные методы выделения сигнала из структурного шума.

Рис.26. УЗ контроль колокола “Реут” (Звонница Ивана Великого, Московский Кремль).

Частотная декорреляция основана на различии спектров «полезного» эхо-сигнала и структурного шума, при наличии выраженной зависимости коэффициента передачи ЭАТ от частоты. В этом случае в «каждом независимом отсчёте структурного шума» образуются различия в спектрах структурного шума и эхо-сигнала от дефекта. Частотная декорреляция использовалась автором при УЗ контроле (толщинометрии) больших Кремлёвских колоколов на звоннице Ивана Великого (в том числе колокола Реут, вес 30 тонн, толщина стенки из бронзы старинного литья до 0,4 м) в рамках Государственной экспертизы в 1996г. перед возобновление церковных звонов после 70-летнего перерыва. Тогда же была показана возможность УЗ эхо-импульсного контроля Царь-Колокола (вес колокола 200 тонн, толщина стенки из колокольной бронзы до 0,9 м). В 1998 г. также в рамках Государственной экспертизы был осуществлён УЗ контроль колоколов строящегося Храма Христа Спасителя в г. Москве. Т.к. бронза старинного литья колоколов имеет ярко выраженную частотную зависимость и в ней велико затухание УЗ сигнала, то контроль проводился УЗ ФМ сигналами Баркера-13 (Тсж=То), и был применен одноканальной метод частотной декорреляции, заключающийся в изменении несущей частоты в разных посылках УЗ зондирующего ФМ сигнала при неизменном положении широкополосного мозаичного датчика (fо 600 кГц, f/fо100%) в каждой точке контроля. Структурный шум для каждого из парциальных зондирующих сигналов со средними частотами f1-fN имеет различный характер по сравнению с эхо-сигналом от дна изделия. Когерентное сложение N реализаций приводит к увеличению отношения сигнал/структурный шум (рис.26).

В главе рассматриваются особенности ПВО сигналов при УЗ многоканальном контроле сложноструктурных изделий, позволяющей (в отличие от одноканальных методов) выделять эхо-сигнал из структурного шума при отношении С/Ш<1. Поясняется идея выделения донного эхо-сигнала из структурного шума при использовании «многоканального» метода, основанного на пространственной декорреляции эхо-сигнала и структурного шума с помощью пространственно разнесенных на расстояние d преобразователей (ПП) с узкой ДН (рис.27).

Рис.27. Схема пространственной обработки УЗ сигналов с целью выделения эхо-сигнала от дефекта из структурного шума при L>> 1

Рис.28.Построение томограммы изделия при L >> 1

Эхо-сигналы от дефекта для ПП1 и ПП2 совпадают во времени, эхо-сигналы от неоднородностей структуры не коррелированны и не совпадают. Если дефект "присутствует" в каждом из N каналов, то при сложении N реализаций эхо-сигнал возрастает в N раз, а шум - не более чем в раз. Показывается разница ПВО для задачи выделения эхо-сигнала из структурного шума и задачи построения томограммы изделия с высоким уровнем структурного шума (рис.28), где основной задачей является не выделение эхо-сигнала из структурного шума, а построение изображения контролируемого изделия. Уменьшение апертуры датчика L или снижение частоты контроля λ2>λ1 (рис.29) приводит к увеличению ДН, к увеличению структурного шума – ДН датчиков частично пересекаются, что приводит к увеличению «шумового» фона. Эхо-сигналы на соседних А-сканах почти тождественны друг другу. В результате структурный шум для двух датчиков сильно коррелирован. Увеличение ДН приводит к увеличению «шумового» фона: маскируется изображение поверхности П. Степень корреляции в двух соседних А-сканах зависит не только от числа и размеров структурных неоднородностей в материале изделия, но и от расстояния (шага сканирования) d. Увеличение d уменьшает корреляцию структурного шума, но ухудшается изображение. При УЗ томографии сложноструктурных изделий следует находить компромисс между требованиями качественного изображения (d/2) и минимального уровня структурного шума (что обеспечивается при d радиуса корреляции rk).

Рис.29.Построение томограммы изделия при λ2 > λ1

При наличии узких ДН построение томогораммы производится по максимумам амплитуд («по интенсивности сигнала»). В случае высокого уровня структурного шума (как правило, при широкой ДН) следует сначала выделять эхо-сигнал из структурного шума (этот осуществляется при использовании алгоритма «фокусировка сигнала в точку» с помощью ФАР), а затем строить томограмму контролируемого изображения.

Одновременное присутствие структурного шума среды и белого шума аппаратуры приводит к тому, что оптимальная обработка должна совмещать в себе и пространственную и временную (частотную) обработку (поэтому такая обработка определяется как пространственно-временная обработка). При ПВО сложноструктурных изделий следует обосновывать выбор параметров d, rк для различных сложноструктурных изделий. В диссертации показано, что для построения оптимального алгоритма ПВО сигналов необходимо знать АКФ и ВКФ структурного шума на соседних ПЭП или соответствующие им энергетические спектры. Расчетная зависимость максимума ВКФ структурного шума между соседними ПЭП от расстояния d (для упрощенной модели структурного шума) приведена на рис.30. На основании этой зависимости составлены рекомендации по выбору расстояния d между ПЭП ФАР. Для обеспечения наилучшего отношения С/Ш расстояние между ПЭП должно быть d(1,5–2)λ. При томографии для получения качественного изображения расстояние между ПЭП (шаг сканирования) d должно быть d λ/2.

По статистическим характеристикам структурного шума определяется алгоритм ПВО сигналов. Обобщенный (базовый) алгоритм ПВО (рис.31) отражает ситуацию, когда расстояние d между ПЭП достаточно велико (drk), структурный шум на соседних ПЭП можно считать некоррелированным. В этом случае линейные фильтры представляют собой каскадные соединения выбеливающих и согласованных фильтров. Для каждого иного случая контроля осуществляется разработка нового алгоритма ПВО, являющегося развитием базового алгоритма.

Рис.30. Зависимость модуля максимума ВКФ от расстояния d между ПЭП (в длинах волн).

Рис.31. Базовый алгоритм выделения УЗ эхо-сигналов из белого и структурного шума.

В шестой главе поясняются принципы создания многофункциональной адаптивной программно организованной аппаратуры контроля сложноструктурных из бетона изделий с большим затуханием ультразвука. Необходимость создания такого аппаратно-программного комплекса очевидна из предыдущих примеров: практически для каждого изделия необходимо выбирать создавать «свой» сигнал, алгоритм обработки сигнала, метод контроля. Описана структурная схема аппаратуры УЗ контроля (рис. 32). Передающий тракт содержит ЦАП, формирующий зондирующий сигнал требуемого вида, и усилитель мощности (УМ), усиливающий зондирующий сигнал до необходимой величины. Приемный тракт содержит многоканальный коммутатор приемного тракта (ПК), осуществляющий подключение элементов многоканального приемного ПП к входному усилителю (ВУ); АЦП, преобразующий эхо-сигнал из аналоговой в цифровую форму и своей разрядностью определяющий величину динамического диапазона приемного тракта.

Рис. 32. Структурная схема компьютерного многофункционального устройства помехоустойчивой УЗ дефектоскопии

ПО написано на языке C# в операционной системе “Windows”. ПО реализует основные алгоритмы УЗ контроля, что позволяет анализировать свойства зондирующих сигналов, оптимизировать ПВО эхо-сигналов, осуществлять спектральный анализ сигналов, снимать частотные и пространственные характеристики ЭАП, сохранять данные контроля.

В главе показывается, что алгоритмическая и параметрическая гибкость аппаратуры реализуется с помощью разработанного в диссертации виртуального языка программирования - «структурно-модульного проектирования» (СМП), позволяющего контроля в процессе контроля в виртуальном пространстве синтезировать любой сигнал или алгоритм УЗ НК. СМП реализуется следующим образом:

В УЗ многофункциональном дефектоскопе сформирован банк «первичных «функционалов» – программно реализованных модулей (устройств), выполняющих простейшие математические операции (рис.33): сложение (а), умножение (б), извлечение квадратного корня (в), генерацию гармонического сигнала (г), частотную фильтрацию сигналов (д) и др. Каждый функционал имеет входные (X, Y, D) и выходные (x, y) параметры. В устройствах типа «фильтр нижних частот», «генератор гармонического сигнала» предусмотрена возможность определять (изменять) соответствующие параметры (частота среза фильтра, частота генерируемого сигнала и др.). Функционалы работают с различными данными, такими как: - «сигнал» (отображаются синим цветом); - «число» (отображаются зеленым цветом, задаются вручную оператором или получаются с выхода другого модуля); - «строка» (отображаются фиолетовым цветом, задаются вручную оператором). Строки используются для задания различных кодов (например, для задания кода ФМ-сигнала). Операционный модуль имеет также вход О для указания кода операции. На выходе - результат выполненной операции «=». Код операции О может иметь следующие значения: «+», «-», «*», «/», определяющие математические операции над входными сигналами: соответственно «суммирование», «вычитание», «умножение», «деление». Код операции «^» означает получение амплитуды вектора с учетом знака: действительным и мнимым значениями вектора являются мгновенные значения сигнала на входах X и Y соответственно. Следовательно, операционный модуль может быть, в зависимости от входного параметра «код операции», например, сумматором (рис.33,а), перемножителем сигналов (рис.33,б) или устройством, вычисляющим амплитуду вектора (рис.33,в).

Рис.33.Примеры простейших функционалов

Генератор гармонического сигнала (рис.32,г) формирует на выходе синусоидальный гармонический сигнал, зависящий от входных параметров: А – амплитуда сигнала, Ч – частота сигнала, Ф – фаза сигнала (в радианах), П – количество периодов, С – смещение во времени, Д – частота дискретизации (для связи временных параметров сигнала с генерируемым массивом сигнала). Функционал «Фильтр низких частот» (рис.33,д) формирует на выходе результирующий сигнал Р, полученный в результате НЧ-фильтрации входного сигнала С. Частота среза F задается в КГц. Функционал «Модуль извлечения квадратного корня» (рис.32,е) обеспечивает на выходе результирующий сигнал R, полученный в результате поэлементного извлечения квадратного корня из каждого элемента массива, задающего образ входного сигнала S. Функционал «Быстрое преобразование Фурье» показан в двух различных режимах работы. Функционал имеет два сигнальных входа X и Y для подачи действительной и мнимой составляющих сигнала. Вход D – отвечает за направление преобразования Фурье. При D = -1 модуль производит прямое быстрое преобразование Фурье входного сигнала, и на выходах x и y мы получаем спектральное разложение входного сигнала (рис.32,ж). В случае D = 1 модуль производит обратное преобразование Фурье – в этом случае происходит преобразование входного сигнала из спектральной области во временную (рис.32,з). Функционал «Векторное перемножение» позволяет вычислять модуль векторного поэлементного перемножения двух входных комплексных сигналов (рис.32,и). Он имеет четыре сигнальных входа для подачи действительной и мнимой компонент двух сигналов: x1 и y1 – для компонент первого сигнала, x2 и y2 – для компонент второго сигнала. Строковый параметр Т задает тип перемножения. При значении параметра T «*» вычисление результата перемножения для каждого элемента массива сигнала проводится по следующим формулам:;. При иных значениях параметра Т результат вычисляется по выражениям:;

В разработанной системе формирования алгоритмов генерации и обработки сигналов легко обеспечивается соединение двух и более модулей (функционалов) таким образом, чтобы были согласованы соответствующие параметры сигналов (частота, амплитуда и др.) и выходные параметры любого модуля передавались на входы любых других модулей.

Рис.34 – Синтез алгоритма операции синхронного детектирования сигнала

Рис. 35 – Синтез алгоритма операции оптимальной фильтрации сигнала


Разработанный язык СМП позволяет оператору, не имеющему навыков традиционного математического программирования, создавать в процессе контроля на основе банка первичных «функционалов» более сложные средства и включать их в алгоритмы генерации и обработки сигналов. Показаны примеры построения вторичных функционалов с помощью первичных функционалов: синхронного детектора (рис.34) и ОФ для сложномодулированного сигнала (рис.35): ОФ для СМ сигнала построен с использованием операции БПФ. Таким образом, создаётся банк более сложных функциональных устройств: СД, ОФ, формирователь B-скана, вейвлет-преобразование и др., которые в свою очередь, могут использоваться для построения более сложных алгоритмов.

Разработанный в диссертации язык программирования СМП позволяет оператору дефектоскопа (не имеющему навыков математического программирования) при проведении УЗ контроля в реальном масштабе времени гибко формировать, дорабатывать, модифицировать различные алгоритмы обработки для достижения результатов УЗ НК.

В седьмой главе приводятся многочисленные примеры УЗ контроля сложноструктурных материалов (на примере изделий из бетона), в которых осуществляется как выделение эхо-сигналов из белого шума, из коррелированных структурного шума и ЭАН, так и производится построение томограмм изделий. Ниже приводятся некоторые варианты базового алгоритма ПВО, которые позволяют объяснить проблему вариативности контроля сложноструктурных изделий.

Упрощенные алгоритмы ПВО при построении томограмм для случая малого уровня структурного шума (при контроле бетонного изделия толщиной 150мм с размером гравия 3–5 мм) приведены на рис.36. В них вместо сумматора сигналы поступают на формирователь изображения изделия Ф. Соответсвующая томограмма показана на рис.37,а. Использование синхронного детектирования позволяет формировать изображение контролируемого изделия как совокупность видеоимпульсов, что улучшает изображение - после СД исчезает «полосатая» структура (рис.37,б).        Для улучшения изображения изделия используются нелинейные обработки: алгоритм «отсечения наводки» убирает первые отсчеты принятого сигнала, построение изображения начинается с расстояния 20 мм, где сигнал ЭАН отсутствует. В результате такой обработки (рис.37,в,г) изображение более яркое, однако сильнее проявляется структурный шум, что объясняется «цифровым» характером представления информации: амплитуды эхо-сигналов кодируются цветом. При большом динамическом диапазоне эхо-сигналов сравнительно малые сигналы структурного шума не заметны; при уменьшении динамического диапазона (за счёт отсечения «большого» сигнала ЭАН) «проявляются» относительно малые эхо-сигналы от структуры.

Рис.36. Алгоритмы построения томограмм «по интенсивности сигнала» с согласованной фильтрацией (а), а также с согласованной фильтрацией и синхронным детектированием. (б).

Дальнейшее улучшение изображения позволяет алгоритм «коррекция затухания»: УЗ волны в среде уменьшаются по экспоненциальному закону, что можно скорректировать, разделив сигнал на коэффициент exp(–αt), где α –коэффициент затухания (см. алгоритм показан на рис.38).

Рис.37. Изображение изделия из бетона L= 150 мм (Сплит-сигнал,fo= 500 кГц): а): после СФ; б) - после СФ и СД; в) после СФ и после «отсечения наводки»; г) после СФ и СД, после «отсечения наводки» и при применении коррекции затухания.

Результат применения одновременно алгоритмов «отсечение наводки» и «коррекции затухания» показан на рис.37,г (здесь построение томограммы производится по эхо-сигналам на выходе ОФ и после СД). Изображения на рис.37,г получаются «ярче», чем на рис.37,в.

Рис.38. Алгоритм построения томограмм с согласованной фильтрацией и «коррекцией затухания» в каждом канале.

Основные алгоритмы построения изображений сложноструктурных изделий не всегда позволяют построить качественную томограмму. В диссертации созданы многочисленные базовые и дополнительные алгоритмы построения изображений, являющиеся развитием базовых алгоритмов; вспомогательные приемы для улучшения изображения и более точного измерения эхо-сигналов: - алгоритм с амплитудной нормировкой (рис.39); -алгоритм синхронного детектирования с возможностью изменения параметра фильтра нижних частот, фильтра верхних частот (рис.40); -алгоритм построения томограмм «с фазовым перекосом» (рис.41); -алгоритм «стробирование изображений»; -алгоритм «скользящая оконная фильтрация» и многие другие вспомогательные алгоритмы, помогающие выделить сигналы из структурного шума, ЭАН, улучшить изображение томограмм.

Рис.39. Алгоритм процедуры амплитудной нормировки

Рис.40.Алгоритм пространственно-временной обработки с применением фильтра верхних частот.


Рис.41. Структурная схема алгоритма построения томограмм с фазовым перекосом


Все эти (как и многочисленные другие) алгоритмы ПВО сигналов позволяют оператору в процессе контроля определять наилучший метод контроля, наилучший алгоритм обработки сигналов. Вместе с тем оптимальный алгоритм обработки заранее трудно предугадать. Поэтому оператор должен с одной стороны обладать широким набором стандартных алгоритмов (что обеспечивается многофункциональностью разработанной аппаратуры), а с другой стороны возникает необходимость оперативного изменения алгоритмов генерации и обработки УЗ эхо-сигналов в процессе НК (что обеспечивается алгоритмической и параметрической гибкостью программно-аппаратного комплекса НК). С этой целью оператор в процессе контроля должен иметь возможность изменять алгоритм – добавлять в алгоритмическую цепочку те или иные процедуры (функционалы), улучшающие качество обнаружения и отображения сигнала.

На рис.42-49 иллюстрируется алгоритмическая гибкость разработанного виртуального языка СМП - возможность создания нового алгоритма ПВО (нового метода контроля) оператором непосредственно в процессе контроля для выделения эхо-сигналов из коррелированной помехи (ЭАН) и получения качественного изображения изделия (в данном случае синтезировался алгоритм «Вычитание среднего значения», позволяющий улучшить изображение изделия, подавлять сигнал ЭАН).

Вначале формируется изображение контролируемого изделия из бетона со скошенной поверхностью согласно алгоритму «по интенсивности сигнала» (рис.42). С помощью языка СМП данный алгоритм строится на основе вторичных функционалов «ОФ», «СД» и «Формирователь B-скана» (рис.43). Изображение задней скошенной стенки изделия (синий цвет посередине томограммы на рис.42) практически не видно из-за большого сигнала ЭАН (С/Ш<<1). С целью улучшения изображения суммируются все строки томограммы на рис.42 и вычисляется "усреднённая" строка. Повторяя "усреднённую" строку n раз, строим "усредненную" томограмму (рис.44) согласно алгоритму, показанному на рис.45. Затем из исходной томограммы (рис.42) вычитаем сконструированную "усредненную" томограмму (рис.44) с помощью алгоритма на рис.47. После вычитания сигналы наводки нивелируются. Сигнал от плоскости, параллельной плоскости зондирования, пропадает, однако выделяется изображение наклонного дна, которое становится четким (синий цвет на зеленом фоне на рис.46).

Рис.42.Изображение изделия, полученное по алгоритму «по интенсивности сигнала».

Рис.43 Алгоритм построения томограмм изделия из бетона «по интенсивности сигнала», созданный с помощью структурно-модульного проектирования.

Рис.44. Изображение изделия из бетона после «усреднения строк».

Рис.45. Алгоритм построения томограмм «Усреднение строк».

Рис.46. Изображение изделия, полученное согласно алгоритму на рис.47.

Рис.47. Алгоритм построения томограмм изделия «Вычитание среднего значения».

Применение синхронного детектирования (алгоритм на рис.49) улучшает изображение наклонной поверхности изделия из бетона - С/Ш>>1 (рис.48).

Рис.48. Изображение бордюрного камня, полученное согласно алгоритму рис.49.

Рис.49. Алгоритм построения томограмм бордюрного камня «Вычитание среднего значения» и последующего синхронного детектирования.

При УЗ контроле сложноструктурных изделий с бльшими структурными неоднородностями увеличивается и затухание сигнала и структурный шум.

В результате отраженный от дна изделия УЗ Сплит-сигнал, который должен на «А» скане (рис.50) находиться в интервале 150-160 мкс, на фоне структурного шума практически не виден.

Рис.50. Эхо-сигнал, полученный при зондировании изделия из бетона толщиной 300 мм Сплит-сигналом (средняя частота 216 кГц): а – после согласованного фильтра, б – после синхронного детектирования.

На томограмме (рис.51) удалось получить изображение дна изделия (определить толщину изделия). Однако простейший алгоритм обработки сигнала («по интенсивности сигнала») не обеспечивает качественной томограммы, поэтому следует использовать более сложные алгоритмы, в которых следует сначала обеспечить выделение УЗ эхо-сигнала из структурного шума, и только после этого строить томограмму изделия.

Рис.51.Томограмма изделия из бетона толщиной 300 мм Сплит-сигналом со средней частотой 216 кГц и полосой 92% после ОФ и СД при использовании алгоритма («по интенсивности сигнала» (а) и алгоритма «фокусировка в точку» (б).

Таким алгоритмом является алгоритм «фокусировка в точку», он позволяет существенно снизить уровень структурного шума, однако не всегда удается получить четкое изображение плоскости, т.к. алгоритм ориентирован на визуализацию точечных отражателей, а при зеркальном отражении от плоскости точка отражения перемещается при перемещении зондирующего устройства.

Для обнаружения плоской границы и измерения ее координат предложен алгоритм определения координат плоскости «фокусировка на плоскость». Алгоритма эффективен при контроле изделий с высоким затуханием и высоким уровнем структурного шума, когда построение изображения плоскости по алгоритму «по интенсивности сигнала» или по алгоритму «фокусировка в точку» не даёт результата. Поиск плоскости основан на данных, полученных в результате предварительного сканирования изделия. Алгоритм поиска одиночной плоскости следующий. С помощью реализаций, на основе которых была построена первичная томограмма, создаётся массив P[r,φ] для поиска плоскости по координатам дальности (r) и угла (φ). Для каждого элемента массива P[r,φ] (т.е. для каждого значения расстояния r и угла φ) вычисляется сумма значений сигналов по всем реализациям из массива. Затем в данном массиве находится максимальное значение и соответствующие ему угол φ и расстояние r считаются координатами найденной плоскости. Результаты поиска плоскости отображаются на трехмерном SφL графике в виде яркостной отметки в координатах угол φ (ось абсцисс) – расстояние r (ось ординат) – вероятность S наличия плоскости (яркость отметки) в заданной точке пространства. Информация о координате плоскости считывается по осям (ось Х – угол φ; ось Y – расстояние r) и дублируется в правом нижнем углу экрана. На рис.52 приведена томограмма бетонного изделия с отражающей поверхностью, расположенной под углом к плоскости сканирования. Из-за большого затухания ультразвука и высокого уровня структурного шума (С/Ш0,1) на томограмме не удается однозначно идентифицировать наличие расположенной под углом плоскости отражения. На рис.53 показан Sφr график этого изделия, который позволяет определить расстояние  237 мм и наклон  13о плоскости по отношению поверхности контроля. Красное пятно, идентифицирующее плоскость, размыто из-за высокого уровня шумов и помех.

Рис.52. Томограмма изделия с наклонной плоскостью с высоким уровнем структурного шума и большим затуханием УЗ сигнала

Рис.53. Sφr график изделия из бетона с наклонной отражающей поверхностью

Таким образом, в диссертации показано, что обеспечить УЗ помехоустойчивый контроль многочисленных сложноструктурных изделий возможно только используя одновременно комплекс средств: -разнообразные методы выделения сигналов из белого и структурного шума; -гибкие адаптивные высокочувствительные СМ Сплит-сигналы; -широкополосные мозаичные преобразователи с заданными параметрами; -гибкие алгоритмы формирования устройств генерации и обработки сигналов, создающиеся в процессе контроля с помощью структурно-модульного проектирования; -гибкую многофункциональную адаптивную аппаратуру, позволяющую реализовать все эти условия.

В Приложении приведены характеристики разработанных автором приборов УЗ НК и Акты внедрения результатов диссертационной работы.

В Заключении приведены основные выводы и результаты:

1. Разработаны основы многофункционального помехоустойчивого УЗ контроля сложноструктурных изделий с большим затуханием ультразвука и высоким уровнем коррелированных помех, основанные на комплексном использовании: -параметрически гибких высокочувствительных Сплит-сигналов; -вариативных алгоритмов генерации и обработки УЗ помехоустойчивых сигналов, обеспечивающих адаптацию методов контроля, характеристик Сплит-сигналов, параметров ПЭП под параметры контролируемых изделий; -программно управляемого многофункционального адаптивного комплекса УЗ НК.

2. Предложен и реализован новый вид гибких помехоустойчивых сложномодулированных сигналов специально для задач УЗ контроля - Сплит-сигналы. Предложены и реализованы Сплит-алгоритмы, максимизирующие чувствительность УЗ эхо-контроля; -позволяющий гибко менять па­раметры Сплит-сигнала в процессе контроля, подстраиваясь под характеристики ЭАТ, контролируемого изделия с целью оптимизации параметров ЭАТ, минимизации искажений УЗ эхо-сигнала в ЭАТ и тем самым повышения точности измерения положения дефектов.

3. Определены новые интегральные пространственно-временные характеристики широкополосных ПЭП — корреляционная диаграмма направленности (КДН) и корреляционное распределение поля (КРП).

4. Разработаны принципы, методика и технология проектирования широкополосных мозаичных ПЭП с заданными амплитудно-частотными и пространственно-временными характеристиками.

5. Разработаны различные методы выделения УЗ эхо-сигналов из коррелированного структурного шума. Разработаны оптимальные алгоритмы пространственно-временной обработки сигналов с использованием широкополосных Сплит-сигналов с большой базой как для выделения эхо-сигналов из коррелированных помех, так и для визуализации контролируемого изделия.

6. Разработана новая интерактивная среда алгоритмического «структурно-модульного проектирования» многофункциональной адаптивной аппаратуры УЗ контроля, основанная на оригинальном графическом интерфейсе, и позволяющая оператору в процессе контроля: -создавать различные алгоритмы формирования и обработки сигналов; -обеспечивать адаптацию параметров сигнала под характеристики контролируемых изделий; -исследовать различные характеристики элементов ЭАТ.

7. Разработан и создан программно-управляемый многофункциональный комплекс технических средств УЗ контроля, который обеспечивает генерацию простых и сложномодулированных сигналов (в том числе и Сплит-сигнала), реализует сложные алгоритмы их обработки (включая алгоритм, реализующий Сплит-способ) и осуществляет гибкую адаптацию параметров сигналов под характеристики контролируемого изделия и параметры используемых ПЭП.

Ниже приведены основные публикации автора по теме диссертации:

Зорин А.Ю., Рябов Г.Ю., Соколов И.В. Ультразвуковой эхолокатор //Сборник трудов. –МЭИ; Вып. 296, Москва, 1976 г. С.84-86.

А. С. СССР № 834501. Способ ультразвукового контроля изделий 04.07.79 / Аксенов В.П., Качанов В.К., Соколов И.В. // Б.И. №20, 1981

Соколов И.В. Сложные сигналы в ультразвуковой эхо-локации// V Московская городская конференция молодых ученых и специалистов по повышению надежности, экономичности и мощности энергетического, электротехнического и радиоэлектронного оборудования: МЭИ, Тез. докл. Москва 1982. –С.12.

Соколов И.В. Применение сигналов специальной формы при ультразвуковой эхо-локации.//Сборник трудов. –МЭИ; Вып. 607, Москва, 1983 г. С.7-11.

Соколов И.В. Применение сигналов специальной формы при ультразвуковой эхо-локации крупногабаритных сред// Автореферат канд.дис.МЭИ, 1982.

А.С. СССР № 1114946.. С Устройство для УЗ контроля материалов и изделий 11.01.83/ Аксенов В.П. Зорин А.Ю., Соколов И.В. // Б.И. №35, 1984.

А.С. СССР № 1262362. Способ ультразвукового контроля изделий . 04.01.85/ Качанов В.К., Попко В.П., Соколов И.В. Б.И. №37, 1986

Качанов В.К., Соколов И.В., Зорин А.Ю. Применение методов оптимальной обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии.//Сборник трудов. –МЭИ; Вып. 123, Москва, 1987 г. С.2-9

А.С. СССР № 1397830. Устройство УЗ контроля материалов и изделий. 13.01.87/ Качанов В.К., Соколов И.В., Алатырев Г.А., Попко В.П.//Б.И.№19, 1988

А.С. СССР № 1460698. Устройство УЗ теневого контроля. 21.07.87/ Качанов В.К., Соколов И.В., Питолин А.И., Рапопорт Д.А.// Б.И. №7, 1989

А. С. СССР № 1529923. Способ УЗ теневого контроля. 21.07.87/ Соколов И.В., Качанов В.К., Рябов Г.Ю., Питолин А.И., // Б.И. №29, 1989

А.С. СССР № 1499116. Ультразвуковой толщиномер. 28.09.87/ Соколов И.В., Качанов В.К., Алатырев Г.А., Мякинькова Л.В. // Б.И. №19, 1988

А.С. СССР № 1557516. Способ УЗ теневого контроля изделий. 17.08.87/ Соколов И.В., Качанов В.К., Калинин Д.А., Карташова И.Б // Б.И. №14, 1990

А.С. СССР № 1516962. Способ неразрушающего контроля качества изделий из многослойных материалов. 24.07.87/ Качанов В.К., Соколов И.В., Мозговой А.В.// Б.И. №39, 1989

А.С.СССР № 1552093. Преобразователь для УЗ контроля. 04.01.88/ Соколов И.В., Питолин А.И., Сарычев А.Б., Рябов Г.Ю.// Опубл. в Б.И. №11, 1990

А.С.СССР № 1504512. УЗ способ определения толщины.21.01.88/ Качанов В.К., Соколов И.В., Зорин А.Ю.// Б.И. №32, 1989.

А.С.СССР № 1458804. Устройство для УЗ теневого контроля. 06.07.87/ Соколов И.В., Качанов В.К., Алатырев Г.А. // Б.И. №6, 1989

А.С.СССР №1504512. УЗ способ определения толщины.21.01.88/ Качанов В.К., Питолин А.И., Рябов Г.Ю., Соколов И.В., Зорин А.И., // Б.И. №32, 1989.

А.С. СССР № 1552093. Преобразователь для УЗ контроля. 04.01.88/ Питолин А.И., Рябов Г.Ю., Соколов И.В., Сарычев А.Б., Б.И. №11, 1990.

А.С. СССР № 1562846. Способ ультразвуковой теневой дефектоскопии изделий из композиционных материалов. 12.07.88/ Кутюрин Ю.Г., Рапопорт Д.А., Качанов В.К., Соколов И.В. Б.И. №17, 1990.

Качанов В.К., Соколов И.В., Завьялов А.Ю., Казанцев О.А. Разработка ультразвуковых адаптивных методов и устройств для контроля изделий из полимерных материалов. // Дефектоскопия. 1990. № 9. C. 39-44.

Качанов В.К., Зорин А.Ю., Попко В.П., Рябов Г.Ю., Соколов И.В. Новые тенденции в развитии УЗ дефектоскопии.// Электротехника.-1990. № 11.C.15-22

А.С. СССР № 1619168. Устройство для УЗ контроля. 09.01.89/ Качанов В.К., Питолин А.И., Попко В.П., Рябов Г.Ю., Соколов И.В.// Б.И. №1, 1991.

А.С. СССР №1640631.УЗ способ контроля дефектов.19.04.89/ Мозговой А.В.., Качанов В.К., Рябов Г.Ю., Соколов И.В. // Б.И. №13, 1991.

А.С. СССР № 1702292. Устройство для УЗ контроля. 25.04.89/ Алатырев Г.А., Качанов В.К., Попко В.П., Рябов Г.Ю., Соколов И.В. // Б.И. №48, 1991.

А.С. СССР № 1670584. Устройство для ультразвукового контроля. 14.07.89/ Завьялов А.Ю., Питолин А.И., Соколов И.В. // Б.И. №30, 1991.

А. С. СССР № 1702294. УЗ адаптивный дефектоскоп. 02.03.89/ Качанов В.К., Соколов И.В., Рябов Г.Ю., Попко В.П., Алатырев Г.А. // Б.И. №48, 1991.

Соколов И.В., Зорин А.Ю.. Применение частотно-модулированных сигналов в УЗ дефектоскопии //Сборник трудов. МЭИ; Вып. 642, М., 1991 г. С.10-25.

А. С. СССР № 1748049. Устройство ультразвукового контроля материалов и изделий. 13.08.90/ Качанов В.К., Питолин А.И., Попко В.П., Рябов Г.Ю., Соколов И.В. // Б.И. №26, 1992.

А. С. СССР № 1815018. Передающий тракт ультразвукового дефектоскопа. 13.05.91/ Соколов И.В., Завьялов А.Ю., Казанцев О.А. и др. // Б.И. №19, 1993.

Качанов В.К., Соколов И.В., Зорин А.Ю., Питолин А.И. Применение специальной обработки частотномодулированных сигналов в ультразвуковом контроле. // Дефектоскопия.-1993.- № 4.- C. 28-33.

Соколов И.В., Булаев Ю.В. Моделирование статистиче­ских характеристик струк­турного шума при ультразву­ковом зондировании неод­нородных сред. // Радиотех­нические тетради. 1995.- № 8. C. 18-22.

Карташев В.Г., Шалимова Е.В., Соколов И.В., Качанов В.К., Залеткин А.В. Математическое моделирование структурного шума при УЗ контроле сред с равномерным распределением неоднородностей // Тезисы докладов 14 НТ конференции “Неразрушающий контроль и диагностика”, 1996 г. Москва. Т.1, с.122.

Качанов В.К., Шалимова Е.В., Соколов И.В., Залеткин А.В., Булаев Ю.В., Попко В.П. Опыт ультразвукового контроля колоколов Московского Кремля и Храма Христа Спасителя // Тезисы докладов 14 НТ конференции “Неразрушающий контроль и диагностика”, 1996 г. Москва. Т.1,с.123

Соколов И.В., Залеткин А.В. Сравнительный анализ помехоустойчивости сложномодулированных сигналов в дисперсных средах./ Тез.докл.14 НТ конф. “Неразрушающий контроль и диагностика”, 1996 г. М.Т. 1, с.125

Соколов И.В., Залеткин А.В., Качанов В.К., Питолин А.И. Применение сигналов специальной формы для дефектоскопии изделий с высоким затуханием ультразвука // Тезисы докладов 14 НТ конференции “Неразрушающий контроль и диагностика”, 1996 г. М.Т. 1, с.124

Соколов И.В., Качанов В.К., Питолин А.И., Залеткин А.В. Реализация способа гармонического синтеза сигналов в адаптивном ультразвуковом дефектоскопе // Тезисы докладов 14 НТ конференции “Неразрушающий контроль и диагностика”, 1996 г. М.Т. 1, с.145

Патент № 2106625 Российская Федерация. Устройство ультразвукового контроля материалов и изделий 25.07.97 / Качанов В.К., Питолин А.И., Попко В.П., Рябов Г.Ю., Соколов И.В.// Опубл. в бюл. № 7, 1998.

Патент № 2121659 Российская Федерация. Способ ультразвукового контроля толщины изделий 31.03.97 / Качанов В.К., Соколов И.В., Питолин А.И., Залеткин А.В., Зорин А.Ю. // Опубл. в бюл. -1998.- № 31.

Патент № 2126538 Российская Федерация Сплит-способ ультразвукового контроля 12.09.97/ Соколов И.В., Соколов Е.И.// Опубл. в бюл. № 5, 1999.

Соколов И.В., Залеткин А.В. Применение сплит-сигналов в ультразвуковой дефектоскопии// Труды 16-ой конференции "Ультразвуковая дефектоскопия металлоконструкций: Тез. докл. С.-Петербург, 1997. –С.274.

Sokolov I.V., Kachanov V.K., Pitolin A.I., Popko V.P., Zorin A.Y., Zaletkin A.Y., Use of the Split-Algorithm for Ultrasonic Defectoscopy // New Technologies for the 21st Century. №2 1999 г. pp. 60-63.

Качанов В.К., Питолин А.И., Попко В.П., Соколов И.В., Зорин А.Ю. О приоритете российских ученых в создании нового научного направления в ультразвуковой дефектоскопии, использующего радиотехнические способы обработки сигналов,// Тезисы докладов 15 Российской конференции “Неразрушающий контроль и диагностика”, 1999 г., Москва. Т.1, с.323

Соколов И.В. Сплит-способ УЗ контроля//Тез.докл.15 Российской конф. “Неразрушающий контроль и диагностика”, 1999г., Москва. Т.1, с.303.

Соколов И.В., Залеткин А.В. Результаты сравнительного анализа устойчивости сложномодулированных сигналов к искажениям АЧХ и ФЧХ электроакустического тракта // Тезисы докладов 15 Российской конференции “Неразрушающий контроль и диагностика”, 1999 г., Москва. Т.1, с.304.

Vladimir. K.Kachanov and Igor V.Sokolov. Application features of radio engineering signal processing methods for ultrasonic flow detection, Nondestr.Test.Ewal., 2000, Vol.15, p.330—.337

Качанов В.К., Питолин А.И., Попко В.П., Карташев В.Г., Соколов И.В., Зорин А.Ю Приоритет российских ученых в разработке новых средств УЗК с повышенной информативностью/ В мире Неразрушающего Контроля, С.-Петербург, 2001, №2 (12), с.14—17

Залеткин А.В., Зорин А.Ю., Качанов В.К., Питолин А.И., Попко В.П., Соколов И.В. Устройство УЗ контроля толщины изделий // Свидетельство на полезную модель РФ //RU 185578 U1 /G01 B 17/02, Бюл.N18, 27.06.2001

Соколов И.В., Питолин А.И., Зорин А.Ю. Проблема помехоустойчивого контроля в ультразвуковой дефектоскопии объектов ядерной энергетики/ НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ2002. НТ конференция “Научно-инновационное сотрудничество”по межотраслевой программе сотрудничества между Минобразования РФ и Минатомом РФ, М,2002, Сб. научн.трудов., Ч.1. МИФИ, 2002, С.78

Соколов И.В., Качанов В.К., Зорин А.Ю., Матвеев В.В. Применение сплит-сигнала для динамической коррекции параметров композитного электроакустического преобразователя // “Сварка на рубеже веков”: Тезисы докладов НТ конференции. 2003.-М.:Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана.- 2002.С.118.

Соколов И.В. Питолин А.И., Попко В.П., Федоров М.Б. Динамический оптимальный фильтр сплит-сигнала // “Сварка на рубеже веков”: Тезисы докладов НТ конференции. 2003.-М.:Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана.- 2002.С.119

Соколов И.В Питолин А.И., Попко В.П Широкополосные многослойные пьезопреобразователи для УЗ дефектоскопов бетонных конструкций// НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ -2003. II НТ конференция “Научно-инновационное сотрудничество”по межотраслевой программе сотрудничества между Минобразования РФ и Минатомом РФ. 2003., Ч.1, М. :МИФИ, 2003. С.76—77.

Соколов И.В., Качанов В.К., Питолин А.И., Попко В.П., Зорин А.Ю. Устройство УЗ контроля// Патент РФ RU 2204829 C1. Бюл. № 14, 2003.

Igor V.Sokolov The split-method of ultrasonic non-destructive testing. /Nondestructive Testing and Evaluation. 2003. Vol.19. Number 1-2, pp. 1-15

Соколов И.В., Качанов В.К., Фёдоров М.Б., Залёткин А.В. Динамическая оптимальная фильтрация частотно-неэквидистантного Сплит-сигнала. 3-я международная выставка и конференция “неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности” 2004 г. М.,, ЦМТ., С.96.

Качанов В.К., Конов М.М., Соколов И.В., Попко В.В. Пространственные и пространственно-временные характеристики УЗ широкополосных преобразователей. 3-я межд. выставка и конференция “Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности” 2004 г. М., ЦМТ., С.98-99.

Качанов В.К., Конов М.М., Соколов И.В., Питолин А.И. Синтез широкополосных мозаичных преобразователей с заданной пространственно-временной характеристикой. 3-я межд. выставка и конференция “неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности” 2004 г. М., ЦМТ., С.97.

Соколов И.В., Качанов В.К., Фёдоров М.Б. Концепция модульного проектирования алгоритмов формирования и обработки сигналов в компьютеризированном универсальном программно-аппаратном комплексе неразрушающего УЗ контроля. Тезисы докладов 5-ой Международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности». Москва, 2006г.–М.: Машиностроение-1, 2006. С.93.

Соколов И.В., Качанов В.К., Залёткин А.В, Фёдоров М.Б. Многофункциональная аппаратура УЗ контроля. Тез.докл. 5-ой Международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности». Москва, 2006г.–М.: Машиностроение-1, 2006. С.33

Карташев В.Г., Шалимова Е.В., Соколов И.В, Залёткин А.В. Влияние структурного шума на погрешности измерения в ультразвуковой дефектоскопии/ Радиотехнические тетради. №33 2006, Москва, МЭИ с.54-57

Карташев В.Г., Залёткин А.В., Соколов И.В, Шалимова Е.В. Оптимальная и квазиоптимальная временная обработка сигналов при ультразвуковой дефектоскопии материалов со сложной структурой и частотно-зависимым затуханием/ Вестник МЭИ, №6, Москва, 2006г., с.140-147

Соколов И.В. Сплит-способ ультразвуковой дефектоскопии/ Вестник МЭИ, №6, Москва, 2006 г., с.147-152

Качанов В.К., Соколов И.В., Конов М.М. Корреляционная диаграмма направленности и корреляционное распределение поля ультразвукового широкополосного преобразователя/ Вестник МЭИ, №1, Москва, 2007 г., с.125-131

Соколов И.В., Качанов В.К., Родин А.Б., Залеткин А.В. Модифицированный Сплит-способ УЗ дефектоскопии. Тез. докл. 6-ой Межд. конференции «НК и техническая диагностика в промышленности».–М.: Маш-е - 1,2007. С.204-207.

Качанов В.К., Соколов И.В. Проблемы ультразвукового контроля протяженных сложноструктурных изделий с большим затуханием сигналов. // Дефектоскопия.-2007.- № 8.- C. 82-93.







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.