Разработка программно-аппаратных средств ультразвуковой томографии крупногабаритных сложноструктурных изделий из бетона

• Автор: Тимофеев, Дмитрий Валерьевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 164 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
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
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 СК 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 СК 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 к 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
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»..
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
4. РАЗРАБОТКА ШИРОКОПОЛОСНЫХ МОЗАИЧНЫХ НИЗКОЧАСТОТНЫХ МАЛОАПЕРТУРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ФАЗИРОВАННЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК С ОГРАНИЧЕННЫМИ ГАБАРИТАМИ
радиолокации фазированных антенных решеток в УЗ дефектоскопии были проведены в МЭИ в конце 1960-г.г. [45-47]. Несколько позже были описаны УЗ ФАР для медицинских исследований [48-50]. Однако, вплоть до конца 1990 г.г. приборы с электронным сканированием луча в УЗ дефектоскопии большого распространения не получили [29,51-53]. В настоящее время УЗ приборы с УЗ
ФАР стали широко применяться и в России [54-57] и за рубежом [58-59].
Причем наиболее широко УЗ ФАР применяются для получении двух- и
трехмерных изображений контролируемого изделия - томограмм (томограмма -от греческого «томос» - слой, сечение; «графо» - пишу).
Простейшая схема формирования томограммы показана на рис. 1.19, она применяется при использовании относительно высокочастотного УЗ сигнала (/о~5-10 МГц), для которого ширина ДН #=агсзт(2/Д) не превышает нескольких градусов (рис. 1.19,а). При перемещении УЗ преобразователя по поверхности изделия формируются А-сканы (рис. 1.19,б,в,г), по совокупности которых строится изображение контролируемого объекта (рис. 1.19, д). Однако узкий УЗ луч (узкую диаграмму направленности) для формирования изображения контролируемого изделия возможно формировать и иным способом - с помощью УЗ ФАР.

Томограмма иыелия
Рис. 1.19.Построение изделия при 7 >> X
томограммы
1.5.1. УЗ фазированные антенные решетки для исследований
медицинских
УЗ ФАР наиболее активно используются в медицине для медицинских УЗ исследований (УЗИ) [60-62]. Формирование А-сканов с узкой ДН в приборах УЗИ осуществляется несколькими способами.
1. В примерах, показанных на рис. 1.20, используются УЗ ФАР. При этом предполагается, что все пьезоэлементы ФАР являются точечными и имеют широкую (круговую) ДН, а расстояние с1 между пьезоэлементами линейной ФАР составляет ФЯЛ. Если на все элементы УЗ ФАР подаются электрические