Исследование корреляционных методов обработки акустических сигналов и разработка ультразвуковых толщиномеров с расширенным диапазоном измерений

• Автор: Козлов, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 95 с. : ил

Содержание
Введение

Глава 1 Анализ методов и средств ультразвуковой толщинометрии

1.1 Задачи измерения, решаемые с помощью ультразвуковых толщиномеров, условия их применения и виды контролируемых материалов

1.2 Обзор работ по ультразвуковой толщинометрии . . .

1.3 Характеристики ультразвуковых толщиномеров, используемых в настоящее время . . . . . . . .
1.4 Особенности использующихся в толщиномерах раздельно-совмещённых и совмещённых пьезопреобразователей . .

1.5 Получение информации о толщине изделия

1.6 Факторы, влияющие на точность измерений

1.7 Выводы

1.8 Цель и задачи исследования

Глава 2 Теоретические исследования корреляционных методов обработки акустических сигналов при измерениях толщины
2.1 Разработка модели сигналов и помех в приёмном тракте толщиномера с совмещённым преобразователем
2.2 Применение корреляционных методов для измерения толщины
2.3 Требования к характеристикам преобразователей . .
2.4 Применение интерполяционных методов для уменьшения погрешностей измерений, вызванных дискретностью временных отсчётов
2.5 Выводы

Глава 3 Результаты экспериментальных исследований работы
толщиномеров на объектах неразрушающего контроля
3.1 Измерения временных зависимостей уровней сигналов и помех при контроле совмещёнными пьезопреобразователями . .
3.2 Практические результаты . . . . .
3.3 Погрешности измерений
3.4 Выводы
Глава 4 Основные характеристики ультразвуковых толщиномеров, разработанных в ходе исследований
4.1 Ультразвуковой толщиномер А1208 и его функциональная
схема . . . . . . . . . .
4.2 Описание ультразвуковых толщиномеров других типов, созданных в ходе работы . . . . . . .
4.3 Метрологическое обеспечение созданных толщиномеров .
4.4 Выводы
Заключение
Литература
Приложение

Введение
Проблемы обеспечения технической безопасности неразрывно связаны с диагностикой, оценкой надежности и остаточного ресурса различных машин, механизмов, зданий и сооружений. Одной из важнейших операций диагностирования широкой номенклатуры объектов является измерение толщины. Благодаря высокой информативности, экономичности и безопасности для персонала наиболее широко распространённым методом измерения толщины является акустический метод [26], использующий для контроля акустические волны ультразвукового диапазона.
К одному из наиболее распространённых инструментов диагностики относятся эхо-импульсные толщиномеры, основное назначение которых - измерение толщины изделий при одностороннем доступе к их поверхности. С помощью ультразвуковых (УЗ) толщиномеров можно быстро и надёжно проконтролировать изделия, изготовленные из большинства широко используемых конструкционных материалов, включая металлы и их сплавы, пластики, керамику, композиты, стекло. УЗ толщиномеры применяют для решения двух основных групп задач: одна из них - это измерение толщины в процессе изготовления листов, труб, сосудов и других изделий, а другая - проверка толщины или остаточной толщины при эксплуатационном контроле труб, резервуаров, котлов, сосудов высокого давления, корпусов судов и других изделий, подвергающихся различным внешним воздействиям.
В научно-техническом прогрессе современной ультразвуковой толщино-метрии видную роль сыграли труды М. В. Королёва, В. Г. Шевалдыкина, В. С. Гребенника, В. А. Калинина, В. Л. Тарасенко, Й. Крауткремера, Г. Крауткреме-ра. Существенными качественными показателями при оценке толщиномеров как измерительных приборов являются диапазон измеряемых толщин и точность измерений, которые должны быть обеспечены для всех видов измеряемых изделий и материалов. На сегодняшний день наиболее широкое распро-

Тогда одиночный отражённый УЗ сигнал запишем в виде: А’(ґ) = A(t) sin(2 7zf0t + (Ро) , 0 (2.4)
О, t < О и t > ,
где А (у вычисляется согласно (2.3).
Собственную реверберационную помеху преобразователя р(Р) представим в упрощённом виде, поскольку в дальнейшем при переходе к обработке сигналов будет учитываться только её длительность:
Из-за отражений ультразвуковой волны от стенок объекта контроля через расстояния, кратные 2dü, будут возникать эхо-сигналы с коэффициентами отражения r(i(d), представленными зависимостью вида:
для толщин А, принимающих дискретные значения от до Атах с шагом do. Моделирование варианта однократного отражения достигается заданием коэффициента Ър намного большего, чем ЪБ. При задании типа материала контролируемого изделия - пластик используется инверсия чётных коэффициентов отражения.
При известной скорости распространения УЗ волны значения коэффициентов отражения распределяются по времени согласно выражению:
где d принимает дискретные значения от do до dmax с шагом d0.
С учетом начальной задержки т0 в электронной части прибора и протекторе преобразователя сигнал многократных отражений v(t) на входе сумматора запишем в виде:
P(t) - kAgs(t).
(2.5)
(2.6)
refl(t) = rd(2d ! с)
(2.7)
v(0 = k2Ags(t - т0) * refl(t) , где * - оператор свёртки.
(2.8)