Информационно-измерительный комплекс для исследования акустических свойств материалов и элементов конструкций

• Автор: Цинь Хуну
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Хабаровск
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Список сокращенных наименований:

АР- авторегрессии;

АРСС — авторегрессии - скользящего среднего;

АЧХ - амплитудно-частотная характеристика;

АЭ - акустическая эмиссия АС - анализатор спектра;

АЦП - аналого-цифровой преобразователь;

ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь;

СХ - спектральная характеристика;

ДПФ - дискретное преобразование Фурье;

БПФ - быстрое преобразование Фурье;

СПМ — спектральная плотность мощности;

DDS- Direct Digital Synthesizer (цифровой синтезатор); ФАПЧ - фазовая автоподстройка частоты;
ГУН - генератор, управляемый напряжением;
ЭПР - эффективная площадь рассеяния.
ПП - пьезопреобразователь;
ККП - комплексный коэффициент передачи;
НЧ - низкие частоты;
ВЧ - высокие частоты;
ИИК - информационно-измерительный комплекс.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА ПРИ НЕРАЗРУШАЮЩЕМ КОНТРОЛЕ
1.1. Информационные параметры и методы классификации акустических сигналов
1.2. Основные методы и средства измерения спектральной плотности акустических сигналов
1.2.1. Аналоговые методы оценки спектральной плотности
1.2.2. Особенности цифровых методов оценки спектральной плотности
1.2.3. Параметрические методы спектрального оценивания
1.3. Состояние и перспективы развития акустико-эмиссионной спектрометрии
ВЫВОДЫ
2. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ АЧХ СИСТЕМЫ
«ОБЪЕКТ - ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ»
2.1. Особенности использования АЧХ объекта при спектральном анализе сигналов акустической эмиссии
2.2. Проблемы моделирования акустического сигнала с известным спектром
2.3. Расчет АЧХ объекта в виде тонкого длинного стержня
2.4. Анализ влияния рассеяния акустических волн при определении
АЧХ объектов сложной формы
2.5. Средняя эффективная площадь рассеяния акустических волн
2.6. Моменты и распределение вероятности эффективной площади рассеяния тел простой формы
2.7. Расчет АЧХ образцов материала и объектов контроля
ВЫВОДЫ

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АЧХ ОБРАЗЦОВ
МАТЕРИАЛОВ И ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ
ЗЛ. Метрологические аспекты анализа АЧХ образцов материалов и
изделий
3.2. Методика экспериментальной оценки АЧХ системы «объект-преобразователь»
3.3. Результаты экспериментальных исследований АЧХ образцов керамических материалов
3.3.1. Особенности обработки результатов экспериментальных исследований
3.3.2. Зависимость результатов экспериментальных исследований АЧХ образцов от способа возбуждения акустического сигнала
3.3.3. Результаты экспериментальных исследований АЧХ образцов материалов разного типа
3.4. Результаты экспериментальных исследований АЧХ объектов неразрушающего контроля
3.4.1. Исследование АЧХ линейных объектов
3.4.2. Сравнительный анализ результатов теоретического
и экспериментального исследования АЧХ
3.4.3. Анализ эффективности использования АЧХ системы «объект-преобразователь»
ВЫВОДЫ
4. РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА
4.1. Структура аппаратно-программного комплекса анализа АЧХ
4.2. Блок регистрации сигналов акустической эмиссии
4.2.1. Блок предварительных усилителей и фильтрации
4.2.2. Блок регистрации и анализа
4.3. Блок имитации сигналов акустической эмиссии
4.3.1. Блок генерации акустических сигналов

Взаимная спектральная плотность мощности определяется

соотношением Рху (/) = Т 2] г1у [от] ехр(- j2фгТ).
в) Периодограммная оценка СПМ.
Определение СПМ основывается еще и на эргодичности процесса, когда усреднение по ансамблю заменяется усреднением по времени:
Альтернативный подход для вычисления СПМ основывается на соотношении (1.32) называется периодограммным методом. Если не учитывать операцию математического ожидания, то мы приходим к
несостоятельной и на практике редко применяется. Для получения состоятельной СПМ необходимо заменить математическое ожидание усреднением по времени.
Алгоритм СПМ имеет следующий вид. Исходная реализация х{п), содержащая N отсчетов, разбивается на Р перекрывающихся участков (подвыборок) хм (от) = х(т + (/ -1) Мс)) , где от = 0,К,М-1 , ;' = 1,К,Д ;
Р = int{(A/- М)/[(1 -С)м]} +1 ; Мс = М-Ы{М■ С} . Здесь С<1 - параметр (процент) перекрытия. Использование перекрытия особенно целесообразно в тех случаях, когда применяются временные окна с низким уровнем боковых лепестков.
На следующем шаге получения оценки СПМ выполняется центрирование сигнала на каждом участке: хи)(от) = х(0(от) -Мх(г) , где

М (0 = — УV°(m) - среднее значение сигнала на z-ом участке реализации.
Осуществляется взвешивание сигнала функцией окна и рассчитывается энергия окна:
(1.32)
соотношению вида PIX(f) = — ]Гх[и]ехр(- jlrfnT) . Данная оценка получается
N „»о