Разработка алгоритмов и оборудования для измерения параметров ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей

• Автор: Базулин, Андрей Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.02.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (ОБЗОР)

1.1. Теоретические основы расчета ПЭП

1.2. Применяемые стандарты на измерение параметров ПЭП

1.3. ПЭП в системах с когерентной обработкой данных

1.4. Метод проекции в спектральном пространстве

1.5. Математические алгоритмы для моделирования полей ПЭП

1.6. Методы и установки для контроля параметров ПЭП

1.7. Цель и задачи исследования

2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
2.1. ВЫБОР стандартных образцов
2.2. Расчет диаграммы направленности по эхосигналам от сферических и
цилиндрических донных поверхностей
2.2.1. Допущения и ограничения в принятой модели
2.2.2. Приближенный расчет поля отражения от цилиндрической донной поверхности
2.2.3. Результаты численного моделирования
2.2.4. Модельные эксперименты по расчету диаграммы направленности
2.2.5. Расчет трехмерной диаграммы направленности
2.2.6. Пример расчета трехмерной диаграммы направленности
2.2.7. Сокращение количества частот, используемых при расчете импульсной диаграммы
направленности
2.3. Расчет угла ввода по эхосигналам от цилиндрической донной поверхности
2.3.1. Перенос отражателя на произвольную глубину
2.3.2. Сравнение угла ввода, полученного на СО-3 и на СО-
2.3.3. Факторы, влияющие на реальную и измеренную диаграмму направленности ПЭП
2.4. Расчет поля ПЭП
2.5. Общая методика измерения параметров ПЭП
2.5.1. Система координат
2.5.2. Измерение параметров импульса
2.5.3. Измерение параметров призмы и пьезопластины
2.5.4. Измерение параметров диаграммы направленности и поля
2.5.5. Выбор параметров регистрации данных и построение сценария калибровки

3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ КАЛИБРОВКИ ПЭП АВГУР 5.
3.1. Основные требования к разрабатываемой системе
3.1.1. Требования предприятий-заказников
3.1.2. Требования в соответствии со стандартами
3.2. Описание системы
3.3. Технические характеристики
3.4. Технические решения, реализованные в системе калибровки
3.5. Анализ погрешностей измерения параметров
3.5.1. Оценка инструментальных погрешностей и функций влияния
3.5.1.1 Измерение параметров сигнала
3.5.1.2 Функция влияния скорости звука в стандартном образце
3.5.1.3 Функция влияния температуры
3.5.1.4 Функция влияния затухания в образце
3.5.1.5 Функция влияния скорости звука в призме
3.5.1.6 Функция влияния погрешности измерения координаты ПЭП
3.5.1.7 Погрешность измерения частоты
3.5.1.8 Погрешность при измерении абсолютной чувствительности
3.5.1.9 Погрешность измерения времени задержки в призме
3.5.1.10 Погрешность измерения стрелы
3.5.2. Экспериментальные результаты измерения параметров ПЭП
3.5.3. Эксперимент по оценке повторяемости и воспроизводимости
3.5.4. Проверка выполнения требований ГОСТ 2
3.5.5. Выводы по анализу погрешностей
3.6. Границы применимости
3.7. Сведения о внедрении
3.7.1. Внедрение в ОАО «ВМЗ»
3.7.2. Внедрение в ОАО «РЖД»
3.7.3. Внедрение в ФГУ «НУЦСК»
3.7.4. Соотношение диаграмм направленности для ПЭП с докритическим углом призмы
3.8. Выводы
4. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ КАЛИБРОВКИ ПЭП В СИСТЕМАХ АУЗК СЕРИИ АВГУР
4.1. когерентная калибровка па СО-
4.2. Когерентная калибровка на СО-
4.2.1. Модификация алгоритма ПСП
4.2.2. Построение функций влияния
4.2.3. Проверка алгоритма на модельных данных
4.3. Результаты внедрения алгоритма калибровки на СО-

4.3.1. Определение функции рассеяния точки
4.3.2. Внедрение метода SAFT
4.3.3. Калибровка прямого ПЭП с длинным импульсом
4.3.4. Внедрение метода эталонной голограммы
4.4. Выводы
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
5.1. Основные результаты работы
10.1. Практическая ценность работы
10.2. Перспективы дальнейших исследований
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ АВГУР 5.
ПРИЛОЖЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

что бьию бы затруднительно при создании точечного отражателя в твёрдом теле.
Для обоснования возможности использования таких образцов доказано, что_с их применением измеряются параметры диаграммы направленности и ширину пучка в области ближней зоны, что в сочетании с расчетным определением АРД-диаграмм позволяет получить исчерпывающий набор параметров ПЭП, не используя набора дополнительных образцов.
2.2. Расчет диаграммы направленности по эхосигналам от сферических и цилиндрических донных поверхностей
Обоснование возможности расчёта диаграммы направленности и угла ввода ПЭП по измеренным в совмещённом режиме эхосигналам от сферических и цилиндрических донных поверхностей заключается в доказательстве того, что эти эхосигналы можно в некотором приближении считать эквивалентными сигналам, измеренным от элементарного (линейного или точечного) рассеивателя, расположенного на нулевой глубине в центре симметрии образца. По этим эхосигналам рассчитывается угловое распределение амплитуд поля в дальней зоне ПЭП, то есть диаграмма направленности.
О существовании точного решения задачи дифракции на цилиндрической поверхности для вычисления поля в фокальном центре нам не известно. В работе В.Н. Данилова [98] выведены формулы акустического тракта в приближении геометрической акустики для прямого ПЭП при отражении от дефектов сложной формы, в том числе с вогнутой поверхностью. Показано, что при совпадении расстояния к от ПЭП до отражателя с радиусом кривизны г возникает особенность, для устранения которой предложено считать, что |й—|г||/|г|я 1 при И + г —>0 и г<0. В то же время в монографии И.Н. Ермолова
[2] приводится выражение для поля излучения фокусирующего ПЭП в плоскости перпендикулярной акустической оси области геометрического фокуса через функцию вида ^(кр)1 кр, где р- расстояние от акустической оси. В этой функции отсутствует особенность при р - 0. В нашей работе сделано эвристическое предположение о том, что поле излучения/приема в области фокального центра цилиндра может быть описано сходной функцией, имеющей максимум при р — 0. Показано, что в качестве такой функции может быть использована функция Бесселя нулевого порядка.