Пространственно-временная обработка сигналов в ультразвуковой дефектоскопии в присутствии структурного шума

• Автор: Севалкин, Дмитрий Алексеевич
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 119 с. : ил.

Глава 1. Аналитический обзор и постановка задачи
1.1.Особенности ультразвуковой дефектоскопии объектов с
неоднородной структурой
1.2.Основные характеристики структурного шума
1.3 .Методы выделения сигнала из структурного шума
1.4.0сновные положения теории пространственно-временной
обработки сигналов
1.3.Постановка задачи
Глава 2. Алгоритм пространственно-временной обработки с учетом
характеристик структурного шума
2.1.Исходные соотношения для оптимального алгоритма пространственно-временной обработки сигналов
2.2. Анализ корреляционных характеристик структурного
шума
2.3.Построение алгоритма пространственно-временной обработки сигналов с учетом характеристик структурного шума
2.4.Выводы по главе
Глава 3. Моделирование структурного шума и алгоритма
пространственно -временной обработки сигналов
3.1.Модель структурного шума
3.2.Модель коррелированного структурного шума
3.3.Моделирование алгоритма пространственно-временной обработки сигналов
3.4.Результаты моделирования алгоритма пространственно-временной обработки сигналов
3.5.Выводы по главе
Глава 4. Экспериментальная апробация алгоритма пространственновременной обработки сигналов
4.1 .Описание экспериментов
4.2.Измерение характеристик структурного шума
4.3.Результаты пространственно-временной обработки сигналов

4.4.Основные практические рекомендации
4.5.Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Приложение
Приложение2

Актуальность темы.
При ультразвуковом зондировании материалов и объектов со сложной неоднородной структурой, таких, как полимерные композиционные материалы, бетоны, некоторые виды чугуна, серьезной помехой при выделении сигнала и измерении его характеристик является так называемый структурный шум, возникающий при отражении зондирующего сигнала от неоднородностей объекта.
Сложность выделения полезного, то есть отраженного от дефекта или задней границы объекта, сигнала на фоне структурного шума обусловлена следующими обстоятельствами.
Каждая составляющая структурного шума - это результат отражения зондирующего сигнала от локальной неоднородности, которая практически повторяет по форме зондирующий сигнал. Поэтому структурный шум оказывается сильно коррелированным с зондирующим сигналом и сигналом, отраженным от дефекта, его спектр почти совпадает со спектром «полезного» сигнала. Поэтому применение частотных фильтров для выделения сигнала из структурного шума оказывается неэффективным; эта задача может быть решена только с помощью пространственно-временной обработки сигналов.
В отличие от шума приемной усилительной аппаратуры, который условно можно считать белым, структурный шум не ослабляется ни при согласованной фильтрации, ни при многократном зондировании объекта из одного и того же положения. Поэтому в процессе обработки сигнала при зондировании материалов обычно «белый» шум аппаратуры удается значительно ослабить, и структурный шум становиться преобладающим.
Теория и методы пространственно-временной обработки сигналов в настоящее время достаточно хорошо разработаны, для ее реализации нужно знать корреляционную матрицу помех. Однако статистические характеристики структурного шума практически не исследованы, практически ничего
фильтров. Оно связано с тем, что зондирующий сигнал был выбран широкополосным, с шириной спектра в октаву, а взаимные энергетические спектры структурного шума сильно зависят от частоты. Поэтому такого вида фильтры правильнее называть не выбеливающими, а корректирующими.
Рис. 2.28. Частотные характери- 1>ис- 2-29. Частотные характеристики выбеливающих (корректирующих) стики выбеливающих (корректирующих)
фильтров при 0=0°. фильтров при в-20.
Сильная зависимость частотных характеристик фильтров от угла падения 9 серьезно усложняет алгоритм оптимальной обработки сигналов. Чтобы реализовать оптимальный алгоритм, нужно иметь достоверные, достаточно полные и экспериментально подтвержденные сведения о корреляционной матрице структурного шума. Однако в тех случаях, когда форма сигнала на всех приемных элементах одинакова и не зависит от глубины расположения дефекта, можно несколько упростить алгоритм и рекомендовать следующую последовательность действий.
При фиксированном положении излучающего и приемных преобразователей производится зондирование объекта; сигналы с каждого приемного элемента усиливаются, оцифровываются, проходят через согласованный фильтр и сохраняются в памяти компьютера. После этого производится фокусировка в некоторую точку пространства. Для этого сигналы с каждого приемного элемента фильтруются в соответствии с частотной характеристикой (2.12) и складываются с соответствующими задержками. Полученное значение сигнала запоминается. Затем производится фокусировка в соседнюю точку пространства. И так далее, точка за точкой, просматривается вся