Ультразвукова когерентно-імпульсна Фур'є-інтроскопія слабоконтрастних структур

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 620.179.16

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

УЛЬТРАЗВУКОВА КОГЕРЕНТНО-ІМПУЛЬСНА ФУР'Є-ІНТРОСКОПІЯ СЛАБОКОНТРАСТНИХ СТРУКТУР

Іванова Наталія Олександрівна

Спеціальність 05.11.13 - прилади і методи контролю

Харків - 1998

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Дніпропетровському державному університеті Міністерства освіти України.

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор Ахметшин Олександр Мубаркович, Дніпропетровський державний університет, професор кафедри автоматизованих систем обробки інформації

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Хандецький Володимир Сергійович,

Дніпропетровський державний університет, завідуючий кафедрою електронно-обчислювальних машин;

кандидат технічних наук, доцент

Гурин Анатолій Григорович,

Харківський державний політехнічний університет, завідуючий кафедрою електроізоляційної та кабельної техніки.

Провідна установа: інститут електрозварювання ім. Е.О. Патона НАН України (м. Київ)

Захист відбудеться " 25 ” березня 1999 року о “ 14-30 ” годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.050.09 у Харківському державному політехнічному університеті за адресою:

310002, Харків, вул. Фрунзе, 21.

З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Харківського державного політехнічного університету.

Автореферат розісланий " 17 ” лютого 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Горкунов Б. М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. В даний час ультразвукові методи займають провідне місце серед методів і засобів неруйнівного контролю, технічної діагностики, медичної інтроскопії. Це зумовлено властивостями ультразвукових коливань, зокрема, високою чутливістю параметрів коливання до незначних змін фізичних параметрів (швидкості поширення, загасання) контрольованого середовища, що робить доцільним використання ультразвука у задачах визначення фізичних властивостей матеріалів, виявлення і локалізації ділянок із зміненими фізичними властивостями і т. п. У цьому ряду задач важливе місце займає медична задача раннього виявлення пухлин, які характеризуються незначним збільшенням коефіцієнта загасання ультразвука.

Як відомо з загальної теорії вимірів, фаза коливання, що поширюється, має найбільшу чутливість до незначних змін швидкості і загасання ультразвукової хвилі. У той же час, енергетичні характеристики коливання залежать від цих параметрів середовища в значно меншій мірі. Це дозволяє говорити про контроль незначних змін фізичних параметрів середовища як про задачу контролю фазоконтрастних структур.

Методи, засновані на безпосередньому вимірі фази коливання, дозволяють вирішувати ці задачі. Проте дані методи не забезпечують просторову локальність контролю, що має велике значення в сучасних технологіях.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Частина дисертаційної роботи виконувалася в рамках держбюджетної теми 01-1-97 "Підвищення вірогідності діагностики захворювань на базі комп'ютерних методів аналізу малоконтрастних зображень" (№ держреєстрації 0197V000646; наказ Дніпропетровського державного університету №690 від 20. 12. 95 року).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка методу ультразвукового контролю, що поєднує інтегральну чутливість фазових методів, заснованих на використанні безперервних гармонійних коливань та просторову локальність контролю, що властива ехо-імпульсному методу.

Відповідно до мети роботи були поставлені і вирішені наступні задачі:

Розробити методики проведення ультразвукових багаточастотних широкосмугових вимірів коефіцієнта відбиття досліджуваної структури.

Теоретично обгрунтувати процедуру синтезу фазо-часових характеристик на основі перетворень широкосмугових багаточастотних вимірів комплексного коефіцієнта відбиття досліджуваної структури.

Дослідити можливість синтезу фазо-часових характеристик на основі перетворень частотної залежності модуля коефіцієнта відбиття досліджуваної структури.

Розробити методику контролю, заснованого на безпосередній інтерпретації вимірів комплексного коефіцієнта відбиття досліджуваної структури.

Дослідити інформаційні можливості методу стосовно задач ультразвукової товщинометрії і дефектоскопії.

Наукова новизна роботи:

Теоретично розроблено і експериментально досліджено новий метод ультразвукового контролю, що базується на використанні фазо-часових характеристик, синтезованих на підставі інтегральних перетворень багаточастотних вимірів коефіцієнта відбиття структури і забезпечує підвищення точності і чутливості ультразвукових вимірів.

Вперше досліджені можливості синтезу фазо-часових характеристик коефіцієнту відбиття контрольованої структури при широкосмугових багаточастотних вимірах. Експериментально доведено поліпшення чутливості контролю до малих варіацій значень фізичних параметрів контрольованого середовища.

Вперше експериментально доведена можливість синтезу фазо-часових характеристик на підставі перетворення Гільберта частотної залежності модуля коефіцієнта відбиття.

Вперше експериментально доведена однозначність оцінки глибини залягання дефектів по фазо-часовим характеристикам, синтезованим по частотній залежності модуля коефіцієнта відбиття.

Вперше запропоновано і досліджено новий метод подання і інтерпретації результатів вимірів у рамках ультразвукового контролю в фазовій системі координат з використанням елементів теорії фракталів для кількісних оцінок в задачах дефектоскопії.

Вперше експериментально досліджено питання вибору форми вагової функції при синтезі неенергетичних часових характеристик.

Особистий внесок здобувача в наукові результати роботи полягає:

у розробці методики вимірювання частотної залежності комплексного коефіцієнту відбиття, проведення вимірювань комплексного коефіцієнту відбиття моделей шарових структур та моделей дефектів; у розробці і здійсненні процедур попередньої обробки вимірювань, процедур синтезу фазо-часових характеристик у роботі [1];

у розробці методики синтезу фазо-часових характеристик на підставі перетворення Гільберта зміряного модуля коефіцієнта відбиття, в експериментальній перевірці гіпотези про мінімально-фазовий характер більшої частини реальних структур, в дослідженні чутливості часових характеристик за допомогою методу сингулярного розкладення в роботі [2];

у теоретичному обгрунтуванні можливості подання результатів ультразвукових вимірювань у фазовій системі координат, у здійсненні вибору інформаційних показників для рішення задачі виявлення дефекту в роботі [3];

у дослідження інформаційних можливостей методу нуль-часового аналізу в роботі [4];

у дослідженні інформаційних можливостей методу когерентно-імпульсної Фур'є-інтроскопії при зондуванні слабоконтрастних структур у роботі [5];

у чисельному дослідженні поведінки амплітудно-частотної та фазо-частотної характеристик шарової структури при варіації швидкості поширення ультразвукового коливання, коефіцієнту загасання матеріалу шару в роботі [6];

у теоретичному обгрунтуванні методики синтезу фазо-часових характеристик на підставі перетворення Вінера-Хінчина зміряного модуля коефіцієнта відбиття моделей дефектів у роботі [7];

у експериментальному дослідженні можливості відтворення фазо-частотної характеристики комплексного коефіцієнту відбиття моделей дефектів на підставі перетворення Гільберта модуля коефіцієнту відбиття в роботі [8];

у проведенні порівняння фазо-часових характеристик, синтезованих на підставі вимірювань комплексного коефіцієнту відбиття та модулю коефіцієнту відбиття моделей дефектів у роботі [9];

у проведенні вимірювань і синтезі ультразвукового зображення моделі з дефектами різного діаметру в роботі [10];

у теоретичне обгрунтуванні можливостей підвищення вірогідності контролю на підставі використання неенергетичних часових залежностей у роботі [11];

у проведенні багаточастотних вимірювань комплексного коефіцієнту відбиття звукопоглинаючих покриттів у роботі [12].

Практичне значення.

У рамках роботи розроблено метод виміру і інтерпретації результатів, який дозволяє виявити та локалізувати ділянки об'єкту з незначними відхиленнями значень фізичних параметрів.

Запропонований підхід до подання спектральних ультразвукових вимірів у фазовій системі координат дозволяє ввести нові кількісні оцінки в практику ультразвукової дефектоскопії.

Розроблена методика проведення вимірів і синтезу фазо-часових характеристик може бути використана в задачах гідролокації та радіолокації шарових покровів землі.

Реалізація і впровадження результатів роботи. Результати роботи були використані при контролі фізичних властивостей товстостінних труб в рамках робіт по технічній модернізації устаткування АТ “Дніпропетровський трубний завод”.

Експериментальна установка, методики контролю, алгоритмічне забезпечення використовуються в науковому і навчальному процесах кафедри Автоматизованих систем обробки інформації Дніпропетровського державного університету.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи були обговорені на таких конференціях: Третя міжнародна конференція “Розпізнавання образів і обробка інформації”, Мінськ (Білорусія), 1995; The international conference “Computer methods and inverse problems in nondestructive testing and diagnostics CM NDT'-95”, Minsk (Belarus), 1995; the third all-Ukrainian international conference “Signal/image processing and pattern recognition”, Kyjiv (Ukraine), 1996; Друга Українська науково-технічна конференція ”Неруйнівний контроль і технічна діагностика”, Дніпропетровськ (Україна), 1997; Науково-технічна конференція “Фізика і техніка ультразвука”, присвячена 100-річчю зі дня народження професора С. Я. Соколова, Санкт-Петербург (Росія), 1997; International conference “Pattern recognition and information processing”, Minsk (Belarus), 1997, Conference on Actual problems of measuring technique "Measurement-98", Kyjiv (Ukraine), 1998.

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 12 робіт, в тому числі 4 статті в журналі "Дефектоскопія", 6 статей в працях конференцій, 2 доповіді в тезах конференцій.

Структура і обсяг роботи. Робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку літератури (137 найменувань) і двох додатків. Загальний обсяг роботи складає 186 сторінок, які включають 147 сторінок машинописного тексту, 42 малюнки і 6 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми дисертації, сформульована мета і задачі дослідження, їх наукова новизна і практичне значення, анотація основних результатів, а також інформація про апробацію і впровадження роботи.

У першому розділі проаналізовано сучасний стан ультразвукових методів і засобів неруйнівного контролю і медичної діагностики.

В даний час розвиток технологій поставив задачі, пов'язані з контролем сучасних конструкційних матеріалів, принципова відмінність яких від традиційних - негомогенність, висока анізотропія, а також велике частотно-залежне загасання ультразвука. Рішення цих задач потребує кардинального підвищення технічних характеристик ультразвукових методів неруйнівного контролю і, насамперед, енергії зондуючого впливу, чутливості, в сенсі максимізації відношення сигнал/шум, і точності вимірів, що виглядає малоймовірним в межах існуючих методів контролю. Генеральний напрямок у розвитку імпульсних методів - приведення технічних характеристик ультразвукового контролю у відповідність до сучасних вимог - полягав у використанні в якості зондуючих сигналів із внутріімпульсною модуляцією. Цей метод отримав назву методу складних сигналів. В роботі вказано на принципові недоліки даного методу, що ускладнюють його практичне використання.

У роботі Ахметшина О. М. Ахметшин О. М. Інформаційні можливості широкосмугової Фур'є-інтроскопії дисперсійних середовищ з великим коефіцієнтом загасання на базі теорії складних сигналів і оптимальної фільтрації // Дефектоскопія. -1994.- №12.- с. 8-17. було запропоновано альтернативний підхід - метод широкосмугової Фур'є-інтроскопії. Даний метод можна розглядати як узагальнений метод складних сигналів, з точки зору можливості його використання до задач контролю середовищ з енергетичними і дисперсійними втратами. Суть методу полягає в зондуванні контрольованого середовища гармонійними коливаннями великої тривалості. При цьому вимірюються амплітуда і фаза відбитого коливання. Метод широкосмугової Фур'є-інтроскопії дозволяє вимірювати і перетворювати фазову інформацію, яка міститься в ультразвуковому відбитті. Це робить можливим практичне застосування неенергетичних характеристик у задачах неруйнівного контролю.

Проаналізовано методи ультразвукового контролю, основані на безпосередніх вимірах і інтерпретації фазової інформації. Фазові методи дозволяють з високою точністю виявляти зміни параметрів середовища, але за допомогою цих методів практично неможливо локалізувати ділянку середовища із зміненими параметрами.

Розглянуто деякі методи, в яких використовувалась фазова інформація, як додаткове джерело поліпшення інформативності контролю. В одних з них фаза вимірюється, в іншій групі методів фаза синтезується з вимірів радіоімпульсного сигналу за допомогою математичних операцій. Незадовільні результати цих методів пояснюються динамічним режимом вимірів, в результаті чого не забезпечується необхідна точність вхідних даних. На підставі аналізу, зробленого в першому розділі, найбільш перспективним визначено розвиток методу широкосмугової Фур'є-інтроскопії.

У другому розділі теоретично обгрунтовано ультразвуковий метод когерентно-імпульсної Фур'є-інтроскопії і досліджені його інформаційні можливості стосовно до контролю слабоконтрастних структур.

Надано базову фізико-математична модель комплексного коефіцієнта відбиття шарової структури, яка використовується при інтерпретації результатів контролю.

Метод когерентно-імпульсної Фур'є-інтроскопії складається з:

Проведення широкосмугових багаточастотних вимірів комплексного коефіцієнта відбиття R(f) структури на N еквідистантних відліках фіксованих і стабілізованих частотах.

Перехід в часову область інтерпретації, який здійснюється методом комп'ютерного синтезу результуючої рефлектограми h(t) на основі алгоритму зворотного перетворення Фур'є комплексного коефіцієнта відбиття R(f). Ця обставина зумовлює назву методу - “когерентно-імпульсна Фур'є-інтроскопія”.

Функція h(t) є смугова, тому для виділення фазової характеристики (t) і амплітудної характеристики a(t) використано підхід, що базується на синтезі аналітичної імпульсної характеристики. Враховуючи той факт, що (t) - головне значення фазо-часової характеристики, в якості додаткової інформативної характеристики контролю запропоновано використовувати закон зміни миттєвої несучої частоти fнес(t).

Велике значення мають такі моменти практичної реалізації методу:

-необхідність використання вагової обробки вимірів частотної залежності коефіцієнта відбиття. Емпірично було визначено, що для синтезу неенергетичних характеристик доцільно використовувати вікна половинної форми. Застосування цього вікна, як і слідувало очікувати, погіршує енергетичні характеристики, у порівнянні з застосуванням вікна звичайної форми.

-необхідність усунення регулярної складової з вимірів. Виходячи з аналітичної моделі коефіцієнта відбиття, інформація про перевідбиття закладена в осциляціях, накладених на регулярну складову. Регулярна складова в рамках даної моделі інтерпретується як відбиття від передньої поверхні структури і від приповерхніх відбивачів.

Проведено дослідження часової дозволяючої спроможності. Результати імітаційного моделювання показують, що зміна ширини вікна по рівню 6дБ значно впливає на можливість виявлення і визначення часу приходу першого перевідбиття від межі шар-підложка по енергетичним характеристикам, і незначний - по неенергетичним. Останні, особливо залежність миттєвої частоти, мають кращу дозволяючу спроможність, ніж енергетичні характеристики.

Одна з найбільш важливих проблем методів ультразвукової інтроскопії - поліпшення чутливості, під якою розуміється найбільш можлива зміна безпосередньо вимірюваних характеристик при мінімальній зміні значення контрольованого параметру. На прикладі одношарової структури досліджено яку диференційну чутливість мають інформаційні характеристики методу когерентно-імпульсної Фур'є-інтроскопії при зміні параметрів середовища. Показано, що в усіх випадках співвідношення імпедансів шарів, диференційна чутливість фазо-часової характеристики на два порядки вище, ніж амплітудно-часової характеристики і залежності миттєвої частоти. Але це може виявитися недостатнім. Крім того, характерним для диференційної фазової характеристики є її “розпливання”, тобто зміна залежності приблизно однакова для кожного відліку часу.

Для підвищення чутливості методу когерентно-імпульсної Фур'є-інтроскопії теоретично обгрунтовано і експериментально досліджено метод нуль-часового аналізу комплексних огинаючих синтезованих імпульсних характеристик.

У третьому розділі розглянуті можливості когерентно-імпульсної Фур'є-інтроскопії шарових структур в умовах фазової невизначеності коефіцієнта відбиття структури. Розроблені методи синтезу часових характеристик на основі перетворень модуля коефіцієнта відбиття.

Теоретично обгрунтовано підхід, що полягає у відновленні фазо-частотної характеристики на підставі перетворення Гільберта вимірів модулю коефіцієнта відбиття.

Показано, що більшу частину реальних структур “інтроскоп-об'єкт контролю” в практиці методу когерентно-імпульсної Фур'є-інтроскопії можна віднести до класу мінімально-фазових. Відновлена фазо-частотна характеристика і зміряний модуль коефіцієнта відбиття розглядуються як відновлений комплексний коефіцієнт відбиття. Далі використовуються процедури синтезу часових характеристик - амплітудної характеристики aH(t), фазової характеристики H(t) і залежності миттєвої зміни несучої частоти fHнес(t) - як у випадку комплексного коефіцієнта відбиття, що вимірюється.

Обгрунтовано другий підхід, що полягає в синтезі автокореляційної функції імпульсної характеристики. АКФ одержується на основі перетворення Вінера-Хінчина модуля частотної залежності комплексного коефіцієнта відбиття.

Відносний час в АКФ має безпосередній зв'язок з абсолютним часом приходу відбиття і може бути використаний для оцінки товщин шарів або глибини залягання дефекту. За аналогією з аналітичною імпульсною характеристикою структури, можна ввести аналітичну АКФ імпульсної характеристики структури. В якості інформативних залежностей комплексної огинаючої аналітичної АКФ використані амплітудна огинаюча АКФ b(), фазова огинаюча () і часова залежність миттєвої частоти fBнес().

Експериментально встановлено факт кодування фазової інформації в результуючих амплітудно-частотних характеристиках коефіцієнта відбиття структури “інтроскоп-об'єкт контролю”. Цей факт дозволяє безпосередньо синтезувати імпульсні характеристики на основі використання перетворення Вінера-Хінчина.

Експериментально визначено, що в якості "особливих" точок, по яким можна робити висновок про наявність і час приходу відбивань, для характеристик, синтезованих з допомогою перетворень Гільберта і Вінера-Хінчина, доцільно використовувати такі ж точки, як і для характеристик комплексної огинаючої аналітичної імпульсної характеристики: для амплітудно-часової - максимум характеристики; для фазо-часової - при зміні характеристики з максимуму на мінімум перетинання з нулем для першого відбиття, середню точку для інших; для залежності миттєвої частоти - мінімум характеристики (мал. 1). Проведені дослідження показують, що в практиці методу когерентно-імпульсної Фур'є-інтроскопії можливо синтезувати імпульсні характеристики контрольованих структур без виміру фазо-частотних залежностей, що дозволяє суттєво спростити конструкцію інтроскопів.

Досліджено чутливість характеристик методу когерентно-імпульсної Фур'є-інтроскопії в частотній і часовій областях і характеристик, отриманих 1) на основі комплексного коефіцієнта відбиття; 2) при відновленні фазової інформації за допомогою перетворення Гільберта; 3) по АКФ імпульсної характеристики структури. Розглянуто метод кількісної оцінки чутливості, на підставі визначення кількості власних чисел кореляційної матриці досліджуємих функціональних залежностей. Дослідження проводилися на прикладі одношарової структури. Синтезовані на основі використання перетворень Гільберта і Вінера-Хінчина імпульсні характеристики досліджуємих структур мають таку ж (або більш високу) чутливість до незначних варіацій значень фізичних параметрів структур, як і імпульсні характеристики, синтезовані з використанням зміряних фазо-частотних залежностей. Неенергетичні фазо-часові характеристики найбільш чутливі до змін параметрів моделі (табл. 1).

Перехід з частотної області в часову область інтерпретації, розглянутий в попередніх розділах, забезпечує локальність контролю. Разом з тим існує клас задач дефектоскопії, пов'язаних з виявленням дефекту без визначення його параметрів, - тобто задача розбраковки. Для рішення цієї задачі в четвертому розділі розроблено метод якісної інтерпретації широкосмугових багаточастотних вимірів комплексного коефіцієнта відбиття.

Обгрунтована можливість використання нового координатного базису - фазової системи координат. Послідовність відліків комплексного коефіцієнта відбиття може бути представлена в вигляді регресійної моделі. Сукупність коефіцієнтів моделі несе в собі інформацію про параметри структури. Таким чином, подання вимірів коефіцієнта відбиття в фазовій системі координат безпосередньо пов'язано з коефіцієнтами моделі, що є підставою для застосування даної системи координат. Досліджені дві ситуації.

1) контролюється одношарова структура. Дефектом є відхилення одного з параметрів підложки (швидкість, загасання, геометрична товщина) від номінального значення. Результатами відображення частотної залежності модуля коефіцієнта відбиття і фази в фазовій системі координат є прості фігури - еліпси. В якості інформативних ознак вибрані положення центру еліпса і довжина головної півосі. Зміна кожного параметру дає своє поєднання зміни ознак відображення. Це дає можливість використовувати даний підхід до рішення задачі виявлення варіацій параметрів середовища.

2) задача виявлення дефекту в однорідному шарі. Для оцінки відображення вибрані наступні признаки: для модуля - площа еліпса, яка розраховується по оцінкам довжин півосей, для фази - фрактальна розмірність, яка характеризує ступінь хаотичності відображення

З аналізу інтегральних показників для відображень дефектів із різноманітними діаметрами і на різноманітній глибині залягання визначено, що можливо вибрати поріг, як для площі еліпса, так і для фрактальної розмірності, що дозволяє вирішувати задачу виявлення дефекту.

У додатках наведено опис експериментальної установки виміру частотної залежності комплексного коефіцієнта відбиття ультразвукових коливань в структурі, яка контролюється; а також документи, що підтверджують практичне впровадження результатів роботи.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

В роботі вирішена задача створення методу ультразвукової когерентно-імпульсної Фур'є-інтроскопії, який полягає у проведенні багаточастотних вимірів смугових спектральних характеристик коефіцієнта відбиття контрольованої структури в режимі стоячих хвиль, переході з спектральної області вимірів в часову область інтерпретації результатів на підставі зворотного перетворення Фур'є з наступним виділенням фазо-часової інформаційної характеристики і (або) часової залежності миттєвої зміни несучої частоти. Це забезпечує високу чутливість до незначних варіацій значень параметрів структури, властиву інтерференційним методам контролю, і, можливість просторової локалізаціі місця зміни параметру та точність, властиву імпульсним методам контролю.

Даний метод принципово дозволяє:

1) при вимірі спектральної залежності комплексного коефіцієнта відбиття проводити контроль структур довільної геометрії;

2) при вимірі тільки спектральної залежності модуля коефіцієнта відбиття контролювати мінімально-фазові структури з використанням перетворення Гільберта для синтезу фазо-частотної характеристики коефіцієнта відбиття;

3) при зондуванні структур відомої геометрії контролювати зміну параметру без використання фазо-частотних характеристик коефіцієнта відбиття на основі фазо-часових характеристик комплексної огинаючої автокореляційної функції імпульсної характеристики структури;

4) при контролі структур простої геометрії здійснювати якісний контроль по спектральним залежностям комплексного коефіцієнта відбиття в фазовій системі координат без використання операції переходу в часову область.

Положення дисертації відображені в публікаціях:

Ахметшин О.М., Іванова Н.О. Когерентно-імпульсна Фур'є-інтроскопія слабоконтрастних структур // Дефектоскопія. - 1996. - №6. - С. 3-15.

Ахметшин О.М., Іванова Н.О. Ультразвукова когерентно-імпульсна Фур'є-інтроскопія слабоконтрастних структур по частотній залежності модуля коефіцієнта відбиття // Дефектоскопія. - 1996. - №12. - С. 24-36.

Ахметшин О.М., Іванова Н.О. Якісна інтерпретація результатів методу ультразвукової спектральної дефектоскопії по інтегральним показникам у фазовій системі координат //Дефектоскопія. - 1996. - №12. - С. 36-45.

Ахметшин О.М., Іванова Н.О. Підвищення чутливості ультразвукової когерентно-імпульсної Фур'є-інтроскопії на основі методу нуль-часового аналізу комплексних огинаючих синтезованих імпульсних характеристик // Дефектоскопія. - 1997. - №6. - С. 3-10.

Ахметшин О.М., Іванова Н.О. Інформаційні характеристики цифрової когерентно-імпульсної Фур'є-інтроскопії стосовно до ультразвукового зондування слабоконтрастних структур // Тези доповідей третьої міжнародної конференції “Розпізнавання образів і обробка інформації”. - Мінськ (Білорусія). - 1995. - С. 11-16.

Akhmetshin A.M., Lyuboshenko I.V., Ivanova N.A. Ultrasonic phase introscopy of layered media in frequency and time domains // Proc. International Conference “Computer Methods and Inverse Problems in Nondestructive Testing and Diagnostics CM NDT'-95”. - Minsk (Belarus). - 1995. - P. 275-282.

Akhmetshin A.M., Ivanova N.A. Improvement of ultrasonic coherent-impulse Fourier-introscopy sensitivity on the basis of the Hilbert-synthesis of impulse responses // Proc. The third all-ukrainian international conference “Signal/image processing and pattern recognition”. - Kyjiv (Ukraine). - 1996. - p. 185-189.

Ахметшин О.М., Іванова Н.О. Ультразвукова фазо-часова Фур'є-інтроскопія слабоконтрастних структур // Праці Другої Української науково-технічної конференції ”Неруйнівний контроль і технічна діагностика”. - Дніпропетровськ (Україна). - 1997. - С. 66-67.

Ахметшин О.М., Іванова Н.О., Долгов В.М. Ультразвукова інтерференційна фазо-часова Фур'є-інтроскопія слабоконтрастних структур // Праці науково-технічної конференції “Фізика і техніка ультразвука”, присвячена 100-річчю зі дня народження професора С.Я. Соколова. - Санкт-Петербург (Росія). - 1997. - С. 108-110.

Akhmetshin A.M., Ivanova N.A. Information possibilities of the coherent-impulse Fourier-synthesis of structure impulse characteristics with utilization only the magnitude of reflection coefficient // Proc. International Conference “Pattern recognition and information processing”. - Minsk (Belarus). - 1997. - P. 193-197.

Ivanova N.A., Pogorelov A.A. Increase of reliability of the ultrasonic control on the basis of synthe-sis and interpretation of the phase-time characteristics of the reflection coefficient // Proc. Conference on Actual problems of measuring technique "Measurement-98". - Kyjiv (Ukraine). - 1998. -P. 232-233.

Pogorelov A.A., Ivanova N.A. Measurement of complex coefficient of ultrasonic wave reflection with use radiowave reflectometer // Proc. Conference on Actual problems of measuring technique "Measurement-98". - Kyjiv (Ukraine). - 1998. -P. 212-213.

ультразвуковий вимір багаточастотний

Анотація

Іванова Н.О. Ультразвукова когерентно-імпульсна Фур'є-інтроскопія слабоконтрастних структур. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.13 - прилади та методи контролю. -Харківський державний політехнічний університет, Харків, 1998.

У роботі вирішена задача створення нового ультразвукового методу когерентно-імпульсної Фур'є-інтроскопії, , який полягає у проведенні багаточастотних вимірів смугових спектральних характеристик коефіцієнта відбиття контрольованої структури в режимі стоячих хвиль, переході з спектральної області вимірів в часову область інтерпретації результатів на підставі зворотного перетворення Фур'є з наступним виділенням фазо-часової інформаційної характеристики і (або) часової залежності миттєвої зміни несучої частоти.

Основні результати роботи знайшли застосування при контролі фізичних властивостей товстостінних труб із захисним діелектричним покриттям.

Ключові слова: когерентно-імпульсна Фур'є-інтроскопія, багаточастотні вимірювання, режим стоячих хвиль, інформаційна фазо-часова характеристика.

The Summary

Ivanova N.A. Ultrasonic coherent-impulse Fourier-introscopy of slight-contrast structures. - Manuscript.

Thesis for a technical sciences candidate's degree on specialty 05.11.13 - devices and methods of the control. - Kharkov state politechnical university, Kharkov, 1998.

In this work a problem of creation of ultrasonic coherent-impulse Fourier-introscopy method is resolved. This method is based on multifrequency measurement of band spectral characteristics of reflection coefficient of probing structure in standing wave regime and on the transition from spectral measuring domain into time interpretation domain on the basis of inverse Fourier transformation algorithm with subsequent allocation of information phase-time characteristic and (or) dependence of instantaneous carrier frequency.

The main results of work have found application at control of physical property of thick-wall tubes with protective dielectric cover.

Key words: coherent-impulse Fourier-introscopy, multifrequency measuring, regime of standing waves, information phase-time characteristics.

АННОТАЦИЯ

Иванова Н.А. Ультразвуковая когерентно-импульсная Фурье-интроскопия слабоконтрастных структур. -Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.13 - приборы и методы контроля. - Харьковский государственный политехнический университет, Харьков, 1998.

Важной проблемой ультразвукового неразрушающего контроля является определение участков диэлектрических материалов с незначительно измененными механическими свойствами. В дальнейшем подобные структуры будем называть слабоконтрастными. В связи с этим целью диссертационной работы является разработка метода ультразвукового контролю, сочетающего интегральную чувствительность интерференционных фазовых методов, основанных на использовании непрерывных гармонических колебаний, с локальностью эхо-импульсного метода контроля.

К новым научным результатам, полученным в диссертационной работе, следует отнести:

Теоретически разработан и экспериментально исследован метод ультразвукового контроля, основанный на использовании фазо-временных характеристик, синтезированных на основе интегральных преобразований многочастотных измерений коэффициента отражения контролируемых структур, обеспечивающий повышение точности и чувствительности ультразвуковых измерений.

Исследованы возможности синтеза фазо-временных характеристик коэффициента отражения контролируемой структуры при широкополосных многочастотных измерениях. Экспериментально показано увеличение чувствительности контроля к малым вариациям значений физических параметров контролируемой среды.

Экспериментально показана возможность синтеза фазо-временных характеристик на основе преобразования Гильберта частотной зависимости модуля коэффициента отражения.

Экспериментально показана однозначность оценки глубины залегания дефектов по фазо-временным характеристикам, синтезированным по частотной зависимости модуля коэффициента отражения.

Предложен и исследован новый способ представления и интерпретации результатов измерений в рамках ультразвукового контроля.

Экспериментально исследован вопрос выбора формы функции "окна" при синтезе неэнергетических характеристик.

Краткое содержание диссертационной работы:

Во введении обоснована актуальность темы диссертационного исследования, сформулирована цель и задачи исследования, их научная новизна и практическое значение, аннотация основных результатов, а также информация об апробации и внедрении работы.

В первом разделе проанализировано современное состояние ультразвуковых методов и средств неразрушающего контроля и медицинской диагностики.

Во втором разделе теоретически обоснован ультразвуковой метод когерентно-импульсной Фурье-интроскопии и исследованы информационные возможности применительно к зондированию слабоконтрастных структур. Метод когерентно-импульсной Фурье-интроскопии включает в себя:

Проведение широкополосных многочастотных измерений комплексного коэффициента отражения исследуемой структуры.

Переход во временную область интерпретации, осуществляемый методом компьютерного синтеза результирующей рефлектограммы на основе алгоритма обратного преобразования Фурье комплексного коэффициента отражения. Это обстоятельство предопределяет название метода-"когерентно-импульсная Фурье-интроскопия".

Большое значение имеют следующие моменты практической реализации метода: 1)введение весовой обработки измерений частотной зависимости коэффициента отражения; эмпирически было определено, что для синтеза неэнергетических характеристик целесообразно использовать окна половинной формы; 2) устранение регулярной составляющей из измерений.

В третьем разделе рассмотрены возможности когерентно-импульсной Фурье-интроскопии слоистых структур в условиях фазовой неопределенности коэффициента отражения зондируемой структуры. Разработаны методы синтеза временных характеристик на основе преобразований модуля коэффициента отражения. Теоретически обоснован подход, состоящий в восстановлении фазо-частотной характеристики по измерениям модуля коэффициента отражения на основе преобразования Гильберта. Обоснован второй подход, заключающийся в синтезе автокорреляционной функции импульсной характеристики.

Для решения задачи обнаружения дефекта без определения его параметров в четвертом разделе разработан метод качественной интерпретации широкополосных многочастотных измерений комплексного коэффициента отражения в новом координатном базисе - фазовой системе координат.

Основные результаты работы: В работе решена задача создания метода ультразвуковой когерентно-импульсной Фурье-интроскопии, основанного на многочастотном измерении полосовых спектральных характеристик коэффициента отражения зондируемой структуры в режиме стоячих волн, переходе из спектральной области измерений во временную область интерпретации на основе алгоритма обратного преобразования Фурье с последующим выделением фазо-временной информативной характеристики или временной зависимости мгновенного изменения несущей частоты. Данный метод принципиально позволяет:

при измерении спектральной зависимости комплексного коэффициента отражения проводить контроль структур произвольной геометрии;

при измерении только спектральной зависимости модуля коэффициента отражения контролировать минимально-фазовые структуры с использованием преобразования Гильберта для синтеза фазо-частотной характеристики коэффициента отражения;

при зондировании структур известной геометрии контролировать изменение параметра без использования фазо-частотных характеристик коэффициента отражения на основе фазо-временных характеристик комплексной огибающей автокорреляционной функции импульсной характеристики структуры;

при контроле структур простой геометрии осуществлять качественный контроль по спектральным зависимостям комплексного коэффициента отражения в фазовой системе координат без использования операции перехода во временную область.

Основные результаты работы нашли применение при контроле физических свойств толстостенных труб с защитным диэлектрическим покрытием.

Ключевые слова: когерентно-импульсная Фурье-интроскопия, многочастотные измерения, режим стоячих волн, информационная фазо-временная характеристика.

Размещено на Allbest.ru