Расчёт АРД-диаграмм для изображений, восстановленных методом цифровой фокусировки изображения
Широкое внедрение антенных решеток в практику ультразвукового контроля позволило получать изображения отражателей с использованием либо технологии фазированной антенной решетки, либо технологии цифровой фокусировки апертуры (ЦФА). Однако многие действующие нормативные документы, регламентирующие правила проведения ультразвукового неразрушающего контроля в атомной энергетике, нефтехимии, газодобывающей промышленности и т.п., требуют определять эквивалентные размеры отражателей. В статье предложена методика расчета ЦФА—АРД-массива для определения диаметра эквивалентного плоскодонного отверстия (ПДО) при анализе изображения. Показано, что эффективнее работать не с амплитудой изображения, а с интегральной амплитудой. Численные эксперименты показали точность определения диаметра ПДО порядка ±0,1 мм. В модельных экспериментах точность определения диаметра ПДО оказалась по модулю меньше 0,2 мм.
Читать дальше >> (файл PDF, 1,2 Мб)
Анализ двух способов калибровки ультразвуковой антенной решётки, установленной на призму
Качество изображения отражателей, восстановленное по технологии цифровой фокусировки антенной или технологии фазированных антенных решеток, зависит от точности определения таких параметров призмы, как стрела, путь, скорость продольной волны и угол наклона. Эти параметры не всегда соответствуют паспортным параметрам как из-за точности изготовления призм и размещения элементов антенной решетки в корпусе, так и из-за износа призм при эксплуатации. В статье рассматриваются два типа калибровки антенной решетки, установленной на призму: вариационная и упрощенная. Принцип вариационной калибровки заключается в минимизации целевой функции, описывающей разницу между измеренными антенной решеткой эхосигналами от боковых цилиндрических отверстий, например, в образце ISO 19675 PAUT BLOCK и рассчитанными эхосигналами. Упрощенная калибровка основана на анализе времени прихода эхосигналов от подошвы призмы, что позволяет оценить путь и угол наклона призмы, зная скорость продольной волны в призме. Работа вариационной калибровки проверена на эхосигналах, рассчитанных в программе CIVA, для демонстрации овражистой структуры целевой функции. Сделана оценка необходимой точности определения всех четырех параметров призмы. Приведены результаты калибровки антенной решетки на четырех призмах и проведена проверка результатов вариационной и упрощенной калибровок. Точность определения параметров призмы при использовании вариационной калибровки более чем в два раза лучше результатов, получаемых при упрощенной калибровке. Однако время, необходимое для проведения расчетов при вариационной калибровке, более чем на три порядка больше, чем для упрощенной калибровки.
Читать дальше >> (файл PDF, 1,6 Мб)
Ультразвуковая томография на основе коэффициентной обратной задачи, как способ борьбы со структурным шумом
Предлагается использовать метод ультразвуковой томографии, основанный на решении обратной коэффициентной задачи, для уменьшения уровня структурных шумов. Математические модели, используемые в ультразвуковой томографии, хорошо описывают такие физические эффекты как эффекты рефракции, дифракции и перерассеяния. Логично ожидать, что реконструкция внутренней структуры металлических образцов с помощью ультразвуковой томографии будет более эффективной по сравнению с методами цифровой фокусировки антенны (ЦФА). В силу нелинейности обратной задачи ультразвуковой томографии используется итерационный MultiStage метод, обеспечивающий сходимость к глобальному минимуму функционала невязки. В статье проведены результаты численных экспериментов по восстановлению изображения внутренней структуры сварного соединения, в котором могут находиться боковые цилиндрические отверстия и модели трещин. Область наплавленного металла представлена в виде участков, построенных по принципу диаграмм Вороного. В каждом участке скорость постоянна и ее значение распределено случайно. В принятой в статье модели структурный шум формируется из-за многократного рассеяния на границах участков с разной скоростью звука. Предполагалось, что антенная решетка располагается на внешней поверхности объекта контроля известной толщины. Полученные результаты показывают, что томографический метод позволяет определять форму и скорость звука в слабоконтрастных отражателях, для которых ЦФА-метод малоэффективен.
Читать дальше >> (файл PDF, 9 Мб)
Обнаружение эхо-сигналов от несплошностей за счёт применения процедур сверхразрешения при контроле бетонных свай импакт-методом
Для контроля бетонных свай применяют импакт-метод, который позволяет регистрировать эхосигналы от подошвы сваи и от отражателей в ней. Однако разрешающая способность измеренного эхосигнала недостаточно высокая, чтобы уверено разделять отраженные импульсы и определять их фазу. Применение метода максимальной энтропии (МЭ) позволило повысить разрешающую способность эхосигналов, полученных импакт-методом в бетонной свае длиной 3000 мм, примерно в три раза и уверено идентифицировать эхосигналы от искусственных отражателей как в виде диска толщиной 100 мм, так и в виде параллелепипеда высотой 300 мм. Применение метода Compressive Sensing (CS) позво-лило повысить разрешающую способность этих же эхосигналов примерно в десять раз. Основной проблемой успешно-го применения методов МЭ и CS является определение импульсного отклика бетонной сваи при ударе. Предложен способ оценки импульсного отклика по обрабатываемому эхосигналу.
Читать дальше >> (файл PDF, 9 Мб)
Повышение качества ЦФА-изображения за счёт коррекции паразитных задержек между элементами антенной решётки
Если между элементами антенной решетки существует разброс «паразитных» задержек, больше одной четвертой периода несущей частоты, то качество изображения отражателей, восстановленного методом цифровой фокусировки антенной (ЦФА), из-за неоптимальной фокусировки ухудшится. В статье предложен способ учета влияния «паразитных» задержек между элементами антенной решетки при восстановлении ЦФА-изображения. Его применение позволило повысить фронтальную разрешающую способность ЦФА-изображения отражателей примерно в два раза при использовании некачественной антенной решетки с диапазоном разброса «паразитных» задержек в один период. Приведены ЦФА-изображения, восстановленные с учетом когерентного фактора.
Читать дальше >> (файл PDF, 3,3 Мб)
Измерение времени прихода ультразвукового импульса методом построения модели сигнала для определения скорости его распространения
Рассмотрено несколько методов измерения времени прихода ультразвуковых импульсов. Предложен метод определения времени прихода импульса на основе построения модели сигнала с адаптивным словарем и поиска минимума целевой функции методом квантового роевого интеллекта. Приведены результаты численных и модельных экспериментов по измерению скорости распространения ультразвуковых волн в различных образцах. Показано, что предложенный метод определения времени прихода импульса более устойчив к искажению формы эхосигналов, возникающей из-за частотно-зависимого затухания в материале объекта контроля.
Читать дальше >> (файл PDF, 3 Мб)
Восстановление изображения отражателей на границе основного и наплавленного металла с использованием технологии Plane Wave Imaging
Предлагается использовать технологию Plane Wave Imaging (PWI) для ультразвукового контроля сварных соединений с узкой разделкой для выявления трещин на границе сплавления основного и наплавленного металла. В сравнении с методом цифровой фокусировки изображения (ЦФА) предлагаемый способ позволяет восстанавливать изображения отражателей с более высоким отношением сигнал/шум, с большей скоростью как регистрации эхосигналов, так и восстановления изображения несплошностей по разным акустическим схемам с учетом трансформации типа волны при отражении от границ объекта контроля. Численные и модельные эксперименты подтвердили эффективность применения технологии PWI для повышения скорости зонального контроля. Применение когерентного фактора повысило отношение сигнал/шум изображения моделей трещин как для режима FMC, так и для режима PWI.
Читать дальше >> (файл PDF, 4 Мб)
Уменьшение уровня шума изображения отражателей с помощью технологии Plane Wave Imaging
Восстановление изображения отражателей методом цифровой фокусировки антенной решеткой (ЦФА) имеет ряд недостатков, таких как большой объем измеренных эхосигналов и малая энергия ультразвуковых волн, вводимая в объект контроля (ОК). Второе обстоятельство может привести к малому отношению сигнал/шум в объектах контроля с высоким поглощением. Метод Plane Wave Imaging (PWI) позволяет совместить преимущества технологии фазированных антенных решеток (ФАР) и технологии ЦФА. В режиме PWI при излучении плоской волны излучают все элементы антенной решетки (АР), как в ФАР-режиме, что увеличивает вводимую в ОК энергию. Для получения изображения обычно используют от 15 до 20 плоских волн. Это приводит к уменьшению объема измеренных эхосигналов, повышению скорости их регистрации и уменьшению уровня шума изображения. Так как в ультразвуковом неразрушающем контроле часто используют АР, установленные на наклонные призмы, то была разработана версия PWI, учитывающая это обстоятельство. Модельные эксперименты показали, что метод PWI по сравнению с методом ЦФА позволяет получать изображения отражателей с меньшим уровнем шума в случае использования призмы как для материалов с большим поглощением, так и для материалов с высоким уровнем структурного шума.
Читать дальше >> (файл PDF, 10 Мб)
Применение метода распознавания со сжатием для достижения сверхразрешения эхо-сигналов
Исследована возможность применения метода Compressive Sensing (CS) для повышения разрешающей способности эхосигналов. Для сравнения с методом CS был также рассмотрен применяемый в ультразвуковом контроле (УЗК) для достижения сверхразрешения метод максимальной энтропии (МЭ). В модельных экспериментах продемонстрирована возможность восстанавливать изображения отражателей со сверхразрешением, что позволяет повысить точность измерения отражателей и уменьшить уровень структурного шума. С целью уменьшения уровня шума для объединения парциальных изображений предложено использовать когерентный фактор (CF).
Читать дальше >> (файл PDF, 6 Мб)
Контроль полимерно-композитных материалов с использованием ультразвуковых антенных решёток
Изучена возможность выявления подповерхностных расслоений в полимерных композиционных материалах (ПКМ), локальных зон с повышенным содержанием пор и внутренних инородных включений (технологических и эксплуатационных дефектов), а также интегральных нарушений структуры (ударных повреждений) путем проведения исследований образцов с искусственными дефектами (плоскодонными отверстиями) с использованием ультразвуковых антенных решеток. Показана принципиальная возможность применения антенных решеток с рабочей частотой 10 МГц для обнаружения и оценки параметров несплошностей, размеры которых порядка одного миллиметра. Для повышения качества изображения отражателей применялась процедура декорреляции эхосигналов и анализ когерентного фактора изображений. Приведены результаты контроля образцов ПКМ после нормированных ударов, которые говорят о перспективности применения ультразвукового неразрушающего контроля (УЗК) с использованием антенных решеток (АР).
Читать дальше >> (файл PDF, 13 Мб)