Разработка алгоритмов обработки сигналов в информационно-измерительных системах для контроля изменения трещиноватости в образцах горных пород тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.16, кандидат наук Шамурина, Анна Игоревна

• Шамурина, Анна Игоревна
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Шамурина, Анна Игоревна

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЗОР МЕТОДОВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ

ТРЕЩИНОВАТОСТИ

1.1 Активные акустические методы контроля

1.1.1 Методы прохождения волн

1.1.2 Методы отражения волн

1.1.3 Методы собственных частот

1.1.4 Спектральные методы

1.1.4.1 Связь спектра с трещиноватостью

1.1.4.2 Известные спектральные методы

1.2 Пассивные акустические методы

1.3 Радиационные методы

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1

ГЛАВА 2 СПЕКТРАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ ТРЕЩИНОВАТОСТИ ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД

2.1 Классический спектральный способ

2.2 Расчет спектральной плотности мощности

2.3 Разработка способа, основанного на отношении выбранных частей спектра

2.4 Разработка способа, основанного на определении плавающего нуля огибающей спектра

2.4.1 Реализация способа

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2

ГЛАВА 3 СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПАРНОГО СРАВНЕНИЯ

3.1 Классический F - критерий проверки однородности выборок

3.2 Скорректированный F - критерий проверки однородности выборок относительно дисперсий

3.3 Робастный F - критерий проверки однородности выборок относительно средних значений

3.4 Сравнение критериев

3.5 Описание программы

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3

ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЛЯ

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ ТРЕЩИНОВАТОСТИ

4.1 Экспериментальное исследование с использованием в качестве излучающего сигнала радиоимпульса

4.2 Экспериментальное исследование с использованием в качестве излучающего сигнала видеоимпульса

4.3 Улучшение отношения сигнал/шум в информационно-измерительных системах для контроля изменения трещиноватости

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

114

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка алгоритмов обработки сигналов в информационно-измерительных системах для контроля изменения трещиноватости в образцах горных пород»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы.

Дальнейшее развитие методов неразрушающего контроля (НК) требует разработки новых информационно-измерительных систем контроля, и поиска новых способов получения достоверной информации о механическом состоянии твердого тела. В первом случае основное внимание исследователей обращено на совершенствование вычислительных ресурсов для обработки большего объема данных, применение средств и методов цифровой обработки сигналов, а также реализацию оперативного контроля на месте и подробного анализа в лабораториях. Для второго случая характерна разработка новых инструментов контроля, а также сочетание известных в настоящее время методов, что позволит эффективно использовать достоинства методов и компенсировать недостаток информации, получаемой при их использовании.

В настоящее время при мониторинге состояния и неразрушающем контроле широко используются акустические методы и уровень их технического исполнения на сегодняшний день достаточно высок. Необходимо отметить следующие преимущества активных акустических методов: невысокая стоимость, высокая разрешающая способность, возможность использования при оперативном контроле, широкий диапазон размеров объекта контроля (ОК), а также возможность проведения измерений в автоматическом режиме с использованием современных решений для обработки сигналов при анализе полученных результатов.

В настоящее время известно множество активных акустических методов исследования структуры материала для оценки параметров прочности и долговечности, среди них наиболее перспективными можно считать методы, которые позволяют оценить уровень накопленной трещиноватости объекта и характеристики его внутренних напряжений [50, 54, 83, 100, 101, 105]. При использовании современных вариантов спектрально-акустических измерений удалось достичь повышенной по сравнению с другими методами

чувствительности к структурным особенностям материала [104, 95, 97, 102]. Видимо, именно это направление определения наиболее чувствительных в каждом конкретном случае спектрально-акустических характеристик и следует в настоящее время считать наиболее перспективным для решения задач акустического контроля напряженно-деформированного состояния твердого тела [65].

Известными специалистами в области акустического контроля являются Финкель В.М. [67,68], Тэтро К.А., Грин А.Т., Данеган X., Дробот Ю.Б.[15, 18], Либовиц Г.[60, 55], Степанова Л.Н., Ермолов И.Н [21,20] и др.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка и исследование новых алгоритмов обработки сигналов для повышения чувствительности спектрального метода контроля изменения трещиноватости в образцах горных пород малого объема. Для достижения поставленной цели в работе требуется решить следующие задачи:

1. Провести анализ активных методов, алгоритмов и средств обработки сигналов для контроля разрушения неметаллических образцов твердых тел.

2. Разработка и исследование новых алгоритмов обработки сигналов для повышения чувствительности спектрального метода для контроля образовавшихся трещин в образцах массива горных пород на более ранней стадии разрушения.

3. Численным моделированием показать работоспособность предложенных алгоритмов, оценить скорость их работы и чувствительность.

4. Оценить возможность использования предложенных алгоритмов для информационно-измерительных систем в условиях инструментальных помех.

Методы исследования. При решении поставленных в работе задач использовались методы системного анализа, математического моделирования и прикладной статистики. Применялись методы вычислительной математики и различные методы программирования

Научная новизна.

Теоретическое значение работы состоит в разработке новых способов и алгоритмов для информационно-измерительных систем, позволяющих на более ранней стадии контролировать разрушения образцов горных пород.

1. Разработан и исследован алгоритм обработки сигнала по отношению выбранных частей спектральной плотности мощности, позволяющий существенно увеличить чувствительность.

2. Разработан и исследован алгоритм обработки сигналов, позволяющий выделять характерную частоту спектральной плотности мощности принятого сигнала, отвечающую за изменение трещиноватости контролируемого образца, что позволило увеличить скорость контроля.

3. Предложен новый способ увеличения отношения сигнал/шум в информационно-измерительной системе в условиях инструментальных помех.

Достоверность результатов обеспечивается корректным применением используемых методов исследования и результатами численного моделирования. Все полученные результаты соответствуют основным общепринятым теоретическим и практическим положениям.

Практическая значимость полученных в диссертационной работе результатов заключается в том, что предложенные способы и алгоритмы для контроля образовавшихся трещин в образцах горных пород позволяют определить появление трещин на более ранней стадии оперативного контроля, что может быть использовано при прогнозировании разрушений.

Разработанные методы контроля изменения трещиноватости образцов горных пород и их программные реализации были использованы при выполнении научных исследований по грантам ДВО РАН 12-Ш-В-01И-009, 12-Ш-А-01И-011, 13-Ш-В-01И-004.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Алгоритм обработки сигналов по отношению выбранных частей спектральной плотности мощности позволяет повысить чувствительность спектрального метода контроля изменения трещиноватости в образцах массива горных пород.

2. Алгоритм обработки сигналов, позволяющий выделять характерную частоту спектральной плотности мощности принятого сигнала, может контролировать изменение трещиноватости в исследуемом образце с большей скоростью.

3. Способ, основанный на использовании временных селекторов с управляемыми по определенному закону «окнами», позволяет увеличить отношение сигнал/шум в информационно-измерительных системах в условиях инструментальных помех.

Апробация результатов работы проводилась на следующих международных и всероссийских конференциях:

- 10-й Международный Форум студентов, аспирантов и молодых ученых стран Азиатско-Тихоокеанского региона, 2010, Владивосток, Россия.

- Российско-монгольская конференция молодых ученых по математическому моделированию, вычислительно-информационным технологиям и управлению, 2011, Иркутск (Россия) - Ханх (Монголия);

- Международная научно-практическая конференция "Информационные технологии и высокопроизводительные вычисления", 2011, Хабаровск, Россия;

- 8-я Международная научная школы молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых», 2011, Москва, Россия;

- 9-я Международная научная школы молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых», 2012, Москва, Россия;

- Всероссийская научно-практическая конференция «Информационные технологии и высокопроизводительные вычисления», 2013, Хабаровск, Россия;

- III Всероссийская научно-практическая конференция «Информационные технологии и высокопроизводительные вычисления», 2015, Хабаровск, Россия.

Публикации результатов работы. По теме диссертации опубликовано 21 научная работа. Из них 4 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК РФ; 7 тезисов и материалов докладов на международных и всероссийских научных

конференциях, 3 патента на изобретение и 2 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Личный вклад автора в получении результатов, изложенных в диссертации, состоит в разработке способов контроля изменения трещиноватости, проведении численного моделирования с использованием статистической обработки и разработке программного комплекса, реализующего предложенные способы контроля. Основные научные положения, теоретические выводы, а также результаты экспериментов получены автором самостоятельно. Положения, составляющие новизну и выносимые на защиту, получены автором лично.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из списка условных сокращений, введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Содержание работы изложено на 116 страницах. В текст работы включены 44 рисунка, 6 таблиц. Список литературы содержит 107 источников, 31 из них на иностранном языке.

ГЛАВА 1 ОБЗОР МЕТОДОВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ

ТРЕЩИНОВАТОСТИ

Технологические методы контроля подразделяются на следующие категории:

- методы контроля напряженного состояния, устойчивости и нарушенности массива пород и горных выработок в процессе ведения горных работ;

- методы получения своевременной информации об опасных участках в массивах пород, способных нарушить режим работы предприятия или понизить качество добываемого полезного ископаемого;

- методы прогноза опасных динамических явлений в массивах горных пород - внезапных выбросов угля и газа, горных ударов, обрушений и вывалов;

- методы определения и контроля качества полезных ископаемых (содержания полезных компонентов, содержания вредных примесей);

- методы контроля эффективности различных технологических процессов.

В результате наблюдений за напряженным состоянием пород

устанавливают:

- величину напряжений в породах, окружающих выработку, в целиках и крепи;

- изменения напряжений во времени и пространстве;

- величину деформации выработок, целиков и крепи;

- степень нарушенности несущих конструкций и массивов и ее изменения во времени.

Эти данные позволяют прогнозировать опасное состояние на отдельных участках шахты или карьера и вовремя предпринять меры по предотвращению или локализации разрушений.

Преимущество методов неразрушающего контроля над другими видами механических испытаний состоит в том, что не нарушается пригодность объекта к использованию и эксплуатации.

В обзорной работе [7] и в работах [77, 80, 87, 91] показано, что акустические методы, по сравнению с другими методами неразрушающего контроля, более информативны в задачах контроля состояния материалов.

В настоящее время все чаще различные реализации акустических методов применяются при контроле напряженно-деформированного состояния конструкционных материалов в составе элементов оборудования [5, 22, 42-40, 49, 48, 62, 66].

В настоящее время применяется большое число акустических методов неразрушающего контроля, ряд из них используются в нескольких вариантах [46, 25, 77]. Классификация акустических методов приведена на рисунке 1.1. Условно, все акустические методы могут быть разделены на две основные группы -активные и пассивные.

Активные методы основаны на прозвучивании объекта контроля (ОК), пассивные - только на приеме сигналов, источником которых служит сам ОК.

1.1 Активные акустические методы контроля

Активные методы делят на методы прохождения, отражения, комбинированные (использующие как прохождение, так и отражение), импедансные и методы собственных частот.

1.1.1 Методы прохождения волн

Методы прохождения используют излучающие и приемные датчики, которые могут быть расположены как с одной стороны ОК, так и с разных. При реализации метода используют одиночные импульсы или последовательность импульсов (реже) и анализируют сигнал, прошедший ОК. Ранее методы

прохождения использовали только для нахождения трещин, изменяющих параметры прозвучивающего импульса из-за образовавшейся за дефектом акустической тени. В связи с этим методы получили название «теневые».

Рисунок 1.1 - Классификация методов акустического контроля.

В дальнейшем «теневые» методы стали применяться для контроля пористости, структуры и других параметров материала, которые не связаны с наличием тени. В связи с этим теневой метод является частным случаем метода прохождения.

Рассмотрим другие методы прохождения.

Амплитудный теневой метод. Метод основан на определении уменьшения амплитуды волны, прошедшей ОК, вследствие имеющихся в нем дефектов [46]. К достоинствам метода стоит отнести то, что он может быть реализован в режиме простого непрерывного прозвучивания, при этом волны проходят ОК только в одну сторону, что снижает затухание амплитуды на крупном зерне материала объекта). Теневой амплитудный метод обладает следующими недостатками [56]:

- необходимо соосное расположение излучателя и приемника с двух сторон

ОК;

- невозможно определять глубину залегания дефектов.

Временной теневой метод. Метод предполагает фиксацию запаздывания импульса, возникшего из-за увеличения его пути в ОК при огибании дефекта; тип волны остается неизменным. Метод является развитием теневого амплитудного метода с использованием импульсного режима. С его помощью можно выявить не только внутренний дефект, но и оценить его размеры.

Преимуществом теневого и временного методов является возможность находить крупные дефекты в таких материалах, как крупнозернистая сталь, серый чугун, бетон, огнеупорный кирпич, в которых использование других акустических методов затруднено или невозможно [81,8,103].

Метод многократной тени. Он подобен амплитудному методу прохождения, но наличие дефекта определяют, фиксируя амплитуду сквозного сигнала (теневого импульса), многократно (обычно двукратно) прошедшего между поверхностями ОК. К достоинствам метода стоит отнести его чувствительность (выше чем у теневого или зеркально-теневого, так как волны проходят через дефект несколько раз), а к недостаткам - низкую помехоустойчивость [16].

Методы прохождения применяют для исследования напряженно-деформированного состояния материалов с высоким затуханием акустических волн. Методы применяют для контроля прочности бетона, измеряя, скорость ультразвука. При расположении преобразователей по обе стороны ОК обычно используются продольные волны. При одностороннем контроле с использованием

поверхностного прозвучивания используют поперечные или поверхностные волны [58, 47].

Ультразвуковая реконструктивная томография - сквозное прозвучивание ОК по разным трассам с выявлением структурных особенностей ОК, полученных при различных направлениях лучей.

Метод лазерного детектирования позволяет получить визуальное представление акустических полей в твердых телах. Визуализация достигается наблюдением с использованием лазерного интерферометра за смещениями точек поверхности ОК, вдоль распространения ультразвуковой (УЗ) волны.

Термоакустический метод контроля (метод ультразвуковой локальной термографии). Метод основан на использовании мощных низкочастотных (около 20 кГц) УЗ колебания. При прохождении через дефект УЗ колебания превращаются в тепло. Термовизором регистрируется повышение температуры. Используемые УЗ колебания модулируются по амплитуде частотой в несколько Гц. Тепловые волны будут иметь такую же модуляцию, что позволяет существенно повысить возможность поиска и локализации дефектов.

Велосиметрический метод базируется на определении изменения скорости распространения дисперсионных мод упругих волн в зоне дефекта и применяется как при одностороннем, так и при двустороннем доступе к ОК. При реализации этого метода обычно используются преобразователи с сухим точечным контактом [21]. При одностороннем доступе скорость возбуждаемой излучателем антисимметричной волны нулевого порядка а0 в отделенном дефектом слое меньше, чем в бездефектной зоне. При двустороннем доступе в бездефектной зоне энергия передается продольной волной, в зоне дефекта - волнами а0, которые проходят больший путь и распространяются с меньшими скоростями, чем продольная волна. Определение дефектов происходит по изменению фазы или увеличению времени прохождения (только в импульсном варианте) по ОК. Велосиметрический метод в основном используют при контроле изделий из полимерных композиционных материалов. Также метод нашел применение в

строительстве [13] при контроле бетона. ОК из бетона определенной толщины прозвучивают по принципу теневого метода, регистрируя скорость звука в объекте. Для бетона свойственна ярко выраженная прямая зависимость скорости звука от его качества (дисперсности).

Описанные методы прохождения волн предполагают обнаружение достаточно крупных дефектов, что ограничивает их применение при контроле изменения трещиноватости в образцах на ранней стадии трещинообразования, т.к. затухание сигнала при этом незначительно.

1.1.2 Методы отражения волн

Общим для этих методов является использование как одного, так и двух преобразователей и излучение в импульсном режиме. К этой подгруппе относят следующие методы дефектоскопии.

Эхо-метод базируется на фиксации эхо-сигналов от дефектов. Прибор регистрирует зондирующий (излучаемый) импульс 1, донный сигнал 3, отраженный от противоположной поверхности ОК, и эхо-сигнал 2 от дефекта. Определение времени прихода импульсов 2 и 3 позволяет определить глубину залегания дефекта и толщину изделия. Возможно совместить излучатель и приемник в одном преобразователе (совмещенная схема контроля). При раздельной схеме используется два разных преобразователя.

Эхо-метод широко распространен в настоящее время. Примерно 90 % объектов при акустическом контроле проверяется с использованием эхо-метода [57]. Используя различные типы волн, его применяют для решения задач дефектоскопии не только металлических, но и многих неметаллических изделий. С помощью эхо-метода возможно провести измерение размеров ОК. При этом фиксируют время прохождения донного сигнала и, учитывая скорость распространения ультразвука в материале из которого изготовлен ОК, определяют размеры изделия при одностороннем расположении преобразователей. При известной толщине изделия, по донному сигналу можно

определить физико-механические свойства ОК [57,45], для этого измеряют скорость прохождения сигнала и определяют затухание ультразвука. К недостатком эхо-метода стоит отнести, то что при измерении затухания необходимы высокое качество и стабильность акустического контакта, что ограничивает точность измерения и сужает сферу применения метода.

Акустическая микроскопия отличается от традиционного эхо-метода: частотой УЗ (повышенной на один-два порядка), острой фокусировкой и автоматическим (механизированным) сканированием объектов небольшого размера. Использование акустической микроскопии позволяет регистрировать небольшие (по размеру) изменения акустических свойств ОК. Разрешающая способность метода может достигать сотые доли миллиметра. Возможно применение волн прохождения при акустической микроскопии [20].

Когерентные методы основаны на использовании в качестве информативных параметров амплитуды, времени прихода сигналов (как и в других методах отражения) и фазы сигнала. Это позволяет повысить на порядок разрешающую способность методов отражения и дает возможность получать изображения дефектов, близкие к реальным. К наиболее эффективным когерентным методам можно отнести компьютерную акустическую голографию.

Эхо-зеркальный метод, основой которого является анализ сигналов, прошедших зеркальное отражение от донной поверхности ОК и дефекта [47], используют при выявлении дефектов, которые ориентированы перпендикулярно поверхности ввода. Достоинством метода является более высокая чувствительность к таким дефектам, а недостатком - необходимость расположения в зоне дефектов большого участка ровной поверхности. Вариант тандем эхо-зеркального метода применяют при выявлении вертикальных трещин и непроваров сварных соединений. Такие дефекты обладают гладкой отражающей поверхностью, и, следовательно, очень слабо рассеивают ультразвуковые волны, но хорошо выявляются при использовании эхо-зеркального метода.

Дельта-метод основывается на использовании ультразвуковой энергии, переизлученной дефектом. Над дефектом располагается приемный

преобразователь для продольных волн, рассеянных на дефекте, в качестве излучателя используется преобразователь для поперечных волн. Недостатками метода является сложность расшифровки принятых сигналов и сложность настройки чувствительности.

Дифракционно-временной метод, основан на приеме волн, дифрагированных на вершинах дефекта. Причем излучаются и применяются как продольные, так и поперечные волны. Главная информационная характеристика -время прихода сигнала. Регистрируют амплитуду и время прихода сигналов от верхней и нижней границ дефекта. В настоящее время дифракционно-временной метод применяется для обнаружения вертикальных дефектов и оценки их размеров по высоте. Метод применим, как правило, для материалов с относительно низкими уровнями затухания и рассеяния ультразвуковых волн.

Реверберационный метод основан на явлении реверберации (многократного отражения) упругих волн в слоях с относительно небольшими коэффициентами затухания УЗ (обычно в металлах). Метод чаще всего используют для контроля качества соединения многослойных конструкций (типа металл - пластик).

Комбинированные методы сочетают принципы прохождения и отражения акустических волн.

Зеркально-теневой метод предполагает измерение амплитуды сигнала, отраженного от противоположной поверхности. По исполнению (фиксируется эхо-сигнал) он относится к методам отражения, а если рассматривать физическую сущность контроля (измерение ослабления сигнала, дважды прошедшего ОК в зоне дефекта), то его относят к теневому методу. Зеркально-теневой метод используется отдельно или совместно с эхо-методом для определения дефектов, дающих слабое отражение УЗ волн. Дефекты (например, вертикальные трещины), ориентированные перпендикулярно к поверхности ввода, дают очень слабый рассеянный сигнал и их сложно обнаружить с помощью эхо-метода. При этом они ослабляют донный сигнал в связи с тем, что на их поверхности продольная волна трансформируется в головную, которая, в свою очередь, излучает боковые волны, уносящие энергию. Зеркально-теневой метод применяется для контроля рельсов

на обнаружение вертикальных трещин в шейке. В отличие от теневого метода, зеркально-теневой метод может использоваться при одностороннем доступе и более чувствителен к появлению дефектов. Если же сравнивать с эхо-методом, то зеркально-теневой метод по чувствительности обычно в 10 ... 100 раз хуже [27].

Эхо-теневой метод базируется на исследовании прошедших и отраженных волн. Используется как вспомогательный при лабораторном контроле образцов небольшого размера.

Эхо-сквозной метод основан на анализе однократно и двукратно сквозных прошедших сигналов. При этом в отличие от обычного эхо-метода, излучение и прием сигналов производится различными преобразователями, расположенными строго соосно с противоположных сторон ОК. После возбуждения излучателя первым по времени на приемник поступает импульс 1 (первый прошедший). Вторым (при отсутствии дефектов) - импульс 2 (второй прошедший), претерпевший два последовательных отражения от обеих поверхностей листа. Если на пути распространения УЗ колебаний встретится полупрозрачный или небольшой дефект, то возникнут эхо-сигналы 3 и 4. Последние достигнут приемника в интервале времени между приходом импульсов 1 и 4, последовательно отразившись от дефекта и от одной из поверхностей ОК. Если в ОК содержится большой непрозрачный дефект, то сигнал 1 исчезает или сильно уменьшается, а также сигнал 2.

Эхо-теневой и эхо-сквозной методы предполагают возможность двустороннего доступа к ОК для автоматического контроля изделий простой формы, например, листов в иммерсионной ванне. Перемещение листа вверх и вниз между преобразователями в иммерсионной ванне не изменяет времени прохождения сигналов от излучателя к приемнику, что позволяет существенно упростить конструкцию установки. Российско-германская компания «Нординкрафт» реализовала такой метод в виде стационарной установки для контроля листового проката на Череповецком металлургическом комбинате [46]. По сравнению с теневым методом, эхо-сквозной метод обладает более высокой чувствительностью и меньшей величиной мертвой зоны по сравнению с эхо-

методом. К недостаткам метода следует отнести малую точность оценки координат дефектов [21].

Реверберационно-сквозной (акустико-ультразвуковой) метод объединяет особенности двух методов: многократной тени и ультразвукового реверберационного. На ОК небольшого размера размещают излучающий и приемный преобразователи на расстоянии порядка 20 см друг от друга. Излучаемые импульсы продольных волн проходят многократные отражения от стенок ОК до достижения приемника. При наличии в ОК дефектов изменяются условия прохождения импульсов. Информативный признак обнаружения дефектов - изменение амплитуды и спектральных характеристик принятых сигналов. Наиболее широко способ применяется при контроле многослойных изделий.

Из рассмотренных методов отражения для контроля изменения трещиноватости образцов наиболее подходящим является эхо-метод. Однако применение этого метода ограничено его слабой чувствительностью к изменения трещиноватости на ранней стадии трещинообразования, ввиду отсутствия высокочастотной составляющей в зондирующем сигнале.

1.1.3 Методы собственных частот

Методы собственных частот предполагает измерение соответствующих частот (или спектральных характеристик) колебаний ОК. Собственные частоты измеряются при возбуждении в ОК вынужденных или свободных колебаний. Свободные колебания обычно создают с помощью механического удара, после чего ОК колеблется в отсутствии внешних воздействий. Вынужденные колебания возбуждают воздействием внешней гармонической силы с плавно меняющейся частотой (иногда используют длинные импульсы с изменяющейся несущей частотой). Фиксируют резонансные частоты при увеличении амплитуды колебаний в момент совпадения собственных частот ОК с частотами возбуждающей силы. В некоторых случаях резонансные частоты незначительно

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шамурина, Анна Игоревна, 2017 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Акустическая диагностика и контроль на предприятиях топливно-энергетического комплекса / В. М. Баранов, А. И. Карасевич и др. - М.: Наука, 1998. - 304 с.

2. Алешин, Н.П. Радиационная, ультразвуковая и магнитная дефектоскопия изделий / Н.П. Алешин, В.Г. Щербинский - М.: Высшая школа, 1991. - 271 с.

3. Ахманов, С. А. Введение в статистическую радиофизику и оптику / С. А. Ахманов, Ю. Е. Дьяков, А. С. Чиркин. - М. : Наука, 1981. - 640 с.

4. Базулин, Е.Г. Повышение отношения сигнал/шум при проведении ультразвукового контроля ремонтных заварок / Е.Г. Базулин, С.А. Кокалев // Дефектоскопия. - 2013. - №5. - С. 45-58.

5. Баранов, В.М. Ультразвуковые измерения в атомной технике / В.М. Баранов - М.: Атомиздат, 1975. - 220 с.

6. Болотин, Ю.И. Об измерениях координат и энергии акустической эмиссии в массивах горных пород / Ю.И. Болотин // Дефектоскопия. - 1993. - №3. -С. 26-29.

7. Ботаки, А.А. Ультразвуковой контроль прочностных свойств конструкционных материалов / А.А. Ботаки, В.Л. Ульянов, А.В. Шарко. -М.: Машиностроение, 1983. - 78 с.

8. Бриганте, М. Акустические методы в неразрушающем контроле бетона: обзор зарубежных публикаций в области экспериментальных исследований / М. Бриганте, М.А. Сумбатян // Дефектоскопия. - 2013. -№2. - С.52-67.

9. Виноградов, С.Д. Влияние трещиноватости и напряжений в среде на параметры распространяющихся упругих волн / С.Д. Виноградов, П.А. Троицкий, М.С. Соловьева // Физика Земли. - 1989. - № 4. - С. 42-55.

10.Виноградов, С.Д. Изучение распространения упругих волн в среде с ориентированной трещиноватостью / С.Д. Виноградов, П.А. Троицкий, М.С. Соловьева // Физика Земли. - 1992. - № 5. - С. 42-56.

11.Гладких, В.А. Оптимизация расчета непрерывного преобразования Фурье / В.А. Гладких, А.И. Шамурина // Информационные технологии и высокопроизводительные вычисления : мат. межд. конф: Хабаровск. -2011. - С. 162-166.

12.Голубев, А.И. Анодное окисление алюминиевых сплавов / А.И. Голубев. -М.: Изд-во АН СССР, 1961. - 192 с.

13. ГОСТ 17624-2012. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности. - М.: Стандартинформ, 2014. - 19 с.

14.ГОСТ 7512-82. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический метод. - М.: Издательство стандартов, 2004. - 19 с.

15.Грешников, В. А. Акустическая эмиссия / В. А. Грешников, Ю.Б. Дробот. -М.: Издательство стандартов, 1976. - 272 с.

16.Гурвич, А.К. Схемы прозвучивания и эффективность средств / А.К. Гурвич , A.B. Давыдкин // В мире неразрушающего контроля. - 2003. -№3(21) . - С.71-73.

17.Гурский, Д. Вычисления в Mathcad / Д. Гурский. - М.: Новое знание, 2003. -814 с.

18.Дробот, Ю.Б. Неразрушающий контроль усталостных трещин акустико-эмиссионным методом / Ю.Б. Дробот, А.М.Лазарев. - М.: Изд-во стандартов, 1987. - 272 с.

19. Ермолов, И.И. Наиболее интересные доклады по ультразвуковому контролю восьмой европейской конференции / И.И. Ермолов // Дефектоскопия. - 2003. - №8. - С.41-54.

20. Ермолов, И.Н. Расчеты в ультразвуковой дефектоскопии (краткий справочник) / И.Н. Ермолов, А.Х. Вопилкин, В.Г. Бадалян. - М.: Изд-во ООО НПЦ «ЭХО+», 2002. - 108 с.

21.Ермолов, И.Н. Теория и практика ультразвукового контроля / И.Н. Ермолов. - М.: Машиностроение, 1981. - 240 с.

22. Иванов, Л.И. Использование продольно поверхностных волн при контроле твердости стали / Л.И. Иванов, А.А. Лебедев, А.В. Шарко // Дефектоскопия. - 1990. - №2. - С. 89-90.

23.Качанов, В.К. Проблемы выделения ультразвуковых сигналов из структурного шума при контроле изделий из сложноструктурных материалов / В.К. Качанов, В.Г. Карташев, И.В. Соколов и др. // Дефектоскопия. - 2007. - №9. - С. 71-86.

24.Козлов, А.В. Развитие и современное состояние методов неразрушающего контроля и акустической томографии бетона / А.В. Козлов, В.Н. Козлов // Дефектоскопия. - 2015. -№6. - С.3-15.

25. Кондратьев, А.И. Прецизионные методы и средства измерения акустических величин твердых сред. Ч. 1. Методы возбуждения и приема ультразвуковых колебаний : моногр. / А. И. Кондратьев. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2006. - 152 с.

26. Кондратьев, А.И. Прецизионные методы и средства измерения акустических величин твердых сред. Ч. 2. Метрологические характеристики средств измерений и их практическое применение : моногр. / А. И. Кондратьев. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2006. - 156 с.

27.Крауткремер, И. Ультразвуковой контроль материалов: Справочник, пер. с нем. Под ред. Волченко В.Н. / Й. Крауткремер, Г. Крауткремер. - М.: Металлургия, 1991. - 752 с.

28.Кривошеев, И.А. Емкостной преобразователь для пород / И.А. Кривошеев // Преобразователи акустической эмиссии к системам контроля горного давления. - М.: ИПКОН АН СССР, 1990. - С. 82-97.

29.Кривошеев, И.А. Информационная система геомеханического контроля / И.А. Кривошеев, А.И. Шамурина // Информатика и системы управления. -2010. - № 3 (25). - С.72-81.

30.Кривошеев, И.А. Информационная система контроля состояния массива горных пород / И.А. Кривошеев, А.И. Шамурина // Информатика и системы управления. - 2012. - № 4 (34). - С.69-74

31.Кривошеев, И.А. Исследование работы емкостного преобразователя в низкочастотном диапазоне / И.А. Кривошеев, А.И. Кондратьев // Дефектоскопия. - 1989. - №7. - С. 13-17.

32.Кривошеев, И.А. Селектор для градуировки преобразователей / И.А. Кривошеев, В.Г. Бакшеев // Дефектоскопия. - 1982. - №3. - С. 16-17.

33.Кривошеев, И.А. Увеличение отношения сигнал/шум при неразрушающем контроле / И.А. Кривошеев, М.И. Игнатьева, А.И. Шамурина // Дефектоскопия. - 2016. - № 6. - С. 11-16.

34.Кривошеев, И.А. Контроль динамических характеристик сейсмоакустических преобразователей информационных систем / И.А. Кривошеев, М.И Игнатьева, А.И. Шамурина // Информатика и системы управления. - 2014. - № 2 (40)0. - С.168-172.

35.Кривошеев, И.А. Робастный метод обработки экспериментальных данных / И.А. Кривошеев, Г.А. Иванов // Дефектоскопия. - 2003. - №8. - С.35-41.

36.Кривошеев, И.А. Чувствительный метод контроля изменения трещиноватости в массиве горных пород / И.А. Кривошеев, А.И. Шамурина // Дефектоскопия. - 2013. -№9. - С.62-67.

37. Куксенко, B.C. Оценка удароопасности горных пород по их энерговыделению / B.C. Куксенко, Б.Ц. Манжиков, В.А. Мансуров // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 1986. -№4. - С.28-32.

38.Куксенко, B.C. Физические и методические основы прогнозирования горных ударов / B.C. Куксенко, И.Е. Инжеваткин, Б.Ц. Манжиков и др. // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 1987. -№1. - С.9-22.

39. Куксенко, B.C. Физические причины подобия в выделении упругой энергии при разрушении горных пород на, различных масштабных уровнях / B.C.

Куксенко // Физические основы прогнозирования разрушения горных пород при землетрясениях. - М.: Наука, 1987. - С.68-73.

40. Лаптух, В.М. Исследование акустических методов определения конфигурации и ориентации несплошностей в металле энергооборудования / В.М. Лаптух, А.Б. Пчелкин // Дефектоскопия. - 1993. - № 12. - С. 66-71.

41. Лаптух, В.М. К вопросу акустического контроля аустенитных сварных соединений энергооборудования / В.М. Лаптух // Дефектоскопия. - 1996. -№ 3. - С. 46-57.

42. Лаптух, В.М. Экспериментальные исследования оптимальных параметров акустического контроля аустенитных соединений энергооборудования / В.М. Лаптух //Дефектоскопия. - 1996. - № 2. - С. 63-73.

43. Луговой, В.А. Высокостабильный емкостной преобразователь ультразвуковых сигналов / В.А. Луговой, В.П. Троценко // ПТЭ. - 1986. -№ 3. - С. 194-195.

44.Митенков, Ф.М. К вопросу о создании эксплуатационного мониторинга ресурса оборудования и систем ЯЭУ / Ф.М. Митенков, Г.Ф. Городов, Ю.Г. Коротких и др. // Надежность и ресурс в машиностроении: Вести. Волж. гос. акад. водн. трансп. - 2003. - Вып. 4. - С. 17-33.

45.Мэзон, У. Методы и приборы ультразвуковых исследований. Физическая акустика. Т.1, ч.А / У. Мэзон. - М.: Мир, 1966. - 592 с.

46. Неразрушающие методы контроля материалов и изделий [Электронный ресурс] : электрон. учеб. пособие / Н. В. Кашубский, А. А. Сельский, А. Ю. Смолин и др. - Электрон. дан. (3 Мб). - Красноярск: ИПК СФУ, 2009.

47.Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / В.В. Клюев, Ф.Р. Соснин, А.В. Ковалев и др.; Под ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 2003. - 656 с.

48. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т. / Под ред. В.В. Клюева. Т. 3: Ультразвуковой контроль / И.Н. Ермолов, Ю.В. Ланге. - М.: Машиностроение, 2004. - 864 с.

49. Неразрушающнй контроль: В 5 кн. Кн. 2. Акустические методы контроля: Практическое пособие / И.Н. Ермолов, Н.П. Алешин, А.И. Потапов. - М.: Высшая школа, 1991. - 283 с.

50.Никитина, Н.Е. Акустоупругость: Опыт практического применения / Н.Е. Никитина. - Н. Новгород: Изд-во "Талам", 2005. - 208 с.

51.Патент № 2498353 Российская Федерация, МПК G01V 1/28 (2006.01) Способ контроля изменения несплошности в массиве горных пород / И. А. Кривошеев, А. И. Шамурина; заявитель и патентообладатель Вычислительный центр ДВО РАН. - 2012123762/28; заявл. 07.06.2012; опубл. 10.11.2013, Бюл. № 31. - 7 с.: ил.

52.Патент № 2520959 Российская Федерация, МПК G01V 1/00 (2006.01). Способ контроля изменения напряженно-деформированного состояния массива горных пород / И. А. Кривошеев, А. И. Шамурина; заявитель и патентообладатель Вычислительный центр ДВО РАН. - 2013106110/28; заявл. 12.02.2013; опубл. 27.06.2014, Бюл. № 18. - 5 с.

53.Патент № 2539521 Российская Федерация, МПК E21C 39/00 (2006.01) Устройство контроля изменения физико-механического состояния массива горных пород / И. А. Кривошеев, М. И. Игнатьева, А. И. Шамурина; заявитель и патентообладатель Вычислительный центр ДВО РАН. -2013155389/03; заявл. 12.12.2013 ; опубл. 20.01.2015, Бюл. № 2. - 8 с.: ил.

54.Работнов, Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций / Ю.Н. Работнов. - М: Наука, 1966. - 745 с.

55. Разрушение. Т. 2 / Под ред. Г. Либовца. - М.: Мир, 1987. - 763 с.

56.Ржевский, В.В. Акустические методы исследования и контроля горных пород в массиве / В.В. Ржевский, В.С. Ямщиков. - М.: Наука, 1973. - 224 с.

57.Ржевский, В.В. Основы физики горных пород: учебнику для вузов / В.В. Ржевский, Г.Я. Новик. - М.: Недра, 1984. - 359 с.

58.Ржевский, B.B. Ультразвуковой контроль и исследования в горном деле/ В.В. Ржевский, В.С. Ямщиков. - М.: Недра, 1968. - 120 с.

59. Рубан, А.Д. Прогноз и контроль геодинамических явлений по комплексу геомеханических и акустических показателей / А.Д. Рубан , В.Н. Захаров, Г.Н. Фейт и др. // Геодинамика и напряженное состояние недр земли : мат. межд. конф. - Новосибирск, 2001. - С. 212-216.

60. Си, Г. Математическая теория хрупкого разрушения // Разрушение. Т.2. Математические основы теории разрушения / Г. Си, Г. Либовиц; ред. Г. Либовиц. - М.: Мир, 1975. - С.83-203.

61. Смирнов, А.Н. Повреждаемость сварных соединений. Спектрально-акустический метод контроля / А.Н. Смирнов, H.A. Конева, С.В. Фольмер и др. - М.: Машиностроение, 2009. - 240 с.

62. Старостин, В.Н. Спектрально-акустический метод контроля деталей / В.Н. Старостин, М.М. Одинцов, А.Л. Углов, В.М. Попцов // Автомобильная промышленность. - 1997. - №5. - С. 28-31.

63.Суржиков, В.П. К вопросу о спектральной чувствительности метода механоэлектрического преобразования при контроле напряженно -деформированного состояния / В.П. Суржиков, Н.Н. Хорсов, П.Н. Хорсов и др. // Контроль. Диагностика. - 2012 - №. 13 - C. 73-77.

64. Суржиков, В.П. Поиск критерия контроля напряженно - деформированного состояния диэлектрических конструкций / В.П. Суржиков, Н.Н. Хорсов // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 5; URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=15035 (дата обращения: 02.02.2016)

65.Углов, А.Л. Акустический контроль оборудования при изготовлении и эксплуатации / А.Л. Углов. - М.:Наука, 2009. - 280 с.

66.Фесенко, С.С. Ультразвуковой способ контроля напряженного состояния газопроводов / С.С. Фесенко, P.H. Хасанов, А.Л. Углов, В.М. Попцов // Газовая промышленность. - 2001. - № 2. - С. 34-35.

67.Финкель, В.М. Физика разрушения / В.М. Финкель. - М.: Металлургия, 1970. - 376 с.

68.Финкель, В.М. Портрет трещины / В.М. Финкель. - М.: Металлургия, 1981. - 160 с.

69. Финкель, В.М. Физические основы торможения разрушения/ В.М. Финкель. - М.: Металлургия, 1977. - 359 с.

70. Химмельблау, Д. Анализ процессов статистическими методами / Д. Химмельблау. - М.: Мир,1973. - 957 с.

71.Чабанов, B.E. Лазерный ультразвуковой контроль материалов / B.E. Чабанов. - Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1986. - 232 с.

72. Шадрин, А.В. Влияние параметров цифровой обработки сигнала на точность спектрально-акустического прогноза выбросоопасности / А.В. Шадрин, Ю.А. Бирева // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2014. - №6. - С. 40- 42.

73.Шадрин, А.В. Применение спектрально-акустического прогноза выбросоопасности на шахтах Кузбасса / А. В. Шадрин, В. А. Коноваленко, B. А. Рудаков, С. Е. Трусов и др. // Вестник КузГТУ. - 2002. - №2. - С. 31-39

74.Шеффе, Г. Дисперсионный анализ / Г. Шефе. - М.: Наука, 1980. - 512 с.

75.Ямщиков, B.C. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов / B.C. Ямщиков. - М.: Недра, 1982. - 296 с.

76.Янг, Р. П. Статистический анализ спектров сейсмических записей с целью определения свойств горных пород / Р.П. Янг, Дж.Дж. Хилл // Анализ и выделение сейсмических сигналов. - М.: Мир, 1986. - 235 с.

77.Adler, L. Ultrasonic method to determinate gas porosity in aluminium alloy costings: theory and experiment / L. Adler // J.Appl. Phys. - 1986. - Vol. 59, №2. - P. 336—347.

78.Blitz, J. Ultrasonic Methods of Non-destructive Testing / J. Blitz, G. Simpson -Springer Science & Business Media, 1995. - 264 p.

79.Boler, F.M. Capacitance transducer with a point-like probe for receiving acoustic emissions / F.M. Boler, H.A. Spetzler, I.C. Getting // Review of Scientific Instruments. - 1984. - Vol.55, №8. - P.1293-1297.

80. Brill, D. Acoustic spectroscopy / D. Brill, G.C. Gaunard, H. Uberall //Ibid. -

1982. - Vol.72, №3. - P.1067-1069.

81.Brozovsky, J. Evaluation of frost resistance of calcium silicate masonry units with ultrasonic pulse and resonance methods / J. Brozovsky // Дефектоскопия. -2014. -№10. - С.66-76.

82.Coon, R.F. Predicting in situ modulus of deformation using rock quality indices/ R.F. Coon, A.H. Merritt // Proc. Symp. Determination of In situ Moduli of Deformation of Rock. - Denver. - 1969. - P. 154 — 173.

83.Enderling, U. Zur Berchung von Riblidungs und Ribwashsthuns dancr Ifl-Mitt.

1983. - Bd. 22, №4. - P. 138-145.

84.Erofeyev, V.I. Wave processes in solids with microstructure. / V.I. Erofeyev. -L. etc. World Sci. Publ.,2003. - 256 p.

85.Gault, C. Ultrasonic Non Destructive Evaluation of Microstructural Changes and Degradation of Ceramics at High Temperature / C. Gault // MRS Proceedings. -Vol.142. - 263.

86.Golenishchev-Kutuzov, V.A. Laser acoustic method for the inspection of flaws in metals and the metallized coatings of dielectrics / V.A. Golenishchev-Kutuzov, R.I. Kalimullin, S.A. Migachev et al. // Russian Journal of Nondestructive Testing. - 2011. - Vol. 47. № 2. - P. 118-121.

87.Griffith, A. A. The phenomena of rupture and flow in solids / A. A. Griffith // Philos. Trans. Roy. Soc. London A. 1920/1921. - Vol. 221. - P. 163-198.

88.Honarvara, F. Improving the time-resolution and signal-to-noise ratio of ultrasonic NDE signals / F. Honarvara, H. Sheikhzadehb, M. Molesc, A. Sinclair // Ultrasonics. - 2004. - Vol. 41, №9. - P. 755—763.

89.Kachanov, V.K. Application of signal processing methods to ultrasonic nondestructive testing of articles with high structural noise / V.K. Kachanov, V.G. Kartashev and V.P. Popko. // Nondestructive Testing and Evaluation. - 2001. -Vol. 17. - P. 15-40.

90.Kazys, R. Ultrasonic detection and characterization of delaminations in thin composite plates using signal processing techniques / R. Kazys, L. Svilainis // Ultrasonics. - 1997. - Vol. 35, №5. - P. 367-383.

91.Klinman, R. Ultrasonic prediction of grain size and toughness in plain carbon steel / R. Klinman // Mater. Eval. - 1980. - Vol. 38, №10. - P. 26.

92.Knill, J.L. Seismic evaluation of rock masses / J.L. Knill, D.G. Price // 24th Int. Geol. Congr. - Canada. - 1972. - P. 176 - 182.

93.Knill, J.L. The Application of Seismic Methods in the Prediction of Grout Take in Rock / J.L. Knill // Conference on In situ Investigations in Soil and Rocks, Geotechnical Society of London. - 1970. - P. 93 - 100.

94.Krivosheev, I. A. Improving Signal-To-Noise Ratio in Ultrasonic Testing / I. A. Krivosheev, M. I. Ignat'eva, and A. I. Shamurina // Russian Journal of Nondestructive Testing. - 2016. - Vol. 52, No. 6. - P. 310-314.

95.Noronda, P.J. Residual stress measurement and analysis using ultrasonic techniques / P.J. Noronda, J.R. Chapmann, J.J. Wert // J. Test. Eval. - 1973. -Vol. 1, №3. - P.209-214.

96.Ohira, T. Acoustic emission source characterization and its application to the study of dynamic micro-cracking / T. Ohira, T. Kishi // Tetsu To Hagone. -1984. - №16. - P.2188-2195.

97.Ophir, J. Spectral shifts of ultrasonic propagation through media with nonlinear dispersive-attenuation / J. Ophir, P.M. Jaeger // Ultrason. Imag. - 1982. - Vol. 4. - P. 282-289.

98.Patent United States of America № 20090168079 A1 Reflective film thickness measurement method / Fu-Shiang Yang. - 2.07.2009

99.Patent United States of America № 5305239A Ultrasonic non-destructive evaluation of thin specimens / Vikram K. Kinra. - 19.04.1994.

100. Raad, J.A. Ultrasonic inspection of some critical areas of nuclear pressure vessels / J.A. Raad, F.H. Dijkstra // Quantitative NDE in the nuclear industry. Proc. 5th Intern, conf. NDE in the nuclear industry. - San Diego. - 1982. - P. 47-51.

101. Schreider, E. Determination of residual stress by time of-flight measurement with lincar-polarizcd shear waves / E. Schreider, K. Goebbels, G. Hubschen // Ultrason. Symp. Proc. - N.Y. - 1981. - Vol. 1. - P.956-959.

102. Serabian, S. Influence of attenuation up on the frequency caitent of a stress wave packet in graphite / S. Serabian // J. Acoust. Soc. Amer. - 1967. - Vol. 42, №5. - P. 1052-1059.

103. Shah, A.A. Nondestructive evaluation of damaged concrete using nonlinear ultrasonics / A.A. Shah, et al. // Matetirals and Design. - 2009. - vol. 30. - P. 775-782.

104. Takashi, I Measurement of ultrasonic attenuation coefficient using echo signals / Itoh Takashi, Mashizuki Takashi, Kasai Chihiro // Jap. J. Appl Phys. - 1983. -Vol. 22, №3. - P. 66-68.

105. Tillman, B.R. Scattering of elastic waves from simple defects in solids / B.R. Tillman // Wave Motion. - 1983. - Vol. 5, №4. - P. 299-306.

106. Tomikawa, Y. Consideration of nondestructive inspection using frequency analysis method of ultrasonic pulse signals / Y. Tomikawa, H. Ishigaki, J. Masuda, K. Honiyo, H. Yamada // Jap. J. Appl. Phys. - 1987. - Vol. 26. - P. 162-166.

107. Yimei, Mao Noise suppression and flaw detection of ultrasonic signal using empirical mode decomposition / Mao Yimei, Que Peiwen // Дефектоскопия. -№ 3. - 2007. - С. 78-86.