Разработка ультразвукового томографа изделий из бетона с нестандартной конфигурацией поверхности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат наук Концов Роман Валерьевич

• Концов Роман Валерьевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Концов Роман Валерьевич

Обозначения и сокращения

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ПРОБЛЕМЫ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ СЛОЖНОСТРУКТУРНОГО БЕТОНА

1.1. Проблемы УЗ контроля крупногабаритных СК с большим интегральным затуханием сигналов

1.2. Проблемы и особенности УЗ низкочастотного контроля бетонных изделий. Проблемы использования УЗ НЧ преобразователей

1.3. Проблемы УЗ НК изделий из сложно-структурных материалов с большим уровнем структурного шума

1.4. Проблема точного определения скорости ультразвука в бетоне

1.5. Проблемы и особенности УЗ контроля крупногабаритных СК из сложно-структурного бетона с нестандартной конфигурацией

1.6. Выводы по разделу

2. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОМ КОНТРОЛЕ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СЛОЖНОСТРУКТУРНОГО БЕТОНА

2.1. Использование радиотехнических методов обработки сигналов для повышения чувствительности при УЗ НК изделий с высоким уровнем белого шума

2.1.1. Использование накопления УЗ периодически следующих сигналов для повышения отношения сигнал/белый шум

2.1.2. Использование УЗ сложно-модулированных сигналов для повышения отношения сигнал/белый шум при контроле изделий с большим затуханием ультразвука

2.2. Проблема УЗ контроля строительных конструкций из бетона с высоким уровнем структурного шума

2.2.1. Анализ методов повышения чувствительности при УЗ контроле изделий с большим уровнем структурного шума

2.2.2. Понятие о пространственно-временной обработке сигналов

2.3. Выводы по разделу

3. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СХЕМ УЗ ТОМОГРАФИИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СЛОЖНОСТРУКТУРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

3.1. Различные варианты построения УЗ фазированных антенных решеток

3.2.Примеры УЗ антенных решеток, используемых при УЗ низкочастотном контроле изделий из бетона

3.3. Параметры УЗ томографа А1040 MIRA

3.4. Выводы по разделу

4. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ШАГА АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ ПРИ УЗ КОНТРОЛЕ ИЗДЕЛИЙ НЕСТАНДАРТНОЙ КОНФИГУРАЦИИ ИЗ СЛОЖНО-СТРУКТУРНОГО БЕТОНА

4.1. Выбор оптимального шага УЗ антенных решеток по критерию максимального соотношения сигнал/структурный шум

4.2. Особенности корреляционных характеристик СШ

4.3. Корреляционные характеристики структурного шума на соседних элементах антенной решетки при наклонном зондировании

4.4. Результаты эксперимента по выбору оптимального шага АР в условиях большого уровня структурного шума

4.5. Выводы по разделу

5.РАЗРАБОТКА НОВЫХ СПОСОБОВ БЕЗЭТАЛОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА В КРУПНОГАБАРИТНЫХ СЛОЖНО-СТРУКТУРНЫХ ИЗДЕЛИЯХ ИЗ БЕТОНА

5.1.Особенности отображения различных по форме отражателей с помощью алгоритма «фокусировка в точку»

5.2. Безэталонный способ определения скорости ультразвука в бетоне с помощью алгоритма «фокусировка в точку»

5.3. Результаты эксперимента по безэталонному определению скорости ультразвука, основанному на использовании алгоритма «фокусировка в точку»

5.4. Ограничения по определению скорости УЗК с помощью алгоритма «фокусировка в точку» в протяженных СК из бетона

5.5. Безэталонный способ определения скорости ультразвука в бетоне с помощью алгоритма «фокусировка на плоскость»

5.5.1. Использование алгоритма «фокусировка на плоскость» для определения толщины протяженных изделий из бетона

5.5.2. Использование алгоритма «фокусировка на плоскость» для безэталонного измерения скорости УЗ колебаний в изделиях из бетона

5.5.3. Результаты эксперимента по безэталонному измерению скорости ультразвука и толщины бетонного изделия с помощью

алгоритма «фокусировка на плоскость»

5.6. Сравнение алгоритмов «фокусировка на плоскость» и «фокусировка в точку» по помехоустойчивости

5.7. Выводы по разделу

6. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА. ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИЙ ИНТЕРФЕЙС УЛЬТРАЗВУКОВОГО ТОМОГРАФА

6.1. Принципы построения многофункционального компьютерного измерительного комплекса

6.2. Описание интерфейса УЗ томографа

6.2.1. Главное окно ПО

6.2.2. Настройки зондирующего сигнала

6.2.3. Настройки параметров измерения

6.2.4. Область измерения

6.2.5. Область «принятые сигналы»

6.3. Окно «Томограмма»

6.3.1 Область отображения томограммы

6.3.2 Область настройки параметров томограммы

6.3.3.Определение и настройка границ ОК с произвольной конфигурацией

6.3.4. Область определения скорости ультразвука

7. РАЗРАБОТКА АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ ДЛЯ УЗ ТОМОГРАФА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С НЕСТАНДАРТНОЙ КОНФИГУРАЦИЕЙ

7.1. Условие обеспечения оптимального шага АР

7.2.Модернизация УЗ ПЭП с СТК

7.3. Разработка линейной УЗ АР, предназначенной для обнаружения дефектов, расположенных под углом к антенне

7.4. Угловая ультразвуковая антенная решетка для томографии СК типа «внутренний угол»

7.5. Ультразвуковая антенная решетка для томографии СК с неплоской поверхностью изделия

7.6. Выводы по разделу

8. РЕЗУЛЬТАТЫ ТОМОГРАФИИ БЕТОННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С НЕСТАНДАРТНОЙ КОНФИГУРАЦИЕЙ

8.1. Определение скорости УЗК и координат дефекта в плоскопараллельном ОК

8.2. Определение координат дефекта в СК цилиндрической формы диаметром 300 мм

8.3.Результаты УЗ томографии СК с неплоской поверхностью

8.4. Использование ПВОС для устранения влияния арматуры на качество томограмм

8.5. Выбор оптимальных параметров УЗ зондирующих ЛЧМ сигналов

8.5.1. Возможность адаптации параметров ЛЧМ сигналов под характеристики контролируемых изделий с целью выбора оптимальных параметров зондирующих сигналов

8.6. Результаты внедрения УЗ томографа с адаптивной антенной решеткой

8.7. Выводы по разделу

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы

Приложение А. Акты внедрения

131

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка ультразвукового томографа изделий из бетона с нестандартной конфигурацией поверхности»

ВВЕДЕНИЕ

Большинство крупногабаритных бетонных (железобетонных) строительных конструкции (СК) представляет собой плоскопараллельные структуры (стены, перекрытия и др.), к которым отсутствует двухсторонний доступ. По этой причине ультразвуковой (УЗ) неразрушающий контроль (НК) таких объектов возможен, как правило, только с применением эхо-импульсного метода контроля. Однако с помощью традиционных одноканальных приборов УЗ НК в большинстве случаев осуществить такой эхо-контроль СК не удается. Причиной тому являются свойства бетона: - во-первых, это предельно высокое частотно-зависимое затухание ультразвука, приводящее к тому, что полезные эхо-сигналы (эхо-сигналы от дефектов или от дна изделия) сильно ослабевают по амплитуде, которая становится ниже уровня белого шума (БШ) входных цепей приемного тракта; - во-вторых, -сложноструктурность бетона (т.е. наличие наполнителя в виде разноразмерных зерен гравия), из-за которой информационные эхо-сигналы маскируются сигналом структурного шума (СШ) - многочисленными отражениями зондирующего сигнала от случайно расположенных структурных неоднородностей; - в-третьих, это неравномерное значение физико-механических свойств бетона в пределах объема контролируемого объекта, выражающееся в непостоянстве скорости распространения УЗ колебаний (УЗК) по объему изделия. В результате при контроле таких изделий возникает проблема точного измерения скорости УЗК и, как следствие, возникает проблема измерения прочности бетона по измеренной скорости УЗК и проблема точного измерения координат дефектов и габаритов СК; -в четвертых, - это неровная поверхность бетона из-за которой сложно обеспечить надежный акустический контакт УЗ пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП).

Все перечисленные выше проблемы в той или иной степени были решены при создании в конце 1990-х г.г. УЗ низкочастотных (НЧ) томографов, основанных на использовании известных из радиолокации НЧ

фазированных антенных решеток (ФАР). Первые работы по использовании в УЗ дефектоскопии УЗ ФАР были сделаны в МЭИ еще в 1960 -х г.г. (Е.Г.Точинский, В.П.Аксенов [1-3]). Первые работы по использованию УЗ НЧ антенной решетке (АР) для контроля СК из бетона были сделаны в 1990-х г.г. в России (В.Г. Шевалдыкин, А.А. Самокрутов и др. [4]), в Германии (Kraus H.G. [5], Schickert M. [6], Mayer K. и др. [7]), в Великобритании (Gaydecki P.A., Burdekin F. M. [8]) и в других стран. Однако УЗ томографы для НК бетона появились в 1990-е г.г. только после создания в России в ООО «Акустические контрольные системы» УЗ НЧ широкополосных ПЭП с сухим точечным контактом (СТК) [9-11]. Разработанный там же УЗ НЧ томограф бетонных изделий А1040 MIRA [12] является на сегодняшний день одним из лучших томографов, используемых как в России, так и других странах. В нём частично решаются проблемы повышения чувствительности за счет применения поперечного типа волн с частотой f = 50 кГц; снижения уровня СШ за счет использования пространственно -временной обработки сигналов (ПВОС) в АР; производится безэталонное определение скорости поперечных волн по скорости поверхностных волн; а контакт АР с бетоном обеспечен за счет использования УЗ ПЭП с СТК.

Вместе с тем, этому томографу присущи и недостатки: а) т.к. скорость поперечных УЗ колебаний в бетонах может меняться в пределах от -1500 м/с до -3000 м/с, а шаг АР (d=30 мм) фиксирован, то радиолокационное условие d < к/2 (где к - длина УЗ волны в бетоне) выполняется не для всех марок бетона; б) безэталонное измерение скорости поперечных УЗ волн по значению скорости поверхностной волны позволяет получить адекватный результат только при томографии СК, у которых физико -механические свойства поверхностного слоя бетона не отличаются от свойств бетона в объёме изделия; в) линейная АР позволяет получать томограммы изделий исключительно с плоской контролируемой поверхностью. Вместе с тем, в связи с развитием монолитного строительства, все чаще появляются СК с нестандартной неплоской поверхностью.

Все эти проблемы определили актуальность а) разработки УЗ томографа с адаптивной АР, форма которой может подстраиваться под форму поверхности изделия с произвольной (нестандартной) конфигурацией; б) разработки безэталонных методов определения скорости УЗК, позволяющих осуществлять измерение скорости УЗК в толще СК; в) использования в качестве зондирующего сигнала УЗ линейно- частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов с последующей комплексной радиотехнической обработкой эхо-сигналов (согласованная фильтрация, синхронное детектирование, оптимальное накоплением и др.) с целью повышения помехоустойчивости контроля, обеспечения возможности в процессе контроля менять параметры зондирующего сигнала под характеристики СК.

Тем самым, настоящая работа посвящена разработке УЗ НЧ томографа строительных бетонных конструкций с УЗ адаптивной АР, обеспечивающей помехоустойчивый контроль изделий с произвольной конфигурацией поверхности СК.

В рамках диссертации обобщены результаты теоретических и экспериментальных исследований в области создания программно -аппаратных средств УЗ НЧ томографии крупногабаритных сложно-структурных изделий из бетона, выполненных на кафедре Электроники и наноэлектроники МЭИ. Результаты получены при выполнении НИР по программам Минобрнауки РФ, РНФ, Минобороны РФ.

Цель работы заключается в разработке и создании программно -аппаратного комплекса УЗ томографии крупногабаритных СК из бетона с произвольной (нестандартной) конфигурацией формообразующей поверхности. Для достижения поставленной цели необходимо:

1. Разработать алгоритмически гибкую аппаратуру

многофункционального УЗ томографа строительных конструкций с произвольной (неплоской) конфигурацией поверхности, состоящего из Ы-канальной адаптивной антенной решетки и персонального компьютера с

прикладным программным обеспечением, позволяющего выполнять расчеты томограмм контролируемых изделий и адаптировать параметры зондирующего ЛЧМ сигнала под характеристики АР и изделия, а также реализовать как радиотехнические алгоритмы оптимальной обработки УЗ эхо-сигналов, так и разрабатываемые алгоритмы измерения скорости УЗК.

2. Разработать конструкцию адаптивной УЗ НЧ антенной решетки, конфигурацию которой возможно произвольно изменять, адаптивно подстраивая под форму поверхности контролируемого изделия;

3. Создать методику определения значения величины шага АР, оптимизированного в соответствии с критерием максимизации значения соотношения сигнал/структурный шум (С/СШ);

4. Разработать безэталонный способ измерения скорости распространения УЗК, основанный на обработке совокупности сигналов УЗ АР, позволяющих повысить достоверность и точность определения координат дефектов и габаритов изделия.

Научная новизна

1. Разработана конструкция УЗ низкочастотного адаптивного томографа крупногабаритных бетонных строительных объектов с произвольной (неплоской) конфигурацией габаритообразующих поверхностей, состоящая из N канальной антенной решетки, и персонального компьютера с прикладным программным обеспечением, осуществляющего расчет и отображение томограмм, отличающийся тем, что антенная решетка выполнена адаптивной, образована N электроакустическими каналами излучения-приема, каждый из которых в своем составе содержит пьезопреобразователь и блок ЦАП-АЦП, а также контроллера, управляющего их работой.

2. Разработана конструкция адаптивной УЗ антенной решетки, состоящей из N каналов излучения-приема, содержащих N пьезоэлектрических преобразователей с сухим точечным контактом,

отличающаяся тем, что соседние каналы излучения-приема шарнирно соединенных между собой и снабжены N блоками ЦАП-АЦП.

3. Показано, что для получения оптимального соотношения сигнал/структурный шум при контроле боковых областей бетонных изделий с нестандартной конфигурацией шаг антенной решетки должен отличаться от шага антенной решетки при нормальном излучении (^<0,5Л) и при боковом излучении его следует уменьшать до величины ^<0,4А.

4. Предложен способ безэталонного определения скорости распространения УЗ объёмных волн в контролируемом объекте, отличающийся тем, что последовательно для различных значений расчетной скорости ультразвуковых волн выполняют расчет ряда томограмм контролируемого объекта, а усредненное значение скорости определяется по томограмме с максимальным значением амплитуды отраженного от неоднородности (или от дна) сигнала.

Положения, выносимые на защиту

1. УЗ низкочастотный адаптивный томограф крупногабаритных бетонных строительных объектов с произвольной (неплоской) конфигурацией габаритообразующих поверхностей, состоящий из N канальной адаптивной антенной решетки и персонального компьютера с прикладным программным обеспечением, осуществляющего расчет и отображение томограмм контролируемых изделий и адаптацию параметров зондирующего ЛЧМ сигнала под характеристики АР и изделия, а также реализующего как радиотехнические алгоритмы оптимальной обработки УЗ эхо-сигналов, так и разрабатываемые алгоритмы измерения скорости УЗК.

2. Конструкция адаптивной антенной решетки, состоящей из N каналов излучения-приема, шарнирно соединенных между собой, каждый из которых содержит пьезоэлектрический преобразователь с сухим точечным контактом и блок ЦАП-АЦП, контроллера, управляющего их работой каналов излучения-приема и сервисной системы вакуумной фиксации и пневматического прижима пьезопреобразователей к поверхности контроля.

3. Способ безэталонного определения скорости распространения УЗ объёмных волн в контролируемом объекте, заключающийся в том, что последовательно для различных значений расчетной скорости ультразвуковых волн выполняют расчет ряда томограмм контролируемого объекта, а усредненное значение скорости определяется по томограмме с максимальным значением амплитуды отраженного от неоднородности (или от дна) сигнала.

Практическая значимость и внедрение Разработан и внедрен в опытную эксплуатацию действующий макет УЗ низкочастотного томографа с адаптивной антенной решеткой осуществляющего как адаптацию формы апертуры АР под конфигурацию поверхности контроля бетонной строительной конструкции, так и параметров зондирующего ЛЧМ сигнала под частотные характеристики АР и изделия, а также реализующего как радиотехнические алгоритмы оптимальной обработки УЗ эхо-сигналов, так и разрабатываемые алгоритмы измерения скорости УЗК. С помощью разработанного УЗ НЧ томографа проконтролированы строительные конструкции из бетона с нестандартной конфигурацией поверхности СК (плоской, круглой, выпуклой, вогнутой). Результаты исследований были использованы при выполнении 6-и НИОКР (2015-2018 г.г.), выполненных в рамках Гособоронзаказа и в рамках Гранта РНФ (2015-2017 г.г.).

Практическая значимость полученных результатов диссертационной работы подтверждается двумя актами внедрения. В Государственном Научном Центре РФ «Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики» был внедрен в том числе способ определения скорости (основанные на алгоритме «фокусировка на плоскость»), в ООО «Конструкторское бюро спецаппаратуры Лагрон плюс» внедрены и используются основные принципы создания УЗ томографа для СК с неплоской поверхностью.

1. ПРОБЛЕМЫ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ

КРУПНОГАБАРИТНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ СЛОЖНОСТРУКТУРНОГО БЕТОНА.

1.1. Проблемы УЗ контроля крупногабаритных СК с большим интегральным затуханием сигналов

Особенностью бетона (железобетона) является высокое затухание ультразвука [13-15]. В результате при УЗ эхо-импульсном контроле протяженных СК возможна ситуация, при которой отраженные от дефектов сигналы столь сильно ослабевают, что их не удается обнаружить на фоне шумов и помех.

В общем случае амплитуда принятого УЗ сигнала имеет вид:

4 = Де, (1.1)

-где А1 - амплитуда УЗ зондирующего сигнала, г - расстояние от преобразователя до дефекта и обратно; д(/) - показатель интегрального затухания, который определяется поглощением ¿погл(/) и рассеиванием ¿расс(/) УЗ колебаний (УЗК) на структурных неоднородностях материала:

/ = ¿пол/ + ¿расс(/) = О + в/ (О ) (1.2)

-где о в, т, п, к - константы, зависящие от акустических свойств материала среды, О - средний размер структурных неоднородностей [13].

Из (1.1) видно, что ослабление принятого сигнала возрастает с увеличение протяженности контролируемого изделия, а само затухание ультразвуковых колебаний определяется двумя различными процессами: поглощением ¿п(/) и рассеиванием ёр(/) УЗК на структурных неоднородностях материала. Как правило, коэффициент поглощения для металлов пропорционален /, а для пластмасс, резины, бетона поглощение УЗК существенно больше:

(1.3)

На рис.1.1 приведена обобщенная частотная зависимость показателя интегрального затухания ¿(/) для бетона, откуда видно, что ослабление продольных УЗК на частотах, меньших 100 кГц (при Х> Б) относительно

невелико, а на более высоких частотах (где 1< Б) затухание сильно возрастает. Из этой же зависимости д(ф) видно, что ослабление ультразвука в бетоне сильно зависит от среднего размера наполнителя.

Так, при увеличении в несколько раз размеров наполнителя Б показатель затухания увеличивается на 100 дБ на частоте ф = 150 кГц. Именно по этой причине в приборах УЗ контроля изделий из бетона для повышения чувствительности контроля используют низкие частоты порядка 50-100 кГц.

Однако даже при очень низких частотах Рис.1.2 - Зависимость д(ф) для

бетонов с заполнителями

ситуация, при которой

различных размеров Б :1~10мм (гранит); 2-20мм (гранит); 3~20мм (известняк) [13]

возможна

интегральное затухание УЗК столь велико, что «полезные» эхо-сигналы сильно

ослабляются и оказываются неразличимыми на фоне шумов и помех.

Рис.1.2. а- схема эхо-импульсного контроля изделия с большим затуханием УЗК; б- временная диаграмма

На рис.1.2 показана ситуация, когда основной причиной ослабления эхо-сигналов является поглощение УЗ колебаний. Эхо-сигналы Л2Ь А 22 и А23 (б), отраженные

от дефектов Д1,Д2 и Д3 (а), сопоставимы с уровнем белого шума (БШ) ^белшум - шума приемной части дефектоскопа. Эхо-сигнал Л2Ь отраженный от дефекта Дь ещё возможно однозначно определить; сигнал Л22 сопоставим с белым шумом, а амплитуда сигнала Л23 меньше уровня БШ: Л23< ибелшум (б).

В некоторых приборах УЗ НК эхо-сигналы, находящиеся ниже уровня БШ, отсекаются пороговым напряжением ^7порог~^бел.шум, что приводит к потере информации о дефектах [16].

Для решения проблемы выделения УЗ эхо-сигналов из белого шума в 1970-е г.г. в МЭИ были предложены способы УЗ контроля, основанные на использовании известного из радиотехники [17] когерентного накоплении эхо-сигналов [18,19] и использовании сложно-модулированных сигналов (СМ) с последующей оптимальной фильтрацией (ОФ) эхо-сигналов [20,21]. В последующие годы эти способы стали широко применяться и в нашей стране [22,23] и за рубежом [24-31]. Особенно эти методы эффективны при контроле изделий через воздушный промежуток [27 -29], для контроля изделий из специальных сталей [30], для медицинских УЗ исследований [31].

Именно эти радиотехнические методы используются в настоящей диссертации для выделения УЗ эхо-сигналов из белого шума [32] при контроле крупногабаритных СК из бетона (более подробно см. раздел 2.1).

1.2. Проблемы и особенности УЗ низкочастотного контроля бетонных изделий. Проблемы использования УЗ НЧ преобразователей.

Снижение частоты зондирующего сигнала позволяет увеличить абсолютную чувствительность УЗ контроля СК, однако при этом возникает целый ряд проблем, которые не наблюдаются в высокочастотных (ВЧ) приборах УЗ НК для металлов. Действительно, в изделиях из «звонких» металлов контроль осуществляют в относительно ВЧ диапазоне (/0~2-10МГц) короткими немодулированными импульсами ударного возбуждения [13]. В этом случае параметры УЗ зондирующих сигналов (средняя частот, длительность, направленность излучения) полностью определяются параметрами используемых ПЭП: средняя частота зондирующего УЗ сигнала /0 определяется резонансной частотой излучающего ПЭП, а длительность импульса Тс определяется полосой пропускания датчика А/п. Для создания короткого (широкополосного) зондирующего УЗ сигнала полосу пропускания расширяют за счет демпфирования высокодобротного

а

б

пьезоэлемента (ПЭ) [33], что, в свою очередь, приводит к уменьшению коэффициента электроакустического преобразования ПЭП и, тем самым, к снижению чувствительности контроля.

Другое следствие снижения частоты заключается в увеличении угла раскрыва диаграммы направленности (ДН) ПЭП А О (рис .1.3), который определяется соотношением длины волны УЗ сигнала в

_ „ материале изделия Л и апертуры

Рис.1.3. а - ДН круглого ПЭП; б - р р ^

распределение звукового давления на преобразователя В: АО ~ агсБт^Л/О). При оси ПЭП для узкополосного сигнала

ВЧ контроле, как правило, Б>>Х: для частоты /о = 5-106 Гц и скорости продольных УЗК Сь = 4000 м/с раскрыв ДН датчика с апертурой В=20мм относительно невелик: АОвч = агсБт(Л/0)~ 3°, что обеспечивает высокую направленность излучения и приёма.

В этом случае дефекты на рис.1.4,в выявляются при последовательным перемещением преобразователей сперва в область Д1, а затем - в область Д2.

При использовании НЧ ПЭП из-за расширения ДН оба дефекта Д1 и Д2 попадают в заштрихованную область (рис.1.5), эхо-сигналы от них не дифференцируются, и определить азимутальные координаты дефектов Д1 и Д2 невозможно.

Рис.1.4 - Иллюстрация УЗ ВЧ контроля Рис.1.5 - Контроль изделий раздельными изделий из металла с использованием НЧ ПЭП с широкой ДН узконаправленных ПЭП и наклонных призм

Для повышения направленности излучения (для уменьшения ДН) стремятся увеличить апертуру преобразователя В. Однако большой размер

апертуры приводит к проблеме в обеспечении равномерного акустического контакта ПЭП с шероховатой поверхностью бетона. Использование же иммерсионного контакта (с помощью жидкостей, геля) зачастую не допускается при контроле СК по эстетическим соображениям. Всё это обусловило необходимость обеспечения сухого акустического контакта ПЭП с шероховатой поверхностью бетона.

Кроме того, снижение частоты приводит к увеличению длины волны УЗК, из-за чего увеличивается протяженность УЗ импульса Тс, и, тем самым, ухудшается лучевая разрешающая способность 8г= С\Тс/2. В этом случае для обеспечения должного разрешения необходимо использовать короткие импульсы длительностью в 1-2 периода несущей частоты. Однако для неискажающей передачи УЗ короткого (значит, широкополосного) импульса необходимо иметь широкополосный ПЭП, полоса пропускания которого соответствует ширине спектра сигнала (А^ ~ А^). Так, для импульса длительностью в один период несущей частоты (Тс =Т0) с частотой /0 =100 кГц полоса пропускания ПЭП должна составлять А^~100 кГц, что достаточно сложно обеспечить на столь низких частотах.

Таким образом, снижение частоты УЗК не решает проблемы УЗ эхо-импульсного одноканального контроля изделий из бетона. По этой причине до последнего времени крупногабаритные СК из бетона практически не контролировались. И только с появлением в 1990-х г.г. малоапертурных широкополосных НЧ ПЭП с сухим точечным контактом (СТК) [9-11] удалось решить основные проблемы УЗ низкочастотного контроля бетона: - были разработаны УЗ томографы с УЗ НЧ АР, позволившие контролировать СК из бетона толщиной до 1 метра.

УЗ малоапертурные НЧ ПЭП с СТК являются наиболее подходящими для УЗ НЧ томографии бетонных изделий и поэтому они были использованы в настоящей диссертации при создании адаптивных УЗ НЧ АР для контроля СК с нестандартной конфигурацией.

1.3. Проблемы УЗ НК изделий из сложно-структурных материалов с большим уровнем структурного шума

Как правило, поглощение УЗК превалирует в пластмассах, а рассеивание ультразвука сказывается в большей степени в металлах (в чугуне, стали, бронзе), а также в бетоне. В результате рассеивания на многочисленных элементах структуры формируется СШ - помеха, маскирующая эхо-сигналы и, тем самым, препятствующая их обнаружению [4,34,35]. Структурный шум имеет специфические особенности:

- СШ коррелирован с зондирующим сигналом и поэтому его трудно отличить от эхо-сигнала от дефекта.

-СШ формируется в результате отражений зондирующего сигнала от многочисленных случайно расположенных структурных неоднородностей и поэтому он представляет собой случайный процесс. В зависимости от случайного соотношения фаз отражения от элементов структуры могут ослабляться или усиливаться, образовывая отдельные «всплески», которые могут быть приняты за отражения от дефектов. Случайный характер формирования СШ означает, что для его описания следует использовать статистические методы анализа сигналов.

На рис.1.6 приведена упрощенная схема формирования СШ, на которой в условном масштабе совмещены линейный размер изделия с дефектами Д1,Д2,Д3 (а) и временные диаграммы эхо-сигналов (б,в,г,д), что позволяет установить соответствие между координатами дефектов и положением эхо-сигналов от них. При этом в упрощенном представлении процесса формирования СШ: - не учитываются фазовые соотношения эхо-сигналов; - эхо-сигналы от дефектов и от структурных неоднородностей показаны в виде коротких импульсов; -предполагается только однократное отражение УЗК от элемента структуры; -рассматриваются только сигналы, формирующиеся в пределах двухмерной ДН датчика (не учитывается объемное распределение неоднородностей).

Эхо-сигналы от дефектов Д1, Д2, Д3 (отмечены цветом) замаскированы случайными «всплесками» СШ и в результате достоверно не определяются. На рис.1.6,в показано, что по мере удаления от ПЭП сигналы СШ и эхо-

сигналы от дефектов

уменьшаются, согласно (1.1), из-за затухания ультразвука по закону в-дг. При этом эхо-сигнал от дефекта Д1 незначительно превышает средний уровень СШ и его ещё можно различить на фоне СШ, а эхо-сигналы от дефектов Д2 и Д3 практически невозможно обнаружить на фоне случайных выбросов СШ.

Пороговый уровень £/порог в данном примере соответствует среднему (эффективному)

уровню структурного шума (в). Как и для белого шума, все сигналы, лежащие ниже порогового напряжения [/порог, в большинстве традиционных приборов УЗ контроля отсекаются (г) несмотря на то, что при этом теряется информация о дефектах Д2 и Д3.

На рис. рис.1.6,д показан один из возможных вариантов реального СШ, откуда видно, что его форма отличается от упрощенной модели (б). Действительно, реальный сигнал СШ много сложнее упрощенной модели, т.к. на приемный ПЭП поступают эхо-импульсы от элементов структуры, распределенных во всем объеме изделия, а эхо-сигналы представляют собой не короткие видеоимпульсы, а протяженные радиоимпульсы - каждый со своей начальной фазой и амплитудой. Случайные соотношения фаз сигналов, приходящих от различных отражателей, вызывают «случайные» отклонения

Рис.1.6. а) упрощенная схема формирования СШ; б) СШ без учета затухания УЗК; в) с учетом затухания; г) после введения порогового ограничения; д) пример реального сигнала СШ

амплитуд, из-за чего СШ имеет выбросы, превосходящие средний (эффективный) уровень СШ, которые можно ошибочно принять за отражения от дефектов. При этом на форму СШ влияют характеристики ПЭП [35]. Так же следует учитывать, что СШ представляет собой случайный процесс, и поэтому два сигнала СШ, полученные в двух соседних точках на поверхности изделия, могут иметь разлиную форму из-за того, что они формируются при отражении от разных структурных неоднородностей.

Сказанное выше означает, что при контроле сложно-структурных изделий из бетона актуальной является проблема выделения эхо-сигналов из структурного шума, которая в настоящей диссертации решается за счет использования разработанных в МЭИ методов пространственно-временной обработки сигналов (ПВОС) [36].

1.4. Проблема точного определения скорости ультразвука в бетоне

Особенности технологии изготовления СК приводят к тому, физико-механические характеристики бетона зачастую распределены в объёме изделия неравномерно. Часто это происходит потому, что под действием собственного веса плотность бетона в нижней части СК часто становится выше по сравнению с верхними слоями бетона, а при заливке бетона наполнитель (гравий) большего размера скапливается в нижней части изделия. Все это приводит к неравномерному распределению свойств бетона по объему изделия, что проявляется в неравномерном распределении скоростей и амплитуд УЗ сигналов.

Этот факт иллюстрируется на результатах измерения акустических параметров типичного бетонного блока размером 500*500*300 мм (рис.1.7). Измерения проводились в теневом режиме (а) с помощью раздельных ПЭП со средней частотой /0 = 100 кГц с полосой пропускания Аf = 50-150 кГц и с апертурой В = 50 мм. Шаг перемещения й был выбран равным половине апертуры: й ~ В/2 = 20-25 мм (б). По результатам измерений были построены распределения скорости и затухания в бетонном блоке (в,г), показывающие

разброс значений скорости до 30% и неравномерный характер затухания УЗК в объеме изделия, обусловленные неравномерным распределением свойств бетона.

в г

Рис. 1.7 - Схема эксперимента с траекторией перемещения преобразователей (а) и каналами прозвучивания (б); распределение скорости УЗК (в) и амплитуды акустического сигнала (г) по объему изделия

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Концов Роман Валерьевич, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Точинский Е.Г., Попов И.С., Аксенов В.П. Некоторые способы получения регулируемого фазового сдвига между двумя или несколькими сигналами. Доклады НТ конф. МЭИ, -М.:, 1969.

2. Аксенов В.П., Питолин А.И., Точинский Е.Г. О возможности электронного сканирования в ультразвуковой дефектоскопии // Труды МЭИ, вып. 43, 1972, с.11-15.

3. Точинский Е.Г. Исследование электрически управляемых ультразвуковых антенных решеток применительно к дефектоскопии. Автореф. канд. дисс., -М.:, МЭИ. 1973.

4. Ковалев А.В., Козлов В.Н., Самокрутов А.А., Шевалдыкин В.Г., Яковлев Н.Н. Импульсный эхо-метод при контроле бетона. Помехи и пространственная селекция. Дефектоскопия, 1990, №2. С.29-41.

5. Kraus H.G. Generalized Synthetic aperture, focused transduser, pulse-echo, ultrasonic scan data processing for non-destructive inspection. // Ultrasonics, 1983, 21, No.l, p. 118.

6. Schickert M. Towards SAFT-Imaging in Ultrasonic Inspection of concrete. // International Symposium Non-Destructive Testing in Civil Engineering (NDT-CE) September 26 28, 1995, pp. 411-418.

7. Mayer K., Marklein R., Langenberg K.J., Kreutter T. Three-dimensional imaging system based on Fourier transform synthetic aperture focusing technique. // Ultrasonics, 1990, 28, No.7, pp. 241 255.

8. Gaydecki P.A., Burdekin F.M. Nondestructive Testing of Reinforced and Pre-stressed Concrete Structures. // Nondestructive Testing and Evaluation., 1998, Vol. 14, pp. 339-392.

9. Козлов В.Н., Самокрутов А.А., Шевалдыкин В.Г. «Ультразвуковой низкочастотный преобразователь», Патент РФ № 2082163, Бюлл., изобр., № 17, 1997.

10. Shevaldykin V.G., Kozlov V.N., Samokrutov A.A. «Inspection of Concrete by Ultrasonic Pulse-Echo Tomograph with Dry Contact», 7th European conference on Non-Destructive Testing, Copengagen, 26-29 May, 1998.

11. Шевалдыкин В.Г., Самокрутов А.А., Козлов В.Н. Ультразвуковые низкочастотные пьезопреобразователи с сухим точечным контактом и их применение для неразрушающего контроля. // Контроль. Диагностика. 2003. №2. C. 30-39.

12. http ://www.acsys.ru/production/

13. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 томах. Под общей редакцией Клюева В.В.. Т.3: Ультразвуковой контроль. Ермолов И.Н., Ланге Ю.В.. -М.: Машиностроение. 2004. - 864 с.

14. Защук И.В. Электроника и акустические методы испытания строительных материалов. - М.: Высшая школа, 1968. 248 с.

15. Коробко В.И., Коробко А.В. Контроль качества строительных конструкций: виброакустические технологии. -М.: изд. Ассоциации строительных вузов, 2003. 288 с.

16. Качанов В.К., Соколов И.В. Проблемы ультразвукового контроля протяженных сложно-структурных изделий с большим затуханием сигналов. // Дефектоскопия.-2007.- № 8.- C. 82-93.

17. Лезин Ю.С. Введение в теорию и технику радиотехнических систем -М.:, Радио и Связь, 1986. - 280 с.

18. Попов И.С. Применение метода накопления в ультразвуковой и гамма дефектоскопии // Тр.МЭИ. Вып.108,1972.с.34-37

19. Аксенов В.П., Питолин А.И., Попов И.С., Качанов В.К. Применение некоторых способов обработки сигналов в УЗ дефектоскопии. Труды МЭИ, вып. 279, 1975. С.21-23.

20. Качанов В.К. О возможности применения метода сжатия импульсов в УЗ дефектоскопии// Тр.МЭИ. - Вып.192. 1974. - С.14-16.

21. Качанов В.К., Соколов И.В. Особенности применения сложно-модулированных сигналов в ультразвуковой дефектоскопии. // Дефектоскопия. - 2007. - № 12. C. 18-42.

22. Бадалян В.Г., Базулин Е.Г., Вопилкин А.Х. Под ред. Вопилкина А.Х. Ультразвуковая дефектометрия металлов с применением голографических методов. Справочник. М., Машиностроение. 2008.

23. Бархатов В. А. Эффективность помехоустойчивого кодирования ультразвуковых сигналов // дефектоскопия. - 2007. - № 11. - с. 34-46.

24. Furgason E.S., Newhouse Y.H., Bilgutay N.M., Gooper G.R. Application of random Signal correlation techniques to ultrasonic flaw detection. Ultrasonics, 1975, 13, p.11-17.

25. Lam G.K., Szillard J. Puls compression techniques in ultrasonic nondestructive testing, Ultrasonics, 1976, 14, p.111-114.

26. Lee B.B., Furgason E.S. An evaluation of ultrasonic NDT correlation flaw detection sistem. IEEE Trans Souics, Ultrasonic, 1982, SU-31(6), p.359-369.

27. Gan T.H., Hutchins D.A., Billson D.R. and Schindel D.W., «The use of broadband acoustic transducers and pulse-compression techniques for aircoupled ultrasonic imaging», Ultrasonics, 39, (3), 181-194 (2001);

28. Pallav P., Gan T.H., Hutchins D.A., Elliptical-Tukey chirp signal for highresolution, aircoupled ultrasonic imaging, IEEE Trans. on Ultr., Ferr. and Freq. Contr, 54,(8), 1530-40, (2007).

29. David Hutchins, Pietro Burrascano, Lee Davis, Stefano Laureti, Marco Ricci. «Coded waveforms for optimised air-coupled ultrasonic nondestructive evaluation». Ultrasonics 24 March 2014.

30. M. Ricci, L. Senni, P. Burrascano, R. Borgna, S. Neri, M. Calderini, Pulse-compression ultrasonic technique for the inspection of forged steel with high attenuation. Insight, 54 (2012), p. 91-95.

31. T. Misaridis, J.A. Jensen,»Use of Modulated excitation Signals in Medical Ultrasound». Part I: «Basic Concepts and Expected Benefits», IEEE. 2005. рр.

177-191; Part II: «Design and Performance for Medical Imaging Applications», 2005. рр.192-207.

32. Качанов В.К., Соколов И.В., Федоров М.Б., Концов Р.В., Караваев М.А. Применение радиотехнических методов обработки сигналов при ультразвуковой толщинометрии изделий из сложноструктурных материалов. // Дефектоскопия. 2015. № 6. С.32-40.

33. Ультразвуковые преобразователи для неразрушающего контроля / Под общей редакцией И.Н.Ермолова. - М.: Машиностроение, 1986, 280 с.

34. Качанов В.К., Карташёв В.Г., Соколов И.В., Воронкова Л.В., Шалимова Е.В.. Структурный шум в ультразвуковой дефектоскопии / М.: Издательский дом МЭИ, 2016. — 186 с. ISBN 978-5-383-01069-3.

35. Карташев В.Г., Качанов В.К., Соколов И.В., Воронкова Л.В., Концов Р.В. Структурный шум при ультразвуковом контроле изделий из материалов со сложной структурой // Дефектоскопия, 2018. №1. С.19-32.

36. Карташев В.Г., Качанов В.К. Оптимальное выделение сигналов на фоне структурного шума в УЗ дефектоскопии // Дефектоскопия.1992. №7. С. 14-24.

37. Концов Р.В., Качанов В.К. Исследование различных методов определения скорости распространения акустических сигналов применительно к задаче структуроскопии изделий. Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика. 18 Международная НТ конф. студентов и аспирантов. Тез. докл.,Т.2, Изд.дом МЭИ, 2012. С.139.

38. Концов Р.В., Качанов В.К. Определение скорости распространения акустической волны в бетонных изделиях произвольной формы мультипликативно-корреляционным методом. 15 Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. В 3-х т. Т. 1. М.: Издательский дом МЭИ, 2009. - С. 180-181.

39. Концов Р.В., Качанов В.К. Мультипликативно-корреляционный метод измерения скорости акустических волн в протяженных изделиях. 16 Международная научно-техническая конференция студентов и

аспирантов: Тезисы докладов. В 3-х т. Т. 1. М.: Издательский дом МЭИ, 2010. - С. 219.

40. Vladimir K. Kachanov, Igor V. Sokolov, Alexey A. Sinitsyn, Roman V. Kontsov, Maksim B. Fedorov // Application of «Focusing in a Point» Algorithm for Standard-Exclusion Measurement of Ultrasound Velocity in the Process of Tomography of Concrete Product»//Asian Research Publishing Network.. Journal of Engineering and Applied Sciences. Asian Research Publishing Network (ARPN). 2017. vol. 12, No. 24, PP. 7172-7178. ISSN 1819-6608.

41. ГОСТ 17624-87. Ультразвуковой метод определения прочности бетона

42. Кириллов В.С. Эксплуатация и реконструкция мостов и труб на автомобильных дорогах. Изд-во «Транспорт», М., 1971.

43. Соколов И.В., Качанов В.К., Концов Р.В., Караваев М.А., Синицын А.А. « Патент РФ на изобретение RU 2570097 C1. Способ ультразвуковой эхо-импульсной толщинометрии». БИ № 34. 10.12.2015г.

44. Качанов В.К., Соколов И.В., Концов Р.В., Воронкова Л.В. Повышение точности измерения скорости акустических колебаний при ультразвуковой структуроскопии изделий из чугуна. // Измерительная техника. 2011 № 11. С.45-47.

45. Качанов В.К., Соколов И.В., Синицын А.А., Концов Р.В. Разработка ультразвукового низкочастотного измерителя толщины изделий, основанного на использовании алгоритма «Фокусировка на плоскость». В сборнике: Измерение, контроль, Информация: Материалы XVI международной научно-технической конференции. Т1 - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2015. С.131-136.

46. Качанов В.К., Соколов И.В., Тимофеев Д.В., Синицын А.А., Концов Р.В. Безобразцовое измерение скорости ультразвука в бетоне с помощью алгоритма «фокусировка на плоскость»// Измерительная техника. 2015, №12. С.47-49.

47. Качанов В.К., Концов Р.В. Определение скорости ультразвука при томографии строительных конструкций из бетона с помощью фазированных антенных решеток. Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика. 22 Международная НТ конф. студентов и аспирантов. Тез. докл.,Т.2, Изд.дом МЭИ, 2016. С.309.

48. Качанов В.К., Соколов И.В., Концов Р.В., Синицын А.А. Использование антенных решеток для безэталонного измерения скорости ультразвука и толщины бетонных изделий // Дефектоскопия. 2017. - №1. - С. 26-33.

49. Качанов В.К., Соколов И.В., Концов Р.В., Федоров М.Б. Использование алгоритма «фокусировка на плоскость» для безэталонного измерения скорости ультразвука в крупногабаритных бетонных изделиях . XXI Всероссийская конференция по неразрушающему контролю и технической диагностике. сб.трудов. М., 28.02-2.03.2017. Издательский дом «Спектр». 2017. С.98-99. ISBN 978-5-4442-0125-1

50. Качанов В.К., Карташев В.Г., Соколов И.В. Ультразвуковая помехоустойчивая дефектоскопия - М.: Издательский дом МЭИ, 2007.280 с.

51. Качанов В.К., Соколов И.В., Федоров М.Б., Концов Р.В. Применение сложномодулированных сигналов для повышения точности определения скорости ультразвука в бетоне // Измерительная техника. 2015 № 5. С.61-64

52. Vladimir. K. Kachanov, Igor V. Sokolov, Maksim B. Fedorov, Michael A. Karavaev, Roman V. Kontsov, Alexey A. Sinitsyn. The Use of Complex-Modulated Signals at US Control of Extended Complex-Structured Products. Indian Journal of Science and Technology, Vol 8(29), November 2015. pp 1-4. DOI: 10.17485/ijst/2015/v8i29/87137

53. Карташев В.Г., Качанов В.К., Соколов И.В., Шалимова Е.В., Концов Р.В. Применение синхронного детектирования при ультразвуковой толщинометрии бетонных изделий с неоднородной структурой // Дефектоскопия. 2015. № 8. С.34-46.

54. Качанов В.К., Карташев В.Г., Соколов И.В., Воронкова Л.В., Концов Р.В., Синицын А.А. Выбор параметров пространственно-временной обработки сигналов при ультразвуковой структуроскопии чугунных изложниц, подвергшихся термоциклированию// Дефектоскопия. - 2016. - №6. - С.42-50.

55. Vladimir K. Kachanov, Vladimir G. Kartashev and Valentin P. Popko. Application of signal processing methods to ultrasonic non-destructive testing of articles with high structural noise // Nondestr.Test.Eval., 2001, Vol. 17, p. 15-40.

56. Карташев В.Г., Качанов В.К., Шалимова Е.В. Основные положения теории пространственно-временной обработки сигналов применительно к задачам ультразвуковой дефектоскопии изделий из сложноструктурных материалов // Дефектоскопия. 2010. № 4. С.19-29.

57. Vladimir K. Kachanov , Igor V. Sokolov , Alexey A. Sinitsyn , Roman V. Kontsov. Algorithmic Method for Decorrelating a Bottom Signal and Structural Noise during Thickness Gauging of Large Items using Ultrasonic Phased Arrays. Indian Journal of Science and Technology. Vol 9, Issue 42, November 2016. DOI: 10.17485/ijst/2016/v9i42/104227

58. Ермолов И.Н., Пилин Б.П. Расчет уровня структурных помех и схема устройства для временной регулировки чувствительности эхо -дефектоскопов. // Дефектоскопия. 1971. № С. 26-33.

59. Коряченко В.Д. Статистическая обработка сигналов дефектоскопа с целью увеличения отношения сигнал/шум при реверберационных помехах структуры // Дефектоскопия, 1975, № 1, С.87-95.

60. Ермолов И.Н., Пилин Б.П. Современное состояние и перспективы развития ультразвукового контроля металлов с крупнозернистой структурой (обзор)// Заводская лаборатория.1979. №1. С.46-52.

61. Ермолов И.Н. Теория и практика УЗ контроля. - М., Машиностроение, 1981. - 240 с.

62. Качанов В.К., Карташев В.Г., Соколов И.В., Туркин М.В.. Проблемы выделения УЗ сигналов из структурного шума при контроле изделий из сложно-структурных материалов //Дефектоскопия. 2007, №9, с.71-86.

63. Крауткремер Й., Крауткремер Г. Ультразвуковой контроль материалов. Справ. - М.: Металлургия. 1991.

64. Schickert M. Progress in Ultrasonic Imaging of Concrete. // Materials and Structures. 38 (9). 2005, рр. 807-815.

65. R. Jansohn, M. Schickert. Objective Interpretation of Ultrasonic Concrete Image // NDT.net, December 1998, Vol. 3 No. 12.

66. Качанов В.К., Соколов И.В., Родин А.Б. Использование частотного разделения сигналов и помех при ультразвуковом помехоустойчивом контроле изделий из сложноструктурных материалов. // Дефектоскопия. -2008. - № 11. C. 21-30.

67. Аксенов В.П., Попов И.С. Способ ультразвукового неразрушающего контроля качества изделия. А.с. СССР № 396620. Бюл. №36 от 9.01.1974

68. Качанов В.К., Карташев В.Г., Питолин А.И. и др. Ультразвуковой дефектоскоп. АС СССР № 1778676. БИ. №44, 1992.

69. Kachanov V. K., Rapoport D. A.. Application of Radiolocation Methods of Signal Processing in Ultrasonic Non-Destructive Testing of Polymer Composite Materials . MICC -90 (1990) p.337—339.

70. Doctor S.R. et al: «SAFT - the Evolution of a Signal Processing Technology for Ultrasonic Testing». NDT International 19 (1986) 163 - 167.

71. Козлов В.Н., Самокрутов А.А., Яковлев А.В., Шевалдыкин В.Г., Ковалев

A.В. Акустическая В- и С- томография крупноструктурных материалов импульсным эхо-методом // Приборы и системы управления. 1989. №7. С.21-23.

72. Радиолокационные станции обзора Земли/Кондратенков Г.С., Потехин

B.А., Реутов А.П., Феоктистов Ю.А.. Под ред. Кондратенкова Г.С.. - М.: Радио и связь, 1983.

73. Качанов В.К., Соколов И.В., Карташев В.Г., Шалимова Е.В.. Применение специальных алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов при ультразвуковом контроле больших колоколов старинного литья// Дефектоскопия, 2018. №5, стр.16 -25.

74. Качанов В.К., Соколов И.В., Туркин М.В., Тимофеев Д.В., Фёдоров М.Б. Нелинейные обработки сигналов при ультразвуковой томографии бетонных конструкций // Дефектоскопия. 2009. № 12. С.22-35.

75. Введение в технологию применения ультразвуковых фазированных антенных решеток. Перевод: к.т.н. С.В. Реука. — СПб.: СПбГЭТУ ЛЭТИ, 2011. - 210 с.

76. D. Levesque, A. Blouin, C. Neron, and J.-P. Monchalin, "Performance of laserultrasonic F-SAFT imaging", Ultrasonics 40, 1057-1063 (2002).

77. Samokrutov A. A.; Kozlov V. N.; Shevaldykin V. G. Ultrasonic testing of concrete objects using dry acoustic contact. Methods, instruments and possibilities. The 5th International Conference on Non-Destructive Testing and Technical Diagnostics in Industry, Moscow, Russia, 2006, 152.

78. S. Pudovikov, A. Bulavinov, R. Pinchuk. Innovative Ultrasonic Testing (UT) of Nuclear Components by Sampling Phased Array with 3D Visualization of Inspection Results. 8th International Conference on NDE in Relation to Structural Integrity for Nuclear and Pressurised Component (JRC-NDE 2010) Berlin.

79.www.mindray-in.com/ru/product/ZONE_Sonography%C2%AE_Technology.html

80. Schabowicz K.; Hola J. Nondestructive elastic-wave tests of foundation slab in office building, Materials Transactions, 2012, Vol. 53, 296-302.

81. Schickert, M.; Krause, M.: Ultrasonic Techniques for Evaluation of Reinforced Concrete Structures. In: C. Maierhofer, H.-W. Reinhardt, G. Dobmann (Eds.): Non-destructive Evaluation of Reinforced Concrete Structures. Vol. 2: Nondestructive Testing Methods. Cambridge: Woodhead, 2010, 490- 530.

82. В.Г. Карташев, В.К. Качанов, И.В. Соколов, Р.В. Концов, А.С. Фадин. Выбор шага антенной решетки при ультразвуковой томографии материалов с неоднородной структурой. // Дефектоскопия, 2018. №4. С.3 -11.

83. Али Зайд Салех Салем, Карташев В.Г., Шалимова Е.В., Качанов В.К., Соколов И.В. Влияние шага ультразвуковой антенной решетки на эффективность выделения сигнала из структурного шума в ультразвуковой дефектоскопии//Измерительная техника. 2016. № 7. С. 61-66.

84. Швабович К., Суворов В.А. Неразрушающий контроль и построение профиля донной поверхности при помощи методов ультразвуковой томографии//Дефектоскопия. 2014, №2. С66.

85. Качанов В.К., Соколов И.В., Тимофеев Д.В., Туркин М.В., Шалимова Е.В. «Обнаружение отражающих плоскостей при ультразвуковой томографии строительных конструкций из бетона» // Дефектоскопия. 2010. № 5. С.36-44.

86. Качанов В.К., Синицын А.А, Концов Р.В. Выбор шага ультразвуковой антенной решетки для задач томографии бетонных строительных конструкций. Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика. 23 Международная НТ конф. студентов и аспирантов. Тез. докл.,Т.2, Изд.дом МЭИ, 2017. С.338.

87. Качанов В.К., Концов Р.В., Деликов Г.М. Исследование влияния топологии антенной решетки на результат ультразвуковой томографии бетонных конструкций с нестандартной конфигурацией. РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА. 24 Международная НТ конф. студентов и аспирантов. Тез. докл., Т._, Изд.дом МЭИ, 2018. С.434.

88. Качанов В.К., Карташев В.Г., Соколов И.В., Концов Р.В., Федоров М.Б. Ультразвуковая адаптивная многофункциональная дефектоскопия/ - М.: Издательский дом МЭИ, 2015. -175с.

89. Качанов В.К., Соколов И.В., Концов Р.В., Синицын А.А., Федоров М.Б.. Адаптивная аппаратура ультразвукового неразрушающего контроля крупногабаритных сложноструктурных объектов// Дефектоскопия. - 2016. - №5. - С. 3-13.

90. Качанов В.К., Концов Р.В. Обнаружение дефектов в бетонной строительной конструкции при наклонном вводе ультразвуковых колебаний. Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика. 21 Международная НТ конф. студентов и аспирантов. Тез. докл.,Т.2, Изд.дом МЭИ, 2015. С.92.

91. Качанов В.К., Тимофеев Д.В., Концов Р.В. Повышение чувствительности ультразвуковой томографии крупногабаритных сложноструктурных бетонных изделий. Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика. 19 Международная НТ конф. студентов и аспирантов. Тез. докл.,Т.2, Изд.дом МЭИ, 2013. С.130.

92. Качанов В.К., Концов Р.В. Исследование состояния структуры бетонных конструкций на основе анализа частотных характеристик прошедших через бетон ультразвуковых широкополосных сигналов. Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика. 20 Международная НТ конф. студентов и аспирантов. Тез. докл.,Т.2, Изд.дом МЭИ, 2014. С.110.

93. Базулин Е.Г. , Исмаилов Г.М. Одновременное измерение скорости ультразвуковой поперечной волны и толщины объекта контроля с плоскопараллельными границами с использованием двух антенных решеток. // Дефектоскопия. - 2013. - №8. - С. 3-13.

ПРИЛОЖЕНИЕ А. АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ

«УТВЕРЖДАЮ»

Генеральный директор

ООО «КБ С А, Лагрон плюс»

имов Д.Д. 2018 г.

АКТ

внедрения результатов диссертационной работы сотрудника ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» Концова Р.В. «Разработка ультразвукового томографа изделий из бетона с нестандартной конфигурацией поверхности»

Результаты научных исследований, полученные сотрудником ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» Концовым Р.В. в рамках его диссертационных исследований в области ультразвуковой томографии бетонных конструкций, были использованы в ООО «КБ СА Лагрон плюс» в процессе выполнения НИОКР «Пролог-УЗ», «Пролог-АИ», «Узор-Лагрон».

При выполнении НИОКР, проводимых в ООО «КБ СА Лагрон плюс», были использованы следующие практические результаты, полученные Концовым Р.В.:

1) Реализована предложенная конструкция адаптивной ультразвуковой антенной решетки, позволяющая осуществлять акустический контакт с бетонными строительными конструкциями с неплоской поверхностью.

2) В программном обеспечении для ультразвуковой томографии строительных конструкций из бетона реализован предложенный диссертантом способ определения скорости акустических колебаний, основанный на применении алгоритма «фокусировка в точку» и «фокусировка на плоскость», позволяющий повысить точность определения скорости ультразвуковых колебаний для строительных конструкций с поверхностью низкого качества.

3) В программном обеспечении использован предложенный алгоритм построения ультразвуковых томограмм строительных конструкций, зависящий от формы поверхности сканирования. В том числе, осуществляется настройка параметров амплитудного взвешивания для уменьшения акустической наводки по поверхности на результат томографии и выбирается режим определения скорости ультразвука.

4) При конструировании ультразвуковой антенной решетки для бетонных конструкций были использованы предложенные диссертантом результаты аналитических расчетов оптиматьного шага элементов для томографии области, находящейся за пределами апертуры антенной решетки.

П.И. Пальгин

«УТВЕРЖДАЮ»

Заместитель директора ЦНИИ РТК

ой технике

«

Ж ж

А.В. Иванов

- '•"ЗЦЬ* '• •* 1 - 5 № 2013 г.

АКТ

внедрения результатов диссертационной работы выпускника аспирантуры

«НИУ «МЭИ» Концова Р.В.

Результаты научных исследований, полученные аспирантом МЭИ Концовым Р.В. в рамках его диссертационной работы, были использованы в ЦНИИ РТК в процессе выполнения ОКР «Линкор-ЛД» (Гособоронзаказ).

Концовым Р.В. были изучены вопросы распространения ультразвуковых колебаний в сложноструктурных изделиях из бетона; была получена информация о распределении физико-механических свойств по объему специальных бетонных изделий.

При ультразвуковой томографии специальных бетонных изделий были получены следующие результаты:

1) Определена закономерность распределения скорости акустических колебаний внутри специальных изделий различными методами и приборами, проведено сопоставление результатов различных измерений.

2) Построены трехмерные характеристики распределения физико-механических свойств специальных бетонных изделий, позволяющие скорректировать результаты измерений.

Начальник отдела специальной техники

О.А. Шмаков

Заместитель начальника отдела специальной техники

И.Б. Прямицын