Вейвлетные технологии обработки результатов контроля твердотопливных энергетических установок физическими методами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат технических наук Ложкова, Юлия Николаевна

• Ложкова, Юлия Николаевна
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ложкова, Юлия Николаевна

СОДЕРЖАНИЕ

Перечень принятых сокращений

Введение

1 Уровень развития и задачи создания методов исследования внутрикамерных процессов в ЭУ

1.1 Особенности энергетических установок как объектов исследования

1.2 Основные направления исследований отечественных и зарубежных ученых

1.3 Традиционные методы обработки данных эхо-сигналов

1.3.1 Корреляционный метод

1.3.2 Фурье-анализ

1.4 Выводы по разделу 1

2 Вейвлет-анализ результатов исследований

2.1 Общая характеристика вейвлет-анализа как математического аппарата

2.2 Принципы конструирования функций базиса ВП

2.3 Вейвлет-анализ радиационных изображений внутренней структуры изделия

2.3.1 Особенности радиационных изображений

2.3.2 Результаты моделирования и обработки изображений

2.4 Многоракурсная радиационная визуализация ЭУ

2.4.1 Метод восстановления координат по набору многоракурсных контуров

2.4.2 Результаты моделирования

2.5 Импульсный телевизионный датчик в составе многоракурсной системы радиационной визуализации

2.5.1 Предварительные исследования

2.5.2 Эксперимент

2.6 Метод построения базисной функции ВП эхо-сигналов

2.6.1 Вейвлет-преобразование

2.6.2 Определение временной координаты эхо-импульса

2.6.3 Построение вейвлетной базисной функции для сигнала заданной формы

2.6.4 Проверка эффективности применения построенной базисной функции

2.7 Выводы по разделу 2

3 Разработка критерия эффективности оценки временного положения сигнала

3.1 Исследование влияния шума на вейвлет-образ

3.2 Устойчивость оценки временного положения

сигнала

3.2.1 Сравнительная оценка устойчивости

3.3 Выводы по разделу 3

4 Результаты применения вейвлет-анализа для микроволнового метода измерения скорости горения

4.1 Погрешность определения координаты фронта горящего образца

4.2 Вейвлет-анализ результатов СВЧ зондирования

4.3 Выводы по разделу 4

5 Применение вейвлетных технологий в УЗ толщинометрии

110

5.1 Вариант ультразвукового эхо-метода определения

скорости горения по своду ТЭ

5.1.1 Математическая модель прохождения ультразвука

через свод ТЭ

5.1.2 Аппаратурный комплекс и результаты предварительных исследований

5.1.3 Исследования изменения текущей скорости горения

128

по своду ТЭ канально-щелевой формы

5.2 Применение вейвлет-анализа в адаптивной

132

ультразвуковой системе для исследования ЭУ

5.3 Программный комплекс вейвлетной обработки результатов исследований волновыми методами

5.4 Выводы по разделу 5

Заключение

Список использованной литературы

Приложение 1

Приложение 2

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ЭУ - энергетическая установка;

ОСИ - огневые стендовые испытания;

НК - неразрушающий контроль;

ТЭ - топливный элемент;

ЗКС - защитно-крепящий слой;

ПС - продукты сгорания;

ТЗП - теплозащитное покрытие;

СПФГ - скорость перемещения фронта горения;

СМ - соединительный материал;

УЗ - ультразвуковой;

СВЧ - микроволновый;

ПКМ - полимерные композиционные материалы;

ОПФ - оконное преобразование Фурье;

ВП - вейвлет-преобразование;

СКО - среднеквадратическое отклонение;

АЦП - аналогово-цифровой преобразователь;

ПЭВМ - персональная электронно-вычислительная машина.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Вейвлетные технологии обработки результатов контроля твердотопливных энергетических установок физическими методами»

ВВЕДЕНИЕ

Энергетические установки (ЭУ) на твердом ракетном топливе из полимерных композиционных материалов (газогенераторы, разгонные блоки, ракетные двигатели) представляют собой специфический класс объектов контроля. Большие габариты, сложные внутрикамерные процессы обуславливают низкое отношение сигнал/шум при применении ультразвукового (УЗ), микроволнового (СВЧ) и радиационного методов, направленных на определение временных координат отраженных импульсов, толщины свода заряда и скорости его горения.

Огневые стендовые испытания (ОСИ) составляют важную часть наземных испытаний ЭУ, обеспечивают контроль работоспособности как отдельных элементов, так и всей установки, а получаемая информация является значимым фактором для совершенствования моделей предсказания внутренней баллистики. На этом этапе возникает широкий круг задач по изучению внутрикамерных процессов, которые проявляются через изменение конфигурации заряда ЭУ [1-4].

Актуальность вопроса определяется тем, что заряд должен иметь высокую гарантию качества на всех стадиях его жизненного цикла. Обеспечить надежную эксплуатацию и решить проблему увеличения ее срока возможно только при использовании методов неразрушающего контроля (НК), среди которых физические методы отвечают требованиям обеспечения высокой точности, дистанционности, безопасности, дешевизны, автоматизации обработки результатов испытаний.

Цель диссертационной работы заключается в разработке теоретических и прикладных подходов к обработке результатов НК, которые позволяют синтезировать вычислительные алгоритмы определения временного положения отраженных от поверхности горения зондирующих сигналов, направленные на максимальное снижение погрешности этого определения, а также в создании программного комплекса визуализации и

обработки результатов применения физических методов исследования твердотопливных ЭУ на основе вейвлетных технологий.

Для достижения указанной цели исследованы возможности современной теории вейвлетов для обработки результатов НК, в частности, для выделения временного положения сигнала и выявления контуров радиационных изображений в присутствии шумов.

Задачи исследований:

- разработка методологии и алгоритмов обработки результатов УЗ и СВЧ толщинометрии, обеспечивающих точность определения временных координат сигналов, достаточную для решения практически важных задач отработки изделий;

- теоретическое исследование распространения УЗ сигнала через свод топливного элемента (ТЭ) толщиной не менее 600 мм в одном направлении, как в частотно-зависимой среде и установление закономерностей изменения его амплитудных и спектральных характеристик, что позволит обоснованно выбирать параметры электрического тракта системы;

- обработка результатов, предназначенных для восстановления конфигурации объекта по набору радиационных изображений и двумерном вейвлет-анализе, что позволит корректно применять процедуру многомасштабной обработки изображений с низким отношением сигнал/шум;

- разработка и применение критерия оценки эффективности метода определения временного положения эхо-сигнала, позволяющего оценить погрешность этого определения.

Методы исследований. В качестве теоретической базы автором использовались классические работы по теории вейвлетов S. Mallat, L.K. Meyer, С. Torrence, G.P. Combo, I. Daubechies и др. [5-14], работы отечественных авторов Н.М. Астафьевой, A.B. Давыдова, Л.В. Новикова,

А.П. Петухова и др. [15-27], а также результаты по требованиям к масштабирующим функциям, исследованные G. Strang, D.X. Zhou [28-29].

Научная новизна определяется тем, что впервые проведены исследования по применению вейвлет-анализа результатов НК с использованием ультразвукового и микроволнового методов (одномерный случай) и при обработке радиационных изображений (двумерный случай), в частности:

- созданы теоретические основы разработки алгоритмов построения новых базисных функций вейвлет-преобразования применительно к задачам УЗ и СВЧ толщинометрии, позволяющие снизить погрешность определения временного положения эхо-сигнала по сравнению с известными вейвлетами;

- разработан метод определения временного положения эхо-сигналов по максимуму энергетического вейвлет-спектра, с использованием в качестве базисных функций стандартного ультразвукового сигнала, импульса Берлаге, а также базисных вейвлетов Morlet и Mhat;

- впервые предложен критерий оценки эффективности данного метода определяющий вероятность того, что погрешность определения временного положения сигнала не превысит половины длины периода колебания исследуемого сигнала;

- создан способ обработки радиационных изображений, основанный на согласовании структуры изображения, типа вейвлета и ограничении толщины выделяемого контура не более величины свода, сгорающего за секунду, что позволяет корректно применять процедуру многомасштабной обработки без внесения погрешностей в дальнейшие расчеты;

предложена методология проектирования адаптивной ультразвуковой системы, в которой формирование зондирующего сигнала в виде комбинации вейвлетообразных структур направлено на повышение точности определения временного положения сигнала.

Практическая значимость:

- создан специализированный программный продукт обработки результатов контроля на основе вейвлетных технологий, обеспечивающий выделение и регистрацию временных координат заряда на фоне мощного широкополосного шума;

- на основе модельного сравнения выявлены преимущества синтезированных базисов по сравнению с известными при определении временного положения сигнала с учетом неунимодальности распределения погрешности;

установлено, что использование предложенного подхода определения времени прихода зондирующего сигнала, отраженного от поверхности горения, по максимуму энергетического вейвлет-спектра позволяет снизить погрешность определения координаты эхо-импульса в 2.. .3 по сравнению с известными вейвлетами;

- установлено преимущество вейвлетной обработки радиационных изображений внутренней структуры изделия при отношении сигнал/шум менее 10, что характерно для большинства практических случаев.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы используются при обработке результатов ультразвукового контроля изделий в ОАО «ФНГПД «Алтай» и в учебной практике факультета информационных технологий, автоматизации и управления Бийского технологического института в курсах «Методы неразрушающего контроля», «Алгоритмы и методы обработки информации». По данным курсам совместно с автором разработаны учебные пособия и методические рекомендации. По курсу «Методы неразрушающего контроля» учебное пособие издано с рекомендацией Сибирского регионального учебно-методического центра высшего профессионального образования для межвузовского использования в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальности 200106 «Информационно-измерительная техника и технологии»».

Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное участие в постановке цели и задач исследований, разработке этапов создания вейвлетных базисов, расчете коэффициентов вейвлет-преобразования, интерпретации и анализе полученных теоретических результатов, в сопоставлении их с известными экспериментальными данными, а также в создании и адаптации предложенного в работе критерия эффективности представленного метода определения максимума вейвлет-спектра к конкретным исследовательским задачам.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийских научных конференциях «Информационные технологии в экономике, науке и образовании» (г. Бийск, 2009, 2010, 2011); Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии: производство, экономика, образование» (г. Бийск, 2009); Международной научной конференции «Становление и развитие научных исследований в высшей школе», посвященной 100-летию со дня рождения профессора A.A. Воробьёва (г. Томск, 2009); Международных конференциях-семинарах по микро/нанотехнологиям и электронным приборам EDM'2010, 2011, 2012 (г. Новосибирск); Всероссийских научно-технических конференциях «Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях ИАМП-2010, 2011, 2012 (г. Бийск); I Всероссийской научно-практической конференции по инновациям в неразрушающем контроле с международным участием SibTest 2011 (г. Томск).

Исследования проводились при поддержке Гранта Российского фонда фундаментальных исследований по конкурсу «Инициативные научно-исследовательские проекты» - проект № 12-07-00164 «Разработка информационных технологий обработки результатов применения физических методов исследования крупногабаритных твердотопливных ракетных двигателей (РДТТ)»; НИР - регистрационный номер № 01201260735; стипендии Правительства РФ студентам и аспирантам очной

формы обучения образовательных учреждений высшего профессионального образования, обучающихся по направлениям подготовки (специальностям), соответствующим приоритетным направлениям модернизации и технологического развития российской экономики (приказ Минобрнауки РФ № 154 от 28 февраля 2012 г.); в рамках Федеральной целевой научно-технической программы «Информационные технологии обработки результатов неразрушающего контроля крупногабаритных изделий» на 2009-2014 годы; номер гос. регистрации 01.2.00900895, код ГРНТИ 519.711.3, 50.41.25.

На защиту выносятся:

- методическая база обработки результатов НЕС энергетических установок из полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе применения вейвлетных технологий при исследованиях с использованием ультразвукового и микроволнового методов толщинометрии;

- результаты практического использования специализированного программного комплекса обработки с возможностью гибкого перебора вейвлетных алгоритмов в пределах обработки результатов одного испытания;

- метод построения базиса вейвлет-преобразования на основе функции с нулевым первым моментом, хорошо адаптированной к форме эхо-сигнала;

- метод выделения информативного признака исследуемого сигнала по максимуму энергетического вейвлет-спектра при обработке измерительной информации и необходимости адаптации анализа к конкретной задаче;

- выделение контуров радиационного изображения вейвлетными функциями, тип которых определяется структурой изображения и отношением сигнал/шум.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, в том числе 1 монография, 3 статьи в ведущих рецензируемых научных

изданиях, определенных ВАК РФ, 1 статья в зарубежном издании (импакт-фактор журнала по Web of Science 0,827).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и результатов, списка использованных источников. Работа изложена на 168 страницах машинописного текста, включает 6 таблиц, 55 рисунков, 2 приложения. Список использованной литературы содержит 118 наименований.

Автор выражает благодарность научному руководителю д.ф.-м.н. Ефимову В.Г. - за помощь на протяжении выполнения всей работы. Автор благодарит к.ф.-м.н. Александровича В.М. - за помощь и консультации по вопросам, связанным с численными оценками эффективности предложенных в работе алгоритмов обработки данных, д.ф.-м.н. Новикова JI.B., д.ф.-м.н. Астафьеву Н.М. - за ценные замечания и рекомендации по применению аппарата вейвлет-анализа, к.т.н. Митина А.Г. - за внимание и поддержку работы.

1 УРОВЕНЬ РАЗВИТИЯ И ЗАДАЧИ СОЗДАНИЯ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ВНУТРИКАМЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЭУ

Современные энергетические установки, являясь технически сложными и дорогостоящими объектами, требуют высокого качества проектных работ, большого объема и точности измерений при испытаниях. Их создание связано с необходимостью решения комплекса новых проблем обеспечения внутрибаллистических характеристик и других параметров, обусловленных особенностями конструкции изделия и специфичностью используемого наполнителя.

Контроль - важнейшая часть разработки и исследования физических объектов, самыми сложными из которых являются энергетические установки на твердом топливе. Хотя задачи разных видов испытаний объектов по своему содержанию и назначению могут отличаться, в основе каждого из них лежит измерение параметров образцов при заданных условиях проведения эксперимента и при установленных правилах отбора этих образцов.

1.1 Особенности энергетических установок как объектов исследования

На рисунке 1.1 представлена схема крупногабаритной энергетической установки из ПКМ с указанием типичных дефектов и методов их контроля.

Особенности твердотопливных энергетических установок в значительной мере маскируют время прихода зондирующих импульсов, отраженных от поверхности, подлежащее идентификации и количественной оценке. Крайне низкое отношение сигнал/шум, высокий уровень помех, разновременный и разномасштабный характер информации значительных объемов, сложность процесса контроля

(эффекты наложения, дифракции) определяют специфику регистрации и

первичной обработки результатов.

Ультразвуковой Радиоскопический

метод метод

Радиометрический / метод

Раковины

Трещины - |

Разноплотностъ - СЗ^ Отслоение - -

Рисунок 1.1— Типы опасных дефектов и методы их выявления

Разработка новых составов наполнителя, непрерывное усложнение конструкции ЭУ и геометрических форм топливных элементов зачастую снижает эффективность применения расчетных методов при анализе и обуславливает привлечение экспериментальных методов исследования. При этом методы и средства исследований должны обладать повышенной информативностью, обеспечивать наиболее полный учет факторов, определяющих работоспособность ЭУ и этим способствовать снижению затрат на конструкторско-технологическую отработку.

В практике испытаний давно проводятся измерения таких параметров как давление, тяга, температура конструкционных элементов, перемещения внешней поверхности корпуса. Сложнее обстоит дело с исследованиями и контролем отдельных конструкционных элементов,

расположенных внутри ЭУ. Известно, что обеспечение заданных параметров ЭУ во многом определяется формой поверхности горения ТЭ, динамикой ее изменения и характером взаимодействия с элементами конструкции ЭУ. Использование в данном случае метода гашения связано с высокой трудоемкостью, ограничено в объеме испытаний, а главное не позволяет контролировать динамику развития поверхности в течение всего времени работы.

Среди задач, требующих применения высокоинформативных методов и систем исследования можно отметить:

- исследование изменений формы и перемещений ТЭ и корпуса ЭУ при воздействии комплекса предстартовых нагрузок;

- определение скорости перемещения и формы фронта горения;

- оценку стабильности и параметров скорости горения при выгорании ТЭ.

Важным элементом отработки ЭУ является выявление причин аномалий, которые сопровождаются разрушением конструкции ЭУ или проявляются в виде недопустимого отклонения внутрикамерного давления.

Одним из наиболее применяемых в настоящее время методов ликвидации крупногабаритных ЭУ является их сжигание в бессопловой конфигурации со снятыми передней и задней крышками. В обоих случаях наиболее актуальной является проблема защиты окружающей среды. Эффективность методов и средств защиты зависит от того, насколько точны прогнозы по параметрам ЭУ, оказывающим негативное влияние на экологическую обстановку в зоне проведения сжигания, и соответственно, по принятым мерам эффективного противодействия этому негативному влиянию.

Прогнозы по составу и количеству выбросов вредных веществ содержащихся в продуктах сгорания (ПС) позволяют использовать специальные установки с фильтрами очистки ПС или применять

специальные нейтрализующие жидкости. Эффективность применяемых методов определяется достоверностью прогноза, в частности, пропускная способность фильтров и количество вводимой нейтрализующей и охлаждающей жидкости напрямую зависят от точности прогноза по количеству секундного расхода (выброса) ПС.

Расход ПС для ЭУ в штатной комплектации, как правило, известен по результатам отработки ЭУ перед их серийным производством. Режим работы при утилизации существенно отличается от штатного многими параметрами. В частности при рабочем давлении от 0,1 до 2 МПа и ожидаемой скорости горения наполнителя от 1 до 3 мм/с реализуется режим неустойчивого горения.

Наиболее приемлемым методом определения расхода продуктов сгорания, является метод, основанный на использовании текущих значений скорости горения ТЭ на характерных участках поверхности горения или на использовании интегральной скорости горения, осредненной по всей поверхности газоприхода.

Оптимальным представляется такое решение проблемы, при котором имеется возможность определять с необходимой точностью параметры процессов непосредственно в натурном ЭУ без вмешательства в его конструкцию, получать для выбранных сечений ЭУ локальные значения геометрических размеров в зависимости от времени, проводить визуализацию и документирование процесса.

Процессы в ЭУ протекают за массивными непрозрачными оболочками, что обуславливает применение методов на основе проникающих излучений. Эти методы позволяют определять как локальные, так и интегральные значения скорости процессов, отвечают требованиям неразрушающих испытаний, перспективны при дальнейшем усовершенствовании применительно к ЭУ различных габаритов.

В настоящее время наиболее развитыми методами являются микроволновый, ультразвуковой и радиационный методы. Отражением

этого факта является значительный объем публикаций по применению методов при исследовании горения образцов наполнителя и в модельных малогабаритных ЭУ с толщиной свода ТЭ до 100-150 мм. Многолетние исследования в данной области позволили достигнуть погрешности определения скорости горения около 2 % (в перспективе до 1 %) в УЗ методе [30-40] и 3...4 % (в перспективе до 2%) в микроволновом методе [41-44].

Необходимо отметить, что применению методов для исследования внутрикамерных процессов в натурных, а тем более в крупногабаритных ЭУ, когда реализуется комплекс специфических условий проведения ОСИ, посвящено ограниченное число публикаций.

Микроволновый метод весьма перспективен для контроля состояния заманжетных зазоров крупногабаритных энергетических установок во время наддува при прочностных испытаниях, а также для уточнения схемы деформирования ТЭ при действии основных эксплуатационных нагрузок (давление, температура и т.п.).

Микроволновый датчик, описанный в [45] обеспечивает диапазон измерений перемещений ± 100 мм с абсолютной погрешностью ± 0,025 мм при скорости перемещения поверхности до 0,5 м/с. Реализованные микроволновые методы обеспечивали погрешность определения скорости не менее 10 %.

Ультразвуковой и радиационный методы являются объектами особого внимания в зарубежных исследованиях, в т.ч. при изучении стабильности горения и поведения компонент малогабаритных ЭУ [46-48].

Динамическая радиоскопия в реальном времени (Real-time Dynamic Radioscopy) ориентирована на регистрацию перемещения фронта горения и анализ поведения конструктивных элементов изделия [49].

При переходе к анализу радиационных методов исследования внутрикамерных процессов необходимо остановится на сложившейся терминологии.

В радиационной дефектоскопии ЭУ объектом контроля является дефект, который отождествляется со структурной неоднородностью. Само понятие контроль устанавливает соответствие между состоянием объекта и заданной нормой, определяющей качественно различные области его состояния [50]. В нашем случае, когда объектом исследования является динамика изменения конфигурации элементов ЭУ, такие нормы не установлены, ввиду непредсказуемости поведения этих элементов из-за влияния различных факторов.

Точно также неприменимо понятие диагностика. В результате диагностики выявляются элементы, послужившие причиной неправильной работы изделия. Так как ЭУ является изделием однократного действия и, кроме того, может обладать только одному ему присущими особенностями, то перенос причины на другие ЭУ может оказаться необоснованным.

Наиболее точным понятием, учитывающим особенности объекта исследования и восприятия внутрикамерных процессов является визуализация [51]. Визуализация дает сведения о состоянии граничных элементов и динамике их изменения во время ОСИ. При этом может быть получена информация о характере горения, о разрушении ТЭ, о состоянии теплозащитного покрытия (ТЗП) и манжет, что крайне важно для отработки ТЭ и дальнейшего совершенствования конструкции ЭУ. Хотя визуализация и радиоскопия имеют много общего в физической основе, в методике и технике проведения испытаний, в дальнейшем будем пользоваться понятием визуализация, как более полно отображающим специфику исследования ЭУ при ОСИ.

По своему назначению и аппаратурному обеспечению метод радиационной визуализации близок к таким традиционным методам, как интроскопия и флюорография. Основными физическими процессами в них являются формирование радиационного изображения внутренней структуры исследуемого объекта, преобразование радиационного

изображения в видимое и регистрация видимого изображения. Однако ряд существенных особенностей выдвигают визуализацию в самостоятельный метод экспериментального исследования. К таким особенностям, прежде всего, следует отнести:

- необходимость исследования взаимодействующих между собой процессов, протекающих при работе ЭУ. Объектом исследования являются пространственно-временные параметры этих процессов;

- сложность протекания процессов, связанная с тем, что перемещения конструктивных элементов носят пространственный характер. Во времени процессы могут протекать одновременно и с различной скоростью (например, раскрытие заманжетной полости и перемещение ТЭ), значительно отличаться друг от друга по длительности и скорости (стационарный и нестационарный режимы работы), начало и конец протекания процессов, как правило, точно во времени не определены;

- большой диапазон радиационных толщин конструктивных элементов в области визуализации, изменяющийся во времени;

- близость коэффициентов ослабления излучения материалом большинства конструктивных элементов и, следовательно, низкий контраст изображения;

- необходимость контроля всей конструкции ЭУ или максимально возможно большей ее части;

- высокие требования к защите аппаратуры на случай аномального контроля ЭУ;

- обеспечение радиационной и технологической безопасности при работе с пожаро-взрывоопасными ЭУ.

Эти особенности, наряду с другими, менее специфическими, делают контроль сложным и дорогостоящим методом, который требует создания новых подходов, как в части проведения, так и в части обработки результатов. Однако высокая информативность, наглядность и

возможность получать принципиально новую информацию о состоянии ЭУ делают его необходимым и перспективным инструментом исследования.

Ультразвуковой метод [52-54] нацелен на регистрацию горения вдоль защитно-крепящего слоя (ЗКС) на последних 100-150 мм свода ТЭ, исследование локального возрастания скорости горения на границе наполнителя и ТЗП, исследование поведения ТЗП при работе ЭУ. Ограничения в толщине прозвучиваемого свода вызваны прежде всего аномально высоким поглощением ультразвука в высокоэнергетических газонаполненных составах современных наполнителей, которые к тому же являются частотнозависимой средой. Расширение толщины зондируемого свода до минимум 600 мм может быть достигнуто оптимизацией параметров электрического тракта, снижением рабочей частоты излучения, фильтрацией принимаемых сигналов.

Применительно к крупногабаритным ЭУ, анализ доступных источников не дает информации о достигнутых технических характеристиках, служащих отправной точкой для оценки величины зондируемого свода ТЭ и метрологических характеристик используемых систем.

Кроме того, анализ зарубежных работ показал возможность применения волновых методов к определению скорости горения в локальных участках твердотопливных ЭУ на последних 100-150 мм свода топливного элемента, однако не очевидной остается информация о достигнутых технических характеристиках, служащих отправной точкой для оценки величины зондируемого свода крупногабаритных ЭУ и метрологических характеристик используемых систем.

В одной из последних публикаций появились сообщения о применении ультразвукового метода в Японии для исследования твердотопливного ракетного двигателя с максимальной толщиной свода заряда 240 мм [55].

Сложный характер исследуемых сигналов, вызванный в т.ч. наличием интерференционных явлений приводит к тому, что существующая методическая база, основанная на корреляционных процедурах и Фурье-анализе, не позволяет проводить эффективную обработку и представление результатов огневых стендовых испытаний. Это обуславливает необходимость создания специализированных программных комплексов моделирования и обработки результатов толщинометрии, основанных на использовании вейвлетных технологий.

При использовании представленных методов, контроль ЭУ из ПКМ имеет следующие особенности:

- многослойность, причем каждый из слоев имеет различные коэффициенты отражения и затухания, что приводит к рассеиванию энергии зондирующего излучения и появлению паразитных отраженных сигналов;

- значительная толщина изделия, что приводит к высокому затуханию;

- наличие различного вида собственных упругих колебаний (продольных, поверхностных, сдвиговых и т. д.), что усложняет процесс регистрации и обработки сигнала;

- сложная форма внутреннего канала, приводящая к появлению реверберационных помех.

1.2 Основные направления исследований отечественных и зарубежных ученых

Контроль ЭУ больших габаритов сопровождается флуктуирующим характером УЗ и СВЧ сигналов, многообразием их форм и отражений, сложной геометрией прозвучивания. Маскирующее действие шумов различной природы приводит к погрешности определения временной информации.

Специфика ЭУ, а также многообразие задач, возникающих при отработке ТЭ, обуславливает как дальнейшее развитие и совершенствование традиционных методов, так и создание новых, информативных методов исследования. Базой для их создания являются разработки и накопленный опыт таких отечественных ученых как В.И. Гончаров, В.И. Горбунов, В.В. Клюев, В.К. Кулешов, C.B. Румянцев, B.J1. Чахлов, Д.В. Перов, Астафьева Н.М., Новиков JI.B.

В работах зарубежных ученых наибольшее применение находят алгоритмы определения временного положения эхо-сигнала по максимуму или по моменту перехода через ноль между главным максимумом и минимумом [32, 55]. Указанные алгоритмы работоспособны при высоком отношении сигнал/шум и достаточно стационарных сигналах. В реальных условиях маскирующее воздействие помех приводит к утрате временной информации.

УЗ эхо-метод широко используется в области исследования горения. Таблица 1.1 иллюстрирует направления зарубежных исследований, ведущее место в которых занимают фирмы Франции [56].

Основные исследования проведены на образцах в бомбах или в модельных малогабаритных ЭУ, что отражено в достаточно большом количестве публикаций. Информация о применении метода к исследованию натурных крупногабаритных ЭУ существенно ограничена.

Первой публикацией в этом направлении следует считать [57] из Арнольдовского инженерно-исследовательского центра. В рамках программы Hybrid Propulsion Demonstration в фирме Lockheed Martin при испытаниях гибридного ЭУ тягой 100 т использовались две измерительные линии по 8 УЗ преобразователей [53]. В [58] упоминается о прототипе 4-х канальной низкочастотной системы с идентификацией импульса излучения и способной к прозвучиванию свода ТЭ толщиной до 1 м.

Страна Фирма Даты публикаций Области применения

Франция ОЫЕЯА БЫРЕ СЕЬ01Ю САЕРЕ С 1979 года Скорость горения топлив; Температурная чувствительность; Горение неотвержденных топлив; Эрозионное горение; Эрозия ТЗП ЭУ; Скорость регрессии топлива в малогабаритных гибридных ЭУ; Баллистика ЭУ

США АЕБС 90-е годы Баллистика ЭУ; Эрозия ТЗП

Р8и С 1995 года Скорость горения топлив; Акустическая проводимость топлив

иАЫ С 1995 года Нестационарность скорости горения; Температурная чувствительность топлив; Функции отклика топлив

ишс С 1995 года Нестационарность скорости горения; Функции отклика при горении топлив

ЬоскЬееё 1996-2000 годы Скорость регрессии

Магйп топлива в гибридной стартовой ЭУ

Продолжение таблицы 1.1

Нидерланды ТОО С 1985 года Скорость регрессии

топлива в

малогабаритных

гибридных ЭУ;

Скорость регрессии

топлива в прямоточных

ЭУ;

Скорость горения

окислителей

Италия Университ С 1998 года Скорость регрессии

ет топлива в

Наполи малогабаритных

гибридных ЭУ

Индия Уюагат 1990 год Скорость регрессии

топлива малогабаритных

гибридных ЭУ

Япония Институт С 2002 года Скорость горения

космически топлива

х наук и

астронавта

ки;

Японское

агентство

аэрокосмич

еских

исследован

ий

(Сагамиха-

ра,

Канагава)

В фирме САЕРЕ разработана 4-х канальная система САЕРЕ-5000 для оценки регрессии толщины свода менее 100-150 мм в ЭУ с корпусом из

ПКМ. По итогам испытаний отмечено возрастание скорости горения у ТЗП на 14 %.

Наиболее полная публикация по данному вопросу [32] описывает применение УЗ метода для исследования характера поведения теплозащитного покрытия и топлива в крупногабаритном двигателе.

Разработанный Национальной организацией аэрокосмических исследований ОМЖА (Франция) метод основан на прохождении УЗ волн через корпус и отражении от вскрывающейся поверхности ТЗП при прохождении фронта горения [30-32]. Путем анализа отраженных сигналов устанавливается скорость горения по перемещению фронта горения вдоль ТЗП.

Процедура измерения скорости перемещения фронта горения (СПФГ) заключается в следующем. На корпусе ЭУ в районе зоны раскрепления устанавливаются десять излучателей-приемников, расположенных на расстоянии нескольких сантиметров друг от друга. Отраженный УЗ сигнал выбирается и оцифровывается в пределах некоторого окна после импульса излучения. Окно устанавливается так, чтобы регистрировать сигналы, отраженные от границы ТЗП - топливо. Пока на участке измерения твердое топливо существует, сигнал в окне отсутствует. При прохождении профиля горения появляется эхо-сигнал, соответствующий поверхности ТЗП, ставшей свободной (рисунок 1.2). Зная время прохождения через несколько окон, можно вычислить скорость перемещения горящей поверхности.

т-р Время измерения гь

1 -*»- гду [ - 1 Во] Волна от С Волна передатчика \ ПН ,М А а от гор \ П( >е А .............- эверхности НИЯ

\1 \Е пер 1 В Зс е, ^ Вол олна от С )лна датчика на от поверхности ' .м горения : - У 1

Цикл передатчика

т р- время прохождения туда и обратно волны, отраженной от поверхности горения топлива; тСЛ/ - время прохождения туда и обратно волны, отраженной от поверхности раздела соединительного материала

(СМ) и образца топлива; ^ - линейная скорость горения Рисунок 1.2- Временное окно в разработанном фирмой ОЫЕЯА методе

При обработке за момент отсчета принимается время пересечения линии условного нуля между главным положительным и отрицательным пиками эхо-сигнала, т.к. эта точка наименее чувствительна к вариациям амплитуды. Вследствие сложности отслеживания этой точки в процессе опыта, исследователь сам определяет критерии выбора: по максимуму амплитуды; по выбранному порогу; по точке пересечения нуля (рисунок 1.3). Повышению надежности регистрации слабых сигналов способствует корреляционная обработка последовательных временных окон, в которых оцифровывается эхо-сигнал.

Волна, отраженная от границы раздела СМ/топливо

ТР с Волна, отраженная от поверхности горения

\ ?СМ \

Затухание Х^

Порог

мч™

Точка пересечения нулевого уровня • • •

10 20 30 40 50

Расстояние от ультразвукового датчика, мм

т Р- время прохождения туда и обратно волны, отраженной от поверхности горения топлива; хсм - время прохождения туда и обратно волны, отраженной от поверхности раздела СМ и образца топлива Рисунок 1.3 - Типичная кривая ослабления УЗ сигнала

К сожалению, при использовании разработанного фирмой ОМЕЯА метода возникают следующие проблемы.

1. Специфические требования к характеристикам СМ. Для применения метода необходима специальная камера сгорания с СМ в торце. Кроме того, акустический импеданс СМ должен максимально соответствовать импедансу топлива, чтобы подавить паразитные отражения от границы раздела СМ/топливо. При измерении скорости горения обычных смесевых топлив в качестве СМ обычно выбирается эпоксидная смола, а повышение акустического импеданса достигается добавлением в СМ определенных типов тонкодисперсных порошков. Однако, если необходим пониженный акустический импеданс, то уже требуется заменить материал самого СМ. Но найти другой материал, с более низким акустическим импедансом, очень трудно. Кроме того, при

очень высоком давлении на краях раздела между СМ и стенкой камеры концентрируются высокие напряжения, вызывающие разрушение СМ.

2. Осреднение скорости горения ^ за период измерительного (повторяющегося) цикла сигнала ультразвука. Изменения, которые

происходят между циклами, осреднены, потому что гъ определяется дифференцированием по времени измеренной длины образца топлива. Например, если частота повторения составляет 100 Гц, скорость горения является средней величиной за промежуток времени 10 мс. Кроме того, чтобы уменьшить влияние шумов, перед дифференцированием проводится сглаживание зависимости длины образца от времени по результатам нескольких десятков измерений. Таким образом, трудно утверждать, что этот метод подходит для регистрации нестационарных явлений.

3. Требование постоянства интенсивности сигнала для точного измерения времени распространения. В данной методике сигнал отраженной волны диагностируется по его амплитуде. Используется метод пересечения нулевого уровня, суть которого в том, что порог срабатывания задается существенно больше, чем эффективная величина белого шума

поступающих данных, и определяется как момент времени, когда амплитуда сигнала превышает этот порог.

В случае гауссовского белого шума вероятность появления амплитуды шума, превышающей порог, уменьшается с ростом величины порога. Однако, поскольку интенсивность регистрируемого сигнала должна быть достаточно высокой, измерения на длинных образцах в конечном счете невозможны из-за сильного ослабления сигнала веществом твердого топлива.

В одной их последних работ [55] японские ученые представили новый метод измерения скорости горения твердого топлива с помощью ультразвука с максимальной толщиной свода заряда 240 мм. В основу метода положена ультразвуковая методика «Round trip technique»,

основанная на принципе генерации тестового сигнала и регистрации его отражения от поверхности горения, реализованная французской фирмой (ЖЕ11А [32]. Для уменьшения погрешности измерения в данной работе использован эффект Доплера, который, как представляют авторы, позволяет получить мгновенные значения линейной скорости горения и является мощным инструментом изучения неустойчивости горения твердых топлив. При этом для идентификации сигнала отраженной от поверхности горения ультразвуковой волны используется вейвлет-анализ. Однако, в работе не приведен ни тип вейвлета, ни метод обработки. Кроме того, остается не рассмотренным вопрос о том, как частота и фаза соотносятся с временной координатой отраженного импульса, что не позволяет провести метрологическую аттестацию метода. Кроме того, в работе приведены сведения о том, что вейвлет-анализ проводился с дискретностью 100 ГГц, что вероятнее всего является технической опиской.

Анализ зарубежных работ, проведенный в [59], также показал возможность применения УЗ метода к определению скорости горения в локальных участках крупногабаритных изделий лишь на последних 100150 мм свода.

Для перехода на измерение текущей толщины свода не менее 600 мм необходима разработка новых средств и нестандартных подходов к реализации метода, обеспечивающих решение практически важных задач ультразвуковых и микроволновых исследований многослойных изделий из ПКМ.

Таким образом, основной задачей в данном направлении является точное определение временного положения отраженного сигнала в присутствии аддитивного шума. На практике обычно неизвестно отношение сигнала к шуму. Известно, что оно невелико, поэтому необходимо использовать как можно более устойчивые методы определения времени прихода отраженного импульса.

1.3 Традиционные методы обработки данных эхо-сигналов

1.3.1 Корреляционный метод

Использование корреляционных методов с применением в качестве зондирующих сигналов сложно-модулированных сигналов (например, сигналов с линейной частотной модуляцией, кодов Баркера или Галлая и т.д.) в сочетании с оптимальной обработкой принимаемых эхо-сигналов позволяет увеличить соотношение сигнал-шум после преобразования. В этом случае протяженные во времени (следовательно, обладающие большой энергией) зондирующие сигналы, определенным образом модулированные по частоте или фазе, после оптимальной обработки в приемной части системы снижаются до длительности, определяемой требуемой разрешающей способностью [60].

Взаимная корреляционная функция двух сигналов определена как [61]:

т

м( т; = j>, (t )f2 (t -1 )dt.

о

В нашем случае: Fx - это занесенный в память усредненный сигнал

(опорный сигнал), F2 - текущий сигнал.

Параметры опорного сигнала далее отмечены индексом г, текущего - индексом с.

Амплитуды аг и ас обоих сигналов выносятся за знак интеграла и

не влияют на его значение. Интеграл вносит дополнительный вклад в уровень выходного сигнала, делая обработку информации многопараметровой. Учитывая сказанное, под взаимной корреляционной функцией понимается:

а а

Г С

или в нормированном виде:

Щт) =

тах(#(г))

По максимуму функции -А/"(г) можно определить временное положение сигнала.

В работе [62] установлены особенности фильтрации сигналов с использованием корреляционного метода при отклонении характеристик фильтра и сигнала от оптимальных (для случаев, характерных для УЗ контроля) и показано, что:

- структура корреляционного фильтра к изменениям формы сигнала, огибающей радиосигнала и огибающей последовательности импульсных сигналов некритична;

- корреляционный фильтр слабо критичен к небольшим изменениям длительности сигнала;

корреляционный фильтр слабо критичен к небольшим гармоническим амплитудно-частотным изменениям сигнала;

- фазо-частотные искажения сигнала сказываются сильнее, чем амплитудно-частотные и их влияние незначительно только при достаточно малой их величине; существенно, что степень искажений выходного сигнала зависит от абсолютного значения фазо-частотных изменений;

- корреляционный фильтр весьма критичен к изменению несущей частоты принимаемого сигнала;

- корреляционный фильтр критичен на некоррелированные изменения фазы сигнала.

Суммируя изложенное выше, можно сказать, что использование корреляционных фильтров в ряде задач оказывается неэффективным. Результатом применения корреляционного фильтра зачастую является лишь подтверждение факта наличия или отсутствия сигнала.

31

Так, например, после применения фильтра в условиях помех измерительный сигнал может сместиться на некоторую величину, которая зависит от крутизны сигнала [63]. Кроме того, при горении образца частота

принятого сигнала / выше, чем исходного /о :

/•=/• —

с - г

где С - скорость звука;

г - линейная скорость горения.

Это значительно снижает применимость в данном случае корреляционного метода в связи с его большой критичностью к изменению несущей частоты принимаемого сигнала.

Таким образом, процедура корреляционной обработки становится неоптимальной при решении поставленной задачи точной временной локализации информативного участка УЗ эхо-импульса.

1.3.2 Фурье-анализ

На протяжении многих десятилетий и по настоящее время основным средством анализа реальных физических процессов являлся гармонический анализ. Математической основой анализа является преобразование Фурье. Преобразование Фурье разлагает произвольный процесс на элементарные гармонические колебания с различными частотами, а все необходимые свойства и формулы выражаются с помощью одной базисной функции ехр(у'бУ/) или двух действительных функций и соэ(^). Гармонические колебания имеют широкое

распространение в природе, и поэтому смысл преобразования Фурье интуитивно понятен независимо от математической аналитики.

Преобразование Фурье обладает рядом положительных свойств: - оператор обратного преобразования Фурье совпадает с выражением

для комплексно-сопряженного оператора;

- областью определения преобразования является пространство Ь интегрируемых с квадратом функций, и многие реальные физические процессы, наблюдаемые в природе, можно считать функциями времени, принадлежащими этому пространству;

- для применения преобразования разработаны эффективные вычислительные процедуры (типа быстрого преобразования Фурье), которые входят в состав всех пакетов прикладных математических программ и реализованы аппаратно в различных процессорах обработки сигналов [16].

С позиции точного представления произвольных сигналов и функций с помощью преобразования Фурье, можно отметить ряд его недостатков:

- преобразование Фурье для одной заданной частоты требует знания сигнала не только в прошлом, но и в будущем, что является теоретической абстракцией;

- в условиях практически неизбежного ограничения числа гармоник или спектра колебаний, точное восстановление сигнала после прямого и обратного преобразований Фурье теоретически (и тем более практически) невозможно, в частности из-за появлении эффекта Гиббса [64];

- базисной функцией при разложении в ряд Фурье является гармоническое (синусоидальное) колебание, которое математически определено в интервале времени от - оо до + оо и имеет неизменные во времени параметры;

- численное интегрирование во временной области от -со до + со при прямом преобразовании Фурье и в частотной области от 0 до + оо при обратном преобразовании Фурье встречает большие вычислительные трудности;

- отдельные особенности сигнала (например, разрывы или пики) вызывают незначительные изменения частотного образа сигнала во всем

интервале частот (- оо; + оо ), которые размазываются по всей частотной оси, что делает их обнаружение по спектру практически невозможным;

- базисная функция в виде синусоиды, не может представлять перепады сигналов с бесконечной крутизной, хотя такие сигналы (например, прямоугольные импульсы) применяются весьма широко;

- для представления быстрых изменений сигналов, таких как пики или перепады, необходимо увеличение числа гармоник, которые оказывают влияние на форму сигнала и за пределами локальных особенностей сигнала;

- по составу высших составляющих спектра практически невозможно оценить местоположение особенностей на временной зависимости сигнала и их характер;

- для нестационарных сигналов трудности прямого и обратного преобразований Фурье (и, соответственно, быстрого преобразования Фурье) многократно возрастают [16].

Вейвлет-преобразование (ВП) имеет много общего с преобразованием Фурье, в то же время имеется ряд достаточно существенных отличий.

1.4 Выводы по разделу 1

Анализ состояния исследований в области динамической толщинометрии топлива в твердотопливных энергетических установках показал, что специфика исследования натурных ЭУ обуславливает применение методов, где в качестве носителя информации используются проникающие излучения, а в качестве методической базы обработки результатов испытаний - теории вейвлет-преобразования.

Отражением этого факта является значительный объем публикаций по применению методов при исследовании горения образцов наполнителя и в модельных малогабаритных ЭУ с толщиной свода ТЭ до 100-150 мм.

Основным источником информации о качестве энергетической установки и характере протекающих в ней процессов, являются экспериментальные исследования на образцах и натурных изделиях.

К основным проблемам, связанным с созданием методов и систем исследования внутрикамерных процессов при ОСИ натурных ЭУ можно отнести следующие.

1. Одноразовость и быстротечность процессов не позволяет использовать широко применяемые в дефектоскопии приемы накопления информации за счет увеличения времени контроля.

2. Быстрое изменение размеров ТЭ от максимального значения до нуля, т.е. динамичность процесса. Эти особенности выдвигают требования к быстродействию систем, размерам облучаемых площадей, возможности автоматического регулирования характеристик систем по мере выгорания ТЭ и ряду других параметров, не имеющих принципиального значения при контроле ЭУ в статике.

3. Сложность протекания внутрикамерных процессов связанная с различным характером перемещения конструктивных элементов. Во времени процессы могут протекать одновременно и с различной скоростью (например, раскрытие заманжетной полости и перемещение ТЭ), значительно отличаться друг от друга по длительности и скорости (стационарный и нестационарный режим работы), начало и конец протекания процессов, как правило, точно во времени не определены.

4. ЭУ, представляющая собой многослойную конструкцию из различных материалов с внутренними полостями является весьма сложным объектом для расчета прохождения через него проникающего излучения.

Существующая методическая база, основанная на корреляционных процедурах и Фурье-анализе, не позволяет проводить эффективную обработку и представление результатов ОСИ. Это обуславливает создание специализированных программных комплексов моделирования и

цифровой обработки результатов испытаний, основанных на использовании теории вейвлет-анализа.

Основные положения и выводы по разделу 1 опубликованы в следующих работах:

1. Ефимов В.Г., Ложкова Ю.Н., Попов В.И. Обоснование выбора вейвлетных базисов для задач ультразвуковой толщинометрии. Информационные технологии в науке, экономике и образовании»: материалы Всероссийкой научной конференции 16-17 апреля 2009 года. В 2-х ч.; ч.1/ под.ред. О.Б. Кудряшовой; Алт.гос.техн.ун-т, БТИ. - Бийск: Изд-во Алт.гос.техн. ун-та, 2009 - С. 117-118.

2. Ефимов В.Г., Ложкова Ю.Н., Попов В.И Некоторые показатели эффективности применения базисных вейвлетных функций. Инновационные технологии: производство, экономика, образование: материалы Всероссийской научно-практической конференции 24 сентября 2009 года / под. ред. Г.В.Леонова; Алт.гос.техн.ун-т, БТИ.- Бийск: Изд-во Алт.гос.техн. ун-та, 2009 - С. 243-244.

3. Ефимов В.Г., Ложкова Ю.Н., Попов В.И. Имитационное сравнение вейвлетных базисов в задачах ультразвуковой эхо-локации твердотопливных энергетических установок. Сборник трудов Международной научной конференции «Становление и развитие научных исследований в высшей школе», посвященной 100-летию со дня рождения профессора A.A. Воробьёва: сборник трудов. Том 2. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. - С. 56-58.

2 ВЕЙВЛЕТ-АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Общая характеристика вейвлет-анализа как математического аппарата

В последнее двадцатилетие в мире возникло и оформилось новое научное направление, связанное с вейвлет-анализом (ВА). Слово «wavelet», являющееся переводом французского «ondelette», означает небольшие волны, следующие друг за другом. Впервые этот термин использовали Гроссман и Морле (A. Grossmann, J. Morlet) при анализе свойств сейсмических и акустических сигналов [65].

Вейвлеты - это обобщенное название временных функций, имеющих вид волновых пакетов той или иной формы, локализованных по оси независимой переменной (t или х), и способных к сдвигу по ней и масштабированию (сжатию - растяжению). Вейвлеты создаются с помощью специальных базисных функций - прототипов, задающих их вид и свойства. По локализации во временном и частотном представлении вейвлеты занимают промежуточное положение между гармоническими (синусоидальными) функциями, локализованными по частоте, и функцией Дирака, локализованной во времени.

Основополагающие работы, выполненные Ингрид Добечи (I.Daubechies), Гильбертом Стренгом (G.Strang), Вимом Свелденом (W. Swelden), позволили создать новый математический аппарат, который идеально подходит для анализа нестационарных сигналов, является одним из наиболее перспективных и динамично развивающихся разделов современной науки.

Вейвлеты имеют явные преимущества в представлении локальных особенностей функций по сравнению с рядами Фурье. В области обработки изображений вейвлеты дают новые эффективные способы, например, удаление из изображений шума и сжатие файлов, хранящих

изображения. Вейвлеты нашли практическое применение для анализа тонких особенностей сложных сигналов и изображений, для их сжатия и очистки от шума, что полезно в геофизике, биологии, медицине, радиотехнике и других отраслях науки и техники.

Реконструкционные и фильтрационные свойства вейвлет-преобразования позволяют оперировать информацией (сглаживание, разложение на компоненты, свёртка и т. п.) без потери значимых деталей. Разрывы непрерывности, скачки и другие особенности, возникающие из-за вариации измеряемой характеристики и сбоев аппаратуры или шума, легко детектируются, локализуются и при необходимости могут быть устранены или скорректированы.

Применение вейвлет-анализа позволяет:

- исследовать сложные нестационарные процессы в широком диапазоне масштабов;

- проводить фильтрацию и восстановление сигнала, выявлять его особенности и тренды;

- локализовывать разрывы непрерывности, скачки, выявлять сбои аппаратуры;

- обрабатывать изображения различной физической природы.

Столь широкий круг эффективно решаемых задач объясняется

следующими свойствами ВП.

1. Возможностью выбора базисных функций, наилучшим образом адаптированных к исследуемому сигналу по его форме, длительности, количеству осцилляций и т.д.

2. Возможностью проведения фазового анализа сигналов, с использованием комплексных вейвлетов и оптимальной фильтрации, в том числе изображений.

3. Способами представления результатов, наиболее полно отображающими локальные и глобальные особенности исследуемых сигналов.

Образное определение вейвлета, как «математического микроскопа», данное Н.М.Астафьевой в [15], во многом определило интерес к ВП, как к методической базе обработки, обеспечивающей существенное повышение информативности результатов испытаний. Наиболее близкие по тематике прикладные исследования отражены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Применение вейвлет-анализа в прикладных исследованиях

Область применения

Решаемые задачи

Достигнутый эффект

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», Ложкова, Юлия Николаевна

5.4 Выводы по разделу 5

1. Теоретически исследовано распространение ультразвукового импульса в наполнителе как в частотно-зависимой среде; установлены закономерности изменения его амплитудных и спектральных характеристик, что дает возможность обоснованно выбирать параметры электрического тракта системы.

2. В конфигурации бессоплового сжигания получены текущие значения толщины свода, которые с погрешностью, не превышающей 10 %, соответствовали расчетным. Установлены особенности изменения скорости горения по своду наполнителя с учетом изменения ориентации щели и подтверждено анизотропное изменение скорости горения по сводам, возникающее вследствие технологических особенностей изготовления таких наполнителей.

3. Предложена методология проектирования адаптивной ультразвуковой системы, в которой формирование зондирующего сигнала в виде комбинации вейвлетообразных структур направлено на повышение точности определения временной координаты сигнала.

4. Создан специализированный программный комплекс на основе вейвлетных технологий с возможностью гибкого перебора алгоритмов, обеспечивающий выделение и регистрацию времени прихода отраженного сигнала эхо-сигнала на фоне мощного широкополосного шума, сопровождающего процесс горения.

Основные положения и выводы по разделу 5 опубликованы в следующих работах:

1. Ефимов В.Г. Ультразвуковая система динамических измерений для исследования твердотопливных энергетических установок / В.Г. Ефимов, Ю.Н. Ложкова, А.Г. Митин // Ползуновский вестник. - 2011. - № 3/1.-С. 184-187.

2. 3. Ефимов В.Г., Ложкова Ю.Н., Учайкина Е.С., Кулешов В.К. Информационная модель прохождения ультразвука через частотно-зависимую среду // Вестник науки Сибири. - 2012. - № 1. -http://sis.tpu.ru/iournal/article/view/206/262.

4. Efimov V.G., Lozhkova J.N., Gorbunov M.N. The program complex wavelet processing of the results ultrasonic and microwave research of power L plants / Proceedings of 13 International Conference and Seminar on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices EDM'2012. - P. 90- 93.

5. Ефимов В.Г., Ложкова Ю.Н. Вейвлетные технологии обработки результатов контроля ЭУ. Монография. Издатель: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012. - 137 с. - ISBN: 978-3-659-24875-7.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработка и создание твердотопливных энергетических установок связаны с необходимостью решения комплекса проблем обеспечения выходных характеристик, обусловленных особенностями их конструкции и видом топливного элемента. Из-за снижения затрат и количества натурных испытаний становятся особенно актуальными проблемы повышения информативности каждого ОСИ, получения детальной информации о характере протекающих процессов. Основным источником такой информации продолжают оставаться экспериментальные исследования. Наиболее информативными в плане изучения закономерностей перемещения элементов конструкции ЭУ и локальной скорости горения ТЭ являются ультразвуковой, микроволновый и радиационный методы.

Основным фактором, объединяющим рассмотренные методы и во многом способствующим расширению их информативных возможностей, является создание методической базы обработки результатов НК на основе вейвлетных технологий. Существенная нестационарность регистрируемых сигналов в широком диапазоне масштабов, низкое отношение сигнал/шум, характерное для большинства практических случаев, обуславливает использование разработанного аппарата для эффективной обработки сигналов.

В результате выполнения диссертационных исследований были разработаны теоретические и прикладные подходы к обработке результатов НК, которые позволяют синтезировать вычислительные алгоритмы определения временного положения отраженных от поверхности горения зондирующих сигналов, направленные на максимальное снижение погрешности этого определения, а также создан программный комплекс визуализации и обработки результатов применения физических методов исследования твердотопливных ЭУ на основе вейвлетных технологий.

При этом решены следующие частные задачи:

1. Создан специализированный программный продукт обработки результатов контроля на основе вейвлетных технологий, обеспечивающий выделение и регистрацию временных координат заряда на фоне мощного широкополосного шума.

2. Создана методическая база обработки результатов НК энергетических установок из ПКМ на основе применения вейвлетных технологий при исследованиях с использованием ультразвукового и микроволнового методов толщинометрии (одномерный случай) и при обработке радиационных изображений (двумерный случай), в результате чего:

- созданы теоретические основы разработки алгоритмов построения новых базисных функций вейвлет-преобразования применительно к задачам УЗ и СВЧ толщинометрии, позволяющие снизить погрешность определения временного положения эхо-сигнала по сравнению с известными вейвлетами;

- разработан метод определения временного положения эхо-сигналов по максимуму энергетического вейвлет-спектра, с использованием в качестве базисных функций стандартного ультразвукового сигнала, импульса Берлаге, а также базисных вейвлетов Мог1ег и МИа^

- впервые предложен критерий оценки эффективности данного метода, определяющий вероятность того, что погрешность определения временного положения сигнала не превысит половины длины периода колебания исследуемого сигнала;

- на основе модельного сравнения выявлены преимущества синтезированных базисов по сравнению с известными при определении временного положения сигнала с учетом неунимодальности распределения погрешности; установлено, что использование предложенного подхода определения времени прихода зондирующего сигнала, отраженного от поверхности горения, по максимуму энергетического вейвлет-спектра позволяет снизить погрешность определения координаты эхо-импульса в 2.3 по сравнению с известными вейвлетами;

- создан способ обработки радиационных изображений, основанный на согласовании структуры изображения и типа вейвлета и ограничении толщины выделяемого контура не более величины свода, сгорающего за секунду, что позволяет корректно применять процедуру многомасштабной обработки без внесения погрешностей в дальнейшие расчеты. Установлено преимущество вейвлет-обработки при низких отношениях сигнал/шум, что характерно для большинства практических случаев.

3. Теоретически исследовано распространение УЗ сигнала через свод топливного элемента толщиной не менее 600 мм в одном направлении, как в частотно-зависимой среде, и установлены закономерностей изменения его амплитудных и спектральных характеристик, что позволяет обоснованно выбирать параметры электрического тракта системы.

4. Предложена методология проектирования адаптивной ультразвуковой системы, в которой формирование зондирующего сигнала в виде комбинации вейвлетообразных структур направлено на повышение точности определения временного положения сигнала.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ложкова, Юлия Николаевна, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Алемасов, В.Е. и др. Теория ракетных двигателей / В.Е. Алемасов, А.Ф. Дрегалин, А.П. Тишин- М.: Машиностроение, 1989. - 464 с.

2. Абугов Д.И., Бобылев В.М. Теория и расчёт ракетных двигателей твёрдого топлива. - М.: Машиностроение, 1987. - 272 с.

3. Фахрутдинов И.Х. Ракетные двигатели твердого топлива. М. -Машиностроение, 1981. - 223 с.

4. Фахрутдинов, И.Х. Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива / И.Х. Фахрутдинов, А.В. Котельников. - М.: Машиностроение, 1987. - 328 с.

5. Mallat S. Multiresolution approximations and wavelet of orthonormal bases of L2(R) // Transactions of the American Mathematical Society. - 1989. - V. 315, № 1. - P. 69-87.

6. Mallat S. A wavelet tour of signal processing, san diego: academic press, 1999. (Перевод: Малла С. Вейвлеты в обработке сигналов. М.: Мир, 2005.-671 е.).

7. Meyer Y. Wavelets: Algorithms and Applications. Philadelphia: SI AM, 1993.

8. Torrence C., Combo G.P. A Practical Guide to Wavelet Analysis // Bulletin of the American Meteorological Society. - 1998. - № 1, V. 79. - P. 6178.

9. Daubechies I. Ten lectures on wavelets. SIAM press. Philadelphia, 1992. (Перевод: Добеши И. Десять лекций по вейвлетам. Москва-Ижевск: РИЦ РХД, 2001.-464 е.).

10. Resnikoff H.L., Wells R.R. Wavelet Analysis // Springer Verlag,

1998.

11. Barclay V.J., Bonner R.F. Application of Wavelet Transforms to Experimental Spectra: Smoothing, Denoising, and Data Set Compression // Analytic Chemistry. - 1997. - V. 69.- P. 78-90.

12. Burrus C.S., Gopinath R.A., Haitao Guo. Introduction to wavelets and wavelet transform. New Jersey: Prentice Hall, 1998.

13. Chui C.K. Wavelets: A tutorial in theory and application. Academic Press, Boston, 1992. (Перевод: Чуй Ч. Введение в вейвлеты. М.: Мир, 2001 -412 с.).

14. Vetterly М., Kovacevic J. Wavelets and Subband Coding. New Jersey: Prentice Hall PTR, 1995.

15. Астафьева H.M.. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения // Успехи физических наук. - 1996 - Т. 166, № 11. - С. 1145— 1160.

16. Давыдов А.В. Вейвлетные преобразования сигналов. http://prodav.narod.ru/wavelet/index.html.

17. Новиков JI.B. Адаптивный вейвлет-анализ сигналов // Научное приборостроение. - 1999. - Т. 9, №2. - С. 8-17.

18. Новиков JI.B. Основы вейвлет-анализа сигналов. Учебное пособие. СПб.: Изд-во ООО "МОДУС+", 1999. - 152 с.

19. Новиков JT.B. Спектральный анализ сигналов в базисе вейвлетов // Научное приборостроение. - 2000. - Т. 10, № 3. - С. 57-64.

20. Новиков JI.B. Аппаратно-ориентированные вейвлеты и их применение в обработке экспериментальных данных // Приборы и техника эксперимента, 2005. - № 6. - С. 13-21. (Перевод: L.V. Novikov. Instrument -Oriented Wavelets and Their Application to Processing of Txperimental Data // Instruments and Experimental Techniques. - 2005. - V. 48, № 6. - P. 711-719. -http://dx.doi.org).

21. Новиков JI.B. Модифицированные вейвлеты в обработке данных аналитических приборов. Основы теории // Научное приборостроение. - 2006. - Т. 16, JV« 1. - С. 3-14.

22. Новиков JI.В. Модифицированные вейвлеты в обработке данных аналитических приборов. Алгоритмы обработки // Научное приборостроение. - 2006. - Т. 16, № 2. - С. 78-91.

23. Новиков Л.В. Модифицированные банки фильтров вейвлетных преобразований // Цифровая обработка сигналов, 2006. - № 1. - С. 13-17.

24. Петухов А.П. Введение в теорию базисов всплесков. СПб.: Изд-во СПбГТУ. - 1999. - С. 9-75.

25. Новиков И.Я. Основы теории всплесков // Успехи математических наук, 1998. - V. 53, № 6. - С. 9-13.

26. Воробьев В.И., Грибунин В.Г. Теория и практика вейвлет-преобразования. СПб.: ВУС, 1999.-208 с.

27. Новиков И.Я., Протасов В.Ю. Скопина М.А. Теория всплесков. М.: Физматгиз, 2005. - 616 с.

28. Strang G., Nguyen Т. Wavelets and Filter Banks. Boston: Wellesley-Cambridge Press, 1996.

29. Strang G., Zhou D.X. The limits of refinable functions // Trans. American Math. Soc, 2001.-V. 353.-P. 1971-1984.

30. Cauty F. Electronic device for ultrasonic measurements (EDUM) of regression rates of solid materials // ONERA Report. - 1995.

31. Cauty F. Ultrasonic method applied to full-scale solid rocket motors // Journal of Propulsion and Power. - 2000. - V. 16. - P. 523.

32. Коти Ф., Ерейдес Ч. Ультразвуковой метод измерения скорости горения: ошибки, шумы и чувствительность // Физика горения и взрыва. -2000.-Т. 36, № 1.-С. 59-67.

33. Kuentzmann P. Ultrasonic measurement of solid propellant burning rate // Larecherche Aerospatiale, 1979. - № 1. - P. 55-72.

34. Traineau J. Ultrasonic Measurement of Solid Propellant Burning Rate in Nozzles Rocket Motors // Journal of Propulsion. - 1986. - № 23. - P. 215-222.

35. Murphy J.J., Martin А.О. Precision techniques for measuring burning rate of solid propellants during pressure transients // AIAA Paper, 1998. - № 98-0560. - P. 13-25.

36. Wright W.A. Ultrasonic thickness monitoring technique // Aerospace Relative Technology Industry, Washington, D.C., 1969. - P. 69-72.

37. Трено Ж., Кюнцман П. Измерение скорости горения твердого ракетного топлива с помощью ультразвука в бессопловых ракетных двигателях // Аэрокосмическая техника. - 1987. - № 4. - С. 76-87.

38. Traineau J. Experimental low and medium frequency determination of solid propellant pressure-coupling response function // AIAA Paper. - 1994. -№94-3043.

39. Couty F., Demarais J. Ultrasonic meashurement of the uncured solid propellant burning rate // 21st International Congress of ICT. - Karlsrue, Germany-June, 1990.

40. Dijkstra F. Ultrasonic Regression Rate Measurement in Solid Fuel Ramjet // AIAA Paper. - 1990. - № 90-1963.

41. Dean D.S., Green D.T. The use of microwaves for detection of flows and measurement of erosion rate in materials // Journal Scient. Istrum. -1967.-№44.-P. 699-701.

42. Методы неразрушающих испытаний / Под. ред. Р. Шарпа. - М.: Мир, 1972.-494 с,

43. Радиоволновый метод измерения скорости горения взрывчатых материалов в герметичном объеме / А.В. Лебедев, Б.Г. Лобойко, Б.П. Филин, В.В. Шапошников // Химическая физика. - 1998. - Т. 17, № 9. - С. 129-131.

44. Foss D.T., Roby R.J., O'Brien W.F. Development of a dual-frequency microwave burn-rate measurement system for solid rocket propellant // Journal of Propulsion and Power. - 1993. - V. 9, № 4,- P. 497-500.

45. Стендовые испытания энергетических установок на твердом топливе: Учебное пособие / А.С.Жарков, М.Г.Потапов, Г.А.Демидов, Г.В.Леонов. - Барнаул: Алт. гос. техн. ун-т., 2001. - 281 с.

46. Allen W.L. Assessment of future solid rocket motors flight instrumentation/data needs // Journal of Spacecraft and Rockets. - 1983. - №2. -P. 164-172.

47. AGARD/PEP Working Group № 27 «Evaluation of Methods for Solid Propellant Burning Rate Measurement» 21-23 October 1997, Brussels, Belgium.

48. Fry R. Evaluation of methods for solid propellant burning rate measurements // Tech. Rep. RTO-TR-043, AC/323(AVT-016) TR/28. - 2002.

49. Rogerson D.J. Dynamic real-time radiography of solid-propellant rocket motors during static firing // Material Evaluation. - 1987. - V.45, №11. -P. 1330-1333.

50. Цапенко И.П. Информационно-измерительные системы - M.: Энергия, 1974.-320с.

51. Фок М.В. Общие вопросы визуализации изображений // Методы визуализации изображений. - ФИАН им.Лебедева: М.: Наука, 1981.-Т. 129.-С. 3-12.

52. Cauty F. Internal insulation and solid propellant behavior measured by ultrasonic method on solid rocket motors / SRTC Lecture Series 36-th Aerospace Meeting and Exibit. January 12-14, 1998, Reno, Nv.

53. Acoustic measurements during solid rocket motor testing // Arnold Engineering Development Center, Arnold Air Base, Tenn. 37389. - Jan. 1995.

54. Boardman T.A. Porter L.G. An ultrasonic fuel regression rate measurement technique for mixture ratio control of a hybrid motor // AIAA Pape.- 1995.-№ 95-3081.

55. Хасегава К., Хори К. Новый метод измерения скорости горения твердого топлива с помощью ультразвука // Физика горения и взрыва, 2010.-Т. 46, №2.-С. 79-87.

56. Cauty F. The ultrasound measurement technique applied to energetic materials: 1976-2001 // Processing of the ONERA Scientific Day, ONERA, BP72, F-92322, Chatillon, 2002.

57. AEDC Test Highlights // Published by office of public affairs, arnold engineering development centere, Arnold Air Force Base, Tenn., Fall. -1992.

58. Cauty F., Erades C., Godon J.C. Experimental study of the degradation of an internal thermal insulator // AIAA Paper. - 2000. - № 20003329.

59. McNamara J., Lanza di Scalea F. Improvement in noncontact ultrasonic testing of rails by the discrete wavelet transform // Material Evalution. - 2004. - V. 62, № 3. _ p. 365-372.

60. Ермолов B.A. Корреляционная ультразвуковая система для неразрушающего контроля материалов и изделий на основе запоминающего магнитоакустического коррелятора. Дефектоскопия. -1997. -№ 1.-С. 32-40.

61. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Радио и связь, 1986. - 512 с.

62. Ланге Ю.В., Нефедов С.В. Корреляционная обработка сигналов импедансных дефектоскопов // Контроль, диагностика. - 1998. - № 1. - С. 26-32.

63. Стратонович P.JI. Избранные вопросы теории флуктуаций в радиотехнике. -М.: Сов. Радио, 1961. - 558 с.

64. Дьяконов В.П. Вейвлеты. От теории к практике. М.: Солон - Р, 2002. - 448 с.

65. Grossman A., Morlet J. Decomposition of hardy into square integrable wavelets of constant shape // SIAM J. Math. Anal, 1984. - V 15. - P. 723-736.

66. Слесарев Д. А., Барат В. А. Применение вейвлет-преобразования для анализа сигналов с импульсными составляющими // Измерительная техника. - 2000. - № 8. - С.,43-45.

67. Алексеев К.А. Модели и алгоритмы вейвлет-обработки сигналов с применением лифтинга // Датчики и системы. - 2002. - № 1. -С. 7-9.

68. Lina J.V, Goulard В. Sharpening Enhancement of Digitalized Mammograms with Complex Symmetric Daubechies wavelets / 17-th IEEE and EMBS Conf., Montreal, Sept. - 1995.

69. Rosiene J., Sholl H. Application of wavelets to ultrasonic evaluation of thickness // Wavelet Application, SPIE. - 1994. - V. 2242. - P. 487-505.

70. Angrisani L. The detection of ehoes from multilayered structures using the wavelet transform // IEEE Trans. Instrum. and Meas. - 2000. - V. 49, №4.-P. 727-731.

71. Дремин И.М., Иванов O.B., Нечитайло B.A. Вейвлеты и их применение // Успехи физических наук. - 2001. - № 5. - С. 465-501.

72. Donoho D. IEEE Trans. Info. Theory. - 1995. - № 41. - P 613.

73. Гречихин В.A., Евтихеева О.А., Есин М.В., Ринкевичус Б.С. Применение вейвлет- анализа моделей сигналов в лазерной доплеровской анемометрии // Автометрия. - 2000. - № 5. - С. 51-57.

74. Ногу К., Hasegava K.,Shimoda M. Modified Ultrasonic Method for Study of Burning Rate Characteristics of Propellants // 3-1-1 Yoshinodai Sagamihara Kanagawa 229-8510. - 2002.

75. Прэтт У. Цифровая обработка изображений: Пер. с анг. - М.: Мир, 1982.-Кн. 2.-480 с.

76. Вейвлет-анализ радиационных изображений с низким отношением сигнал/шум / В.Г. Ефимов, Ю.Н. Ложкова, Р.А. Сергиенко, М.Н. Горбунов // Электронный журнал «Южно-Сибирский научный вестник» («South-Siberian Scientific Bulletin»). - 2012. - № 1. - С. 42-43.

77. Ефимов В.Г., Ложкова Ю.Н. Вейвлет-анализ результатов применения волновых методов к контролю энергетических установок: Монография Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. - Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. унта, 2011.-51 с.

78. Calabi L., Hartnett W.E. Shape Recognition, Prairie Fires, Convex Deficiencies and Sceletons // Am. Math. Monthly. - 1968. - V. 75, № 4. - P. 335-342.

79. Efimov V.G. Wavelet analysis of images with low value of signal/noise ratio // Nondestructive Testing and Evaluation. - 2005. - V.20, № 1.-P. 35-42.

80. Efimov V.G. Geometric Analysis of Image Contours Formation on the X-ray Screen // Nondestructive Testing and Evaluation. - 2003. - V. 19, № 1-2.-P. 43-53.

81. Ефимов В.Г., Назаров А.А., Федоров M.А., Финажин A.B. Использование метода радиационной визуализации для исследования внутрикамерных процессов в энергетических установках. Ползуновский вестник, выпуск 1-2. - 2008 - С. 16-19.

82. Александров П.С. Лекции по аналитической геометрии. - М.: Наука, 1968.- 230 с.

83. Favar J. Cours de geometrie différentielle local. - Paris, Gauthier-Villars, 1957.

84. Efimov V. Multi-view radiation imaging: new opportunities of testing the internal structure of solid propellant propulsion systems // Nondestructive Testing and Evaluation. - 2012 - V. 27, № 4. - P. 22-25.

85. Anisimov, I.I. Improvement of solid propellant sustainer charge structures to increase installed power SLBM RSM-52 / I.I. Anisimov, S.N. Vagichev, A.S. Zharkov, A.P. Zhukov, V.I. Maryash, A.V. Yaskin // Rocket and Space Technology. - 2004. - Ser.14, № 1 (50.). - P. 118-128.

86. U.S. Patent 4.590.860, IPC S06D 5/06 Constant Pressure End Burning Gas Generator / R.V. Kromrey (USA): United Technologies Co; Appl. 11.01.84, publ. 27.05.86, NCI 102/289.

87. Gryazin G.N. Pulse TV transmitters. - M. Svyaz. - 1980.

88. Efimov V.G., Fyodorov M.A., Bolshanina E.A. CsJ (Tl)-based screens of large area for NDT / Nondestructive Testing and Evaluation. - 2010. -V. 25, № l.-P. 61-65.

89. Dubovik A.S. Photographic recording of fast processes. - Moscow: Nauka, 1984.

90. Ефимов В.Г., Ложкова Ю.Н. Импульсный телевизионный датчик в составе многоракурсной системы радиационной визуализации // Russian journal of Earth Sciences. - 2012. - № 10. - С. 92-100.

91. Перов Д.В., Ринкевич А.Б., Смородинский Я.Г. Вейвлетная фильтрация сигналов ультразвукового дефектоскопа // Дефектоскопия. -2002.-№ 12.-С. 3-21.

92. Ефимов В.Г., Гончаров М.Е., Александрович В.М. Сравнение эффективности применения некоторых вейвлет-преобразований в ультразвуковой толщинометрии энергетических установок // Известия Вузов.- Сер. Физика.- 2004,- № 10.- С. 68-72.

93. Ложкова Ю.Н. Некоторые дополнения к процедуре синтеза вейвлетных базисов / Материалы Всероссийских научных и научно-технических конференций (Computer-Based Conferences). XXIV ВНТК «Методы и средства измерений физических величин» // Нижний Новгород: Нижегородский научный и информационно-методический центр «Диалог» (ННиМЦ «Диалог»), 2010. - С. 45.

94. Efimov V.G. Wavelet Analysis - New Opportunities for NDT // Nondestructive Testing and Evaluation. - 2006. - № 21(1). - P. 27-38.

95. Ососков Г., Шитов А. Применение вейвлет-анализа для обработки дискретных сигналов гауссовой формы // Сообщение ОИЯИ: Дубна, 1997.-Р. 11-97-347.

96. Efimov, V.G. A method of quality comparison of different reference function application for ultrasonic measurement problems / V.G. Efimov, J.N. Lozhkova // Nondestructive Testing and Evaluation. - 2011.-V. 26, №2. -P. 181-185.

97. Бессонов JI.А. Теоретические основы электротехники. - M.: Высш. школа, 1996. - 752 с.

98. Применение микроволнового метода для измерения скорости горения высокоэнергетических композиционных материалов / А.С. Жарков, М.Г. Потапов, В.П. Лушев, Ю.А. Галенко, А.А. Павленко, Ю.Б. Жаринов, Ю.Н. Дерябин, В.Г. Ефимов // Физика горения и взрыва. - 2000-№ 1.-С. 79-82.

99. Ефимов В.Г., Дерябин Ю.А., Митин А.Г. Экспериментальное использование ультразвукового метода для определения скорости горения по своду заряда в процессе огневой утилизации РДТТ // Известия Вузов.-Сер. Физика. - 2004. - № 10. - С. 64-67.

100. Ribereau D., Breton P., Ballereau S. Casting process effect on composite solid propellant burning rate // AIAA Paper, 2001. - № 3946.

101. Горбатов A.A., Рудашевский Г.Е. Акустические методы измерения расстояний и управления. - М.: Энергоиздат, 1981. - 280 с.

102. Кондратьев Ю.А., Половинский А.В. Исследование искажений акустического сигнала при его распространении в среде с частотно-зависимым коэффициентом затухания // Труды НИКИМП / Неразрушающий контроль качества изделий. - М.: - 1972. - Вып. 2 (7).

103. Вопросы повышения точности ультразвуковой толщинометрии материалов с высоким затуханием / В.К. Качанов, В.Г. Карташов, И.Л. Закутаев, Е.В. Налимова // Материалы 14 научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика». - М.:- 1996. - С. 120.

104. Ефимов В.Г., Ложкова Ю.Н., Учайкина Е.С., Кулешов В.К. Информационная модель прохождения ультразвука через частотно-зависимую среду // Вестник науки Сибири, 2012- №1. -http://sis.tpu.ru/iournal/artic1e/view/206/262.

105. Ефимов В.Г., Митин А.Г. Экспериментальные методы исследования внутрикамерных процессов в твердотопливных энергетических установках. Монография. - Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. -Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2010. - 82 с.

106. Митин А.Г., Ефимов В.Г., Жуков А.П. Ультразвуковой метод определения расхода в канальных изделиях при двухстороннем истечении. // Проблемные вопросы утилизации смесевых твердых ракетных топлив, отходов и остатков жидких ракетных топлив в элементах ракетно-космической техники: Труды Всероссийской научно - практической конференции - Бийск, 2003. - С. 68-71.

107. Кендалл М., Стьюарт А. Статистические выводы и связи - М.: Наука, 1973.- 899 с.

108. Ерохин Б.Т. Теоретические основы проектирования РДТТ.— М.: Машиностроение, 1982. - 206 с.

109. Совершенствование конструкций зарядов маршевых РДТТ для повышения энерговооруженности БРПЛ РСМ-52 / И.И. Анисимов, С.Н. Вагичев, A.C. Жарков, А.П. Жуков, В.И. Марьяш, A.B. Яскин // Ракетно-космическая техника. - 2004. - Сер. 14. - Вып. 1(50). - С. 118-128.

110. Ефимов В.Г., Максименко Е.В. Вейвлет-технологии в адаптивной ультразвуковой толщинометрии / Материалы международной конференции по математическому моделированию и информационным технологиям. - Новосибирск: ИВТ СО РАН. - 2002. - С. 54.

111. Фомичев М.И. Система управления формой зондирующего импульса в приборах ультразвуковой диагностики / Дисс. канд. техн. наук. - М.: 2001.

112. Разработка ультразвуковых адаптивных методов и устройств для контроля изделий из полимерных материалов / В.К. Качанов, О.А. Казанцев, И.В. Соколов, А.Ю. Завьялов // Дефектоскопия. - 1989. - № 6. -С. 32-35.

113. Ефимов, В.Г. Ультразвуковой метод определения расхода в канальных изделиях при двухстороннем истечении / В.Г. Ефимов, А.Г. Митин, А.П. Жуков // Утилизация ракетных двигателей на твердом топливе. Материалы Второй всероссийской научно-технической конференции. - Бийск: ФНПЦ «Алтай», 2001. - С. 68-71.

114. Ефимов В.Г. Ультразвуковая система динамических измерений для исследования твердотопливных энергетических установок / В.Г. Ефимов, Ю.Н. Ложкова, А.Г. Митин // Ползуновский вестник, 2011. - № 3/1.-С. 184-187.

115. Захаров А.А., Кожанова Е.Р., Ткаченко И.М. Разработка интерфейса программного продукта по использованию вейвлет-функций для анализа сигналов / Научно-технический вестник Поволжья. - 2011. -№4.-С. 172-178.

116. Efimov V.G., Lozhkova J.N. Wavelet analysis in ultrasonic determining of solid propellant burning rate. Proceedings of 11th International Conference and Seminar on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices EDM'2010. - P. 325-327.

117. Efimov V.G., Lozhkova J.N. A method of building the basis of wavelet transform for ultrasonic thickness measurement problems Proceedings of 12th International Conference and Seminar on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices EDM'2011.- P. 285-287.

118. Efimov V.G., Lozhkova J.N., Gorbunov M.N. The program complex wavelet processing of the results ultrasonic and microwave research of power plants / Proceedings of 13th International Conference and Seminar on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices EDM'2012. - P. 90-93.

Бийский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО

«Алтайский государственный

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

«УТВЕРЖДАЮ» Зам. директора по научной работе Бийского технологического института (филиала) АлтГТУ

«¿Г» PJL 2013 г. 9 о

технический университет им. И.И. Ползунова» (БТИ АлтГТУ) ул. Трофимова, 27, г. Бийск, 659305 тел. [phone], факс:[phone]

об использовании результатов диссертационной работы

E-mail: [e-mail]

http ://www.bti. secna.ru

ak 2013 г.

Хмелев В.Н.

АКТ

использования результатов диссертационной работы Ложковой Юлии Николаевны «Вейвлетные технологии обработки результатов контроля твердотопливных энергетических установок физическими

методами»

Комиссия в составе: декана факультета информационных технологий, автоматизации и управления (ФИТАУ) БТИ (филиала) ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», д.ф.-м.н., профессора Галенко Ю.А., главного метролога БТИ, д.т.н., профессора Абанина В.А., начальника лаборатории акустических процессов и аппаратов, к.т.н., доцента Цыганка С.Н., составила настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы Ложковой Ю.Н. используются в учебном процессе факультета информационных технологий, автоматизации и управления БТИ АлтГТУ в виде разделов курсов лекций и лабораторных работ по дисциплинам «Методы неразрушающего контроля» для студентов специальности 200100.62 «Приборостроение» и «Алгоритмы и методы обработки информации» для студентов специальности 230700.62 «Прикладная информатика».

Ложкова Ю.Н. является одним из разработчиков двух учебных пособий и двух методических рекомендаций по указанным дисциплинам. Учебное пособие по курсу «Методы неразрушающего контроля» издано с рекомендацией: «Рекомендовано Сибирским региональным учебно-методическим центром высшего профессионального образования для межвузовского использования в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальности 200106 «Информационно-измерительная

«УТВЕРЖДАЮ» Заместитель генерального директора ОАО «ФНПЦ «Алтай» - главный г ^ конструктор по НИОКР,

,идат технических наук

Литвинов A.B.

^2013 г.

АКТ

использования результатов диссертационной работы Ложковой Юлии Николаевны «Вейвлетные технологии обработки результатов контроля твердотопливных энергетических установок физическими методами», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий.

Комиссия в составе к.т.н., начальника отдела 91, Митина А.Г., начальника лаборатории 911 Финажина A.B., к.т.н., нач. сектора Кариха В.П. составила настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы Ложковой Ю.Н. используются при обработке результатов ультразвукового контроля изделий.

В состав унифицированного комплекса программ обработки на основе вейвлетных технологий входит предварительная фильтрации данных (программа «mhat.exe»), выявление доминирующих частот сигнала (программа «noise.exe»), выделение информативного участка по изменению фазы зарегистрированного сигнала (программа «morlet.exe»).

Программный комплекс реализован в диалоговом режиме, что позволяет выбирать коэффициенты фильтрации и сглаживания с учетом допустимых искажений временной информации. В результате обеспечено

повышение эффективности обработки результатов, благодаря возможности гибкого перебора алгоритмов в пределах обработки результатов одного испытания.

Члены комиссии:

Митин А.Г. Финажин А.В Карих В.П.