Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Алгоритмы пространственно- временной обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии с учетом структурного шума Али Зайд Салех Салем

Алгоритмы пространственно- временной обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии с учетом структурного шума
<
Алгоритмы пространственно- временной обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии с учетом структурного шума Алгоритмы пространственно- временной обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии с учетом структурного шума Алгоритмы пространственно- временной обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии с учетом структурного шума Алгоритмы пространственно- временной обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии с учетом структурного шума Алгоритмы пространственно- временной обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии с учетом структурного шума Алгоритмы пространственно- временной обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии с учетом структурного шума Алгоритмы пространственно- временной обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии с учетом структурного шума Алгоритмы пространственно- временной обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии с учетом структурного шума Алгоритмы пространственно- временной обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии с учетом структурного шума Алгоритмы пространственно- временной обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии с учетом структурного шума Алгоритмы пространственно- временной обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии с учетом структурного шума Алгоритмы пространственно- временной обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии с учетом структурного шума Алгоритмы пространственно- временной обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии с учетом структурного шума Алгоритмы пространственно- временной обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии с учетом структурного шума Алгоритмы пространственно- временной обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии с учетом структурного шума
>

Диссертация - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Али Зайд Салех Салем . Алгоритмы пространственно- временной обработки сигналов в ультразвуковой дефектоскопии с учетом структурного шума: диссертация ... кандидата Технических наук: 05.12.04 / Али Зайд Салех Салем ;[Место защиты: «Национальный исследовательский университет «МЭИ»].- Москва, 2016

Введение к работе

Актуальность темы. Ультразвуковая (УЗ) дефектоскопия возникла в 30-е годы ХХ века. Сначала УЗ дефектоскопия использовалась, в основном, для контроля изделий из металлов, как основного конструкционного материала в промышленности. Контроль изделий из металлов не вызывал затруднений, благодаря тому, что УЗ волны распространяются в металлах с незначительным затуханием и практически не искажаются. При этом в качестве зондирующих сигналов использовались простейшие импульсы ударного возбуждения с минимальной радиотехнической обработкой.

Начиная с 60-х годов 20 века в авиационной промышленности, ракетной технике, судостроении и некоторых других отраслях промышленности стали использоваться полимерные композиционные материалы (ПКМ, или композиты). Из композитов изготавливали очень ответственные изделия, и возникла проблема контроля качества этих изделий. Традиционные методы УЗ дефектоскопии, применяемые для контроля изделий из металлов, не могли использоваться для контроля изделий из композитов из-за сильного затухания УЗ волн в этих материалах. Кроме того, серьезной помехой является структурный шум (СШ), который возникает в результате отражения зондирующего сигнала от многочисленных не-однородностей объекта. СШ имеет почти такой же спектр, как и полезный сигнал, что сильно усложняет проблему выделения сигнала из СШ. Аналогичные проблемы возникают при дефектоскопии изделий из других материалов со сложной неоднородной структурой, таких как бетон, чугун, бронза старинного литья и др. Возникшие проблемы привели к необходимости использования радиотехнических методов обработки сигналов в УЗ дефектоскопии.

Приоритет в использовании радиотехнических методов для решения задач УЗ дефектоскопии принадлежит научной группе под руководством В.К. Качанова. В качестве зондирующих сигналов стали использоваться сложномодулированные сигналы с последующей оптимальной фильтрацией. Для выделения сигнала из шума стали применять накопление сигналов и синхронное детектирование; были разработаны теоретические основы пространственно-временной обработки сигналов (ПВОС) в УЗ дефектоскопии. И.В. Соколов предложил использовать в УЗ дефектоскопии новый тип сигнала – сплит-сигнал.

Большой вклад в развитие методов обработки сигналов в УЗ дефектоскопии внесли M.Schicket и M.Krause, предложившие алгоритм SAFT (Synthetic Aperture Focusing Technique). А.А. Самокрутов, В.Г. Шевалдыкин и В.Н. Козлов реализовали алгоритмы ПВОС в аппаратуре для дефектоскопии бетонных изделий.

Несмотря на достигнутые успехи, проблему УЗ дефектоскопии изделий из материалов со сложной структурой нельзя считать решенной. Общая теория оптимальной пространственно-временной обработки сигналов в УЗ дефектоскопии при наличии структурно шума была изложена еще в 1992 году. В последующие годы теория ПВОС получила дальнейшее развитие, однако до сих пор оптимальный алгоритм ПВОС не был никем реализован из-за его трудоемкости. Неизвестно, насколько велик выигрыш, даваемый оптимальным алгоритмом по сравнению с более простым квазиоптимальным, когда принимаемые сигналы просто суммируются. Неясно, насколько оправданны большие затраты труда, связанные с реализацией оптимального алгоритма.

Наиболее простой путь к решению этой проблемы связан с использованием математического моделирования. Экспериментальная проверка алгоритма, безусловно, очень важна, однако, для решения этой задачи экспериментальным путем необходимо иметь достоверные и точные сведения о статистических характеристиках СШ в конкретном образце, что практически очень трудно реализовать. Моделированием алгоритмов ПВОС в УЗ дефектоскопии занимались Е.В.Шалимова и Д.А.Севалкин, однако они при моделировании не учитывали корреляционные характеристики СШ. В связи с этим возникает необходимость разработки методов математического моделирования СШ с учетом взаимной корреляции реализаций СШ. Решение этой задачи позволит построить адекватные методы моделирования различных алгоритмов ПВОС.

Таким образом, основная цель данной диссертационной работы состоит в дальнейшем развитии и совершенствовании методов и алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов в УЗ дефектоскопии.

Для достижения этой цели предстоит решить следующие задачи. 1. Разработать методы математического моделирования реализаций структурного шума с учетом их взаимно корреляционных характеристик.

  1. Провести математическое моделирование алгоритмов пространственно-временной обработка сигналов в УЗ дефектоскопии с учетом структурного шума.

  2. Провести сравнительный анализ оптимального и квазиоптимального алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов с учетом корреляционных характеристик структурного шума и на основании результатов этого анализа составить рекомендации по выбору наиболее целесообразного алгоритма обработки сигналов.

  3. Провести анализ влияния шага антенной решетки на эффективность выделения полезного сигнала из структурного шума и составить практические рекомендации по выбору шага антенной решетки или шага перемещения датчика в режиме синтезированной апертуры.

Методы исследования. Основным методом исследования является математическое моделирование, в том числе имитационное моделирование; кроме того, используется математический аппарат теории случайных процессов.

Научная новизна диссертации состоит в следующем:

  1. Впервые разработана методика математического моделирования структурного шума в УЗ дефектоскопии с учетом взаимной корреляции реализаций СШ на элементах одномерных и двумерных антенных решеток. На основе разработанной методики создана математическая модель реализации структурного шума на выходе 4-х элементной антенной решетки.

  2. Разработана новая математическая модель алгоритма пространственно-временной обработки сигналов с использованием разработанной методики моделирования структурного шума.

  3. Проведено сравнительное исследование эффективности оптимального и квазиоптимального алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов с учетом собственного шума и структурного шума для задачи УЗ толщино-метрии; при этом впервые реализован оптимальный алгоритм ПВОС. Выявлены проблемы, возникающие при реализации оптимального алгоритма. Определена величина выигрыша в отношении сигнал/шум, который обеспечивает оптимальный алгоритм ПВОС по сравнению с квазиоптимальным алгоритмом при различных условиях.

4. Исследовано влияние шага антенной решетки при УЗ толщинометрии сложноструктурных материалов на отношение сигнал/шум, получающееся в результате обработки сигналов. Определены оптимальные значения шага антенной решетки и шага перемещения датчика в режиме синтезированной апертуры. Результаты теоретических исследований подтверждены экспериментально.

Основные практические результаты

  1. Разработана программа моделирования реализаций структурного шума с учетом их взаимной корреляции.

  2. Составлены практические рекомендации по выбору наиболее целесообразного алгоритма обработки сигналов при УЗ толщинометрии изделий из неоднородных материалов.

  3. Составлены практические рекомендации по выбору шага антенной решетки или шага перемещения датчика в режиме синтезированной апертуры для УЗ толщинометрии изделий из материалов с неоднородной структурой.

Достоверность результатов диссертационной работы обеспечивается корректным применением математического аппарата и подтверждается результатами математического моделирования и экспериментальными результатами.

Основные научные положения работы, выносимые на защиту.

  1. Методика математического моделирования реализаций структурного шума с заданными взаимно корреляционными характеристиками.

  2. Результаты математического моделирования алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов с учетом структурного шума.

  3. Результаты сравнительного анализа оптимального и квазиоптимального алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов в УЗ толщино-метрии с учетом структурного шума и собственного шума аппаратуры.

  4. Результаты анализа влияния шага антенной решетки на величину отношения сигнал/шум при УЗ толщинометрии изделий из материалов с неоднородной структурой. Рекомендации по выбору оптимального шага антенной решетки и оптимального шага перемещения датчика при работе в режиме синтезированной апертуры.

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены и обсуждены на пяти международных научно-технических конференциях «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, НИУ «МЭИ») в 2011, 2012, 2013, 2014, 2015 г.г.

Публикации по теме диссертации. Основные результаты диссертации были опубликованы в девяти печатных работах, среди которых три статьи [1-3] опубликованы в журнале «Вестник МЭИ», входящем в перечень ВАК РФ, одна статья в журнале «Радиотехнические тетради» [4] и пять публикации - в сборниках тезисов докладов конференций [5-9].

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 48 наименований и двух приложений. Работа содержит 126 страниц, 51 рисунок и 1 таблицу.