Измерение времени прихода ультразвукового импульса методом построения модели сигнала для определения скорости его распространения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Рассмотрено несколько методов измерения времени прихода ультразвуковых импульсов. Предложен метод определения времени прихода импульса на основе построения модели сигнала с адаптивным словарем и поиска минимума целевой функции методом квантового роевого интеллекта. Приведены результаты численных и модельных экспериментов по измерению скорости распространения ультразвуковых волн в различных образцах. Показано, что предложенный метод определения времени прихода импульса более устойчив к искажению формы эхосигналов, возникающей из-за частотно-зависимого затухания в материале объекта контроля.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. Г. Базулин

ООО «Научно-производственный центр «ЭХО+»

Автор, ответственный за переписку.
Email: bazulin@echoplus.ru
Россия, 123458, Москва, ул. Твардовского, 8, Технопарк «Строгино»

А. А. Крылович

Московский Энергетический Институт (Национальный исследовательский университет)

Email: bazulin@echoplus.ru
Россия, 111250, Москва, Красноказарменная ул., 14

Список литературы

  1. Гук В.И., Наконечная О.А. Алгоритмы численного определения временных характеристик сигналов акустической эмиссии // Восточноевропейский университет экономики и менеджмента. Черкассы. 2012. № 6. С. 73—87.
  2. Иванов Е.С., Пярсинен А.Т., Шагиев Н.М. Способ измерения интервалов времени между двумя импульсными сигналами (патент) / Пат. SU 429409. Заявка 1753530/18-10 от 29.02.1972. Опубл. 25.05.1972. 4 с.
  3. Муравьев В.В., Злобин Д.В., Земсков Т.И., Безрученков Г.В., Сяктерева В.В. Реализация импульсного метода определения скорости ультразвука с высокой точностью // Интеллектуальные системы в производстве. 2021. Т. 19. № 2. С. 13—19. doi: 10.22213/2410-9304-2021-2-13-19
  4. Солдатов А.В., Иванов Н.Г. Оценка частоты сети в цифровых системах РЗА по переходу через нуль: характеристики точности // Релейная защита и автоматизация. 2021. № 4. 2013. С. 22—25.
  5. Солдатов А.И., Шестаков А.В., Пономарев С.В. Применение методов огибающих второго и третьего порядков для определения временного положения эхо-импульса // Известия Томского политехнического университета. 2010. Т. 317. № 2. С. 63—66.
  6. Дядюнов А.Н., Чарикова Д.М. Обработка информации в импульсно фазовой радионавигационной системе // Научный вестник МГТУ ГА. 2011. № 164. С. 24—32.
  7. Бычкова И.Ю., Бычков А.В., Славутский Л.А. Алгоритм корреляционной обработки сигналов при двухлучевом распространении ультразвука // Вестник Чувашского университета. 2017. № 1. С. 218—224.
  8. Марапов Д. Методы статистики. 2013. Информационный портал. URL: https://medstatistic.ru/methods/methods.html/ (дата обращения 12.10.2023).
  9. Кибзун А.И. Задачи стохастического программирования с вероятностными критериями. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. 774 c.
  10. Орлов А.И. Двухвыборочный критерий Вилкоксона – анализ двух мифов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2014. № 104 (10). С. 1—21.
  11. Гублер Е.В., Генкин А.А. Применение непараметрических критериев статистики в медико-биологических исследованиях. Л.: Медицина, 1973. 144 с.
  12. Никулин М.С. О критерии хи-квадрат для непрерывных распределений // Теория вероятностей и ее применение. 1973. Т. 18. № 3. С. 559—568.
  13. Чибисов Д.М. Лекции по асимптотической теории ранговых критериев. М.: МИАН, 2009. Вып. 14. 176 с.
  14. Бурда Е.А., Богомолов Д.Е., Науменко А.П. Энтропийный подход при фильтрации сигналов акустической эмиссии // Контроль. Диагностика. 2023. Т. 26. № 1. С. 9—14.
  15. Леонидов В.В. Учебно-методический комплект по дисциплине «Цифровая обработка сигналов». 2019. URL: https://leonidov.su/wp-content/uploads/2020/03/FFT-Lecture-V.V.-Leonidov.pdf (дата обращения 12.10.2023).
  16. Hu Hongwei, Tian Jia, Zeng Huijie, Yu Xiaofeng, Wang Xianghong. Ultrasonic Characterization Metod of Carbon Nanotubes Orientation Using Sparse Representation // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2022. V. 58. No. 2. P. 96—107. [Ху Хунвэй, Тиан Цзя, Цзэн Хуицзе, Юй Сяофэн, Ван Сянхун. Ультразвуковой метод определения ориентации углеродных нанотрубок при использовании разреженного представления // Дефектоскопия. № 2. 2022. С. 28—40.]
  17. Mallat S.G., Zhang Z. Matching Pursuits with Time-Frequency Dictionaries // IEEE Transactions on Signal Processing. № 12. 1993. P. 3397—3415.
  18. Рабинович Е.В. Методы и средства обработки сигналов / Учеб. пособие. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2009. 144 с.
  19. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы / 3-е изд. М.: «Высшая школа», 2000. 462 с.
  20. Болотникова О.В., Тарасов Д.В., Тарасов Р.В. Линейное программирование: симплекс-метод и двойственность / Учеб. пособие. Пенза : Изд-во ПГУ, 2015. 84 с.
  21. Матренин П.В., Гриф М.Г., Секаев В.Г. Методы стохастической оптимизации. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2016. 67 с.
  22. Xiao Fu, Wangsheng Liu, Bin Zhang, Hua Deng. Quantum Behaved Particle Swarm Optimization with Neighborhood Search for Numerical Optimization // Hindawi Publishing Corporation Mathematical Problems in Engineering. V. 2013. Article ID 469723. 10 p.
  23. Каталог ультразвуковых толщиномеров Karl Deutsch: URL: https://karldeutsch.ru/product-category/толщиномеры-ультразвуковые/ (дата обращения 12.10.2023).
  24. Каталог ультразвуковых толщиномеров, выпускаемых в НПК «АКС». URL: https://acsys.nt-rt.ru/catalog/tolshhinomery (дата обращения 12.10.2023).
  25. Микрометр МКЦ-25 0,001 ЧИЗ. URL: https://www.microntools.ru/p/fe/8f/67f4a1306f33a6422654cce6c656/Описание%20типа.pdf (дата обращения 12.10.2023).
  26. Кварцевый генератор ECX-53B-DU. URL: https://ecsxtal.com/products/crystals/surface-mount-crystals/ecx-53b-du/ (дата обращения 14.09.2023).
  27. Гитис М.Б., Химунин А.С. О дифракционных эффектах в ультразвуковых измерениях // Акустический журнал. 1968. Т. XIV. № 4. С. 489—513.
  28. Базылев П.В., Луговой В.А., Снытко С.Л., Андрианова Н.С., Рудаков В.К. Эталонная установка для комплексных измерений акустических параметров твердых сред // Измерительная техника. 2023. № 2. С. 55—62. DOI: https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2023-2-55—62
  29. Официальный сайт компании ИНКОТЕС. URL: http://www.encotes.ru/node/25 (дата обращения 12.10.2023).
  30. Кристенсен Р. Введение в теорию вязкоупругости. М.: Мир, 1974. 228 c.
  31. Максимов Ю.В., Легович Ю.С., Максимов Д.Ю. Моделирование демпферов из вязкоупругих материалов // Журнал технической физики. 2021. Т. 91. № 3. С. 388—394.
  32. Официальный сайт фирмы «ЭХО+». URL: https://echoplus.ru/ (дата обращения: 12.10.2023).
  33. Официальный сайт компании Karl Deutsch. URL: https://karldeutsch.ru/ (дата обращения 12.10.2023).
  34. Официальный сайт компании «АКС». URL: https://acsys.ru/ (дата обращения 12.10.2023).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Измеренный эхосигнал (график красного цвета) и определенная по формуле (6) модель импульса (график черного цвета)

Скачать (285KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость относительной погрешности от базы измерений.

Скачать (523KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость дисперсии скорости и коэффициента затухания от частоты для стального образа.

Скачать (197KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Эхосигналы и их спектры на рабочей частоте преобразователя в 5 МГц для стали.

Скачать (519KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость дисперсии скорости и коэффициента затухания от частоты для плексигласа.

Скачать (225KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Эхосигналы и их спектры на рабочей частоте преобразователя в 5 МГц для плексигласа.

Скачать (402KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость оценки скорости распространения звука от толщины образца на частотах 5 и 10 МГц.

Скачать (353KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Фотография разновысотного образца.

Скачать (890KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Зависимость скорости распространения продольной волны от толщины при использовании двух толщиномеров и разных ПЭП.

Скачать (544KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Вид исходного сигнала с вычитанием шаблона.

Скачать (375KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Эхосигналы и их спектры на рабочей частоте 5 МГц в разновысотном образце в ступеньке толщиной 16 мм.

Скачать (492KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Зависимость скорости продольной волны от толщины ступеньки и числа отражений на частоте 5 МГц и 10

Скачать (452KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Вид эхосигнала 17 элемента для антенной решетки на частоту 5 МГц.

Скачать (435KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024