Вимірювання товщини металевих виробів електромагнітно-акустичним методом з використанням спектральної обробки автокореляційної функції - Автореферат

Інтенсивний розвиток ультразвукових (УЗ) методів, що є одними з найбільш універсальних і високочутливих при контролі товщини виробів, привело до того, що УЗ товщиноміри стали в даний час найбільш масовими приладами даного призначення. Електромагнітно-акустичний (ЕМА) метод вимірювання товщини доповнює контактні УЗ методи в ряді випадків, де застосування останніх неможливе через високу швидкість вимірювань, наявність на поверхні введення УЗ коливань окалини, іржі, а також при вимірюванні товщини виробів, нагрітих до високої температури. Методи дослідження: теорія радіотехнічних сигналів і оптимальних методів радіоприйому, на основі якої був запропонований новий спосіб обробки вимірювальних сигналів; імітаційне моделювання, що дозволило підтвердити ефективність запропонованого способу; теорія прикладного аналізу випадкових даних, за допомогою якої зроблена оцінка відношення сигнал/шум у часовій і частотній областях; теорія похибок, що дозволила оцінити методичну похибку вимірювання товщини виробів і швидкості поширення УЗ коливань (УЗК); теорія інтегрального і диференціального числення. Наукова новизна результатів дисертаційної роботи полягає в тому що: - запропоновано новий спосіб обробки вимірювальних сигналів, заснований на спектральному аналізі автокореляційної функції (АКФ), що включає збудження УЗ механічних коливань у виробі, прийом відбитого від дна виробу сигналу, визначення спектра АКФ, інтервалу між сусідніми спектральними складовими, періоду проходження радіоімпульсів АКФ і в підсумку товщини виробу; отримано аналітичні вирази для оцінки відношення сигнал/шум при автокореляційному прийомі, а також при спектральній обробці взаємо-і автокореляційної функцій, обґрунтована висока чутливість способу спектральної обробки АКФ при вимірюванні товщини виробів і швидкості поширення УЗК ЕМА методом;У той же час вони мають істотні недоліки: необхідність застосування контактної рідини; залежність результатів вимірювань від стану поверхні виробу, наявності на ньому покрить і забруднень; неможливість контролю виробів при низьких і високих температурах; низька продуктивність виконання вимірювань. Аналіз інформаційних джерел показав доцільність зміни підходу при конструюванні ЕМА товщиномірів і виявив задачі, рішення яких повинно призвести до значного поліпшення їх характеристик: вимагає істотного пророблення питання застосування сучасних способів обробки інформації, оскільки різні технічні прийоми по поліпшенню конструкції ЕМА товщиномірів не призвели до істотного поліпшення їхньої чутливості і метрологічних характеристик; необхідно виробити рекомендації з оптимізації параметрів зондувальних імпульсів, апріорі оцінити методичну похибку вимірювання товщини виробів при використанні різних способів обробки сигналів вимірювальної інформації, розробити метрологічне забезпечення з урахуванням особливостей ЕМА методу. Результати імітаційного моделювання показали наступні практично важливі особливості спектральної обробки АКФ: не потрібно застосування додаткових спеціальних процедур для одержання інформативного параметра сигналу (значення інтервалу між сусідніми спектральними піками); спостерігається сильна залежність рівня зашумленості спектра АКФ від значення вимірюваної товщини (значення сигнал/шум зі збільшенням товщини виробу різко зменшується); існує можливість поліпшення відношення сигнал/шум зі збереженням задовільної точності вимірювання товщини виробу шляхом збільшення тривалості зондувального імпульсу. В роботі отримані аналітичні вирази для відношення сигнал/шум при автокореляційному прийомі, а також при спектральній обробці ВКФ та АКФ, і проведено порівняння отриманих залежностей з добре відомим співвідношенням сигнал/шум при взаємокореляційному прийомі ( Доведено, що спектральна обробка АКФ на малих товщинах дозволяє одержати найбільше відношення сигнал/шум (6) за рахунок того, що функція взаємної кореляції між шумом і корисним сигналом у частотній області сумується із сигнальною функцією, збільшуючи загальний корисний ефект (при спектральній обробці АКФ відношення сигнал/шум у діапазоні товщин до 10 мм на порядок вище, ніж при взаємокореляційному прийомі).У роботі розглянуті питання подальшого удосконалювання ЗВТ неруйнівного контролю, в основі яких лежить ЕМА принцип збудження і прийому пружних коливань. При цьому для досягнення поставленої мети запропоновані нові принципи обробки вимірювальних сигналів, що дозволило без істотних конструктивних змін значно підвищити рівень технічних, експлуатаційних і метрологічних характеристик УЗ товщиномірів і установок для вимірювання швидкості УЗК. Показано, що спектральна обробка АКФ дозволяє одержати великі відношення сигнал/шум і позбутися від складних процедур визначення локальних максимумів при взаємокореляційному прийомі. Отримано аналітичні вираження і зроблений порівняльний аналіз відношення сигнал/шум при використанні ВКФ і АКФ, а також при їхній спектральній обробці. Показано високу ефективність способу спектральної обробки АКФ на малих товщинах (відношення

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ