автореферат диссертации по , 05.00.00, диссертация на тему:Разработка алгоритмов и оборудования для измерения параметров ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей

На правах рукописи Экз. № 2£

БАЗУЛИН АНДРЕЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Специальность 05.12.11 - Методы контроля и диагностика в машиностроении

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 2 ДЕК 2010

Москва 2010

Г

004615484

Работа выполнена в ОАО «Научно-производственное объединение «Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения (ЦНИИТМАШ)»

Научный руководитель

доктор технических наук

Бадалян

Владимир Григорьевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук

Ушаков

Валентин Михайлович Григорьев

Михаил Владимирович

кандидат технических наук

Ведущая организация: ЗАО «НИИ интроскопии МНПО «Спектр»

Защита состоится «¡6» 17, 2010 г. в 14:00 на заседании диссертационного совета Д 217.042.03 при ОАО «Научно-производственное объединение «Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения» по адресу: 115088, Москва, ул. Шарикоподшипниковская, д. 4, в малом конференц-зале.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ОАО НПО «ЦНИИТМАШ».

Автореферат разослан «16» Ц 2010 г.

Ученый секретарь совета, кандидат технических наук

С.М. Петушков

ОБЩЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Акустический метод контроля занимает доминирующее положение при выполнении перазрушающего контроля множества объектов. Его преимущества - мобильность, гибкость, высокая чувствительность к дефектам различных типов, безопасность для оператора. Информативность акустического метода обеспечивается значительным количеством измеряемых величин - амплитуды, фазы и спектрального состава рассеянных волн, скорости звука и се дисперсии, коэффициентов поглощения и рассеяния звука. Наиболее широко применяется ультразвуковой метод акустического перазрушающего контроля. В свою очередь характеристики и возможности аппаратуры ультразвукового контроля определяются, как правило, параметрами первичных преобразователей механической энергии в электрическую и обратно. 11аи-более широкое распространение получили пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП). Проведение контроля по определенной методике предполагает взаимозаменяемость типовых ПЭП, поэтому очевидна необходимость измерения параметров ПЭП на стадии изготовления экспериментальных, опытных и серийных образцов, входной проверки при приемке в эксплуатацию и периодической поверки в процессе эксплуатации.

Количество ПЭП, ежегодно применяемых в ультразвуковом контроле, весьма велико. Так для эксплуатации штатных средств дефектоскопии рельсов Московской железной дороги в год закупается порядка 10 000 ПЭП; крупный металлургический комбинат требует замены свыше 2000 ПЭП. В то же время брак в партии ПЭП может достигать и 30%. В свою очередь, требования к квалификации специалистов, выполняющих приемочный и периодический контроль ПЭП достаточно высоки, стандарты на измерение параметров ПЭП предполагают длительную многоступенчатую процедуру измерений с применением нескольких дорогостоящих приборов и образцов. Поэтому актуальна задача создания автоматизированной системы, позволяющей оперативно измерять параметры ПЭП с минимальным субъективным участием. В то же время требования к перечню измеряемых параметров ПЭП разнятся на отдельных предприятиях, поэтому разрабатываемая система должна быть настраиваемой под конкретные требования.

Поставка отечественной металлопродукции за границу обязывает производителей соблюдать международные стандарты. Наличие прибора, позволяющего выпол-

нять измерение параметров ПЭП в соответствии с международными стандартами достаточно актуально.

Для систем автоматизированного ультразвукового контроля (АУЗК) с когерентной обработкой данных серии АВГУР калибровка ПЭП перед выполнением контроля является обязательным этапом, для последующей визуализации изображений дефектов. Реализованный в системе алгоритм когерентной калибровки с использованием бокового отверстия в СО-2 обладает рядом недостатков. Поэтому упрощение и автоматизация процедуры когерентной калибровки является актуальной задачей, поскольку позволяет ускорить процедуру, снизить количество ошибок операторов и расширить возможности когерентных методов визуализации дефектов при АУЗК.

Цель и задачи работы. Целью исследования является обеспечение высокой воспроизводимости и производительности измерения параметров пьезоэлектрических преобразователей для ультразвукового контроля за счет создания универсального мобильного прибора, алгоритмов и программного обеспечения для оперативного измерения стандартизованных параметров ПЭП, а также дополнительных параметров ПЭП, используемых в системах ультразвукового контроля с когерентной обработкой данных.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- Выполнить анализ отечественной и зарубежной нормативной документации на проведение испытаний ПЭП для ультразвукового неразрушающего контроля.

- Разработать и обосновать методику измерения параметров ПЭП в соответствии с требованиями действующих Российских и международных стандартов с применением вновь создаваемых средств измерения параметров ПЭП.

- Теоретически и экспериментально обосновать погрешность измерения параметров ПЭП по разработанной методике.

- Разработать универсальную автоматизированную установку для измерения параметров ультразвуковых ПЭП.

- Разработать алгоритмы когерентной калибровки ПЭП для систем автоматизированного ультразвукового контроля с когерентной обработкой данных АВГУР.

Методы исследований. Для обоснования алгоритмов, используемых при измерении и расчёте параметров ПЭП, применялось моделирование полей ПЭП на основе конечноэлементных моделей скалярного волнового уравнения, на основе дискрет-

ного представления пьезопластины и отражателей и расчета полей в приближении геометрической акустики. Для переноса полей ПЭП из одной пространственной области в другие, расчёта диаграмм направленности и восстановления изображений отражателей применялись метод угловых спектров и метод проекции в спектральном пространстве, являющиеся математическими методами решения обратной задачи рассеяния. При оценке погрешностей измерений применены статистические математические методы обработки результатов экспериментов.

Научная новнзиа

1. Впервые показана возможность и разработаны алгоритмы приближенного расчета произвольных сечений трехмерной диаграммы направленности при измерении эхосигналов от сферической донной поверхности, приближенного расчета диаграммы направленности и угла ввода ПЭП в основной плоскости при измерении эхосигналов от цилиндрической донной поверхности образца СО-3.

2. Впервые разработан и обоснован приближенный расчет параметров фокуса ПЭП методом угловых спектров по измеренному рассеянному полю от элементарного отражателя в ближней зоне.

3. Разработана, теоретически и экспериментально обоснована методика измерения параметров контактных ПЭП на единственном образце с цилиндрической или сферической донной поверхностью, объединяющая требования Российских и международных стандартов.

4. Разработан алгоритм когерентной калибровки ПЭП на стандартном образце СО-3, модифицированы алгоритмы проекции в спектральном пространстве и метод эталонной голограммы для проведения когерентной обработки данных автоматизированного ультразвукового контроля.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в создании универсальной системы калибровки пьезопреобразователей АВГУР 5.4, позволяющей при выполнении однократного автоматизированного измерения на одном стандартном образце оперативно получать паспорт ПЭП в соответствии с ГОСТ 23702-90, ГОСТ 14782-86, ЕЙ 12668-2, 01МУ 08-П01, А8ТМ-Е 1065 без применения дополнительного оборудования.

Разработанная система АВГУР 5.4 прошла испытания типа средств измерений, внесена в Государственный реестр средств измерений. Система внедрена в ООО

«НПЦ «ЭХО+», ОАО «Выксунский металлургический завод», ФГУ НУЦ «Сварка и контроль». Система прошла модернизацию и ведомственные испытания в Департаменте пути и сооружений ОАО «РЖД», поставлены десять систем. Алгоритмы когерентной калибровки ПЭП внедрены в системах автоматизированного ультразвукового контроля АВГУР-Т. Системы АВГУР-Т эксплуатируются в ООО «НПЦ «ЭХО+», ЗАО «Промгазинжиниринг», ЗАО «НПЦ «Молния», ООО «Газпром газнадзор».

Научные положения, выносимые на защиту

1. Методика и алгоритмы измерения параметров ПЭП на образцах с цилиндрической или сферической донной поверхностью.

2. Алгоритм расчета параметров фокуса ПЭП по полю, измеренному от элементарного отражателя в совмещенном режиме в ближней зоне ПЭП.

3. Алгоритмы когерентной калибровки ПЭП на стандартном образце СО-3 и последующей когерентной обработки данных автоматизированного ультразвукового контроля.

Апробация

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

7-ой международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности». Москва. 2008; 17th World Conference on Nondestructive Testing, 25-28 Oct 2008, Shanghai, China; XX Петербургской конференции «Ультразвуковая дефектоскопия металлов УЗДМ-2009»»; 10-ой международной конференции ECNDT, Москва, 7-12 июня 2010.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе два авторских свидетельства, 5 статей и 3 тезиса докладов.

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 140 страницах, содержит 42 рисунка, 9 таблиц и состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений и списка литературы из 129 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, кратко излагается содержание четырех глав диссертации, приводятся сведения по её апробации и публикациях автора по теме диссертации.

-7В первой главе дастся обзор и характеристика применяемых методов численного и аналитического расчета, методов экспериментального измерения параметров ПЭП по работам Гитиса М.Б., Гурвича А.К., Данилова В.Н., Ермолова И.Н., Мелька-новича А.Ф. и др., анализируются отечественные и зарубежные стандарты на измерение параметров ПЭП, дастся обзор существующих отечественных и зарубежных установок для измерения параметров ПЭП, проанализирована специфика требований к ПЭП, используемым в системах с когерентной обработкой данных, приведено описание алгоритма проекции в спектральном пространстве (ПСП), реализующего когерентное восстановление изображения, и описание метода эталонной голограммы (МЭГ), повышающего качество восстанавливаемого изображения (по работам Бадапя-на В.Г., Базулина Е.Г., Вопилкина А.Х., Тихонова Д.С., Самокрутова А.А. и др.). Описаны используемые в исследовании методы моделирования. В заключение первой главы сформулированы цель и основные задачи исследования.

Во второй главе описана разработанная методика измерения параметров ПЭП. В параграфе 2.1 обосновывается использование только образцов с цилиндрической или сферической донной поверхностью для измерения параметров контактных ПЭП. Такие образцы обладает рядом преимуществ в сравнении с использованием бокового отверстия в качестве отражателя:

- так как измерения эхосигналов проводятся после значительного пробега в образце, то влияние реверберационного шума практически отсутствует; отсутствие импульса обегания/соскальзывания на боковом отверстии и сигналов, от трансформации типа волны, упрощают процедуру отбора сигнала; по этой причине на образце измеряются параметры ПЭП с использованием сложных сигналов или радиосигналов из многих периодов;

- существенно уменьшаются размеры области сканирования, следовательно, меньше сказывается влияние вариации акустического контакта при измерении параметров;

- в соответствии со стандартами импульсная и спектральная характеристика, коэффициенты преобразования, должны регистрироваться от отражателя большой площади в дальней зоне ПЭП;

-8- на образцах со сферической донной поверхностью при выполнении растрового сканирования по поверхности возможно измерение любого сечения трехмерной диаграммы направленности ПЭП и точное определение точки ввода ультразвука.

В параграфе 2.2 используя приближенный расчёт поля давления вблизи фокального центра цилиндрической донной поверхности по эвристической формуле, приводится обоснование того, что измерение в совмещенном режиме поля С/(хр,к), отраженного от донной поверхности образца СО-3 позволяет получить свертку функции распределения нормальной составляющей тензора напряжения а2(хр,к) на контактной площадке с самой собой; геометрически это соответствует замене образца СО-3 на точечный отражатель в центре системы координат хг так, как это показано на Рис. 1. Допущения и ограничения, при которых получена эвристическая формула: - для расчёта поля, отраженного от донной поверхности цилиндрического образца используется параксиальное при-

ближение для скалярного волнового урав-

нения; - не учитывается влияние трансфор- / Мнимый точенный источник с координатами (0, 0)

мации типов волн при отражении волны 1 ■х--. 1 '

от донной поверхности образца, считая, \

что ширина диаграммы направленности \

основного лепестка не превышает 30°; г

- принимается допущение о малости Рис. 1-Заменаполуцилиндрического (в сравнении с радиусом образца) рас- образца мнимым отражателем в центре стояния от центра образца до точки на по- симметрии, верхности, в которой рассчитывается излучаемое/принимаемое поле.

- не измеряются и не учитываются неоднородные волны, граничные условия предполагают равенство нулю нормальной составляющей тензора напряжений вне контактной площадки.

В параграфе 2.2.5 изложено описание алгоритма, реализующего расчет произвольного сечения трёхмерной диаграммы направленности при измерении эхосигналов от сферической донной поверхности при замене сферы на мнимый точечный отражатель, находящийся в центре симметрии.

-91. Выполняется регистрация эхосигиалов p{x,y,t), где х,у — координаты точки ввода ПЭП относительно центра образца при сканировании, t — время прихода эхо-сигнала. Регистрация выполняется с шагом порядка половины длины волны на эффективной частоте ПЭП.

2. Через преобразование Фурье во времени рассчитываются многочастотные голограммы:

h{x,y,f) = 3,{p(x,y,t)), f a (/m¡„,/mJ, где / частота в МГц, /m¡11 и /т>х границы частотной характеристики ПЭП.

3. Через двухмерное пространственное преобразование Фурье рассчитывается пространственный спектр голограмм:

//(*„*,./•)= 3jA(i,Л/)), /с(/„,„,/_)

4. Из двумерного спектра голограмм на частоте / извлекается любое ссченис диаграммы направленности. Частоте / соответствует волновое число к = 2-2я!X, где Х = с! f длина волны, умножение на двойку учитывает совмещенный режим регистрации, то есть соответствует расчёту диаграммы направленности излучения-приема. Сечение диаграммы направленности излучения-приема %г{а,р,[) на частоте / вычисляется следующим образом. Определяется угол азимутального разворота диаграммы направленности относительно оси X сканирующего устройства (угол скоса):

/?' =arctan(¿>im„,

гДе ^хтпи'^тах ~~ волновые числа, соответствующие точке спектра ll(kx,ky,f^ с максимальным значением амплитуды, где /э эффективная частота эхоимпульса. На Рис. 2 схематично показано извлечение сечения диаграммы направленности в основной (слева) и дополнительной (справа) плоскости. В виде залитого градиентом эллипса показана амплитуда двухмерного спектра голограмм в плоскости кхку на частоте /. Для диаграммы направленности в основной плоскости при фиксированном угле скоса/?*:

, % к° = -¿siriacos/?'

Q\a,p J) = H[k"x,k;j\ где 1

к" = к sin asín р

Для диаграммы направленности в дополнительной плоскости при фиксированном угле ввода в основной плоскости а и фиксированном угле скоса р':

„ . / . „ \ кЦ = £(s¡n а * eos /?" + sin /?* sin /?)

®\а',р,Л=н(к ,кру,Л где / . . . . . ' '

k{¡~k(sma sin/? +cos/? sin/?)

5. Сумма парциальных диаграмм направленности по всем частотам составляет

импульсную диаграмму направленности:

в2(а,/?) = £ ©2(«,Дf)

Рис. 2 - К расчйту трёхмерной диаграммы направленности ПЭП

В параграфах 2.2.2, 2.2.3, 2.2.6 приведены результаты проверки описанного алгоритма на расчётных и модельных данных. Например, были измерены эхосигналы на образце со сферической донной поверхностью для двух произвольных азимутальных положений ПЭП. Угол скоса был измерен как -5° и 40°, рассчитанные диаграммы направленности практически идентичны, следовательно, измерение диаграммы направленности на подобном образце можно проводить при произвольной азимутальной ориентации ПЭП.

С целью сокращения времени расчетов в параграфе 2.2.7 приведено обоснование выбора количества частот, используемых для расчёта импульсной диаграммы направленности. Показано, что при уменьшении количества частот в восемь раз (с 213 до 27 частот), рассчитываемое значение угла ввода и ширины основного лепестка по уровню 50% и по уровню 10% не отличается от значений, рассчитанных при макси-

мальном количестве частот. Среднеквадратичное отклонение рассчитанных импульсных диаграмм направленности в диапазоне от 0° до 90° составило 0,18 %.

В параграфе 2.3 описан и обоснован алгоритма расчета угла ввода (в трактовке ГОСТ 14782-86) при измерении эхосигналов от цилиндрической поверхности стандартного образца СО-3 или СО-ЗР. Возможность замены образца СО-3, на точечный отражатель на нулевой глубине, показанная в параграфе 2.2, означает, что, используя спектральное представление поля в дальней зоне, методом угловых спектров измеренное поле 11(хр,к) пересчитывается, так, чтобы эхосигналы соответствовали расположению точечного отражателя на другой глубине 2Л. Выбор глубины г, соответствует центру бокового отверстия, просверленного на требуемой глубине, например, 15 мм или 44 мм в образце СО-2. При этом, как и ранее, регистрация эхосигналов должна выполняться с шагом порядка половины длины волны на эффективной частоте ПЭП. Если проведены измерения эхосигналов и(хр,1) от донной поверхности образца СО-3, то к гармоническому режиму для волнового числа к можно перейти с помощью операции преобразовании Фурье во времени

Здесь сдвиг начала временного отсчета учтен коэффициентом 2Я / с, отвечающим пробегу импульса вдоль радиуса образца в двух направлениях, Л радиус образца, с скорость звука в образце. Пространственный спектр распределения поля Ь'(хр,к) по оси х записывается как

Таким образом, расчётным путем получаются В-сканы от отражателя на требуемой глубине, подобные экспериментальным. Этот результат положен в основу алгоритма, позволяющего рассчитать угол ввода по измерениям эхосигналов на образце СО-3. Например, на Рис. 3 показано сходство между расчётными и экспериментальными В-сканами (а) от отверстия на глубине 44 мм, полученными для ПЭП П121-2,5-55. Среднеквадратичное отклонение пространственных огибающих этих эхосигналов,

Поле, пересчитанное на глубину , записывается как

Рис. 3 - а) В-сканы от отражателя на глубине 44 мм: слева рассчитанный по В-скану от цилиндрической поверхности СО-3, справа экспериментальный В-скан; б) рассчитанные диаграммы направленности.

В параграфе 2.3.2 приведены результаты экспериментальной проверки предложенного алгоритма расчёта угла ввода. Были отобраны тринадцать ПЭП с углами ввода в диапазоне от 40° до 70°. Па Рис. 4 приведен график, на котором представлены результаты измерения угла ввода при ручном измерении на образце СО-2, и при расчёте угла ввода на образце СО-3 с получением эхосигналов соответствующих расположению отверстия бокового сверления на глубине 15 мм (ПЭП с углом ввода 70°) или 44 мм (в остальных случаях). Данные усреднены по пяти измерениям. По оси абсцисс отложен номер ПЭП, при упорядочивании по возрастанию угла ввода. Сделаны следующие выводы.

Сопоставление результатов полученных ручным способом измерения угла ввода на СО-2 и автоматическим алгоритмом измерения угла ввода на СО-3 показало отсутствие систематического отклонения средних результатов. В среднем отклонение составило не более 0,2°. Данный результат позволяет считать результаты измерений угла ввода правильными в смысле соответствия результатам измерений по ГОСТ 14782-86.

- Среднеквадратичная погрешность измерения угла ввода по предложенной методике составляет 51 = 0,3 Г в предположении о нормальности распределения. Доверительный интервал по уровню 95% при измерении угла ввода составляет величину 2,57-5 =0.8°.

- 13- При раздельном анализе погрешности измерения угла ввода для ПЭП с углами ввода меньше 60° и равными или больше 60°, получено, что среднеквадратичная погрешность измерения угла ввода составляет соответственно 0,27° и 0,37° , а предел погрешности измерений 0,7° и 0,95°. Данный результат отвечает предположению об увеличении погрешности измерения параметров диаграммы направленности с увеличением угла.

- При измерении угла ввода вручную на СО-2, в данной серии экспериментов среднеквадратичная погрешность составила 0,55°, что говорит о более высокой точности автоматизированных измерений.

Номинальные и измеренные значения углов ввода

76

72

68

га" 64

Ч

о ей 60

§ 56

£ 52

48

44

40

36

1..1.

"5:"Т

X Номинальное значение угла ввода, град • Угол ввода на СО-3, град О Угол ввода на СО-2 (ручное измерение), град 7 9 И 73

Номер ПЭП

Рис. 4 - Сводный график с номинальными и измеренными двумя способами углами ввода для тринадцати ПЭП.

В параграфе 2.3.4 приведены результаты анализа факторов, влияющих на диаграмму направленности ПЭП, и указаны методы учёта этих факторов в разработанных алгоритмах расчёта. Среди таких факторов:

- ослабление амплитуды отраженного сигнала, обусловленное изменением расстояния, проходимого волной;

- квазиискривление лучей, обусловленное затуханием в материале объекта контроля;

- зависимость коэффициента прозрачности границы призма/материал объекта контроля от угла падения ультразвука;

- интерференция эхосигналов с реверберационно-шумовой характеристикой;

- интерференция эхосигналов с боковой волной, излучаемой под третьим критическим углом.

В параграфе 2.4 описана методика измерения полевых характеристик ПЭП при выполнении измерений в совмещенном режиме рассеянного поля лишь на одном расстоянии от ПЭП до отражателя и расчётом методом угловых спектров поля ПЭП в произвольной области полупространства. Если измерены эхосигналы Ч(х,у.1) от элементарного отражателя то, при переходе к гармоническому режиму для волнового числа к и скорости с звука вычисляется голограмма 11(х,у,к). Далее из голограммы «на отражение» извлекается квадратный корень, то есть выполняется переход к голограмме «на излучение», перед извлечением корня выполняется операция развертки фазы на плоскости. В случае измерения эхосигналов от донной поверхности СО-3 или сферического образца нужно предварительно скомпенсировать время пробега вдоль радиуса образца. Пространственный спектр распределения поля вычисляется с помощью преобразования Фурье. В зависимости от размерности исходных данных выполняется преобразование Фурье по координате х,у или по обеим координатам. Выкладки приведены для двумерного преобразования Фурье.

Расчёт поля и(х,у,=') для новой глубины выполняется с помощью обратного пространственного преобразования Фурье выражения и(кх,кх,\^.'). Далее расчёт поля выполняется для глубины :'+Л:. Диапазон глубин, на которых восстанавливается поле соответствует (0+5)//, где N ближняя зона ПЭП. Получившаяся трёхмерная или двухмерная картина распределения поля ПЭП позволяет выполнить следующие задачи:

- определить параметры фокуса ПЭП - фокусное расстояние, длину, ширину и глубину фокуса;

Спектр поля на глубине рассчитывается как

и{кх,к;,-~) = и(кх,ку)еч 1'1'ж

- 15- восстановить распределение давления в объекте непосредственно под поверхностью пластины и, таким образом, диагностировать равномерность возбуждения пластины.

На Рис. 5 показаны сечения трёхмерного поля иммерсионного ПЭП с центральной частотой 4 МГц и диаметром пластины 10 мм. Поле восстановлено на эффективной частоте по голограммам от отражателя на глубине 8 мм. Схематично показано расположение ПЭП. Слева показано сечение поля в плоскости XV при 2=0, восстанавливается изображение пьезопластины. Справа то же сечение при Т соответствующем фокусному расстоянию, по которому диаметр фокусного пятна определяется на уровню минус 6 дБ как 2,5 мм.

Рис. 5 - К восстановлению трёхмерного поля ПЭП.

В параграфе 2.5 приведены общие методические рекомендации и формулы для выбора шагов сканирования, временной развёртки и зон сканирования в зависимости от номинальных значений параметров ПЭП.

В параграфах 2.5.2 - 2.5.4 перечислены измеряемые параметры ПЭП (см. таблицу 1. строки, отмеченные цветным фоном в таблице, соответствуют параметрам, которые не определялись системами калибровки АВГУР предыдущих поколений, описанных в Главе 1) с кратким описанием методики измерения или расчёта каждого параметра в конкретной реализации методики программным обеспечением системы АВГУР 5.4. Общее число измеряемых и рассчитываемых параметров и характеристик достигает 30.

-16-

Таблица 1 Определяемые параметры ПЭП

Обозначение Параметр (в соответствии с ГОСТ 26266-90)

и Форма эхоимпульса (эхоимпульс)

12,, Длительность эхоимпульсной характеристики по уровню минус 20 дБ от максимального значения

Амплитудно-частотная характеристика (спектральная характеристика)

/, Эффективная частота эхоимпульса, МГц

Полоса пропускания (полоса частот), МГц

г" Аии Импульсный коэффициент двойного преобразования (эхо-импульсная чувствительность), дБ

Кии Коэффициент преобразования, дБ

АРД АРД диаграмма

А(г) Функция шумов (ревеберационно-шумовая характеристика)

А, Уровень шума, мВ

Мертвая зона (по ГОСТ 23667-85), мм

1 Стрела, мм

Время распространения (задержки) в призме (акустической задержке), мкс

а Угол ввода в основной плоскости, °

в, Ширина диаграммы направленности в основной плоскости, °

а' Угол ввода в дополнительной плоскости, °

вг Ширина диаграммы направленности в дополнительной плоскости, °

Величина ближней зоны (фокусное расстояние), мм

Протяженность фокальной области (длина фокуса, ширина фокуса в основной и дополнительной плоскости)

е Смещение оси луча*, мм

аФ> Эффективные размеры пьезоэлемента*, мм

Ал Подавление помех излучатель-приемник (для раздельно-совмещенных ПЭП)*, дБ

Амплитуда продольной, поперечной и поверхностной волн **

* Обозначение и наименование дано в соответствии с ЕЫ 12668-2. ** Требуется по ОЫУ Ов-РЮ!

В третьей главе описаны технические требования, предъявленные к разрабатываемой системе калибровки ультразвуковых пьезопреобразователей АВГУР 5.4, да-

ётся краткое описание разработанной системы, её технические характеристики и описание основных оригинальных технических решений, реализованных в системе. Основными требованиями являлась максимально возможная автоматизация процесса измерения параметров ПЭП, удовлетворение требованиям международных и отечественных стандартов, гибкость применения на различных предприятиях, в соответствии с требованиями и стандартами, действующими на этих предприятиях.

На Рис. 6 показана система в нескольких вариантах комплектации. Система состоит из ноутбука (1), блока системного (2), представляющего собой цифровой ультразвуковой дефектоскоп, содержащий платы аналого-цифрового преобразователя, управления приемо-передающим трактом и шаговыми двигателями; прецизионного сканирующего устройства, обеспечивающего перемещение ПЭП по поверхности стандартного образца или в одной плоскости в пределах иммерсионной ванны. Поддерживается измерение параметров прямых и наклонных, совмещенных и раздельно-совмещенных, фокусирующих и не фокусирующих ПЭП с эффективными частотами от 1,2 МГц до 10 МГц. Система комплектуется однокоординатным сканером (5,6) для измерения большей части параметров контактных ПЭП за исключением параметров трёхмерной диаграммы направленности и стрелы в дополнительной плоскости или двухкоординатным планшетным сканером со специально разработанным сферическим образцом (3), тогда система позволяет измерять параметры и в дополнительной плоскости. При комплектации компактной иммерсионной ванной (4) и двухкоординатным сканером выполняется измерение параметров иммерсионных ПЭП.

Основные отличия АВГУР 5.4 от систем предыдущего поколения и реализованные технические решения:

-значительно расширен перечень измеряемых параметров, выполнено обоснование возможности измерения параметров ПЭП в соответствии с международными стандартами;

-поддерживается двухкоординатный сканер и иммерсионный режим измерения параметров ПЭП;

-реализована выдача паспортов ПЭП по установленному шаблону, с указанием выхода фактических параметров за пределы допустимого диапазона (пример паспорта представлен на Рис. 7);

-наличие настраиваемой амплитуды ударного генератора и демпфирующих сопротивлений (50-500 Ом) приемного тракта, расширенный диапазон усилений и полосы пропускания приёмного тракта, позволяют паспортизовать разнообразные ПЭП, предназначенные для работы с различными дефектоскопами.

-ПЭП возбуждается ударным импульсом отрицательной полярности с амплитудой до 200 В и длительностью не более 100 не на нагрузке 50 Ом. Генератор импульса имеет низкое выходное сопротивление (менее 5 Ом), что избавляет от необходимости включать ПЭП через согласующие цепи.

-Реализовано схемотехническое решение, позволяющее измерить форму импульса возбуждения при нагрузке на ПЭП, для измерения коэффициента двойного преобразования с учетом амплитуды и спектра импульса возбуждения.

-Обеспечены компактные размеры иммерсионной ванны и используются два двигателя при измерении параметров иммерсионных ПЭП.

-Разработаны прижимы, обеспечивающие азимутальный разворот ПЭП и вставок для дефектоскопии рельсов с возможностью оценки угла скоса и комплект отражателей для иммерсионных ПЭП.

-Методика измерений реализуется в виде сценария, то есть описания процесса на уровне перечня процедур с заранее настроенными параметрами.

Рис. 6 - Общий вид системы калибровки АВГУР 5.4.

1Г

'I'li?

т

:

-

чн.

1'ис. 7 - Пример паспорта ПЭП типа П-121-2.5-65

В параграфе 3.5 проведён анализ точности измерения параметров ПЭП разработанной системой по предложенной методике. Измерение параметров ПЭП в системе АВГУР 5.4 выполняется как прямым, гак и косвенным образом. Построена взаимосвязь основных метрологических характеристик системы, функций влияния и основных измеряемых параметров ПЭП, показано влияние погрешности задания или измерения одних параметров на расчет других. В параграфе 3.5.1 рассмотрены различные функции влияния и инструментальные погрешности. Показано что частью из функций влияния можно пренебречь (влияние погрешности перемещения сканера, скорости звука в призме ПЭП), часть учесть по известным формулам (влияние температуры, затухания в стандартном образце). Наиболее существенная функция влияния определяется погрешностью задания скорости звука в образце. Влияние оказывается на угол ввода и время задержки в призме. На Рис. 8 показана погрешность измерения угла ввода в градусах для разных погрешностей задания скорости звука в образце. Можно видеть, что для погрешности задания в 1% для ПЭП с углом ввода 70 градусов возможна погрешность в 2 градуса. Поэтому требуется знать скорость звука в стандартных образцах с погрешностью не хуже чем ±0,5%. Проанализированы инструментальные погрешности измерения частотных, временных, амплитудных характеристик. В параграфе 3.5.3 приводятся результаты экспериментальной оценки погреш-

Номинальный угол, град

ности измерения параметров Рис. 8 - Абсолютная погрешность при измерении угла ПЭП, по результатам анализа по- ввода, в зависимости от ошибки в задании продольной вторяемости и воспроизводимо- скорости звука в стандартном образце.

-гости измерений в соответствии с ИСО 5725-2 на примере изготовления партии из десяти систем. В базовые ячейки заносились коэффициент двойного преобразования, эффективная частота, угол ввода, ширина диаграммы направленности, уровень шума, длительность импульса, время задержки в призме. Полученные данные были подвергнуты проверке па совместимость и наличие выбросов но ИСО 5725-2, построены зависимости, подобные показанной па Рис. 9. По оси абсцисс отложен номер системы, крестиками помечены выбросы, пунктирной линией соединены средние значения, полученной каждой из систем. При анализе показателей можно сделать следующие выводы:

- Пределы погрешностей измерения ширины диаграммы направленности примерно в два раза превышают те же величины для угла ввода.

- Равенство показателей воспроизводимости и повторяемости коэффициента двойного преобразования, эффективной частоты, уровня шума говорит об идентичности приемо-передающих трактов испытанных систем и достаточности нормируемых метрологических характеристик системы для обеспечения пределов воспроизводимости близких к пределам повторяемости.

- Наибольшая разница стандартных отклонений воспроизводимости и повторяемости наблюдается для времени задержки в призме и для стрелы, то есть для этих параметров начинает играть роль систематическая погрешность, связанная с отклонениями скорости звука и точностью изготовления стандартных образцов. Данное предположение подтвердилось при измерении параметров ПЭП одной системой, но на разных образцах. Установлено что угол ввода и ширина диаграммы направленности зависят от номера стандартного образца, подтверждено, что высокая погрешность воспроизводимости времени задержки в призме и стрелы связана с разбросом метрологических характеристик стандартных образцов.

В параграфе 3.5.4 приведены результаты проверки соответствия системы ГОСТ 23702-90, который нормирует пределы погрешностей измерения параметров ПЭП обусловленные погрешностями методов и средств измерения. В таблице 2 при-

Коэффициент двойного преобразования

44 X

43

38 37

Рис. 9 - Значения коэффициен та двойного преобразования для 9 изме-

ведены значения пределов погрешностей измерения для ПЭП класса А (то есть с повышенным уровнем требований к точности) в соответствии с ГОСТ 23702-90 и пределы погрешностей измерения реализуемые системой ЛВГУР 5.4. Все пределы погрешностей не превышают указанных в ГОСТ 23702-90 кроме стрелы. Вообще говоря, ГОСТ 23702-90 нормирует погрешность измерения не стрелы, а отклонения точки ввода Д/, которое системой в автоматическом режиме не измеряется, а в ручном режиме с механизированным перемещением ПЭП и нанесением точки выхода луча, погрешность измерения А/ не может быть больше чем при чисто ручной методике.

В заключение главы приводятся сведения о границах применимости предложенной методики и системы, сведения о внедрении системы ЛВГУР 5.4, примеры практического использования разработанной системы, в частности для изучения полевых характеристик широкозахватных ПЭП, измерения соотношений между характеристиками направленности ПЭП с докритическими углами призмы.

Таблица 2 Пределы погрешности измерения параметров ПЭП

Измеренный параметр Предел погрешности измерений параметров

ГОСТ 23702-90 Система ЛВГУР 5.4

Длительность эхоимпульса, /тах ±7% ± 4 %'

Импульсный коэффициент двойного ±15% ± 15% 2

преобразования, К"и

Эффективная частота, /, ±5% ± 0,5%3

Полоса пропускания, &/ии ±4% ± 1%4

Стрела, 1 ± 0,5 мм ± 1,0 мм

Угол ввода, а до 60° свыше 60° ±0,75° ±1,0° ±0,7° ±1,0°

Время задержки в призме, г ±10% ±5 %5

В четвертой главе решена задача рационального выбора калибруемых параметров ПЭП, необходимых для когерентной визуализации изображений и приведено описание модифицированного алгоритма проекции в спектральном пространстве для

' Для номинальной длительности импульса 2,5 мкс.

2 Не учитывая изменение качества акустического контакта и без учета затухания в образце.

3 Для номинальной частоты 5 МГц.

4 Для номинальной частоты 5 МГц.

5 Для номинального времени задержки в призме 3,4 мкс, исключая систематическую погрешность, связанную с параметрами образца.

восстановления когерентных изображений дефектов по эхоеигналам, измеренным ПЭП, прошедшим калибровку на образце СО-3.

В соответствии с методикой, изложенной в главе 2, измеряется стрела ПЭП I, время нарастания эхосигнала А/та , полоса пропускания &/„„ , рассчитывается угол ввода а и ширина диаграммы направленности, координаты центра пьезопластины ПЭП (xm,zm) относительно передней грани корпуса. Этих данных достаточно для того, чтобы выполнять когерентную обработку, такую как метод ПСП или SAFT. Метод ПСП потребовалось модифицировать с тем, чтобы учитывать предложенный набор параметров ПЭП. Если известны координаты пьезопластины и скорость звука в призме, то перед проведением этапа проекции в спектральном пространстве нужно выполнить перенос поля с линии, соответствующей координате пьезопластины zm на поверхность раздела призмы ПЭП и объекта контроля, а в дальнейшем при расчётах полагать, что чувствительный элемент ПЭП сканировал непосредственно по поверхности объекта контроля. Для такого переноса, как и в алгоритмах главы 2, используется метод угловых спектров, но выполняется перенос поля на другую глубину не в стандартном образце, а в пределах призмы ПЭП, что учитывается значением волнового числа к = Ак//спр где cv - скорость звука в призме с учетом температурного коэффициента.

На практике скорости звука в призме спр и стандартном образце сгЛ могут не быть точно известны, а время задержки в призме, время нарастания импульса, угол ввода измерены с ошибкой. Это приведет к неточному определению xm,zm и, следовательно, к ошибкам при восстановлении изображений дефектов. В параграфе 4.2.2 построены функции влияния на качество изображения - погрешность задания скорости звука в призме, скорости звука в стандартном образце, погрешность измерения времени задержки в призме и времени нарастания импульса, погрешность измерения угла ввода. Для оценки влияния погрешности выполнены расчеты, показывающие степень отклонения времен прихода эхосигналов из области восстановления изображения (ОВИ) для номинального и возмущённого значения влияющего параметра. Критерием работоспособности алгоритма когерентной обработки считалось непревышение максимальным отклонением времен прихода эхосигналов из ОВИ одной восьмой периода колебаний на эффективной частоте ПЭП. Показано, что допустимая погрешность за-

дания скорости звука в призме составляет 5%, влиянием погрешности измерения угла наклона призмы можно пренебречь, а скорость звука в стандартном образце необходимо задавать с погрешностью порядка 0,5%, в противном случае возникает систематическая погрешность восстановления координат дефектов получу. В случае если при пробном восстановлении функции рассеяния точки (ФРТ) в образце СО-3 оказывается, что координата максимума ФРТ по какой-либо причине смещена по глубине от нуля на величину Az, выполняется корректировка времени нарастания импульса А/т„ по критерию совпадения центра блика с пулевой глубиной: Аt'mia = Aimax + 2Az/cMScosa. Таким образом, в качестве автоматически подбираемого параметра фокусировки выступает время нарастания импульса. Если полученная ошибка Дz превышает значение 3/lco.s«, где Ä - длина волны, то можно сделать вывод о том, что допущена неточность при задании или выборе параметров, например, неверно указан тип излучаемой/принимаемой волны.

В параграфе 4.3.1 показана возможность визуализации ФРТ системы восстановления изображения при калибровке ПЭП на СО-3, что позволяет оценивать разрешающую способность системы при использовании конкретного ПЭП и применять информацию о форме ФРТ в алгоритмах автоматизированной обработки изображений дефектов. В параграфах 4.3.2, 4.3.3, 4.3.4 приведены примеры практического применения предложенного алгоритма калибровки, такие как внедрение метода SAFT для визуализации изображений дефектов при использовании раздельно/совмещенного ПЭП, внедрение метода инверсной частотной фильтрации и метода эталонной голограммы для повышения качества изображений дефектов.

Преимущества алгоритма калибровки ПЭП для последующей когерентной обработки данных АУЗК, с применением образца СО-3 в сравнении с СО-2:

- меньшая чувствительность к качеству акустического контакта за счет сокращения апертуры сканирования;

- упрощенная процедура настройки зон сканирования и временной развёртки, отсутствие необходимости выполнения ручного отбора эхосигналов для обработки;

- возможность перехода к контролю объектов с произвольной скоростью звука без перекалибровки и пересчёта параметров фокусировки, а изменением только диапазона углов диаграммы направленности;

-24- при измерении реального положения пластины ПЭП реализуется метод SAFT в системах серии АВГУР, что расширяет их возможности;

- просто учитывается изменение скорости звука в призме и материале в зависимости от температуры;

- эффективно работает метод эталонной голограммы, выполняется пересчёт вида ФРТ для соответствия объекту контроля с требуемыми свойствами.

Недостатками нового алгоритма являются искажающее влияние поверхностной волны для некоторых типов ПЭП и необходимость уменьшения амплитуды зондирующего импульса. Указанные недостатки незначительно снижают потребительские свойства систем с внедрённым алгоритмом калибровки.

С применением описанной методики калибровки параметров ПЭП и метода ПСП, система АВГУР 5.4 может быть также использована как дефектоскоп с когерентной визуализацией изображений дефектов.

В заключении сформулированы результаты работы, перечислены достижения, подтверждающие практическую ценность работы, намечены основные направления совершенствования алгоритмов, методики и аппаратуры для измерения параметров ПЭП.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Разработана и сертифицирована система калибровки ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей АВГУР 5.4 и методика измерения параметров ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей в соответствии с ГОСТ 23702-90, ГОСТ 14782-86, EN 12668-2, DNV OS-FIOl, ASTM Е-1065. Показано, что для измерения параметров контактных ПЭП выполняется автоматизированное измерение набора эхосигналов от цилиндрической поверхности стандартного образца СО-3 или сферической донной поверхности специально разработанного образца. Время на измерение основных 25 параметров ПЭП составляет не более 2 минут.

2. Разработаны и обоснованы алгоритмы расчета диаграммы направленности и угла ввода ПЭП при измерении эхосигналов от цилиндрической донной поверхности, расчета произвольных сечений трёхмерной диаграммы направленности ПЭП и угла скоса при измерении эхосигналов от сферической донной поверхности.

3. Разработан алгоритм приближенного расчета поля излучения иммерсионного ПЭП по эхосигналам от точечного отражателя, измеренным в ближней зоне, позволяющий рассчитать произвольные сечения диаграммы направленности и параметры фокуса

ПЭП, не увеличивая размеров иммерсионной ванны и используя два шаговых двигателя. Размеры иммерсионной ванны составляют 350x250x250 мм.

4. Предложен набор отражателей для иммерсионного режима, в том числе линейный отражатель для измерения параметров широкозахватных ПЭП, позволивший увеличить отношение сигнал/шум па 16 дБ.

5. Показана возможность в 8 раз сократить количество частот и время на вычисления при расчете импульсной диаграммы направленности. При этом среднеквадратичное отклонение рассчитанных импульсных диаграмм направленности не превышает 0,5%.

6. Обоснована достаточность нормируемых метрологических характеристик системы АВГУР 5.4, теоретически и экспериментально исследованы погрешности измерения параметров ПЭП и пределы воспроизводимости, показано, что пределы погрешностей не превышают требований ГОСТ 23702 и составляют, например, для угла ввода 1°, для эффективной частоты 0,5%.

7. Показана высокая степень влияния метрологических характеристик стандартных образцов на погрешность измерения угла ввода, стрелы и времени задержки в призме ПЭП. Так, погрешность задания скоростей звука в стандартных образцах не должна превышать 0,5%.

8. Разработаны и модифицированы алгоритмы когерентной калибровки ПЭП на СО-3 и алгоритмы восстановления когерентных изображений (методы проекции в спектральном пространстве и эталонной голограммы), показана эффективность предложенных алгоритмов для упрощения процедуры калибровки ПЭП и расширения возможностей применения систем серии АВГУР.

9. Показано, что допустимая погрешность задания скорости звука в призме ПЭП при выполнении когерентной калибровки ПЭП на СО-3 составляет 5%.

10. Системы АВГУР 5.4 в количестве 14 шт. и АВГУР-Т в количестве 7 шт. внедрены на ряде Российских предприятий.

11. Разработанные алгоритмы и полезные модели защищены двумя патентами Российской Федерации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ

РАБОТАХ:

1. Базулин А.Е., Базулин Е.Г., Вопилкии А.Х., Тихонов Д.С. Система калибровки ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей АВГУР 5.4. Тезисы 7-ой международной конференции НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ И ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА В ПРОМЫШЛЕННОСТИ. Москва, 2008, сс. 113-114.

2. Andrey Е. Bazulin, Evgeny G. Bazulin, Dmitry S. Tikhonov, Alexey Kh. Vopilkin. Ultrasonic transducers calibration system with 3D processing AUGUR 5.4. Proc. of 17th World Conference on Nondestructive Testing, 2008, Shanghai, China.

3. Базулин A.E. Применение системы калибровки пьезоэлектрических преобразователей АВГУР 5.4 в железнодорожном транспорте. Тезисы XX Петербургской конференции УЗДМ-2009, Санкт-Петербург, 2009, сс. 49-50.

4. Базулин А.Е., Базулин Е.Г., Вопилкин А.Х., Тихонов Д.С. Система калибровки ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей АВГУР 5.4. Часть 1. Описание системы и методики калибровки // Контроль. Диагностика. - №9. - 2009. - сс. 8-18.

5. Базулин А.Е., Базулин Е.Г. Об измерении угла ввода пьезоэлектрического преобразователя на стандартном образце СО-3 // Дефектоскопия. - № 2. — 2010. сс. 56-62.

6. Базулин А.Е. Система калибровки ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей АВГУР 5.4. Часть II. Погрешности измерений // Контроль. Диагностика. -№3. - 2010. - сс. 8-20.

7. Базулин А.Е., Базулин Е.Г., Вопилкин А.Х., Тихонов Д.С. Автоматизированная система для измерения параметров ультразвуковых пьезопреобразователей // В мире НК. - №1 (47). - 2010. - сс. 35-39.

8. Базулин А.Е., Базулин Е.Г. Измерение диаграммы направленности пьезоэлектрических преобразователей на стандартном образце СО-3 // Акустический журнал. -2010.—В печати.

9. Способ определения диаграммы направленности пьезоэлектрического преобразователя. Патент на изобретение (по заявке №2009116385/28(022490) получено положительное решение от 24.07.2010), приоритет от 30.04.2009.

10. Система калибровки ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей. Патент на полезную модель № 8731, приоритет от 30.04.2009.

Подписано в печать 05.10.2010 г. Печать лазерная цифровая Тираж 100 экз.

Типография Aegis-Print 115230, Москва, Варшавское шоссе, д. 42 Тел.: 543-50-32 www.autoref.ae-print.ru

ВВЕДЕНИЕ

1. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (ОБЗОР).

1.1. Теоретические основы расчета ПЭП.

1.2. Применяемые стандарты на измерение параметров ПЭП.

1.3. ПЭП в системах с когерентной обработкой данных.

1.4. Метод проекции в спектральном пространстве.

1.5. Математические алгоритмы для моделирования полей ПЭП.

1.6. Методы и установки для контроля параметров ПЭП.

1.7. Цель и задачи исследования.

2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ.

2.1. Выбор стандартных образцов.

2.2. Расчет диаграммы направленности по эхосигналам от сферических и цилиндрических донных поверхностей.

2.2.1. Допущения и ограничения в принятой модели.

2.2.2. Приближенный расчет поля отражения от цилиндрической донной поверхности.

2.2.3. Результаты численного моделирования.

2.2.4. Модельные эксперименты по расчету диаграммы направленности.

2.2.5. Расчет трехмерной диаграммы направленности.

2.2.6. Пример расчета трехмерной диаграммы направленности.

2.2.7. Сокращение количества частот, используемых при расчете импульсной диаграммы направленности.

2.3. Расчет угла ввода по эхосигналам от цилиндрической донной поверхности.

2.3.1. Перенос отражателя на произвольную глубину.

2.3.2. Сравнение угла ввода, полученного на СО-3 и на СО-2.

2.3.3. Факторы, влияющие на реальную и измеренную диаграмму направленности ПЭП

2.4. Расчет поля ПЭП.

2.5. Общая методика измерения параметров ПЭП.

2.5.1. Система координат.

2.5.2. Измерение параметров импульса.

2.5.3. Измерение параметров призмы и пьезопластины.

2.5.4. Измерение параметров диаграммы направленности и поля.

2.5.5. Выбор параметров регистрации данных и построение сценария калибровки.

-33. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ КАЛИБРОВКИ ПЭП АВГУР 5.4.

3.1. Основные требования к разрабатываемой системе.

3.1.1. Требования предприятий-заказчиков.

3.1.2. Требования в соответствии со стандартами.

3.2. Описание системы.

3.3. Технические характеристики.

3.4. Технические решения, реализованные в системе калибровки.

3.5. Анализ погрешностей измерения параметров.

3.5.1. Оценка инструментальных погрешностей и функций влияния.

3.5.1.1 Измерение параметров сигнала.

3.5.1.2 Функция влияния скорости звука в стандартном образце.

3.5.1.3 Функция влияния температуры.

3.5.1.4 Функция влияния затухания в образце.

3.5.1.5 Функция влияния скорости звука в призме.

3.5.1.6 Функция влияния погрешности измерения координаты ПЭП.

3.5.1.7 Погрешность измерения частоты.

3.5.1.8 Погрешность при измерении абсолютной чувствительности.

3.5.1.9 Погрешность измерения времени задержки в призме.

3.5.1.10 Погрешность измерения стрелы.

3.5.2. Экспериментальные результаты измерения параметров ПЭП.

3.5.3. Эксперимент по оценке повторяемости и воспроизводимости.

3.5.4. Проверка выполнения требований ГОСТ 23702-90.

3.5.5. Выводы по анализу погрешностей.

3.6. Границы применимости.

3.7. Сведения о внедрении.

3.7.1. Внедрение в ОАО «ВМЗ».

3.7.2. Внедрение в ОАО «РЖД».

3.7.3. Внедрение в ФГУ«НУЦСК».

3.7.4. Соотношение диаграмм направленности для ПЭП с докритическим углом призмы

3.8. Выводы.

4. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ КАЛИБРОВКИ ПЭП В СИСТЕМАХ АУЗК СЕРИИ АВГУР.

4.1. Когерентная калибровка на СО-2.

4.2. Когерентная калибровка на СО-3.

4.2.1. Модификация алгоритма ПСП.

4.2.2. Построение функций влияния.

4.2.3. Проверка алгоритма на модельных данных.

4.3. Результаты внедрения алгоритма калибровки на СО-3.

-44.3.1. Определение функции рассеяния точки.

4.3.2. Внедрение метода SAFT.

4.3.3. Калибровка прямого ПЭП с длинным импульсом.

4.3.4. Внедрение метода эталонной голограммы.

4.4. Выводы.

Акустический метод контроля занимает доминирующее положение при выполнении неразрушающего контроля множества объектов. Его преимущества - мобильность, гибкость, высокая чувствительность к дефектам различных типов, безопасность для оператора. Информативность акустического метода обеспечивается возможностью измерения значительного числа величин - амплитуды, фазы и спектрального состава рассеянных волн, скорости звука и ее дисперсии, коэффициентов поглощения и рассеяния звука. Наиболее широко применяется ультразвуковой метод акустического неразрушающего контроля, с использованием акустических колебаний ультразвукового диапазона.

В свою очередь характеристики и возможности аппаратуры ультразвукового контроля определяются, как правило, параметрами первичных преобразователей механической энергии в электрическую и наоборот. Наиболее широкое распространение получили пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП). Проведение контроля по определенной методике предполагает взаимозаменяемость типовых ПЭП, поэтому очевидна необходимость измерения параметров ПЭП и их контроля на стадии изготовления экспериментальных, опытных и серийных образцов, входной проверки и периодической поверки в процессе эксплуатации.

Задача существенного улучшения качества промышленной продукции, а, следовательно, повышения надежности и долговечности машин и механизмов может быть успешно решена при условии совершенствования производства и методов контроля качества продукции. Повышение качества продукции невозможно без совершенствования методов и средств измерений, испытаний и контроля. В связи с этим метрология, как наука об измерениях, играет важную роль в развитии науки и техники, в частности в области ультразвукового неразрушающего контроля.

Количество ПЭП, ежегодно вводимых в эксплуатацию для ультразвукового контроля, очень велико. Так для эксплуатации в составе штатных средств дефектоскопии рельсов в одной только Московской железной дороги в год закупается порядка 10 ООО ПЭП, крупный металлургический комбинат требует замены свыше 2000 ПЭП в год. В то же время брак в партии ПЭП может достигать и 30%. Необходимо измерение параметров ПЭП и при приемочном и эксплуатационном контроле. Требования к квалификации специалистов, выполняющих приемочный и периодический контроль ПЭП достаточно высоки. Существующие стандарты на измерение параметров ПЭП предполагают длительную многоступенчатую процедуру измерений с применением нескольких приборов. Для оснащения лаборатории, проводящей контроль параметров ПЭП, требуется дорогостоящее оборудование. Поэтому актуальна задача создания универсальной автоматизированной системы, позволяющей оперативно выполнять измерение параметров ПЭП с минимальным субъективным участием оператора. В то же время требования к перечню измеряемых параметров ПЭП разнятся на отдельных предприятиях, поэтому разрабатываемая система должна быть настраиваемой под конкретные требования.

Взаимодействие отечественных производителей металлопродукции с зарубежными заказчиками выдвигает требования на соблюдение международных стандартов при изготовлении продукции, поставляемой за рубеж. При соблюдении стандартов на ультразвуковой контроль изделий особое внимание уделяется вопросу контроля параметров ПЭП. Наличие прибора, позволяющего выполнять измерение параметров ПЭП в соответствии с международными стандартами достаточно актуально.

Калибровка ПЭП является обязательным этапом подготовки к проведению АУЗК системами с когерентной обработкой данных АВГУР. При калибровке помимо параметров, определяющих допустимость применения ПЭП для проведения АУЗК, определяются параметры, специфические для проведения когерентного восстановления изображения отражателей в объекте контроля. Упрощение и автоматизация процедуры калибровки ПЭП в системе с когерентной обработкой данных за счет перехода от стандартного образца СО-2 к стандартному образцу СО-3 является актуальной задачей, поскольку позволяет ускорить процедуру, снизить количество ошибок операторов и расширить возможности применения когерентной визуализации изображений дефектов.

Целью исследования является обеспечение высокой воспроизводимости и производительности измерения параметров пьезоэлектрических преобразователей для ультразвукового контроля за счет создания универсального мобильного прибора, алгоритмов и программного обеспечения для оперативного измерения стандартизованных параметров ПЭП, а также дополнительных параметров ПЭП, используемых в системах ультразвукового контроля с когерентной обработкой данных. Достижение поставленной цели обеспечивалось выполнением работ в следующих направлениях:

• Разработка и обоснование методики измерения параметров ПЭП в соответствии с требованиями действующих стандартов, с применением вновь создаваемых средств.

• Теоретическое и экспериментальное обоснование точности измерения параметров ПЭП по разработанной методике.

Научная новизна:

• Впервые предложены и обоснованы алгоритмы приближенного расчета произвольных сечений трехмерной диаграммы направленности при измерении эхосигналов от сферической донной поверхности, приближенного расчета диаграммы направленности в основной плоскости и угла ввода ПЭП при измерении эхосигналов от цилиндрической донной поверхности образца СО-3.

• Впервые разработан и обоснован приближенный расчет параметров фокуса ПЭП методом угловых спектров по измеренному рассеянному полю от элементарного отражателя в ближней зоне.

• С применением методов когерентной обработки данных разработана, теоретически и экспериментально обоснована методика измерения параметров контактных ПЭП на единственном образце с цилиндрической или цилиндрической донной поверхностью, объединяющая требования Российских и международных стандартов.

• Разработан алгоритм когерентной калибровки ПЭП на стандартном образце СО-3, модифицированы алгоритм проекции в спектральном пространстве и метод эталонной голограммы для проведения когерентной обработки данных автоматизированного ультразвукового контроля при выполнении калибровки ПЭП на СО-3.

Практическая ценность:

• Разработана и выпущена серийно универсальная система калибровки ультразвуковых пьезопреобразователей АВГУР 5.4, позволяющая при выполнении однократного автоматизированного измерения на одном стандартном образце: о выполнять измерение параметров контактных и иммерсионных ПЭП, в соответствии с ГОСТ 23702-90, ГОСТ 14782-86, ЕК 12668-2, БЫУ ОБ-Р101, АБТМ-Е 1065 без применения дополнительного оборудования; о значительно сократить время проведения измерений (до двух минут на ПЭП), упростить процедуру, снизить требования к квалификации оператора.

• Система прошла испытания типа средств измерений, внесена в Государственный реестр средств измерений. Система АВГУР 5.4 внедрена на ряде предприятий Российской Федерации.

• Разработаны и внедрены алгоритмы когерентной калибровки ПЭП на СО-3 в системах автоматизированного ультразвукового контроля АВГУР. Благодаря этому: о упрощается процедура калибровки, снижается влияние субъективного фактора; о расширяются возможности применения методов когерентной обработки данных ультразвукового контроля (при когерентной обработке выполняется учет излучения и приема продольных и поперечных волн одной и той же пластиной, упрощается процедура настройки на изменившуюся скорость распространения ультразвука в объекте контроля, возможна калибровка с применением сложных сигналов или импульсов со многими периодами).

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на

7-ой международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности». Москва. 2008;

17th World Conference on Nondestructive Testing, 25-28 Oct 2008, Shanghai, China; XX Петербургской конференции «Ультразвуковая дефектоскопия металлов УЗДМ-2009», Санкт-Петербург, 2009; 10th European Conference on Nondestructive Testing, 7-12 Jun 2010, Moscow, Russia;.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Базулин А.Е., Базулин Е.Г., Вопилкин А.Х., Тихонов Д.С. Система калибровки ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей АВГУР 5.4 . Тезисы 7-ой международной конференции НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ И ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА В ПРОМЫШЛЕННОСТИ. Москва, 2008, с. 113-114.

2. Andrey Е. Bazulin, Evgeny G. Bazulin, Dmitry S. Tikhonov, Alexey Kh. Vopilkin. Ultrasonic transducers calibration system with 3D processing AUGUR 5.4. Proc. of 17th World Conference on Nondestructive Testing , 2008, Shanghai, China.

3. Базулин A.E. Применение системы калибровки пьезоэлектрических преобразователей АВГУР 5.4 в железнодорожном транспорте. Тезисы XX Петербургской конференции УЗДМ-2009, Санкт-Петербург, 2009, с. 49-50.

4. Базулин А.Е., Базулин Е.Г., Вопилкин А.Х., Тихонов Д.С. Система калибровки ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей АВГУР 5.4. Часть I. Описание системы и методики калибровки. // Контроль. Диагностика. №9, 2009. с. 8-18.

5. Базулин А.Е., Базулин Е.Г. Об измерении угла ввода пьезоэлектрического преобразователя на стандартном образце СО-3. // Дефектоскопия, № 2,2010. с. 56-62.

- 106. Базулин А.Е. Система калибровки ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей АВГУР 5.4. Часть И. Погрешности измерений. // Контроль. Диагностика, №3,2010. сс. 8-20.

7. Базулин А.Е., Базулин Е.Г., Вопилкин А.Х., Тихонов Д.С. Автоматизированная система для измерения параметров ультразвуковых пьезопреобразователей. // В мире НК, №1(47), 2010, сс. 35-39.

8. Базулин А.Е., Базулин Е.Г. Измерение диаграммы направленности пьезоэлектрических преобразователей на стандартном образце СО-3. // Акустический журнал, 2010. В печати.

Результаты работы защищены авторскими свидетельствами:

1. Способ определения диаграммы направленности пьезоэлектрического преобразователя. Патент на изобретение (по заявке №2009116385/28(022490) получено положительное решение от 24.07.2010), приоритет от 30 апреля 2009 года.

2. Система калибровки ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей. Патент на полезную модель № 8731, приоритет от 30 апреля 2009 года.

В первой главе дается обзор и характеристика применяемых методов численного и аналитического расчета параметров ПЭП, методов экспериментального измерения параметров ПЭП, анализируются отечественные и зарубежные стандарты на измерение параметров ПЭП, дается обзор существующих установок для выполнения измерения параметров ПЭП, проанализирована специфика требований к ПЭП, используемым в системах с когерентной обработкой данных, приведено описание алгоритма проекции в спектральном пространстве (ПСП), реализующего когерентное восстановление изображения, и описание метода эталонной голограммы (МЭГ), повышающего качество восстанавливаемого изображения. Описаны используемые в исследовании методы моделирования. В заключение первой главы сформулированы цель и основные задачи исследования.

Во второй главе разработана методика измерения параметров ПЭП, которая требует использования только образцов с цилиндрической или сферической донной поверхностью для контактных ПЭП. Обосновано применение таких образцов для измерения большинства параметров ПЭП. Подробно описаны оригинальные методы измерения параметров ПЭП. Используя приближенный расчёт поля в фокальной области полуцилиндра после отражения от цилиндрической донной поверхности, приводится обоснование возможности представления этого поля, как поля элементарного источника, расположенного в фокальной области, из чего делается вывод о возможности разложения многочастотных голограмм в спектр плоских волн, то есть расчета диаграммы направленности ПЭП. Описан алгоритм расчета произвольного сечения трехмерной диаграммы направленности при измерении эхосигналов на плоской поверхности образца со сферической донной поверхностью при замене полусферы на мнимый точечный отражатель, находящийся в центре симметрии. Приводится описание, теоретическое и экспериментальное обоснование алгоритма, позволяющего рассчитать поле ПЭП на произвольной глубине и угол ввода ПЭП в соответствии с ГОСТ 14782-86 при измерении эхосигналов на плоской поверхности цилиндрического образца. Проанализированы различные факторы, влияющие на диаграмму направленности ПЭП, и показано, как учесть данные факторы в предлагаемом алгоритме расчёта диаграммы направленности. Приведено описание алгоритма, позволяющего восстанавливать трёхмерное поле иммерсионного ПЭП по измерениям голограмм от элементарного отражателя в ближней зоне и рассчитывать по этому полю параметры фокуса ПЭП. Описаны основные положения общей методики измерения параметров ПЭП, основанной на построении сценария проведения измерений, указаны принципы задания параметров контроля и автоматизации процесса, кратко описана процедура измерения и расчёта параметров ПЭП в конкретной реализации методики программным обеспечением системы АВГУР 5.4.

В третьей главе приведено описание технических требований, предъявленных к разрабатываемой системе калибровки ПЭП АВГУР 5.4, даётся краткое описание разработанной системы, её технические характеристики и описание основных оригинальных технических решений, реализованных в системе. Указаны основные отличия системы АВГУР 5.4 от систем предыдущего поколения. Приведены результаты экспериментальной оценки погрешности измерения основных параметров ПЭП, построены функции влияния, выполнен анализ повторяемости и воспроизводимости. Приведены сведения о внедрении системы АВГУР 5.4.

В четвертой главе решена задача выбора параметров ПЭП, необходимых для когерентной визуализации изображений дефектов по данным автоматизированного ультразвукового контроля. Показана эффективность применения образца СО-3 и преимущества в сравнении с СО-2 для измерения этих параметров, приведено описание модифицированного алгоритма проекции в спектральном пространстве. Приведён анализ погрешности измерения координат отражателей по восстановленным когерентно изображениям и описаны различные функции влияния. Приведены примеры практического применения предложенного алгоритма калибровки на СО-3 для задач, решаемых системами АВГУР.

- 12В заключении сформулированы результаты работы, перечислены достижения, подтверждающие практическую ценность работы, намечены основные направления совершенствования методики измерения параметров ПЭП и системы АВГУР 5.4.

В приложениях приводятся копия сертификата типа средств измерений систем АВГУР 5.4, подробные сведения о системе АВГУР 5.4, сведения о внедрении.

Автор считает своим долгом упомянуть о том, что инициатором гармонизации стандартов на измерение параметров ПЭП и создания установки для автоматизированного измерения параметров был Игорь Николаевич Ермолов, и выразить признательность Анатолию Константиновичу Гурвичу в марте 2008 года предложившему подготовить данную диссертацию, Алексею Харитоновичу Вопилкину, давшему возможность выполнить эту работу практически без отрыва от производства, Владимиру Григорьевичу Бадаляну, руководившему подготовкой работы в целом, Вадиму Николаевичу Данилову, давшему ряд ценных замечаний при подготовке рукописи, Александру Федоровичу Захарову, настоявшему на создании системы калибровки нового поколения и испытавшему сложности внедрения новой методики и оборудования, Евгению Геннадиевичу Базулину за помощь в трудные минуты, всему коллективу ООО «НПЦ «ЭХО+» и своей жене.

5.1. Основные результаты работы

1. Разработана и сертифицирована система калибровки ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей АВГУР 5.4 и методика измерения параметров ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей в соответствии с ГОСТ 23702-90, ГОСТ 14782-86, ЕЙ 12668-2, БЫУ 08-РЮ1, А8ТМ Е-1065. Для измерения параметров контактных ПЭП выполняется измерение единственного набора эхосигналов от цилиндрической поверхности стандартного образца СО-3 или сферической донной поверхности. Время на измерение основных 25 параметров ПЭП составляет не более 2 минут.

2. Разработаны и обоснованы алгоритм расчета диаграммы направленности и угла ввода ПЭП при измерении эхосигналов от цилиндрической донной поверхности, расчета произвольных сечений трёхмерной диаграммы направленности ПЭП при измерении эхосигналов от сферической донной поверхности.

3. Разработан алгоритм приближенного расчета поля излучения иммерсионного ПЭП по эхосигналам от точечного отражателя, измеренным в ближней зоне, позволяющий рассчитать произвольные сечения диаграммы направленности и параметры фокуса ПЭП, не увеличивая размеров иммерсионной ванны и используя два шаговых двигателя. Размеры иммерсионной ванны составляют 350x250x250 мм.

4. Предложен набор мишеней для иммерсионного режима, в том числе линейный отражатель для калибровки широкозахватных ПЭП, позволивший увеличить отношение сигнал/шум с 0 до 16 дБ.

5. Показана возможность на порядок сократить количество частот и время на вычисления при расчете импульсной диаграммы направленности. При этом среднеквадратичное отклонение рассчитанных импульсных диаграмм направленности не превышает 0,5%.

- 1266. Обоснована достаточность нормируемых метрологических характеристик системы АВГУР 5.4, теоретически и экспериментально исследованы погрешности измерения параметров ПЭП, показано, что пределы погрешностей не превышают требований ГОСТ 23702 и составляют, например, для угла ввода 1°, для эффективной частоты 0,5%.

7. Показана высокая степень влияния метрологических характеристик стандартных образцов на погрешность измерения угла ввода, стрелы и времени задержки в призме ПЭП. Так, погрешность задания скоростей звука в стандартных образцах не должна превышать 0,5%.

8. Показано, что допустимая погрешность задания скорости звука в призме ПЭП при выполнении когерентной калибровки ПЭП на СО-3 составляет 5%,

9. Разработаны и модифицированы алгоритмы когерентной калибровки ПЭП на СО-3 и алгоритмы восстановления когерентных изображений (методы проекции в спектральном пространстве и эталонной голограммы) в автоматизированных системах ультразвукового контроля с когерентной обработкой данных серии АВГУР, показана эффективность предложенных алгоритмов для упрощения процедуры калибровки ПЭП и расширения возможностей применения систем серии АВГУР.

10. Системы АВГУР 5.4 в количестве 14 шт. и АВГУР-Т в количестве 7 шт. внедрены на ряде Российских предприятий.

11. Разработанные алгоритмы и полезные модели защищены двумя патентами РФ.

11.1. Практическая ценность работы

Разработана и выпущена серийно система калибровки ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей АВГУР 5.4, занесенная в государственный реестр средств измерений под номером 36623-07, сертификат RU-C.27.003.А № 30200.

Система АВГУР 5.4 применяется для приемки серийных и экспериментальных ПЭП, применяемых в системах, выпускаемых НПЦ «ЭХО+». Системы АВГУР 5.4 поставлены и применяются в ОАО «Выксунский металлургический завод», ФГУ НУЦСК при МГТУ им Н.Э. Баумана. Система АВГУР 5.4 прошла модернизацию и ведомственные испытания в Департаменте пути и сооружений ОАО «РЖД», поставлены десять систем. Применение системы АВГУР 5.4 позволяет: • выполнять измерение параметров ПЭП в соответствии с ГОСТ 23702-90, ГОСТ 14782-86, ЕЙ 12668-2, БЫУ 08-П01, АБТМ-Е 1065 без применения дополнительного оборудования;

• значительно сократить время проведения измерений (до двух минут на ПЭП), упростить процедуру, снизить требования к квалификации оператора.

Разработаны и внедрены алгоритмы калибровки ПЭП на СО-3 и последующей когерентной обработки данных в системах автоматизированного ультразвукового контроля серии АВГУР. Благодаря этому:

• упрощается процедура калибровки, снижается влияние субъективного фактора;

• расширяются возможности применения методов когерентной обработки данных ультразвукового контроля (при когерентной обработке выполняется учет излучения и приема продольных и поперечных волн одной и той же пластиной, упрощается процедура настройки на изменившуюся скорость распространения ультразвука в объекте контроля, возможна калибровка с применением сложных сигналов или импульсов со многими периодами).

Системы серии АВГУР-Т, в которых реализована калибровка ПЭП на образце СО-3, поставлены и эксплуатируются в ООО «НПЦ «Эхо+», ЗАО «Промгазинжиниринг», ЗАО «НПЦ «Молния», ООО «Газпром газнадзор» для диагностики газопроводов.

11.2. Перспективы дальнейших исследований

Некоторые возможные пути совершенствования предложенных в диссертации алгоритмов и аппаратуры заключаются в следующем:

• Дополнение перечня определяемых параметров ПЭП в соответствии с требованиями предприятий.

• Введение функции расчета параметров ПЭП и выдачи паспорта для изменившихся условий проведения контроля (толщина изделия, скорость звука и затухание, температура окружающей среды), что может быть полезно при разработке методик контроля.

• Уменьшение погрешности измерения некоторых параметров за счет автоматического повторения процедуры калибровки с усреднением результатов.

• Введение цифровой фильтрации эхосигналов для исследования влияния фильтров на параметры ПЭП, важные для задач УЗК.

• Добавление свойств функции рассеяния точки в число критериев пригодности ПЭП для проведения АУЗК с когерентной визуализации несплошностей.

• Предложенное программно-аппаратно-методическое решение может быть использовано для измерения основных характеристик электромагнитоакустических (ЭМА) преобразователей, при условии доработки приёмо-передающего тракта системы.

- 128

- 1255. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе изложена постановка и решение задачи создания алгоритмов и технических средств для оперативного измерения и контроля параметров ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, предназначенных для работы в составе ультразвуковых дефектоскопов, в том числе систем автоматизированного ультразвукового контроля с когерентной обработкой данных. Предложен комплекс решений, позволяющий при использовании единственного прибора и единственного образца выполнить измерение большинства параметров ПЭП в соответствии с отечественными и международными стандартами.

1. Харкевич А.А., Теория электроакустических преобразователей. Волновые процессы. М.: Наука, 1976. 254 с.

2. Ермолов И.Н. Теория и практика неразрушающего контроля. М: Машиностроение, 1981,240 с.

3. Мельканович А.Ф. Формирование пьезоэлектрическими преобразователями импульсов заданной формы. Дефектоскопия, 1980, № 12, с. 88-92.

4. Гурвич А.К., Ермолов И.Н. Ультразвуковой контроль сварных швов. Киев: Техника, 1972, 457 с.

5. Домаркас В. И., Кажис Р.И., Ю. Контрольно измерительные пьезоэлектрические преобразователи. Вильнюс: Минтис. 1975.

6. Мельканович А.Ф. Исследование переходных характеристик пьезокерамического преобразователя. Дефектоскопия, 1979, № 12, с. 24-28.

7. Redwood М. A Study of Waveforms in the Generation and Detection of Short Ultrasonic Pulses. Appl. Mat. Research, 1963, V.2, p. 76-84.

8. Мэзон У. (ред) Методы и приборы ультразвуковых исследований. Ч. А, Б. т. 1. М: Мир, 1966.

9. Ультразвуковые пьезопреобразователи для неразрушающего контроля. Под общ. ред. И.Н. Ермолова. М.: Машиностроение, 1986, 280 с.

10. Крауткремер Й., Крауткремер Г. Ультразвуковой контроль материалов / Пер. с нем. -М.: Металлургия, 1991. 751 с.

11. Ермолов И.Н., Вопилкин А.Х., Бадалян В.Г. Расчёты в ультразвуковой дефектоскопии. М. НПЦ «ЭХО+», 2000. 108 с.

12. Бархатов В.А. Расчет ультразвукового поля преобразователя в импульсном режиме. — Дефектоскопия, 2005, № 7, с. 3 12.

13. L. Mazeika, М. Gresevicius. The fast technique for calculation of ultrasonic field of rectangular transducer. ULTRAGARSAS (ULTRASOUND), Vol. 63, No. 4, 2008. pp. 52-56.

14. C. Nagaswaran, C.R.A. Schenider, C.R. Bird. Sound field modeling using SumulUS, Insight v. 50 No 5, 2008. pp. 258-263.

15. B. Henning, J. Rautenberg, C. Unverzagt, A. Schroder, S. Olfert. Computer-assisted design of transducers for ultrasonic sensor systems. Meas. Sci. Technol. 20 (2009), 124012.

16. Ginzel E. NDT Modelling An Overview. Proc. of Conférence on Modelling in NonDestructive Testing May 2007- Pretoria, South Africa. http://www.ndt.net/article/modellingNDT2007/2.pdf

17. Данилов B.H. Формулы акустического тракта дефектоскопа с прямым преобразователем в приближении геометрической акустики. Дефектоскопия, 1986, № 11, с. 24-27.

18. Данилов В.Н. К вопросу о расчете эхосигнала от плоскодонного отверстия для прямых преобразователей. — Дефектоскопия, 2007, № 11, с. 23-33.

19. Данилов В.Н. К расчету акустического тракта для прямых преобразователей и плоскодонного отверстия произвольной ориентации. — Дефектоскопия, 2008, № 6, с. 51 — 61.

20. Данилов В.Н. К расчету акустического поля наклонного ПЭП в дальней зоне. Дефектоскопия, 2009, № 12, с. 36-51.

21. Данилов В.Н. К вопросу о расчете акустического поля прямого преобразователя с пьезопластинами различных форм. Дефектоскопия, 2004, № 2, с. 3 - 13.

22. Ермолов И.Н. Измерение величины дефектов изделий по амплитуде ультразвукового сигнала. Заводская лаборатория, 1960, т.26, № 4, с. 447-451.

23. Krautkramer J. Détermination of the size of defects by ultrasonic impulse echo method. -Br. J. Appl. Phys., 1959, № 10, p. 240-245.

24. Ермолов И.Н., Щербинский В.Г. Об использовании АРД-диаграмм при контроле наклонными искателями. Дефектоскопия. 1970. № 6. с. 41 — 46.

25. Воронков В.А., Основные закономерности поведения АРД-диаграмм в ближней и переходной зонах совмещенного преобразователя. Дефектоскопия, 2007, № 3, с. 41 - 48.

26. Данилов В.Н., Ермолов И.Н. К вопросу о расчете АРД-диаграмм. Дефектоскопия,2000, № 7, с. 36-43.

27. Данилов В.Н., Ермолов И.Н. Расчет АРД-диаграммы по максимуму эхосигнала. -Дефектоскопия, 2000, № 12, с. 35-42.

28. Сумбатян М.А, Дружинина И.Д. Расчет АРД-диаграммы наклонного преобразователя. Дефектоскопия, 1990, № 7, с. 90-91.

29. Данилов В.Н., Воронков В.А. О построении АРД-диаграмм. В Мире НК, № 2 (12),2001, с. 20-22.

30. Гусаров В.Р., Перлатов В.Г. Антипин В.Е. Структурная схема дефектоскопа общего назначения. Дефектоскопия. 1984. № 12. С. 55-67.

31. Воронков В.А., Данилов В.Н. К вопросу об эталонировании чувствительности ультразвукового контроля с использованием АРД-диаграмм. — Дефектоскопия. 2001. № I.e. 56-60.

32. Данилов В.Н. Программа компьютерного построения АРД-диаграмм и шкал «АРД-УНИВЕРСАЛ+». Дефектоскопия, 2006, № 9. с. 26 - 30.

33. Данилов В.Н., Программа компьютерного моделирования работы электроакустических трактов дефектоскопов «Импульс+». Дефектоскопия, 2006, № 3, с. 37-43.

34. Воронков В.А., Ермолов И.Н. Диаграмма направленности наклонных преобразователей.-Дефектоскопия. 1990. №. 5. С. 80 — 82.

35. Дианов Д.Б. Исследование направленности призматических преобразователей. -Дефектоскопия. 1965, №2, с 8-22.

36. Гребенник B.C., Тайц М.З. Расчет диаграммы направленности призматического искателя. Дефектоскопия. 1981. №. 1. С. 87-99.

37. Ермолов И.Н., Басацкая JI.B. К вопросу экспериментального измерения диаграмм направленности преобразователей. Дефектоскопия. 1989. № 4. С. 23 - 28.

38. Ермолов И.Н., Вятсков И.А. Басацкая Л.В. Прохождение ультразвука через границу оргстекло-сталь при докритических углах. — Дефектоскопия. 1983. №. 6. сс. 93 — 96.

39. Карпельсон А.Е. Ультразвуковой преобразователь формирующий заданную диаграмму направленности. Дефектоскопия. 1988. №7. сс. 69-75.

40. Н. Wüstenberg, A. Erhard, G. Schenk. Some Characteristic Parameters of Ultrasonic Phased Array Probes and Equipments. NDT.net. April 1999, Vol. 4, No. 4.

41. ASTM E 2491 "Standard Guide for Evaluating Performance Characteristics of PhasedArray Ultrasonic Testing Instruments and Systems".

42. Неразрушающий контроль: Справочник, в 7.т. под общ. Ред. В.В. Клюева. Т.З: Ультразвуковой контроль/И.Н.Ермолов, Ю.В. Ланге. М.: Машиностроение, 2004. 864 с.

43. Гурвич А.К., Кузьмина Л.И. Справочные диаграммы направленности искателей ультразвуковых дефектоскопов. Киев: Техника, 1980, 103 с.

44. ГОСТ 26266-90. Преобразователи ультразвуковые. Общие технические требования

45. Гитис М.Б. О контроле качества ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей. Дефектоскопия. 1984, №1, сс. 74-81.

46. ГОСТ 23702-90. Преобразователи ультразвуковые. Методы испытаний.

47. ЕВРОПЕЙСКИЙ СТАНДАРТ. EN 12668-2:2001. Неразрушающий контроль. Характеристика и проверка ультразвукового оборудования. Часть 2. Преобразователи.

48. ASTM-E 1065 "Standard Guide for Evaluating. Characteristics of Ultrasonic Search Units".

49. ГОСТ 14782-86 «Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые»

50. Межотраслевой стандарт DNV OS-FlOl, 2000.

51. Ермолов И.Н. Основные характеристики пьезопреобразователей и их метрологическое обеспечение. Дефектоскопия, 2003, № 4. сс. 6-10.

52. Методика калибровки МК 07.56-2006. Преобразователи пьезоэлектрические для ультразвукового контроля объектов железнодорожного транспорта.

53. Гурвич А.К., Кусакин H.A. О допустимом разбросе числовых характеристик диаграммы направленности наклонных преобразователей. Дефектоскопия. 1984. №11. С. 60 - 66.

54. Базулин Е.Г., Базулин А.Е., Коваль Д.А., Тихонов Д.С. Ультразвуковой контроль толстостенных аустенитых сварных соединений с узкой разделкой в рамках проекта ИТЕР. В мире НК, 2009, № 4(46), сс. 30-35.

55. Системы акустического изображения. / Пер. с англ.; Под. Ред. Г. Уэйда. — JL: Судостроение, 1981. 240 с.

56. Бадалян В.Г. Применение акустической голографии в дефектоскопии. -Дефектоскопия. 1987. № 7. С. 39 56.

57. Бадалян В.Г., Базулин Е.Г., Вопилкин А.Х., Кононов Д.А., Самарин П.Ф. Тихонов Д.С. Ультразвуковая дефектометрия металлов с применением голографических методов / под. ред. А.Х. Вопилкина. М.: Машиностроение, 2008. 368 с.

58. Langenberg, K.J., Schmitz, V. Generalized Tomography as a United Approach to Linear Inverse Scattering: Theory and Experiment. Acoustical Imaging. - 1985, Vol. 14, pp. 283-294.

59. Плис А.И., Бабин M.B., Железняков B.A. К вопросу о прямом восстановлении пространственной структуры акустических источников. — Письма в ЖТФ, 1981, Т. 8, № 2, с. 83-86.

60. Буров В.А., Горюнов A.A., Сасковец A.B., Тихонова Т.А. Обратные задачи рассеяния в акустике (обзор). Акустический журнал, 1986, Т. 32, Вып. 4, с. 433-449.

61. Осетров A.B. Реконструктивная акустическая томография: Учеб. пособие / ГЭТУ.Спб., 1998, 64 с.

62. Бадалян В.Г., Базулин Е.Г. Цифровое восстановление рассеивателей методом проекции в спектральном пространстве. — Акустический журнал, 1988, Т. 34, Вып. 2, с. 222-231.

63. Козлов В.Н., Самокрутов А.А., Яковлев Н.Н., Ковалев А.В., Шевалдыкин В.Г. Акустическая В- и С-томография крупноструктурных материалов импульсным эхо-методом. Приборы и системы управления, 1989, № 7, с. 21-23.

64. Ciorau, P., Gray, D., Daks, W.: "Phased Array Ultrasonic Techniques Contribution to Engineering Critical Assessment (EC A) of Economizer Piping Welds", ndt.netvol. 11, no.5 (May 2006) /6th NDE Nucl-Budapest-Oct.2007.

65. Качанов Е.И., Пигулевский Е.Д., Яричин E.M. Методы и средства гидроакустической голографии-Л.: Судостроение, 1989. 256 с.

66. Сапожников О.А., Пономарев А.Е., Смагин М.А. Нестационарная акустическая голография для реконструкции колебательной скорости поверхности акустических излучателей. Акуст. журнал, 2006, Т52, №3, с. 385-392.

67. Перрен A.A., Пигулевский Е.Д. Влияние размеров преобразователей на разрешающую способность голографического звуковидения. Изв. ЛЭТИ, вып. 168, 1975, с. 110-119.

68. Люткевич A.M., Жуков А.В., Самокрутов А.А., Шевалдыкин В.Г. Акустические поля малоапертурных преобразователей. Поперечные волны излучаемые источником нормальной силы. Контроль. Диагностика № 4, 2004, с. 23-30.

69. Люткевич A.M. Выбор параметров системы ручного томографического контроля сварных швов. Контроль. Диагностика, № 5, 2004, с. 23-30.

70. F. Lingvall, Time-domain reconstruction methods for Ultrasonic Array Imaging A statistical approach, PhD Thesis, Uppsala University, 2004, p. 193. http://heim.ifi.uio.no/fl/publ.shtml]

71. Базулин A.E., Базулин Е.Г., Коваль Д.А.Применение схемы ТАНДЕМ для восстановления вертикально ориентированных трещин методом SAFT. Дефектоскопия, 2009, №7, с. 13-26.

72. Бадалян В.Г., Вопилкин А.Х. Компьютерные системы для ультразвукового неразрушающего контроля. — Дефектоскопия, 1993, № 5, с. 7-13.

73. Тихонов Д.С. Основные этапы автоматизированного УЗК с определением размеров дефектов системами серии «АВГУР». В мире НК, № 3 (33), 2006. с. 24-28.

74. Бадалян В.Г., Базулин Е.Г., Вопилкин А.Х., Тихонов Д.С. Использование трансформированных волн для получения изображения вертикальных трещин по многочастотным акустическим голограммам. — Дефектоскопия, 1993, № 6, с. 3-9.

75. Devaney A J. Fundamental limitation inverse source and scattering problem in NDT. -Review of progress in quantitative nondestructive évaluation, 1986, vol. 5A, p. 303-317.

76. Бадалян В.Г., Базулин Е.Г. Улучшение качества изображения дефектов при восстановлении акустических голограмм. Дефектоскопия, 1987, № 11, с. 76 - 80. ,

77. Борн М., Вольф Э. Основы оптики: Пер. с англ. Изд.2, испр. М.: Наука, 1973. 720 с.

78. Базулин Е.Г., Коколев С.А., Голубев А.С. Применение ультразвуковой антенной решетки для регистрации эхосигналов методом двойного сканирования для получения изображений дефектов. — Дефектоскопия, 2009, №2. с.18-32.

79. Мельканович А.Ф., Арбит И.И. Измерение собственных параметров промышленных преобразователей. Дефектоскопия, 1983, № 9, с. 3 - 11.

80. Мельканович А.Ф., Кушкулей JI.M., Арбит И.И., Пябус Г.В. Измерение акустических характеристик преобразователей. Дефектоскопия, 1983, № 12, с. 24 - 33.

81. Гитис М.Б., Чуприн В.А. Экспресс-диагностика качества прямых совмещенных преобразователей к ультразвуковым дефектоскопам. Дефектоскопия, 1987, № 11, с. 6975.

82. Гитис М.Б., Чуприн В.А. К определению полевых характеристик наклонных преобразователей. Дефектоскопия. 1992, № 1, с. 3-13.

83. Н.Е. Gundtoft and T. Nielsen. Accurate three dimensional characterization of ultrasonic sound flelds (by computer controlled rotational scanning). Materials Evaluation, vol. 40, Jan. 1982, p. 78-83.

84. Буденков Г.А., Петров Ю.В. Стенд для определения диаграмм направленности ультразвуковых искателей. — Дефектоскопия. 1981. № 1. С. 76 — 81.

85. Гуревич С. Ю., Гальцев Ю.Г. Стенд для определения характеристик направленности бесконтактных излучателей ультразвука . Дефектоскопия. 1991. №. 12. С. 23 - 28.

86. Web-сайт компании DSP-soft. http://dsp-soft.ru/?id=52

87. Web-сайт компании ULTRATEK. http://www.usultratek.com/products/quickfft

88. УД2В-П Дефектоскоп ультразвуковой Руководство по эксплуатации. 2005.

89. Web-caiïT компании Кропус. http://www.kropus.ru/product/usound/spectr.htm91 . http://www.promprilad.com.ua/ud476.html92. http://wvAV.sgt-nk.ru/files/mf780043.pdf

90. Web-сайт компании ИНТРОТЕСТ. http://intratest.conVindex.php?page==products&pid=448

91. Система калибровки ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей АВГУР 4.4. Руководство по эксплуатации. 002.00.РЭ. М.: НПЦ «ЭХО+», 2001. 41 с.

92. Бадалян В.Г., Вопилкин А.Х., Доленко С.А., Орлов Ю.В., Персианцев И.Г., Алгоритмы обработки данных для автоматизации работы ультразвуковых систем с когерентной обработкой данных. Дефектоскопия. 2004. № 12. С. 3-15.

93. Данилов В.Н. Формулы акустического тракта дефектоскопа с прямым преобразователем в приближении геометрической акустики. Дефектоскопия, 1986, № 11, с. 24-27.

94. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М.: Наука. 1973. 343 С.

95. Шендеров Е.Л. Волновые задачи гидроакустики. Л: Судостроение, 1973. 370 С.

96. Тихонов А.Н., Самарский A.A. Уравнения математической физики (3-е изд.). М.: Наука, 1966. 724 С.

97. Качанов Е.И., Пигулевский Е.Д., Яричин Е.М. Методы и средства гидроакустической голографии. Л.: Судостроение, 1989. 256 С.

98. Гудмен Дж. Введение в Фурье-оптику. М: Мир, 1970, с. 364.

99. Барышев С.Е. Характеристики и параметры ультразвуковых эхо-дефектоскопов. М: Машиностроение, 1975, 40 с.

100. Неразрушающий контроль: Справочник, в 7.т. под общ. Ред. В.В. Клюева. Т.З: Ультразвуковой контроль/И.Н.Ермолов, Ю.В. Ланге. М.: Машиностроение, 2004. 864 с.

101. ГОСТ 23829-85 «Контроль неразрушающий акустический. Термины и определения»

102. Ermert, Н, Karg, R. Multifrequency acoustical holography. IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics. 1979, Vol. 26, Issue 4, pp. 279-285.

103. Сапожников O.A., Пономарев А.Е., Смагин M.А. Нестационарная акустическая голография для реконструкции колебательной скорости поверхности акустических излучателей. Акуст. журнал. 2006. Т52. №3. с. 385-392.

104. ГОСТ 8.555-91. «Характеристики и градуировка гидрофонов для работы в частотном диапазоне от 0,5 до 15 МГц».

105. Система калибровки ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей АВГУР 5.4. Руководство по эксплуатации. 180.00.00.00.00 РЭ. М.: НПЦ «ЭХО+», 2008. 103 с.

106. Система калибровки ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей АВГУР 5.4 (версия ОАО «РЖД» V. 5.48). Руководство по эксплуатации. 180.00.00.00.00 РЭ. М.: НПЦ «ЭХО+», 2008. 50 с.

107. Базулин А.Е., Базулин Е.Г., Вопилкин А.Х., Тихонов Д.С. Система калибровки ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей АВГУР 5.4. Часть I. Описание системы и методики калибровки. Контроль. Диагностика. №9, 2009. с. 8-18.

108. Боббер Р.Д. Гидроакустические измерения. М.: Мир, 1974. 362 с.

109. РМГ 29-99. ГСИ. Метрология. Основные термины и определения

110. ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 1. Основные положения и определения

111. ГОСТ Р ИСО 5725-2-2002. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 2. Основной метод оценки показателей прецизионности

112. Коншина В.Н., Дымкин Г.Я. Современные подходы к аттестации методик ультразвукового контроля. Дефектоскопия. №2, 2008, с. 3-14.

113. ГОСТ 8.009-84. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений

114. Методический материал по применению ГОСТ 8.009-84 «ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений»

115. Рабинер Л, Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. Пер. с англ.; Под ред. Ю. И. Александрова. - М.: Мир, 1978.

116. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Радио и связь. 1986.

117. ГОСТ 18576-96. Контроль неразрушающий. Рельсы железнодорожные

118. Гурвич А.К., Кузьмина Л.Г., Николаев C.B. Осторожно! Угол ввода луча а=70°. В Мире НК, №4 (34), 2006, с. 48-50.

119. M. Jastrzebski, T. Dusatko, J. Fortin, F. Farzbod, A.N. Sinclair, "Enhancement of synthetic aperture focusing technique (SAFT) by advanced signal processing". Proc. of 16th WCNDT, Montreal, 2004

120. Xiao-hai Zhang, Bing-ya Chen, Yi Zhu. Application of Measurement System R&R Analysis in Ultrasonic Testing. Proc. of 17th WCNDT, 25-28 Oct 2008, Shanghai, China.

121. Базулин Е.Г. Получение изображений дефектов в перьях подошвы рельсов методом SAFT с учётом многократного отражения ультразвукового импульса от границ объекта контроля. Дефектоскопия, 2009, №2, СС 63-77.

122. Василенко Г.И., Тараторин A.M. Восстановление изображений. -М.: «Радио и связь». 1986, 304 с.

123. Базулин А.Е., Базулин Е.Г. Деконволюция сложных эхосигналов методом максимальной энтропии в ультразвуковом неразрушающем контроле. Акустический журнал, 2009, том 55, №6, с. 772-783.

124. Базулин А.Е. Использование метода эталонной голограммы при калибровке ПЭП на стандартном образце СО-3. Отчёт о НИР. М. ООО «НПЦ «Эхо+», 2010 г.

125. ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ1. СЕРТИФИКАТоб утверждении типа средств измерений

126. PATTERN APPROVAL CERTIFICATE OF MEASURING INSTRUMENTS1. RU.C.27.003.A30200

127. Действителен до 01„ января 2013г.

128. Описание типа средства измерений приведено в приложении к настоящему сертификату.-А '1. Заместитель Руководителя1. Заместитель Руководителя1. B.II.Kpv шкон1. Ж 200Ср,1. Продлен дог.1. ЗП050П

129. Общество с ограниченной ответственное! ыо «Научно-Проигволственный Центр Неразрушающею контроля «ЭХО+»1. ООО «НПЦ «ЭХО+»т т fr1. МО*

130. Россия. 123458. Москва, ул. Твардовского, д. 8 «Технопарк «СТРОГИНО», ООО «НПЦ «ЭХО+» Телефон Факс: (007) (495) 780-92-50 E-mail. echo@echoplu.s. ru Web: www.echoplus.ru

131. Юр.адрес: 119017, Москва, Старомонетный пер., д.9, стр.1 ОКПО 11275591, ОГРН 1027700212980 ИНН'КПП 7706017584'770601001

132. Настоящим подтверждается что автоматизированные системы калибровки ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей ЛВГУР 5.4 разработаны в ООО «НПЦ «ЭХО+» в 2007-2009 гг.

133. В период с 2007 по 2010 гг. в ООО «НПЦ «ЭХО+» были изготовлены 14 (четырнадцать) систем автоматизированной калибровки ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей АВГУР 5.4., в том числе по годам:itfC от Pf.Py. 2010 г.1. СПРАВКА

134. Об изготовлении систем АВГУР 5.42007 1 шт.2008 1 шт.2009- 12 шт.1. Генеральный директор1. А.Х. Вопилкин

135. Исп. Базулин А.Е. (495)-780-92-48

136. Общество с ограниченной ответственностью «Научно-Прощводственный Центр Неразрушаюшс! о контроля «ЭХО+»1. ООО «НПЦ «ЭХО+»1. JXO*

137. Россия, 123458. Москва, ул. Тварловского, д. 8 «Технопарк «СТРОГИНО». ООО «НПЦ «ЭХО+» Телефон /Факс: (007) (495) 780-92-50 E-mail: echojñiechoplus ru Web: www.echoplus.ru

138. Юр.аярес: 119017. Москва. Старомонетный пер., д.9, стр. I ОКПО 11275591. ОГРН 1027700212980 ИНН/КПП 7706017584 770601001! от '¿Я ^>^2010г.1. СПРАВКА

139. Об изготовлении систем АВГУР-Т

140. Настоящим подтверждается что в период с 2009 по 2010 гг. в ООО «НПЦ «ЭХО+» были изготовлены 7 (семь) систем автоматизированного ультразвукового контроля АВГУР-Т, в том числе по годам: 2009 6 шт. 2010- 1 шт.1. Генеральный директор1. А.Х. Вопилкин

141. Исп. Базулин А.Е. (495)-780-92-48м

142. УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор ,/ НПЦ«ЭХО+»

143. Технический директор НПЦ «ЭХО+» Тихонов Д.С.

144. Руководитель проекта, научный сотрудник НПЦ «ЭлОн Базулин А.Е.1. Мастер ТЭСК ТБД ОАО «ВМЗ»1. Захаров А.Ф.

145. УТВЕРЖДАЮ ^Рлавный инженер Депа|тй^е^тк пути\ сооружений ^/ДЕИ^^ЕНТУ- ЪАО «РЖД»iLfi . ;«> м1. В.М. Ермаков2008 г.1. АКТведомственных испытаний Системы калибровки ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей АВГУР 5.428» октября 2008 г.г. Москва

146. Система пригодна для выполнения калибровки пьезоэлектрических преобразователей, применяемых для ультразвуковой дефектоскопии рельсов.

147. Провести оснащение подразделений неразрушающего контроля системами калибровки ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей АВГУР 5.4.