Ультразвуковые фазовые и модуляционные средства измерения для неразрушающего контроля материалов и конструкций

Казаков, Вячеслав Вячеславович

Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Ультразвуковые фазовые и модуляционные средства измерения для неразрушающего контроля материалов и конструкций

доктора технических наук: Казаков, Вячеслав Вячеславович
город: Нижний Новгород
год: 2008
специальность ВАК РФ: 05.11.13

Диссертация по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам на тему «Ультразвуковые фазовые и модуляционные средства измерения для неразрушающего контроля материалов и конструкций»

Автореферат диссертации по теме "Ультразвуковые фазовые и модуляционные средства измерения для неразрушающего контроля материалов и конструкций"

На правах рукописи

003461595

КАЗАКОВ Вячеслав Вячеславович

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ФАЗОВЫЕ И МОДУЛЯЦИОННЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ

05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

2 0 33

Нижний Новгород — 2008

003461595

Работа выполнена в Институте прикладной физики Российской академии наук, г. Нижний Новгород

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Гордеев Борис Александрович

доктор физико-математических наук Зайцев Владимир Юрьевич

доктор технических наук, профессор Никулин Сергей Михайлович

Ведущая организация: Акустический институт

им. акад. H.H. Андреева, г. Москва

Защита состоится " 16 " апреля 2009 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.165.01 при Нижегородском государственном техническом университете им. P.E. Алексеева по адресу: 603950 Н. Новгород, ГСП-41, ул. Минина, 24.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева.

Автореферат разослан " 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Назаров A.B.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Ультразвуковые локационные средства измерения широко используются для исследования акустических свойств различных материалов и диагностики их структуры [Л1-ЛЗ]. Уникальные возможности, которые дает ультразвуковая диагностика, в первую очередь связаны с отсутствием разрушающего воздействия на исследуемый объект, что позволяет контактно или бесконтактно, локально или интегрально исследовать как макро- и микроперемещения объекта и изменения его геометрии, так и особенности структуры материала. Постоянно возрастающие требования к увеличению точности и чувствительности привели к созданию методов акустических измерений на основе фазовых и модуляционных способов [Л4-Л10]. От среды локации (воздух, твердое тело) зависят особенности их применения и решаемые задачи, хотя локационные принципы и используемые технические решения с применением вибраций объекта сохраняются.

Локация в воздухе более ориентирована на решение задач вибрационной диагностики, бесконтактного исследования вибраций или формы объектов [Л2, ЛЗ]. Ультразвуковая локация твердого тела направлена на определение его акустических свойств или исследование его структуры, в частности, обнаружение дефектов различных типов: трещин, полостей [Л1, Л6-Л10].

Важность решения задач бесконтактного измерения вибраций и геометрии объектов общепризнанна, поэтому попытки их решения осуществлялись непрерывно, что привело к созданию большого разнообразия ультразвуковых измерительных средств: дальномеры и координатные устройства, интерферометры, фазовые измерители виброперемещений и другие.

Ультразвуковые фазовые измерители виброперемещений занимают среди них особое место, поскольку являются наиболее универсальными для использования и отличаются высокой чувствительностью и широким диапазоном амплитуд (от сотых долей микрона до десятков сантиметров) и частот (от нуля до единиц килогерц) измеряемых перемещений, что позволяет их применять для решения самых разнообразных задач вибрационной диагностики. Однако, их использование на практике имеет свои особенности, приводящие к необходимости решения целого ряда задач технического и методологического характера. В частности, проведение измерений сопровождается воздействием ряда факторов (пропадание сигнала принимаемой волны, низкочастотные перемещения поверхности на расстояния, сравнимые с длиной ультразвуковой волны), нарушающих работу измерителей и снижающих точность измерений.

Решением задачи одновременного повышения точности и производительности измерений, то есть приведения измерителя в штатный режим работы при воздействии дестабилизирующих факторов за минимально возможное время, занимались как в России [Л11, Л12], так и за рубежом [Л13-Л15]. Несмотря на некоторые успехи, созданные измерители остались на уровне еди-

ничных демонстрационных макетов, имеющих существенные недостатки (ограниченные возможности по чувствительности измерения, низкую производительность измерений, склонность к самовозбуждению, узкую область применения), и потребность в их значительном усовершенствовании осталась.

Актуальность проблемы раннего обнаружения трещин также общепризнанна, именно поэтому разработкой ультразвуковых методов диагностики занимается значительное число организаций: Акустические контрольные системы", НПК "Луч" (Москва), "Panametric", "Krautkramer" (General Electric Company), Sonatest (Англия) и других. Однако разрабатываемые ультразвуковые дефектоскопы основаны на линейных методах локации и к настоящему времени в значительной степени исчерпали свои информационные возможности. В тоже время такие принципиальные требования потребителя, контролирующего состояние или эксплуатирующего объект, как определение типа дефекта (трещина или полость), обнаружение закрытых (статически поджатых) трещин и трещин на ранней стадии их развития, они не способны удовлетворить. Такие возможности для ультразвуковой диагностики дает использование нелинейных акустических эффектов [JI6-J18], среди которых наиболее перспективным для практического использования является модуляционный способ измерения, основанный на модуляции ультразвуковых волн, распространяющихся в объекте, его низкочастотными вибрациями [JI6-JI10]. Его физической основой является разномодульная, квадратичная или герцевская нелинейность, проявляемая трещиной уже при относительных деформациях порядка 10~8. По уровню модуляции судят о наличии трещин в объекте и степени его трещиноватости.

Методика обнаружения трещин этим способом была предложена давно [Л 10], однако до настоящего времени продвижение его в практику испытывает большие затруднения, связанные с нерешенностью целого ряда задач как технического, так и информационного характера. Они связаны как с разработкой методов измерений, обладающих повышенной чувствительностью и достоверностью измерений, так и с выяснением особенностей применения модуляционного способа и определением его достоинств по сравнению со способом линейной локации.

Прогресс в развитии науки, создание новых материалов и технологий привели к появлению новых задач в области неразрушающего контроля материалов и конструкций и необходимости существенного развития средств измерения, основанных на фазовых и модуляционных способах измерения, и разработки на их основе новых высокочувствительных методов ультразвуковой диагностики. Ориентация разрабатываемых средств на широкое применение и расширение круга исследуемых объектов требует также улучшения их потребительских качеств: существенного повышения производительности измерений, упрощения методов измерений, разработки экспресс-методов диагностики и исследования пространственных характеристик объектов путем их сканирования с помощью ультразвуковой? датчика.

Таким образом, возникла проблема, связанная с обеспечением потребностей науки, техники и промышленности новыми ультразвуковыми измерительными средствами: бесконтактными фазовыми измерителями виброперемещений и модуляционными дефектоскопами на основе нелинейных акустических эффектов, а также разнообразных методов их применения, позволяющих оптимизировать решение конкретной научной или технической задачи.

Цель работы заключалась в разработке современных методов построения высокочувствительных и высокопроизводительных ультразвуковых средств измерения: фазовых измерителей виброперемещений и модуляционных дефектоскопов, удовлетворяющих потребностям современных задач не-разрушающего контроля материалов и конструкций, и имеющих существенное значение для развития техники научного эксперимента, промышленности и медицины.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

а) для создания измерителей виброперемещений:

— разработать методологию построения ультразвуковых фазовых измерителей, позволяющих измерять вибрации в широком диапазоне амплитуд и частот колебаний с высокими пространственным разрешением и производительностью измерений;

— разработать устойчивые алгоритмы установления сдвига фаз, позволяющие одновременно получить максимальную производительность (полную помехоустойчивую автоматизацию процесса установления рабочей точки с погрешностью установки фазы порядка 0,05°-й),5° за время 10"3 -ИСГ'с в зависимости от частоты, на которой производится измерение сдвига фаз, не имея при этом ограничений на величину низкочастотных перемещений объекта) и чувствительность порядка 1 -г-10 нм, при измерении перемещений много меньших или больших длины ультразвуковой волны Я в условиях воздействия различных дестабилизирующих факторов: изменения расстояния между датчиком и отражающей поверхностью больше Я и пропаданий сигнала принимаемой волны;

— разработать ультразвуковые преобразователи на диапазон частот 200 н-300 кГц с погрешностью установления частоты менее 0,05%, отличающихся простотой изготовления;

— разработать методы рационального использования ультразвуковых измерителей для решения задач технической и медицинской диагностики: измерения вибрационных полей, измерения поверхностного натяжения жидкостей, исследования модуля Юнга мозга человека in vivo, исследования сенсорных сфер человека (слуха, зрения);

б) для создания модуляционных дефектоскопов:

— разработать аппаратурный метод определения модуляции принятой ультразвуковой волны, использующий стробирование сигнала на заданной дальности локации, с чувствительностью -70 ч- -90 дБ при ручном, автоматическом или череспериодном (стробоскопическом) режимах перестройки стробирующего импульса;

— разработать алгоритм программного варианта реализации дефектоскопа, отличающийся высокой чувствительностью, и позволяющий учитывать изменение фазы модуляции;

— экспериментально на модельных и реальных объектах исследовать потенциальные возможности модуляционного способа обнаружения трещин в сравнении со способом линейной ультразвуковой локации;

— разработать и исследовать методы локальной модуляции акустических характеристик дефектов на основе использования низкочастотных электромагнитных импульсов или специально сформированной последовательности мощных акустических фазоманипулированных импульсов.

Объектом исследования диссертации является ультразвуковая информационно-измерительная система для исследования физических и акустических свойств материалов и конструкций.

Предметы исследования: методы и алгоритмы работы ультразвуковых локационных средств измерения для исследования геометрии и структуры материалов, использующие фазовые и вибрационные методы измерения параметров распространяющихся акустических волн; нелинейные эффекты, возникающие при измерениях в воздухе и твердом теле; способы и результаты использования ультразвуковых измерителей виброперемещений и нелинейных дефектоскопов для задач неразрушающего контроля материалов и конструкций.

Направление исследований заключалось в поиске и разработки новых технических решений для проведения ультразвуковых измерений применительно к решению задач ультразвуковой и вибрационной диагностики в технике и медицине, расширение круга объектов доступных для исследования, получение новых знаний об их физических характеристиках.

Методы исследований заключались в использовании: компьютерного моделирования процессов происходящих при акустических измерениях, методов статистической обработки данных, вибрационных испытаний, синхронных фазовых измерений, спектрального анализа, когерентной обработки сигналов, масштабного и натурного моделирований, сравнения и аналогий. Теоретическую основа диссертации базируется на трудах отечественных и зарубежных авторов в области акустических и радиотехнических измерений.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов обеспечены и подтверждены: экспериментальной проверкой созданных средств измерения на виброизмерительных комплексах и модельными и натурными экспериментами на различных объектах исследования; сравнением с результатами, полученными при использовании альтернативных средств измерения (акселерометров, индуктивных, оптических датчиков); сопоставлением результатов теоретических исследований с экспериментальными данными и их совпадением с современными научными представлениями и данными, полученными при обзоре отечественных и зарубежных информационных источников.

Научная новизна работы состоит в обосновании методологического подхода к разработке, исследованию и применению средств вибрационной диагностики и ультразвуковой дефектоскопии. На основе предложенного подхода:

1. Разработаны алгоритмы управления разностью фаз для измерителей виброперемещений, обеспечивающие эффективное управление их работой, и позволяющие одновременно обеспечить максимально возможную производительность и точность измерений.

3. На основе ультразвуковой локации вращающихся с частотой Р0 объектов, имеющих N симметричных элементов, разработан экспресс-метод количественной оценки его асимметрии, основанный на анализе соотношения гармоник частот что важно при решении задач снижения шумности работающих объектов и, в частности, - определения источников дополнительного шума.

4. Разработан способ измерения поверхностного натяжения жидкости с ' пленкой поверхностно-активного вещества, перспективный для задач медицинской и технической диагностики.

5. Развит способ исследования многокомпонентной жидкости путем определения динамики импеданса ее сохнущей капли на поверхности кварцевого резонатора. Для белково-солевых растворов показано, что частичная замена альбумина на эквивалентное по массе количество иммуноглобулина снижает коэффициент поверхностного натяжения, в то время как добавление фибронектина его повышает, что приводит к характерным изменениям импеданса и важно для понимания механизмов, определяющих особенности динамических процессов структуризации высыхающих капель биологических жидкостей при их медицинской диагностике.

6. Разработан способ измерения деформационно-нагрузочных характеристик мозга человека и определения его модуля Юнга, пригодный для интрао-перационного применения. Получены данные об изменении модуля Юнга мозга человека при внутричерепных гематомах, доброкачественных и злокачественных опухолях. Показано, что его значение зависит от многих факторов (глубины вдавливания, количества вдавливаний и других) и существенно зависит от происходящих в мозге саморегулирующих процессов.

управления. В частности показано, что зависимости ошибки восприятия звука соответствуют закону Вебера-Фехнера, а ошибки восприятия углов минимальны для значений кратных 45°.

8. Разработаны новые средства ультразвуковой дефектоскопии - ультразвуковые модуляционные дефектоскопы, работа которых основана на нелинейном акустическом эффекте (модуляции ультразвука вибрацией), позволяющие одновременно обнаруживать тип дефекта (трещина или полость) и его местоположение. Показано, что дополнительным признаком, позволяющим отличить трещину от полости является фаза модуляции ультразвуковой волны, отраженной от соответствующего дефекта.

9. Проведено сравнение потенциальных возможностей модуляционных дефектоскопов с обычными линейными ультразвуковыми дефектоскопами. На примере обнаружения трещин и полостей в модельных и реальных объектах показано, что модуляционные дефектоскопы позволяют: обнаруживать закрытые трещины, количественно сравнивать объекты по степени трещино-ватости, исследовать границы приоткрытой трещины и мест защемления, исследовать пространственное распределение дефектов различных типов: трещин или трещин и полостей.

10. Разработаны способы локальной модуляции дефектов с помощью последовательности электромагнитных или фазоинвертированных акустических импульсов, существенно расширяющих круг объектов, доступных для исследования.

Новизна технических решений, используемых для разработки измерительных средств, подтверждена патентами и авторскими свидетельствами на изобретения [1-8, Л16, Л17].

Практическая значимость работы.

1. Создана методология построения высокопроизводительных и высокочувствительных устройств вибрационной диагностики и ультразвуковой дефектоскопии, основанная на использовании синхронных фазовых методов измерений с управляемыми фазосдвигающими устройствами, вибраций объекта и спектральном анализе сигнала принятой ультразвуковой волны.

2. Созданы различные варианты одно-, двух- и четырехканальных ультразвуковых фазовых измерителей, позволяющих измерять перемещения в широком диапазоне амплитуд (от единиц нанометров до единиц сантиметров) и частот (от нуля до десятков килогерц) вибраций при характерном поперечном размере облучаемого участка поверхности 5-^25 мм. Указанные измерители превосходят существующие аналоги: по чувствительности (не менее чем в 40 раз); по производительности (в 10-=-100 раз, в зависимости от числа необходимых регулировок, выигрывая при этом в точности установки требуемого сдвига фаз от 50 до 400 раз в зависимости от используемого коэффициента деления частоты); по помехоустойчивости (после воздействия дестабилизирующих факторов измеритель всегда автоматически переходит в штатный режим измерения, исключив при этом возможность самовозбуждения связан-

ную с возникновением переходных процессов, длительность которых также минимизирована); по простоте эксплуатации (все необходимые регулировки сдвигов фаз выполняются автоматически).

3. Разработаны ультразвуковые датчики, использующие для излучения и приема ультразвуковой волны пьезопреобразователи из пьезокерамики, колеблющиеся на радиальных модах колебаний. Показано, что изменение размеров преобразователей приводит к изменению их резонансной частоты, что позволяет установить ее равной частоте излучаемой волны, кварцованной задающим генератором, и этим решить проблему стабилизации частоты излучения. Исследована зависимость амплитуды сигнала принятой волны от точности угла установки преобразователей в датчике. Показано, что с увеличением частоты излучения точность в установке углов возрастает и для диапазона частот 0,25-4 МГц и характерных размеров преобразователей 6-=-15 мм не должна превышать единиц градусов.

4. Разработаны высокоэффективные методы бесконтактного измерения вибрационных полей различных объектов при их сканировании ультразвуковым датчиком, перемещаемым с помощью координатного устройства или рукой оператора. С их помощью с погрешностью менее единиц процентов за время порядка десятков секунд определяется местоположение узлов и пучностей колебаний, что позволяет определять места закрепления конструктивных элементов при решении задач масштабного моделирования и снижения шум-ности излучения в самолетостроении и судостроении. Нарушение симметрии распределения вибраций на поверхности объектов, в частности, излучателей звука, позволяет определить местоположение дефектного участка и может быть использовано для коррекции их конструктивных особенностей с целью получения требуемого распределения виброперемещений и характеристики направленности излучения.

5. Созданы методы определения асимметрии тел вращения, имеющих сложную форму (винты, шестерни), которые позволяют бесконтактно определять и количественно оценивать изменение геометрии непосредственно при их выходном контроле или в условиях эксплуатации. Для кругов, валов и цилиндрических заготовок определяются места нарушения геометрии, отдельно оценивается их некруглость и биение, что важно для определения изменения их геометрии, происходящей в процессе эксплуатации, например, текущего определения степени износа абразивных кругов для заточки инструмента или кругов для огранки драгоценных камней.

6. Разработанные способы измерения поверхностного натяжения позволяют проводить диагностику жидкостей с пленками поверхностно-активных веществ и белково-солевых растворов, что расширяет возможности комплексного исследования свойств биологических жидкостей при решении задач медицинской диагностики. В частности, развиваемый способ диагностики свойств жидкостей (плазма или сыворотка крови) по изменению импеданса сохнущей капли, позволяет количественно и интегрально оценивать их свой-

ства на соответствие норме за время порядка 20-30 минут, что выгодно отличает его от аналогов.

7. Способ измерения деформационно-нагрузочных характеристики биологической ткани позволяет оперативно, непосредственно во время проведения операции, получать информацию о механических свойствах мозга человека в его различных (нормальном и патологическом) состояниях. Результаты, полученные для черепно-мозговых травм и опухолей, важны для разработки объективных методов диагностики мозга и прогнозирования изменения его реологических свойств в послеоперационный период.

8. Инструментальный способ количественного исследования сенсорных сфер человека (слух и зрение), позволяет в реальном времени объективно оценивать характеристики ощущений. Предложено два метода его реализации: для исследования слуха - путем управления частоты излучаемого звука в частотном диапазоне, перекрывающем возможности их воспроизведения голосом, и для зрения - путем исследования ошибки в восприятии угла наклона линии, предъявленной на экране монитора. Они предназначены для объективной оценки текущего состояния сенсорных сфер человека и оценки эффективности методов лечения, основанных на приеме лекарственных препаратов.

9. Разработаны и реализованы в макетах приборов новые средства ультразвуковой дефектоскопии - модуляционные дефектоскопы, работа которых основана на эффектах нелинейной акустики. Разработано два варианта изготовления дефектоскопов - аппаратурный и программный, для двух способов модуляции: большими площадями, с использованием возбуждения объекта на определенной моде колебаний с помощью вибростенда или удара, и локальном - с помощью электромагнитных импульсов (для ферромагнитных материалов) или специально сформированной последовательности фазоинверти-рованных акустических импульсов. Модуляция с помощью электромагнитных импульсов целесообразна для обнаружения трещин в тонкостенных объектах (пластины, трубы, швеллера). Модуляция акустическими импульсами перспективна для диагностики как тонкостенных, так И толстостенных объектов, а также для решения задач нелинейной ультразвуковой томографии. Приборы не имеют аналогов и позволяют: определять тип дефекта (трещина, полость) и его местоположение, обнаруживать трещины на ранних стадиях развития, обнаруживать закрытые трещины, строить двумерные распределения в объекте всех дефектов и отдельно - трещин. В отличие от линейных •ультразвуковых дефектоскопов они позволяют получить новую, недоступную им информацию о наличии и пространственных характеристиках трещин, особенностях изменения контакта двух поверхностей.

10. Изготовлен макет дефектоскопа, использующий непрерывный режим излучения ультразвуковой волны, и предназначенный для разбраковки однотипных изделий: лопаток турбин, узлов автомобиля и других деталей.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинарах ИПФ РАН, семинарах Московского

дома научно-технической пропаганды (Москва, 1986, 1987, 1989); научном семинаре Edison Joining Technology Center of The Ohio State University (США,

2000); семинаре "Акустика неоднородных сред" (АКИН, 2006), а также на Российских и международных конференциях и симпозиумах: Республиканской научно-технической конференции "Применение акустических методов и устройств в науке, технике и производстве" (Тбилиси, 1982); Всесоюзного совещания "Новые методы и приборы для применения в биологии и медицине" (Великий Устюг, 1989); X, XI Всесоюзных Акустических конференциях (Москва, 1983, 1991); 2-й Всесоюзной конференции по механике неоднородных структур (Львов, 1987); 2-й Всесоюзной научно-технической конференции "Виброметрия-89" (Минск, 1989); 2-й, 3-й Всероссийских научно-технических конференциях "Методы и средства измерений физических величин" (Н. Новгород, 1997, 1998); 3-й научной конференции по радиофизике (Н. Новгород, 1999); 2-й Международной научно-технической конференции "Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики" (Москва,

2001); Международной научно-практической конференции "Современные информационные технологии в диагностических исследованиях" (Днепропетровск, 2002); XII конференции по космической биологии и авиакосмической медицине (Москва, 2002); Нижегородской акустической научной сессии (Н. Новгород, 2002); 6-м научно-техническом семинаре "Аналитика, диагностика, средства и системы автоматизации" (Москва, 2004); 24-м тематическом семинаре "Диагностика оборудования и трубопроводов компрессорных станций" (Геленджик, 2005); II Троицкой конференции "Медицинская физика и инновации в медицине" (Троицк, 2006); IX Всероссийского съезда по теоретической и прикладной механике (Н. Новгород, 2006); Всероссийской научно-технической конференции "Фундаментальные проблемы машиноведения: новые технологии и материалы" (Н. Новгород, 2006); 1—4-й, 6-8-й Всероссийских конференциях по биомеханике (Н. Новгород, 1992-2006); 8-й, 11-й, 12-й, 15-й, 18-й, 19-й сессиях Российского акустического общества (Н. Новгород, 1998; Москва, 2001; Москва, 2003; Н. Новгород, 2004; Таганрог, 2006; Н. Новгород 2007); 2-м Международном симпозиуме "Шум и вибрации на транспорте" (С.-Петербург, 1994); Международной конференции "Последние достижения в нейротравматологии" (Riccione, Италия, 1996); 3-й Международной конференции "Акустические и вибрационные методы наблюдения и диагностики" (Senlis, Франция, 1998); 134-й и 141-й конференциях Акустического общества Америки (США,1997, 2001); 15-м, 16-м Международных Симпозиумах по Нелинейной Акустике ISNA (Melville, 2000; Москва, 2002).

Внедрение и использование результатов работы.

Работы, результаты которых вошли в диссертацию, были поддержаны: инициативными проектами РФФИ № 93-02-15946-а, 97-02-17524-а, 00-06-80141-а, 05-08-33526-а; программой РАН "Интеграция" (1999-2001), программой ОФН РАН "Когерентные акустические поля и сигналы" (20052007), Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-

технической сфере (2004-2005), использовались во время визита автора в Edison Joining Technology Center of The Ohio State University (США, 1999— . 2000). Результаты работы отмечены бронзовой медалью ВДНХ (Москва, 1986) и Дипломом за II место в номинации "Лучшее изобретение в области приборостроения" на I Нижегородском конкурсе объектов интеллектуальной собственности "Патент года" (2007). Измерители виброперемещений переданы в ряд научно-исследовательский институтов: ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского (г. Жуковский) для исследования вибраций модельных объектов: деталей самолетов; Нижегородский институт травматологии и ортопедии - для решения задач биомеханики, исследования заболеваний опорно-двигательного аппарата человека, исследования упругих характеристик мозга при черепно-мозговых травмах; Нижегородский филиал Института машиноведения - для выходного контроля резонансной частоты и декремента затухания широкого ассортимента лопаток турбин; Нижегородскую архитектурно-строительную академию - для исследования излучения цилиндрических оболочек. Модуляционный дефектоскоп передан в НИИИС им. Ю.Е.Седакова (Н. Новгород), для разработки новых методов диагностики трубопроводов для газовой промышленности. В ИПФ РАН четырехканальный измеритель виброперемещений используется для исследования волн в Большом термостратифицирован-ном бассейне (масштабной лабораторной модели верхнего слоя океана), включенного в "Перечень уникальных научно-исследовательских и экспериментальных установок национальной значимости".

Личный вклад автора» Ключевые идеи и технические решения, составляющие основные результаты диссертации и выносимые на защиту, включая разработку и изготовление ультразвуковых фазовых измерителей виброперемещений и модуляционных дефектоскопов, и методов их использования принадлежат автору.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методология построения ультразвуковых фазовых измерителей виброперемещений, позволяющая одновременно получить высокое фронтальное пространственное разрешение, регулируемую чувствительность измерения перемещений и технологичность изготовления, основанная на использовании высокочастотных преобразователей, возбуждаемых на радиальных модах колебаний и управляемых цифровых и аналоговых фазовращателей с делителями или умножителями частоты.

2. Разработанные ультразвуковые фазовые измерители виброперемещений, обеспечивающие полную автоматизацию проведения измерений, и имеющие по сравнению с аналогами в 50-400 раз более высокую точность установки фазовых соотношений, и в 40 раз большую чувствительность, позволяющую измерять вибрации менее одного нанометра.

но развить методы вибрационной диагностики, проводить исследование пространственных характеристик объектов и одновременно упростить проведение измерений.

4. Способ исследования деформационно-нагрузочных характеристик мозга человека, основанный на бесконтактном измерении деформаций при тестовом силовом воздействии штампа, отличающийся высокой производительностью измерений и возможностью использования для интраоперационного использования.

5. Методология построения модуляционных дефектоскопов, основанная на использовании нелинейного акустического эффекта и фазы модуляции ультразвуковой волны, позволяющая получить высокие чувствительность, производительность и достоверность измерений, предназначенная для определения распределения трещин в объекте и разбраковки однотипных изделий по степени трещиноватости.

6. Результаты измерений с помощью модуляционных дефектоскопов, позволяющие определить их потенциальные возможности в сравнении с линейными ультразвуковыми дефектоскопами при решении задач обнаружения закрытых трещин, определении пространственных характеристик одиночной трещины, локации одновременно нескольких типов дефектов (полостей, трещин) в различных сочетаниях.

7. Ультразвуковые модуляционные дефектоскопы, использующие локальную модуляцию параметров трещин, создаваемую низкочастотными электромагнитными импульсами или последовательностью мощных акустических импульсов, периодически изменяющих фазу излучения, позволяющие расширить круг объектов, доступных для диагностики.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и б приложений. Объем диссертации составляет 333 страницы, включая 131 рисунок, 9 таблиц и список литературы из 345 наименований. По результатам работы опубликовано 75 печатных работ, в том числе: 12 статей в журналах, 8 патентов и свидетельств на изобретения, 6 препринтов, 8 статей в тематических сборниках трудов и 41 тезис докладов на конференциях и симпозиумах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность создания ультразвуковых фазовых измерителей виброперемещений и модуляционных дефектоскопов для решения задач неразрушающего контроля материалов и конструкций в технике и медицине. Описываются объект, предмет и методы исследования. Отмечаются научная новизна исследований, практическая значимость и апробация работы.

В главе 1 проведен обобщенный анализ работы ультразвуковых локационных средств на основе фазовых и модуляционных способов. измерений. Показано, что их технические характеристики зависят от многих факторов,

определяющих особенности проведения как акустических, так и радиотехнических измерений, и определяются результатом их компромиссного решения.

В разделе 1.1. проведен анализ существующих ультразвуковых методов измерения в воздухе и твердой средах, основанных на фазовых и модуляционных способах, определены тенденции и перспективы их развития.

В разделе 1.1.1. приведен обзор литературы по ультразвуковым локационным средствам измерения в воздухе, которые условно разбиты на: дальномеры, измерители для задач позиционирования, фазовые измерители, измерители для исследования свойств или движения воздушной среды, измерители для диагностики материалов. Показано, что наиболее перспективными для решения задач вибрационной диагностики являются ультразвуковые фазовые измерители виброперемещений. Определены особенности их использования и необходимость решения задачи одновременного обеспечения высоких помехоустойчивости и производительности измерений. Проведен анализ способов установления и удержания рабочей точки на линейном участке амплитудной характеристики фазового детектора. Отмечено, что разработанные технические решения, использующие для регулировки аналоговые фазовращатели, изменение частоты излучаемой волны, шаговые двигатели или линии задержки, имеют низкую производительность и помехоустойчивость измерений, что сужает и ограничивает область их применения и потребность в их дальнейшем развитии осталась.

В разделе 1.1.2. приведен обзор литературы по использованию для диагностики трещин нелинейного модуляционного способа. Рассмотрен эффект модуляции ультразвуковых волн на трещине, возникающий вследствие низкочастотных изгибных колебаний объекта. Для случая обнаружения одиночной трещины в пластине отмечается, что амплитуда модуляции Ап пропорциональна: а(В)-$-В2 •Af -Ат, где а — нелинейный параметр, зависящий от ширины трещины Д 5 — площадь трещины, А/—амплитуда излучаемой ультразвуковой волны, Ат — амплитуда низкочастотного возбуждения [Л9]. Сложная зависимость модуляции от многих параметров существенно затрудняет решение обратной задачи - определения размеров трещин по величине модуляции. Обсуждается вопрос о введении количественного критерия тре-щиноватости объекта - коэффициента к наличия трещин, который в простейшем случае определяется по формуле: к = Ап / (А/ -А„). Указаны основные проблемы, стоящие при использовании способа на практике: модуляция контакта в месте излучения и приема волны, необходимость возбуждения объекта на различных модах колебаний.

В разделе 1.2. рассмотрены, вопросы, связанные с особенностями акустического тракта измерения при локации в воздухе: влияние затухание ультразвуковой волны на дальность измерений; температуры и движения воздуха на погрешности измерения перемещений; влияние реверберации на точность измерений, особенностей акустических свойств отражающей поверхности и ее геометрии на формирование сигнала принятой волны [Л2, ЛЗ, Л5]. Отме-

чено, что поглощение звука является определяющим фактором для определения дальности и выбора частоты локации. Основной вклад в погрешность измерений вносит изменение температуры.

В разделе 1.3. рассмотрены вопросы, связанные с модуляцией фазы в акустическом тракте за счет двух эффектов: нелинейного параметрического взаимодействие между ультразвуковой волной и волной, излучаемой вибрирующей поверхностью [Л5, Л15], и доплеровского сдвига частоты. Отмечено, что изменение скорости звука вследствие параметрического взаимодействия с низкочастотным полем приводит к тому, что амплитуды давления комбинационных частот и индекс фазовой модуляции линейно зависят от длины области взаимодействия Ь, частоты ультразвуковой волны / и давления низкочастотной волны. Эффект нелинейности вносит тем больший вклад, чем больше расстояние до объекта, а эффект Доплера от него не зависит и его влияние на суммарный эффект тем больше, чем расстояние меньше.

В разделе 1.4. анализируются особенности проведения измерений фазовым способом, в частности, влияние индекса фазовой модуляции и доплеровского сдвига частоты на точность измерений.

В разделе 1.5. рассмотрены вопросы связанные с особенностями пространственных характеристик ультразвуковых преобразователей. Рассмотрено поле поршневого излучателя для ближней, переходной и дальней зон излучения. Смоделированы изменения амплитуды давления на оси преобразователя и фронтального разрешения в зависимости от частоты излучения (в диапазоне 0,04-И МГц) и характерного размера преобразователя (0,6+1,6 см). Проведено сравнение характеристик различных типов преобразователей: емкостных, пьезокерамических, на основе пьезополимерных пленок.

В разделе 1.6. сформулирована цель диссертации, определены задачи, которые необходимо решить для достижения поставленной цели.

В разделе 1.7. сформулированы основные результаты главы 1.

В главе 2 приводятся результаты разработки измерителей виброперемещений в воздухе, использующих непрерывный режим излучения и фазовый метод измерения. Для их создания разработан следующий подход. С целью получения направленности излучения частота излучаемой ультразвуковой волны / выбирается в диапазоне 0,2+1 МГц (Я = 1,7+0,3 мм). Среднее расстояние до отражающей поверхности Я0 соответствует концу зоны геометрической акустики - началу переходной зоны. В этом случае характерный размер облучаемого участка поверхности объекта, на расстоянии 2+3 см составляет порядка 1+2 см. Установление диапазона измеряемых перемещений осуществляется путем использования в опорном и измерительном канале делителей частоты с коэффициентом деления N. При этом для установки положения рабочей точки фазового детектора появляется возможность использовать управляемые цифровые фазовращатели, которые по сравнению с аналоговыми не имеют ограничений по диапазону регулируемого сдвига фаз.

В разделе 2.1. в зависимости от соотношения максимальной амплитуды Атах измеряемых виброперемещений и амплитуды Ятах низкочастотного изменения расстояния между датчиком и отражающей поверхностью, рассмотрены различные алгоритмы работы ультразвуковых измерителей, позволяющих оптимизировать режим измерения и получить высокую помехоустойчивость и производительность измерений [9]. Условно выделено два случая-Атах > Ятал и А„и1Х < /?т(Ц. Различные варианты измерителей приведены на рис. 1.

Рис. 1. Ультразвуковые фазовые измерители виброперемещений: двухканальный (а), четырехканальный (б), портативный (в)

В разделе 2.1.1. рассмотрена схема универсального цифрового фазосдви-гающего устройства, отличающегося простотой реализации, и позволяющего легко устанавливать и изменять шаг сдвига фазы, осуществлять ее реверсивное управление (ручное или автоматическое) с заданной скоростью [10]. Принцип работы устройства основан на синхронной инверсии фазы в управляемом канале с помощью двух элементов «исключающее ИЛИ» в зависимости от необходимости и направления изменения фазы с шагом <р0= л/И со скоростью щ.ум, где /о - частота задающего генератора, N =/<//- коэффициент деления используемых делителей частоты в каждом из каналов, М - коэффициент деления промежуточного делителя частоты (М>М). На его основе выполнены основные фазосдвигающие узлы в измерителях виброперемещений и модуляционных дефектоскопах. Схема устойчиво работает до/; = 20 МГц.

В разделе 2.1.2. рассмотрено три алгоритма работы измерителей макроперемещений, адаптированных для измерения вибраций, имеющих амплитуду больше Л (Лп1ах > Лщах). Они отличаются высокой производительностью измерений и позволяют сочетать высокое пространственное разрешение (за счет увеличения частоты излучаемой ультразвуковой волны) с расширенным диапазоном амплитуд измеряемых виброперемещений (за счет использования делителей частоты) [1-3, 9]. Сущность их работы заключается в изменении фазы сигнала с помощью цифрового фазовращателя в опорном канале в зависимости от напряжения на выходе фазового детектора или сдвига фаз цифровых сигналов на входах фазового детектора. По сравнению с известными аналогами, они имеют точность установки сдвига фазы в десятки-сотни раз лучше, обеспечивая при этом полную автоматизацию измерений.

В разделе 2.1.3. рассмотрено три алгоритма работы измерителя микроперемещений (Атах < Л„Их)- Работа двух измерителей основана на принудительном, с помощью дополнительного генератора изменении фазы сигнала в из-

мерительном канале в пределах 0ч-270°, в результате чего рабочая точка фазового детектора периодически оказывается на линейном участке его амплитудной характеристики, где полезный сигнал имеет максимальное значение [4, 9]. Амплитуда отфильтрованного сигнала измеряется с помощью пикового детектора. Третий алгоритм работы основан на одновременном измерении сдвига фаз с помощью двух идентичных каналов измерения, при условии, что разность фаз в опорных каналах составляет 180°, и коммутации на выход измерителя сигнала с того канала, сигнал на выходе которого находится на линейном участке амплитудной характеристики фазового детектора. Первые два алгоритма предназначены для измерения вибраций объекта, возбужденного на резонансной частоте, а третий - для исследования спектрального состава микроколебаний.

В разделе 2.1.4. рассмотрен алгоритм работы портативного измерителя, предназначенного для проведения, измерений, при условии перемещения ультразвукового датчика рукой оператора [9, 11]. Используемый алгоритм основан на "быстром" (со скоростью много большей, чем тремор руки) изменении фазы с помощью цифрового фазорегулирующего устройства, в результате чего сигнал на выходе фазового детектора как бы "зависает" под установленными порогами фазового детектора, все время находясь на линейном участке его амплитудной характеристики. Определен диапазон амплитуд и частот измеряемых перемещений и влияния на него тремора руки, держащей датчик. Получено, что для амплитуд измеряемых вибраций менее 10 мкм частота колебаний должна быть выше 20^-30 Гц.

В разделе 2.2. на примере исследования распределения вибраций колеблющегося стержня с консольным закреплением исследованы ошибки измерения, обусловленные возникновением в акустическом тракте нелинейных искажений [9]. Установлены основные причины искажений: колеблющаяся поверхность кроме поступательного движения по направлению оси датчика содержит еще и крутильные, приводящие к изменению угла наклона поверхности; изменение угла падения ультразвуковой волны в зависимости от расстояния; существование в акустическом тракте промежуточного режима между бегущей и стоячей волнами. Для практических целей особый интерес представляет анализ нелинейных искажений, вызванных наличием ревербе-рационной волны, как наиболее трудно предсказуемого фактора. Приведены результаты экспериментов и моделирования, показывающие что, в зависимости от уровня стоячей волны и амплитуды вибраций относительно Я, погрешность измерения может изменяться от долей до нескольких десятков процентов. Показано, что в зависимости от задачи исследований, выбором Я0 можно обеспечить проведение измерений или с наименьшей погрешностью измерения амплитуды колебаний или с минимумом нелинейных искажений.

В разделе 2.3. рассмотрены вопросы, касающиеся разработки ультразвуковых датчиков. Для упрощения технологии их изготовления, решения проблемы стабилизации частоты излучения и получения высокой точности и

чувствительности измерений, в качестве ультразвуковых преобразователей предложено использовать пьезоэлементы из ЦТС-19, возбуждаемые на первой радиальной моде колебаний. Частота излучаемой ультразвуковой волны/ выбиралась в диапазоне 0,2+1 МГц, а характерные размеры преобразователей - 5+10 мм. Изменение ширины квадратного преобразователя толщиной 4 мм от 4 мм до 8,5 мм приводит к изменению резонансной частоты от 326 кГц до 227 кГц. Для датчика на частоту 400 кГц приведена зона устойчивой работы измерителя в зависимости от угла наклона отражающей поверхности, которая не превышает ± 10° [12]. Исследовано влияние точности установки угла преобразователей в датчике на изменение амплитуды сигнала принятой волны. Показана возможность увеличения фронтального разрешения за счет использования диафрагмирования ультразвукового пучка или использовании легкого промежуточного индентора [13].

В разделе 2.4. приведены результаты измерений основных технических характеристик разработанных измерителей, полученные при статических (с использованием микрометров часового типа ИЧ и МИГ) и динамических (с помощью виброизмерительных комплексов фирм Bruel & Kjer и Robotron) исследованиях. Всего было изготовлено около 15 различных вариантов измерителей, отличающихся алгоритмами работы, частотой излучаемой волны (40 кГц + 1 МГц), характерным размером преобразователей (3+15 мм), различными наборами фильтров низкой и высокой частот и разбивкой на поддиапазоны амплитуд и частот измеряемых виброперемещений, наличием встроенного калибровочного устройства. Типичный двухканальный вариант измерителя (см. рис. 1, а) имеет следующие технические характеристики (каждого канала, в двух поддиапазонах): частота излучаемой ультразвуковой волны - 250 кГц; амплитуды измеряемых перемещений - 1 нм + 10 мм; частоты измеряемых колебаний - 0+20 кГц; расстояние между датчиком и отражающей поверхностью - 20+50 мм; габариты электронного блока -220x180*70 мм, датчика - 12x22x70 мм.

В разделе 2.5. сформулированы выводы по результатам разработки фазовых измерителей виброперемещений, опубликованные в работах [1-4, 10-13].

В главе 3 приведены результаты использования измерителей для решения ряда актуальных задач вибрационной диагностики в технике.

В разделе 3.1. приведены результаты разработки метода измерения вибрационных полей различных объектов, заключающегося в перемещении датчика над поверхностью с помощью координатного устройства или руки и синхронном измерении ее вибраций.

В разделе 3.1.1. на примере исследования прогиба и формы упругой линии стержня с консольным закреплением определены основные погрешности измерения в сравнении с измерениями выполненными микрометром часового типа и теоретическим расчетом для первых трех мод колебаний [12]. Установлено, что погрешность измерения в зависимости от амплитуды колебаний не превышает единиц процентов. Отмечено, что с увеличением номера моды

возбуждаемых колебаний граничные условия все менее соответствуют жесткому закреплению. На примере измерения вибрационного поля круглой пластины (см. рис. 2) отработан метод измерения вибрационных полей [14]. Показана эффективность и высокая производительность измерений.

Расстояние, см Скшннис, см

Рис. 2. Распределения амплитуды колебаний на поверхности круглой пластины из оргстекла диаметром 100 мм и толщиной 1 мм для частот: 2410 Гц (а) и 4410 Гц (б)

В разделе 3.1.2. приведены результаты апробации разработанного метода для исследования вибрационных полей цилиндрической оболочки и составного ультразвукового излучателя типа пакета Ланжевена.

Спектральный состав колебаний и вибрационные поля однородной цилиндрической оболочки вращения определялись при ее возбуждении ударом или звуком. Показано расщепление спектра собственных частот колебаний и изменение вибрационного поля оболочки, при локальном нагружении ее поверхности различными массами. Азимутальные распределения амплитуд виброперемещений ориентированы относительно местоположения груза таким образом, что на резонансной частоте, соответствующей ненагруженной оболочке, местоположение груза соответствует пучности колебаний, а на дополнительно появившейся частоте - узлу.

Исследовано распределение вибраций по поверхности составного излучателя, возбуждаемого на двух резонансных частотах: 9310 Гц и 18232 Гц [15]. Показано, что измерение распределения вибраций позволяет решить две задачи. Во-первых, определяется тип колебаний на заданной частоте излучения: поршневые, изгибные. Во-вторых, полученные результаты могут быть использованы для создания методов коррекции конструктивных особенностей излучателя с целью получения требуемого распределения виброперемещений по его поверхности и характеристики направленности излучения.

В разделе 3.2. приведены результаты разработки методов бесконтактного обнаружения асимметрии тел вращения. В зависимости от поставленной задачи, заключающейся в разбраковке однотипных объектов по нарушению симметрии, или детальном исследование геометрии, предложено два метода проведения измерений, отличающихся размером облучаемой области и обработкой полученных данных (спектральный или временной анализ).

В разделе 3.2.1. рассмотрен метод экспресс-обнаружения асимметрии однотипных объектов (гребные винты, шестерни), имеющих N подобных геометрических элементов [Л 16, 16]. Он заключается в облучении всего объекта (для конкретности - винта) или его значительной части ультразвуковой вол-

ной, приведении винта во вращение с частотой Р0, определении в спектре сигнала отраженной волны, гармоник Ат,Р частоты вращения Р0 и сравнении

их с амплитудой гармоник АтП лопастной частоты Пд=ЫР0, где N -

число

лопастей. По формуле ^ _ у1 А /у1 А , где М - число гармоник

' ■ т • г о / ' ■ " ~ л -П о

»1=1 / 1 = 1

частот вращения, 5 - число гармоник лопастной частоты, при условии, что т не кратно И, рассчитывался коэффициент асимметрии К, позволяющий количественно оценить асимметрию, связанную как с изменением геометрии самого объекта, так и его насадки на вал. Если винт симметричен, то К = 0. Рассчитанное значение коэффициента для исследуемого "симметричного" трехлопастного винта равно К = 0,33, а для винта с модельным дефектом: К = 0,88 (Л = 1,48 мм). Спектры сигналов, полученные после фазового детектирования сигнала принятой ультразвуковой волны, для этих винтов приведены на рис. 3, а, б. Аналогичные измерения проведены при определении асимметрии шестерни с числом зубьев N = 80.

Л"'0.88

18 21 24 27 30 п

Ампшпудл. мкм

Рис. 3. Спектры сигналов для винта без дефекта (а), с дефектом (6) и осциллограмма сигнала для круга с алмазным покрытием в поле допусков (пунктирные линии) (в)

В разделе 3.2.2. приведены результаты разработки метода определения некруглости и биения вращающихся валов и абразивных кругов в поле установленных допусков [17]. Для этого определяют изменение расстояния между датчиком и локальным участком поверхности объекта за несколько оборотов вращения. Одновременно биение и некруглость хорошо видны при представлении результатов в полярных координатах. При определении некруглости положение измеренной окружности программным способом "центрируется" по отношению к эталонным, соответствующим полям допусков. На рис. 3, в приведен пример использования разработанного метода для диагностики износа поверхности алмазного круга диаметром 148 мм непосредственно на работающем точиле. Также проведены измерения биения валов и абразивных кругов различной зернистости, подтвердившие эффективность использования разработанного метода.

В разделе 33. сформулированы результаты использования измерителей для решения задач диагностике в технике, опубликованные в работах [12,14-17].

В главе 4 приведены результаты использования ультразвуковых измерителей для решения некоторых задач медицинской диагностики.

В разделе 4.1. приведены результаты разработки способа измерения коэффициента поверхностного натяжения жидкости, основанного на использовании дисперсионного соотношения для гравитационно-капиллярных волн: со = ~Т~р~ . где со = 2тгО-круговая частота поверхностных

волн, к - волновое число, g - ускорение силы тяжести, р - плотность жидкости, <т- коэффициент поверхностного натяжения [5, 18]. Возбуждение стоячих поверхностных волн в глубокой кювете осуществлялось параметрическим способом. С помощью ультразвукового измерителя измерено распределение амплитуд колебаний стоячей волны по длине кюветы в зависимости от амплитуды и частоты возбуждения. Показано, что с увеличением уровня колебаний распределение амплитуд становится неравномерным. Для увеличения производительности измерений установление порога возбуждения целесообразно выполнять при одновременном контроле амплитуды колебаний в центре кюветы с помощью ультразвукового измерителя. Погрешность измерения поверхностного натяжения составляет единицы процентов, что соответствует погрешностям измерения получаемых другими способами измерений, однако данный более прост в практической реализации, существенно расширяет класс жидкостей, доступных для исследования, в частности, -с пленками поверхностно- активных веществ.

В разделе 4.2. рассмотрен способ количественной оценки свойств многокомпонентной жидкости путем определения динамики импеданса сохнущей капли на поверхности кварцевого резонатора, колеблющегося с частотой 60 кГц [Л 17]. Динамика фазовых переходов в высыхающих каплях биологических жидкостей очень информативна и, например, у здоровых и больных людей различна. С целью развития этого способа проведена серия экспериментов по определению влияния коэффициента поверхностного натяжения жидкостей белково-солевых растворов на процесс их высыхания [19-21]. Показано, что частичная замена альбумина в альбумин-солевом растворе на эквивалентное по массе количество иммуноглобулина снижает поверхностное натяжение, в то время как добавление фибронектина повышает его, что приводит к изменению динамических параметров структуризации высыхающих капель. Эти изменения интегрально отражаются на форме кривых акустоме-ханического импеданса кварцевого резонатора и эта разница может быть выражена в численной форме. Данный способ диагностики жидкостей, позволяет количественно и интегрально оценивать их свойства на соответствие норме за время порядка 20-30 минут, что выгодно отличает его от аналогов.

В разделе 43. приведены результаты разработки квазистатического способа исследования деформационно-нагрузочных характеристик (ДНХ) мозга человека путем вдавливания в него штампа, позволяющего использовать в качестве координатного устройства руку человека, и предназначенного для

интраоперационного использования [б]. Датчик измерителя содержит ультразвуковой измеритель перемещений, позволяющий измерять расстояние до объекта исследования и измеритель силы пружинного типа со встроенным в него индентором со штампом. С его помощью получены новые данные о ДНХ и модуле Юнга мозга и их изменении при различных травмах - внутричерепных гематомах и опухолях. Определен диапазон измерения модуля Юнга - единицы - десятки кПа и погрешность его измерения - не более 10-45 %. Показано, что диапазон измеряемых значений модуля упругости зависит от многих факторов (глубины вдавливания, номера вдавливания и других) и существенно зависит от происходящих в мозге саморегулирующих процессов и типа травмы (гематома, опухоль). Наиболее высокие значения модуля Юнга были в проекции внутримозговых гематом до их удаления, а наименьшие - в перифокальной зоне очагов размозжения. Снятие ДНХ на начальном и заключительном этапах операции, позволило проследить динамику изменений модуля упругости при удалении внутричерепных гематом, которая заключалась в почти двукратном снижении модуля упругости.

В разделе 4.4. приводятся результаты разработки способа исследования сенсорных сфер человека (количественной оценки ощущений) сугубо инструментальным способом. Для этого используется измерение ошибки управления моторных функций человека (в частном варианте реализации - руки), изменяющей параметры исследуемой среды с целью удержания параметров заданного стимула (частоты излучаемого звука, направления линий на экране дисплея). Отмечена принципиальная необходимость измерения перемещений руки, управляющей изменением стимула, бесконтактным способом.

В первой части раздела приведены результаты исследования характеристик слуха человека в широком частотном диапазоне - шести октавах [22, 23]. Показано, что человек, включенный в состав человеко-компьютерного

комплекса (см. рис. 4), ориентируясь на собственные ощущения, способен воспроизводить тональный звук, среднее значение которого близко к предъявленной частоте, но совершает при этом ошибки управления, величина средне-квадратических отклонений которых практически линейно зависит^ как от частоты звука, так и коэффициента преобразования величины управляющих перемещений в частоту генератора.

Во второй части раздела приведены результаты экспериментов по исследованию особенностей восприятия зрительных образов: исследовании ошибок восприятия угла наклона линии на экране дисплея. Показано, что сущест-

Компьютер

Усияпаи МОЩНОСТИ

ИЗ

Преобразователь и-*г Ультралуковой взмерктсль пер вмещал А

Обратим свиь

Схема -1 1

управлети

лгю

Рис. 4. Схема установки для исследования слуха

вуют углы, кратные 45°, для которых ошибки управления в установлении угла наклона минимальны. Полученный результат хорошо подтверждается особенностями физиологического строения и результатами моделирования обработки информации в коре головного мозга.

В разделе 4.5. сформулированы выводы по использованию измерителей виброперемещений для решения задач диагностики в медицине [5, 6, 13, 18-23].

В Главе 5 приведены результаты разработки модуляционных дефектоскопов. На модельных и реальных объектах решен ряд экспериментальных задач, позволяющих определить характерные эффекты проявления трещинами нелинейных свойств в зависимости от различных условий проведения измерений. Определены достоинства нелинейного модуляционного способа диагностики по сравнению с линейным.

В разделе 5.1. рассмотрены вопросы, связанные с разработкой аппаратурного варианта модуляционного дефектоскопа [24, 25]. Для этого использовалось стробирование сигнала принятой ультразвуковой волны на установленной дальности. Амплитуда стробированного сигнала запоминалась на время равное периоду посылок ультразвуковых импульсов и обновлялась при каждой следующей посылке. Основные преимущества этого метода: простота реализации и получение динамического диапазона анализируемых сигналов на 30^40 дБ большего, чем при программном методе.

В разделе 5.2. рассмотрен программный вариант модуляционного дефектоскопа [25, 26]. Для его реализации сигнал принимаемой ультразвуковой волны, через высокоскоростную плату аналогоцифрового преобразователя записывался в компьютер, и вся дальнейшая обработка осуществлялась с помощью специально написанной программы. Этот метод позволял обнаруживать наличие трещин сразу по всей трассе локации, перспективен для решения задач мониторинга и томографии, отличается высокой наглядностью представления получаемых результатов. Кроме этого возможна дополнительная обработка данных с целью использования новых диагностических признаков, в частности, - фазы модуляции, позволяющих увеличить достоверность обнаружения трещин [27]. На рис. 5, а, б приведены макеты разработанных дефектоскопов.

В разделе 5.3. приведены результаты апробации дефектоскопов для обнаружения модельных дефектов (одиночных трещин и полостей) в металлических стержнях и пластинах. На примерах их диагностики определены основные особенности обнаружения трещин модуляционным способом и его достоинства в сравнении с линейным .

Рис. 5. Модуляционные дефектоскопы

В разделе 5.3.1. приведены результаты обнаружения трещин в стержнях аппаратурным методом [24, 28-31]. Для возбуждения изгибных колебаний использовался малогабаритный электродинамический вибратор или механический удар. Экспериментально определена потенциальная чувствительность способа: возможно измерение модуляции на уровне - 60 - 90 дБ относительно амплитуды ультразвуковой волны. Показаны возможности обнаружения трещины при условии локации дефектов двух типов (трещины и полости), последовательно расположенных по трассе локации, а также при модуляции трещин крутильными колебаниями и различных направлениях модуляции изгибными колебаниями. Установлено, что модуляционный способ позволяет определять положение трещины по проявлению ею нелинейных свойств, независимо от того находится перед ней полость или нет, а уровень модуляции зависит от направления низкочастотного возбуждения объекта.

В разделе 5.3.2. приведены результаты использования дефектоскопов для обнаружения трещин в однотипных объектах - пяти металлических пластинах с одиночными трещинами [24, 25, 32-34]. Сравнение амплитуд сигналов, отраженных от трещин, и уровней их модуляции показали, что модуляционный дефектоскоп в отличие от линейного позволяет сравнивать однотипные объекты по степени трещиноватости и обнаруживать закрытые (статически поджатые) трещины. Рассмотрены основные варианты локации одиночных дефектов (полость, трещина) расположенных по трассе локации в различных сочетаниях.

Показано, что совместное использование линейной локации и модуляционного способа позволяют достоверно обнаруживать полость и трещину, если полость является первым дефектом по трассе локации, а трещина - вторым (см. рис. 6, а, б). Если первым дефектом является трещина, то определение типа второго дефекта затруднено из-за модуляции ультразвуковой волны, прошедшей через трещину. Большое значение для анализа имеет уровень отражения от первого дефекта.

В качестве дополнительного признака, позволяющего отличить отражение от полости или от трещины, предложено использовать фазу модуляции. Если первым дефектом по трассе локации является трещина, то можно показать, что фаза изменения амплитуды ультразвукового импульса, отраженного от следующего дефекта, имеет противоположный знак, если это полость, и сохраняет знак, если это трещина. Установлено, что сканирование ультразвуковым преобразователем по по-

Рис. 6. Изменения сигналов при локации со стороны трещины (а) и полости (б)

верхности объекта позволяет исследовать границы взаимодействия внутренней поверхности трещины, исследовать пространственные характер» контакта двух поверхностей, мест защемления и позволяет получать и; мацию, недоступную линейному способу.

В разделе 5.3.3. приведены результаты обнаружения модельных и коррозионных трещин растрескиваемых под напряжением (КРН треп фрагменте трубы магистрального газопровода диаметром 1420 мм, длин 2100 мм и толщиной стенки 16,8 мм [7, 25, 35]. Определены изменения уровней модуляции волн, отраженных от одиночных дефектов различного типа, в зависимости от амплитуды колебаний поверхности трубы (до 10 мкм), возбуждаемой вибростендом в диапазоне частот 74+78 Гц. Установлено, что все дефекты можно сортировать по типу: трещина, полость. Результаты, полученные при сканировании ультразвукового датчика по поверхности трубы, показали, что распределение амплитуды модуляции (см. рис. 7, б) не полностью соответствует распределению амплитуд отражений (см. рис. 7, а). Существуют направления локации (часть из них отмечена на рис. 7, б стрелками), для которых это несоответствие очевидно и можно утверждать, что в этих областях, по крайне мере первые отражения соответствуют трещинам, часть из которых возможно закрыта (статически поджата). Установлено, что определить тип дефекта возможно даже при его локации с участков трубы, имеющих изоляционное покрытие.

В разделе 5.4. приведены результаты разработки модуляционного дефектоскопа в виде приставки к компьютеру, позволяющей при использовании непрерывного режима излучения ультразвуковой волны и возбуждении из-гибных колебаний ударом, обнаруживать наличие трещин в однотипных объектах [36]. Приставка использовалась для определения дефектности деталей машин различной сложности, от подшипников и шестерен до крышек электрогенератора и головки блока цилиндров, и показала высокую эффективность работы.

В разделе 5.5. приводятся результаты разработки модуляционного дефектоскопа для диагностики объектов из ферромагнитных материалов, использующего локальную деформацию их поверхности, при помощи электромагнитных импульсов, создаваемых П-образным электромагнитом с узкими тонкими подкладками под его полюсами [37]. В зависимости от соотношения упругостей сердечника электромагнита и поверхности рассмотрены три ме-

100 200 iOO Расстояние, мм

Расстояние, мм

Рис. 7. Изменение амплитуды сигнала (а) и его модуляции (б), при сканировании участка трубы

ханизма, позволяющие модулировать акустические характеристики дефектов:

Шверхности силой притяжения электромагнита, опертого на промежу-одкладки; деформации границ трещин вследствие приложения к ним магнитного поля; создании тангенциальных сил деформации в мес-полюсов электромагнита на поверхность объекта. Первый механизм разно использовать для локальной модуляции тонкостенных объек-)рой и третий — толстостенных. Приведены результаты экспериментов по исследованию пространственного распределении модуляции сигналов ультразвуковых волн, отраженных от поджатой и приоткрытой одиночной трещин в двух металлических пластинах, качественно совпадающий с результатами, полученными при модуляции трещин вибрациями.

В разделе 5.6. рассмотрен дефектоскоп, использующий для модуляции специально сформированную последовательность мощных фазоинверти-рованных низкочастотных (НЧ) ультразвуковых импульсов [8, 38]. Выбор области анализа осуществлялся путем изменения времени задержки излучения НЧ.импульсов по отношению к высокочастотным (ВЧ). На первом этапе раб!МГ исследована модуляции ультразвуковой волны, отраженной от дефек-товппри прохождении через них последовательности НЧ импульсов волн Лэмба. На втором этапе разработан метод измерений перспективный для диагностики трещин при поточном контроле пластин и труб, когда требуется высокая производительность измерений. Для него изготовлен комбинированный датчик, в котором размещены ВЧ и НЧ ультразвуковые преобразователи, а область анализа устанавливается априорно между ними. Приведены результаты экспериментов, подтверждающие, что при перемещении комбинированного датчика по поверхности, одновременно удается определять как местоположение дефекта, так и его тип.

В разделе 5.7. сформулированы выводы по результатам разработки ультразвуковых модуляционных дефектоскопов [7, 8, 24-38].

В Заключении сформулированы основные результаты работы.

В работе изложены научно обоснованные технические и технологические решения разработки новых ультразвуковых средств измерения: фазовых измерителей виброперемещений и нелинейных модуляционных дефектоскопов, а также методы их использования для решения задач вибрационной и ультразвуковой диагностики материалов и конструкций, внедрение которых в практику их неразрушающего контроля позволило увеличить научно-технический потенциал страны и вносит значительный вклад в развитие ее экономики. Внедрение разработанных измерительных средств на ряде предприятий подтверждает важность и актуальность решенных задач.

1. Развиты методологические основы построения ультразвуковых фазовых измерителей виброперемещений для локации в воздухе. Разработаны и внедрены в практику измерений бесконтактные измерители виброперемещений, отличающиеся высокой помехоустойчивостью и полной автоматизацией измерений, простотой эксплуатации, технологичностью изготовления и широким диапазоном амплитуд (1 нм ^ 50 мм) и частот (0-К20 кГц) измеряемых вибраций.

2. Созданы методы использования ультразвуковых фазовых измерителей для решения задач вибрационной диагностики: измерения вибрационных полей колеблющихся объектов, использующий сканирование ультразвукового датчика над исследуемой поверхностью с помощью координатного устройства или руки; экспресс-диагностики нарушения симметрии тел вращения, отличающиеся высокой производительностью измерений.

3. Разработан способ измерения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей с пленкой поверхностно-активного вещества, основанный на дисперсионном соотношении для гравитационно-капиллярных волн, позволяющий расширить класс жидкостей, доступных для исследования.

4. Разработан способ исследования деформационно-нагрузочных характеристик мозга человека, отличающийся высокой производительностью измерений и возможностью использования для интраоперационного использования. Получены данные о модуле Юнга мозга человека и его изменении при различных внутричерепных травмах: гематомах и опухолях.

5. Развит способ исследования многокомпонентной жидкости путем определения динамики импеданса ее сохнущей капли на поверхности кварцевого резонатора. Определено влияние коэффициентов поверхностного натяжения различных белково-солевых растворов на процесс высыхания.

6. Разработаны новые средства ультразвуковой диагностики: модуляционные дефектоскопы, основанные на нелинейном акустическом' Эффекте -модуляции ультразвуковой волны низкочастотными вибрациями объекта, позволяющие одновременно обнаруживать местоположение дефекта и определять его тип: трещина или полость.

7. На модельных и реальных объектах, имеющих одиночные трещины и полости, расположенные по трассе локации в различных сочетаниях, определены основные закономерности обнаружения трещин ультразвуковыми модуляционными дефектоскопами и достоинства нелинейного ультразвукового способа диагностики по сравнению с линейным.

8. Разработаны модуляционные дефектоскопы, использующие для модуляции параметров трещин локальную низкочастотную деформацию объекта, возникающую под действием последовательности мощных электромагнитных или мощных фазоинвертированных акустических импульсов.

В Литературе приведен список использованных публикаций, список патентов и публикаций автора. В Приложениях приведены материалы, подтверждающие использование разработанных измерительных средств в ряде научно-исследовательских институтов и в учебном процессе.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Л1. Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн. 2. Акустические методы контроля: Практ. пособие / И.Н. Ермолов, Н.П. Алешин, А.И. Потапов; Под ред. В.В. Сухоруко-ва. - ML: Высш.шк., 1991. - 283 с.

JI2. Kleppe J. Engeneering application of acoustic. - Artech House. 1989. -380 p.

ЛЗ. Горбатов A.A., Рудашевский Г.Е. Акустические методы измерения расстояний и управления. - М.: Энергоиздат, 1981. - 207 с.

JI4. Бражников Н.И. Ультразвуковая фазометрия. -М.: Энергия. 1968. -272 с.

JI5. Зверев В.А., Калачев А.И. Модуляция звука звуком при пересечении акустических волн И Акуст. журн. 1970. Т. 16, № 2. С. 245-251.

JI6. Сутин A.M., Назаров В.Е. Нелинейные акустические методы диагностики трещины // Радиофизика и квантовая электроника. 1995. Т. 38, № 3/4. С. 109-120.

Л7. Zheng Y., Maev R.Gr., Solodov I.Yu. Nonlinear acoustic applications for material characterization: A Review// Canadian Journal of Physics. 1999. V. 77, №12. P. 927-967.

Л8. Руденко O.B. Гигантские нелинейности структурно-неоднородных сред и основы методов нелинейной акустической диагностики // Успехи физических наук. 2006. Т. 176, № 1.С. 77-95.

Л9. Donskoy D., Sutin A., Ekimov A. Nonlinear acoustic interaction on contact interfaces and its use for nondestructive testing // NDT&E International. 2001. V. 34. P. 231-238.

Л10. Sessler J.G., Weiss V. Crack detection apparatus and method // Patent № 3867836 USA. 1975.

Л11. Мансфельд А.Д., Зимнович А.И., Таратенкова O.H., Шишков А.В. Ультразвуковые методы измерения параметров движения // Сб. тр.: Ультразвуковая диагностика. - Горький: ИПФ АН СССР. 1983. С. 17-24.

Л12. Гордеев Б., Золин В., Беленова Н. Особенности использования ультразвукового фазового метода в задачах виброметрии // Метрология. 1986. №10. С. 41-45.

Л13. Tapson J. Wavemode locking: a new measurement modality for proximity sensors //Ultrasonics. 1998. V.36. P. 53-57.

Л14. Sasaki K., Nishihira M., Imano K. Nanometer-order resolution displacement measurement system by air-coupled ultrasonic wave introducing maximum phase- sensitivity tuning // Japan. J. of Applied Physics. 2005. V. 44. № 6B. P. 4411-4416.

Л15. Matar O., Remenieras J., Bruneel C., Roncin A., Patat F. Noncontact measurement of vibration using airborne ultrasound // IEEE Trans. Ultrason., Ferroelectr. and Freq. Contr. 1998. V. 45, №3. P. 626-633.

Л16. Санин А.Г., Чичагов П.К., Шмелев И.И. Способ контроля состояния изделия И А.с, № 945656 СССР. 1982. Б.И. № 27.

Л17. Яхно Т.А., Яхно В.Г., Шмелев И.И. и др. Способ исследования многокомпонентной жидкости//Патент № 2232384 РФ. 2004.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТЦИИ

1. Казаков В.В. Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений // А.с. № 1357725 СССР. 1987. Б.И. № 45.

2. Казаков В.В. Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений // А.с. № 1619028 СССР. 1991. Б.И. № 1.

3. Казаков В.В. Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений // А.с. № 1774164 СССР. 1992. Б.И. № 41.

4. Казаков В.В. Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений // А.с. № 1413420 СССР. 1988. Б.И. № 28.

5. Антонец В.А., Иванов А.Ф., Казаков В.В. Способ определения поверхностного натяжения жидкостей // А.с. № 1283621 СССР. 1987. Б.И. №2.

6. Казаков В.В., Кравец Л.Я., Фраерман А.П. Устройство для определения механических свойств биологических тканей//Пат. №2061405 РФ. 1996. Б.И. №16.

7. Казаков В.В. Нелинейный акустический способ обнаружения трещин и их местоположений в конструкции и устройство для его реализации // Патент № 2274859 РФ. 2006. Б.И. №11.

8. Казаков B.B. Нелинейный ультразвуковой способ обнаружения трещин и их местоположений в твердом теле и устройство для его реализации // Патент № 2280863 РФ. 2006. Б.И. №21.

9. Казаков В.В. Ультразвуковые фазовые измерители виброперемещений // Виброакустические поля сложных объектов и их диагностика. - Горький: ИПФ АН СССР. 1989. С. 178-190.

10. Казаков В.В. Цифровое фазосдвигающее устройство // Приборы и техника эксперимента. 2007. № 4. С. 94-95.

11. Казаков В.В. Выбор режима работы портативного ультразвукового виброметра И Сб. тр.: Вибрационная техника. - M.: МДНТП. 1989. С. 19-21.

12. Антонец В.А., Казаков В.В. Ультразвуковой измеритель перемещений (виброметр) // Препринт № 112. ИПФ АН СССР. - Горький. 1984. - 28 с.

13. Казаков В.В., Клочков Б.Н. О низкочастотных механических свойствах мягкой ткани руки человека // Биофизика. 1989. Т. 34, вып. 4. С. 688-692.

14. Казаков В.В. Измерение вибрационных полей с помощью ультразвуковых фазовых измерителей перемещений // Сб. тр. XV сессии РАО. Т. 2. - М. : ГЕОС. 2004. С. 17-21.

15. Казаков В.В. Бесконтактное измерение виброперемещений // Сб. тр. XI Всес. Акустической конф. - Москва. 1991. Сек. П. С. 9-12.

16. Казаков В.В., Коротин П.И., Хохлов В.Г., Чичагов П.К., Шерешевский И.А., Шмелев И.И. Исследование геометрии тел вращения методом ультразвуковой локации // Сб. тр.: Ультразвуковая диагностика. - Горький: ИПФ АН СССР. 1983. С. 200-209.

17. Казаков В.В. Измерение биения и некруглости с помощью ультразвукового фазового измерителя перемещений // Сб. тр. XV сессии РАО. Акустические измерения и стандартизация. Т.Н. - M.: ГЕОС. 2004. С. 74-78.

18. Антонец В.А., Иванов А.Ф., Казаков В.В. Измерение поверхностного натяжения жидкостей с пленкой поверхностно-активного вещества // Сб. тр.: Методы вибрационной диагностики реологических характеристик мягких материалов и биологических тканей. -Горький: ИПФ АН СССР. 1989. С. 137-144.

19. Yakhno T., Sanin A., Pelyushenko A., Kazakov V. et al. Uncoated quartz resonator as a universal biosensor // Biosensors and Bioelectronics. 2007. V. 22, № 9-10. P. 2127-2131.

20. Яхно T A-, Казаков B.B., Санин А.Г-, Шапошникова О.Б., Чернов A.C. Сравнительная оценка механических свойств адсорбционных слоев в растворах белков сыворотки крови человека // Журнал технической физики. 2007. Т. 77, вып. 4. С. 119-122.

21. Яхно Т.А., Казаков В.В., Санин А.Г., Шапошникова О.Б., Чернов A.C. Динамика фазовых переходов в высыхающих каплях растворов белков сыворотки крови человека // Журнал технической физики. 2007. Т. 77, вып. 4. С. 123-127.

22. Антонец В.А., Анишкина Н.М., Грибков A.JL, Казаков В.В., Тиманин Е.М. Об инструментальном исследовании восприятия И Тез. докл. VI Всерос. конф.: Биомеха. ника-2002. - Н. Новгород: ИПФ РАН. 2002: С. 19-21.

23. Антонец В.А., Анишкина Н.М., Грибков A.JI., Казаков В.В., Козмин B.C., Тиманин Е.М. Количественная оценка восприятия частоты звуков слуховым анализатором II Препринт № 625 ИПФ РАН. -Н. Новгород. 2003. -16 с.

24. Казаков В.В. Модуляционный способ обнаружения трещин. I Аппаратурный метод реализации И Дефектоскопия. 2006. № 11. С. 3-13.

25. Казаков В.В. Нелинейный модуляционный способ обнаружения трещин / Акустика неоднородных сред. Ежегодник РАО. Труды научной школы проф. С.А. Рыбака. Москва. 2006. Вып. 7. С. 51-60.

26. Казаков B.B. Модуляционный способ обнаружения трещин. II. Программный метод реализации // Дефектоскопия. 2006. №12. С. 3-11.

27. Казаков В.В., Зверев В.А., Сугин A.M. О дополнительных способах обработки информации при использовании модуляционного акустического метода обнаружения трещин // Сб. тр. XI сессии РАО. Т. 2. - М.: ГЕОС. 2001. С. 290-293.

28. Казаков В.В., Сутин А.М., Екимов А.Э. Нелинейная акустическая диагностика трещин в стержнях и пластинах // Препринт № 498 ИПФ РАН. - Н. Новгород. 1999. - 32 с.

29. Казаков В.В., Сутин A.M. Использование эффекта модуляции ультразвука вибрациями для импульсной локации трещин // Акустический журнал. 2001. Т. 47, № 3. С. 364-369.

30. Ekimov А.Е., Didenkulov I.N., Kazakov V.V. Modulation of torsional waves in a rod with a crack // J. Acoust. Soc. Am. 1999. V. 106, № 3. P. 1289-1292.

31. Диденкулов И.Н., Екимов А.Э., Казаков B.B. Нелинейное взаимодействие крутильных и изгибных волн в стержне с трещиноподобным дефектом // Акустический журнал. 1998. Т. 44, № 5. С. 621-627.

32. Kazakov V.V., Sutin A.M., Johnson P.A. Sensitive imaging of an elastic nonlinear wave-scattering source in a solid // Applied Physics Letters. 2002. V. 81, № 4. P. 646-648.

33. Казаков В.В., Сутин A.M. Метод обнаружения трещин, основанный на модуляции ультразвука вибрацией // Препринт № 534 ИПФ РАН. - Н. Новгород. 2000. - 28 с.

34. Kazakov V.V., Johnson P. A. Nonlinear wave modulation imaging // In proc.: Nonlinear Acoustics at the Beginning of the 21-st Century. Faculty of Physics. MSU. -Moscow. 2002. V. 2. P. 763-766.

35. Самохвалов P.B., Казаков B.B. Результаты локации реальных КРН трещин аппаратуры на эффектах нелинейной акустики // Сб. тр.. 6-го н.-т. сем.: Аналитика, диагностика, средства и системы автоматизации. Москва: ФГУП "ВНИИФТА". 2004. С. 82-90.

36. Казаков В.В., Сутин A.M. Ультразвуковой прибор для нелинейной акустической диагностики // Сб. тр. XV сессии РАО. Акустические измерения и стандартизация. T. II. - М.: ГЕОС. 2004. С. 78-81.

37. Казаков В.В., Грибков AJI. Исследование дефектов нелинейным модуляционным способом. Вариант модуляции электромагнитом // Дефектоскопия. 2007. №3. С. 46-53.

38. Казаков В.В. Исследование пространственной структуры твердых тел путем их локальной модуляции акустическими импульсами // Сб. тр. XVIII сессии РАО. Т. 1. - М.: ГЕОС. 2006. С. 83-86.

СОДЕРЖАНИЕ

Оглавление. Введение.

Глава 1. Состояние и перспективы развития ультразвуковых фазовых и модуляционных методов измерений.

1.1. Обзор литературы.

1.1.1. Измерители виброперемещений в воздухе.

1.1.2. Дефектоскопы на нелинейном акустическом эффекте.

1.2. Акустический тракт измерения.

1.3. Модуляция звука звуком.

1.4. Фазовый метод измерения.

] .5. Ультразвуковые преобразователи для локации в воздухе.

1.6. Цель и задачи исследования.

1.7. Выводы.

Глава 2. Ультразвуковые фазовые измерители виброперемещений.

2.1. Схемы измерителей виброперемещений.

2.1.1. Цифровое фазосдвигающее устройство.

2.1.2. Измерения макроперемещений .

2.1.3. Измерения микроперемещений.

2.1.4. Измерения при условии перемещения датчика рукой.

2.2. Нелинейные искажения в акустическом тракте.

2.3. Преобразователи на радиальных модах колебаний.

2.4. Технические характеристики измерителей.

2.5. Выводы.

Глава 3. Ультразвуковые измерители для диагностики в технике.

3.1. Метод измерения вибрационных полей.

3.1.1. Измерения вибраций канонических объектов.

3.1.2. Вибрационные поля цилиндрической оболочки и ультразвукового излучателя.

3.2. Диагностика геометрии тел вращения.

3.2.1. Определение асимметрии тел сложной формы.

3.2.2. Обнаружение некруглости и биения абразивных кругов.

3.3. Выводы.

Глава 4. Ультразвуковые измерители для диагностики в медицине.

4.1. Определение поверхностного натяжения жидкости по дисперсионному соотношению для капиллярных волн.

4.2. Исследование динамики высыхания капли растворов биологической жидкости.

4.3. Способ определения модуля упругости мозга человека in vivo.

4.4. Инструментальный метод исследования сенсорных сфер человека (слуха, зрения).

4.5. Выводы.

Глава 5. Ультразвуковые модуляционные дефектоскопы.

5.1. Аппаратурный вариант дефектоскопа.

5.2. Программный вариант дефектоскопа.

5.3. Модуляция низкочастотными вибрациями.

5.3.1. Обнаружение одиночных трещин в стержнях.

5.3.2. Диагностика трещин и полостей в пластинах.

5.3.3. Дефектоскопия трубы магистрального газопровода.

5.4. Дефектоскоп для разбраковки однотипных изделий.

5.5. Локальная модуляция с помощью электромагнитных импульсов.

5.6. Модуляция последовательностью фазоманипулированных акустических импульсов.

5.7. Выводы.

Заключение. Основные результаты работы.

Литература.

Приложения.

Казаков Вячеслав Вячеславович

Автореферат

Подписано к печати 24.12.2008 г. Формат 60 х 90 '/,6. Бумага офсетная №1. Усл. печ. л. 2,0. Тираж 120 экз. Заказ № 137(2008)

Отпечатано в типографии Института прикладной физики РАН, 603950, Н. Новгород, ул. Ульянова, 46

Оглавление автор диссертации — доктора технических наук Казаков, Вячеслав Вячеславович

Введение.

Глава 1. Состояние и перспективы развития ультразвуковых фазовых и модуляционных методов измерений

1.1. Обзор литературы

1.1.1. Измерители виброперемещений в воздухе

1.1.2. Дефектоскопы на нелинейном акустическом эффекте

1.2. Акустический тракт измерения

1.3. Модуляция звука звуком

1.4. Фазовый метод измерения

1.5. Ультразвуковые преобразователи для локации в воздухе

1.6. Цель и задачи исследования

1.7. Выводы

Глава 2. Ультразвуковые фазовые измерители виброперемещений

2.1. Схемы измерителей виброперемещений

2.1.1. Цифровое фазосдвигающее устройство.

2.1.2. Измерения макроперемещений

2.1.3. Измерения микроперемещений

2.1.4. Измерения при условии перемещения датчика рукой

2.2. Нелинейные искажения в акустическом тракте

2.3. Преобразователи на радиальных модах колебаний

2.4. Технические характеристики измерителей

2.5. Выводы

Глава 3. Ультразвуковые измерители для диагностики в технике

3.1. Метод измерения вибрационных полей

3.1.1. Измерения вибраций канонических объектов

3.1.2. Вибрационные поля цилиндрической оболочки и ультразвукового излучателя

3.2. Диагностика геометрии тел вращения

3.2.1. Определение асимметрии тел сложной формы

3.2.2. Обнаружение некруглости и биения абразивных кругов

3.3. Выводы

Глава 4. Ультразвуковые измерители для диагностики в медицине

4.1. Определение поверхностного натяжения жидкости по дисперсионному соотношению для капиллярных волн

4.2. Исследование динамики высыхания капли растворов биологической жидкости.

4.3. Способ определения модуля упругости мозга человека in vivo

4.4. Инструментальный метод исследования сенсорных сфер человека (слуха, зрения)

4.5. Выводы

Глава 5. Ультразвуковые модуляционные дефектоскопы.

5.1. Аппаратурный вариант дефектоскопа

5.2. Программный вариант дефектоскопа

5.3. Модуляция низкочастотными вибрациями

5.3.1. Обнаружение одиночных трещин в стержнях

5.3.2. Диагностика трещин и полостей в пластинах

5.3.3. Дефектоскопия трубы магистрального газопровода

5.4. Дефектоскоп для разбраковки однотипных изделий

5.5. Локальная модуляция с помощью электромагнитных импульсов

5.6. Модуляция последовательностью фазоманипулированных акустических импульсов

5.7. Выводы

Введение 2008 год, диссертация по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, Казаков, Вячеслав Вячеславович

Ультразвуковые локационные средства измерения широко используются для исследования свойств различных материалов и конструкций [1-11]. Уникальные возможности, которые дает ультразвуковая диагностика, в первую очередь связаны с отсутствием разрушающего воздействия на исследуемый объект, что позволяет многократно осуществлять мониторинг его акустических характеристик: контактно или бесконтактно, локально или интегрально исследовать как макро и микроперемещения объекта, изменения его геометрии, так и особенности структуры и состава материала, в котором распространяется ультразвуковая волна [1-2, 5-10]. Чувствительность и пространственные характеристики измерителей зависят от частот излучаемых волн и геометрических характеристик ультразвуковых преобразователей, которые могут изменяться в широких пределах, обеспечивая оптимальные условия для проведения измерений. Методические подходы и технические решения, используемые при ультразвуковых измерениях в воздушной и твердой средах, основаны на общих локационных принципах, хотя и имеют свои особенности.

Локация в воздухе более ориентирована на решение задач вибрационной диагностики, бесконтактного исследования вибраций или формы различных объектов [1-9, 5, 12, 13, 14]. Локация твердого тела направлена на определение его акустических свойств или исследование изменения структуры, в частности, - обнаружение дефектов различных типов: трещин, полостей [2, 7, 8, 11, 15-20].

Важность решения задач бесконтактного измерения вибраций и геометрии объектов общепризнанна, поэтому попытки их решения осуществляются непрерывно, что привело к созданию большого разнообразия ультразвуковых измерительных средств: дальномеры и координатные устройства [21-33], интерферометры [6, 9, 34, 35], фазовые измерители виброперемещений [5, 12, 13, 36-64], измерители для исследования структуры материалов

65-76] и других [77-82].

Ультразвуковые фазовые измерители виброперемещений занимают среди них особое место, поскольку отличаются высокой чувствительностью, широким диапазоном амплитуд (от сотых долей микрона до десятков сантиметров) и частот (от нуля до единиц килогерц) измеряемых перемещений на расстоянии от единиц сантиметров до единиц метров, что позволяет их применять для решения самых разнообразных задач вибрационной диагностики. Однако, их использование на практике имеет свои особенности, приводящие к необходимости решения целого ряда задач технического и методологического характера. В частности, проведение измерений сопровождается воздействием ряда факторов (пропадание сигнала принимаемой волны, низкочастотные перемещения поверхности на расстояния, сравнимые с длиной ультразвуковой волны), дестабилизирующих алгоритм их работы.

Решением задачи одновременного повышения точности и производительности измерений, то есть приведения измерителя в штатный режим работы при воздействии дестабилизирующих факторов за минимально возможное время, занимались в Институте прикладной физики РАН (Н.Новгород) [38, 39], Нижегородском филиале Института машиноведения (Н.Новгород) [4049], Каунасском политехническом институте (Литва) [50-54], а также за рубежом (35, 55-64). Несмотря на некоторые успехи, алгоритмов обработки устойчивых к самовозбуждению и при этом не имеющих ограничения на максимальную амплитуду низкочастотного перемещения отражающей поверхности (или ультразвукового датчика), разработано не было. Созданные измерители остались на уровне единичных демонстрационных макетов, имеющих узкую область применения, ограниченные возможности и потребность в их дальнейшем развитии осталась.

Актуальность проблемы раннего обнаружения трещин также общепризнанна, именно поэтому разработкой ультразвуковых методов диагностики занимается значительное число российских и зарубежных компаний, например: НПФ "АВЭК" (Екатеринбург), "Алтек", "ПАНАТЕСТ", Акустические контрольные системы", НПК "Луч" (Москва), "Panametric", "Krautkramer" (принадлежат General Electric Company), Sonatest (Англия), AO "ИНТРО-СКОП", "РДМ" (Молдова). Однако разрабатываемые ультразвуковые дефектоскопы основаны на линейных методах локации и к настоящему времени в значительной степени исчерпали свои информационные возможности. В тоже время такие принципиальные требования потребителя, контролирующего состояние или эксплуатирующего объект, как определение типа дефекта (трещина или полость) и закрытых (статически поджатых) трещин и трещин на ранней стадии их развития они не способны удовлетворить. Такие возможности для ультразвуковой диагностики дает использование нелинейных акустических эффектов: генерация гармоник ультразвуковой волны [76, 8386], генерация гармоник возбуждаемых вибраций [87, 88], модуляция ультразвуковых волн низкочастотными вибрациями [89-91] или акустическими импульсами и других [92-94], особенно чувствительных к нарушениям структуры твердых тел.

Наиболее перспективным для практического использования является модуляционный способ измерения, основанный на модуляции ультразвуковых волн, распространяющихся в объекте, его низкочастотными вибрациями [95-114], и позволяющий получить более достоверные и стабильные результаты. Физическая основа эффекта заключается в проявлении трещиной нелинейных свойств, связанной с ее квадратичной упругой нелинейностью, раз-номодульностью трещины при ее сжатии и растяжении, концентрации напряжений вблизи вершины трещины и нелинейности контактов Герца для шероховатых поверхностей [89-92], что вызывает модуляцию распространяющейся ультразвуковой волны. По уровню модуляции судят о наличии трещин в объекте и степени его трещиноватости, характеризующей его пространственную неоднородность, анизотропность свойств, и определяемой отношением объема трещин к объему образца или числом трещин на единицу длины по определенному направлению [115].

Развитие модуляционного способа идет по двум направлениям. Первое направление заключается в обнаружении самого факта наличия трещин и предназначено для решения задачи разбраковки однотипных объектов [100, 114]. Второе направление заключается в использовании когерентной импульсной локации [75, 95, 105, 113] и обнаружении не только типа дефекта, но и его местоположения.

Возможность обнаружения трещин этим способом была предсказана давно [89, 111, 116, 117], однако попытки его использования на практике стали предприниматься только в последние 15-20 лет для решения широкого круга задач: от обнаружения трещин в пластинах и конструктивных элементах самолетов [76, 83, 95-97, 113], в колесных парах железнодорожного транспорта [100, 114] и исследования контакта (интерфейса) двух поверхностей [90, 102, 103] до мониторинга образования трещин при усталостных испытаниях [105, 106]. На демонстрациях возможностей решения указанных задач была показано, что разработка и создание новых способов ультразвуковой диагностики на основе модуляционного акустического эффекта является перспективной и актуальной задачей. Её решение позволяет получить новую информацию о типах дефектов, присутствующем в объекте; обнаруживать наличие трещин на ранних стадиях их развития и производить количественную оценку степени трещиноватости однотипных объектов.

Несмотря на большие перспективы использования, развитие этого способа вызывает большие затруднения, и до сих пор модуляционные дефектоскопы не были созданы. Имеются лишь разрозненные макеты экспериментальных установок, более ориентированных на научные исследования и демонстрацию эффекта модуляции. Это связано с тем, что существует целый ряд нерешенных проблем, как технического, так и информационного характера, связанных как с получением высокой чувствительности и достоверности измерений, так и выяснением особенностей применения модуляционного способа и определением его достоинств по сравнению со способом линейной локации (кроме того, что он позволяет обнаруживать трещины), которые должны быть решены прежде, чем он будет использоваться в повседневной практике ультразвуковой дефектоскопии.

Прогресс в развитии науки, создание новых материалов и технологий привели к появлению новых задач в области научного эксперимента, техники, промышленности и медицине и необходимости существенного развития известных и разработки новых средств и методов ультразвуковой диагностики, использующих различные подходы и физические эффекты. Типичными задачами, требующими своего решения в области вибрационной диагностики в промышленности и медицине, являются: бесконтактная вибрационная диагностика колеблющихся поверхностей для масштабного моделирования и снижения шумности излучения; контроль геометрии вращающихся объектов (валов, абразивных дисков, винтов, шестерен) для определения их дефектности или износа; исследование свойств биологических жидкостей и сенсорных сфер человека (слуха, зрения) для медицинской диагностики. Для задач ультразвуковой дефектоскопии самых различных объектов (труб, рельсов и других), связанных с обеспечением безопасности их эксплуатации и контролем качества выпускаемой продукции, необходима разработка методов диагностики их структуры на предмет наличия и образования в них трещин. Решение этих и многих других задач невозможно без создания новых высокочувствительных ультразвуковых средств измерения в воздухе и твердом теле, основанных на фазовых и модуляционных способах [3, 118-124] измерений.

Ориентация на широкое практическое применение разрабатываемых средств и расширение круга исследуемых объектов требует также обеспечения существенного улучшения потребительских качеств разрабатываемых методов и приборов - повышения чувствительности и производительности измерений, упрощения методов измерений, разработки экспресс-методов диагностики, исследования пространственных характеристик объектов.

Таким образом, возникла проблема, связанная с обеспечением потребностей науки, техники и промышленности новыми ультразвуковыми измерительными средствами: бесконтактными фазовыми измерителями виброперемещений и модуляционными дефектоскопами на основе нелинейных акустических эффектов, имеющих лучшие технические характеристики и потребительские свойства по сравнению с известными, а также разнообразных методов их применения, позволяющих оптимизировать решение конкретной научной или технической задачи.

Направление исследований заключалось в поиске и разработке новых технических решений для проведения ультразвуковых измерений применительно к решению задач ультразвуковой и вибрационной диагностики в технике и медицине, расширение круга объектов доступных для исследования, получение новых знаний об их физических характеристиках. Основные требования к современной измерительной аппаратуре заключались в следующем: а) Ультразвуковые фазовые измерители виброперемещений, должны:

- иметь высокую производительность измерений и сохранять ее при воздействии дестабилизирующих факторов;

- бесконтактно на расстоянии 10 100 мм измерять перемещения участков поверхности, имеющих характерный размер не более 20-^-30 мм в широком диапазоне амплитуд и частот перемещений;

- быть технологичными;

- иметь различные устойчивые алгоритмы работы, позволяющие оптимизировать их использования при решении каждой задачи медицинской или технической диагностики. б) Модуляционные дефектоскопы должны:

- иметь высокую чувствительность и достоверность измерений;

- иметь различные варианты реализации (аппаратурный, программный);

- и использовать различные способы модуляции, как большими площадями (с помощью удара, вибростенда), так и локальными участками (с помощью электромагнитных или акустических импульсов), позволяющие использовать дефектоскопы для диагностики возможно более широкого круга объектов.

Методы исследований заключались в использовании: компьютерного моделирования процессов происходящих при акустических измерениях, методов статистической обработки данных, вибрационных испытаний, синхронных фазовых измерений, спектрального анализа, когерентной обработки сигналов, масштабного и натурного моделирований, сравнения и аналогий. Теоретическую основу диссертации составили труды отечественных и зарубежных авторов в области акустических и радиотехнических измерений.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов обеспечены и подтверждены: экспериментальной проверкой созданных средств измерения на виброизмерительных комплексах и модельными и натурными экспериментами на различных объектах исследования; - сравнением с результатами, полученными при использовании альтернативных средств измерения (акселерометров, индуктивных, оптических датчиков); сопоставлением результатов теоретических исследований с экспериментальными данными и их совпадением с современными научными представлениями и данными, полученными при обзоре отечественных и зарубежных информационных источников.

Научная новизна диссертации заключается в следующем.

2. Разработаны методы бесконтактного измерения вибрационных полей, позволяющие получать информацию о пространственном распределении колебаний поверхности. На примере исследования вибрационных полей однородной цилиндрической оболочки показано расщепление спектра собственных частот колебаний при локальном нагружении ее поверхности грузом. Установлена связь между положением груза и пучностями колебаний для этих частот, в частности, для частоты, соответствующей ненагруженной оболочке, местоположение груза соответствует пучности колебаний. Результат имеет важное значение при решении задач масштабного моделирования и снижения шумности излучаемых конструкций. На примере измерения вибрационных полей составного ультразвукового излучателя, возбужденного на резонансной частоте колебаний, показаны возможности метода для решения задачи синтеза требуемого распределения виброперемещений, позволяющего получить необходимые характеристики направленности излучения.

3. На основе ультразвуковой локации вращающихся с частотой Р0 объектов, имеющих N симметричных элементов, разработан экспресс-метод количественной оценки его асимметрии, основанный на анализе соотношения гармоник частот Е0И и Г0, что важно при решении задач снижения шумности работающих объектов и, в частности, - определения источников дополнительного шума.

4. Разработан способ измерения поверхностного натяжения жидкости с пленкой поверхностно-активного вещества, перспективный для задач медицинской и технической диагностики.

6. Разработан способ измерения деформационно-нагрузочных характеристик мозга человека и определения его модуля Юнга, пригодный для ин-траоперационного применения. Получены данные об изменении модуля Юнга мозга человека при внутричерепных гематомах, доброкачественных и злокачественных опухолях. Показано, что его значение зависит от многих факторов (глубины вдавливания, количества вдавливаний и других) и существенно зависит от происходящих в мозге саморегулирующих процессов.

7. Разработан инструментальный метод количественного исследования сенсорных сфер человека (слуха, зрения), отличающийся тем, что в реальном времени позволяет получать информацию об особенностях их работы и управления. В частности показано, что зависимости ошибки восприятия звука соответствуют закону Вебера-Фехнера, а ошибки восприятия углов минимальны для значений кратных 45°.

8. Разработаны новые средства ультразвуковой дефектоскопии -ультразвуковые модуляционные дефектоскопы, работа которых основана на нелинейном акустическом эффекте: модуляции ультразвука вибрацией, позволяющие одновременно обнаруживать тип дефекта (трещина или полость) и его местоположение. Показано, что дополнительным признаком, позволяющим отличить трещину от полости является фаза модуляции ультразвуковой волны, отраженной от соответствующего дефекта.

10. Разработаны способы локальной модуляции дефектов с помощью последовательности электромагнитных или фазоинвертированных акустических импульсов, существенно расширяющих круг объектов доступных для исследования.

Новизна технических решений, используемых для разработки измерительных средств подтверждена патентами и авторскими свидетельствами на изобретения [125 - 132].

Практическая значимость работы заключается в следующем:

2. Созданы различные варианты одно-, двух- и четырехканальных ультразвуковых фазовых измерителей, позволяющих измерять перемещения в широком диапазоне амплитуд (от единиц нанометров до единиц сантиметров) и частот (от нуля до десятков килогерц) вибраций при характерном поперечном размере облучаемого участка поверхности 5 + 25 мм. Указанные измерители превосходят существующие аналоги: по чувствительности (не менее чем в 40 раз); по производительности (в 10 -г- 100 раз, в зависимости от числа необходимых регулировок, выигрывая при этом в точности установки требуемого сдвига фаз от 50 до 400 раз в зависимости от используемого коэффициента деления частоты); по помехоустойчивости (после воздействия дестабилизирующих факторов измеритель всегда автоматически переходит в штатный режим измерения, исключив при этом возможность самовозбуждения связанную с возникновением переходных процессов, длительность которых также минимизирована); по простоте эксплуатации (все необходимые регулировки сдвигов фаз выполняются автоматически).

3. Разработаны ультразвуковые датчики, использующие для излучения и приема ультразвуковой волны пьезопреобразователи из пьезокерамики, колеблющиеся на радиальных модах колебаний. Показано, что изменение размеров преобразователей приводит к изменению их резонансной частоты, что позволяет установить ее равной частоте излучаемой волны, кварцованной задающим генератором, и этим решить проблему стабилизации частоты излучения. Исследована зависимость амплитуды сигнала принятой волны от точности угла установки преобразователей в датчике. Показано, что с увеличением частоты излучения точность в установке углов возрастает и для диапазона частот 0,25 -Ч МГц и характерных размеров преобразователей 6 -М5 мм не должна превышать единиц градусов.

4. Разработаны высокоэффективные методы бесконтактного измерения вибрационных полей различных объектов при их сканировании ультразвуковым датчиком, перемещаемым с помощью координатного устройства или рукой оператора. С их помощью с погрешностью менее единиц процентов за время порядка десятков секунд определяется местоположение узлов и пучностей колебаний, что позволяет определять места закрепления конструктивных элементов при решении задач масштабного моделирования и снижения шумности излучения в самолетостроении и судостроении. Нарушение симметрии распределения вибраций на поверхности объектов, в частности, излучателей звука, позволяет определить местоположение дефектного участка и может быть использовано для коррекции их конструктивных особенностей с целью получения требуемого распределения виброперемещений и характеристики направленности излучения.

9. Разработаны и реализованы в макетах приборов новые средства ультразвуковой дефектоскопии - модуляционные дефектоскопы, работа которых основана на эффектах нелинейной акустики. Разработано два варианта изготовления дефектоскопов - аппаратурный и программный, для двух способов модуляции: большими площадями, с использованием возбуждения объекта на определенной моде колебаний с помощью вибростенда или удара, и локальном - с помощью электромагнитных импульсов (для ферромагнитных материалов) или специально сформированной последовательности мощных акустических импульсов. Модуляция с помощью электромагнитных импульсов целесообразна для обнаружения трещин в тонкостенных объектах (пластины, трубы, швеллера). Модуляция акустическими импульсами перспективна для диагностики как тонкостенных, так и толстостенных объектов, а также для решения задач нелинейной ультразвуковой томографии. Приборы не имеют аналогов и позволяют: определять тип дефекта (трещина, полость) и его местоположение, обнаруживать трещины на ранних стадиях развития, обнаруживать закрытые трещины, строить двумерные распределения в объекте всех дефектов и отдельно - трещин. В отличии от линейных ультразвуковых дефектоскопов они позволяют получить новую, недоступную им информацию о наличии и пространственных характеристиках трещин, особенностях изменения контакта двух поверхностей.

10. Изготовлен макет дефектоскопа, использующий непрерывный режим излучения ультразвуковой волны, и предназначенный для разбраковки однотипных изделий: подшипников, лопаток турбин, узлов автомобиля и других деталей.

Внедрение и использование результатов работы. Работы, результаты которых вошли в диссертацию, были поддержаны: инициативными проектами РФФИ № 93-02-15946-а, 97-02-17524-а, 00-06-80141-а, 05-08-33526-а; программой РАН "Интеграция" (1999 2001), программой ОФН РАН "Когерентные акустические поля и сигналы" (2005 2007), Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (2004 2005), использовались во время визита автора в Edison Joining Technology Center of The Ohio State University (США, 1999 - 2000) (см. Приложение 1). Результаты работы отмечены бронзовой медалью ВДНХ (Москва, 1986) (см. Приложение 2) и Дипломом за И-е место в номинации "Лучшее изобретение в области приборостроения" на 1-ом Нижегородском конкурсе объектов интеллектуальной собственности "Патент года" (см. Приложение 3). Измерители виброперемещений переданы в ряд научно-исследовательский институтов: ЦАГИ им.Н.Е.Жуковского (г.Жуковский) для исследования вибраций модельных объектов: деталей самолетов; Нижегородский институт травматологии и ортопедии (Н.Новгород) - для решения задач биомеханики, исследования заболеваний опорно-двигательного аппарата человека, исследования упругих характеристик мозга при черепно-мозговых травмах; Нижегородский филиал Института машиноведения - для выходного контроля резонансной частоты и декремента затухания широкого ассортимента лопаток турбин; Нижегородскую архитектурно-строительную академию - для исследования излучения цилиндрических оболочек [133-135]. Модуляционный дефектоскоп передан в НИИИС им. Ю.Е.Седакова (Н.Новгород), для разработки новых методов диагностики трубопроводов для газовой промышленности. В Институте прикладной физики РАН четырехканальный измеритель виброперемещений используется для исследования волн в Большом термостратифи-цированном бассейне (масштабной лабораторной модели верхнего слоя океана), включенного в "Перечень уникальных научно-исследовательских и экспериментальных установок национальной значимости" [136]. Результаты работы также используются в учебном процессе в Нижегородском государственном университете им. Н.И.Лобачевского (см. Приложения 4, 5). Акты о внедрении и использовании разработанных измерительных средств приведены в Приложении 6.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинарах ИПФ РАН, семинарах Московского дома научно-технической пропаганды (Москва, 1986, 1987, 1989); научном семинаре Edison Joining Technology Center of The Ohio State University (США, 2000); семинаре "Акустика неоднородных сред" (АКИН, 2006), а также на Российских и международных конференциях и симпозиумах: Республиканской научно-технической конференции "Применение акустических методов и устройств в науке, технике и производстве" (Тбилиси, 1982); Всесоюзного совещания "Новые методы и приборы для применения в биологии и медицине" (Великий Устюг, 1989); X, XI Всесоюзных Акустических конференциях (Москва, 1983, 1991); 2-ой Всесоюзной конференции по механике неоднородных структур (Львов, 1987); 2-ой Всесоюзной научно-технической конференции "Виброметрия-89" (Минск, 1989); 2-ой, 3-ей Всероссийских научно-технических конференциях "Методы и средства измерений физических величин" (Н.Новгород, 1997, 1998); 3-ей научной конференции по радиофизике (Н.Новгород, 1999); 2-ой Международной научно-технической конференции "Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики" (Москва, 2001); Международной научно-практической конференции "Современные информационные технологии в диагностических исследованиях" (Днепропетровск, 2002); XII конференции по космической биологии и авиакосмической медицине (Москва, 2002); 6-ом научно-техническом семинаре "Аналитика, диагностика, средства и системы автоматизации" (Москва, 2004); 24-ом тематическом семинаре "Диагностика оборудования и трубопроводов компрессорных станций" (Геленджик, 2005); II Троицкой конференции "Медицинская физика и инновации в медицине" (Троицк, 2006); IX Всероссийского съезда по теоретической и прикладной механике (Н.Новгород, 2006); Всероссийской научно-технической конференции "Фундаментальные проблемы машиноведения: новые технологии и материалы" (Н.Новгород, 2006); l-r-4-ой, 6-т-8-ой Всероссийских конференциях по биомеханике (Н.Новгород, 1992 -т- 2006); 8-ой, 11-ой, 12-ой, 15-ой, 18-ой, 19-ой сессиях Российского акустического общества (Н.Новгород, 1998; Москва, 2001; Москва, 2003; Н.Новгород, 2004; Таганрог, 2006; Н.Новгород 2007); 2-ом Международном симпозиуме "Шум и вибрации на транспорте" (С.-Петербург, 1994); Международной конференции "Последние достижения в нейро-травматологии" (Riccione, Италия, 1996); 3-ей Международной конференции "Акустические и вибрационные методы наблюдения и диагностики" (Senlis, Франция, 1998); 134-ой и 141-ой конференциях Акустического общества Америки (США, 1997, 2001); 15-ом, 16-ом Международных Симпозиумах по Нелинейной Акустике ISNA (Melville, США, 2000; Москва, 2002).

Личный вклад автора. Ключевые идеи и технические решения, составляющие основные результаты диссертации и выносимые на защиту, включая разработку и изготовление ультразвуковых фазовых измерителей виброперемещений и модуляционных дефектоскопов, принадлежат автору [125-132, 137-155].

В совместных работах по исследованию характеристик ультразвуковых измерителей [156, 157, 158] и колебаний цилиндрической оболочки [159], исследованию асимметрии тел вращения [160-162] автором предложены методы проведения измерений, выполнена их реализация и проведены экспериментальные работы. В разработке методов измерения поверхностного натяжения жидкостей по дисперсионному соотношению для капиллярных волн [129, 163] и исследования жидкостей малого объема (капли) [164-167] автором выполнена техническая реализация методов измерения, проведены эксперименты и обработаны результаты измерений, полученных с помощью ультразвукового измерителя перемещений. В работах по исследованию биологических тканей [168] и деформационно-нагрузочных характеристик мозга [130, 169-171] автору принадлежит идея технического решения, ее реализация и обработка результатов измерений. В работах по исследованию сенсорных сфер человека [172-179] автором выполнена техническая реализация метода измерения, а в части исследованию слуха человека [172-176], кроме того, - проведены все эксперименты.

Все технические решения связанные с практической реализацией модуляционного способа обнаружения трещин [180-197], выполненные в соавторстве, включающие разработку и изготовление электронных узлов и ультразвуковых преобразователей, подготовку и проведение экспериментов, выполнены автором. Работы [198-201] по использованию для модуляции крутильных колебаний и обнаружению трещин в бетоне [202, 203] выполнены на паритетных началах.

Основные положения, выносимые на защиту:

2. Разработанные ультразвуковые фазовые измерители виброперемещений, обеспечивающие полную автоматизацию проведения измерений, и имеющие по сравнению с аналогами в 50 400 раз более высокую точность установки фазовых соотношений, и в 40 раз большую чувствительность, позволяющую измерять вибрации менее одного нанометра.

3. Методы использования измерителей виброперемещений для измерения вибрационных полей, определения нарушения симметрии тел вращения, исследования поверхностного натяжения жидкостей, позволяющие существенно развить методы вибрационной диагностики, проводить исследование пространственных характеристик объектов и одновременно упростить проведение измерений.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и 6 приложений. Объем диссертации составляет 333 страницы, включая 131 рисунок, 9 таблиц и список литературы из 345 наименований. По результатам работы опубликовано 75 печатных работ, в том числе: 12 статей в журналах, 8 патентов и свидетельств на изобретения, 6 препринтов, 8 статей в тематических сборниках трудов ИПФ РАН, Московского дома научно-технической пропаганды, Акустического

Библиография Казаков, Вячеслав Вячеславович, диссертация по теме Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

1. Abreu J-M. M., Ceres R., Calderon L, et al. Measuring the 3D-position of a walking vehicle using ultrasonic and electromagnetic waves // Sensors and Actuators. 1999. V.75. P.131-138.

2. Olmos P. Extending the accuracy of ultrasonic level meters // Measurement Science and Technology. 2002. V.13. P.598-602.

3. Yang S.K., Varadan V.V., Varadan V.K. Noncontact thickness measurement of wet/dray paint coating using an air-coupled transducer // Materials Evaluation. 1990. № 4. P.471-480.

4. Vargas E., Ceres. R., Martin., J.M., Calderon L. Ultrasonic sensor for liquid- level inspection in bottles // Sensors and Actuators. 1997. V.A61. P.256-259.

5. Жиганов И.Ю. Бесконтактные устройства измерения геометрических параметров труб. - М.: Вузовская книга, 2004. - 272 с.

6. Aoyagi S., Kamiya Y., Okabe S. Development of powerful airborne ultrasonic transmitter for robot metrology // Japanese Journal of Applied Physics. 1992. V.31. P.263-265.

7. Marioli D., Sardini E., Taroni A. Ultrasonic distance measurement for linear angular position control // IEEE Transactions on instrumentation and measurement. 1988. V.37, №.4. P.578-581.

8. Bemers A.C., Webster J.G., Worringham C.J., Stelmach G.E. An ultrasonic time-of-flight system for hand movement measurement // Physiological Measurement. 1995. V.16. P.203-211.

9. Азаров H.T., Миколайчук Ю.А., Сырбу B.H., Цирг В.Н. Контроль клееных сотовых конструкций самолетов импедансным дефектоскопом ДАМИ-С 16 // В мире неразрушающего контроля, 2003. №3. 32-35.

10. Сукацкас В. Бесконтактное измерение скорости звука в газах интерферометром постоянной длины // Акустический журнал. 1994. Т.40, № 4. 697-698.

11. Koizumi Н., Suzuki Т. Automatic ultrasonic measuring system using pliase- sensitive detection // Rev. Sid. Instrum. 1988. V.59, № 2. P.356-361.

12. Рядчиков B.E. Измерение вибраций с помощью ультразвука // Сб. тр.: Вибрационная техника. - М.: МДНТП. 1976. 76-86.

13. Рядчиков В.Е. Ультразвуковой фазовый метод измерения виброперемещений//Сб.тр.:Вибрационнаятехника.-М. МДНТП. 1973. 194-199.

14. Мансфельд А.Д., Зимнович А.И., Таратенкова О.Н., Шишков А.В. Ультразвуковые методы измерения параметров движения // Сб. тр.: Ультразвуковая диагностика. - Горький: ИПФ АН СССР. 1983. 5-20.

15. Мансфельд А.Д., Таратенкова О.Н., Шишков А.В. Бесконтактные измерения микроперемещений // X Всес. акуст. конф. Тез. докл. Сек. П. Москва. 1983. 57-58.

16. Гордеев Б.А., Золин В.В., Беленова Н.А. Особенности использования ультразвукового фазового метода в задачах виброметрии // Метрология. 1986. №10. 41-45.

17. Гордеев Б.А. Бесконтактная вибродиагностика машин // Ultragarsas. 1999. № 2 (32). 44.

18. Гордеев Б. А., Новожилов М. В., Образцов Д. И. Применение ультразвукового метода в вибродиагностике легковых автомобилей // Метрология. 1990. № 6. 33-36.

19. Гордеев Б.А. Ультразвуковой фазовый вибропреобразователь // ПТЭ. 2000.№З.С.165.

20. Гордеев Б.А., Кондратьев В.В. Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений //А.с. № 823824 СССР. 1981. Б.И. № 15.

21. Гордеев Б.А. Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений // А.С. № 1048330 СССР. 1983. Б.И. № 38.

22. Гордеев Б.А. Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений //А.с. № 1048331 СССР. 1983. Б.И. № 38.

23. Гордеев Б.А. Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений //A.C. № 1174777 СССР. 1985. Б.И. № 31.

24. Гордеев Б.А., Родюшкин В.М. Ультразвуковой фазовый метод измерения виброперемещений //А.с. №1486788 СССР. 1989. Б.И.№ 22.

25. Гордеев Б.А. Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений // А.с. № 1272126 СССР. 1986. Б.И. № 43.

26. Милюс П.-Б., Антанайтис Ультразвуковой измеритель малых расстояний в газовой среде // Тр. вузов Лит. ССР. Сер. Ультразвук. -Вильнюс: Мокслас. 1986. № 18. 119-124.

27. Шидлаускас С , Пятраускас А., Савицкас В. Двухканальный ультразвуковой измеритель малых перемещений // Тр. вузов Лит. ССР. Сер. Ультразвук. - Вильнюс: Мокслас. 1988. № 20. 131-134.

28. Антанайтис С , Саяускас С , Званорюс В. Многоканальный ультразвуковой эхолокатор // Тр. вузов Лит. ССР. Сер. Ультразвук. -Вильнюс: Мокслас. 1985. № 17. 119-123.

29. Пятраускас А., Раманаускас Й., Савицкас В. Ультразвуковой измеритель малых изменений расстояния // Тр. вузов Лит. ССР. Сер. Ультразвук. - Вильнюс: Мокслас. 1983. № 15. 93-97.

30. Каупелис P.P., Наумявичус Р.Г., Варанаускас П.А., Рагульскис К.М. Устройство для определения расстояния при бесконтактном измерении механических колебаний // А.с. № 913077 СССР. 1982. Б.И. №10.

31. Cherek В., Annannsson J. High-freguency ultrasonic devise for contactless measurement of mechanical vibrations // Proc. conf. Ultrasonics International 89. Span. Madrid. Butterworth & Co. 1989. P. 134-140.

32. Figueroa F., Barbieri E. Increased measurement range via frequency division in ultrasonic phase detection methods // Acustica. 1991. V.73, №1. P. 47-49.

33. Northrop R.B. Ultrasonic respiration/convulsion monitoring apparaturs and method for its use // Patent № 4,197,856 USA. 1980.

34. Matar O., Remenieras J., Bruneel C, Roncin A., Patat F. Noncontact measurement of vibration using airborne ultrasound // IEEE Trans. Ultrason., Ferroelectr. and Freq. Contr. 1998. V.45, №3. p.626-633.

35. Wang Y., Mingotaud C , Patterson L.K. Noncontact monitoring of liquid surface levels with a precision of 10 micrometers: A simple ultrasound device//Rev. Sci. lustrum. 1991. V.62, № 6. P. 1640-1641.

36. Tapson J. Wavemode locking: a new measurement modality for proximity sensors // Ultrasonics. 1998. V.36, № 1-5. P.53-57.

37. Tapson J. High precision, short range ultrasonic sensing by means of resonance mode-locking//Ultrasonics. 1995. V.33, № 6. P.441-444.

38. Sasaki K., Nishihira M., Imano K. Submicrometer-order displacement measurements using an air-coupled ultrasonic transducer at frequencies of 40 and 400 kHz // Japanese Journal of Applied Physics. 2004. V.43, № 5B. P.3071-3075.

39. Sasaki K., Nishihira M., Imano K. Improved phase-detection method using an air-coupled ultrasonic wave for a few-tens of nanometers displacement measurements // lEICE Electronics Express. 2004. V.l, № 15. P.472-476.

40. Sasaki K., Nishihira M., Imano K. Nanometer-order resolution displacement measurement system by air-coupled ultrasonic wave introducing maximum phase- sensitivity tuning // Japanese Journal of Applied Physics. 2005. V.44,№6B.P.4411-4416.

41. Bhardwaj M. C. Innovation in non-contact ultrasonic analysis: applications for hidden objects detection // Mat. Res. Innovat. 1997. V.l. P. 188-196.

42. Blomme E., Bulcaen D., Declercq F. Recent observations with air-coupled NDE in the frequency range of 650 kHz to 1,2 MHz // Ultrasonics. 2002. V.40.P.153-157.

43. Castaings M., Cawley P., Farlow R., Hayward G. Air-coupled ultrasonic transducer for the detection of defects in plates // Review of progress in Quan. Nond. Eval. 1996. V.15. P.1083-1089.

44. Safaeinili A., Lobkis O.I., Chimenti D.E. Air-coupled ultrasonic characterization of composite plates // Materials Evaluation. 1995 .№10. P. 1186-1190.

45. Rogovsky A.J. Development and application of ultrasonic dry-contact and air-contact C-Scan systems for nondestructive evaluation of aerospace composites // Materials Evaluation. 1991. № 2. P. 1491-1497.

46. Castaings M., Hosten B. Lamb and SH waves generated and detected by air- coupled ultrasonic transducers in composite material plates // NDT&E International. 2001. V.34. P.249-258.

47. Yamakoshi Y., Sato J., Sato T. Ultrasonic imaging of internal vibration of soft tissue under forced vibration // IEEE Transactions on ultrasonics, ferroelectrics and frequency control. 1990. V.37, № 2. P.45-53.

48. Zukauskas E., Cicenas V., Kazys R. Application of air - coupled ultrasonic technique for sizing of delamination type defect in multilayered materials // Ultragarsas. 2005. № i (54). C.7-11.

49. Kaipur P., Benson D.M., Matikas Т.Е. et al. An approach to determine the experimental transmitter-receiver geometry for the reception of leaky Lamb waves// Materials Evaluation. 1995. № 12. P.1348-1352.

50. Ballad E.M., Vezirov S.Yu., Pfleiderer K., Solodov I.Yu., Busse G. Nonlinear modulation technique for NDE with air-coupled ultrasound // Ultrasonics. 2004. V.42. P.1031-1036.

51. Solodov I.Yu., ICrohn N., Busse G. CAN: an example of nonclassical acoustic nonlinearity in solids // Ultrasonics. 2002. V.40. P.621-625.

52. Capineri L., Fiorillo A., Masotti L., Rocchi S. Piezo-polymer transducers for ultrasonic imaging in air // IEEE Transactions on ultrasonics, ferroelectrics and frequency control. 1997. V.44, № 1. P.36-43.

53. Schindel D.W., Hutchins D,A., Grandia W.A. Capacitive and piezoelectric air-coupled transducers for resonant ultrasonic inspection // Ultrasonics. 1996. V.34.P.621-627.

54. Yano Т., Tone М., Fukumoto A. Range finding and surface characterization using high-frequency air transducers // IEEE Transactions on ultrasonics, ferroelectrics and frequency control. 1987. V.34, № 2. P.232-236.

55. Schindel D.W. Air-coupled generation and detection of ultrasonic bulk waves in metals using micromachined capacitance transducers // Ultrasonics. 1997.V.35.P.179-181.

56. Schindel D.W. Air-coupled ultrasonic measurements of adhesively bonded multilayer structures // Ultrasonics. 1999. V.37. P. 185-200.

57. Wright W., Hutchins D., Jansen D., Schindel D. Air-coupled Lamb wave tomography // IEEE Transactions on ultrasonics, ferroelectrics and frequency control. 1997. V.44, № 1. P.53-59.

58. Армяков Д.В., Асаинов А.Ф., Коршак Б.А., Солодов И.Ю. Методы нелинейной акустодиагностики дефектов поверхности твердого тела // Дефектоскопия. 1998. № 1. 34-43.

59. Северин Ф.М., Солодов И.Ю., Шкуланов Ю.Н. Экспериментальное наблюдение нелинейности отражения звука от границы раздела твердых сред // Вестн. Моск. Ун-та. Физ. Астрон. 1988. Т.29, № 4. 94-96.

60. Morris W.L., Buck О., Inman R.V. Acoustic harmonic generation due to fatigue damage in high-strength aluminum // Journal of Applied Physics. 1979. V.50,№ ll.P.6737-6741.

61. Buck O., Morris W.L., Richardson J.N. Acoustic harmonic generation at unbonded interfaces and fatigue cracks // Appl. Phys. Letters. 1978. V.33, № 5. P.371-373.

62. Антонец B.A., Донской Д.М., Сутин A.M. Нелинейная вибродиагностика расслоений и непроклея в многослойных конструкциях // Механика композитных материалов. 1986. № 5. 934-937.

63. Коробов А.И., Изосимова М.Ю. Нелинейные волны Лэмба в металлической пластинке с дефектами // Акустический журнал. 2006. T.52, № 5. C.683-692.

64. Руденко О.В. Нелинейные методы в акустической диагностике // Дефектоскопия. 1993. № 8. 24-32.

65. Zheng Y., Maev R.Gr., Solodov I.Yu. Nonlinear acoustic applications for material characterization: A Review // Canadian Journal of Physics. 1999. V.77, №12. P.927-967.

66. Nazarov V.E., Sutin A.M. Nonlinear elastic constants of solids with cracks // J. Acoust. Soc. Am. 1997. V.102, № 6. P.3349-3354.

67. Руденко О.В. Гигантские нелинейности структурно-неоднородных сред и основы методов нелинейной акустической диагностики // Успехи физических наук. 2006. Т. 176, №1. 77-95.

68. Umemura S-I., Azuma Т., Kuribara Н., Kanda Н. Triplet pulse sequence for superior microbuble/tissue contrast // IEEE Ultrasonic symp. 2003. P.429-432.

69. Ueno S-I., Furuya N., Fukurita H., Yano T. Application of nonlinear ultrasonic pulse reflection method: Measurement of acoustic parameters // Japanese Journal of Applied Physics. 1989. V.28. P.191-193.

70. Donskoy D., Sutin A., Ekimov A. Nonlinear acoustic interaction on contact interfaces and its use for nondestructive testing // NDT&E International. 2001.V.34.P.231-238.

71. Donskoy D.M., Sutin A.M. Vibro-acoustic modulation nondestructive technique // Joum. of Intelligent Material Systems and Structures. 1999. V.9.P.765-771.

72. Korotkov A.S., Sutin A.M. Modulation of ultrasound by vibrations in metal construction with cracks//Acoustic Letters. 1994. V. 18, № 4. P.59-62.

73. Johnson P. The new wave in acoustic testing // Material World. 1999. V.7, № 9. P.544-546.

74. Матвеев A.Л., Назаров B.E., Зайцев В.Ю. и др. Нелинейный акустический метод выявления трещин в вагонных колесных парах // В мире неразрушающего контроля. 2004. № 4 (26). 65-68.

75. Назаров В.Е. Влияние структуры меди на ее акустическую нелинейность // Физика металлов. Металловедение. 1991. № 3, 172-178.

76. Rokhlin S.I., Wang L., Xie В., Yakovlev V.A., Adler L. Modulated angle beam ultrasonic spectroscopy for evaluation of imperfect interfaces and adhesive bonds // Utrasonics. 2004. V.42. P.1037-1047.

77. Rothenfusser M., Mayr M., Baumann J. Acoustic nonlinearities in adhesive joints // Ultrasonics. 2000. V.38. P.322-326.

78. Самохвалов P.B., Зазнобин B.A., Сахно Ю.Е. Испытания комплексов ультразвукового контроля напряженного состояния металлоконструкций и локатора микротрещин на эффектах нелинейной акустики // Дефектоскопия. 2005. № 3. 3-11.

79. Nagy Р.В. Fatigue damage assessment by nonlinear ultrasonic materials characterization // Ultrasonics. 1998. V.36. P.375-381.

80. Nagy P.B., Blaho G. Identification of distributed fatigue cracking by dynamic crack-closure // Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation. Plenum Press. New York. 1995. V.14. P.1979-1986,

81. Vila M., Meulen F.V., Santos S. D., Haumesser L., Matar O.B. Contact phase modulation method for acoustic nonlinear parameter measurement in solid // Ultrasonics. 2004. V.42. P. 1061-1065.

82. Диденкулов И.Н., Курочкин H.B., Стромков A.A., Чернов В.В. Модуляционно-модовый метод обнаружения трещин и определения их местоположения // Сб. тр.: Методы акустической диагностики неоднородных сред. - Н.Новгород: ИПФ РАН. 2002. 188-195.

83. Sessler J.G., Weiss V. Crack detection apparatus and method // Patent № 3,867,836 USA. 1975.

84. Yost W.T., Cantrell J.H. Nonlinear ultrasonic scanning to detect material defects // Patent № 5,736,642 USA. 1998.

85. Donskoy D.M., Sutin A.M. Method and apparatus for acoustic detection and location of defects in structures or ice on structures // Patent № 6,301,967 USA. 2001.

86. Ерилин E.G., Матвеев А.Л., Назаров B.E. и др. Способ обнаружения трещин в твердом теле // Патент № 2219538 РФ. 2003.

87. Зотеев В.Г., Можаев Л.В., Комаров В.В. Изучение трещиноватости железорудных месторождений // Горный журнал. 1970. №3. 54-55.

88. Беляева И.Ю., Сутин A.M. Сейсмическая томография нелинейных параметров // Препринт № 308 ИПФ РАН. - Н.Новгород. 1992. - 28 с.

89. Сутин A.M., Назаров В.Е. Нелинейные акустические методы диагностики трещин // Изв. Вузов Радиофизика. 1995. Т.38, № 3/4. 169-186.

90. Бражников Н.И. Ультразвуковая фазометрия. - М.: Энергия, 1968. - 272 с.

91. Turo А., Salazar J., Chavez J.А. et al. Ultra-low noise front-end electronics for air-coupled ultrasonic non-destructive evaluation // NDT&E International. 2003. V.36. P.93-100.

92. Зверев В.A. Модуляционный метод измерения дисперсии ультразвука // ДАН СССР. 1953. Т.91. 791-794.

93. Зверев В.А., Калачев А.И. Модуляция звука звуком при пересечении акустических волн // Акуст. журн. 1970. Т. 16, № 2. 245-251.

94. Зверев В. А. Избранные труды (К 80-летию со дня рождения). - Н.Новгород: ИПФ РАН. 2004. - 432 с.

95. Смирнов А.Д. Импульсная ультразвуковая измерительная аппаратура. - М.: Энергия, 1967. - 192 с.

96. Балабуха Д.К., Мясников Л.Л., Плотникова Е.Н. Модуляционный метод измерения малых электрических напряжений в звуковом диапазоне частот// Акустический журнал. 1956. Т. II, Вып.З. 248-254.

97. Казаков В.В. Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений //А.с. № 1357725 СССР. 1987. Б.И. № 45.

98. Казаков В.В. Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений // A.C. № 1619028 СССР. 1991. Б.И. № 1.

99. Казаков В.В. Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений // А.С. № 1774164 СССР. 1992. Б.И. № 41.

100. Казаков В.В. Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений // А.С. № 1413420 СССР. 1988. Б.И. № 28.

101. Антонец В.А., Иванов А.Ф., Казаков В.В. Способ определения поверхностного натяжения жидкостей // А.с. № 1283621 СССР. 1987. Б.И. №2.

102. Казаков В.В., Кравец Л.Я., Фраерман А.П. Устройство для определения механических свойств биологических тканей // Патент № 2061405 РФ. 1996. Б.И. №16.

103. Казаков В.В. Нелинейный акустический способ обнаружения трещин и их местоположений в конструкции и устройство для его реализации // Патент № 2274859 РФ. 2006. Б.И. № 11.

104. Казаков В.В. Нелинейный ультразвуковой способ обнаружения трещин и их местоположений в твердом теле и устройство для его реализации // Патент № 2280863 РФ. 2006. Б.И. № 21.

105. Дудник Р.А., Колпаков А.Б. Экспериментальное исследование виброакустических характеристик цилиндрических оболочек с локальными неоднородностями // Акустический журнал. 1992. Т.38, Вып. 4. C.766-77L

106. Дудник Р.А., Колпаков А.Б. Излучение звука цилиндрической оболочкой с двумя локальными массами // Акустический нсурнал. 1992. Т.38, ВЫП.4.С.1108-1111.

107. Колпаков А.Б. Излучение и рассеяние волн неоднородными системами цилиндрического типа // Автореферат канд. физ.- мат. наук.: 01.04.03. -НГА-СА. Н.Новгород. 1993. - 18 с.

108. Баханов В.В., Власов Н., Казаков В.И. и др. Моделирование внутренних и поверхностных волн реального океана в Большом термостратифицированном опытовом бассейне ИПФ РАН // Радиофизика. 2003. Т. XLVI, № 7. 537-554.

109. Казаков В.В. Ультразвуковые фазовые измерители виброперемещений // Сб. тр.: Виброакустические поля сложных объектов и их диагностика. - Горький: ИПФ АН СССР. 1989. 178-190.

110. Казаков В.В. Бесконтактное измерение виброперемещений // Сб. тр. XI Всес. Акустической конф. Москва. 1991. Сек.П. 9-12.

111. Казаков В.В. Цифровое фазосдвигающее устройство // Приборы и техника эксперимента. 2007. № 4. 94-95.

112. Казаков В.В. Выбор режима работы портативного ультразвукового виброметра // Сб.тр,:Вибрационная техника. -М.:МДНТП.1989.С. 19-21.

113. Казаков В.В. Портативный виброметр // Тез. докл. 2-ой Всес. научн.- техн. конф.: Виброметрия-89. - Минск. 1989. 122-123.

114. Kazakov V. Portable ultrasonic vibrometer // In proc. Second Int. Symp.: Transport noise and vibration. - St.-Petersburg. Russia. 1994. P. 321-322.

115. Казаков В.В. Использование ультразвуковых виброметров для исследования характеристик вибростендов // Сб. тр.: Вибрационная техника. - М.: МДНТП. 1987. 25-27.

116. Казаков В.В. Измерение вибрационных полей с помощью ультразвуковых фазовых измерителей перемещений // Сб. тр. XV сессии РАО. Акустические измерения и стандартизация: Т. П. -М.:ГЕОС. 2004. 17-21.

117. Казаков В.В. Визуализация вибрационных полей с помощью ультразвука // Тез. докл. III Всерос. н.-т. конф.: Методы и средства измерений физических величин. В 10 ч. - Н.Новгород: НГТУ.1998. 4.2. 3-4.

118. Казаков В.В. Исследование распределения вибраций ультразвуковым методом // Сб.тр.: Вибрационная техника. -М.: МДНТП. 1986. 43-46.

119. Казаков В.В. О некоторых возможностях ультразвуковых измерителей виброперемещений // Тез. Всес. совещ.: Новые методы и приборы для применения в биологии и медицине. - Великий Устюг. 1989. 31.

120. Казаков В.В. Измерение биения и некруглости с помощью ультразвукового фазового измерителя перемещений // Сб. тр. XV сессии РАО. Акустические измерения и стандартизация.Т.П. - М.: ГЕОС. 2004. 74-78.

121. Казаков В.В. Ультразвуковые измерители перемещений применительно к решению задач биомеханики // Тез. докл. VIII Всерос. конф.: Биомеханика-2006. - Н.Новгород: ИПФ РАН. 2006. 17- 20.

122. Казаков В.В. Модуляционный способ обнаружения трещин. I Аппаратурный метод реализации // Дефектоскопия. 2006. № 11. 3-13.

123. Казаков В.В. Нелинейный модуляционный способ обнаружения трещин / Акустика неоднородных сред. Ежегодник РАО. Труды научной школы проф. А.Рыбака. - осква. 2006. Вып. 7. 51-60.

124. Казаков В.В. Модуляционный способ обнаружения трещин. II. Программный метод реализации // Дефектоскопия. 2006. №12. 3-11.

125. Казаков В.В. Исследование возможностей модуляционного способа обнаружения трещин // Тез. докл. Всерос. н.-т. конф.: Фундаментальные проблемы машиноведения: новые технологии и материалы. - Н.Новгород: ИМАШ. 2006. 51.

126. Казаков В.В. Исследование пространственной структуры твердых тел путем их локальной модуляции акустическими импульсами // Сб. тр. XVIII сессии РАО. Физическая акустика. Т.1. -М.:ГЕОС. 2006. 83-86.

127. Казаков В.В. Диагностика трещин на основе их модуляции последовательностью фазоинвертированных акустических импульсов // Сб.тр. XIX сессии РАО.Акустические измерения.Т.2. -М.:ГЕОС.2007.С.32-35.

128. Антонец В.А., Казаков В.В. Ультразвуковой измеритель перемещений (виброметр) // Препринт № 112. ИПФ АН СССР. -Горький. 1984. -28 с.

129. Донской Д.М., Екимов А.Э., Казаков В.В. Исследование колебаний неоднородных механических конструкций // Тез. докл. 2-ой Всес. конф. по механике неоднородных структур. Т. 2. - Львов. 1987. 110.

130. Казаков В.В., Коротин П.И., Хохлов В.Г., Чичагов П.К., Шерешевс- кий И.А., Шмелев И.И. Исследование геометрии тел вращения методом ультразвуковой локации // Сб. тр.: Ультразвуковая диагностика. -Горький: ИПФ АН СССР. 1983. 200-209.

131. Шмелев И.И., Казаков В.В. Обнаружение асимметрии гребного винта методом ультразвуковой локации // Тез. докл. Респ. н.-т. конф,: Применение акустических методов и устройств в науке, технике и производстве. - Тбилиси. 1982, 22.

132. Казаков В.В., Шмелев И.И, Ультразвуковой метод контроля геометрии винта // Сб.тр. X Всес.Акустической конф. сек.Н. -Москва. 1983.С.9-10.

133. Yakhno Т., Sanin А., Pelyushenko А., Kazakov V. et al. Uncoated quartz resonator as a universal biosensor // Biosensors and Bioelectronics. 2007. V.22.№ 9-10. P.2127-2131.

134. Яхно Т.А., Казаков В.В., Санин А.Г., Шапошникова О.Б., Чернов А.С. Сравнительная оценка механических свойств адсорбционных слоев в растворах белков сыворотки крови человека // Журнал технической физики. 2007. Т. 77, Вьш.4. 119-122.

135. Яхно Т.А., Казаков В.В., Санин А.Г., Шапошникова О.Б., Чернов А.С. Динамика фазовых переходов в высыхающих каплях растворов белков сыворотки крови человека // Журнал технической физики. 2007. Т.77. Вьш.4. 123-127.

136. Казаков В.В., Клочков Б.Н. О низкочастотных механических свойствах мягкой ткани руки человека // Биофизика. 1989. Т.34, Вып.4. 688-692.

137. Казаков В.В., Кравец Л.Я., Фраерман А.П. Измеритель деформационно- нагрузочных характеристик биологических тканей // Тез. докл. II Всерос. конф. по биомеханике. Т.П. - Н.Новгород: ИПФ РАН. 1994. 60-61.

138. Казаков В.В., Кравец Л.Я., Рейман A.M., Шелудяков А.Ю. Исследование упругих свойств мозга человека // Тез. докл. III Всерос. конф, по биомеханике: Биомеханика-96. T.I. - Н.Новгород: ИПФ РАН. 1996. 142-143.

139. Kazakov V.V. , Kj-avets L., Sheludyakov A., Reyman A. Brain elastic parameter measurement in cases of trautomatic intracranial hematoma removal // In Proceed, of Intern, conf. on recent advances in neurotrautomatology. Riccione. Italy. 1996. P.249.

140. Антонец В.A., Анишкина H.M., Грибков А.Л., Казаков В.В., Тиманин Е.М. Об инструментальном исследовании восприятия // Тез. докл. VI Всерос. конф.: Биомеханика-2002. - Н.Новгород: ИПФ РАН. 2002.С.19-21.

141. Антонец В.А., Анишкина Н.М., Грибков А.Л., Казаков В.В., Козмин B.C., Тиманин Е.М. Количественная оценка восприятия частоты звуков слуховым анализатором // Препринт № 625 ИПФ РАН. - Н.Новгород. 2003. - 16 с.

142. Казаков В.В., Антонец В.А., Анишкина Н.М., Грибков А.Л. Инструментальный метод количественной оценки восприятия частоты звуков человеком // Сб. тр. XVIII сессии РАО. Медицинская и биологическая акустика: Т. 3. - М.: ГЕОС. 2006. 140-144.

143. Антонец В.А., Еремин Е.В., Казаков В.В., Нуйдель И.В., Полевая А., Яхно В.Г. Исследование ориентационной чувствительности зрительной системы человека // Тез. докл. VII Всерос. конф. Биомеханика-2004. Т. 1. - Н.Новгород: ИПФ РАН. 2004. 93-94.

144. Казаков В.В., Сутин A.M., Екимов А.Э. Нелинейная акустическая диагностика трещин в стержнях и пластинах // Препринт № 498 ИПФ РАН. - Н.Новгород. 1999. - 32 с.

145. Казаков В.В., Сутин A.M. Использование эффекта модуляции ультразвука вибрациями для импульсной локации трещин // Акустический журнал. 2001. Т.47. № 3. 364-369.

146. Казаков B.B., Екимов А.Э., Сутин A.M., Диденкулов И.Н. Нелинейный акустический метод импульсной локации трещин // Сб. тр. VIII сессии РАО. Нелинейная акустика твердого тела. - Н.Новгород: Интелсервис. 1998. 247-250.

147. Ekimov А.Е., Didenkulov I.N., Kazakov V.V, Nonlinear acoustic phenome- па in а rod with a crack // In proc. Ill Intern, conf.: Acoustical and vibratory surveillance methods and diagnostic techniques. CETIM. 1998. P.481-489.

148. Казаков B.B., Диденкулов И.Н., Екимов А.Э. Метод нелинейной диагностики трещин в стержнях // Тез. докл. 2-ой Всерос. н-т. конф.: Методы и средства измерений физических величин. В 2-х Т. -Н.Новгород: НГТУ. 1997. Т.1. 57-58.

149. Казаков В.В., Екимов А.Э., Сутин A.M. Исследование возможности обнаружения трещин методом нелинейной акустической диагностики // Тез. докл. 3-ей научн. конф. по радиофизике. - Н.Новгород: ННГУ. 1999. 254-256.

150. Казаков В.В., Сутин A.M. Метод обнаружения трещин, основанный на модуляции ультразвука вибрацией // Препринт № 534 ИПФ РАН. -Н.Новгород. 2000. 28 с.

151. Казаков В.В., Зверев В.А., Сутин A.M. О дополнительных способах обработки информации при использовании модуляционного акустического метода обнаружения трещин // Сб. тр. XI сессии РАО. Акустические измерения. Т. 2. - М.: ГЕОС. 2001. 290-293.

152. Kazakov V.V., Sutin A.M., Johnson P.A. Sensitive imaging of an elastic nonlinear wave-scattering source in a solid // Applied Physics Letters. 2002. V.81, № 4. P.646-648.

153. Kazakov V.V., Johnson P. A. Nonlinear wave modulation imaging // In proc: Nonlinear Acoustics at the Beginning of the 21-st Century. Faculty of Physics. MSU. - Moscow. 2002. V.2. P.763-766.

154. Kazakov V.V., Sutin A.M., Johnson P.A. Crack location using nonlinear means applying modulation of ultrasonic pulses by CW vibration // J. Acoust. Soc. Am. 2001. V.109, № 5. P.2308.

155. Казаков B.B., Самохвалов P.B., Грибков A.JI. Ультразвуковая локация стенок труб газопровода // Сб. тр. XV сессии РАО. Физическая акустика. Т. I. - М.: ГЕОС. 2004. 320-323.

156. Самохвалов Р.В., Казаков В.В. Результаты локации реальных КРН трещин аппаратуры на эффектах нелинейной акустики // Сб. тр.. 6-го научн.- техн. сем.: Аналитика, диагностика, средства и системы автоматизации. - Москва: ФГУП "ВНИИФТА". 2004. 82-90.

157. Казаков В.В., Сутин A.M. Ультразвуковой прибор для нелинейной акустической диагностики // Сб. тр. XV сессии РАО. Акустические измерения и стандартизация. Т. П. - М.: ГЕОС. 2004. 78-81.

158. Казаков В.В., Грибков А.Л. Исследование дефектов нелинейным модуляционным способом. Вариант модуляции электромагнитом // Дефектоскопия. 2007. № 3. 46-53.

159. Didenkulov I., Ekimov А., Kazakov V. Experimental study of nonlinear interaction of torsional and flexural waves in rods with crack-like defects // Preprint № 430 of the lAP RAS. - N.Novgorod. 1997. - 14 p.

160. Ekimov A.E., Didenkulov I.N., Kazakov V.V. Modulation of torsional waves in a rod with a crack // J. Acoust. Soc. Am. 1999. V.106, №3. P.1289-1292.

161. Диденкулов И.Н., Екимов А.Э., Казаков В.В. Нелинейное взаимодействие крутильных и изгибных волн в стержне с трещиноподобным дефектом // Акустический журнал. 1998. Т.44, № 5. 621-627.

162. Didenkulov I.N., Ekimov A.E., Kazakov V.V. Nonlinear effects for torsional wave in rods with crack-like defects // J. Acoust. Soc. Am.. 1997. V.102, № 5. P.3065.

163. Диденкулов И.Н., Екимов А.Э., Казаков B.B., Сутин A.M. Нелинейные акустические свойства железобетонных конструкций с трещинами // Сб. тр. VIII сессии РАО. Нелинейная акустика твердого тела. -Н.Новгород: Интелсервис. 1998. 265-268.

164. Al-Sabbagh A., Gaydecki P.A. A non-contacting ultrasonic phase-sensitive displacement measurement system // Measurement Science and Technology.1995. № 6. P.1068-1071.

165. Schindel D.W. Ultrasonic imaging of solid surfaces using a focussed air- coupled capacitance transducer // Ultrasonics. 1998. V.35. P.587-594.

166. Robertson T.J., Hutchins D.A., Billson D.R., Rakels J.H., Schindel D.W. Surface metrology using reflected ultrasonic signals in air // Ultrasonics. 2002. V.39. P.479-486.

167. Kojro Z., Kim T.J., Schmachtl M. et al. Confocal scanning acoustic air microskope with phase contrast // Ultrasonics. 1998. V.36. P.513-516.

168. Iwamoto K., Tanaka K., Futsuhara K. Vehicle identification using pulsed ultrasonic radar // Jap. Joum. of Appl. Phys. 1983. V.22, №22-3. P.75-77.

169. Антонец B.A., Анишкина Н.М. Пьезоакселерометры ПАМТ // Сб. тр.: Виброакустические поля сложных объектов и их диагностика. -Горький: ИПФ АН СССР. 1989. 191-203.

170. Shock and vibration handbook. Ed. C.M.Harris, C.E.Crede. McCraw-Hill. N.Y. 1976. P.14-11-14-12.

171. Проектирование датчиков для измерения механических величин. Под ред. Е.П. Осадчего. - М.: Машиностроение, 1979. - 480 с.

172. Gachagan А., Hayward G., Kelly S.P., Galbraith W. Characterization of air- coupled transducers // IEEE Transactions on ultrasonics, ferroelectrics and frequency control. 1996. V.43, № 4. P.678-689.

173. Gomez Т.Е. Acoustic impedance matching of piezoelectric transducers to the air // IEEE Trans. Ultrason., Ferroelectr. and Freq. Contr. 2004. V.51, № 5. P.624-633.

174. Manthey W., Kroemer N., Magori V. Ultrasonic transducers and transducer arrays for application in air // Meas. Sci. Technol. 1992. № 3. P.249-261.

175. Рядчиков В.Е. Фазометр // A.c. № 410330 СССР. 1974. Б.И. № 1.

176. Рядчиков В.Е. Фазометр с расширенным динамическим диапазоном // А.с. № 428305 СССР. 1974. Б.И. № 18.

177. Панычев Н., Хакимов Н.Т. Способ обнаружения нелинейного объекта с распознаванием типа нелинейности // Патент № 2205419 РФ. 2003.

178. Островский Л.А., Гурбатов Н., Диденкулов И.Н. Нелинейная акустика в Нижнем Новгороде (Обзор) // Акустический журнал. Т.51, № 2 . 150-166.

179. Bjomo L. Forty years of nonlinear ultrasound // Ultrasonics. 2002. V.40. P.11-17.

180. Зайцев В.Ю., Назаров B.E., Турна В. и др. Экспериментальное исследование нелинейных акустических эффектов в зернистых средах //Акустический журнал. 2005. Т.51, № 5. 633-644.

181. Зайцев В.Ю., Колпаков А.В., Назаров В.Е. Детектирование акустических импульсов в речном песке // Акустический журнал. 1999. Т.45,№З.С.305-310.

182. Руденко О.В., Чинь Ань By. Нелинейные акустические свойства контакта шероховатых поверхностей и возможности акустодиагностики статических характеристик неровностей // Акустический журнал. 1994. Т. 40, № 4. 668-672.

183. Короткой А.С., Славинский М.М., Сутин A.M. Измерение акустического параметра нелинейности при накоплении дефектов в стали // Акустический журнал. 1994. Т. 40, № 1. 84-87.

184. Зименков СВ., Назаров B.E. Нелинейные акустические эффекты в песке // Акустический журнал. 1992. Т,38, Вып. 6. 1118-1120.

185. Guyer R.A., Johnson P. Nonlinear mesoscopic elasticity: evidence for a new class of materials // Physics Today. 1999. V.52, № 4. P.30-36.

186. Krohn N., Stoessel R., Busse G. Acoustic non-linearity for defect selective imaging // Ultrasonics. 2002. V.40. P.633-637.

187. Буров B.A., Евтухов C.H., Ткачева A.M., Румянцева О.Д. Акустическая томография нелинейного параметра с помощью малого числа преобразователей // Акустический журнал. 2006. Т.52, № 6. 760-776.

188. Jhang K-Y., Kim K-J. Evaluation of material degradation using nonlinear acoustic effect // Ultrasonics. 1999. V.37. P.39-44.

189. Jeong H., Nahm S-H., Jhang K-Y., Nam Y-H. A nondestructive method for estimation of the fracture toughness of CrMoV rotor steels based on ultrasonic nonlinearity // Ultrasonics. 2003. V.41. P.543-549.

190. Cai A., Sun J., Wade G. Imaging the acoustic nonlinear parameter with diffraction tomography // IEEE Trans. Ultrason., Ferroelectr. and Freq. Contr. 1992. V.39, №6. P.708-715.

191. Зайцев В.Ю., Назаров B.E., Таланов В.И. "Неклассические" проявления микроструктурно- обусловленной нелинейности: новые возможности для акустической диагностики // Успехи физических наук. 2006. Т. 176, №1.С.97-102.

192. Kawashima К., Omote R., Ito Т., Fujita H., Shima T. Nonlinear acoustic response through minute surface cracks: FEM simulation and experimentation // Ultrasonics. 2002. V.40. P.611-615.

193. Zaitsev V.Yu., Sutin A.M., Belyaeva I.Yu., Nazarov V.E. Nonlinear Interaction of Acoustical Wave due to Cracks and its Possible Usage for Cracks Detection//Journal of Vibration and Control. 1995. V.l, № 3. P.335-344.

194. Zaitsev V., Gusev V., Castagnede B. Luxemburg-Gorky effect retooled for elastic waves: A mechanism and experimental evidence // Physical review letters. 2002. V.89, №.10. P.105502-105504.

195. Zaitsev V., Gusev V., Castagnede B. Observation of the "Luxemburg- Gorky effect" for elastic waves // Ultrasonics. 2002. V.40. P.627-631.

196. Zaitsev V., Nazarov V., Gusev V., Castagnede B. Novel nonlinear- modulation acoustic technique for crack detection // NDT & E International. 2006.V.39.№3.P.184-194.

197. Johnson P., Sutin A. Slow dynamics and anomalous nonlinear fast dynamics in diverse solids // J. Acoust. Soc. Am. 2005. V.l 17, № 1. P. 124-130.

198. Kim J.P., Kim E.J., Yoon S.W., Sutin A. Nonlinear acoustic modulation technique for nondestructive flaw detection // J. Acoust. Soc. Am. 1997. V. 101,№5.P,3029-3030.

199. Holland S.D., Sachse W. A time-resolved method for nonlinear ultrasonic measurements // Ultrasonics. 2002. V.40. P.639-642.

200. Prada C , Kerbrat E., Cassereau D., Fink M. Time reversal techniques in ultrasonic nondestructive testing of scattering media // Inverse Problems. 2002.V.18.P.1761-1773.

201. Зверев B.A. Структура фокальной области при фокусировке с обращением волны в неоднородной среде // Акустический журнал. 2005. Т.51, №3.0.366-373.

202. Ulrich Т.J., Johnson P.А. Imaging nonlinear scatters applying the time reversal mirror // J. Acoust. Soc. Am. 2006. V.l 19, № 3. P. 1514-1518.

203. Sutin A., Johnson P., TenCate J., Sarvazyan A, Time reversal acousto- seismic method for land mine detection // In proc. of the SPIE. 2005. V.5794.P.706-716.

204. Раманаускас И. Метод компенсации погрешностей ультразвукового измерителя расстояний // Тр. вузов Лит. ССР. Сер. Ультразвук. -Вильнюс: Мокслас. 1986. № 18. 125-130.

205. Раманаускас И., Домаркас В. О линейной параметрической термокомпенсации в акустических дальномерах // Тр. вузов Лит. ССР Сер. Ультразвук. - Вильнюс: Мокслас. 1984. №16. 96-99.

206. Бернатонис К.-В., Антанайтис С , Якутис Й., Юонас К. Точностные характеристики ультразвукового измерителя расстояния для определения переменного профиля // Тр. вузов Лит.ССР. Сер. Ультразвук. - Вильнюс: Мокслас. 1990. № 22. 139-147.

207. Добровольский В.Д., Пьянов В.М., Слесарев Ю.Г. О повышении точности ультразвуковых измерений // Акустика и ультразвуковая техника. Респ. н.-т. сборник. -Киев: Техника. 1978. Вып. 13. 95-97.

208. Вайн А.Э. Способ устранения погрешности, вызванной отраженной волной при фазовом методе определения скорости ультразвука // Тр. вузов Лит. ССР. Сер. Ультразвук. - Вильнюс: Мокслас. 1971. № 3. 105-109.

209. Горелик Г.С. Колебания и волны. - М.: Изд. физ.-мат. литературы, 1959.-544с.

210. Машонис А., Домаркас В. Ближнее поле ультразвукового излучателя с параболическим распределением амплитуды смеш,ений // Тр. вузов Лит. ССР. Сер. Ультразвук. - Вильнюс: Мокслас. 1976. № 8. 44-51.

211. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации: Учебник для вузов. - М.: Сов. радио, 1973. 155-162.

212. Вой Matar О., Remenieras J.P., Bruneel et al. Ultrasonic sensing of vibrations //Ultrasonics 1998. V.36. P.391-396.

213. Харкевич А.А. Спектры и анализ. 3-е изд. перераб. - М.: Гос. издат. техн. - теорет. литерат., 1957. - 236 с.

214. Гоноровский Н.С. Радиотехнические цепи и сигналы. 2-е изд. перераб. и доп.-М.: Сов. радио, 1971. 103-104, 131-133.

215. Смирнов П.Т. Цифровые фазометры. - Л.: Энергия, 1974. - 144 с.

216. Галахова О.П., Колтик Е.Д., Кравченко А. Основы фазометрии. - Л.: Энергия, 1976. - 256 с.

217. Чмых М.К. Цифровая фазометрия. - М.: Радио и связь, 1993. - 184 с.

218. Тимонтеев В.Н., Величко Л.М., Ткаченко В.А. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Радио и связь, 1982.- 134 с.

219. Попов Е.А., Буравлев В.В, Цифровое частотно-независимое фазосдвигающее устройство // Изв. вузов. Электромеханика. 1998. № 5/6. 91-93.

220. Попов Ю.А. Быстродействующее устройство регулировки фазы кварцованной последовательности импульсов // ПТЭ.1996. №4.С.56-58.

221. Колокольников Б.М., Капустин Ю.А. Фазовращатель с линейной регулировкой фазы // ПТЭ. 1990. № 4. 135-136.

222. Лапшин Д.А. Фазовращатель с цифровым управлением для синусоидального сигнала//ПТЭ. 1994. № 1. 126-127.

223. Королев М.В., Карпельсон А.Е. Широкополосные ультразвуковые преобразователи. - М.: Машиностроение, 1982. - 157 с.

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

225. Кажис Р.-И. Экспериментальное исследование импульсного режима ультразвуковых волноводных преобразователей // Тр. вузов Лит. ССР. Сер. Ультразвук. - Вильнюс: Мокслас. 1975. № 7. 97-104.

226. Аронов Б.С. Электромеханические преобразователи из пьезоэлектри- ческой керамики. -Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние. 1990.-272 с,

227. Джагупов Р.Г., Ерофеев А.А, Пьезоэлектронные устройства вычислительной техники, систем контроля и управления: Справочник. - СПб.: Политехника, 1994. - 608 с.

228. Афанасьев М.И., Витюк П.С, Гитис М.Б и др. Пьезоэлемент для ультразвуковых преобразователей // А.с. № 1147980 СССР. 1985. Б.И. № 12.

229. Саяускас С, Званорюс В. Исследование дисковых многомодовых пьезопреобразователей // Тр. вузов Лит. ССР. Сер. Ультразвук. -Вильнюс: Мокслас. 1986. № 18. 65-70.

230. Домаркас В., Петраускас А. Пьезоэлектрический преобразователь с трансформацией вида колебаний // Тр. вузов Лит. ССР. Сер. Ультразвук. - Вильнюс: Мокслас. 1975. № 7. 127-131.

231. Саяускас Й., Машонис А.П., Званорюс B.C. Ультразвуковой преобразователь // А.с. № 1241126 СССР. 1986. Б.И. № 24.

232. Домаркас В., Петраускас А. Биморфные пьезокерамические преобразователи для измерений в газовых средах // Тр. вузов Лит. ССР. Сер. Ультразвук. - Вильнюс: Мокслас. 1978. № 10. 5-64.

233. Раманаускас И. Эффективность биморфного пьезоэлектрического преобразователя изгибных колебаний // Тр. вузов Лит. ССР. Сер. Ультразвук. - Вильнюс: Мокслас. 1978. № 10. 55-64.

234. Мажонас А., Пятраускас А., Приалгаускас Усовершенствование ультразвуковых антенн для газовых сред // Тр. вузов Лит. ССР Сер. Ультразвук. - Вильнюс: Мокслас. 1987. № 19. 107-113.

235. Ни X., Li L., Chu X., Gui Z. The resonance vibration properties of a bimorph flexural piezoelectric ultrasonic transducer for distance measurement // Materials Science and Engineering. 2003. V.B99. P.316-320.

236. Колягин Н.И., Лепендин Л.Ф., Усов В.П. Высоконаправленная антенна для воздушной локации // Сб. тр. IX Всес. акустическая конф. Сек. П. Москва. 1977. 113-116.

237. Coates R., Mathams R.F. Design of matching networks for transducers // Ultrasonics. 1988. V.26. P.59-64.

238. Schindel D.W., Bashford A.G., Hutchins D.A. Focussing of ultrasonic waves in air using a micromachined Fresnel zone-plate // Ultrasonic. 1997. V.35. P.275-285.

239. Ge L-F. Electrostatic airborne ultrasonic transducers: modeling and characterization // IEEE Transactions on ultrasonics, ferroelectrics and frequency control. 1999. V.46, № 5. P. 1120-1127.

240. Schindel D.W., Hutchins D.A., Zou L., Sayer M. The design and characterization of micromachined air-coupled capacitance transducers // IEEE Trans. Ultrason., Ferroelectr. and Freq. Contr. 1995.V.42, № i . p.42-50.

241. Toda M., Tosima S. Theory of curved, clamped, piezoelectric film, air-borne transducers // IEEE Transactions on ultrasonics, ferroelectrics and frequency control. 2000. V.47, № 6. P. 1421-1431.

242. Zhua H., Miaoa J., Wang Z., Zhaob C , Zhub W. Fabrication of ultrasonic arrays with 7 р,т PZT thick films as ultrasonic emitter for object detection in air // Sensors and Actuators. 2005. V.A123-124. P.614-619.

243. Kazys R., Vladisauskas A., Zukauskas E. Wideband air - coupled ultrasonic transducers // Ultragarsas. 2004. №.3 (52). P.21-28.

244. Heinouchi Y. Piezoelectric ultrasonic transducer with resonator laminate // Patent № 4,283,649 USA. 1981.

245. Kota M., Nakatera K. Ultrasonic sensor // Patent № 5,495,766 USA. 1996.

246. Amaike S., Ota J. Ultrasonic sensor // Patent № 6,250,162 USA. 2001.

247. Amaike S., Ota J. Ultrasonic wave transmitter/receiver // Patent №6,593,680 USA. 2003.

248. Чулков B.A. Цифровой фазовращатель// Патент № 2173933 РФ. 2001. Б.И. № 35.

249. Феодосьев Б.И. Сопротивление материалов. - М.: Наука, 1970. - 544 с.

250. Вибрации в технике. Справочник в 6-ти томах. Т.1. Под ред. В.В. Болотина. - М.: Машиностроение, 1978. 116-126, 254-256.

251. Осипов М.В. Аналитические и экспериментальные методы определения собственных частот механических колебаний объектов и узлов ИЭТ СВЧ // Электроника СВЧ. Сер.1: Обзоры по электронной технике. 1990. Вып. 15 (1593). - 114 с.

252. Блинова Л.П., Колесников А.Е., Ланганс Л.Б. Акустические измерения. - М.: Изд-во стандартов, 1971. - 272 с.

253. Пейн Г. Физика колебаний и волн. - М.: Мир, 1979. 322

254. Колодиева И.И., Коротин П.И., Салин Б.М., Тютин В.А. Модальный анализ вибрации конструкций // Сб. тр.: Вибрационная техника. - М.: МДНТП. 1986. 62-67.

255. Богораз Н.И., Кауфман Н.М. Производство гребных винтов: Справочник. - Л.: Судостроение, 1978. - 280 с.

256. Солоневич СВ., Рыжевич А.А. Лазерный профилометр для определения качества цилиндрической поверхности // Современные проблемы физики.: Сб. тр. Минск: Ин-т физики НАЛ Беларуси. 2006. 221-225.

257. Санин А.Г., Чичагов П.К., Шмелев И.И. Способ контроля состояния изделия // А.С. № 945656 СССР. 1982. Б.И. № 27.

258. Коган В.Б., Хиров Г.А. Прибор для измерения накопленной погрешности шага по зубчатому колесу // А.с. № 551911 СССР. 1981. Б.И. № 30.

259. Красильников В.А., Крылов В.В. Поверхностные акустические волны. - М.: Знание, 1985. - 352 с.

260. Каржавин В.К. Устройство для определения поверхностного натяжения жидкостей // Научное приборостроение. Методы и приборы биотехнологии. - Л.: Наука, 1988. 47-50.

261. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. - М.: Физ- матгиз, 1959.-595 с.

262. Яхно Т.А., Яхно В.Г., Шмелев И.И. и др. Способ исследования многокомпонентной жидкости // Патент № 2232384 РФ. 2004.

263. Яхно Т.А., Яхно В.Г., Санин А.Г., Шмелев И.И. Исследование динамики фазовых переходов жидкостей разного типа методом регистрации акустомеханического импеданса высыхающей капли. // Биофизика. 2002. Т.47, № 6. 1101-1105.

264. Яхно Т.А., Яхно В.Г., Левин Г.Я., и др. Динамика процессов самоорганизации биожидкостей в норме и при некоторых заболеваниях. // Материалы 4-й Междунар. конф. по математическому моделированию. - М: МГТУ "Станкин". 2001. Т.2. 265-275.

265. Яхно Т.А., Яхно В.Г., Соколов А.В. Процессы формообразования в высыхающих каплях сыворотки крови в норме и патологии. // Биофизика. 2005. Т.50, № 4. 726-734.

266. Killeen А.А., Ossina N., McGlennen R.C. et al. Protein self-organization patterns in dried serum reveal changes in b-cell disorders // Molecular Diagnosis & Therapy. 2006. V.6, №10. P.371-380.

267. Yakhno Т., Sanin A., Yakhno V. et al. The informative-capacity phenomenon of drying drops. Aptitude test in medical diagnostics. // IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine. 2005. V.24, №2. P.96-104.

268. Яхно T.A., Яхно В.Г., Санин А.Г. и др. Белок и соль: пространственно- временные события в высыхающей капле // ЖТФ. 2004. Т.49, №8. 1055-1063.

269. Deegan R.D. Pattern formation in drying drops. // Physical Review E. 2000. V.61,№l.P.475-485.

270. Измайлова B.H., Ямпольская Г.П., Сумм Б.Д. Поверхностные явления в дисперсных системах. - М.: Химия, 1988. - 240 с.

271. Ш,укин Е.Д. Коллоидная химия: Учебник для университетов и химико- технологич. Вузов. - М.: Высш. Шк.. 2004. - 445 с.

272. Gilot Р., Andre Р., Content J, Listeria monocytogenes possesses adhesins for Fibronectin. // Infection and Immunity. Dec. 1999. P. 6698-6701.

273. Иткис М.Л., Мчедлишвили Г.И. Методика прижизненного определения механических свойств головного мозга // Механика композитных материалов. 1979. № 6. 1094-1099.

274. Walsh Е., Fumiss W., Shettini А. On measurement of brain elastic responce in vivo // American Journal of Physiology. 1977. V.232. P.27-30.

275. Свадовский А.И., Туркин A.M. Динамика отека мозга при тяжелой черепно-мозговой травме (компьютерно-томографическое и магнитно-резонансное исследование) // Вопросы нейрохирургии. 1991. №5. 20-23.

276. Мчедлишвили Г.И., Иткис М.Л. Сихарулидзе Н.В. Механические свойства головного мозга в процессе развития постишемического отека //Вопросы нейрохирургии. 1982. № 4. 17-20.

277. Мчедлишвили Г.И., Иткис М.Л. Сихарулидзе Н.В. Изменение механических свойств головного мозга под влиянием циркуляторных факторов //Механика композитных материалов. 1981. № 5. 878-882.

278. Кравец Л.Я., Шелудяков А.Ю. Лазерная допплеровская флоуметрия коры при опухолях головного мозга // Вопросы нейрохирургии. 1996. №З.С.39-41.

279. Колесов Н., Лихтерман Л.Б. Фраерман А.П. О механизмах температурных асимметрий кожи головы при очаговых поражениях мозга//Вопросы нейрохирургии. 1985. № 1. 33-38.

280. Иргер И.М., Ронкин М.А., Федеряев Ф. Метод высокочувствительной элеткротермометрии в интраоперационной диагностике супратенториальных опухолей головного мозга // Вопросы нейрохирургии. 1981. № 5. 3-7.

281. Кравец Л.Я. Диагностические возможности термо- и импедансометрии на "открытом" мозге при черепно-мозговой травме // Сб.тр.: Проблемы автодорожного травматизма. - Горький: НИИТО. 1985. 64-69.

282. Miller К., Chinzei К., OrssengoG., Bednarz P. Mechanical properties of brain tissue in-vivo: experiment and computer simulation // Journal of Biomechanics. 2000. V.33. P. 1369-1376.

283. Тиманин Е.М. Вибрационные импедансные измерители сдвиговых вязкоупругих параметров живых биологических тканей // Специальный практикум по радиофизике и электронике. Ч. 4. - Н.Новгород: РШФ РАН. 2001.С.96-114.

284. Тиманин Е.М. О возможностях способа миотонографии // Медицинская техника. 1998. № 2. 39-41.

285. Бойко М.И., Гевлич Г.И., Горяев В.И. и др. Устройство для определения тонуса мышц // А.с. № 1026767 СССР. 1983. Б.И. № 25.

286. Миронов А.С, Ивкин В.Л., Назаров Г.Н. и др. Устройство для измерения твердости мышц // А.с. № 921512 СССР. 1982. Б.И. № 15.

287. Галин Л.А. Контактные задачи теории упругости и вязкоупругости. - М.: Наука. Главная редакция физ.-мат. литературы, 1980. 138.

288. Хрестоматия по ошущ;ению и восприятию. / Под ред. Ю.Б. Гиппен- рейтера и М.Б.Михалевской. - М.: Изд. МГУ, 1975. - 400 с.

289. Мельников В.А. Практикум по основам психологии. - Симферополь, 1997.-156 с.

290. Леонтьев А.Н. Лекции по общей психологии. Лекция 25. Звуковысотный слух. - М.: Смысл, 2005. - 511 с.

291. Сеченов И.М. Физиология нервных центров. В кн.: Физиология нервной системы / Под ред. акад. К.М. Быкова. М.: Госуд. изд.-во медицинской литературы. 1952. Вып. Ш. Кн. I. 11-28.

292. Антонец В.А., Анишкина Н.М., Тиманин Е.М. и др. О возможности количественной оценки восприятия тяжести мышечным анализатором. //Биофизика. 2000. Т. 45, Вып. 6. С И З 1-1136.

293. Антонец В.А., Анишкина Н.М., Тиманин Е.М, Козмин B.C. Количественная оценка восприятия частоты звуков слуховым анализатором // Сб. тр. XI сессии Российского акустического общества. -Москва. 2001. С180-183.

294. Шевелев И.А.Нейроны зрительной коры. Адаптивность и динамика рецептивных полей. - М.: Наука, 1984. - 232 с,

295. Яхно В.Г., Нуйдель И.В., Иванов А.Е. Модельные нейроноподобные системы. Примеры динамических процессов // Сб. тр.: Нелинейные волны - 2004. - Н.Новгород: ИПФ РАН. 2005. 362-375.

296. Долгов И.А., Горчаков В.А., Пахтусов С В . и др. Оценка повреждения стресс-коррозионных трещин при нагружении трубы внутренним давлением // Дефектоскопия. 2002. № 2. 83-89.

297. Гордон А.В., Сливинская А.Г. Электромагниты. - М.: Гостехиздат, 1948. -447 с.

298. Клокова Н.П. Тензорезисторы: Теория, методики расчета, разработки. - М.: Машиностроение, 1990. - 224 с.

299. Стреттон Д. Теория электромагнетизма. -М.: Гостехиздат, 1948. -312 с.

300. Загидулин Р.В., Мужицкий В.Ф., Курозаев В.П. Расчет магнитостати- ческого поля внутреннего дефекта и дефекта внутренней поверхности в ферромагнитной пластине // Дефектоскопия. 1997. № 1. 55-62.

301. Смажевская Е.Г., Фельдман Н.Б. Пьезоэлектрическая керамика. - М: Советское Радио, 1971. - 198 с.

302. Nikoonahad М., Liu D.C. Pulse-echo single frequency acoustic nonlinearity parameter (B/A) measurement // IEEE Trans. Ultrason., Ferroelectr. and Freq. Contr. 1990. V.37, № 2. P. 127-134.

303. Зарембо Л.К., Красильников B.A. Введение в нелинейную акустику. - М.: Наука, 1966. - 520 с.

304. Svilainis L., Motiejunas G. Power amplifier for ultrasonic transducer excitation // Ultragarsas. 2006. №.1 (58). P. 30-36.

Похожие работы

Приборостроение, метрология и информационно-измерительные приборы и системы
05.11.00