автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Влияние конструктивных параметров многоэлементных фазированных преобразователей на формирование акустических полей

\

На правах рукописи

УДК 620.179.162, 534.2

.. £ ¿с

Мышкин Андрей Владимирович

Влияние конструктивных параметров многоэлементных фазированных преобразователей на формирование акустических полей

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 5 ФсВ 2015

Ижевск 2015

005559516

Работа выполнена на кафедре «Приборы и методы контроля качества» ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет имени М.Т.Калашникова» (ИжГТУ имени М.Т.Калашникова)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Муравьева Ольга Владимировна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Бадалян Владимир Григорьевич, ООО "Научно-производственный центр нераз-рушающего контроля «ЭХО+», г. Москва

кандидат технических наук, доцент

Воронкова Любовь Владимировна

ГНЦ РФ ОАО НПО «ЦНИИТМАШ», г. Москва

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский

государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)» (СПбГЭТУ)

Защита состоится 22 апреля 2015г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д520.010.01 при ЗАО «НИИИН МНПО «СПЕКТР» по адресу: 119048, г. Москва, ул. Усачева, д. 35, стр. 1

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 119048, г. Москва, ул. Усачева, д. 35, стр. 1.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в научной библиотеке ЗАО «НИИИН МНПО «СПЕКТР» и на сайте ЬПр:/уак.е(1.gov.ru.

Автореферат разослан «

А

февраля 2015 г.

Ученый секретарь __

Диссертационного Кузелев Николай Ревокатович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность

Многоэлементными преобразователями в ультразвуковой (УЗ) диагностике и неразрушающем контроле (НК) принято называть преобразователи, имеющие более одного излучающего (приемного) элемента. К ним относятся фазированные решетки (ФР) пьезопреобразователей, обладающие рядом преимуществ в сравнении с одноэлементными, в частности, возможностями фокусировки и углового сканирования, исследования труднодоступных областей объекта контроля (ОК). К многоэлементным можно также отнести бесконтактные электромагнитно-акустические преобразователи (ЭМАП), которые могут быть представлены в виде ФР отдельных лент с током.

Исследование полей УЗ преобразователей (УЗП) — обязательный элемент при разработке электроакустического тракта прибора. От диаграммы направленности (ДН) зависят чувствительность, точность измерений толщины, скорости или координат дефектов, шаг сканирования, поперечная разрешающая способность, условные размеры дефектов. Грамотное формирование ДН ЭМАП приобретает первостепенное значение при их проектировании, так как позволяет несколько скомпенсировать низкие коэффициенты ЭМА преобразования за счет концентрации УЗ волн в узком телесном угле и в требуемом направлении. Принято считать, что мешающими в ДН ультразвукового преобразователя (УЗП) являются близлежащие к основному боковые лепестки, приводящие к появлению артефактов УЗ изображения. Специфическим для ФР является возможность появления в его акустическом поле дифракционных лепестков (ДЛ), обусловленных интерференцией УЗ волн от дискретных элементов ФР. Амплитуда последних может быть соизмерима с амплитудой основного лепестка, что наличии хорошо отражающей поверхности в направлении ДЛ и при слабо отражающей поверхности в направлении основного лепестка может привести к искажениям УЗ изображения ОК и его ошибочной интерпретации.

Актуальным является исследование особенностей акустических полей многоэлементных ЭМА и пьезо- преобразователей с позиций влияния на формирование боковых и ДЛ их конструктивных особенностей и параметров возбуждения и разработка научно-обоснованных требований к конструированию и использованию многоэлементных УЗП, обеспечивающих требуемую ДН, заключающуюся в минимизации ширины основного лепестка, подавлении боковых лепестков, полном устранении ДЛ.

Степень разработанности темы.

Акустические поля одноэлементных УЗП детально исследованы в работах Буден-кова Г.А., Гурвича А.К., Ермолова И.Н., Данилова В.Н. В последнее десятилетие широкое освещение в литературе находят вопросы технологии ФР, обработки УЗ сигналов и реконструкции изображений в НК и медицинской диагностики, исследования акустических полей ФР (работы Алехина С.Г., Бишко А.В., Базулина Е.Г., Бадаляна В.Г., Вопилкина А.Х., Воронкова В.А, Данилова В.Н., Домаркаса В.И., Ермолова И.Н., Козлова В.Н., Ланге Ю.В., Менги Ф., Осипова Л.В., Пасси Г., Пилецкаса Э.Л., Самокрутова А.А., Смагина М.А., Чабанова В.Е., Шевалдыкина В.Г., Уэбба С., Хилла К., Berke M., Moles M., F. Shubert, Qiao P.Z., Veidt M., Yang M.J. Парк приборов УЗ контроля на ФР представлен российскими (ООО «АКС», НПЦ «ЭХО+») и зарубежными производителями (Olympus, SONATEST, Starmans, Krautkramer, GE Inspection Technologies, Hitachi, General Electric и др.).

Вопросы оптимизации параметров ЭМАП и расчет их ДН широко представлен в статьях и монографиях следующих авторов: Аббакумов К.Е., Бобров В.Т., Васильев

3

4J

А.Н., Гайдуков Н.П., Глухов H.A., Горкунов Э.С., Гуревич С.Ю., Ильин И.В., Кириков A.B., Комаров В.А., Малинка A.B., Мужицкий В. Ф., Неволин О.В., Паврос С.К., Ремезов В.Б., Сазонов Ю.И., Шаповалов П.Ф., Шкарлет Ю.М., Шубаев С.Н., Dobbs R., Frost Н., Houck J., Kaule В., Kawashima К., Larsen P., и др. Большинство работ в исследовании ДН ЭМАП базируется на их представлении в виде витка, плоской круглой катушки, ленты с током, или двух синфазно (противофазно) возбуждаемых лент с током.

Представленные в литературе подходы к расчету акустических полей ФР УЗП с использованием теории антенных решеток, как правило, ограничены расчетами в дальней зоне, не учитывают ДН отдельных элементов решетки, полагая их точечными источниками с единичной ДН или аппроксимируя элементарными тригонометрическими функциями. Представленные подходы не позволяют оценить влияние конструктивных параметров ФР УЗП на формирование акустических полей, в частности, на появление ДЛ.

В научной школе ФБГОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т.Калашникова» развиваются подходы к моделированию ДН пьезо- и ЭМАП, основанные на теории сосредоточенных источников, разрабатывается оборудование ЭМА-структуроскопии и дефектоскопии металлоконструкций.

Целью работы является: моделирование акустических полей многоэлементных фазированных УЗП для НК и диагностики и исследование влияния их конструктивных параметров на появление ДЛ для выработки научно-обоснованных рекомендаций при их проектировании.

Цель соответствует следующим областям исследования по паспорту специальности 05.11.13: п.2. «Разработка и оптимизация методов расчета и проектирования элементов, средств, приборов и систем аналитического и неразрушающего контроля с учетом особенностей объектов контроля»; п.6. «Разработка алгоритмического и программно-технического обеспечения процессов обработки информативных сигналов и представление результатов в приборах и средствах контроля, автоматизация приборов контроля».

В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие задачи:

1. Разработка обобщенной физико-математической модели формирования акустических полей объемных волн многоэлементных УЗП пьезо- и ЭМА типов.

2. Разработка программного обеспечения для расчета акустических полей УЗП пьезо- и ЭМА типов.

3. Исследование влияния конструктивных и физических параметров многоэлементных УЗП на формирование ДЛ в акустическом поле.

4. Формирование научно-обоснованных рекомендаций по проектированию многоэлементных УЗП.

Работа выполнялась в рамках аналитической ведомственной целевой программы Министерства образования и науки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы (2009—2011 годы)»; программы стратегического развития «ИжГТУ имени М.Т.Калашникова» на 2012 - 2016 гг.; проекта по государственному заданию Министерства образования и науки РФ ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т.Калашникова» на 2014-2016 гг. в части проведения научно-исследовательских работ; программы инициативных проектов фундаментальных исследований, выполняемых в учреждении УрО РАН в 2012-2014 гг.; поддержана стипендией президента РФ.

Объект исследований: акустические поля многоэлементных УЗП.

Предмет исследований: модель формирования акустических полей многоэлементных УЗП; зависимости уровня дифракционных и боковых лепестков в ДН от конструктивных параметров и параметров возбуждения УЗП.

Научная новизна.

1. Разработана физико-математическая модель формирования акустических полей многоэлементных УЗП, базирующаяся на теории сосредоточенных источников, учитывающая их конструктивные параметры, параметры возбуждения (рабочая частота, временные и фазовые задержки при фокусировке, режим работы), свойства упругой среды, тип излучаемой волны.

2. Впервые установлено влияние рабочей частоты, зазора между индуктором и объектом контроля (ОК), количества и размеров отдельных элементов и апертуры решетки, возможных перекосов ЭМАП относительно поверхности на появление дифракционных и боковых лепестков в ДН многоэлементных синфазных (СФ) и противофазных (ПФ) ЭМАП продольных и поперечных волн.

3. Впервые установлено влияние угла сканирования, фокусного расстояния, рабочей частоты, конструктивных особенностей, возможных неисправностей отдельных элементов решетки на появление дифракционных и боковых лепестков в ДН многоэлементных секторных фазированных пьезопреобразователей УЗ диагностики.

4. Научно обоснованы подходы к оптимизации конструктивных параметров ЭМАП при их проектировании для достижения требуемой ДН, заключающейся в минимизации ширины основного лепестка, полном устранении дифракционных лепестков, подавлении боковых лепестков.

5. Научно обоснованы области использования УЗ секторных фазированных пьезопреобразователей для устранения возможностей появления артефактов ДЛ.

Теоретическая и практическая значимость.

Теоретической значимостью обладает разработанная физико-математическая модель формирования акустических полей многоэлементных УЗП, обобщенная на случай произвольных типов УЗП (СФ и ПФ ЭМАП, пьезопреобразователи в жидкостях и твердых телах) и волн (продольные /-волны и поперечные i-волны), учитывающая акустические свойства среды распространения УЗ волн; конструктивные параметры УЗП; режим его возбуждения; возможные перекосы УЗП относительно ОК; возможные неисправности отдельных элементов решетки.

Практическая значимостью обладает разработанное специализированное программное обеспечение «PATAF Simulator» предназначенное для моделирования и исследования акустических полей фазированных решеток УЗП.

Полученные результаты могут быть использованы при разработке методик УЗ контроля и диагностики для оптимизации конструктивных параметров многоэлементных УЗП при их проектировании для достижения требуемой ДН. В частности, разработанные подходы к построению ЭМАП использованы при разработке УЗ струкгуроскопа СЭМА, предназначенного для оценки напряженно-деформированного состояния цельнокатаных железнодорожных колес, натяга бандажей локомотивных колес и для других применений (акт о внедрении ООО «НПИЦ «Качество»). Результаты исследований внедрены в учебный процесс подготовки бакалавров и магистров по направлению 200100 «Приборостроение» (акт о внедрении ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова»),

Методология и методы исследования: При моделировании использован аппарат динамической теории упругости, акустики твердого тела, теории электромагнетизма, теоретической физики. При экспериментальных исследованиях использовался

5

акустический теневой метод. При разработке программного обеспечения использованы программная среда МаЛСаё и язык программирования высокого уровня С++ в виде программного пакета (}(.

Положения, выносимые на защиту

1. Принципы моделирования акустических полей многоэлементных синфазных и фазированных УЗ преобразователей, учитывающие их конструктивные параметры, параметры возбуждения, свойства упругой среды, тип излучаемой волны.

2. Закономерности влияния зазора между индуктором и объектом контроля, рабочей частоты, угла ввода, шага, размеров и числа отдельных элементов решетки на появление боковых и дифракционных лепестков в диаграммах направленности многоэлементных синфазных и противофазных ЭМА преобразователей.

3. Закономерности влияния угла сканирования, фокусного расстояния, рабочей частоты, числа отдельных элементов решетки на появление боковых и дифракционных лепестков в диаграммах направленности многоэлементных секторных фазированных пьезопреобразователей.

4. Научно обоснованные подходы к оптимизации конструктивных параметров многоэлементных УЗ преобразователей при их проектировании для достижения требуемой диаграммы направленности, заключающееся в минимизации ширины основного лепестка, подавлении боковых лепестков, полном устранении дифракционных лепестков.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов подтверждены корректным использованием методов теории упругости, акустики твердого тела, теоретической физики; качественным совпадением теоретических и экспериментальных результатов, полученных автором, и частных зависимостей, известных из литературы; воспроизводимостью экспериментальных результатов; использованием в работе стандартных средств измерений и образцов.

Личный вклад автора.

Разработка теоретической части работы, создание и реализация математической модели в программной среде МаЛСАО, теоретические и экспериментальные исследования выполнены автором лично. Выбор приоритетов, направлений и методов исследования, формы представления результатов, формирование структуры и содержания работы, формулирование основных положений, анализ полученных теоретических и экспериментальных результатов выполнены при активном участии научного руководителя д.т.н., профессора Муравьевой О.В. Разработка программы моделирования акустических полей фазированных УЗП «РАТАР БтиЫоге выполнялась совместно с сотрудниками кафедры «ПиМКК» ИжГТУ имени М.Т.Калашникова.

Апробация результатов работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: XXVII Уральская конференция «Физические методы неразрушающего контроля (Янусовские чтения)» (Екатеринбург, 2014 г.); VII и VIII Всероссийские научно-технические конференции с межд. участием «Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства» (Ижевск, 2011 г., 2012 г.); II и III Всероссийские науч.-техн. конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с межд. участием «Измерения, контроль и диагностика», (Ижевск, 2012 г., 2014 г.); II

Всероссийская науч.-техн. конференция аспирантов, магистрантов и молодых ученых с межд. участием «Молодые ученые - ускорению научно-технического прогресса в XXI веке» (Ижевск, 2013 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, из них 4 статьи в рецензируемых изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ РФ.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из 4 глав на 130 листах, содержит 55 иллюстраций, списка литературы, включающего 120 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, раскрыта научная новизна и практическая значимость работы, приведены научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен обзор по видам многоэлементных УЗП (пьезо- и ЭМАП), их конструкциям и возможностям использования в НК, технической и медицинской диагностики. Представлено влияние ДН на появление артефактов изображений при УЗ исследованиях в Ж и медицинской диагностике. Проведен критический анализ основных математических моделей для расчета акустических полей ФР и ЭМАП.

Во второй главе рассматривается физико-математическая модель расчета акустических полей многоэлементных УЗП, обобщенная на случай произвольных типов преобразователей (СФ и ПФ ЭМАП, пьезопреобразователи в жидкостях и твердых телах) и 1-и I- волн, учитывающая акустические свойства среды распространения УЗ волн; параметры УЗП (рабочая частота, число элементов в решетке, ширина апертуры решетки, расстояние между элементами решетки, фокусное расстояние, направление прозву-чивания, режим работы — импульсный, непрерывный); зазор и возможные перекосы УЗП относительно ОК; возможные неисправности отдельных элементов решетки.

УЗП представляется в виде ФР шириной активной апертуры а, содержащей N единичных элементов, шириной е каждый, с зазором между ближайшими элементами g и периодом решетки р (рис. 1). В случае ЭМАП вводится зазор к между индуктором и ОК.

Акустическое поле смещений I/ в точке наблюдения М в гармоническом режиме в плоскости а = 0 находится как результат суперпозиции акустических полей от каждого п-го элемента решетки 1/„ с собственной ДН с учетом фазовых сдвигов, обусловленных смещением отдельных элементов решетки относительно начала координат; направлением угла прозвучивания, фокусным расстоянием:

Л=1

где к,, = 2к!X - волновое число волны исследуемого типа (/, /), г0 - расстояние от центрального элемента до точки наблюдения; г„, 0„ - координаты п-го элемента решетки, определяемые из геометрических соображений; Аг/ = г0/ -г„г - дополнительная фазовая задержка, обусловленная направлением сканирования и фокусировкой в точке М.

Поле смещений единичного элемента £/,„ ФР определяется типом исследуемого УЗП (пьезо-, ЭМАП), типом излучаемой волны, пространственным распределением сил, определяемым геометрией УЗП, упругими свойствами среды, а также в случае ЭМАП -

механизмом преобразования (электродинамический, магнитострикционный), пространственным распределением поляризующего поля В0, зазором h между индуктором и ОК.

В общем случае поле t/„ в плоскости а = 0 определяется по формуле:

U =А Х(0) sin^.'singJ (2)

где А„ - относительная амплитуда колебаний единичного элемента (1 - при СФ; -1 - при ПФ режимах возбуждения; при неравномерном возбуждении может быть смоделирована произвольной функцией); /(0) - функция направленности сосредоточенного источника; h - зазор между единичным индуктором ЭМАП и ОК (может принимать различные значения при моделировании неравномерного зазора; для пьезопреобразователей последний сомножитель в формуле (2) равен 1).

••• 1-1 _— Г-1 г-1 Г-1

M s----- x0 0 \ .

j z r»\ >

У JJ> ' ".П^ "¿Lt h IV Г^ £ X

№ ifÊ 4

Г-1 Г-1 — 1-1 1-1_— 1-1 m Г-1

Рис. 1. Постановка задачи расчета акустического поля многоэлементного УЗ пьезопреобразователя в точке наблюдения М (а); к расчету синфазных и противофазных

ЭМАП (б)

В соответствии с теорией сосредоточенных источников [1] функция /{&) определяется типом исследуемого УЗП и типом излучаемой волны.

В случае пьезопреобразователей функция /(<?) описывается формулами для источника типа вертикальной сосредоточенной силы: для продольной /-волны

соз<?(1-2г25шг0)

(3)

(2г2 sin2 в -1)1 + V sin2 é>cos "Г2 sin2 <? (при излучении в жидкость (у = 0,5) для УЗП медицинской диагностики формула (3) преобразуется к функции ^(0)=cos0); для поперечной tV-волны

singeos0^¡y2 -sin20

(4)

(2 бш2 в -1)* + 4 вт2 в соэ в^у^ЛпЧ?

В случае ЭМАП при электродинамическом механизме: - если вектор поляризующего поля В0 направлен по нормали к поверхности (преимущественное возбуждение поперечных волн), функция /(в) описывается формулами для источника типа горизонтальной сосредоточенной силы: для поперечной IV-волны (основной тип волн):

(2sin2tf-l)I+4sin26cos5>/r2-sin2e

(5)

для продольной /-волны (мешающий тип волн): Х{в)=1(8)=

sin в COS ву[\-

Y1 sin2 в

(6)

(2у2 sin2 в - l)2 + V sin2 в cos dy¡\ - г1 sin2 в - если вектор поляризующего поля В0 направлен вдоль поверхности (преимущественное возбуждение /-волн), функция /{0) описывается формулами (3)-(4). Отметим, что известных в литературе подходов к моделированию ДН ФР пьезопреобразователей основаны на представлении ДН единичного элемента в виде функции /(0) = 1 или хЩ = cos<9. На рис.2 в качестве примера представлены ДН сосредоточенных источников х(6) и влияние на поле смещений единичного элемента Ue зазора h ЭМАП (а) и рабочей частоты /пьезопреобразователя (б) для /- и /-волн.

Г* лме)

\

f -г

/ \

/ У ч

-so -30

■yo .60 -SO

-У0 -60 -30

30 60

. в-" J6

Рис.2. ДН сосредоточенных источников /(0) и единичных элементов (/.: ЭМАП при Л = 1 мм (а); пьезопреобразователь при/= 5 МГц (б)

Программное обеспечение "PATAF Simulator", разработанное на основе описанной модели, реализовано на языке С++ (Qt оболочка). Входными параметрами при расчетах являются: тип УЗП, акустические свойства среды распространения УЗ волн; параметры УЗП (рабочая частота, число элементов в решетке, ширина апертуры решетки, расстояние между элементами решетки, фокусное расстояние, направление прозвучивания, режим работы — импульсный, непрерывный); зазор между индуктором ЭМАП и ОК и его неравномерность относительно ОК; возможные неисправности отдельных элементов решетки.

а б в

Рис.3 Результаты визуализации в рабочем окне программы «PATAF Simulator»: распределение акустического поля по дальности (а); по углу (б); в пространстве (в)

Программа реализует расчет и построение следующих основных характеристик акустического поля: распределение относительных амплитуд смещений вдоль оси наблюдения при фиксированном направлении прозвучивания, в том числе в ближней и дальней зонах (рис.За); распределение относительных амплитуд смещений по углу на фиксированном расстоянии (рис.Зб); визуализация акустического поля в плоскости (рис.Зв).

В третьей главе исследованы особенности акустических полей СФ и ПФ ЭМАП с позиций влияния рабочей частоты и конструктивных особенностей изготовления решетки (количество элементов, период и расстояние между отдельными элементами), зазор между индуктором ЭМАП и ОК) на формирование дифракционных и боковых лепестков.

Известен ряд требований при конструировании ЭМАП, которые могут оказывать различное влияние на его акустическое поле. В частности, рекомендуется минимизация зазора между индуктором и ОК для повышения эффективности ЭМА-преобразовакия; малое число элементов в индукторе при излучении для обеспечения максимальных токов в зондирующем импульсе; большое число элементов в индукторе при приеме -для увеличения ЭДС; число элементов индуктора определяет индуктивность ЭМуШ, влияющую на рабочую частоту, согласование с генератором и усилителем дефектоскопа; апертура ЭМАП, определяет раскрытие ДН и ослабление волны с расстоянием вследствие расхождения и влияет на амплитуду сигнала.

Формирование ДН ЭМАП в существенной мере определяется распределением вихревых токов, формируемых в приповерхностном слое электропроводящего ОК. При электродинамическом взаимодействии ЭМАП с металлом распределение вдоль поверхности пондеромоторных сил Fo, возникающих при взаимодействии вихревых токов с внешним поляризующим магнитным полем В0, для ленты с током шириной / в направлении оси х пропорционально выражению [1]:

агсГ§ -

х-1

- агс^ -

х + 1

И Л

где /г - зазор между поверхностью ОК и индуктором.

(7)

а б в

Рис. 4. Распределение плотности пондеромоторных сил ^о вдоль оси х для индуктора единичной длины (а); для решетки ПФ (б) и СФ (в) ЭМАП при различных зазорах И между индуктором и ОК: е = 1 мм, g = 0,5 мм

На рис. 4а представлено относительное распределение плотности пондеромоторных сил /<о от ленты с током при различных зазорах И при ширине единичного индуктора / = 1 мм. Увеличение зазора ведет, с одной стороны, к ослаблению вихревых токов в ОК, с другой стороны к расширению зоны действия вихревых токов вдоль оси х.

В случае представления СФ ЭМАП в виде ФР, наиболее равномерное распределение плотности сил, а следовательно наиболее однозначное формирование ДН наблюдается при малых зазорах И между ЭМАП и ОК и при малых расстояниях между отдельными элементами решетки g (рис. 46), то есть при приближении решетки к сплошной ленте с током. Распределение пондеромоторных сил для ПФ ЭМАП представлено на рис. 46. Для эффективного формирования распределения вихревых токов в решетке ПФ ЭМАП требуется максимальный зазор между отдельными элементами и минимальный зазор между индуктором ЭМАП и ОК. Увеличение И до 2 мм приводит к отсутствию выраженности ПФ распределения, при этом формирование требуемой ДН (под углом к поверхности) невозможно.

Общепринято, что ДН СФ ЭМАП в виде ленты с током представляются в виде основного лепестка в направлении к нормали поверхности и прилегающих к нему боковых лепестков. В ДН ЭМАП, представляемого в виде ФР, помимо основного лепестка могут присутствовать также ДЛ, возникающие за счет СФ сложения сигналов от различных элементов в направлениях, отличных от направления основного лепестка. Из теории многоэлементных ФР известна формула для направления ва ДЛ [2]:

ви = агсэт (тЛ/ р), (8)

где т - целое положительное число.

В качестве примера на рис. 5 показано, как видоизменяются ДН /- и /-волн СФ ЭМАП при изменении рабочей частоты /от 3 до 5 МГц: до уровня ~0,5 возрастает уровень ДЛ для /-волны, до уровня ~0,25 - для /-волны. Отметим, что направления ДЛ (лепестки б, и О!) в ряде случаев не согласуются с рассчитанными в соответствии с формулой (8), что объясняется различием в ДН единичных элементов решетки от принятых в литературе, особенно при ненулевых зазорах и для поперечных волн.

-1

с, о,

-7 \лА МУ1 лл/ Г

а б

Рис. 5. ДН продольной и поперечной волн СФ ЭМАП (а = 10 мм, А = 0,1 мм, Ы= 8 элементов, е = 0,5 мм, g = 0,86 мм,р = 1,36 мм):/ = 3,0 МГц (а),/= 5,0 МГц (б)

Уровень и направление ДЛ определяются рабочей частотой/ЭМАП, зазором между индуктором и поверхностью ОК, шагом размещения элементов решетки р. На рис. 6 показаны обобщенные зависимости направления вс ДЛ (3, и б/ и соотношения их амплитуды и амплитуды основного лепестка (ЛДД* для продольных и поперечных волн от рабочей частоты ЭМАП. Сплошными кривыми обозначены углы появления ДЛ, построенные в соответствии с расчетной формулой (8). Для /-волны наблюдается однозначная закономерность уменьшения угла появления ДЛ и увеличения их амплитуды с увеличением частоты в диапазоне от 2 до 10 МГц. При этом рассогласование с теорией ФР возрастает для области больших углов и низких частот. Для /-волн закономерности форми-

11

рования ДЛ с увеличением частоты неоднозначны. Наибольшие отклонения углов появления ДЛ Ос от теории наблюдаются в областях максимальной неравномерности ДН единичного элемента. Минимальный уровень ДЛ находится в области низких частот (до 3 МГц) и больших углов. При этом средний уровень боковых лепестков в ДН не превышает 0,2 от амплитуды основного лепестка. Превышение уровня ДЛ над уровнем боковых лепестков означает вариант не оптимального проектирования ЭМАП.

50 40

30 20

а б

0&,о — модель до тш-т" теория иа/ии, "

Рис.6 Влияние частоты СФ ЭМАП на угол ва и уровень ис/1]м ДЛ в ДН для /-волн (а) и /-волн (б): а = 10 мм, /г = 0,1 мм, Ы= 8, е = 0,5 мм, g = 0,86 мм,р = 1,36 мм

иа/им 0.6

0.7

В работе исследованы обобщенные зависимости уровня ДЛ от конструктивных параметров решетки ЭМАП - зазора А между ЭМАП и ОК (рис.7а); ширины единичного элемента решетки е (рис.76); от числа элементов в решетке N при фиксированном % (рис.7в ) на различных частотах/в сравнении с амплитудой основного и бокового лепестков. Увеличение ширины единичного элемента, увеличение зазора, снижение рабочей частоты снижает уровень ДЛ. Амплитуда ДЛ неоднозначно зависит от параметра решетки № имеются области недопустимых значений Ы, при которых уровень ДЛ максимален. Отметим, что при прочих равных условиях выраженность ДЛ в поле поперечной волны СФ ЭМАП более существенна.

5 МГц 101) продольная

-> МГц \^4МГц

ии /и^. % чч

5 МГц 2.2 МГц

продольна*

МГц (01)

4 МГц

ии/иш,'л

5 МГц(( 2) 2.5 МГц 3 «Гц |

5 МГц ПрОЛОЛЫШЛ

\

иц /ит. % . 4 МГц' \

3 МГц\^ \

-2.2 МГц МГц 4 МГц -5МГЩ01) - 5 МГа(02)

"-2.5МГц -*-!МГп 4Мгц —-ЗМГп{С1>---5МГц(02|

-•"4МГц 5МГц

а б в

Рис.7. Зависимость уровня ДЛ в ДН /-волн СФ ЭМАП на различных частотах/ (г= 100 мм, а = 13 мм): а - от ширины е единичного элемента (а - 13 мм, И = 0 мм, N = 6); б - от зазора между ЭМАП и ОК к (е = 0,2 мм, А'' = 6); в - от параметра решетки N

(/г = 0 мм, g = I мм, N=6)

Описанные ДН и исследованные закономерности справедливы для дальней зоны ЭМАП. В ближней зоне акустическое поле существенно искажено, и изменяется с расстоянием. В работе исследованы особенности формирования ближней зоны ЭМАП, в частности показано, что в отличие от прямоугольного пьезопреобразователя, протяженность ближней зоны которого зависит от частоты и апертуры преобразователя, послед-

няя определяются также конструктивными параметрами решетки и может увеличиваться до 30% при уменьшении на порядок (с 2 мм до 0,2 мм) ширины единичного элемента ЭМАП, при этом интерференционные минимумы и максимумы в ближней зоне становятся выраженными более существенно. Отметим, размер ближней зоны фазированного преобразователя зависит также от конструктивных особенностей матрицы, в частности от величины зазора й? между ее отдельными элементами.

ПФ ЭМАП формируют характерную ДН с двумя основными лепестками, направленными симметрично относительно нормали к излучающей поверхности, направлением которых можно управлять изменением рабочей частоты / или периода решетки р (числа элементов /V), согласно формуле:

р&тв = Х!1 (9)

где Я - длина излучаемой волны на рабочей частоте ЭМАП.

Л "Л \м, М, г —Z

[

<\ а , дЛ

Щ т к\п

Рис. 8. ДН /-волн (а) и i-волн ПФ ЭМАП (N = 7; а = 13 мм):/ = 2,5 МГц; h = 0,2 мм; е = 1,0 мм; р = 2,0 мм (а);/= 5,0 МГц; h = 0 мм; е = 0,1 мм; р = 2,15 мм (б)

В качестве примера на рис.8а представлены результаты расчета акустического поля ПФ ЭМАП на частоте / = 2,5 МГц, при h = 0,2 мм, е = 1,0 мм, иллюстрирующие достаточно оптимально сформированные ДН /- и /-волн с двумя четко выраженными основными лепестками М, и Mt под углами 9= ±20° и 0М/ = ±38°, симметричными относительно оси ЭМАППриведенная на рис. 86 ДН ПФ ЭМАП на рабочей частоте/= 5,0 МГц, при h = 0 мм, е = 0,1 мм иллюстрирует вариант не оптимально спроектированного ПФ ЭМАП. Видно, что наряду с основными лепестками в акустическом поле появляются ДЛ G, и Gi существенной амплитуды под углами 0G, = ±27° и 0О/ = ±55°, не соответствующими условию (9).

\

ш = 1 \ ж N

• \ ш = 2 ч

ш= 0

8 f, МГц

f, МГц

m=0 m=l m=2 т=3 т=4 Рис.9 Влияние частоты ЭМАП на угол ва и уровень UG/UMJIJI в ДН для /-волн (а) и /волн (б): а = 10 мм, h = 0,1 мм, N= 8, е = 0,5 мм, g = 0,86 мм,р= 1,36 мм

На рис. 9 маркерами обозначены полученные в ходе моделирования зависимости углов основного 0М и дополнительных 0С лепестков в ДН /-волн и /-волн от рабочей частоты /при фиксированном периоде решетки и прочих равных условиях. В соответствии с представленными зависимостями формула (9) может быть представлена в расширенном виде:

р-атв = Яи(2т + \)/2, (Ю)

где т = 0 соответствует основному лепестку ДН 0М; т = 1, 2, 3 и т.д. - ДЛ 0С.

Выраженность ДЛ в ДН ПФ ЭМАП в существенной мере определяется зазором /г между индуктором ЭМАП и ОК и шириной отдельного элемента решетки е: уменьшение е и Л ведет к существенному увеличению уровня ДЛ (рис. 10а). Существенной особенностью ПФ ЭМАП является влияние его конструктивных параметров е и И на уровень боковых лепестков, при этом влияние является противоположным влиянию на уровень ДЛ (рис.106), поэтому минимизация амплитуд дифракционного и боковых лепестков требует компромисса в выборе зазора, апертуры, числа и параметров элементов индуктора.

Описываемые этой формулой (сплошные кривые на рис.9) направления основных и ДЛ тем ближе к модельным представлениям, чем больше апертура ЭМАП а и ширина единичного элемента решетки е и чем меньше зазор И. этом рассогласование с теорией возрастает для области больших углов и низких частот. Справедливость формулы (9) нарушается для основного лепестка в ДН /-волны 9М(, что объясняется нелинейностью и комплексным характером ДН отдельного элемента решетки при углах 0, больших третьего критического.

а б

Рис. 10 Поверхности, иллюстрирующие влияние параметров решетки е и И на уровень ДЛ и(/им (а) и бокового лепестка и^м (б) в ДН ПФ ЭМАП: /-волна,/= 4 МГц; И = 0 мм; е = 0,5 мм, N = 5, е = 0,5 мм, g = 0,86 мм, р = 1,36 мм

Разработанная модель формирования акустических полей ЭМАП в виде ФР позволяет учесть влияние неравномерности зазора по апертуре ЭМАП, например, обусловленного перекосом на неровной или цилиндрической поверхности ЭМАП. Исследования показывают, что неравномерность практически не нарушает симметричность ДН СФ ЭМАП, но приводит к существенному проявлению асимметрии по углу и амплитуде основного лепестка ДН и увеличению боковых и ДЛ для ПФ ЭМАП. Отметим, что общепринятым является утверждение об отсутствии влияния качества контакта на результаты контроля при использовании ЭМАП.

Основные закономерности формирования ДН ЭМАП от их конструктивных параметров и рабочей частоты сведены в таблицу 1. Считается, что изменение одного из параметров предполагает постоянство остальных.

Таблица 1 — Влияние конструктивных параметров и рабочей частоты ПФ и СФ ЭМАП на формирование ДН

Изменяемый параметр ЭМАП Увеличение рабочей частоты / Увеличение зазора И Увеличение ширины единичного элемента е Увеличение апертуры а Увеличение количества элементов N

Качественный результат влияния

Исследуемые характеристики ДН Увеличивается к. Увеличивается несущественно и Не изменяется Уменьшается несущественно Уменьшается ь.

Тип ЭМАП СФ ПФ СФ ПФ СФ ПФ СФ ПФ СФ ПФ

Направление основного лепестка вц Ь к ь ь к

Ширина основного лепестка А9 м ь. к ь ь 1.......... К Ь, ......... ..........

Уровень боковых лепестков иж, I-......., к и 1/ и ......... ..........> ....... .........

Направление ДЛ0с IX к ь 1......... > к к.

Уровень ДЛ и</им 1/ к ь. к. к. к

Исследованные в процессе моделирования закономерности формирования ДН подтверждены экспериментально для нескольких вариантов специально спроектированных СФ и ПФ ЭМАП поперечных волн с использованием специализированной информационно-измерительной системы возбуждения, приема, регистрации и обработки сигналов ЭМАП (рис.11).

Рис.11 Информационно-измерительная система возбуждения, приема, регистрации и обработки сигналов ЭМАП

Представленные на рис. 12 ДН ПФ ЭМАП, полученные с помощью моделирования в непрерывном и импульсном режимах и исследованные экспериментально, иллюстрируют удовлетворительное согласование с точки зрения направления основных лепестков и амплитуды боковых и дифракционных лепестков, что свидетельствует об адекватности предложенной модели. Отклонения в ширине основного лепестка и уровне боковых лепестков обусловлены импульсным режимом работы ЭМАП, смещением рабо-

15

чей частоты в сторону низких частот при больших углах, влиянием поля подмагничива-ния неравномерности распределения по ширине апертуры ЭМАП, принятого при моделировании величиной постоянной и равномерно распределенной.

U/V, и/и„

Г

1

»

4

О 10 20 30 40 50 60 70

а б

Рис.12 Теоретические и экспериментальные ДН поперечных волн: СФ ЭМАП (а = 13 мм, Л = 0,2 мм, е = 0,3 мм, 6,/= 2,0 МГц (а), ПФ ЭМАП (а = 13 мм, /г = 0,2 мм, е = 0,3 мм, 7,/= 2,2 МГц (б)

Результаты проведенных исследований по влиянию конструктивных особенностей ЭМАП на формирование их ДН использованы для проектирования накладных ЭМАП, обеспечивающих ввод поперечных волн с взаимно перпендикулярными направлениями горизонтальной поляризации с требуемой ДН. Указанный ЭМАП является первичным преобразователем ЭМА структуроскопа СЭМА (разработчик «НПИЦ «Качество»), предназначенного для измерений остаточных напряжений в ободьях цельнокатаных колес, натяга в бандажах локомотивных колес, и позволяющих реализовать метод многократных отражений (рис.13).

¡iüiütiiüii

Ж

! к

а б

Рис.13. Конструкции СФ ЭМАП поперечных волн горизонтальной поляризации: индуктор - лента с током, П-образная магнитная система,; б — индукторы типа «бабочка», электромагнитная система, взаимно-перпендикулярная поляризация

В четвертой главе исследованы особенности формирования акустических полей секторных фазированных УЗП для НК и медицинской диагностики с позиций возможности появления боковых и ДЛ, влияния на них рабочей частоты, размеров апертуры, количества элементов, угла сканирования.

Секторные фазированные УЗП, используемые в НК и медицинской диагностике, в отличие от одноэлементных УЗП обеспечивают возможность визуализации внутренней структуры ОК за счет углового сканирования и фокусировки. К недостаткам ФП следует отнести ухудшение качества изображения на краях сектора сканирования; снижение качества изображения за счет трудностей качественного выполнения ФР и точного управ-

ления задержками; низкая надёжность и долговечность фазированных датчиков в связи со сложностью их реализации. Большинство указанных недостатков связаны с формированием акустических полей ФП, в существенной мере влияющих на качество получаемого изображения ОК. Так наличие боковых и ДЛ в акустическом поле УЗП может приводить к возможности ошибочной интерпретации изображений. Специфическим для фазированных УЗ пьезопреобразователей является зависимость амплитуды ДЛ от угла ввода основного лепестка.

Число отдельных пьезоэлементов в ФР медицинских УЗП может достигать нескольких десятков и даже сотен, при этом технология их изготовления из тонких пьезо-пленок типа ПВДФ позволяет реализовать очень малый зазор между единичными элементами решетки. Приведенные далее результаты получены для случая нулевой дискретности элементов матрицы (^->0). При проектировании ФП считается [2], что максимальное отклонение луча втох относительно оси датчика при фазированном сканировании определяется формулой:

sin9„.

= 0,514 — ,

ef

(ID

где С - скорость распространения ультразвука в среде.

Исследования влияния основных параметров ФП на формирование акустических полей в медицинской диагностике проведены на примере мультичастотных фазированных УЗ датчиков General Electric - 3S-RS (N = 64;/= 1,7 - 4,0 МГц, апертура - 21x15 мм) и EUP-552, HITACHI Medical Systems (/"= 3,5-7,5 МГц). Возможность использования одной и той же ФР в различных частотных диапазонах существенно изменяет его акустическое поле. Протяженность ближней зоны N6 указанного УЗП находится в диапазоне 100-250 мм, соизмеримой с глубиной прозвучивания УЗ медицинских исследований, что успешно используется при реализации фокусировки, высокая эффективность которой проявляется только в ближней зоне УЗП.

На рис.14 представлены ДН единичных элементов, оказывающих определяющее влияние на возможность появления и уровни боковых S и дифракционных G лепестков в акустическом поле ФР, особенно явно проявляющихся при предельных углах сканирования (Йд/ =42°) и на высоких частотах (7,5 МГц).

I-волна, вода, / 3 МГц

М

l-Hojiiia, вода, ■j/ 7,5 МГц

М

гл

е(;=-59» ем=42» 9G~-37° ем=0° еа=37°

a б

Рис.14 ДН УЗ датчиков 3S-RS (вм = 42°,/= 3,0 МГц (а) и EUP-552 (вм = 0°,/= 7,5 МГц)

На рис.15 представлены расчетные зависимости угла появления ДЛ вс и его амплитуды ис в зависимости от угла сканирования 6М . Расчеты показывают, что при использовании низкой частоты ДЛ не возникают во всем диапазоне углов сканирования.

тогда как увеличение частоты ведет к существенному увеличению амплитуды ДЛ, особенно при больших углах сканирования. Исследование влияния положения фокуса на появление ДЛ показали, что максимальная помехозащищенность от ДЛ наблюдается на расстояниях, соответствующих фокусному г = лу. При фокусировке на малых расстояниях эффекты искажений акустического поля наличием ДЛ более существенны. Исследованные особенности формирования акустических полей ФР пьезопреобразователей не учитывают импульсного характера сигнала, а также эффектов демпфирования датчика, которые несколько снижают уровень ДЛ

В отличие от ФР для медицинской диагностики, ФР для НК содержат, как правило, 8, 16 или 32 элемента, что объясняется сложностью изготовления ФР с максимальной повторяемостью единичных элементов из пьезокерамических пластин и малой апертурой УЗП. Малое число элементов в ФР приводит к увеличению амплитуды ДЛ в ДН УЗП. В качестве информативных в НК используют ФР как на продольных, так и на поперечных волнах.

60 40 20 0

МГц

-змг 4МГ ц ц 4 МГц

10

20

30

40 в„,°

UG/UM, < 400

300 200 100 0

—1,7 МГц —3 МГц 4 МГц

- 4 МГц

1,7 МГц 3 МГц

20

30

40 е.,

Рис.15. Зависимость угла (а) и амплитуды (б) ДЛ ДН от угла наклона основного лепестка вм на различных частотах/

В качестве примера рассмотрим формирование акустического поля на примере трех УЗП общего назначения на ФР дефектоскопа OLYMPUS апертурой а = 9,6 мм: 2,25L8-A10P (N= 8,/= 2,25 МГц), 5L16-A10P (N= 16,/= 5 МГц), 5L16-A10P (N= 16,/ = 10 МГц), угол обзора для продольных волн - от -30° до +30°, для поперечных волн - от +30° до +70° за счет использования дополнительной призмы с номинальным углом 55°. На рис. 16 представлены ДН поперечной волны, излучаемой под углом 45°, для УЗП 2,25L8-A10P (ДЛ отсутствуют) и 5L16-A10P (присутствуют ДЛ большой амплитуды).

- 1-водна, стань, . /2,5 МГц А м

„ л

ем=45»

Рис.16 ДН поперечной волны для УЗП 2,25L8-A10P (а) и 5L16-A10P (9„ = 45°)

Характер зависимостей угла появления и амплитуды ДЛ в акустическом поле продольных волн подобен описанным выше для жидких сред (рис.17) ввиду близких ДН единичных элементов. Зависимости угла появления и уровня ДЛ в акустическом поле поперечной волны (рис.18).являются существенно неоднозначными равно как и ДН единичных элементов (рис.Зв).

а б

Рис.17. Зависимость уровня [/©/14, (а) и угла появления 0О (б) ДЛ в ДН продольной волны от угла ввода основного лепестка 0М для УЗП 10Ы6-А1ОР

Рис.19. Зависимость уровня ДЛ в ДН ФР OLYMPUS 2.25L16-A10P от ширины единичного элемента решетки е при различных направлениях прозвучивания вм (а), влияние импульсного режима возбуждения (б)

а

Рис.18. Зависимость уровня [/(Д/м (а) и угла появления 0О (б) ДЛ в ДН поперечной волны от угла ввода основного лепестка 0М на различных частотах

Представляют интерес зависимости уровня ДЛ от размера единичного элемента е (рис.19а), обусловленного конечной дискретностью элементов матрицы, которая всегда имеет место при производстве реальных ФР. Считается, что при проектировании многоэлементных УЗП следует минимизировать дискретность элементов решетки, приближая ее к сплошному элементу, для уменьшения уровня боковых лепестков.

Однако, как следует из рис. 19а, малый зазор между элементами ФР приводит увеличению уровня ДЛ особенно в области больших углов сканирования, что требует поиска компромиссных значений ширины единичных элементов. В случае продольных волн эта зависимость выражены в существенно меньшей степени.

Отметим, уменьшение уровня ДЛ в ДН УЗП возможно за счет увеличения числа элементов ФР, рабочей частоты (при этом ухудшается чувствительность), уменьшения диапазона углов сканирования. К существенному снижению уровня ДЛ приводит импульсный режим возбуждения (рис. 196).

На ухудшение качества УЗ изображения могут влиять неисправности отдельных элементов УЗП, при этом работоспособность датчика в целом не нарушается. Результаты моделирования показывают, что появление неисправностей УЗП особенно по центру ФР ведет к появлению высокоамплитудных боковых лепестков, наиболее искажается акустическое поле вне фокусного расстояния, для ФР с малым количеством элементов, при высоких частотах, на больших углах сканирования.

Заключение

1. Разработана физико-математическая модель формирования акустических полей многоэлементных УЗП, базирующаяся на теории сосредоточенных источников, обобщенная на случай ЭМА- и пьезопреобразователей н, учитывающая конструктивные параметры ФР (апертура, количество элементов и зазоры между ними, зазор между ЭМАП и ОК), параметры возбуждения (рабочая частота, амплитудное распределение силового воздействия, фокусировка, угол ввода, режим работы), упругие и электромагнитные свойства ОК, тип излучаемой волны.

2. Установлено влияние рабочей частоты, зазора между индуктором и ОК и его неравномерности, угла ввода, шага, апертуры, размеров и количества отдельных элементов ФР, зазора между индуктором и ОК и его неравномерности относительно поверхности на появление ДЛ в ДН многоэлементных СФ и ПФ ЭМАП продольных и поперечных волн. Показано, что справедливость упрощенной теории, описывающей направления основных и ДЛ лепестков в ДН ФР нарушается в области больших углов и низких частот, и для поперечной волны, что объясняется нелинейностью и комплексным характером ДН отдельного элемента решетки при углах, больших третьего критического.

3. Научно обоснованы подходы к оптимизации конструктивных параметров ЭМАП при их проектировании для достижения требуемой ДН, заключающейся в минимизации дифракционных и боковых лепестков и сужении основного лепестка.

Показано, что увеличение ширины единичного элемента, увеличение зазора, снижение рабочей частоты снижает уровень ДЛ в акустическом поле СФ и ПФ ЭМАП, имеются области недопустимых значений количества элементов /У, при которых уровень ДЛ максимален (до 120% от амплитуды основного лепестка). Средний уровень боковых лепестков для СФ ЭМАП составляет 20% и растет с увеличением ширины единичного элемента е и зазора Л для ПФ ЭМАП, что требует компромисса при выборе конструктивных параметров ФР для минимизации амплитуд дифракционного и боковых лепестков. Большинство указанных требований к минимизации ДЛ ведут с снижению эффективности ЭМА-преобразования, поэтому следует искать компромисс между достижением требуемой чувствительности и требуемой ДН.

4. Установлено влияние угла сканирования, фокусного расстояния, рабочей частоты, конструктивных особенностей, возможных неисправностей отдельных элементов ФР на появление дифракционных и боковых лепестков в ДН

многоэлементных секторных фазированных пьезопреобразователей УЗ диагностики. Показано, что при проектировании ФР пьезопреобразователей для УЗ диагностики с целью устранения возможности появления артефактов УЗ изображения следует учитывать следующее:

- использование высоких частот, малое количество приемопередающих каналов, малый зазор между элементами ФР ведут к появлению мощных ДЛ в акустическом поле ФП, особенно при больших углах сканирования (более ±25-30° градусов от оси сектора);

- импульсный режим возбуждения приводит к существенному снижению уровня ДЛ (~ в 5 раз при уменьшении добротности импульса до 6).

-появление неисправностей УЗП особенно по центру ФР ведет к появлению высокоамплитудных боковых лепестков, наиболее искажается акустическое поле вне фокусного расстояния, для ФР с малым количеством элементов, при высоких частотах, на больших углах сканирования.

5. Разработанное специализированное программное обеспечение моделирования и исследования акустических полей ФР преобразователей «PATAF Simulator» может эффективно использоваться при разработке методик УЗ контроля и диагностики для оптимизации конструктивных параметров многоэлементных УЗП при их проектировании для достижения требуемой ДН. Разработанные подходы к построению ЭМАП использованы при разработке УЗ структуроскопа СЭМА (акт о внедрении ООО «НПИЦ «Качество»). Результаты исследований внедрены в учебный процесс подготовки бакалавров и магистров по направлению 200100 «Приборостроение» (акт о внедрении ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова»),

6. Развитый в работе подход к моделированию акустических полей многоэлементных УЗП на базе решений для сосредоточенных источников может быть использован для исследования ДН ЭМАП, работающих не только на электродинамическом механизме, но и на эффекте магнитострикции (как линейной, так и объемной); для исследования волн, как основного, так и мешающих типов, в том числе продольных, поперечных горизонтальной и вертикальной поляризации, рэлеевских; возможностей их фокусировки с помощью многоэлементных пьезо- и ЭМАП, при условии выбора типа сосредоточенного источника и определении параметров силового воздействия.

Публикации автора по теме диссертации

Публикации автора в изданиях, рекомендованных ВАК России:

1. Муравьева О.В. Моделирование акустических полей ультразвуковых секторных фазированных преобразователей /О.В.Муравьева, А.В.Мышкин // Медицинская техника. - 2012. - №4. - с.29-34.

2. Муравьева О.В. Моделирование акустических полей синфазных электромагнитно-акустических преобразователей /О.В.Муравьева, А.В.Мышкин // Дефектоскопия. -2013.-№12.-с.69-76.

3. Муравьева О.В. Оценка влияния конструктивных особенностей синфазных электромагнитно-акустических преобразователей на формирование диаграмм направленности /О.В.Муравьева, А.В.Мышкин //Дефектоскопия. -2014.-№1.-с.47-54.

4. Муравьева О.В. Оценка влияния конструктивных особенностей противофазных электромагнитно-акустических преобразователей на формирование диаграмм направленности /О.В.Муравьева, А.В.Мышкин //Дефектоскопия, 2014, №9.

5. Программа моделирования акустических полей фазированных решеток преобразователей «PATAF Simulator». - Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014660657 / Муравьева O.B., Мышкин A.B., Муравьев B.B., Лень-ков С.В., Мышкин Ю.В., per. 13.10.2014.

Публикации автора в других изданиях:

6. Мышкин A.B. Влияние конструктивных параметров фазированных преобразователей на формирование акустических полей / А.В.Мышкин // Сборник докладов международного форума "Сварка и диагностика". 26 ноября 2014 г., ИФМ УрО РАН ¡ - Екатеринбург, 2014 — (в печати).

7. Муравьева О.В. Моделирование и исследование акустических полей противофазных электромагнитно-акустических преобразователей /О.В.Муравьева, А.В.Мышкин // Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства: Сборник трудов IX всероссийской научно-технической конференции с межд. участием (Ижевск, 2013 г.) - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2012.-С.144-148.

8. Муравьева О.В. , Мышкин A.B. Влияние конструктивных особенностей преобразователей ультразвуковых медицинских сканеров на формирование диаграмм направленности // Приборостроение в XXI веке - 2011. Интеграция науки, образования и производство: Сборник материалов VII Всероссийской научно-технической конференции с межд. участием (Ижевск, 2011 г.). - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2012. - С. 203-206.

9. Муравьева О.В. Моделирование акустических полей электромагнитно-акустических преобразователей /О.В.Муравьева, А.В.Мышкин // Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства: Сборник трудов VIII Всероссийской научно-технической конференции с межд. участием, посвященной 60-летию ИжГТУ имени М.Т. Калашникова (Ижевск, 2012 г.). - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2012. -С. 98-103.

10. Муравьева О.В. Влияние конструктивных особенностей электромагнитно-акустических преобразователей на формирование диаграмм направленности /О.В.Муравьева, А.В.Мышкин // Молодые ученые - ускорению научно-технического прогресса в XXI веке: электронное научное издание: сборник трудов II Всероссийской научно-технической конференции аспирантов, магистрантов и молодых ученых с международным участием (Ижевск, 2013 г.). - Ижевск, 2013. - С.141-145. - 1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

11. Муравьева О.В. Влияние неисправностей фазированного преобразователя ультразвуковой медицинской диагностики на его акустическое поле /О.В.Муравьева, А.В.Мышкин // Измерения, контроль и диагностика - 2012: Сборник материалов II Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 60-летию ИжГТУ имени М.Т. Калашникова (Ижевск, 2012 г.). -Ижевск: Изд-во «A4», 2012. - С. 203-207.

12. Муравьева О.В. Формирование поля вихревых токов электромагнитно-акустическими преобразователями /О.В.Муравьева, А.В.Мышкин// Измерения, контроль и диагностика - 2014: электронное научное издание: Сборник материалов III Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Ижевск, 2014 г.) - Ижевск, 2013. - С. 141-145. - 1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

13. Muravyeva, О. V. Simulation of acoustic fields of ultrasonic phased-array sector transducers/ O.V. Muravyeva, A. V. Myshkin // Biomedical Engineering. - 2012. - Vol. 46. - No.3. -P. 158-163.

14. Murav'eva, O.V. Simulation of acoustic fields of synphase electromagnetic-acoustic transducers / O.V.Murav'eva, A. V. Myshkin // Russian Journal of Nondestructive testing. -

2013. - Vol. 49. - No. 12. - P.728-734.

15. Murav'eva, O.V. An Evaluation Of The Influence Of The Design Features Of Synphased Electromagnetic-Acoustic Transducers On The Formation Of Directivity Characteristics / O.V. Murav'eva, A.V. Myshkin // Russian Journal of Nondestructive testing. -

2014. - Vol. 50. - No.l. - P. 38-44.

16. Murav'eva, O.V. The Influence of the Design Features of Antiphased Electromagnetic-Acoustic Transducers on the Formation of Directivity Characteristics / O.V. Murav'eva, V.V. Murav'ev, A.V.Myshkin // Russian Journal of Nondestructive testing. - 2014. - Vol. 50. -No.9. - P. 531-538.

Список цитируемой литературы

1. Буденков Г.А., Недзвецкая О.В. Динамические задачи теории упругости в приложении к проблемам акустического контроля и диагностики. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. -135 с.

2. Moles М. Introduction to Phased Array Ultrasonic Technology Applications: R/D Tech Guideline. - USA: Olympus NDT, 2007.