Физические основы работы фазированных решеток
- Автор темы Olympus
- Дата начала
ну да, это хорошо для нашей темы. получается, что если напряжение меньше той величины, которая в состоянии "выжать" электрон, то это напряжение (по нашему отражение от несплошности) никак не будет нами отмечено и никакое сколь угодно длительное накопление уже ничем нам не поможет. получается, что величина отраженного сигнала имеет принципиальное значение или как?
При температуре абсолютного нуля, которую невозможно достичь, так и было бы. К счастью, температурные флюктуации вещества, в частности, пьезоэлектрика проявляются в появлении на его поверхности и в уходе от неё миллионов электронов. Поэтому малое механическое воздействие на пьезоэлемент проявится тем, что к этим миллионам статистически добавится как бы дробная часть электрона, т.е. их чаще будет немного больше, чем при отсутствии «отражения от несплошности». И накопить удастся. А как Вы думаете, сколько микровольт на ПЭП даёт плоскодонка в полквадратного миллиметра в стали 20 с расстояния в 1 метр?
так ведь не проявится: настолько малая, что и на электрон сил не хватает. Ведь мы же уже прошли, что если сил не хватает на один электрон, то уже все никак. А тепловые электроны, конечно, шурую себе туда-сюда, но у них в сумме по нулям, а того заветного электрона, который бы давал результат в копилочку увы нет.
Правда, вы считаете, что эта малая часть механической силы (энергии) сложится с дурной тепловой энергией и тем самым будет присутствовать в дальнейшем счете. Ну не знаю я деталей, может быть эти энергии не смешиваются?
Ну зависит от коэффициента двойного преобразования, если просто на вскидку, так по опыту работы с обычными для меня ПЭП, то ни один из моих ПЭП такой отражатель не увидит, конечно, без накопления т.е. сигнал от этой плоскодонки будет меньше шума, шум обычно около 50 мкВ (неплохой вариант).
Я не занимаюсь разработкой преобразователей и мне сложно оценить значения сигналов в мкв. Но с точки зрения обработки эхосигналов могу привести пример восстановления изображения плоскодонного отверстия площадью 0.8 кв. мм на глубине 30 и 40 мм (см. приложенный файл).
Вложения
Интересуют границы устойчивости математической модели, применяемой для реконструкции изображения из А-сканов. Т.е. условия при которых эта модель будет функционировать корректно или хотя бы в пределах заданной нами погрешности измерений.
Например, ранее Вы уже упомянули линейность акустического поля, шум близкий к "белому", и что еще?
Ограниченна ли область фокусировки ближнем полем, или Вы можете проводить виртуальную фокусировку в любой точке дальнего поля? Будет ли при этом падать ее эффективность? Будет ли расти погрешность измерений?
Далее, как будет влиять на мат. модель анизитропия свойства материала ОК, когда например скорость звука по разным направления (углам ввода) разная. Такое часто бывает на трубах ввиду влияния прокатки на структру матерала.
Есть ли ограничения по углам ввода? Или один ФР ПЭП позволять Вам собирать данные от минус 90 до плюс 90 градусов? При этом будет ли одинаковое качество собранных данных для всех углов ввода?
Ранее коллеги из АКС многократно заявляли, что в отличии от ФР у метода SAFT нет вообще никаких ограничений. Сейчас Вы говорите, что учтойчивость (т.е. границы применимости) одинаковая. Но у метода ФР есть ограничения и они подробно описаны в технической литературе. В том числе и в литературе Olympus.
P.S. Буду рад, если порекомендуете солидный труд по обработке когерентных сигналов при ультразуковом контроле. Вдвойне рад если там рассмотренны вопросы границ применимости таких методов.
Владимир! Вы писали
Я повторно прошу Вас сделать конкретное дело и предоставить участникам форума результат контроля "обычным ПЭП с датчиком пути". Как Вы утверждаете результат будет такой же, какой был получен мной по ЦФА-технологии (см. сообщение 429)!? Образец «кораблик», на котором были проведены измерения, я готов Вам предоставить. Если Ваше заявление было сделано в полемическом запале, то сообщите об этом.
В данной ситуации речь идёт не о экономической целесообразности, а о демонстрации уровня Вашего профессионализма, но не как менеджера отвечающего за продажи, а как специалиста по ультразвуковому контролю.
Владимир! Я рекомендую Вам прочитать статьи «Повышение достоверности ультразвукового контроля. Часть 1. Определение типа несплошности при проведении ультразвукового контроля антенными решётками» и «Повышение достоверности ультразвукового контроля. Часть 2. Повышение отношения сигнал / шум» в сборнике (прошу прощения у участников форума за невольную рекламу) по адресу https://cloud.mail.ru/public/F5c7/6v3WrC9Yh. Надеюсь, Вы найдёте в них ответы на Ваши вопросы.
Я повторно прошу Вас сделать конкретное дело и предоставить участникам форума результат контроля "обычным ПЭП с датчиком пути". Как Вы утверждаете результат будет такой же, какой был получен мной по ЦФА-технологии (см. сообщение 429)!? Образец «кораблик», на котором были проведены измерения, я готов Вам предоставить. Если Ваше заявление было сделано в полемическом запале, то сообщите об этом.
В данной ситуации речь идёт не о экономической целесообразности, а о демонстрации уровня Вашего профессионализма, но не как менеджера отвечающего за продажи, а как специалиста по ультразвуковому контролю.
Владимир! Я рекомендую Вам прочитать статьи «Повышение достоверности ультразвукового контроля. Часть 1. Определение типа несплошности при проведении ультразвукового контроля антенными решётками» и «Повышение достоверности ультразвукового контроля. Часть 2. Повышение отношения сигнал / шум» в сборнике (прошу прощения у участников форума за невольную рекламу) по адресу https://cloud.mail.ru/public/F5c7/6v3WrC9Yh. Надеюсь, Вы найдёте в них ответы на Ваши вопросы.
Попробую в меру своего понимания кратко ответить на Ваши вопросы.
1. О границах. Практически всегда одинаковы с техникой ФР. Условие как и у ФР – постоянство скорости звука в среде. Но из-за того, что при ЦФА есть возможность доступа к любому отдельному А-скану и даже к любому малому его отрезку, содержащему (или не содержащему) полезный эхосигнал, у этого метода есть дополнительные большие возможности по восстановлению изображения высокого качества с высокими обнаружительными и измерительными характеристиками.
2. Об области фокусировки. Фокусировка при ЦФА выполняется для всех точек ОК, как вблизи решётки, так и вдали от неё. Но малые размеры фокальной зоны, естественно, получаются в ближней и т.н. переходной зоне, т.е. на дальностях не более 2х – 3х апертур решётки. При дальности порядка апертуры и меньше фокусировка наилучшая. По мере удаления от решётки фокальная зона становится всё больше и больше. Если сравнить ФР-дефектоскоп с ЦФА-дефектоскопом с одинаковыми решётками при контроле малого отражателя на расстоянии от решётки, например, 200 мм (ФР-дефектоскоп должен быть сфокусирован на дальность 200 мм), то изображения отражателя будут мало или совсем не отличаться. Погрешность измерений с дальностью у ЦФА-прибора будет расти также, как и у ФР-дефектоскопа, который должен будет последовательно фокусироваться на каждую дальность.
3. Об анизотропии. Влияние такое же. Но если известны скорости по разным направлениям, то эти данные можно ввести в алгоритм восстановления и улучшить изображение.
4. Об углах. Всё зависит от диаграмм направленности элементов решёток. Судя по известным параметрам ФР-дефектоскопов и виденным мною изображениям, диаграммы направленности элементов решёток ФР-приборов более узкие, чем у решёток, например, прибора А1550. По причине, изложенной в п.1, есть возможность дополнительно расширить диаграмму. Поэтому диапазон углов, в котором у А1550 получается изображение хорошего качества, примерно равен 35 – 80 градусов.
5. Я не встречал и не слышал заявлений от коллег АКСа, что у метода SAFT нет ограничений. Приведите, пожалуйста, ссылку на одно из них.
Спасибо за подробный ответ, но меня интересуют именно ограничения математических моделей, которые используются, чтобы обрабатывать собранные данные, а не физика сбора данных, которая с точки зрения суперпозиции волн мало отличается.
Правильно ли я понимаю, что вопрос устойчивости математических моделей в методах с синтетической апертурой пока серьезно никем из исследователей не рассматривался?
Далее, на всех совместных совещаниях и научно-технических советах я задаю этот вопрос всем разработчикам обработки сигналов методами SAFT. Конкретно тов. Самокрутову я задал этот вопрос весной этого года на совещании в Газпроме. Где и получил в очередной раз ответ что его мат. модель обработки сигналов никаких ограничений не имеет.
Евгений,
Честно говоря, мы сами хотели попросить у Вас Ваш "кораблик" для чистоты эксперимента. Я выхожу их отпуска 6 августа. На неделе с 10 августа готовы провести тесты на Вашем образце. Кроме того, очень хотелось бы получить от Вас какой-либо отчет об использовании пакета программного доступа к файлам данных OmniScan, который Эхо+ при содействии Декры приобрело у нас по демо цене. Была ли проведена какая-либо работа? Есть положительные результаты по коррозионный сканерам?
Уважаемый Klim,
Обратите внимание, что вопрос был задан не Вам.
Хотя возможно, Вы сами назначили себя на должность секретаря промышленного отдела Олимпас Москва? Или просто очень хочется показать свою осведомленность?
МГТУ им. Баумана. Если это конечно имеет какое-то значение в рамках обсуждаемых нами вопросов.
Не уверен, что корректно назвать эти 1024 эхограммы А-сканами. Все таки мы записываем эхограммы ненаправленных пучков сферических волн от единичного элемента.
Вот эта ненаправленость на практике играет большую роль, особено там, где есть сложная геометрия сварного шва. Например, во всем мире КСС подводных магистральных трубороводов контролируют с помощью зонального разбиения СС. Т.е. на каждую зону СС настраивают свой УЗ пучок (луч). Калибруют этот луч по скорости и задержке в призме (с учетом анизотропии скорости по разным углам прозвучивания). Рассматривают его ход, чтобы он мог вернуться в ПЭП, а потом все это прогоняют на калибровочном образце и того же самого материала, где для каждой зоны сделан свой отражатель. И смотрят, чтобы для каждого отражателя ОСШ было не ниже нормы.
Не знаю как поведут себя системы основанные только на методах SAFT. Знаю, что пока ни одна такая система не прошла международную квалификацию по DNV.
Чтобы было понятно о чем идет речь выкладываю для озакомления пример чертежа калибровочного блока для зонального контроля.
Вложения
Мне интересна именно устойчивость мат. моделей применяемых для реконструкции изображения из эхограмм. В методах реконструкции изображений нет реальных физических пучков с заданным углом ввода и другими характеристиками присущими обычному УЗ пучку, соотвественно нет и классического отражения такого пучка от несплошности. Т.е. нет классического акустического тракта. Вся картинка потом восстанавливается за счет математики. И меня как пользователя и дефектоскописта интересует что это за метематика? Одинаковая ли она для всех методов SAFT или есть различия? Учитывает ли эта математика переотражения от границ объекта контроля и транформацию волн? И т.д. Были ли проведены исследования этого вопроса? Если да то кем и когда?
Как я понял, Вы согласились предоставить нам свой "кораблик" во временное пользование? Как только выйду на работу готов прислать курьера.
Евгений, большое спасибо за очень интересный отчет!
В своем отчете Вы указываете на ряд ограничений, например:
1. Блики плоскодонок 1 и 2 не восстановлены, так как апертура сканирования антенной ре-шёткой не позволяла регистрировать от них эхосигналы.
2. Шум из-за грубого шага ПРАР.
Т.е. при работе с реконструкцией изображения, мы все же сталкиваемся с различными ограничениями? Можно узнать о них более подробно?
Это все в продолжение вопроса об устойчивости мат. аппарта, чтобы на практике не "напропускать" дефектов.
Благодярю Вас за Ваши статьи, хотя я все же ожидал увидеть ссылку на серьезную монографию по когерентным методам обработки сигналов. Все таки доказывать свою правоту, приводя в пример свои же статьи несколько странно.
Тем не менее, у меня есть один вопрос.
В Вашей статье регулярно фигурирует термин "ложный блик". Можете пояснить более подробно что это такое? Какова его природа и как обычному дефектоскописту с этими бликами бороться, ну или хотя бы уметь их отличать от "реальных" бликов?
А что в вашем понимании означает новый для УЗ контроля термин "сферические волны"? И какими особенными свойствами они обладают?
Я очень рад, что Вы принимаете моё предложение провести измерения обычным ПЭП с датчиком пути. Если Вы проведёте измерения и по ФАР-технологии, то будет очень интересно сравнить изображения. Это интересно всем участникам дискуссии. Кораблик Вам обязательно передадим. Я буду в отпуске с 1 по 23 августа, но Вы можете получить «кораблик» и через Тихонова Д.С..
Любой алгоритм визуализации основан на физической модели излучения, распространения и рассеивания ультразвука. Если модель не учитывает возникновения волн обегания, или эффекты перерассеивнаия между отражателями, то на восстановленных изображениях сформируются ложные блики, на месте которых нет реальных отражателей. О проблеме ЦФА-технологии я послал в «Дефектоскопию» статью «Два подхода к решению задач ультразвуковой дефектометрии: анализ высококачественного изображения отражателей и корреляционный анализ измеренных эхосигналов». Она должна выйти в конце 2015 года. Если участникам форума это интересно, то я готов её выложить в своём сообщении.
Блики плоскодонок не восстановлены по той причине, что я и не пытался их восстановить - меня интересовали только плоскодонки 3 и 4, и, в первую очередь, с какой фронтальной разрешающей способностью в дополнительной плоскости они восстанавливаются. Кстати, в отчёте опечатка плоскодонка 3 расположена на глубине 20 мм. С шумом из-за большого шага между элементами антенной решётки, как раз и позволяет бороться ЦФА-технология за счёт сложения парциальных изображений для разных положений антенной решётки.
В своих ответах 410 и 414, в ссылках на статьи, я дал примеры применения ЦФА-технологии для разных случаев (большие глубины, аустенитные анизотропные материалы), которые демонстрирует устойчивость ЦФА-технологии достаточную для её практического применения. Участник форума sanvic в сообщении 468 также приводит свои соображения об устойчивости ЦФА-алгоритма. Были и более ранние сообщения. Да, их нельзя рассматривать как строгие обоснования устойчивости. Математика ЦФА-технологии описана в статьях, которые я прилагал к своим ответам. Могу дать ссылку, уж извините, на свою диссертацию http://www.bmstu.ru/mstu/works/science/degree-candidates/dissertants/?q=dissertation&id=22. Можно пойти другим путём. Вы указываете формулу из статьи или диссертации, указываете на её ошибочность или её ограничения в сравнении с ФАР-технологией, а я даю конкретный ответ.
То, что всё большее количество фирм начинает осваивать ЦФА-технологии является косвенным подтверждением её устойчивости. Уверен, что разработчики приборов фирмы Olimpus планируют разработать, и, скорее всего, уже разрабатывают аппаратуру, использующую принцип ЦФА. Вопрос чисто экономический – на разработку прибора Omniscan израсходованы немалые деньги и их нужно сначала «отбить», а потом выходить на рынок с новым прибором. Думаю, что вопрос об устойчивости ЦФА-технологии опадёт сам собой.
По этому поводу сделайте, пожалуйста, официальный запрос.
При генерации волны единичным элементом мы по сути работаем с точечным источником излечения. Подробнее про сферические и цилиндрические волны може почитать у Ермолова в издании от 2003г.