Возвращаясь к вопросу о том, возникает ли интерференция волн при работе с фазированной антенной решёткой или нет. Ну, прежде всего, уже, вероятно, можно назвать правильный ответ - да, возникает. В лекции Наталии Владимировны Мелешко (к.т.н., Национальный исследовательский университет "МЭИ", Москва) об этом говорится прямо:
Но тут интереснее то, что, пока я искал ответ на этот вопрос, набрёл на ещё один любопытный нюанс. Обратившись к труду В.А. Воронкова и Ю.В. Ланге "Контроль неразрушающий акустический. Термины и определения. Справочник", о котором уже как-то рассказывал в этом микро-блоге, уточняем для себя определение "интерференции":
По моей любительской логике это должно означать, что амплитуда сигналов от отражателей, полученная при помощи ФАР, вследствие интерференции должна отличаться (причём, вероятнее, в большую сторону) от амплитуды от тех же отражателей, но полученной при помощи одноэлементных ПЭП. То есть должно быть либо ослабление, либо усиление - ведь так? Причём, раз уж считается, что ФР во всём круче обычных ПЭП, то, значит, и амплитуда эхо-сигналов от отражателей должна быть выше, типа выше чувствительность и вот вот всё, так? Как оказалось, и да, и нет.
С одной стороны, амплитуды, полученные при помощи ФАР и одноэлементных ПЭП, действительно зачастую отличаются. Здесь можно было бы сослаться на статью всё той же Наталии Владимировны, которая доступна на форуме, но в ней речь идёт о сравнении с технологией цифровой фокусировкой апертуры. К слову, обратите внимание: говоря об А1550 IntroVisor, авторы не употребляют термин "фазированная антенная решётка" - вместо него здесь просто "антенные решётки". Ну то есть путаницы никакой быть не должно. Так вот один из выводов гласит: нормы оценки и браковки дефектов, принятые ранее для ультразвуковых дефектоскопов с одноэлементными преобразователями, неприменимы для дефектоскопов с цифровой фокусировкой апертуры. FMC/TFM - это не ФР, но всё же.
По счастью, в моей подшивке журнала "В мире НК" оказалась ещё одна статья (№3, 2021), написанная также в соавторстве с Наталией Владимировной. Там уже был и УСД-60ФР, и OmniScan SX с классическими ФАР, и в отношении решёток вывод тот же: для них не годятся нормы оценки и браковки, принятые для дефектоскопов с одноэлементными ПЭП. Цитата, дословно: "Для распространённой практики браковки при использовании решёток - анализ эхо-сигналов под углом, указанным в нормативных документах, то только в 50% случаев результаты УЗК с использованием дефектоскопов с решётками и ПЭП совпадают". А дальше, казалось бы, шокирующий факт: "Для дефектоскопа УСД-60ФР в остальных случаях эхо-сигнал от ПЭП больше, чем при использовании решётки".
Это уже не помещалось в моей голове, поэтому пришлось обратиться к автору для уточнения этой информации. И, как всегда, оказалось, что я удивляюсь напрасно. Далее - ответ Наталии Владимировны (за помощь с получением разъяснению благодарю Николая Николаевича Коновалова):
"У всех используемых дефектоскопов с решетками в той или иной степени задействована фокусировка. В OmniScan SX явно указывали, что фокусируемся на 1,5 толщину, т.е. на 15 мм. В A1550 IntroVisor фокусировка виртуальная вследствие применяемых алгоритмов. В УСД-60ФР также применяется математическая обработка для повышения качества визуализации. В эксперименте контролировали сварные соединения с искусственными отражателями, которые достаточного большого размера (важно!). Фокусная зона при фокусировке оказалось меньше самого отражателя. Наступало «насыщение», т.е. амплитуда уже не зависела от размера отражателя. В случае работы с решеткой если фокальная зона больше размера отражателя, то размер образа отражателя не будет существенно отличаться, но амплитуда должна возрастать с увеличением размера отражателя. Результат же, полученный при измерении амплитуд эхо-сигналов дефектоскопом с преобразователем, объясним: при работе в дальней зоне с уменьшением размеров отражателя и увеличением расстояния между преобразователя и отражатели амплитуда уменьшается. Например, при работе с А1550 ИнтроВизор амплитуда эхо-сигналов от отражателей размерами большими, чем полтора размера фокальной зоны, слабо зависит от размеров самих отражателей. Также не нужно забывать, что оценивать размер отражателя по амплитуде возможно, только если он находится на расстоянии, превышающей размеры апертуры решетки. Результаты от пары дальних элементов в решетке могут не быть получены, т.к. каждый элемент имеет свою диаграмму направленности. Поэтому чем ближе к поверхности ввода (рассматриваем расстояние, меньшее, чем размер апертуры решетки), тем амплитуда будет меньше".
Прочитав это, мне следовало бы ударить себя рукой по лбу, ведь о чём-то подобном уже доводилось читать не единожды:
В общем. Интерференция в ФАР есть, но работать она может по-разному, и это совсем не обязательно увеличение амплитуды сигналов. "Простые" (не фазированные) антенные решётки - это немного другое. Для грамотной работы с ФР нужно больше понимать в физике, в частности, в особенностях акустического поля решётки, в зависимости амплитуды сигналов от расстояния до отражателя, от апертуры, величины ближней зоны и пр.
Но тут интереснее то, что, пока я искал ответ на этот вопрос, набрёл на ещё один любопытный нюанс. Обратившись к труду В.А. Воронкова и Ю.В. Ланге "Контроль неразрушающий акустический. Термины и определения. Справочник", о котором уже как-то рассказывал в этом микро-блоге, уточняем для себя определение "интерференции":
По моей любительской логике это должно означать, что амплитуда сигналов от отражателей, полученная при помощи ФАР, вследствие интерференции должна отличаться (причём, вероятнее, в большую сторону) от амплитуды от тех же отражателей, но полученной при помощи одноэлементных ПЭП. То есть должно быть либо ослабление, либо усиление - ведь так? Причём, раз уж считается, что ФР во всём круче обычных ПЭП, то, значит, и амплитуда эхо-сигналов от отражателей должна быть выше, типа выше чувствительность и вот вот всё, так? Как оказалось, и да, и нет.
С одной стороны, амплитуды, полученные при помощи ФАР и одноэлементных ПЭП, действительно зачастую отличаются. Здесь можно было бы сослаться на статью всё той же Наталии Владимировны, которая доступна на форуме, но в ней речь идёт о сравнении с технологией цифровой фокусировкой апертуры. К слову, обратите внимание: говоря об А1550 IntroVisor, авторы не употребляют термин "фазированная антенная решётка" - вместо него здесь просто "антенные решётки". Ну то есть путаницы никакой быть не должно. Так вот один из выводов гласит: нормы оценки и браковки дефектов, принятые ранее для ультразвуковых дефектоскопов с одноэлементными преобразователями, неприменимы для дефектоскопов с цифровой фокусировкой апертуры. FMC/TFM - это не ФР, но всё же.
По счастью, в моей подшивке журнала "В мире НК" оказалась ещё одна статья (№3, 2021), написанная также в соавторстве с Наталией Владимировной. Там уже был и УСД-60ФР, и OmniScan SX с классическими ФАР, и в отношении решёток вывод тот же: для них не годятся нормы оценки и браковки, принятые для дефектоскопов с одноэлементными ПЭП. Цитата, дословно: "Для распространённой практики браковки при использовании решёток - анализ эхо-сигналов под углом, указанным в нормативных документах, то только в 50% случаев результаты УЗК с использованием дефектоскопов с решётками и ПЭП совпадают". А дальше, казалось бы, шокирующий факт: "Для дефектоскопа УСД-60ФР в остальных случаях эхо-сигнал от ПЭП больше, чем при использовании решётки".
Это уже не помещалось в моей голове, поэтому пришлось обратиться к автору для уточнения этой информации. И, как всегда, оказалось, что я удивляюсь напрасно. Далее - ответ Наталии Владимировны (за помощь с получением разъяснению благодарю Николая Николаевича Коновалова):
"У всех используемых дефектоскопов с решетками в той или иной степени задействована фокусировка. В OmniScan SX явно указывали, что фокусируемся на 1,5 толщину, т.е. на 15 мм. В A1550 IntroVisor фокусировка виртуальная вследствие применяемых алгоритмов. В УСД-60ФР также применяется математическая обработка для повышения качества визуализации. В эксперименте контролировали сварные соединения с искусственными отражателями, которые достаточного большого размера (важно!). Фокусная зона при фокусировке оказалось меньше самого отражателя. Наступало «насыщение», т.е. амплитуда уже не зависела от размера отражателя. В случае работы с решеткой если фокальная зона больше размера отражателя, то размер образа отражателя не будет существенно отличаться, но амплитуда должна возрастать с увеличением размера отражателя. Результат же, полученный при измерении амплитуд эхо-сигналов дефектоскопом с преобразователем, объясним: при работе в дальней зоне с уменьшением размеров отражателя и увеличением расстояния между преобразователя и отражатели амплитуда уменьшается. Например, при работе с А1550 ИнтроВизор амплитуда эхо-сигналов от отражателей размерами большими, чем полтора размера фокальной зоны, слабо зависит от размеров самих отражателей. Также не нужно забывать, что оценивать размер отражателя по амплитуде возможно, только если он находится на расстоянии, превышающей размеры апертуры решетки. Результаты от пары дальних элементов в решетке могут не быть получены, т.к. каждый элемент имеет свою диаграмму направленности. Поэтому чем ближе к поверхности ввода (рассматриваем расстояние, меньшее, чем размер апертуры решетки), тем амплитуда будет меньше".
Прочитав это, мне следовало бы ударить себя рукой по лбу, ведь о чём-то подобном уже доводилось читать не единожды:
В общем. Интерференция в ФАР есть, но работать она может по-разному, и это совсем не обязательно увеличение амплитуды сигналов. "Простые" (не фазированные) антенные решётки - это немного другое. Для грамотной работы с ФР нужно больше понимать в физике, в частности, в особенностях акустического поля решётки, в зависимости амплитуды сигналов от расстояния до отражателя, от апертуры, величины ближней зоны и пр.