Акустической голографии

Второй путь диагностирования заключается в применении методов, которые позволяют судить о состоянии машины по параметрам какого-либо динамического процесса, связанного с функционированием механизмов и отражающим состояние машины. Такой процесс можно разложить на составляющие и получить необходимую информацию о работоспособности отдельных механизмов. При этом в принципе возможно использовать, всего один преобразователь или, во всяком случае, ограниченное число диагностических сигналов. Примером такого подхода могут служить рассмотренные выше методы (см. рис. 175), а также методы акустической диагностики механических систем.

В последние годы при проектировании машин большое значение приобрела проблема вибраций и шумов. Она имеет два аспекта. С одной стороны, уровни вибраций и шумов следует уменьшать, с другой стороны, их можно использовать для получения информации о внутреннем состоянии машины, т. е. для ее акустической диагностики. Круг вопросов, связанных с проблемой вибраций и шумов машин, составляет содержание акустической динамики машин.

В книге ставятся основные задачи акустической динамики машин и излагаются общие методы решения некоторых из них. Рассматриваются теоретические вопросы акустической диагностики машин, распространения акустической энергии по машинным конструкциям, уменьшения акустической активности машин.

§ 3. Метод акустической диагностики с использованием коррелятора на ортогональных фильтрах........ 27

В книге рассматриваются вопросы акустической диагностики машин, распространение колебательной энергии по машинным конструкциям и методы снижения уровней их шумов и вибраций.

Акустическая диагностика, т. е. определение внутреннего состояния машины по ее акустическим характеристикам,— раздел акустической динамики, интенсивно развивающийся в настоящее время. В монографии приводится обзор задач акустической диагностики машин и полученных результатов, детально рассматривается практически важная задача разделения источников, обсуждаются вопросы анализа акустических сигналов машин.

Раздел 1 данной книги посвящен задачам первых двух групп, причем акустическая диагностика машин рассматривается достаточно подробно, а возникновение звука в машинах затрагивается лишь в связи с обсуждением примеров акустической диагностики. Перечислим основные источники звука в машинах и укажем литературу, где читатель может ознакомиться с этим специфическим вопросом.

С точки зрения акустической диагностики важным является то обстоятельство, что акустические сигналы некоторых источников можно с достаточной степенью точности описать детерминированными периодическими функциями, сигналы других источников носят случайный характер. Из перечисленных выше источников сигналы, близкие к детерминированным, вызывают дисбалансы, многие виды механических ударов, сирены, вихри Кармана. Случайные вибрации и шумы вызывают хаотические удары, трение, ошибки изготовления деталей, турбулентность, кавитация.

Акустическая диагностика машин, как самостоятельный раздел акустической динамики, в настоящее время только формируется. Со времени выхода в свет монографии [249], где были сформулированы некоторые задачи акустической диагностики и намечены пути их решения, ее границы значительно расширились и продолжают быстро расширяться. Однако в публикуемых в периодической печати многочисленных работах отсутствует единый взгляд на основные задачи акустической диагностики, в связи с чем в данной книге значительное место отводится обзору и систематизации.

Наиболее трудный этап в постановке акустического диагно-'за — поиск информативных признаков. Акустический сигнал машины представляет собой смесь сигналов от множества элементарных источников, зачастую сильно между собой связанных. Найти признак сигнала, позволяющий из смеси выделить часть, которая обусловлена данным источником, не всегда просто, даже если имеется хорошая модель. Поэтому развитие методов обработки и анализа акустических сигналов является самостоятельной проблемой акустической диагностики, тесно примыкающей

§ 1. Задачи акустической диагностики

73. Что дает применение метода акустической голографии?

Перспективная система ультразвукового контроля будущего возможно будет основана на сочетании методов когерентной обработки сигналов, например акустической голографии, с лазерным способом излучения и приема импульсов. Этот способ обеспечит возбуждение и прием волн в локальной области, что соответствует требованию акустической голографии о широкой

Развитие технической диагностики связано с широким применением автоматизированных систем обработки информации в рентгенографии, рентгенотелевидении, тепловидении, звуковидении, оптической и акустической голографии, вычислительной томографии и в других современных методах диагностирования.

В целях дальнейшего совершенствования статистического способа обнаружения сигналов от дефектов на фоне структурных помех можно применять синхронное детектирование и когерентное накопление сигналов. При использовании этих методов учитывают фазы приходящих на приемник высокочастотных колебаний, в то время как при рассмотренном выше амплитудном детектировании и некогерентном накоплении учитывают только амплитудные составляющие структурных помех и сигнала от дефекта. При некогерентном накоплении отношение сигнал—помеха увеличивается в yN, где N — число суммируемых некоррелированных по шумам эхо-сигналов. При когерентном накоплении это отношение увеличивается в N раз, т. е. оно в ]/"/? раз больше, чем при некогерентном. Фактически обработка сигналов методом акустической голографии является когерентной обработкой сигналов; при этом отношение сигнал — помеха повышается .

Важное отличие акустической голографии от оптической состоит в том, что большая часть приемников акустических волн, например пьезоэлементы, регистрируют амплитуду колебаний, т. е. обладают свойством линейности. В оптике приемники, как правило, регистрируют интенсивность света, т. е. являются квадратичными приемниками. Отмеченные свойства позволили реализовать в акустической голографии иную, чем в оптике, схему получения и восстановления голограмм [79, 88].

Поскольку обработку сигналов осуществляют совместно, фронтальную разрешающую способность такой системы определяют по той же формуле, что и для фокусирующего преобразователя: / = 2р я^ X/sin 0 » 2Х. Если нет конструктивных препятствий к увеличению зоны 2L, то разрешающая способность акустической голографии не зависит от глубины залегания дефекта. В этом случае она равна максимально возможной фронтальной разрешающей способности для ультразвукового метода контроля.

7. Бадзлян В. Г. Применение акустической голографии в дефектоскопии// Дефектоскопия. 1987. А1» 7. С. 39—50.

позволяет получать изображения исследуемых объектов с частотой один раз в минуту при времени экспонирования голограммы около 0,1 с (см. гл. VI). Рядом зарубежных фирм разработаны также установки, действующие на основе методов ультразвуковой голографии. В этом случае голограмма исследуемого объекта регистрируется с помощью когерентных ультразвуковых волн. После необходимых масштабных преобразований такую голограмму освещают излучением лазера и в результате получают восстановленное объемное оптическое изображение объекта. Подробное изложение основ и приложений методов акустической голографии приведено в [97, 104].

3.2.7.6. Применение систем акустической голографии...... 3 73

При использовании когерентных методов контроля, в частности акустической голографии (см. разд. 2.2.5.6 и 3.2.7.6), во всей дальней зоне преобразователя достигается фокусировка с максимально возможным апертурным углом. Эффект действует как для прямых, так и для наклонных преобразователей. При использовании многочастотной акустической голографии сохраняется малая длительность импульсов. Таким образом, акустическая голография позволяет добиться наиболее высокой разрешающей способности для УЗ-контроля практически для всей толщины ОК.

Приводятся результаты сопоставления измерения высоты шести трещин в кольцевом сварном шве ДВМ, методом синтезированной апертуры (вариант акустической голографии) и по данным металлографии. По ДВМ оценена высота трещин в 5 ... 10 мм. Действительная высота трещин достигала 33 мм. Измерения методом фокусированной синтезированной апертуры (SAFT) отличались от данных металлографии не более чем на 5 мм, причем в сторону завышения высоты. Метод акустической голографии имеет значительно более высокую разрешающую