Введение к работе
Актуальность темы
Вихретоковый (электромагнитный) метод неразрушающего контроля стальных изделий и материалов широко применяется в различных отраслях промышленности – в металлургии, машиностроении, энергетике, в различных видах транспорта (в том числе, трубопроводном и др.).
Это связано с преимуществами вихретокового метода контроля, такими как высокая скорость контроля, его бесконтактность, высокая чувствительность к дефектам сплошности и др.
Технические средства вихретоковой дефектоскопии стальных изделий и материалов обладают высокой производительностью и надежностью, созданы на современной элементной базе и во многом являются микропроцессорными устройствами. Благодаря этому в вихретоковой дефектоскопах стало возможным применение цифровых методов обработки и интерпретации информации, получаемой с вихретокового преобразователя, что существенно расширило их функциональные возможности и что раньше невозможно было реализовать в аналоговых приборах.
К примеру, применительно к вихретоковой дефектоскопам типа ВД-12НФМ, ВД-89НП и др. разработаны методы цифровой фильтрации измеренного сигнала, созданы математические способы разрешения и восстановления сигнала от группы стресс-коррозионных дефектов металла, соответствующие методики количественной оценки глубины и протяженности дефектов сплошности.
Однако для практической реализации алгоритмы разработанных математических методов обработки и интерпретации измеренной информации требуют значительных вычислительных ресурсов, что негативно сказывается на стоимости оборудования и производительности вихретокового контроля изделий и материалов.
При неразрушающем вихретоковом контроле реальных стальных изделий со значительной шероховатостью поверхности, или при измерениях с повышенным зазором, в измеренном сигнале вихретокового преобразователя присутствует случайный шум, спектр которого в ряде случаев весьма мало отличается от спектра полезного сигнала. В связи с тем, что цифровые методы спектрального анализа измеренного сигнала не дают удовлетворительных результатов, для решения указанной проблемы перспективным является применение вейвлет-анализа сигнала вихретоковом дефектоскопа, позволяющее локализовать его как во времени, так и по частоте, что недоступно при обычном спектральном анализе сигнала вихретокового преобразователя. Осуществляя вейвлет-анализ на различных уровнях декомпозиции измеренного сигнала вихретокового преобразователя, можно обеспечить эффективное удаление из него случайного шума, выявление и определение месторасположения дефекта сплошности металла, то есть осуществить реальное повышение разрешающей способности вихретокового контроля стальных изделий и материалов.
Цель диссертационной работы - повышение разрешающей способности технических средств вихретоковой дефектоскопии стальных изделий и материалов на основе вейвлет-анализа измеренного сигнала.
Основные задачи работы:
1. Получение аналитических выражений для зависимостей коэффициентов вейвлетного преобразования поля дефектов сплошности в стальном изделии от геометрических параметров дефекта и условий измерения.
2. Получение аналитических выражений для коэффициентов вейвлетного преобразования поля группы дефектов сплошности в стальном изделии, разработка методики их разрешения на основе вейвлет-анализа.
3. Создание методики выявления и удаления случайного шума из поля дефекта сплошности на основе коэффициентов вейвлетного преобразования.
4. Разработка и реализация алгоритмов выявления и удаления случайного шума из измеренного сигнала вихретокового преобразователя, разрешения группы дефектов сплошности в стальном изделии и количественной оценки геометрических параметров дефекта в вихретоковых дефектоскопах промышленного типа.
Научная новизна
1. Предложена упрощенная вейвлетная функция, полученная на основе токовой модели дефекта сплошности, оптимально аппроксимирующая форму сигнала накладного вихретокового преобразователя над дефектом сплошности. На ее основе получены общие аналитические выражения, устанавливающие зависимость коэффициентов вейвлетного преобразования от геометрических параметров дефекта сплошности в стальном изделии.
2. Получены аналитические выражения для коэффициентов вейвлетного преобразования поля группы дефектов сплошности в стальном изделии. Установлено, что количество экстремумов в зависимости коэффициентов вейвлетного преобразования от параметра сдвига соответствует количеству дефектов в группе, а значение параметра сдвига – месторасположению дефекта.
3. Предложена методика разрешения и восстановления поля группы дефектов сплошности в стальном изделии на основе вейвлет-анализа измеренного сигнала.
4. Получено аналитическое выражение для поля дефекта сплошности с широкополосным случайным шумом, на основе которого разработана методика эффективного удаления его из измеренного сигнала вихретокового преобразователя.
Защищаемые положения
1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований коэффициентов вейвлетного преобразования поля дефекта сплошности в стальном изделии.
2. Способы выявления и удаления из измеренного сигнала широкополосного случайного шума на основе вейвлет-анализа.
3. Метод разрешения группы дефектов сплошности на основе анализа зависимости коэффициентов вейвлетного преобразования и последующего восстановления исходного распределения поля отдельного дефекта в стальном изделии.
Практическая значимость и реализация результатов работы
Предложенные методы удаления случайного шума, разрешение группы дефектов сплошности в стальном изделии на основе вейвлет-анализа измеренного сигнала ВТП позволяют существенно повысить достоверность вихретоковой дефектоскопии стальных изделий.
Применение упрощенной вейвлетной функции алгебраического типа и возможность осуществления многоуровневого вейвлет-анализа измеренного сигнала потребуют для практической реализации умеренных вычислительных ресурсов в технических средствах контроля стальных изделий, работающих в режиме реального времени.
По результатам научных исследований разработано программное обеспечение для усовершенствованных средств вихретоковой дефектоскопии, созданное в ЗАО НИИИН МНПО «Спектр».
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на 4-й, 5-й и 7-й Международных выставках и конференциях «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (г. Москва, 2005, 2006, 2008), 14 - й Международной конференции и выставке «Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики» (г. Ялта, 16-20 октября 2006 г.), обсуждались на научно-технических семинарах в НИИИН МНПО «Спектр» и МГУПИ.
Публикации
Основное содержание диссертации опубликовано в 13 печатных работах.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка использованной литературы, включающего 150 наименований.
Она содержит 110 страниц машинописного текста, 3 таблицы и 60 рисунков.
