Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по разное
Работа выполнена в Институте прикладной физики Российской академии
На правах рукописи
наук
, г. Нижний Новгород
Официальные оппоненты:
доктор технических наук Гордеев Борис Александрович КАЗАКОВ Вячеслав Вячеславович доктор физико-математических наук Зайцев Владимир Юрьевич УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ доктор технических наук, профессор ФАЗОВЫЕ И МОДУЛЯЦИОННЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ Никулин Сергей Михайлович ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ
Ведущая организация: Акустический институт им.акад. Н.Н. Андреева, г. Москва 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий
Защита состоится " 16 " апреля 2009 г. в 15 - 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.165.01 при Нижегородском государственном техническом университете им.Р.Е.Алексеева по адресу: 603950 Н.Новгород, ГСП-41, ул. Минина, А в т о р е ф е р а т
С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке диссертации на соискание ученой степени Нижегородского государственного технического университета доктора технических наук им. Р.Е. Алексеева
Автореферат разослан "____"_____________ 2009 г.
Ученый секретарь Нижний Новгород 20диссертационного совета Назаров А.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
раниченные возможности по чувствительности измерения, низкую произво
Актуальность темы. Ультразвуковые локационные средства измерения дительность измерений, склонность к самовозбуждению, узкую область пришироко используются для исследования акустических свойств различных менения), и потребность в их значительном усовершенствовании осталась.
материалов и диагностики их структуры [Л1-Л3]. Уникальные возможности, Актуальность проблемы раннего обнаружения трещин также общеприкоторые дает ультразвуковая диагностика, в первую очередь связаны с отсут- знанна, именно поэтому разработкой ультразвуковых методов диагностики ствием разрушающего воздействия на исследуемый объект, что позволяет занимается значительное число организаций: Акустические контрольные сисконтактно или бесконтактно, локально или интегрально исследовать как мак- темы", НПК "Луч" (Москва), "Panametric", "Krautkramer" (General Electric ро- и микроперемещения объекта и изменения его геометрии, так и особенно- Company), Sonatest (Англия) и других. Однако разрабатываемые ультразвукости структуры материала. Постоянно возрастающие требования к увеличению вые дефектоскопы основаны на линейных методах локации и к настоящему точности и чувствительности привели к созданию методов акустических из- времени в значительной степени исчерпали свои информационные возможмерений на основе фазовых и модуляционных способов [Л4-Л10]. От среды ности. В тоже время такие принципиальные требования потребителя, контролокации (воздух, твердое тело) зависят особенности их применения и решае- лирующего состояние или эксплуатирующего объект, как определение типа мые задачи, хотя локационные принципы и используемые технические реше- дефекта (трещина или полость), обнаружение закрытых (статически поджания с применением вибраций объекта сохраняются. тых) трещин и трещин на ранней стадии их развития, они не способны удовЛокация в воздухе более ориентирована на решение задач вибрационной летворить. Такие возможности для ультразвуковой диагностики дает испольдиагностики, бесконтактного исследования вибраций или формы объектов зование нелинейных акустических эффектов [Л6-Л8], среди которых наибо[Л2, Л3]. Ультразвуковая локация твердого тела направлена на определение лее перспективным для практического использования является модуляционего акустических свойств или исследование его структуры, в частности, об- ный способ измерения, основанный на модуляции ультразвуковых волн, раснаружение дефектов различных типов: трещин, полостей [Л1, Л6-Л10]. пространяющихся в объекте, его низкочастотными вибрациями [Л6-Л10]. Его Важность решения задач бесконтактного измерения вибраций и геомет- физической основой является разномодульная, квадратичная или герцевская рии объектов общепризнанна, поэтому попытки их решения осуществлялись нелинейность, проявляемая трещиной уже при относительных деформациях непрерывно, что привело к созданию большого разнообразия ультразвуковых порядка 10-8. По уровню модуляции судят о наличии трещин в объекте и стеизмерительных средств: дальномеры и координатные устройства, интерферо- пени его трещиноватости.
метры, фазовые измерители виброперемещений и другие. Методика обнаружения трещин этим способом была предложена давно Ультразвуковые фазовые измерители виброперемещений занимают среди [Л10], однако до настоящего времени продвижение его в практику испытываних особое место, поскольку являются наиболее универсальными для исполь- ет большие затруднения, связанные с нерешенностью целого ряда задач как зования и отличаются высокой чувствительностью и широким диапазоном технического, так и информационного характера. Они связаны как с разраамплитуд (от сотых долей микрона до десятков сантиметров) и частот (от боткой методов измерений, обладающих повышенной чувствительностью и нуля до единиц килогерц) измеряемых перемещений, что позволяет их при- достоверностью измерений, так и с выяснением особенностей применения менять для решения самых разнообразных задач вибрационной диагностики. модуляционного способа и определением его достоинств по сравнению со Однако, их использование на практике имеет свои особенности, приводящие способом линейной локации.
к необходимости решения целого ряда задач технического и методологиче- Прогресс в развитии науки, создание новых материалов и технологий ского характера. В частности, проведение измерений сопровождается воздей- привели к появлению новых задач в области неразрушающего контроля матествием ряда факторов (пропадание сигнала принимаемой волны, низкочас- риалов и конструкций и необходимости существенного развития средств изтотные перемещения поверхности на расстояния, сравнимые с длиной ульт- мерения, основанных на фазовых и модуляционных способах измерения, и развуковой волны), нарушающих работу измерителей и снижающих точность разработки на их основе новых высокочувствительных методов ультразвукоизмерений. вой диагностики. Ориентация разрабатываемых средств на широкое примеРешением задачи одновременного повышения точности и производи- нение и расширение круга исследуемых объектов требует также улучшения тельности измерений, то есть приведения измерителя в штатный режим рабо- их потребительских качеств: существенного повышения производительности ты при воздействии дестабилизирующих факторов за минимально возможное измерений, упрощения методов измерений, разработки экспресс-методов дивремя, занимались как в России [Л11, Л12], так и за рубежом [Л13-Л15]. Не- агностики и исследования пространственных характеристик объектов путем смотря на некоторые успехи, созданные измерители остались на уровне еди- их сканирования с помощью ультразвукового датчика.
ничных демонстрационных макетов, имеющих существенные недостатки (ог- Таким образом, возникла проблема, связанная с обеспечением потребно 3 стей науки, техники и промышленности новыми ультразвуковыми измери- разработать алгоритм программного варианта реализации дефектоскотельными средствами: бесконтактными фазовыми измерителями вибропере- па, отличающийся высокой чувствительностью, и позволяющий учитывать мещений и модуляционными дефектоскопами на основе нелинейных акусти- изменение фазы модуляции;
ческих эффектов, а также разнообразных методов их применения, позволяю- экспериментально на модельных и реальных объектах исследовать пощих оптимизировать решение конкретной научной или технической задачи. тенциальные возможности модуляционного способа обнаружения трещин в Цель работы заключалась в разработке современных методов построе- сравнении со способом линейной ультразвуковой локации;
ния высокочувствительных и высокопроизводительных ультразвуковых разработать и исследовать методы локальной модуляции акустических средств измерения: фазовых измерителей виброперемещений и модуляцион- характеристик дефектов на основе использования низкочастотных электроных дефектоскопов, удовлетворяющих потребностям современных задач не- магнитных импульсов или специально сформированной последовательности разрушающего контроля материалов и конструкций, и имеющих существен- мощных акустических фазоманипулированных импульсов.
ное значение для развития техники научного эксперимента, промышленности Объектом исследования диссертации является ультразвуковая инфори медицины. мационно-измерительная система для исследования физических и акустичеДостижение поставленной цели потребовало решения следующих задач: ских свойств материалов и конструкций.
а) для создания измерителей виброперемещений: Предметы исследования: методы и алгоритмы работы ультразвуковых разработать методологию построения ультразвуковых фазовых изме- локационных средств измерения для исследования геометрии и структуры рителей, позволяющих измерять вибрации в широком диапазоне амплитуд и материалов, использующие фазовые и вибрационные методы измерения пачастот колебаний с высокими пространственным разрешением и производи- раметров распространяющихся акустических волн; нелинейные эффекты, тельностью измерений; возникающие при измерениях в воздухе и твердом теле; способы и результа разработать устойчивые алгоритмы установления сдвига фаз, позво- ты использования ультразвуковых измерителей виброперемещений и нелиляющие одновременно получить максимальную производительность (полную нейных дефектоскопов для задач неразрушающего контроля материалов и помехоустойчивую автоматизацию процесса установления рабочей точки с конструкций.
Направление исследований заключалось в поиске и разработки новых погрешностью установки фазы порядка 0,050,5 за время 10-3 10-1с в завитехнических решений для проведения ультразвуковых измерений применисимости от частоты, на которой производится измерение сдвига фаз, не имея тельно к решению задач ультразвуковой и вибрационной диагностики в техпри этом ограничений на величину низкочастотных перемещений объекта) и нике и медицине, расширение круга объектов доступных для исследования, чувствительность порядка 1 10 нм, при измерении перемещений много получение новых знаний об их физических характеристиках.
меньших или больших длины ультразвуковой волны в условиях воздейстМетоды исследований заключались в использовании: компьютерного вия различных дестабилизирующих факторов: изменения расстояния между моделирования процессов происходящих при акустических измерениях, медатчиком и отражающей поверхностью больше и пропаданий сигнала притодов статистической обработки данных, вибрационных испытаний, синнимаемой волны;
хронных фазовых измерений, спектрального анализа, когерентной обработки разработать ультразвуковые преобразователи на диапазон частот 200 сигналов, масштабного и натурного моделирований, сравнения и аналогий.
300 кГц с погрешностью установления частоты менее 0,05%, отличающихся Теоретическую основа диссертации базируется на трудах отечественных и простотой изготовления;
зарубежных авторов в области акустических и радиотехнических измерений.
разработать методы рационального использования ультразвуковых изДостоверность и обоснованность полученных в работе результатов и мерителей для решения задач технической и медицинской диагностики: извыводов обеспечены и подтверждены: экспериментальной проверкой созданмерения вибрационных полей, измерения поверхностного натяжения жидконых средств измерения на виброизмерительных комплексах и модельными и стей, исследования модуля Юнга мозга человека in vivo, исследования сеннатурными экспериментами на различных объектах исследования; сравненисорных сфер человека (слуха, зрения);
ем с результатами, полученными при использовании альтернативных средств б) для создания модуляционных дефектоскопов:
измерения (акселерометров, индуктивных, оптических датчиков); сопостав разработать аппаратурный метод определения модуляции принятой лением результатов теоретических исследований с экспериментальными данультразвуковой волны, использующий стробирование сигнала на заданной ными и их совпадением с современными научными представлениями и дандальности локации, с чувствительностью -70 -90 дБ при ручном, автоматиными, полученными при обзоре отечественных и зарубежных информационческом или череспериодном (стробоскопическом) режимах перестройки ных источников.
стробирующего импульса;
5 Научная новизна работы состоит в обосновании методологического под- времени позволяет получать информацию об особенностях их работы и хода к разработке, исследованию и применению средств вибрационной управления. В частности показано, что зависимости ошибки восприятия звука диагностики и ультразвуковой дефектоскопии. На основе предложенного под- соответствуют закону Вебера-Фехнера, а ошибки восприятия углов минихода:
мальны для значений кратных 45.
1. Разработаны алгоритмы управления разностью фаз для измерителей 8. Разработаны новые средства ультразвуковой дефектоскопии - ультравиброперемещений, обеспечивающие эффективное управление их работой, и звуковые модуляционные дефектоскопы, работа которых основана на нелипозволяющие одновременно обеспечить максимально возможную производинейном акустическом эффекте (модуляции ультразвука вибрацией), позвотельность и точность измерений.
яющие одновременно обнаруживать тип дефекта (трещина или полость) и 2. Разработаны методы бесконтактного измерения вибрационных полей, его местоположение. Показано, что дополнительным признаком, позволяюпозволяющие получать информацию о пространственном распределении кощим отличить трещину от полости является фаза модуляции ультразвуковой лебаний поверхности. На примере исследования вибрационных полей одноволны, отраженной от соответствующего дефекта.
родной цилиндрической оболочки показано расщепление спектра собствен9. Проведено сравнение потенциальных возможностей модуляционных ных частот колебаний при локальном нагружении ее поверхности грузом.
дефектоскопов с обычными линейными ультразвуковыми дефектоскопами.
Установлена связь между положением груза и пучностями колебаний для На примере обнаружения трещин и полостей в модельных и реальных объекэтих частот, в частности, для частоты, соответствующей ненагруженной оботах показано, что модуляционные дефектоскопы позволяют: обнаруживать лочке, местоположение груза соответствует пучности колебаний.
закрытые трещины, количественно сравнивать объекты по степени трещино3. На основе ультразвуковой локации вращающихся с частотой F0 объекватости, исследовать границы приоткрытой трещины и мест защемления, истов, имеющих N симметричных элементов, разработан экспресс-метод колиследовать пространственное распределение дефектов различных типов: тречественной оценки его асимметрии, основанный на анализе соотношения щин или трещин и полостей.
гармоник частот F0 N и F0, что важно при решении задач снижения шумности 10. Разработаны способы локальной модуляции дефектов с помощью поработающих объектов и, в частности, - определения источников дополниследовательности электромагнитных или фазоинвертированных акустических тельного шума.
импульсов, существенно расширяющих круг объектов, доступных для иссле4. Разработан способ измерения поверхностного натяжения жидкости с дования.
пленкой поверхностно-активного вещества, перспективный для задач медиНовизна технических решений, используемых для разработки измерицинской и технической диагностики.
тельных средств, подтверждена патентами и авторскими свидетельствами на 5. Развит способ исследования многокомпонентной жидкости путем опизобретения [1-8, Л16, Л17].
ределения динамики импеданса ее сохнущей капли на поверхности кварцевоПрактическая значимость работы.
го резонатора. Для белково-солевых растворов показано, что частичная заме1. Создана методология построения высокопроизводительных и высокона альбумина на эквивалентное по массе количество иммуноглобулина сничувствительных устройств вибрационной диагностики и ультразвуковой дежает коэффициент поверхностного натяжения, в то время как добавление фектоскопии, основанная на использовании синхронных фазовых методов фибронектина его повышает, что приводит к характерным изменениям импеизмерений с управляемыми фазосдвигающими устройствами, вибраций объданса и важно для понимания механизмов, определяющих особенности динаекта и спектральном анализе сигнала принятой ультразвуковой волны.
мических процессов структуризации высыхающих капель биологических 2. Созданы различные варианты одно-, двух- и четырехканальных ультражидкостей при их медицинской диагностике.
звуковых фазовых измерителей, позволяющих измерять перемещения в ши6. Разработан способ измерения деформационно-нагрузочных характерироком диапазоне амплитуд (от единиц нанометров до единиц сантиметров) и стик мозга человека и определения его модуля Юнга, пригодный для интраочастот (от нуля до десятков килогерц) вибраций при характерном поперечном перационного применения. Получены данные об изменении модуля Юнга размере облучаемого участка поверхности 5 25 мм. Указанные измерители мозга человека при внутричерепных гематомах, доброкачественных и злокапревосходят существующие аналоги: по чувствительности (не менее чем в чественных опухолях. Показано, что его значение зависит от многих фактораз); по производительности (в 10 100 раз, в зависимости от числа необхоров (глубины вдавливания, количества вдавливаний и других) и существенно димых регулировок, выигрывая при этом в точности установки требуемого зависит от происходящих в мозге саморегулирующих процессов.
сдвига фаз от 50 до 400 раз в зависимости от используемого коэффициента 7. Разработан инструментальный метод количественного исследования деления частоты); по помехоустойчивости (после воздействия дестабилизисенсорных сфер человека (слуха, зрения), отличающийся тем, что в реальном рующих факторов измеритель всегда автоматически переходит в штатный 7 режим измерения, исключив при этом возможность самовозбуждения связан- сохнущей капли, позволяет количественно и интегрально оценивать их свойную с возникновением переходных процессов, длительность которых также ства на соответствие норме за время порядка 20-30 минут, что выгодно отлиминимизирована); по простоте эксплуатации (все необходимые регулировки чает его от аналогов.
сдвигов фаз выполняются автоматически). 7. Способ измерения деформационно-нагрузочных характеристики био3. Разработаны ультразвуковые датчики, использующие для излучения и логической ткани позволяет оперативно, непосредственно во время проведеприема ультразвуковой волны пьезопреобразователи из пьезокерамики, ко- ния операции, получать информацию о механических свойствах мозга челолеблющиеся на радиальных модах колебаний. Показано, что изменение раз- века в его различных (нормальном и патологическом) состояниях. Результамеров преобразователей приводит к изменению их резонансной частоты, что ты, полученные для черепно-мозговых травм и опухолей, важны для разрапозволяет установить ее равной частоте излучаемой волны, кварцованной ботки объективных методов диагностики мозга и прогнозирования изменения задающим генератором, и этим решить проблему стабилизации частоты из- его реологических свойств в послеоперационный период.
учения. Исследована зависимость амплитуды сигнала принятой волны от 8. Инструментальный способ количественного исследования сенсорных точности угла установки преобразователей в датчике. Показано, что с увели- сфер человека (слух и зрение), позволяет в реальном времени объективно чением частоты излучения точность в установке углов возрастает и для диа- оценивать характеристики ощущений. Предложено два метода его реализапазона частот 0,25 1 МГц и характерных размеров преобразователей 6 15 ции: для исследования слуха - путем управления частоты излучаемого звука мм не должна превышать единиц градусов. в частотном диапазоне, перекрывающем возможности их воспроизведения го4. Разработаны высокоэффективные методы бесконтактного измерения лосом, и для зрения - путем исследования ошибки в восприятии угла наклона вибрационных полей различных объектов при их сканировании ультразвуко- линии, предъявленной на экране монитора. Они предназначены для объективвым датчиком, перемещаемым с помощью координатного устройства или ной оценки текущего состояния сенсорных сфер человека и оценки эффективрукой оператора. С их помощью с погрешностью менее единиц процентов за ности методов лечения, основанных на приеме лекарственных препаратов.
время порядка десятков секунд определяется местоположение узлов и пучно- 9. Разработаны и реализованы в макетах приборов новые средства ультрастей колебаний, что позволяет определять места закрепления конструктивных звуковой дефектоскопии - модуляционные дефектоскопы, работа которых элементов при решении задач масштабного моделирования и снижения шум- основана на эффектах нелинейной акустики. Разработано два варианта изгоности излучения в самолетостроении и судостроении. Нарушение симметрии товления дефектоскопов - аппаратурный и программный, для двух способов распределения вибраций на поверхности объектов, в частности, излучателей модуляции: большими площадями, с использованием возбуждения объекта на звука, позволяет определить местоположение дефектного участка и может определенной моде колебаний с помощью вибростенда или удара, и локальбыть использовано для коррекции их конструктивных особенностей с целью ном - с помощью электромагнитных импульсов (для ферромагнитных матеполучения требуемого распределения виброперемещений и характеристики риалов) или специально сформированной последовательности фазоинвертинаправленности излучения. рованных акустических импульсов. Модуляция с помощью электромагнит5. Созданы методы определения асимметрии тел вращения, имеющих ных импульсов целесообразна для обнаружения трещин в тонкостенных объсложную форму (винты, шестерни), которые позволяют бесконтактно опре- ектах (пластины, трубы, швеллера). Модуляция акустическими импульсами делять и количественно оценивать изменение геометрии непосредственно при перспективна для диагностики как тонкостенных, так и толстостенных объеких выходном контроле или в условиях эксплуатации. Для кругов, валов и ци- тов, а также для решения задач нелинейной ультразвуковой томографии.
индрических заготовок определяются места нарушения геометрии, отдельно Приборы не имеют аналогов и позволяют: определять тип дефекта (трещина, оценивается их некруглость и биение, что важно для определения изменения полость) и его местоположение, обнаруживать трещины на ранних стадиях их геометрии, происходящей в процессе эксплуатации, например, текущего развития, обнаруживать закрытые трещины, строить двумерные распределеопределения степени износа абразивных кругов для заточки инструмента или ния в объекте всех дефектов и отдельно - трещин. В отличии от линейных кругов для огранки драгоценных камней. ультразвуковых дефектоскопов они позволяют получить новую, недоступную 6. Разработанные способы измерения поверхностного натяжения позво- им информацию о наличии и пространственных характеристиках трещин, ляют проводить диагностику жидкостей с пленками поверхностно-активных особенностях изменения контакта двух поверхностей.
веществ и белково-солевых растворов, что расширяет возможности ком- 10. Изготовлен макет дефектоскопа, использующий непрерывный режим плексного исследования свойств биологических жидкостей при решении за- излучения ультразвуковой волны, и предназначенный для разбраковки однодач медицинской диагностики. В частности, развиваемый способ диагностики типных изделий: лопаток турбин, узлов автомобиля и других деталей.
свойств жидкостей (плазма или сыворотка крови) по изменению импеданса 9 Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы док- граммой ОФН РАН "Когерентные акустические поля и сигналы" (2005 ладывались и обсуждались на семинарах ИПФ РАН, семинарах Московского 2007), Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научнодома научно-технической пропаганды (Москва, 1986, 1987, 1989); научном технической сфере (2004 2005), использовались во время визита автора в семинаре Edison Joining Technology Center of The Ohio State University (США, Edison Joining Technology Center of The Ohio State University (США, 1999 2000); семинаре "Акустика неоднородных сред" (АКИН, 2006), а также на 2000). Результаты работы отмечены бронзовой медалью ВДНХ (Москва, Российских и международных конференциях и симпозиумах: Республикан- 1986) и Дипломом за II-е место в номинации "Лучшее изобретение в области ской научно-технической конференции "Применение акустических методов и приборостроения" на I-ом Нижегородском конкурсе объектов интеллектуальустройств в науке, технике и производстве" (Тбилиси, 1982); Всесоюзного ной собственности "Патент года" (2007). Измерители виброперемещений песовещания "Новые методы и приборы для применения в биологии и медици- реданы в ряд научно-исследовательский институтов: ЦАГИ им.Н.Е. Жуковне" (Великий Устюг, 1989); Х, XI Всесоюзных Акустических конференциях ского (г.Жуковский) для исследования вибраций модельных объектов: дета(Москва, 1983, 1991); 2-ой Всесоюзной конференции по механике неоднород- лей самолетов; Нижегородский институт травматологии и ортопедии - для ных структур (Львов, 1987); 2-ой Всесоюзной научно-технической конферен- решения задач биомеханики, исследования заболеваний опорноции "Виброметрия-89" (Минск, 1989); 2-ой, 3-ей Всероссийских научно- двигательного аппарата человека, исследования упругих характеристик мозга технических конференциях "Методы и средства измерений физических вели- при черепно-мозговых травмах; Нижегородский филиал Института машиночин" (Н.Новгород, 1997, 1998); 3-ей научной конференции по радиофизике ведения - для выходного контроля резонансной частоты и декремента затуха(Н.Новгород, 1999); 2-ой Международной научно-технической конференции ния широкого ассортимента лопаток турбин; Нижегородскую архитектурно"Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики" (Москва, строительную академию - для исследования излучения цилиндрических обо2001); Международной научно-практической конференции "Современные лочек. Модуляционный дефектоскоп передан в НИИИС им. Ю.Е.Седакова информационные технологии в диагностических исследованиях" (Днепро- (Н.Новгород), для разработки новых методов диагностики трубопроводов для петровск, 2002); XII конференции по космической биологии и авиакосмиче- газовой промышленности. В ИПФ РАН четырехканальный измеритель вибской медицине (Москва, 2002); Нижегородской акустической научной сессии роперемещений используется для исследования волн в Большом термостра(Н.Новгород, 2002); 6-ом научно-техническом семинаре "Аналитика, диагно- тифицированном бассейне (масштабной лабораторной модели верхнего слоя стика, средства и системы автоматизации" (Москва, 2004); 24-ом тематиче- океана), включенного в "Перечень уникальных научно-исследовательских и ском семинаре "Диагностика оборудования и трубопроводов компрессорных экспериментальных установок национальной значимости".
станций" (Геленджик, 2005); II Троицкой конференции "Медицинская физика ичный вклад автора. Ключевые идеи и технические решения, состави инновации в медицине" (Троицк, 2006); IX Всероссийского съезда по теоре- ляющие основные результаты диссертации и выносимые на защиту, включая тической и прикладной механике (Н.Новгород, 2006); Всероссийской научно- разработку и изготовление ультразвуковых фазовых измерителей виброперетехнической конференции "Фундаментальные проблемы машиноведения: но- мещений и модуляционных дефектоскопов, и методов их использования принадлежат автору.
вые технологии и материалы" (Н.Новгород, 2006); 14-ой, 68-ой ВсероссийОсновные положения, выносимые на защиту:
ских конференциях по биомеханике (Н.Новгород, 1992 2006); 8-ой, 11-ой, 121. Методология построения ультразвуковых фазовых измерителей виброой, 15-ой, 18-ой, 19-ой сессиях Российского акустического общества перемещений, позволяющая одновременно получить высокое фронтальное (Н.Новгород, 1998; Москва, 2001; Москва, 2003; Н.Новгород, 2004; Таганрог, пространственное разрешение, регулируемую чувствительность измерения 2006; Н.Новгород 2007); 2-ом Международном симпозиуме "Шум и вибрации перемещений и технологичность изготовления, основанная на использовании на транспорте" (С.-Петербург, 1994); Международной конференции "Последвысокочастотных преобразователей, возбуждаемых на радиальных модах ние достижения в нейротравматологии" (Riccione, Италия, 1996); 3-ей Междуколебаний и управляемых цифровых и аналоговых фазовращателей с делитенародной конференции "Акустические и вибрационные методы наблюдения и лями или умножителями частоты.
диагностики" (Senlis, Франция, 1998); 134-ой и 141-ой конференциях Акусти2. Разработанные ультразвуковые фазовые измерители виброперемещеческого общества Америки (США,1997, 2001); 15-ом, 16-ом Международных ний, обеспечивающие полную автоматизацию проведения измерений, и Симпозиумах по Нелинейной Акустике ISNA (Melville, 2000; Москва, 2002).
имеющие по сравнению с аналогами в 50 400 раз более высокую точность Внедрение и использование результатов работы.
установки фазовых соотношений, и в 40 раз большую чувствительность, поРаботы, результаты которых вошли в диссертацию, были поддержаны:
зволяющую измерять вибрации менее одного нанометра.
инициативными проектами РФФИ № 93-02-15946-а, 97-02-17524-а, 00-063. Методы использования измерителей виброперемещений для измерения 80141-а, 05-08-33526-а; программой РАН "Интеграция" (1999 2001), про 11 вибрационных полей, определения нарушения симметрии тел вращения, ис- онных средств на основе фазовых и модуляционных способов измерений.
следования поверхностного натяжения жидкостей, позволяющие существен- Показано, что их технические характеристики зависят от многих факторов, но развить методы вибрационной диагностики, проводить исследование про- определяющих особенности проведения как акустических, так и радиотехнистранственных характеристик объектов и одновременно упростить проведение ческих измерений, и определяются результатом их компромиссного решения.
измерений. В разделе 1.1. проведен анализ существующих ультразвуковых методов 4. Способ исследования деформационно-нагрузочных характеристик моз- измерения в воздухе и твердой средах, основанных на фазовых и модуляцига человека, основанный на бесконтактном измерении деформаций при тесто- онных способах, определены тенденции и перспективы их развития.
вом силовом воздействии штампа, отличающийся высокой производительно- В разделе 1.1.1. приведен обзор литературы по ультразвуковым локацистью измерений и возможностью использования для интраоперационного онным средствам измерения в воздухе, которые условно разбиты на: дальноиспользования. меры, измерители для задач позиционирования, фазовые измерители, измери5. Методология построения модуляционных дефектоскопов, основанная тели для исследования свойств или движения воздушной среды, измерители на использовании нелинейного акустического эффекта и фазы модуляции для диагностики материалов. Показано, что наиболее перспективными для ультразвуковой волны, позволяющая получить высокие чувствительность, решения задач вибрационной диагностики являются ультразвуковые фазовые производительность и достоверность измерений, предназначенная для опре- измерители виброперемещений. Определены особенности их использования деления распределения трещин в объекте и разбраковки однотипных изделий и необходимость решения задачи одновременного обеспечения высоких попо степени трещиноватости. мехоустойчивости и производительности измерений. Проведен анализ спосо6. Результаты измерений с помощью модуляционных дефектоскопов, по- бов установления и удержания рабочей точки на линейном участке амплизволяющие определить их потенциальные возможности в сравнении с линей- тудной характеристики фазового детектора. Отмечено, что разработанные ными ультразвуковыми дефектоскопами при решении задач обнаружения технические решения, использующие для регулировки аналоговые фазовразакрытых трещин, определении пространственных характеристик одиночной щатели, изменение частоты излучаемой волны, шаговые двигатели или линии трещины, локации одновременно нескольких типов дефектов (полостей, тре- задержки, имеют низкую производительность и помехоустойчивость измерещин) в различных сочетаниях. ний, что сужает и ограничивает область их применения и потребность в их 7. Ультразвуковые модуляционные дефектоскопы, использующие ло- дальнейшем развитии осталась.
кальную модуляцию параметров трещин, создаваемую низкочастотными В разделе 1.1.2. приведен обзор литературы по использованию для диагэлектромагнитными импульсами или последовательностью мощных акусти- ностики трещин нелинейного модуляционного способа. Рассмотрен эффект ческих импульсов, периодически изменяющих фазу излучения, позволяющие модуляции ультразвуковых волн на трещине, возникающий вследствие низрасширить круг объектов, доступных для диагностики. кочастотных изгибных колебаний объекта. Для случая обнаружения одиночСтруктура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, ной трещины в пластине отмечается, что амплитуда модуляции A пропорзаключения, списка литературы и 6 приложений. Объем диссертации составциональна: (D)sD2 Af Am, где нелинейный параметр, зависящий от ляет 333 страницы, включая 131 рисунок, 9 таблиц и список литературы из ширины трещины D, s площадь трещины, Af амплитуда излучаемой 345 наименований. По результатам работы опубликовано 75 печатных работ, ультразвуковой волны, Am амплитуда низкочастотного возбуждения [Л9].
в том числе: 12 статей в журналах, 8 патентов и свидетельств на изобретения, Сложная зависимость модуляции от многих параметров существенно затруд6 препринтов, 8 статей в тематических сборниках трудов и 41 тезис докладов няет решение обратной задачи - определения размеров трещин по величине на конференциях и симпозиумах.
модуляции. Обсуждается вопрос о введении количественного критерия трещиноватости объекта - коэффициента k наличия трещин, который в простейОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
шем случае определяется по формуле: k = A / (Af Am). Указаны основные Во введении обосновывается актуальность создания ультразвуковых фапроблемы, стоящие при использовании способа на практике: модуляция конзовых измерителей виброперемещений и модуляционных дефектоскопов для такта в месте излучения и приема волны, необходимость возбуждения объекрешения задач неразрушающего контроля материалов и конструкций в техта на различных модах колебаний.
нике и медицине. Описываются объект, предмет и методы исследования. ОтВ разделе 1.2. рассмотрены вопросы, связанные с особенностями акустимечаются научная новизна исследований, практическая значимость и апробаческого тракта измерения при локации в воздухе: влияние затухание ультрация работы.
звуковой волны на дальность измерений; температуры и движения воздуха на В главе 1 проведен обобщенный анализ работы ультразвуковых локаципогрешности измерения перемещений; влияние реверберации на точность 13 измерений, особенностей акустических свойств отражающей поверхности и говыми не имеют ограничений по диапазону регулируемого сдвига фаз.
ее геометрии на формирование сигнала принятой волны [Л2, Л3, Л5]. Отме- В разделе 2.1. в зависимости от соотношения максимальной амплитуды чено, что поглощение звука является определяющим фактором для определе- Amax измеряемых виброперемещений и амплитуды Rmax низкочастотного изния дальности и выбора частоты локации. Основной вклад в погрешность менения расстояния между датчиком и отражающей поверхностью, рассмотизмерений вносит изменение температуры. рены различные алгоритмы работы ультразвуковых измерителей, позволяюВ разделе 1.3. рассмотрены вопросы, связанные с модуляцией фазы в щих оптимизировать режим измерения и получить высокую помехоустойчиакустическом тракте за счет двух эффектов: нелинейного параметрического вость и производительность измерений [9]. Условно выделено два случая:
взаимодействие между ультразвуковой волной и волной, излучаемой вибри- Amax > Rmax и Amax < Rmax. Различные варианты измерителей приведены на рис.1.
рующей поверхностью [Л5, Л15], и доплеровского сдвига частоты. Отмечено, что изменение скорости звука вследствие параметрического взаимодействия с низкочастотным полем приводит к тому, что амплитуды давления комбинационных частот и индекс фазовой модуляции линейно зависят от длины области взаимодействия L, частоты ультразвуковой волны f и давления низкочастотной волны. Эффект нелинейности вносит тем больший вклад, чем больше расстояние до объекта, а эффект Доплера от него не зависит и его Рис.1. Ультразвуковые фазовые измерители виброперемещений:
двухканальный (а), четырехканальный (б), портативный (в) влияние на суммарный эффект тем больше, чем расстояние меньше.
В разделе 1.4. анализируются особенности проведения измерений В разделе 2.1.1. рассмотрена схема универсального цифрового фазосдвифазовым способом, в частности, влияние индекса фазовой модуляции и гающего устройства, отличающегося простотой реализации, и позволяющего доплеровского сдвига частоты на точность измерений.
егко устанавливать и изменять шаг сдвига фазы, осуществлять ее реверсивВ разделе 1.5. рассмотрены вопросы связанные с особенностями проное управление (ручное или автоматическое) с заданной скоростью [10].
странственных характеристик ультразвуковых преобразователей. РассмотреПринцип работы устройства основан на синхронной инверсии фазы в управно поле поршневого излучателя для ближней, переходной и дальней зон изляемом канале с помощью двух элементов лисключающее ИЛИ в зависимолучения. Смоделированы изменения амплитуды давления на оси преобразости от необходимости и направления изменения фазы с шагом 0=/N со скователя и фронтального разрешения в зависимости от частоты излучения (в ростью 0f0/M, где f0 - частота задающего генератора, N =f0/f - коэффициент диапазоне 0,04 1 МГц) и характерного размера преобразователя (0,6 1,6 см).
деления используемых делителей частоты в каждом из каналов, М - коэффиПроведено сравнение характеристик различных типов преобразователей: емкоциент деления промежуточного делителя частоты (M>N). На его основе выстных, пьезокерамических, на основе пьезополимерных пленок.
полнены основные фазосдвигающие узлы в измерителях виброперемещений В разделе 1.6. сформулирована цель диссертации, определены задачи, кои модуляционных дефектоскопах. Схема устойчиво работает до f0 = 20 МГц.
торые необходимо решить для достижения поставленной цели.
В разделе 2.1.2. рассмотрено три алгоритма работы измерителей макроВ разделе 1.7. сформулированы основные результаты главы 1.
перемещений, адаптированных для измерения вибраций, имеющих амплитуВ главе 2 приводятся результаты разработки измерителей виброперемеду больше (Amax > Rmax). Они отличаются высокой производительностью щений в воздухе, использующих непрерывный режим излучения и фазовый измерений и позволяют сочетать высокое пространственное разрешение (за метод измерения. Для их создания разработан следующий подход. С целью счет увеличения частоты излучаемой ультразвуковой волны) с расширенным получения направленности излучения частота излучаемой ультразвуковой диапазоном амплитуд измеряемых виброперемещений (за счет использования волны f выбирается в диапазоне 0,2 1 МГц ( = 1,7 0,3 мм). Среднее расделителей частоты) [1Ц3, 9]. Сущность их работы заключается в изменении стояние до отражающей поверхности R0 соответствует концу зоны геометрифазы сигнала с помощью цифрового фазовращателя в опорном канале в завической акустики - началу переходной зоны. В этом случае характерный разсимости от напряжения на выходе фазового детектора или сдвига фаз цифромер облучаемого участка поверхности объекта, на расстоянии 2 3 см совых сигналов на входах фазового детектора. По сравнению с известными анаставляет порядка 1 2 см. Установление диапазона измеряемых перемещений логами, они имеют точность установки сдвига фазы в десятки-сотни раз лучше, осуществляется путем использования в опорном и измерительном канале деобеспечивая при этом полную автоматизацию измерений.
ителей частоты с коэффициентом деления N. При этом для установки полоВ разделе 2.1.3. рассмотрено три алгоритма работы измерителя микропежения рабочей точки фазового детектора появляется возможность использоремещений (Amax < Rmax). Работа двух измерителей основана на принудительвать управляемые цифровые фазовращатели, которые по сравнению с аналоном, с помощью дополнительного генератора изменении фазы сигнала в из 15 чувствительности измерений, в качестве ультразвуковых преобразователей мерительном канале в пределах 0 270, в результате чего рабочая точка фапредложено использовать пьезоэлементы из ЦТС-19, возбуждаемые на перзового детектора периодически оказывается на линейном участке его ампливой радиальной моде колебаний. Частота излучаемой ультразвуковой волны f тудной характеристики, где полезный сигнал имеет максимальное значение [4, 9]. Амплитуда отфильтрованного сигнала измеряется с помощью пикового выбиралась в диапазоне 0,2 1 МГц, а характерные размеры преобразоватедетектора. Третий алгоритм работы основан на одновременном измерении лей - 5 10 мм. Изменение ширины квадратного преобразователя толщиной сдвига фаз с помощью двух идентичных каналов измерения, при условии, что 4 мм от 4 мм до 8,5 мм приводит к изменению резонансной частоты от разность фаз в опорных каналах составляет 180, и коммутации на выход из- 326 кГц до 227 кГц. Для датчика на частоту 400 кГц приведена зона устойчимерителя сигнала с того канала, сигнал на выходе которого находится на ли- вой работы измерителя в зависимости от угла наклона отражающей поверхнейном участке амплитудной характеристики фазового детектора. Первые два ности, которая не превышает 10 [12]. Исследовано влияние точности устаалгоритма предназначены для измерения вибраций объекта, возбужденного новки угла преобразователей в датчике на изменение амплитуды сигнала на резонансной частоте, а третий - для исследования спектрального состава принятой волны. Показана возможность увеличения фронтального разрешемикроколебаний.
ния за счет использования диафрагмирования ультразвукового пучка или исВ разделе 2.1.4. рассмотрен алгоритм работы портативного измерителя, пользовании легкого промежуточного индентора [13].
предназначенного для проведения измерений, при условии перемещения В разделе 2.4. приведены результаты измерений основных технических ультразвукового датчика рукой оператора [9, 11]. Используемый алгоритм характеристик разработанных измерителей, полученные при статических (с основан на "быстром" (со скоростью много большей, чем тремор руки) измеиспользованием микрометров часового типа ИЧ и МИГ) и динамических (с нении фазы с помощью цифрового фазорегулирующего устройства, в резульпомощью виброизмерительных комплексов фирм Bruel & Kjer и Robotron) тате чего сигнал на выходе фазового детектора как бы "зависает" под устаисследованиях. Всего было изготовлено около 15 различных вариантов изменовленными порогами фазового детектора, все время находясь на линейном рителей, отличающихся алгоритмами работы, частотой излучаемой волны участке его амплитудной характеристики. Определен диапазон амплитуд и (40 кГц 1 МГц), характерным размером преобразователей (3 15 мм), разчастот измеряемых перемещений и влияния на него тремора руки, держащей личными наборами фильтров низкой и высокой частот и разбивкой на поддатчик. Получено, что для амплитуд измеряемых вибраций менее 10 мкм часдиапазоны амплитуд и частот измеряемых виброперемещений, наличием тота колебаний должна быть выше 20 30 Гц.
встроенного калибровочного устройства. Типичный двухканальный вариант В разделе 2.2. на примере исследования распределения вибраций колебизмерителя (см. рис.1а) имеет следующие технические характеристики (кажлющегося стержня с консольным закреплением исследованы ошибки измередого канала, в двух поддиапазонах): частота излучаемой ультразвуковой волния, обусловленные возникновением в акустическом тракте нелинейных исны - 250 кГц; амплитуды измеряемых перемещений - 1 нм 10 мм; частоты кажений [9]. Установлены основные причины искажений: колеблющаяся поизмеряемых колебаний - 0 20 кГц; расстояние между датчиком и отражаюверхность кроме поступательного движения по направлению оси датчика сощей поверхностью - 20 50 мм; габариты электронного блока - держит еще и крутильные, приводящие к изменению угла наклона поверхно220х180х70 мм, датчика - 12х22х70 мм.
сти; изменение угла падения ультразвуковой волны в зависимости от расВ разделе 2.5. сформулированы выводы по результатам разработки фазостояния; существование в акустическом тракте промежуточного режима мевых измерителей виброперемещений, опубликованные в работах [1-4, 10-13].
жду бегущей и стоячей волнами. Для практических целей особый интерес В главе 3 приведены результаты использования измерителей для решепредставляет анализ нелинейных искажений, вызванных наличием ревербения ряда актуальных задач вибрационной диагностики в технике.
рационной волны, как наиболее трудно предсказуемого фактора. Приведены В разделе 3.1. приведены результаты разработки метода измерения вибрезультаты экспериментов и моделирования, показывающие что, в зависиморационных полей различных объектов, заключающегося в перемещении датсти от уровня стоячей волны и амплитуды вибраций относительно , погрешчика над поверхностью с помощью координатного устройства или руки и ность измерения может изменяться от долей до нескольких десятков проценсинхронном измерении ее вибраций.
тов. Показано, что в зависимости от задачи исследований, выбором R0 можно В разделе 3.1.1. на примере исследования прогиба и формы упругой лиобеспечить проведение измерений или с наименьшей погрешностью измерении стержня с консольным закреплением определены основные погрешности ния амплитуды колебаний или с минимумом нелинейных искажений.
измерения в сравнении с измерениями выполненными микрометром часового В разделе 2.3. рассмотрены вопросы, касающиеся разработки ультразвутипа и теоретическим расчетом для первых трех мод колебаний [12]. Устаковых датчиков. Для упрощения технологии их изготовления, решения проновлено, что погрешность измерения в зависимости от амплитуды колебаний блемы стабилизации частоты излучения и получения высокой точности и не превышает единиц процентов. Отмечено, что с увеличением номера моды 17 возбуждаемых колебаний граничные условия все менее соответствуют жест- ной, приведении винта во вращение с частотой F0, определении в спектре кому закреплению. На примере измерения вибрационного поля круглой пласигнала отраженной волны, гармоник AmF частоты вращения F0 и сравнении стины (см. рис.2) отработан метод измерения вибрационных полей [14]. Поих с амплитудой гармоник Am лопастной частоты 0=NF0, где N - число казана эффективность и высокая производительность измерений.
M S лопастей. По формуле, где M - число гармоник K = A A m F0 s m =1 s =частот вращения, S - число гармоник лопастной частоты, при условии, что m не кратно N, рассчитывался коэффициент асимметрии К, позволяющий количественно оценить асимметрию, связанную как с изменением геометрии самого объекта, так и его насадки на вал. Если винт симметричен, то К = 0. РасРис.2. Распределения амплитуды колебаний на поверхности круглой пластины из считанное значение коэффициента для исследуемого "симметричного" трехоргстекла диаметром 100 мм и толщиной 1 мм для частот: 2410 Гц (а) и 4410 Гц (б) лопастного винта равно К = 0,33, а для винта с модельным дефектом: К = 0,( = 1,48 мм). Спектры сигналов, полученные после фазового детектирования В разделе 3.1.2. приведены результаты апробации разработанного метода сигнала принятой ультразвуковой волны, для этих винтов приведены на для исследования вибрационных полей цилиндрической оболочки и составрис.3а,б. Аналогичные измерения проведены при определении асимметрии ного ультразвукового излучателя типа пакета Ланжевена.
шестерни с числом зубьев N = 80.
Спектральный состав колебаний и вибрационные поля однородной цилиндрической оболочки вращения определялись при ее возбуждении ударом или звуком. Показано расщепление спектра собственных частот колебаний и изменение вибрационного поля оболочки, при локальном нагружении ее поверхности различными массами. Азимутальные распределения амплитуд виброперемещений ориентированы относительно местоположения груза таким образом, что на резонансной частоте, соответствующей ненагруженной оболочке, местоположение груза соответствует пучности колебаний, а на дополнительно появившейся частоте - узлу. Рис.3. Спектры сигналов для винта без дефекта (а), с дефектом (б) и осциллограмма сигнала для круга с алмазным покрытием в поле допусков (пунктирные линии) (в) Исследовано распределение вибраций по поверхности составного излучателя, возбуждаемого на двух резонансных частотах: 9310 Гц и 18232 Гц [15].
В разделе 3.2.2. приведены результаты разработки метода определения Показано, что измерение распределения вибраций позволяет решить две занекруглости и биения вращающихся валов и абразивных кругов в поле устадачи. Во-первых, определяется тип колебаний на заданной частоте излученовленных допусков [17]. Для этого определяют изменение расстояния между ния: поршневые, изгибные. Во-вторых, полученные результаты могут быть датчиком и локальным участком поверхности объекта за несколько оборотов использованы для создания методов коррекции конструктивных особенновращения. Одновременно биение и некруглость хорошо видны при представстей излучателя с целью получения требуемого распределения виброперемелении результатов в полярных координатах. При определении некруглости щений по его поверхности и характеристики направленности излучения.
положение измеренной окружности программным способом "центрируется" В разделе 3.2. приведены результаты разработки методов бесконтактного по отношению к эталонным, соответствующим полям допусков. На рис.3в обнаружения асимметрии тел вращения. В зависимости от поставленной заприведен пример использования разработанного метода для диагностики издачи, заключающейся в разбраковке однотипных объектов по нарушению носа поверхности алмазного круга диаметром 148 мм непосредственно на симметрии, или детальном исследование геометрии, предложено два метода работающем точиле. Также проведены измерения биения валов и абразивных проведения измерений, отличающихся размером облучаемой области и обракругов различной зернистости, подтвердившие эффективность использования боткой полученных данных (спектральный или временной анализ).
разработанного метода.
В разделе 3.2.1. рассмотрен метод экспресс-обнаружения асимметрии одВ разделе 3.3. сформулированы результаты использования измерителей для нотипных объектов (гребные винты, шестерни), имеющих N подобных георешения задач диагностике в технике, опубликованные в работах [12, 14-17].
метрических элементов [Л16, 16]. Он заключается в облучении всего объекта В главе 4 приведены результаты использования ультразвуковых измери(для конкретности - винта) или его значительной части ультразвуковой волтелей для решения некоторых задач медицинской диагностики.
19 В разделе 4.1. приведены результаты разработки способа измерения ко- объекта исследования и измеритель силы пружинного типа со встроенным в эффициента поверхностного натяжения жидкости, основанного на использо- него индентором со штампом. С его помощью получены новые данные о вании дисперсионного соотношения для гравитационно-капиллярных волн: ДНХ и модуле Юнга мозга и их изменении при различных травмах - внутричерепных гематомах и опухолях. Определен диапазон измерения модуля Юн, где = 2 - круговая частота поверхностных = g k + ( k ) / га - единицы- десятки кПа и погрешность его измерения - не более волн, k - волновое число, g - ускорение силы тяжести, - плотность жидко10 15 %. Показано, что диапазон измеряемых значений модуля упругости сти, - коэффициент поверхностного натяжения [5, 18]. Возбуждение стоязависит от многих факторов (глубины вдавливания, номера вдавливания и чих поверхностных волн в глубокой кювете осуществлялось параметричедругих) и существенно зависит от происходящих в мозге саморегулирующих ским способом. С помощью ультразвукового измерителя измерено распредепроцессов и типа травмы (гематома, опухоль). Наиболее высокие значения ление амплитуд колебаний стоячей волны по длине кюветы в зависимости от модуля Юнга были в проекции внутримозговых гематом до их удаления, а амплитуды и частоты возбуждения. Показано, что с увеличением уровня конаименьшие - в перифокальной зоне очагов размозжения. Снятие ДНХ на лебаний распределение амплитуд становится неравномерным. Для увеличеначальном и заключительном этапах операции, позволило проследить динания производительности измерений установление порога возбуждения целемику изменений модуля упругости при удалении внутричерепных гематом, сообразно выполнять при одновременном контроле амплитуды колебаний в которая заключалась в почти двукратном снижении модуля упругости.
центре кюветы с помощью ультразвукового измерителя. Погрешность измеВ разделе 4.4. приводятся результаты разработки способа исследования рения поверхностного натяжения составляет единицы процентов, что соотсенсорных сфер человека (количественной оценки ощущений) сугубо инстветствует погрешностям измерения получаемых другими способами измерерументальным способом. Для этого используется измерение ошибки управний, однако данный более прост в практической реализации, существенно ления моторных функций человека (в частном варианте реализации - руки), расширяет класс жидкостей, доступных для исследования, в частности, - с изменяющей параметры исследуемой среды с целью удержания параметров пленками поверхностно- активных веществ.
заданного стимула (частоты излучаемого звука, направления линий на экране В разделе 4.2. рассмотрен способ количественной оценки свойств многодисплея). Отмечена принципиальная необходимость измерения перемещений компонентной жидкости путем определения динамики импеданса сохнущей руки, управляющей изменением стимула, бесконтактным способом.
капли на поверхности кварцевого резонатора, колеблющегося с частотой В первой части раздела приведены результаты исследования характери60 кГц [Л17]. Динамика фазовых переходов в высыхающих каплях биологистик слуха человека в широком частотном диапазоне - шести октавах [22, ческих жидкостей очень информативна и, например, у здоровых и больных 23]. Показано, что человек, включенный в состав человеко-компьютерного людей различна. С целью развития этого способа проведена серия комплекса (см. рис.4), ориентируэкспериментов по определению влияния коэффициента поверхностного ясь на собственные ощущения, натяжения жидкостей белково-солевых растворов на процесс их высыхания способен воспроизводить тональ[19-21]. Показано, что частичная замена альбумина в альбумин-солевом ный звук, среднее значение которастворе на эквивалентное по массе количество иммуноглобулина снижает рого близко к предъявленной часповерхностное натяжение, в то время как добавление фибронектина тоте, но совершает при этом ошибповышает его, что приводит к изменению динамических параметров ки управления, величина среднеструктуризации высыхающих капель. Эти изменения интегрально квадратических отклонений котоотражаются на форме кривых акустомеханического импеданса кварцевого рых практически линейно зависит, резонатора и эта разница может быть выражена в численной форме. Данный как от частоты звука, так и коэфспособ диагностики жидкостей, позволяет количественно и интегрально фициента преобразования величиРис.4. Схема установки для исследования оценивать их свойства на соответствие норме за время порядка 20-30 минут, ны управляющих перемещений в слуха что выгодно отличает его от аналогов.
В разделе 4.3. приведены результаты разработки квазистатического спочастоту генератора.
соба исследования деформационно-нагрузочных характеристик (ДНХ) мозга Во второй части раздела приведены результаты экспериментов по исслечеловека путем вдавливания в него штампа, позволяющего использовать в дованию особенностей восприятия зрительных образов: исследовании ошикачестве координатного устройства руку человека, и предназначенного для бок восприятия угла наклона линии на экране дисплея. Показано, что сущестинтраоперационного использования [6]. Датчик измерителя содержит ультравуют углы, кратные 45, для которых ошибки управления в установлении звуковой измеритель перемещений, позволяющий измерять расстояние до угла наклона минимальны. Полученный результат хорошо подтверждается 21 особенностями физиологического строения и результатами моделирования ции трещин крутильными колебаниями и различных направлениях модуляобработки информации в коре головного мозга. ции изгибными колебаниями. Установлено, что модуляционный способ поВ разделе 4.5. сформулированы выводы по использованию измерителей зволяет определять положение трещины по проявлению ею нелинейных свойств, независимо от того находится перед ней полость или нет, а уровень виброперемещений для решения задач диагностики в медицине [5, 6, 13, 18-23].
модуляции зависит от направления низкочастотного возбуждения объекта.
В Главе 5 приведены результаты разработки модуляционных дефектоВ разделе 5.3.2. приведены результаты скопов. На модельных и реальных объектах решен ряд экспериментальных использования дефектоскопов для обнаружезадач, позволяющих определить характерные эффекты проявления трещинами нелинейных свойств в зависимости от различных условий проведения из- ния трещин в однотипных объектах - пяти мерений. Определены достоинства нелинейного модуляционного способа металлических пластинах с одиночными тредиагностики по сравнению с линейным.
щинами [24, 25, 32-34]. Сравнение амплитуд В разделе 5.1. рассмотрены вопросы, связанные с разработкой аппарасигналов, отраженных от трещин, и уровней турного варианта модуляционного дефектоскопа [24, 25]. Для этого испольих модуляции показали, что модуляционный зовалось стробирование сигнала принятой ультразвуковой волны на установдефектоскоп в отличие от линейного позволяленной дальности. Амплитуда стробированного сигнала запоминалась на ет сравнивать однотипные объекты по степевремя равное периоду посылок ультразвуковых импульсов и обновлялась при ни трещиноватости и обнаруживать закрытые каждой следующей посылке. Основные преимущества этого метода: простота (статически поджатые) трещины. Рассмотререализации и получение динамического диапазона анализируемых сигналов ны основные варианты локации одиночных на 3040 дБ большего, чем при программном методе.
дефектов (полость, трещина) расположенных В разделе 5.2. рассмотрен программный вариант модуляционного дефекпо трассе локации в различных сочетаниях.
тоскопа [25, 26]. Для его реализации сигнал принимаемой ультразвуковой Показано, что совместное использование Рис.5. Модуляционные волны, через высокоскоростную плату аналогоцифрового преобразователя линейной локации и модуляционного способа дефектоскопы записывался в компьютер, и вся дальнейшая обработка осуществлялась с попозволяют достоверно обнаруживать полость мощью специально написанной программы. Этот метод позволял обнаружии трещину, если полость является первым дефектом по трассе локации, а вать наличие трещин сразу по всей трассе локации, перспективен для решетрещина - вторым (см. рис.6а,б). Если первым дефектом является трещина, то ния задач мониторинга и томографии, отличается высокой наглядностью определение типа второго дефекта затруднено из-за модуляции ультразвукопредставления получаемых результатов. Кроме этого возможна дополнительвой волны, прошедшей через трещину. Большое значение для анализа имеет ная обработка данных с целью использования новых диагностических приуровень отражения от первого дефекта.
знаков, в частности, - фазы модуляции, позволяющих увеличить достоверВ качестве дополниность обнаружения трещин [27]. На рис.5а,б приведены макеты разработантельного признака, поных дефектоскопов.
зволяющего отличить В разделе 5.3. приведены результаты апробации дефектоскопов для оботражение от полости наружения модельных дефектов (одиночных трещин и полостей) в металлиили от трещины, предческих стержнях и пластинах. На примерах их диагностики определены осложено использовать новные особенности обнаружения трещин модуляционным способом и его фазу модуляции. Если достоинства в сравнении с линейным.
первым дефектом по В разделе 5.3.1. приведены результаты обнаружения трещин в стержнях трассе локации является аппаратурным методом [24, 28-31]. Для возбуждения изгибных колебаний трещина, то можно поРис.6. Изменения сигналов при локации со использовался малогабаритный электродинамический вибратор или механи- казать, что фаза изместороны трещины (а) и полости (б) ческий удар. Экспериментально определена потенциальная чувствительность нения амплитуды ультспособа: возможно измерение модуляции на уровне - 60 - 90 дБ относи- развукового импульса, отраженного от следующего дефекта, имеет противотельно амплитуды ультразвуковой волны. Показаны возможности обнаруже- положный знак, если это полость, и сохраняет знак, если это трещина.
ния трещины при условии локации дефектов двух типов (трещины и полос- Установлено, что сканирование ультразвуковым преобразователем по поти), последовательно расположенных по трассе локации, а также при модуля- верхности объекта позволяет исследовать границы взаимодействия внутрен 23 ней поверхности трещины, исследовать пространственные характеристики изгиб поверхности силой притяжения электромагнита, опертого на промежуконтакта двух поверхностей, мест защемления и позволяет получать инфор- точные подкладки; деформации границ трещин вследствие приложения к ним мацию, недоступную линейному способу. сильного магнитного поля; создании тангенциальных сил деформации в месВ разделе 5.3.3. приведены результаты обнаружения модельных дефектов те опоры полюсов электромагнита на поверхность объекта. Первый механизм и коррозионных трещин растрескиваемых под напряжением (КРН трещин) в целесообразно использовать для локальной модуляции тонкостенных объекфрагменте трубы магистрального газопровода диаметром - 1420 мм, длиной - тов, а второй и третий толстостенных. Приведены результаты эксперимен2100 мм и толщиной стенки - 16,8 мм [7, 25, 35]. Определены изменения тов по исследованию пространственного распределении модуляции сигналов уровней модуляции волн, отраженных от одиночных дефектов различного ультразвуковых волн, отраженных от поджатой и приоткрытой одиночной типа, в зависимости от амплитуды колебаний поверхности трубы (до 10 мкм), трещин в двух металлических пластинах, качественно совпадающий с резульвозбуждаемой вибростендом в диапазоне частот 74 78 Гц. Установлено, что татами, полученными при модуляции трещин вибрациями.
все дефекты можно сортировать по типу: трещина, полость. Результаты, по- В разделе 5.6. рассмотрен дефектоскоп, использующий для модулялученные при сканировании ультразвукового датчика по поверхности трубы, ции специально сформированную последовательность мощных фазоинвертипоказали, что распределение амплитуды модуляции (см. рис.7б) не полно- рованных низкочастотных (НЧ) ультразвуковых импульсов [8, 38]. Выбор стью соответствует распределению амплитуд отражений (см. рис.7а). Суще- области анализа осуществлялся путем изменения времени задержки излучествуют направления ло- ния НЧ импульсов по отношению к высокочастотным (ВЧ). На первом этапе кации (часть из них отме- работы исследована модуляции ультразвуковой волны, отраженной от дефекчена на рис.7б стрелка- тов, при прохождении через них последовательности НЧ импульсов волн ми), для которых это не- Лэмба. На втором этапе разработан метод измерений перспективный для дисоответствие очевидно и агностики трещин при поточном контроле пластин и труб, когда требуется можно утверждать, что в высокая производительность измерений. Для него изготовлен комбинированэтих областях, по крайне ный датчик, в котором размещены ВЧ и НЧ ультразвуковые преобразователи.
мере первые отражения а область анализа устанавливается априорно между ними. Приведены резульсоответствуют трещинам, таты экспериментов, подтверждающие, что при перемещении комбинированчасть из которых возмож- ного датчика по поверхности, одновременно удается определять как местопоРис.7. Изменение амплитуды сигнала (а) и его модуляции (б), при сканировании участка трубы но закрыта (статически ложение дефекта, так и его тип.
поджата). Установлено, В разделе 5.7. сформулированы выводы по результатам разработки ультчто определить тип дефекта возможно даже при его локации с участков труразвуковых модуляционных дефектоскопов [7, 8, 24-38].
бы, имеющих изоляционное покрытие.
В Заключении сформулированы основные результаты работы.
В разделе 5.4. приведены результаты разработки модуляционного дефекВ работе изложены научно обоснованные технические и технологические тоскопа в виде приставки к компьютеру, позволяющей при использовании решения разработки новых ультразвуковых средств измерения: фазовых изнепрерывного режима излучения ультразвуковой волны и возбуждении измерителей виброперемещений и нелинейных модуляционных дефектоскопов, гибных колебаний ударом, обнаруживать наличие трещин в однотипных объа также методы их использования для решения задач вибрационной и ультраектах [36]. Приставка использовалась для определения дефектности деталей звуковой диагностики материалов и конструкций, внедрение которых в пракмашин различной сложности, от подшипников и шестерен до крышек электику их неразрушающего контроля позволило увеличить научно-технический трогенератора и головки блока цилиндров, и показала высокую эффективпотенциал страны и вносит значительный вклад в развитие ее экономики.
ность работы.
Внедрение разработанных измерительных средств на ряде предприятий подВ разделе 5.5. приводятся результаты разработки модуляционного дефектверждает важность и актуальность решенных задач.
тоскопа для диагностики объектов из ферромагнитных материалов, исполь1. Развиты методологические основы построения ультразвуковых фазовых зующего локальную деформацию их поверхности, при помощи электромагизмерителей виброперемещений для локации в воздухе. Разработаны и внедренитных импульсов, создаваемых П-образным электромагнитом с узкими тонны в практику измерений бесконтактные измерители виброперемещений, отликими подкладками под его полюсами [37]. В зависимости от соотношения чающиеся высокой помехоустойчивостью и полной автоматизацией измереупругостей сердечника электромагнита и поверхности рассмотрены три мений, простотой эксплуатации, технологичностью изготовления и широким диаханизма, позволяющие модулировать акустические характеристики дефектов:
пазоном амплитуд (1 нм 50 мм) и частот (0 20 кГц) измеряемых вибраций.
25 2. Созданы методы использования ультразвуковых фазовых измерителей ний и управления. - М.: Энергоиздат, 1981. - 207 с.
4. Бражников Н.И. Ультразвуковая фазометрия. -М.:Энергия. 1968. -272с.
для решения задач вибрационной диагностики: измерения вибрационных поЛ5. Зверев В.А., Калачев А.И. Модуляция звука звуком при пересечении акустилей колеблющихся объектов, использующий сканирование ультразвукового ческих волн // Акуст. журн. 1970. Т. 16, № 2. С.245-251.
датчика над исследуемой поверхностью с помощью координатного устройстЛ6. Сутин A.M., Назаров В.E. Нелинейные акустические методы диагностики ва или руки; экспресс-диагностики нарушения симметрии тел вращения, оттрещины // Радиофизика и квантовая электроника.1995.Т.38,№.3/4.С.109-120.
ичающиеся высокой производительностью измерений.
7. Zheng Y., Maev R.Gr., Solodov I.Yu. Nonlinear acoustic applications for material 3. Разработан способ измерения коэффициента поверхностного натяжеcharacterization: A Review // Canadian Journal of Physics. 1999. V.77, №12. P.927-967.
ния жидкостей с пленкой поверхностно-активного вещества, основанный на Л8. Руденко О.В. Гигантские нелинейности структурно-неоднородных сред и осдисперсионном соотношении для гравитационно-капиллярных волн, позвоновы методов нелинейной акустической диагностики // Успехи физических наук.
яющий расширить класс жидкостей, доступных для исследования. 2006. Т.176, № 1. С.77-95.
9. Donskoy D., Sutin A., Ekimov A. Nonlinear acoustic interaction on contact inter4. Разработан способ исследования деформационно-нагрузочных харакfaces and its use for nondestructive testing // NDT&E International. 2001. V.34. P.231-238.
теристик мозга человека, отличающийся высокой производительностью изЛ10. Sessler J.G., Weiss V. Crack detection apparatus and method // Patent № 38678мерений и возможностью использования для интраоперационного использоUSA. 1975.
вания. Получены данные о модуле Юнга мозга человека и его изменении при Л11. Мансфельд А.Д., Зимнович А.И., Таратенкова О.Н., Шишков А.В. Ультраразличных внутричерепных травмах: гематомах и опухолях.
звуковые методы измерения параметров движения // Сб. тр.: Ультразвуковая диагно5. Развит способ исследования многокомпонентной жидкости путем опстика. - Горький: ИПФ АН СССР. 1983. С.17-24.
ределения динамики импеданса ее сохнущей капли на поверхности кварцевоЛ12. Гордеев Б., Золин В., Беленова Н. Особенности использования ультразвукого резонатора. Определено влияние коэффициентов поверхностного натяжевого фазового метода в задачах виброметрии // Метрология. 1986. №10. С.41-45.
ния различных белково-солевых растворов на процесс высыхания.
13. Tapson J. Wavemode locking: a new measurement modality for proximity sensors 6. Разработаны новые средства ультразвуковой диагностики: модуляци- // Ultrasonics. 1998. V.36. P.53-57.
14. Sasaki K., Nishihira M., Imano K. Nanometer-order resolution displacement онные дефектоскопы, основанные на нелинейном акустическом эффекте - measurement system by air-coupled ultrasonic wave introducing maximum phase- sensitivмодуляции ультразвуковой волны низкочастотными вибрациями объекта, ity tuning // Japan. J. of Applied Physics. 2005. V.44. № 6B. P.4411-4416.
позволяющие одновременно обнаруживать местоположение дефекта и опреЛ15. Matar O., Remenieras J., Bruneel C., Roncin A., Patat F. Noncontact measurement делять его тип: трещина или полость.
of vibration using airborne ultrasound // IEEE Trans. Ultrason., Ferroelectr. and Freq. Contr.
7. На модельных и реальных объектах, имеющих одиночные трещины и 1998. V.45, №3. P.626-633.
полости, расположенные по трассе локации в различных сочетаниях, опредеЛ16. Санин А.Г., Чичагов П.К., Шмелев И.И. Способ контроля состояния изделия лены основные закономерности обнаружения трещин ультразвуковыми мо// А.с. № 945656 СССР. 1982. Б.И. № 27.
дуляционными дефектоскопами и достоинства нелинейного ультразвукового Л17. Яхно Т.А., Яхно В.Г., Шмелев И.И. и др. Способ исследования многокомпоспособа диагностики по сравнению с линейным. нентной жидкости // Патент № 2232384 РФ. 2004.
8. Разработаны модуляционные дефектоскопы, использующие для модуСПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТЦИИ ляции параметров трещин локальную низкочастотную деформацию объекта, 1. Казаков В.В. Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений // А.с.
возникающую под действием последовательности мощных электромагнит№ 1357725 СССР. 1987. Б.И. № 45.
ных или мощных фазоинвертированных акустических импульсов.
2. Казаков В.В. Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений // А.с.
В Литературе приведен список использованных публикаций, список па№ 1619028 СССР. 1991. Б.И. № 1.
тентов и публикаций автора. В Приложениях приведены материалы, под3. Казаков В.В. Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений // А.с.
тверждающие использование разработанных измерительных средств в ряде № 1774164 СССР. 1992. Б.И. № 41.
научно-исследовательских институтов и в учебном процессе.
4. Казаков В.В. Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений // А.с.
№ 1413420 СССР. 1988. Б.И. № 28.
ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА 5. Антонец В.А., Иванов А.Ф., Казаков В.В. Способ определения поверхностноЛ1. Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн.2. Акустические методы контроля: го натяжения жидкостей // А.с. № 1283621 СССР. 1987. Б.И. №2.
Практ. пособие / И.Н.Ермолов, Н.П.Алешин, А.И.Потапов; Под ред. В.В.Сухорукова. 6. Казаков В.В., Кравец Л.Я., Фраерман А.П. Устройство для определения механических свойств биологических тканей//Пат. №2061405 РФ.1996.Б.И.№16.
- М.: Высш.шк., 1991. - 283 с.
7. Казаков В.В. Нелинейный акустический способ обнаружения трещин и их меЛ2. Kleppe J. Engeneering application of acoustic. - Artech House.1989. -380 p.
стоположений в конструкции и устройство для его реализации // Патент № 22748Л3. Горбатов А.А., Рудашевский Г.Е. Акустические методы измерения расстоя 27 РФ. 2006. Б.И. № 11. С.А.Рыбака. Москва. 2006. Вып. 7. С.51-60.
8. Казаков В.В. Нелинейный ультразвуковой способ обнаружения трещин и их 26. Казаков В.В. Модуляционный способ обнаружения трещин. II. Программный местоположений в твердом теле и устройство для его реализации // Патент № 2280863 метод реализации // Дефектоскопия. 2006. №12. С.3-11.
РФ. 2006. Б.И. № 21. 27. Казаков В.В., Зверев В.А., Сутин А.М. О дополнительных способах обработки 9. Казаков В.В. Ультразвуковые фазовые измерители виброперемещений // информации при использовании модуляционного акустического метода обнаружения Виброакустические поля сложных объектов и их диагностика. - Горький: ИПФ АН трещин // Сб. тр. XI сессии РАО. Т. 2. - М.: ГЕОС. 2001. С.290-293.
СССР. 1989. C.178-190. 28. Казаков В.В., Сутин А.М., Екимов А.Э. Нелинейная акустическая диагностика 10. Казаков В.В. Цифровое фазосдвигающее устройство // Приборы и техника трещин в стержнях и пластинах // Препринт № 498 ИПФ РАН. - Н.Новгород. 1999. - 32 с.
эксперимента. 2007. №4. С.94-95.
29. Казаков В.В., Сутин А.М. Использование эффекта модуляции ультразвука 11. Казаков В.В. Выбор режима работы портативного ультразвукового виброметра вибрациями для импульсной локации трещин // Акустический журнал. 2001. Т. 47, // Сб. тр.: Вибрационная техника. - М.: МДНТП. 1989. С.19-21. № 3. С. 364-369.
12. Антонец В.А., Казаков В.В. Ультразвуковой измеритель перемещений (виб- 30. Ekimov A.E., Didenkulov I.N., Kazakov V.V. Modulation of torsional waves in a rod with a crack // J. Acoust. Soc. Am. 1999. V. 106, № 3. P.1289-1292.
рометр) // Препринт № 112. ИПФ АН СССР. - Горький. 1984. - 28 с.
31. Диденкулов И.Н., Екимов А.Э., Казаков В.В. Нелинейное взаимодействие 13. Казаков В.В., Клочков Б.Н. О низкочастотных механических свойствах мягкрутильных и изгибных волн в стержне с трещиноподобным дефектом // Акустичекой ткани руки человека // Биофизика. 1989. Т. 34, Вып.4. С.688-692.
ский журнал. 1998. Т.44, № 5. С.621-627.
14. Казаков В.В. Измерение вибрационных полей с помощью ультразвуковых фазо32. Kazakov V.V., Sutin A.M., Johnson P.A. Sensitive imaging of an elastic nonlinear вых измерителей перемещений // Сб. тр. XV сессии РАО. Т. 2. - М.: ГЕОС. 2004. С.17-21.
wave-scattering source in a solid // Applied Physics Letters. 2002. V.81, № 4. P.646-648.
15. Казаков В.В. Бесконтактное измерение виброперемещений // Сб. тр. ХI Всес.
33. Казаков В.В., Сутин А.М. Метод обнаружения трещин, основанный на модуляАкустической конф. - Москва. 1991. Сек.П. С.9-12.
ции ультразвука вибрацией // Препринт № 534 ИПФ РАН. - Н.Новгород. 2000. - 28 с.
16. Казаков В.В., Коротин П.И., Хохлов В.Г., Чичагов П.К., Шерешевский И.А., 34. Kazakov V.V., Johnson P. A. Nonlinear wave modulation imaging // In proc.:
Шмелев И.И. Исследование геометрии тел вращения методом ультразвуковой локации Nonlinear Acoustics at the Beginning of the 21-st Century. Faculty of Physics. MSU. - // Сб. тр.: Ультразвуковая диагностика. - Горький: ИПФ АН СССР. 1983. С.200-209.
Moscow. 2002. V.2. P.763-766.
17. Казаков В.В. Измерение биения и некруглости с помощью ультразвукового 35. Самохвалов Р.В., Казаков В.В. Результаты локации реальных КРН трещин аппафазового измерителя перемещений // Сб. тр. XV сессии РАО. Акустические измерения ратуры на эффектах нелинейной акустики // Сб. тр.. 6-го н.-т. сем.: Аналитика, диагнои стандартизация. Т.II. - М.: ГЕОС. 2004. С.74-78.
стика, средства и системы автоматизации. Москва: ФГУП "ВНИИФТА". 2004. С.82-90.
18. Антонец В.А., Иванов А.Ф., Казаков В.В. Измерение поверхностного натяже36. Казаков В.В., Сутин А.М. Ультразвуковой прибор для нелинейной акустичения жидкостей с пленкой поверхностно - активного вещества // Сб. тр.: Методы вибской диагностики // Сб. тр. XV сессии РАО. Акустические измерения и стандартизарационной диагностики реологических характеристик мягких материалов и биологиция. Т. II. - М.: ГЕОС. 2004. С.78-81.
ческих тканей. -Горький: ИПФ АН СССР. 1989. С.137-144.
37. Казаков В.В., Грибков А.Л. Исследование дефектов нелинейным модуляционным 19. Yakhno T., Sanin A., Pelyushenko A., Kazakov V. et al. Uncoated quartz resonator as способом. Вариант модуляции электромагнитом // Дефектоскопия. 2007. №3. С.46-53.
a universal biosensor // Biosensors and Bioelectronics. 2007. V.22, № 9-10. P.2127-2131.
38. Казаков В.В. Исследование пространственной структуры твердых тел путем 20. Яхно Т.А., Казаков В.В., Санин А.Г., Шапошникова О.Б., Чернов А.С. Сравниих локальной модуляции акустическими импульсами // Сб. тр. XVIII сессии РАО. Т.1.
тельная оценка механических свойств адсорбционных слоев в растворах белков сыво- М.: ГЕОС. 2006. С.83-86.
ротки крови человека // Журнал технической физики. 2007. Т.77, Вып. 4. С.119-122.
21. Яхно Т.А., Казаков В.В., Санин А.Г., Шапошникова О.Б., Чернов А.С. ДинаСОДЕРЖАНИЕ мика фазовых переходов в высыхающих каплях растворов белков сыворотки крови Оглавление.
человека // Журнал технической физики. 2007. Т.77, Вып. 4. С.123-127.
Введение.
22. Антонец В.А., Анишкина Н.М., Грибков А.Л., Казаков В.В., Тиманин Е.М. Об Глава 1. Состояние и перспективы развития ультразвуковых фазовых и модуинструментальном исследовании восприятия // Тез. докл. VI Всерос. конф.: Биомехаляционных методов измерений.
ника-2002. - Н.Новгород: ИПФ РАН. 2002. С.19-21.
1.1. Обзор литературы.
23. Антонец В.А., Анишкина Н.М., Грибков А.Л., Казаков В.В., Козмин В.С., Ти1.1.1. Измерители виброперемещений в воздухе.
манин Е.М. Количественная оценка восприятия частоты звуков слуховым анализато1.1.2. Дефектоскопы на нелинейном акустическом эффекте.
ром // Препринт № 625 ИПФ РАН. -Н.Новгород. 2003.-16 с.
1.2. Акустический тракт измерения.
24. Казаков В.В. Модуляционный способ обнаружения трещин. I Аппаратурный 1.3. Модуляция звука звуком.
метод реализации // Дефектоскопия. 2006. № 11. С.3-13.
1.4. Фазовый метод измерения.
25. Казаков В.В. Нелинейный модуляционный способ обнаружения трещин / 1.5. Ультразвуковые преобразователи для локации в воздухе.
Акустика неоднородных сред. Ежегодник РАО. Труды научной школы проф.
1.6. Цель и задачи исследования.
29 1.7. Выводы.
Глава 2. Ультразвуковые фазовые измерители виброперемещений.
2.1. Схемы измерителей виброперемещений.
2.1.1. Цифровое фазосдвигающее устройство.
2.1.2. Измерения макроперемещений.
2.1.3. Измерения микроперемещений.
2.1.4. Измерения при условии перемещения датчика рукой.
2.2. Нелинейные искажения в акустическом тракте.
2.3. Преобразователи на радиальных модах колебаний.
2.4. Технические характеристики измерителей.
2.5. Выводы.
Глава 3. Ультразвуковые измерители для диагностики в технике.
3.1. Метод измерения вибрационных полей.
3.1.1. Измерения вибраций канонических объектов.
3.1.2. Вибрационные поля цилиндрической оболочки и ультразвукового излучателя.
3.2. Диагностика геометрии тел вращения.
3.2.1. Определение асимметрии тел сложной формы.
3.2.2. Обнаружение некруглости и биения абразивных кругов.
3.3. Выводы.
Глава 4. Ультразвуковые измерители для диагностики в медицине.
4.1. Определение поверхностного натяжения жидкости по дисперсионному соотношению для капиллярных волн.
4.2. Исследование динамики высыхания капли растворов биологической жид- кости.
4.3. Способ определения модуля упругости мозга человека in vivo.
4.4. Инструментальный метод исследования сенсорных сфер человека (слуха, зрения).
4.5. Выводы.
Глава 5. Ультразвуковые модуляционные дефектоскопы. Казаков Вячеслав Вячеславович 5.1. Аппаратурный вариант дефектоскопа.
5.2. Программный вариант дефектоскопа. УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ФАЗОВЫЕ И МОДУЛЯЦИОННЫЕ 5.3. Модуляция низкочастотными вибрациями. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ 5.3.1. Обнаружение одиночных трещин в стержнях. МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ 5.3.2. Диагностика трещин и полостей в пластинах.
5.3.3. Дефектоскопия трубы магистрального газопровода.
А в т о р е ф е р а т 5.4. Дефектоскоп для разбраковки однотипных изделий.
5.5. Локальная модуляция с помощью электромагнитных импульсов.
Подписано к печати 24.12.2008 г.
5.6. Модуляция последовательностью фазоманипулированных акустических Формат 60 х 90 1/16. Бумага писчая №1. Усл. печ. л. 2,0.
импульсов.
Тираж 120 экз. Заказ № 137 (2008). Бесплатно.
5.7. Выводы.
Заключение. Основные результаты работы.
Отпечатано в типографии Института прикладной физики РАН, Литература.
603950 г.Н.Новгород, ул. Ульянова, Приложения.