Моделирование структурного шума в ультразвуковой дефектоскопии с учетом частотно-зависимого затухания ультразвука

Аннотация

Рассмотрен новый метод математического моделирования структурного шума, возникающего при ультразвуковом контроле материалов с неоднородной структурой. Структурный шум представляет собой нестационарный случайный процесс, своеобразие которого состоит в том, что с течением времени меняется не только дисперсия, но и энергетический спектр структурного шума. Нестационарность энергетического спектра структурного шума вызвана частотно-зависимым затуханием ультразвуковых волн в среде, из-за которого высокочастотные составляющие спектра сигнала ослабляются сильнее, чем низкочастотные. В результате энергетический спектр структурного шума с течением времени сужается и смещается в сторону низких частот. Новизна предлагаемого метода моделирования структурного шума состоит в том, что впервые учитывается частотно-зависимое затухание ультразвуковых волн в зондируемом материале. Структурный шум формируется в результате суперпозиции сигналов, отраженных от неоднородностей, расположенных в объеме материала по случайному равномерному закону. При этом учитываются характеристики зондирующего сигнала и диаграммы направленности преобразователей. В связи с тем, что каждый из этих элементарных сигналов в процессе распространения в среде проходит разный путь, претерпевает различное затухание и, поэтому, имеет различную форму спектра, моделирование структурного шума проводится в спектральной области. Моделирование сводится к вычислению спектров элементарных сигналов и суммированию этих спектров с учетом необходимых задержек. В результате получается спектр реализации структурного шума и затем с помощью обратного преобразования Фурье определяется реализация структурного шума как функция времени. Приведен пример моделирования структурного шума, возникающего при ультразвуковом зондировании материала с заданной частотной зависимостью коэффициента затухания ультразвуковых волн в среде. Сравнение промоделированной реализации и полученной экспериментально подтверждает адекватность предлагаемого метода моделирования структурного шума. Даны ограничения метода и наиболее перспективные области его применения.