Ультразвуковые измерения — одна из наиболее часто используемых технологий неразрушающего контроля. Принцип аналогичен эхолокации, которую летучие мыши используют для сбора информации об окружающей их среде, возможных препятствиях и добыче с помощью ультразвуковых звуков. Летучая мышь определяет направление к объекту, ощущая, какое ухо первым регистрирует эхо звука.
Чем меньше разница во времени между поступлением сигналов в соответствующее ухо, тем меньше угол между направлением излучаемого звука и объектом. Если эхо достигает обоих ушей одновременно и с одинаковой громкостью, объект находится точно в том направлении, в котором был издан звук.Обычные методы неразрушающего контроля также используют этот принцип для локализации дефектов конструкции с помощью ультразвука. Измерения определяют скорость, длину волны и разницу во времени, с которой ультразвуковые волны или их отражения достигают датчиков, установленных на поверхности объекта контроля.
Затем эти измерения сравниваются с данными исправного эталонного объекта, чтобы выявить отклонения. «Эту стандартную процедуру можно в основном использовать для выявления и локализации дефектов», — говорит профессор Эрнст Ранк, руководитель кафедры вычислений в инженерии TUM. «Но он возвращает лишь ограниченное количество информации об их точном положении, размахе и ориентации».Когда на счету вся волна
Чтобы решить эту проблему, ученые сначала математически смоделировали свойства материала алюминиевых пластин, используемых в экспериментальной части их проекта. Затем они использовали эту модель для расчета распространения ультразвуковых волн и их отражения. Виртуально определенные измеренные значения сравнивались с результатами реальных экспериментов, в которых ультразвуковые волны пропускались через настоящие алюминиевые пластины.
Они обнаружили, что измеренные значения виртуальных и реальных датчиков отличаются друг от друга, поскольку особые факторы в структуре могут привести к определенному рассеянию или преломлению ультразвуковых волн. Исследователи использовали уловку, чтобы обойти этот источник ошибки: разница между измеренными реальными и виртуальными волнами на датчиках повторно вводится в виде сигнала и используется для расчета улучшенной модели.
Этот метод, называемый инверсией формы волны, таким образом, использует все информационное содержание измеренного волнового поля.Усилия того стоят
Этот метод, разработанный в 1980-х испанским геофизиком Альбертом Тарантолой, долгое время считался практически невозможным из-за очень большого количества необходимых данных. Только после разработки инновационных алгоритмов и достижений в области компьютерных технологий в последние годы стало возможным реализовать требующее больших вычислительных ресурсов приложение инверсии формы волны. «Мы определенно можем спросить себя, стоят ли того дополнительных вычислительных усилий», — говорит ученый-информатик и математик Роберт Зайдл. «Но когда мы смотрим на преимущества нашего метода, ответ должен быть утвердительным, усилия более чем того стоят».
Одной из наиболее важных задач ближайшего будущего будет применение и проверка инверсии формы волны на реальных конструкциях в строительстве и машиностроении. Это запланировано для исследовательского проекта, в котором команда профессора Ранка будет сотрудничать с командой профессора Кристиана Гроссе на кафедре неразрушающего контроля (NDT).