Шумы и помехи при ультразвуковом контроле

Помеха – некое возмущение, которое мешает приему полезного сигнала.

Шумы – это беспорядочные непериодические по времени прихода сигналы, а также сигналы, имеющие случайные значения параметров.

Внешние шумы

Внешние шумы имеют электрическую или акустическую природу и проявляются в виде импульсов на экране дефектоскопа. Электрические шумы возникают при включении и выключении мощных электрических аппаратов, работе сварочной аппаратуры. Акустические шумы вызываются ударами по объекту контроля.

Влияние электрических шумов ослабляется экранированием корпуса дефектоскопа, кабелей и преобразователей, заземлением. Экранирование импульсов помех, поступающих по сети питания, осуществляется фильтром верхних частот, вводимым в схему блока питания.

Электрические внешние импульсные шумы поступают в случайные моменты времени и представляют опасность для автоматизированных систем контроля, вызывая ложное срабатывание сигнализатора дефектов.

Помехи приемника дефектоскопа (внутренние)

Помехи, связанные с собственными шумами акустического тракта. Уровень помех ограничивает: значение коэффициента усиления и предельную чувствительность.

Способы борьбы с внутренними помехами:

- применение специальных схемотехнических решений;

- увеличение чувствительности за счет увеличения амплитуды зондирующих импульсов;

- увеличение коэффициента преобразования преобразователя;

- использование узкополосных усилителей ВЧ.

Одним из видов внутренних шумов являются шумы преобразователя. Они возникают за счет многократного отражения зондирующего импульса в пьезопластине, протекторе.

К основным способам борьбы с внутренними шумами относят:

§ подбор специального материала протектора, демпфера, ПЭП и типа контактной жидкости;

§ использование особых размеров и формы демпфера, протектора.

Ложные сигналы

К ложным сигналам относят сигналы в зоне контроля, обусловленные отражениями ультразвука от элементов конструкции изделия. Ложный сигнал может быть принят за отражение от дефекта; он может наложиться на сигнал от дефекта и исказить его характеристики. Для исключения влияния ложных сигналов применяют тщательный выбор участка стробирования развертки, а также амплитудную дискриминацию, то есть отсечку сигналов ниже определенного уровня.

Структурные помехи

Рассеяние ультразвука на структурных неоднородностях, зернах материала приводит к структурным помехам. Многочисленные импульсы, образовавшиеся в результате рассеяния ультразвука на неоднородностях, приходят к приемному преобразователю с различными временами задержки и разной фазой. Вследствие случайного соотношения фаз колебаний помехи имеют вид четких импульсов. Иногда структурные помехи превышают уровень донного сигнала, исключая возможность применения зеркально-теневого метода.

Особенность: наличие очень большого числа импульсов на всей линии развертки. Этот вид помех называют травой.

При сканировании малые смещения ПЭП в пределах 1–2 мм почти не влияют на амплитуду сигнала от дефекта. В то же время детальная структура импульсов структурных помех радикально изменяется. Это дает возможность опытному оператору обнаруживать дефекты, импульсы от которых сравнимы с уровнем структурных помех.

Структурные помехи – это постоянно действующий фактор. Он существенно ограничивает чувствительность контроля.

Известны два метода повышения чувствительности при сильном влиянии структурных помех. Первый заключается в оптимальном выборе параметров контроля, а второй – в применении методов обработки сигналов. Для надежного обнаружения амплитуда полезного сигнала должна быть в 3–5 раз выше среднего уровня помех. Можно рекомендовать следующие меры, повышающие отношение сигнал/шум. К ним относятся применение преобразователей с узкой диаграммой направленности и фокусирующих, так как эта мера уменьшает объем материала, являющегося источником помех. Если контроль производится в дальней зоне, то направленность улучшается при увеличении диаметра пьезопластины. В некоторой степени к снижению помех приводит уменьшение длительности зондирующего импульса.

Причины возникновения и способы подавления ложных сигналов.

Трансформация волн

Преобразования типа волны возникают при отражении от поверхностей. Наблюдаются при углах отражения, близких к критическим. Рассмотрим трансформацию волн на примере (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Трансформация продольной волны в оси

Контроль изделия производится с торца. Продольная волна l отражаясь, трансформируется в поперечную t, которая далее вновь трансформируется в продольную, и попадает на ПЭП. В итоге на экране можно получить целый набор сигналов. Это существенно усложняет процедуру контроля. Если угол α больше третьего критического угла, то ложных сигналов не будет, т. к. трансформация не происходит.

Изделия достаточно большой протяженности лучше контролировать не продольными, а поперечными волнами. Поперечные волны вводят в ОК бесконтактным способом или путем приклеивания пьезопластины к изделию.