УДК 620.179.162

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОМОГРАФ БЕТОННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ

КОНСТРУКЦИЙ С БОКОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ СИГНАЛА

¹Национальный исследовательский университет «МЭИ», Россия 111250 Москва,

ул. Красноказарменная, 14

E-mail: ^*kachanovv@mail.ru; ^**KartashevVG@mpei.ru; ^***sokoloff_igor@mail.ru

Поступила в редакцию 03.12.2019; после доработки 13.12.2019

Принята к публикации 23.12.2019

Рассматриваются проблемы ультразвуковой томографии бетонных строительных конструкций (СК), в которых

дефекты расположены под большим углом к антенной решетки (АР). При наклонном зондировании таких СК из слож-

ноструктурного бетона возрастает влияние структурного шума (СШ) из-за эффекта отрицательной взаимной корреляции

сигналов СШ на соседних преобразователях АР. Показано, что при наклонном зондировании оптимальный шаг антен-

ной решетки, обеспечивающий максимальное соотношение сигнал/структурный шум, должен составлять (0,35—0,4)λ.

Показано, что при томографии внутреннего угла соединения двух стен для более эффективного выделения полезных

сигналов из СШ, а также для повышения угловой разрешающей способности, целесообразно использовать или две раз-

дельные антенные решетки, предназначенные для наклонного зондирования СК и расположенные на разных сторонах

углового стенового соединения, или единую АР, состоящую из двух линейных АР, объединенных в одну антенну.

Ключевые слова: ультразвуковая томография, строительные конструкций из бетона, наклонное зондирование, шаг

антенной решетки, отрицательная взаимная корреляция сигналов структурного шума.

DOI: 10.31857/S0130308220020025

ПРОБЛЕМЫ УЗ КОНТРОЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

С НЕСТАНДАРТНОЙ КОНФИГУРАЦИЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЯ

Большинство строительных конструкций из бетона представляют собой плоскопараллельные

изделия (стены, перекрытия, фундаменты зданий и др.). Ультразвуковой (УЗ) неразрушающий кон-

троль таких изделий осуществляется с помощью низкочастотных (НЧ) томографов [1—4], у которых

антенные решетки имеют плоскую конфигурацию. Алгоритмы обработки сигналов в УЗ НЧ томо-

графах построены таким образом (рис. 1), что контролируется только область 1, расположенная

непосредственно под антенной решеткой, а области 2, расположенные сбоку от АР, не контролиру-

ются. Вместе с тем существуют СК, в которых дефекты расположены под углом больше 45° к АР и

которые не удается выявлять с помощью томографов с ограниченным углом обзора.

На рис. 2 показаны примеры таких изделий: контроль соединения двух стен (а) или контроль

изделий, у которых выступ мешает расположить АР над предполагаемым дефектом (б). Очевидно,

что для контроля таких СК следует разрабатывать АР с большим углом наклона УЗ луча, что тре-

бует решения целого комплекса проблем и специальных исследований.

Одной из проблем, ограничивающей чувствительность контроля изделий из сложноструктур-

ного бетона, является проблема структурного шума. При наклонном зондировании эта проблема

становится особенно острой по двум причинам.

Во-первых, зона объекта, расположенная сбоку от АР под углом θ к антенне, более удалена от

элементов АР по сравнению с зоной, расположенной напротив антенной решетки (рис. 3). Вслед-

ствие значительного затухания УЗ волн в бетоне сигналы, отраженные от дефекта Д₂, находящего-

ся сбоку от АР, ослабляются сильнее, чем эхосигналы от дефекта Д₁, приходящегося под АР, что

АР

Рис. 2. УЗ контроль СК, имеющих форму типа «внутренний угол»

Рис. 1. УЗ контроль СК с плоской поверхностью.

на стыке двух стен (а) и «выступ на стен» (б).

Ультразвуковой томограф бетонных строительных конструкций...

Д₂

Д₁

Рис. 3. Проблемы поиска дефектов, расположенных под большим углом к АР.

усложняет задачу выделения сигналов из СШ. Во-вторых, для того, чтобы можно было «увидеть»

дефект Д₂ при наклонном зондировании, необходимо использовать преобразователи с очень широ-

кой диаграммой направленности (ДН). Этому требованию удовлетворяют УЗ широкополосные

ПЭП с сухим точечным контактом (СТК), работающие на поперечных типах волн с центральной

частотой 50 кГц, имеющие практически всенаправленную ДН [5]. Однако на такие приемные пре-

образователи с широкой ДН поступают эхосигналы, отраженные практически от всех окружаю-

щих АР неоднородностей, вследствие чего увеличивается амплитуда структурной помехи. Эти два

обстоятельства усложняют проблему выделения слабых сигналов из СШ при УЗ контроле бетон-

ных конструкций в зоне, находящейся сбоку от АР. Очевидно, что в этой ситуации вначале следу-

ет обеспечить выделение полезного сигнала из СШ, только после этого возможно решать пробле-

му обнаружения дефектов изделия.

КОРРЕЛЯЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТРУКТУРНОГО ШУМА

ПРИ НАКЛОННОМ ЗОНДИРОВАНИИ ОБЪЕКТА

Наиболее эффективные алгоритмы выделения информационных сигналов на фоне СШ осно-

ваны на использовании пространственно-временной обработки сигналов (ПВОС) [6—9]. Для

построения оптимального алгоритма ПВОС необходимо знать корреляционные характеристики

СШ: взаимно корреляционные функции (ВКФ) реализаций СШ на соседних приемных преобразо-

вателях. Эти характеристики были использованы нами при разработке алгоритмов ПВОС для УЗ

контроля зоны объекта, расположенной напротив АР [8]. Однако, как показали последующие

исследования [10], при наклонном зондировании корреляционные характеристики СШ отличают-

ся от тех, что наблюдаются при зондировании объекта напротив АР, и это обстоятельство требует

детального рассмотрения.

Корреляционная теория структурного шума наиболее подробно изложена в [6—8]. В моно-

графии [8] описана методика определения взаимно корреляционной функции структурного

шума, который формируется в среде, где структурные неоднородности распределены в про-

странстве по случайному равномерному закону. Как показали исследования, такая модель рас-

пределения неоднородностей удовлетворительно описывает процесс формирования СШ в бето-

не. Согласно этой методике, для определения ВКФ нужно сначала найти плотность вероятности

p(Δt) разности задержек сигналов, отраженных от неоднородностей и приходящих на соседние

приемные преобразователи. Плотность вероятности p(Δt) определяется видом диаграммы

направленности пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП) F(φ, θ), а также зависит от рассто-

яния d между соседними ПЭП. Затем вычисляется характеристическая функция Θ(u) как преоб-

разование Фурье от плотности вероятности p(Δt). Аргументом характеристической функции

Θ(u) является безразмерная переменная u, пропорциональная частоте ω и расстоянию между

2πd

ωd

преобразователями d:

где С — фазовая скорость УЗ волны в среде. Характери-

стическая функция определяет степень взаимной корреляции реализаций СШ на конкретной

частоте. Если зондирующий сигнал узкополосный, то значения характеристической функции

соответствуют значениям коэффициента взаимной корреляции реализаций СШ на частоте зон-

дирующего сигнала.

Дефектоскопия

№ 2

2020

В.К. Качанов, В.Г. Карташев, И.В. Соколов и др.

Характеристическая функция Θ(u), как и плотность вероятности p(Δt), зависит от ДН ПЭП. На

рис. 4а представлена характеристическая функция для низкочастотных широкополосных ПЭП

поперечных волн с СТК, имеющих широкую (круговую) ДН, а на рис. 4б — характеристическая

функция СШ при использовании ПЭП продольных волн с апертурой диаметром 2λ, имеющих

узкую ДН. С помощью графиков, представленных на рис. 4, определяется зависимость характери-

стической функции (определяющей ВКФ реализаций СШ на соседних преобразователях) от аргу-

мента u (от шага d): при небольших значениях аргумента u (при малом расстоянии d) характери-

стическая функция Θ(u) принимает большие положительные значения, что соответствует сильной

взаимной корреляции реализаций СШ; при увеличении переменной u (при увеличении расстояния

d) характеристическая функция убывает и уменьшается ВКФ реализаций СШ.

Θ(u)

1,0

Амплитуда

0,5

5,0

10,0

15,0

5,0

10,0

15,0

Рис. 4. Характеристические функции СШ: а — при использовании ПЭП поперечных акустических волн с широкой ДН;

б — при использовании ПЭП продольных акустических волн с узкой ДН.

Если ДН ПЭП широкая, то характеристическая функция при некоторых значениях аргумента u

принимает отрицательные значения (см. рис. 4а), что соответствует отрицательной взаимной кор-

реляции (ОВК) реализаций СШ на соседних приемных преобразователях. Отрицательная взаим-

ная корреляция означает, что при сложении двух случайных процессов суммарная дисперсия ока-

зывается меньше суммы дисперсий этих процессов. Физический смысл ОВК реализаций СШ

можно объяснить следующим образом. В случае широкой ДН в поле зрения ПЭП оказываются

практически все неоднородности: как находящиеся напротив ПЭП, так и расположенные сбоку от

них. Сигналы, отраженные от неоднородностей, расположенных напротив преобразователей, при-

ходят на них с почти одинаковыми задержками и поэтому суммируются почти синфазно. Сигналы,

отраженные от неоднородностей, расположенных сбоку от преобразователей, приходят на них с

задержками, которые различаются существенно. Если разность хода составляет половину длины

волны, то такие сигналы оказываются в противофазе и при сложении взаимно компенсируются.

Если число противофазных сложений сигналов превышает число синфазных сложений, происхо-

дит заметное снижение суммарного уровня СШ, что можно интерпретировать как отрицательную

взаимную корреляцию.

Если преобразователи имеют узкую ДН, которая не охватывает неоднородности, расположен-

ные сбоку от преобразователей, то число противофазных сигналов незначительно и поэтому ОВК

не наблюдается. Этой ситуации соответствует характеристическая функция, представленная на

рис. 4б, которая не принимает отрицательных значений ни при каких значениях аргумента u (ни

при каких значения шага АР).

Если зондирующий сигнал широкополосный, то для определения ВКФ нужно сначала найти

взаимный энергетический спектр реализаций СШ как произведение собственного энергетического

спектра СШ W₀(ω) и характеристической функции Θ(ω), а затем, применяя обратное преобразова-

ние Фурье к взаимному энергетическому спектру, найти искомую ВКФ реализаций СШ на сосед-

них приемных преобразователях:

∞



ωd



(τ)

(ω)⋅Θ

cos(ωτ)dω

(1)

∫









Поскольку энергетический спектр СШ имеет конечную ширину, соответствующая ему ВКФ

является знакопеременной функцией.

На рис. 5 показаны два варианта ВКФ реализаций СШ на соседних преобразователях попереч-

ных акустических волн с сухим точечным контактом. В качестве зондирующего сигнала использо-

Дефектоскопия

№ 2

2020

Ультразвуковой томограф бетонных строительных конструкций...

R₁₂(τ)

0,64

d = 0,65λ

d = 0,25λ

0,32

-6,0

6,0

12,0

-6,0

6,0

12,0

-0,32

–0,32

-0,64

Рис. 5. ВКФ СШ при зондировании поперечными волнами и расстоянии между преобразователями:

а — 0,25λ; б — 0,65λ.

вался короткий радиоимпульс в виде одного периода синусоиды. На рис. 5а показан вид ВКФ,

нормированной на величину дисперсии СШ, при расстоянии между преобразователями 0,25λ. Эта

ВКФ при τ = 0 принимает максимальное положительное значение, что означает положительную

взаимную корреляцию реализаций СШ на соседних приемных преобразователях. ВКФ на рис. 5б

построена для случая, когда расстояние между преобразователями d = 0,65λ. В отличие от преды-

дущего случая, эта ВКФ при τ = 0 принимает отрицательное значение, что свидетельствует о нали-

чии ОВК реализаций СШ при данном расстоянии между приемными преобразователями. Отрица-

тельная взаимная корреляция реализаций СШ является желательным явлением, так как приводит

к снижению уровня СШ и облегчает решение проблемы выделения полезного сигнала.

ПРОБЛЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОГО СООТНОШЕНИЯ СИГНАЛ/СШ

ПРИ НАКЛОННОМ ИЗЛУЧЕНИИ СИГНАЛА. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ШАГА

АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ

При построении изображения внутренней структуры объекта принимаемые сигналы фокуси-

руются последовательно в различные точки изделия. Чтобы обеспечить синхронное сложение

сигналов, отраженных от точки фокусировки, для каждого сигнала вводится дополнительная

задержка, которая определяется длиной пути от точки фокусировки до конкретного приемного

ПЭП. Такие же задержки приобретают и реализации СШ, поступающие на соответствующие

ПЭП. При обработке сигналов принимаемые сигналы суммируются, вместе с ними суммируются

и реализации СШ. В соответствии с правилами теории вероятностей суммарная дисперсия СШ

определяется выражением:

N N

=∑σ

(∆t

причем i ≠ j.

(2)

сум

∑∑

Здесь N — количество приемных преобразователей;

— дисперсия СШ на i-м преобразователе;

R_ij(∆t_ij) — ВКФ реализаций СШ на i-м и j-м преобразователях; ∆t_ij — разность задержек сигналов,

снимаемых с i-го и j-го преобразователей.

При наклонном зондировании объекта (когда точка фокусировки находится сбоку от АР, как

это показано на рис. 3) разность хода сигналов может быть значительной, достигая иногда поло-

вины длины волны, а для удаленных преобразователей — еще больше. При этом характер взаим-

ной корреляции реализаций СШ существенно изменяется.

Рассмотрим это явление на примере рис. 5а, где представлена ВКФ реализаций СШ при рас-

стоянии между преобразователями d = 0,25λ. При угле наклона луча θ, близком к 90°, разность

хода сигналов будет около 0,25λ. Это соответствует разности задержек сигналов, равной четверти

периода зондирующего сигнала. Соответственно, и аргумент ВКФ на рис. 5а тоже будет прибли-

зительно равен четверти периода колебаний. При таком значении аргумента ВКФ оказывается

приблизительно равной нулю, а это означает, что реализации СШ не коррелированы.

При расстоянии между преобразователями, равном 0,65λ (см. график ВКФ на рис. 5б), и угле

наклона луча θ = 50° разность хода сигналов будет равна половине длины волны, что соответству-

ет аргументу ВКФ, равному половине периода колебаний. Как следует из графика ВКФ на рис. 5б,

характер взаимной корреляции меняется на противоположный: отрицательная взаимная корреля-

ция сменяется на положительную.

Дефектоскопия

№ 2

2020

В.К. Качанов, В.Г. Карташев, И.В. Соколов и др.

Изменение характера взаимной корреляции реализаций СШ из-за разности задержек сигналов,

снимаемых с соседних преобразователей, приводит, в частности, к тому, что оптимальный шаг АР

(расстояние между соседними преобразователями) зависит от направления зондирования. Влия-

ние точки фокусировки сигналов на выбор шага АР было исследовано в [10]. Там было показано,

что, если исходить из критерия достижения максимума отношения сигнал/СШ, то оптимальный

шаг АР при наклонном зондировании должен быть около 0,4λ, а при зондировании объекта, рас-

положенного напротив АР, шаг АР должен составлять (0,5—0,55)λ.

Ниже приведены результаты дальнейших исследований по определению оптимального шага

АР при наклонном зондировании изделий из сложноструктурного бетона.

Анализ проводился в предположении, что в качестве зондирующего сигнала используется

короткий радиоимпульс в виде одного периода синусоиды, а ПЭП имеют полосу пропускания

100 %. В результате исследования было установлено, что характер зависимости отношения сиг-

нал/СШ от шага АР и величина оптимального шага АР в сильной степени зависят от места пред-

полагаемого расположения дефекта. Некоторые результаты исследования представлены

на рис. 6б, где показаны графики зависимости отношения сигнал/СШ Q(d/λ) от шага АР для двух

противоположных ситуаций. График 1 соответствует дефекту Д₁, расположенному почти напро-

тив крайнего элемента АР (рис. 6а). Максимальное значениеотношения сигнал/СШ наблюдает-

ся здесь при шаге АР d = (0,35—0,4)λ, причем максимум очень пологий. График 2 соответствует

дефекту Д₂, направление на который образует с нормалью к поверхности АР угол θ = 80°. При

таком наклонном зондировании оптимальный шаг АР оказывается очень маленьким, всего лишь

около 0,2λ, причем из-за влияния отрицательной взаимной корреляции максимальное значение

отношения сигнал/СШ оказывается в 1,5 раза больше отношения сигнал/СШ, которое получает-

ся при сложении некоррелированных реализаций СШ. При других, промежуточных положениях

дефекта оптимальный шаг АР принимает промежуточные значения между d = 0,2λ и d = 0,4λ.

Q(d/λ)

Д₁

5,0

Д₂

4,0

АР1

3,0

d/λ

2,0

0,2

0,4

0,6

Рис. 6. Схема расположения дефектов в угловой зоне (а); графики зависимости отношения сигнал/СШ от отношения d/λ (б):

1 — для дефекта Д₁, 2 — для дефекта Д₂.

Следует заметить, что при использовании преобразователей с СТК оптимальный шаг АР не

совпадает с радиусом корреляции СШ. Обычно под радиусом корреляции СШ понимают такое

расстояние между преобразователями, при котором значение ВКФ реализаций СШ уменьшается в

10 раз по сравнению с максимальным значением [6]. О значениях ВКФ можно судить по характе-

ристической функции. Для преобразователей с СТК характеристическая функция убывает в 10 раз

2πd

при значении аргумента

=14,35

(см. рис. 4а). Это соответствует радиусу корреляции СШ

r_k =2,284λ, что в несколько раз больше оптимального шага АР. Это объясняется влиянием отрица-

тельной взаимной корреляции реализаций СШ при небольших расстояниях между преобразовате-

лями, которая приводит к снижению уровня СШ. При использовании преобразователей с узкой ДН

(для преобразователей продольных волн с апертурой более одной длины волны) ОВК не возникает

(см. рис. 4б) и оптимальный шаг АР практически равен радиусу корреляции СШ [10].

ВЫБОР ШАГА АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ ПРИ КОНТРОЛЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ БЕТОНА

С НЕРАВНОМЕРНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ СВОЙСТВ

Особенностью СК из бетона является неравномерное распределение свойств по объему изде-

лия, в результате чего даже в одном изделии возможен существенный разброс скоростей ультра-

звуковых волн. В изделиях из бетона различных марок скорость поперечных УЗ волн может раз-

Дефектоскопия

№ 2

2020

Ультразвуковой томограф бетонных строительных конструкций...

личаться от 1500 до 2500 м/с. Соответственно в такой же степени различается и длина УЗ волны.

Вместе с тем в большинстве УЗ томографов антенные решетки имеют постоянный шаг, и если шаг

АР является оптимальным при какой-то одной скорости УЗ волны, он будет неоптимальным при

другой скорости УЗ волны. Поэтому возникает вопрос — в каком диапазоне скоростей УЗ волн

может работать конкретная АР при условии, что во всем рабочем диапазоне должно обеспечивать-

ся высокое отношение сигнал/СШ. Для решения этой проблемы воспользуемся результатами иссле-

дования, описанного в предыдущем разделе. Как следует из графиков на рис. 6б, достаточно высо-

кое отношение сигнал/СШ при любом положении точки зондирования сбоку от АР обеспечивается

в диапазоне значений шага АР от 0,3λ до 0,6λ. Полученный результат означает, если руководство-

ваться критерием максимума отношения сигнал/СШ, то конкретная АР с фиксированным расстоя-

нием между преобразователями (шагом АР) d может использоваться при наклонном зондировании

бетонных СК, в которых скорость УЗ волн такова, что длина волны лежит в пределах от λ = 1,67d

до λ = 3,33d.

ВЛИЯНИЕ УГЛА ЗОНДИРОВАНИЯ НА РАЗРЕШАЮЩУЮ СПОСОБНОСТЬ ПО УГЛУ

Еще одна особенность УЗ томографии при наклонном зондировании СК из сложноструктурно-

го бетона состоит в том, что разрешающая способность по углу сильно зависит от угла зондирова-

-200

200

X, мм

–100

18,4 °

200

-50

45,0 °

400

H, мм

-200

200 X, мм

-100

26,5 °

200

-50

45,0 °

400

H, мм

–200

200 X, мм

-100

33,7 °

200

-50

45,0 °

400

H, мм

-200

200 X, мм

-100

39,8 °

200

-50

45,0 °

400

H, мм

Рис. 7. Положение АР относительно дефекта (а) и томограмма изделия с дефектом (б), расположенным под углом к АР.

Дефектоскопия

№ 2

2020

В.К. Качанов, В.Г. Карташев, И.В. Соколов и др.

ния. Это объясняется тем, что при увеличении угла наклона θ уменьшается эквивалентный размер

апертуры антенны (D′<D), что приводит к ухудшению разрешающей способности по углу

(см. рис. 3). В то же время разрешающая способность по дальности остается высокой, так как она

определяется точностью измерения временной задержки сигналов. Эффект ухудшения разрешаю-

щей способности по углу поясняется на рис. 7, где показана линейная УЗ АР, созданная для обна-

ружения расположенного под углом к АР дефекта (отверстия диаметром 50 мм). Шаг АР, в соот-

ветствии с рекомендациями, сделанными в [9], был уменьшен до величины d ≈ 0,4λ = 25 мм.

Из томограмм на рис. 7б видно, что с помощью АР удается уверенно обнаруживать дефект,

расположенный на глубине h = 200 мм и находящийся под углом к антенне θ ≤ 40°.Однако при

последующем увеличении угла зондирования θ изображение дефекта искажается — становит-

ся все более удлиненным. При расположении АР с другой стороны дефекта на томограмме он

также деформируется, но при этом дефект получает наклон в противоположную сторону. Оче-

видно, что для улучшения качества изображения дефекта, расположенного под выступом на

СК, следует использовать две антенны, расположенные симметрично по обеим сторонам

выступа.

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ УГЛОВАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА ДЛЯ ТОМОГРАФИИ СТРОИТЕЛЬ-

НЫХ КОНСТРУКЦИЙ ТИПА «ВНУТРЕННИЙ УГОЛ»

Для обнаружения дефекта СК, расположенного в области вблизи ребра двугранного угла,

образованного плоскостями стен, нами было предложено использовать две АР на каждой из

сторон двугранного угла (рис. 8). Совместная работа двух АР, расположенных в области ребра

двугранного угла и совместная обработка эхосигналов позволили обеспечить высокую угловую

разрешающую способность, а также позволили более эффективно выделять полезные сигналы

из СШ.

Рис. 8. Зондирование СК типа «внутренний угол» с помощью угловой АР (а): схема расположения угловой АР внутри

угловой СК (б).

На следующем этапе исследований для контроля СК типа «двугранный угол» была разработа-

на УЗ АР, состоящая из двух линейных антенн, расположенных под углом θ = 90° друг к другу

(рис. 8а). На рис. 8б показана схема расположения угловой АР в области угла СК. Разработанная

угловая АР позволяет работать в нескольких режимах. На рис. 9а, б режим, при котором каждая

«половинка» (АР1 и АР2) излучает и принимает сигналы. Так как излучение происходит под углом

больше 45°, то на томограммах отметка дефекта (дефект — цилиндрическое отверстие диаметром

50 мм, расположенное в вблизи ребра двугранного угла на расстоянии 200 мм от каждой из сте-

нок), не регистрируется.

Несколько лучший результат дает схема контроля, при которой излучает одна «половинка»

(АР1), а принимает АР2 (рис. 9в). На рис. 9г показаны результаты томографии СК типа «внутрен-

ний угол» в режиме, при котором излучают и принимают эхосигналы обе «половинки» угловой

Дефектоскопия

№ 2

2020

Ультразвуковой томограф бетонных строительных конструкций...

100 200 300

X, мм

100 200

300 X, мм

100

200

300

H, мм

100 200 300

X, мм

100 200

300 X, мм

100

200

300

H, мм

Рис. 9. Варианты работы угловой АР:

а, б — каждая «половинка» АР излучает и принимает сигнал; в — одна «половинка» АР излучает», а вторая — принимает сигнал;

г — обе половинки АР излучают и принимают сигналы от дефекта.

антенны. Очевидно, что в этом случае производится своеобразная ПВОС, при которой дефект

«рассматривается» с двух пространственно независимых положений.

В результате одновременного использования двух «половинок» угловой АР, каждая из которых

создана для наклонного зондирования СК, повышается достоверность обнаружения дефекта, рас-

положенного внутри стеновой конструкции типа «внутренний угол» и недоступного для обнару-

жения традиционными УЗ томографами с линейными антенными решетками.

ВЫВОДЫ

Проведенные исследования показали, что для УЗ томографии бетонных стеновых кон-

струкций с наклонным излучением сигнала следует использовать антенные решетки, состоя-

щие из низкочастотных преобразователей поперечных акустических волн с сухим точечным

контактом. При этом шаг АР должен быть меньше обычно используемого и должен составлять

(0,35—0,4)λ.

Для более эффективного выделения полезных сигналов, а также для повышения угловой раз-

решающей способности при контроле углового соединения двух стеновых конструкций, а также

при контроле изделий, у которых выступ мешает расположить АР над предполагаемым дефек-

том, целесообразно использовать две раздельные АР, предназначенные для наклонного зондиро-

вания СК.

Для контроля углового соединения стен «изнутри угла» предлагается использовать единую

антенну, состоящую из двух линейных АР, предназначенных для наклонного зондирования СК,

объединенных в одну антенную решетку.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта

№ 19-38-90223.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Shevaldykin V.G., Kozlov V.N., Samokrutov A.A. «Inspection of Concrete by Ultrasonic Pulse-Echo Tomograph

with Dry Contact» / 7th European conference on Non-Destructive Testing, Copengagen, 26—29 May. 1998.

2. Schickert M. Towards SAFT-Imaging in Ultrasonic Inspection of concrete / International Symposium

Non-Destructive Testing in Civil Engineering (NDT-CE) September 26 28, 1995. P. 411—418.

3. Козлов В.Н., Самокрутов А.А., Шевалдыкин В.Г. Ультразвуковой низкочастотный преобразова-

тель. Патент РФ № 2082163 // Бюлл. изобр. 1997. № 17.

4. Карташев В.Г., Качанов В.К. Оптимальное выделение сигналов на фоне структурного шума в

ультразвуковой дефектоскопии // Дефектоскопия. 1992. № 7. С. 14—24.

Дефектоскопия

№ 2

2020

В.К. Качанов, В.Г. Карташев, И.В. Соколов и др.

5. Качанов В.К., Карташев В.Г., Соколов И.В., Туркин М.В. Проблемы выделения ультразвуковых

сигналов из структурного шума при контроле изделий из сложноструктурных материалов // Дефекто-

скопия. 2007. № 9. C. 71—86.

7. Качанов В.К., Карташев В.Г., Соколов И.В., Воронкова Л.В., Шалимова Е.В. Структурный шум в

ультразвуковой дефектоскопии. М.: Издательский дом МЭИ, 2016. 186 с.

8. Kartashev V.G., Kachanov V.K., Sokolov I.V. et al. Pattern-Noise in Ultrasonic Inspection of Articles Made

of Complexly Structured Materials // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2018. V. 54. No. 1. P. 17—30.

[Карташев В.Г., Качанов В.К., Соколов И.В., Воронкова Л.В., Концов Р.В. Структурный шум при ультра-

звуковом контроле изделий из материалов со сложной структурой // Дефектоскопия. 2018. № 1. С.19—32.]

9. Kartashev V.G., Kachanov V.K., Sokolov I.V. et al. Choosing Phased Array Pitch in Ultrasonic

Tomography of Materials with Inhomogeneous Structure // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2018.

V. 54. No. 1. P. 17—30. [Карташев В.Г., Качанов В.К., Соколов И.В., Концов Р.В., Фадин А.С. Выбор

шага антенной решетки при ультразвуковой томографии материалов с неоднородной структурой //

Дефектоскопия. 2018. № 4. С. 3—11.

10. Kartashev V.G., Kachanov V.K., Sokolov I.V. et al. Selecting the Pitch of a Double Crystal Transducer

in Ultrasonic Testing of Products Made of Complex Structured Materials with a Nonplanar Surface// Russian

Journal of Nondestructive Testing. 2019. V. 55. No. 12. P. 887—897. [Карташев В.Г., Качанов В.К.,

Соколов И.В., Фадин А.С., Тимофеев Д.В. Выбор шага перемещения раздельно-совмещенного преоб-

разователя при ультразвуковом контроле изделий из сложноструктурных материалов с неплоской

поверхностью // Дефектоскопия. 2019. № 12. C.16—25.]

Дефектоскопия

№ 2

2020