TA_kogumik 2018-2019

MARTIN LINTS
MARTIN LINTS
ja üks saatev piesoelektrililine ultrahelisensor (joon. 1). Katsete käigus saadetakse nihkelaineid
ja vastu võetakse pikilaineid, sest 1) pildil näidatud konfiguratsioonis on nihkelained sel
juhul suunatud täpselt vastuvõtvasse sensorisse ja 2) signaalitöötlus tekitab fookuse kasutades
materjali sisepeegeldusi. Katseseade koosneb järgnevatest komponentidest:
Eelvõimendi: Juvitek TRA-02 (0.02–5 MHz) koos vastava tarkvaraga;
Võimendi: ENI mudel A150 (55 dB vahemikus 0.3-35 MHz);
Nihkelaine sensor: Technisonic ABFP-0202-70 (2.25 MHz);
Pikilaine sensor: Panametrics V155 (5 MHz).
algsesse punkti (A) jõudma taastunud esialgne laineimpulss. Sellisel kombel on võimalik
suvalise kujuga katsekehas, kasutades lihtsaid ultrahelisensoreid, tekitada ajas ja ruumis
fokuseeritud impulss [4, 5, 12]. Ajalise ümberpöörde signaalitöötlus vajab seega kahte
signaali edastust.
Töös on kasutatud ajalise ümberpöörde varianti, kus mõlemad signaaliedastused toimuvad
suunal A → B (ingl k reciprocial time reversal) [1, 3]. Algne impulss on suhteliselt pikk (1,24
ms) siristussignaal (ingl k chirp). Sellega saab tekitada fokuseeritud ultrahelilaine kasutades
vaid ühte sensorite paari, mis väga sobilik, kui sensorid on väikesed, näiteks nagu detaili
sisse ehitatud sensorite puhul.
Signaalitöötlus koosneb neljast sammust (joon. 2):
1. Saadetaks esiristussignaal c(t)=A·sin(φ(t)), kus φ(t) on lineaarselt muutuv hetline
faas ja vastu võetud signaal on y(t).
2. Arvutatakse ristkorrelatsioon saadetud ja vastuvõetud signaalide vahel
Γ(t) = c(t) • y(t).
3. Ristkorrelatsioon pööratakse ajas ümber Γ(t) → Γ(−t).
4. Saadetakse Γ(−t), vastu võetakse ajas ja ruumis fokuseeritud pulss y TR (t).
Kõigi sammude jooksul peab materjali ja katse konfiguratsioon püsima muutumatuna.
Joonis 1: Süsinikplasti mittepurustava testimise katse konfiguratsioon. Kandiline sensor
saadab ultrahe- lilaineid ja ümmargune võtab signaali vastu.
2. Signaalitöötlusmeetodi teoreetilised alused
Süsinikplastide mittepurustava testimise jaoks oleme välja töötatud hilistunud ajalisel ümberpöördel
põhineva mittelineaarse elastsuslaine spektroskoopia (ing k delayed Time Reversal
– Nonlinear Elastic Wave Spectroscopy e. delayed TR-NEWS). Sellel on kaks eesmärki:
1) fokuseerida laineenergia katsekeha sees õigesse kohta ja 2) tuvastada materjali mittelineaarseid
efekte, mis võivad olla tekkinud kahjustustest.
2.1 Ajaline ümberpööre
Ajalise ümberpöörde põhimõte seisneb elastsuslaine leviku ümberpööratavuses. Saates
katseobjekti ühest otsast (punkt A) sisse kindla kujuga laineimpulsi või signaali, jõuab see
üldjuhul objekti teise otsa (punkt B) muutunud kujul (sisepeegelduste ja hajumise tõttu). Kui
saadud signaal teistpidi pöörata ja siis vastupidises suunas (B → A) läbi objekti saata, peaks
2.2 Mittelineaarsuse tuvastamine
Joonis 2: Ajalise ümberpöörde põhimõtteskeem
Tugevusõpetuses eeldatakse tihti, et materjalid, sealhulgas ka süsinikplastid [10], käituvad
72 73