Adaptyvių dekompozicijos algoritmų taikymas ultragarsiniuose matavimuose (ADECON)

 

Projekto nr.: PP41/1501

Projekto aprašymas:

Projekto partneris – Institute for Physical and Information Technologies (ITEFI), Spanish National Research Council (CSIC).
Medžiagų mechanines bei chemines savybes, temperatūrą, įtempimus bei struktūrinį integralumą galima tirti ultragarsu dėl jo tiesioginės sąveikos su tiriamos medžiagos fizinėmis savybėmis. Ultragarsinis tyrimas naudoja zonduojančius signalus, pagal kurių atspindžio amplitudę ar vėlinimo laiką sprendžiama apie tiriamąjį parametrą. Paprastai atspindžių yra keli, kiekvienas jų užima tam tikrą laiką, todėl įtakoja vienas kitą, apsunkindami gaunamų rezultatų interpretaciją. Dekompozicijos taikymas leidžia išskaidyti signalą į komponentes, tinkamesnes vaizdavimui, interpretavimui ar matavimams. Šis metodas reikalauja atraminės išsiųsto signalo kopijos, kuri ir naudojama amplitudės ir atėjimo laiko nustatymui, reikalingiems atlikti iteratyvią dekonvoliuciją. Metodo taikymą komplikuoja, kad zonduojantis signalas medžiagoje yra slopinamas skirtingai, priklausomai nuo jo dažnio. Todėl keičiasi signalo forma bei spektrinis turinys. Dėl šios priežasties blogėja dekompozicijos kokybė arba ji tampa neįmanoma. Nauja, kad siūloma šį atraminį signalą adaptuoti remiantis likutine dekompozicijos energija. Slopinimas bei atspindžiai nuo struktūros blogina signalo ir triukšmo santykį. Todėl auga amplitudės bei sklidimo laiko nustatymo paklaidos, dažnio komponentės gali paskęsti triukšme. Tai blogina signalo adaptyvumą bei dekompozicijos kokybę. Jei zondavimui naudojamas impulsas, signalo energiją galima padidinti auginant signalo amplitudę. Tačiau amplitudė yra ribojama keitiklio bei žadinimo elektronikos. Nauja, kad situacijai pakeisti siūloma taikyti binarinius skleisto spektro signalus: pagerinamas ne tik signalo ir triukšmo santykis, bet ir praplečiama dažnių juosta, palengvinamas siuntimo ir priėmimo laipsnių režimas, galima naudoti mažesnių gabaritų, ekonomiškesnę tyrimo įrangą. Šalia esantys signalai didina padėties ir amplitudės nustatymo paklaidas, dėl to blogėja dekompozicijos kokybė. Nauja, kad imamasi priemonių šioms paklaidoms sumažinti, taikant reiteratyvios laiko bei dažnio srities dekompozicijos metodus. Aukščiau minėti patobulinimai suteikia naują dekompozicijos kokybę gaunant galimybę. Projektas skirtas ištirti metodo taikymą polimerinių bei kompozitinių medžiagų ultragarsiniuose matavimuose.

Projekto finansavimas:

KTU MTEPI fondas

Projekto rezultatai:

Suprojektuota ir parengta ultragarsinių signalų generavimo ir priėmimo įranga, papildant jau turimą sistemą naujais žadinimo bei priėmimo kaskadais, kadangi žadinimo signalų optimizavimui buvo reikalingas generatorius minimaliai iškraipantis matematiškai aprašytą signalą. Nauja, kad pasiūlyta bipoliaraus dvitakčio kaskado su plaukiojančiu valdikliu topologija, valdymo signalus perduodant diferencialinio talpuminio atrišimo schema. Suprojektuotas, pagamintas ir ištirtas žadinimo kaskado maitinimo mazgas su galvaniniu atrišimu. Imtuvo apsaugos grandinėse pasiūlyta naudoti izoliuotos užtūros lauko tranzistorių su indukuotu kanalu priešpriešinio jungimo ir diodinio ribotuvo kombinaciją. Pasiūlyta metodika kompleksiniam sistemos parametrų įvertinimui. Nustatyta, kad žadinimo signalo fronto asimetriškumas sumažintas nuo 15ns iki 3,5ns; imtuvo atsistatymo laikas sumažintas nuo 11us iki 3 µs.
Atlikti tyrimai optimalaus žadinimo signalo rinkinio sudarymui, įvertinant keitiklio ir medžiagos savybes.
Pasiūlytas iteratyvios dekompozicijos algoritmas priimtų ultragarsinių atspindžių atskyrimui, papildant reiteratyviu algoritmu. Taikant iteratyvią dekompoziciją artimos zonos laiko įverčio paklaidos sumažintos nuo 50ns iki 25ns. Papildžius reiteratyviu algoritmu paklaidos sumažinamos iki 5ns, o artima zona sumažinama nuo 600ns iki 50ns.
Nauja, kad iteratyvios dekompozicijos algoritmą pasiūlyta papildyti atraminio signalo adaptavimu, naudojant skaitmeninį laisvai pasirenkamos neribotos impulsinės reakcijos filtru. Tirtu atveju likutinė dekompozicijos energija sumažinta iki -28dB (-10dB be adaptavimo).
Paskelbtos 2 publikacijos WoS žurnaluose, 4 konferencijų pranešimai bei straipsniai.

Projekto įgyvendinimo laikotarpis: 2015-04-03 - 2015-12-31

Projekto partneriai: Institute of Information and Physics Technologies, Spanish National Research Council