Naujų skleisto spektro metodų taikymas skaitmeninėse ultragarsinėse sistemose (ULTRASPREAD)

 

Projekto nr.: MIP-058/2012

Projekto aprašymas:

Projektas skirtas apibendrinti ir išplėsti skaitmeninių skleisto spektro ultragarsinių sistemų kūrimo mokslines ir technologines žinias. Projekto tikslas – sukurti naują spektro skleidimo metodą, remtą diskretaus laiko ir amplitudės žadinimo signalais, skirtą naudoti skaitmeninėse naujos kartos ultragarsinėse sistemose ir ištirti jo galimybes.Reikalavimai neardomosios kontrolės ir biomedicininės vizualizacijos sistemų skyrai auga, reikia vis lankstesnių ultragarsinių sistemų. Skyra ir sistemos lankstumas priklauso nuo galimybių valdyti zonduojančio signalo savybes. Ultragarsiniuose srauto greičio, temperatūros, medžiagų savybių matavimuose rezultato sklaidą apsprendžia signalo spektro plotis bei signalo-triukšmo santykis. Tačiau įprastiems signalams spektro plėtimas mažina signalo energiją. Minėtais atvejais naudojami sudėtingi signalai pasižymintys ir ilga trukme (energija) ir plačiu spektru: skleisto spektro signalai. Populiariausius, spektro skleidimui naudojamus, laisvai pasirenkamos formos signalus sudėtinga žadinti, sunku patiekti didelę žadinimo signalo galią, įranga neekonomiška ir brangi. Faze manipuliuotų sekų naudojimas neleidžia valdyti koreliacinės funkcijos ar spektro formos. Mes siūlome naują būdą – naudoti specialiai suformuotas stačiakampių impulsų sekas, naudojant specifines trukmių ir pozicijų laike kombinacijas; naudoti diskretų laiką – tai leistų taupyti ne tik sistemos resursus, bet ir pagerinti laiko ašies stabilumą. Taip pat planuojama sukurti teorinius pagrindus ir metodiką žadinimo dėsnio formavimui pagal iš anksto apibrėžtus optimalius laikinius ar dažninius parametrus. Pagerėja žadinimo elektronikos naudingumo koeficientas, išliktų maži gabaritai, sumažėtų skleisto spektro įrangos kaina. Tokių signalų taikymas leistų pagerinti vizualizacijos skyrą ir kokybę bei pagerinti matavimų jautrumą.Rezultatai pritaikomi vizualizacijos sistemose ir tiksliuose matavimuose: skysčio srauto, dujų srauto, temperatūros, chemijos tyrimuose.

Projekto finansavimas:

Lietuvos mokslo tarybos parama moksliniams tyrimams, Mokslininkų grupių projektai

Projekto rezultatai:

Suprojektuota skleisto spektro eksperimentams tinkama ultragarsinių signalų surinkimo sistema, suprojektuotas ir pagamintas aukštos įtampos impulsų sekų generatorius, signalo priėmimo, filtravimo ir skaitmenizavimo įranga, skaitmeninio signalo apdorojimo FPGA traktas bei duomenų perdavimo sąsaja. Pagal ankstesniais metais parengtą techninę dokumentaciją pagaminta skleisto spektro ultragarsinių signalų surinkimo sistema, įgalinanti generuoti laisvai pasirenkamas aukštos įtampos impulsų sekas, signalus priimti, filtruoti ir skaitmenizuoti. Vienu metu tyrimui gali būti naudojami iki 100 įvairių signalų: laisvai pasirenkamos pozicijos ir trukmės sekos (APWP), stačiakampiai impulsai, pastovaus dažnio radijo impulsai, dažniu moduliuoti signalai. Šios unikalios savybės dėka signalai gali būti patikimai palyginti tarpusavyje. Pagaminta ultragarsinio keitiklio pozicionavimo trimatėje erdvėje įranga. Ištirti sistemos mazgų parametrai pateikti pasiūlymai tobulinimui. Pasiūlyta nauja metodika signalo sklidimo laiko įverčio interpoliavimo paklaidų įvertinimui (žurnalas Measurement). Nustatyti dėsningumai itin svarbūs parenkant bet kurios laiko intervalą naudojančios sistemos (ne tik ultragarsinės bet ir radiolokacijos ar lidaro) priimto signalo diskretizavimo dažnį. Atlikta įprastinių ir skleisto spektro signalų greta esančių atspindžių įtakos sklidimo laiko įverčiui analizė. Tokia situacija dažnai egzistuoja matuojant plonų ar daugiasluoksnių medžiagų storį, todėl paklaidos sumažinimas itin svarbus. Parodyta, kad skleisto spektro signalai, ypač APWP, palyginus su įprastiniais (trumpas impulsas, radioimpulsas) pasižymi mažesne gretimų atspindžių įtaka sklidimo laiko įverčio skaidai.
Paskelbtos 8 publikacijos WoS žurnaluose, vietoj numatytų 6. Paskelbtos 6 publikacijas kituose recenzuojamuose periodiniuose mokslo leidiniuose. Paskelbta 14 konferencijų pranešimų vietoj numatytų 8.

Projekto koordinatorius: Kauno technologijos universitetas

Projekto partneriai: Kauno technologijos universitetas