بهبود دقت اندازه گيري سرعت امواج فراصوتي در فولاد به كمك الگوريتم SAGE

Improvement of Ultrasonic Wave Velocity Measurements in Steel Components by Using the SAGE Algorithm

اندازه‌گيري دقيق سرعت امواج فراصوتي در مواد از اهميت زيادي برخوردار است و علاوه بر كاربردهاي ضخامت‌سنجي قطعات، براي محاسبه ضرايب الاستيك مواد نيز مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در اين مقاله سعي خواهد شد با استفاده از روش‌هاي پردازش سيگنال، دقت اندازه‌گيري سرعت امواج فراصوتي افزايش داده شده و عدم قطعيت اندازه‌گيري سرعت نيز محاسبه شود. بدين منظور از الگوريتم SAGE،كه يكي از روش‌هاي تخمين به كمك مدلسازي است، استفاده شده است. به كمك اين الگوريتم مي‌توان اكوهاي داراي همپوشاني در سيگنال فراصوتي را از هم تفكيك نمود و در نتيجه فاصله اكوها را كه همان زمان پرواز موج است با دقت انداز‌ه‌گيري كرد. علاوه بر اين، با انجام مدلسازي، تاثير نويزهاي مزاحم موجود در سيگنال نيز تا حد زيادي كاهش مي‌يابد. به منظور ارزيابي روش پيشنهادي، نمونه‌اي پله‌اي از جنس فولاد اي آي اس آي 4140 با ضخامت هاي 10، 15، 20 و 25 ميلي متر، به روش آزمون فراصوتي غوطه‌وري مورد آزمايش قرار گرفت. اختلاف زماني بين اكوها براي پنجاه اندازه‌گيري مكرر محاسبه و با ميانگين‌گيري از اين مقادير و محاسبه انحراف معيار آن ها مقدار اختلاف زماني و عدم قطعيت بدست آمده است. با اندازه‌گيري دقيق ضخامت قطعه با ميكرومتر و استفاده از اختلاف زماني حاصل از مدلسازي، مقدار سرعت صوت و عدم قطعيت آن محاسبه شده است. روش‌هاي مختلف مدلسازي در مطالعه حاضر مورد استفاده قرار گرفته و با يكديگر مقايسه شده‌اند. نتايج بدست آمده حاكي از آن است كه اين روش مي‌تواند عدم قطعيت سرعت صوت را به صورت قابل توجهي بهبود بخشد.

Measurement of wave velocity in materials is very important. It has applications in ultrasonic thickness gauging as well as estimating the elastic constants of materials. The aim of the current paper is to improve the accuracy of wave velocity measurements by signal processing techniques. For this purpose, the SAGE algorithm, which is a model-based estimation technique, is implemented. Using SAGE, the overlapping echoes are separated and consequently the time-delay between these echoes is estimated more accurately. The signal processing scheme reduces the adverse effects of noise too. To demonstrate the effectiveness of the proposed technique, an AISI 4140 steel block with four steps of thicknesses 10, 15, 20, and 25 mm was tested by the immersion ultrasonic testing technique. The time-delay between echoes obtained from each step was measured fifty times and by averaging these measurements, the actual time-delay and its uncertainty were estimated. The thickness of the block at each step was also measured by a micrometer. Using the time-delay and thickness data, the wave velocity and its uncertainty were estimated for each of the four thicknesses. The results show that this technique can reduce the uncertainty of wave velocity measurements significantly.