DOI: https://doi.org/10.24027/2306-7039.1.2020.204226
Відкритий доступ Відкритий доступ  Обмежений доступ Доступ за передплатою

Відновлення приповерхневих радіальних профілів електрофізичних характеристик циліндричних об’єктів при вихрострумових вимірюваннях із наявністю апріорних даних. Формування вибірки для побудови сурогатної моделі

Володимир Якович Гальченко, Володимир Володимирович Тичков, Анатолій Вячеславович Сторчак, Руслана Володимирівна Трембовецька

Анотація


Показано перспективність розв’язку багатопараметрової оберненої задачі вихрострумових вимірювань щодо ідентифікації радіальних профілів електрофізичних характеристик циліндричних об’єктів контролю апроксимаційним методом, який передбачає використання апріорної інформації про випробування об’єктів шляхом математичного моделювання. Виконано постановку задачі, визначено основні етапи її ефективного розв’язку. Наведено універсальну математичну модель процесу вимірювань, створено комплекс програм її реалізації в середовищі Python 3. Розрахунками на тестових моделях для простих випадків, коли є відомими аналітичні розв’язки, доведено адекватність створеного програмного забезпечення. З використанням комплексу програм проведено серію чисельних експериментів, які показали можливість розрізнення різновидів профілів розподілу матеріальних характеристик об’єктів моделювання. Проведено підготовчий етап побудови апроксимаційної сурогатної моделі для випадку залежності вихідного сигналу вихрострумового перетворювача від електричної провідності та магнітної проникності при фіксованій частоті збудження, що полягає в створенні комп’ютерного плану експерименту на основі ЛПt-послідовностей Соболя та формуванні на базі “точної” електродинамічної моделі задачі навчальної вибірки. Вказано шляхи узагальнення на більш складні випадки розв’язку вимірювальних задач.

Ключові слова


електрична провідність; магнітна проникність; приповерхневий профіль; вихрострумові вимірювання; відновлення; обернена електродинамічна задача; сурогатна модель

Повний текст:

PDF

Посилання


Dorofeev A.L. Vihrevye toki [Eddy currents]. Moscow, Energy Publ., 1977. 72 p. (in Russian).

Beda P.I., Sapunov V.M., Poljakov A.I., Putnikov Ju.G. Metodicheskie rekomendacii po primeneniju vihretokovyh izmeritelej jelektricheskoj provodimosti dlja kontrolja svojstv materialov detalej aviacionnoj tehniki [Guidelines for the use of eddy current conductivity meters to control the properties of materials of parts of aircraft]. 13th Research Institute of the Ministry of Defense of Russia. Lyubertsy, 1992, no. 6519. 108 p. Available at: https://ru.b-ok.cc/book/2995249/84367d

Lider A.M., Larionov V.V., Garanin G.V. Novye vozmozhnosti vihretokovogo metoda: issledovanie modifikacii svojstv navodorozhennyh metallov pod dejstviem ionizirujushhego izluchenija [New features of the eddy current method: investigation of modification of the properties of hydrogenated metals under the influence of ionizing radiation]. Bulletin of science of Siberia, 2012, no. 3(4), pp. 49–54. Available at: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/16056

Berezjuk B.M., Marіkuca U.B., Svіrіdova T.V. Rozvjazannja zadachі bagatoparametrichnogo kontrolju metalevih virobіv zmіnno-chastotnim metodom vihrovih strumіv [Solving the problem of multi-parameter control of metal products by the alternating-frequency method of eddy currents]. Bulletin of Lviv Polytechnic National University, 2006, no. 564, pp. 67–71. Available at: http://ena.lp.edu.ua:8080/handle/ntb/38791

Gorkunov B., Borisenko E., Shaiban Tamer, Shahin Issam. Electromagnetic transducer with spatially-periodical field structure for multi-parameter inspection systems. Bulletin of NTU “KhPI”. Series: New solutions in modern technologies. Kharkiv, NTU KhPI, 2018, 26(1302), 1, pp. 80-85 (in Russian). doi: https://doi.org/10.20998/2413-4295.2018.26.12

Gorkunov B.M., Lvov S.G., Borisenko E.A. Uncertainty estimation while proceeding multi-parameter eddy current testing. Information processing systems, 2018, no. 4, pp. 92–97. doi: https://doi.org/10.30748/soi.2018.155.12

Gorkunov B.M., Lvov S.G., Shiban T., Borisenko E.A. Jeksperimental'nye issledovanija vihretokovogo preobrazovatelja s prostranstvenno-periodicheskimi poljami [Experimental studies of eddy current converter with space-periodic fields]. Metrology and Instruments, 2018, no. 4(72), pp. 45–50 (in Russian). doi: https://doi.org/10.33955/2307-2180(4)2018.45-50

Gorkunov B.M., Tishhenko A.A. Metod superpozicii pri opredelenii glubiny uprochnennogo sloja vihretokovym metodom [Superposition method for determining the depth of the hardened layer by the eddy current method]. NTU “KhPI”: Sat. scientific tr. Subject. no.: Electric Power Engineering and Conversion Engineering. Kharkiv, NTUU KPI, 2011, no. 19, pp. 94–97. Available at: http://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/15716

Teterko A.Ja., Gutnyk V.I. Pobudova zvorotnoi' funkcii' peretvorennja pryladiv vyhrostrumovogo bagatoparametrovogo kontrolju [Construction of the inverse function of transformation of devices of eddy current multi-parameter control]. Physico-chemical mechanics of materials, 2011, vol. 47, no. 3, pp. 103–108. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/PHKhMM_2011_47_3_17

Teterko A.Ja., Gutnyk V.I. Koncepcija pobudovy aparatury bagatoparametrovogo vyhrostrumovogo kontrolju [Concept of construction of multivariable eddy current control equipment]. Information Selection and Processing: Interspace. Sat. of sciences. 2010, no. 33(109), pp. 9–14. Available at: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/16217

Teterko A.Ja., Gutnik V.I., Lucenko G.G., Teterko A.A. Metod mnogoparametrovyh vihretokovyh izmerenij tolshhiny, jelektroprovodnosti materiala i tolshhiny dijelektricheskogo pokrytija jelementov konstrukcij [The method of multi-parameter eddy current measurements of the thickness, electrical conductivity of the material and the thickness of the dielectric coating of structural members]. Technical diagnostics and non-destructive testing, 2014, no. 3, pp. 55–60. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/TDNK_2014_3_8

Ayad A., Benhamida F., Bendaoud A., Le Bihan Y., Bensetti M. Solution of Inverse Problems in Electromagnetic NDT Using Neural Networks. Przegląd Elektrotechniczny, 2011, vol. 87, no. 9a, pp. 330–333. Available at: http://pe.org.pl/articles/2011/9a/71.pdf

Burkhardt J. Determination of the conductivity and thickness of conductive layers on conductive base materials. Advances in Mechanical Engineering, 2019, vol. 11, no. 7, pp. 1–9. doi: https://doi.org/10.1177/1687814019854234

Chen X., Lei Y. Electrical conductivity measurement of ferromagnetic metallic materials using pulsed eddy current method. NDT E Int., 2015, vol. 75, pp. 33–38. doi: https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2015.06.005

Lahrech A.C., Abdelhadi B., Feliachi M., Zaoui A., Naїdjate M. Electrical conductivity identification of a carbon fiber composite material plate using a rotating magnetic field and multi-coil eddy current sensor. Eur. Phys. J. Appl. Phys., 2018, vol. 83, no. 2. Article Number 20901. doi: < href=https://doi.org/10.1051/epjap/2018170411> https://doi.org/10.1051/epjap/2018170411

Theodoulidis T. Impedance of a coil above a planar conductor with an arbitrary continuous conductivity depth profile. Int. J. Appl. Electromagn. Mech., 2019, vol. 59, no. 4, pp. 1179–1185. doi: < a href=https://doi.org/10.3233/JAE-171122> https://doi.org/10.3233/JAE-171122

Yin W., Peyton A.J. Determining the Step-change Conductivity Profile within Layered Metal Structures Using Inductance Spectroscopy. Instrumentation and Measurement Technology Conference. Sorrento, 2006, pp. 2127–2131. doi: https://doi.org/10.1109/IMTC.2006.328503

Batishhev V.I., Melentev V.S., Ivanov Ju.M. Approksimacionnye metody i sistemy promyshlennyh izmerenij, kontrolja, ispytanij, diagnostiki [Approximation methods and systems of industrial measurements, control, testing, diagnostics]. Moscow: Innovative Engineering, 2018. 460 p. (in Russian).

Synjavskyj A.T. Matematychni modeli dlja pidvyshhennja efektyvnosti ocinky parametriv neodnoridnyh seredovyshh za vidomym rozpodilom rozsijanogo elektromagnitnogo polja. Diss. dokt. tekhn. nauk [Mathematical models for increasing the efficiency of estimating the parameters of inhomogeneous media by the known distribution of the scattered electromagnetic field. Dr. tech. sci. diss.]. Lviv, Karpenko Physico-Mechanical Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine Publ., 2016. 436 p. (in Ukrainian).

Denisov P.A., Abraamjan A.L., Zhloba Ju.A., Lukjanova N.Ju., Malahova E.A., Shajhutdinov D.V. Reshenie obratnyh zadach identifikacii postojannyh magnitov: sostojanie voprosa [The solution of inverse problems of identification of permanent magnets: state of the issue]. Modern high technology, 2016, no. 9(1), pp. 23–27. Available at: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=36171

Halchenko V.Ya., Trembovetska R.V., Tychkov V.V. Development of excitation structure RBF-metamodels of moving concentric eddy current probe. Electrical engineering & electromechanics, 2019, no. 2, pp. 28–38. doi: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2019.2.05

Halchenko V.Ya., Trembovetska R.V., Tychkov V.V. Zastosuvannja nejrokomp’jutynga na etapi pobudovy metamodelej v procesi optymal'nogo surogatnogo syntezu anten [The neurocomputing using of the development metamodels stage in the optimal surrogate antennas synthesis process]. Visn. NTUU KPI, Ser. Radiotekh. Radioaparatobuduvan., 2018, no. 74, pp. 60‒72 (in Ukrainian). doi: https://doi.org/10.20535/RADAP.2018.74.60-72

Halchenko V.Ya., Trembovetska R.V., Tychkov V.V., Storchak A.V. Nonlinear surrogate synthesis of the surface circular eddy current probes. Przegląd elektrotechniczny, 2019, no. 9, pp. 76-82. doi: https://doi.org/10.15199/48.2019.09.15

Halchenko V.Ya., Jakymov A.N. Populyaczionnye metaevristicheskie algoritmy optimizaczii roem chasticz [Population metaheuristic algorithms for particle swarm optimization]. A training manual. Cherkasy: FLP A. Tretyakov, 2015. 160 p. (in Russian).

Koliskina V. Analytical and quasi-analytical solutions of direct problems in eddy current testing: doctoral thesis In Partial Fulfilment of the Requirements of the Doctor Degree in Mathematics [Subdiscipline of Mathematical modelling]. Riga, Riga Technical university, 2013. 193 p.

Kolyshkin A.A., Vaillancourt R. Analytical solution to eddy current testing of cylindrical problems with varying properties. Canadian Applied Mathematics Quarterly, 1994, vol. 2, no. 3, pp. 349–360.

Nestor C.W. Jr., Dodd C.V., Deeds W.E. Analysis and computer programs for eddy current coils concentric with multiple cylindrical conductors. United States: ORNL-5220, 1979. 135 p.

Uzal E. Theory of eddy current inspection of layered metals. 1992. 182 р.

Dodd C.V., Deeds W.E. Аnalytical solutions to eddy-current probe coil problems. United States: NSA-22-002271, 1967. 41 p. doi: https://doi.org/10.2172/4499902

Dodd C.V., Luquire J.W., Deeds W.E., Spoeri W.G. Some eddy-current problems and their integral solutions. United States: NSA-23-024407, 1969. 89 p. doi: https://doi.org/10.2172/4783007


Пристатейна бібліографія ГОСТ


Дорофеев А.Л. Вихревые токи. Москва: Энергия, 1977. 72 с.

Беда П.И., Сапунов В.М., Поляков А.И., Путников Ю.Г. Методические рекомендации по применению вихретоковых измерителей электрической проводимости для контроля свойств материалов деталей авиационной техники. Люберцы, 13 ГНИИ Минобороны России. Вып. № 6519. 1992. 108 с. URL: https://ru.b-ok.cc/book/2995249/84367d

Лидер А.М., Ларионов В.В., Гаранин Г.В. Новые возможности вихретокового метода: исследование модификации свойств наводороженных металлов под действием ионизирующего излучения. Вестник науки Сибири. 2012. № 3(4). С. 49–54. http://earchive.tpu.ru/handle/11683/16056

Березюк Б.М., Марікуца У.Б., Свірідова Т.В. Розв’язання задачі багатопараметричного контролю металевих виробів змінно-частотним методом вихрових струмів. Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. 2006. № 564: Комп’ютерні системи проектування. Теорія і практика. С. 67–71. URL: http://ena.lp.edu.ua:8080/handle/ntb/38791

Горкунов Б.М., Борисенко Е.А., Шибан Тамер, Шахин Иссам. Электромагнитный преобразователь с пространственно-периодическим полем для систем многопараметрового контроля. Вісник НТУ “ХПІ“, Серія: Нові рішення в сучасних технологіях. Харків: НТУ “ХПІ”. 2018. № 26(1302). Т. 1. С. 80‒85. doi: https://doi.org/10.20998/2413-4295.2018.26.12

Gorkunov B.M., Lvov S.G., Borisenko E.A. Uncertainty estimation while proceeding multi-parameter eddy current testing. Системи обробки інформації. 2018. Вип. 4. С. 92–97. doi: https://doi.org/10.30748/soi.2018.155.12

Горкунов Б.М., Львов С.Г., Шибан Т., Борисенко Е.А. Экспериментальные исследования вихретокового преобразователя с пространственно-периодическими полями. Метрологія та прилади. 2018. № 4(72). С. 45–50. doi: https://doi.org/10.33955/2307-2180(4)2018.45-50

Горкунов Б.М., Тищенко А.А. Метод суперпозиции при определении глубины упрочненного слоя вихретоковым методом. Вестник Нац. техн. ун-та “ХПИ”: сб. науч. тр. Темат. вып.: Электроэнергетика и преобразовательная техника. Харьков: НТУ “ХПИ”. 2011. № 19. С. 94–97. http://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/15716

Тетерко А.Я., Гутник В.І. Побудова зворотної функції перетворення приладів вихрострумового багатопараметрового контролю. Фізико-хімічна механіка матеріалів. 2011. Т. 47. № 3. С. 103–108. http://nbuv.gov.ua/UJRN/PHKhMM_2011_47_3_17

Тетерко А.Я., Гутник В.І. Концепція побудови апаратури багатопараметрового вихрострумового контролю. Відбір і обробка інформації: Міжвід. зб. наук. пр. 2010. Вип. 33(109). С. 9–14.

Тетерко А.Я., Гутник В.И., Луценко Г.Г., Тетерко А.А. Метод многопараметровых вихретоковых измерений толщины, электропроводности материала и толщины диэлектрического покрытия элементов конструкций. Техническая диагностика и неразрушающий контроль. 2014. № 3. С. 55–60. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/16217

Ayad A., Benhamida F., Bendaoud A., Le Bihan Y., Bensetti M. Solution of Inverse Problems in Electromagnetic NDT Using Neural Networks. Przegląd Elektrotechniczny, 2011, vol. 87, no. 9a, pp. 330–333. http://pe.org.pl/articles/2011/9a/71.pdf

Burkhardt J. Determination of the conductivity and thickness of conductive layers on conductive base materials. Advances in Mechanical Engineering, 2019, vol. 11, issue 7, pp. 1–9. doi: https://doi.org/10.1177/1687814019854234

Chen X., Lei Y. Electrical conductivity measurement of ferromagnetic metallic materials using pulsed eddy current method. NDT E Int., 2015, vol. 75, pp. 33–38. doi: https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2015.06.005

Lahrech A.C., Abdelhadi B., Feliachi M., Zaoui A., Naїdjate M. Electrical conductivity identification of a carbon fiber composite material plate using a rotating magnetic field and multi-coil eddy current sensor. Eur. Phys. J. Appl. Phys., 2018, vol. 83, no. 2. Article Number 20901. doi: < href=https://doi.org/10.1051/epjap/2018170411> https://doi.org/10.1051/epjap/2018170411

Theodoulidis T. Impedance of a coil above a planar conductor with an arbitrary continuous conductivity depth profile. Int. J. Appl. Electromagn. Mech., 2019, vol. 59, no. 4, pp. 1179–1185. doi: < a href=https://doi.org/10.3233/JAE-171122> https://doi.org/10.3233/JAE-171122

Yin W., Peyton A.J. Determining the Step-change Conductivity Profile within Layered Metal Structures Using Inductance Spectroscopy. Instrumentation and Measurement Technology Conference. Sorrento, 2006, pp. 2127–2131. doi: https://doi.org/10.1109/IMTC.2006.328503

Батищев В.И., Мелентьев В.С., Иванов Ю.М. Аппроксимационные методы и системы промышленных измерений, контроля, испытаний, диагностики: монография. Москва: Инновационное машиностроение, 2018. 460 с.

Синявський А.Т. Математичні моделі для підвищення ефективності оцінки параметрів неоднорідних середовищ за відомим розподілом розсіяного електромагнітного поля: дис… д.т.н. Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України. Львів, 2016. 436 с.

Денисов П.А., Абраамян А.Л., Жлоба Ю.А., Лукьянова Н.Ю., Малахова Е.А., Шайхутдинов Д.В. Решение обратных задач идентификации постоянных магнитов: состояние вопроса. Современные наукоемкие технологии. 2016. № 9(1). С. 23–27. http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=36171

Halchenko V.Ya., Trembovetska R.V., Tychkov V.V. Development of excitation structure RBF-metamodels of moving concentric eddy current probe. Electrical engineering & electromechanics, 2019, no. 2, pp. 28–38. doi: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2019.2.05

Гальченко В.Я., Трембовецька Р.В., Тичков В.В. Застосування нейрокомп’ютинга на етапі побудови метамоделей в процесі оптимального сурогатного синтезу антен. Вісник НТУУ “КПІ”. Серія Радіотехніка. Радіоапаратобудування. 2018. № 74. С. 60–72. doi: 10.20535/RADAP.2018.74.60-72

Halchenko V.Ya., Trembovetska R.V., Tychkov V.V., Storchak A.V. Nonlinear surrogate synthesis of the surface circular eddy current probes. Przegląd elektrotechniczny, 2019, no. 9, pp. 76–82. doi: https://doi.org/10.15199/48.2019.09.15

Гальченко В.Я., Якимов А.Н. Популяционные метаэвристические алгоритмы оптимизации роем частиц: yчеб. пос. Черкассы: ФЛП Третяков А.Н., 2015. 160 с.

Koliskina V. Analytical and quasi-analytical solutions of direct problems in eddy current testing: doctoral thesis In Partial Fulfilment of the Requirements of the Doctor Degree in Mathematics [Subdiscipline of Mathematical modelling]. Riga: Riga Technical university, 2013. 193 p.

Kolyshkin A.A., Vaillancourt R. Analytical solution to eddy current testing of cylindrical problems with varying properties. Canadian Applied Mathematics Quarterly,1994, vol. 2, no. 3, pp. 349–360.

Nestor C.W. Jr., Dodd C.V., Deeds W.E. Analysis and computer programs for eddy current coils concentric with multiple cylindrical conductors. United States: ORNL-5220, 1979. 135 p.

Uzal E. Theory of eddy current inspection of layered metals. 1992. 182 р.

Dodd C.V., Deeds W.E. Аnalytical solutions to eddy-current probe coil problems. United States: NSA-22-002271, 1967. 41 p. doi: https://doi.org/10.2172/4499902

Dodd C.V., Luquire J.W., Deeds W.E., Spoeri W.G. Some eddy-current problems and their integral solutions. United States: NSA-23-024407, 1969. 89 p. doi: https://doi.org/10.2172/4783007





УКРАЇНСЬКИЙ МЕТРОЛОГІЧНИЙ ЖУРНАЛ/UKRAINIAN METROLOGICAL JOURNAL

ISSN (Print) 2306-7039

ISSN (Online) 2522-1345