Zpracování diagnostických signálů

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra matematiky

Anotace:

Přednáška je zaměřena na měřící techniky a matematické metody zpracování a hodnocení signálů a dat v nedestruktivní resp. neinvazivní diagnostice v materiálovém inženýrství resp. v lékařství. K popisu signálů a jejich přenosu v různých reprezentacích jsou rozebírány základní integrální transformace a jejich diskrétní ekvivalenty. Další část výkladu je věnována číslicové filtraci signálů. Doplňující počítačová cvičení jsou vedena na bázi programovacího jazyka MATLAB a seznamují studenty s dalšími funkcemi programových balíků MATLAB SIGNAL a WAVELET TOOLBOX.

Požadavky:

Základní kurzy matematické analýzy v reálném i komplexním oboru, základní kurzy obecné fyziky, informatiky, matematické statistiky a znalost programovacího jazyka (MATLAB nebo BASIC resp. C) v rozsahu prvních 3 ročníků FJFI ČVUT.

Osnova přednášek:

1. Metody a signály v nedestruktivní (resp. neinvazivní) technické (resp. lékařské) diagnostice (ultrazvukové, akustické, elektromagnetické, optické, radiační, mechanické).

2. Číslicové měřící techniky a systémy v diagnostice (jaderná technika, doprava, stavebnictví, lékařství).

3. Měřící přístroje a snímače fyzikálních veličin. Fyzikální principy detektorů a matematické základy časové a amplitudové diskretizace signálů. Počítačový sběr dat a řízení procesů. Číslicové převodníky, filtry, osciloskopy, generátory, zesilovače, spektrometry.

4. Předzpracování a záznam signálů (zesílení, filtrace, parametrizace, obálková analýza, přenos a ukládání dat). Způsoby hodnocení diagnostických dat.

5. Lineární a nelineární systémy. Přenosová funkce a systémová odezva. Nelineární metody, časově reverzní algoritmy, tomografie.

6. Měření a zpracování deterministických signálů. Konvoluce a dekonvoluce, analýza v časové, frekvenční a časo-frekvenční oblasti, waveletová analýza a filtrace.

7. Zpracování stochastických signálů. Analýza a potlačení šumu, statistické parametry a charakterizační atributy signálů, statistická analýza vyšších řádů - HOSA, metoda hlavních os a faktorová analýza, metody detekce příchodu signálů (prahová, pravděpodobnostní).

8. Vybrané metody rozpoznávání signálů a analýzy diagnostických dat. Principy lokalizace zdrojů signálu akustické emise, použití umělých neuronových sítí, relevantní příznaky pro klasifikaci signálů.

9. Úvod do programování v prostředí MATLAB Simulink a NI LabView a příklady programů.

Osnova cvičení:

Laboratorní cvičení (analýza akustické emise, ultrazvuková zobrazení a spektroskopie) a počítačové ukázky diagnostických metod jsou integrální součástí kurzu a probíhají v Ústavu termomechaniky AV ČR, v.v.i.

Cíle studia:

Znalosti:

Metodika získávání a zpracovávání signálů a dat v nedestruktivním hodnocení materiálů a monitorování stavu konstrukcí a v obdobných metodách neinvazivní lékařské diagnostiky. Fyzikální principy diagnostických systémů a základy číslicové měřící techniky. Algoritmy číslicového zpracování a rozpoznávání diagnostických signálů a hodnocení a interpretace získaných diagnostických dat.

Schopnosti:

Návrhy a použití číslicových měřících a vyhodnocovacích zařízení a matematických metod potlačení šumu a zpracování dat pro diagnostiku resp. monitorování objektů. Automatizace měření, vyhodnocování dat a rozhodování.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] B. Kopec a kol.: Nedetstruktivní zkoušení materiálů a konstrukcí. (ČNDT, CERM, Brno 2008).

[2] Davídek V., Sovka P.: Číslicové zpracování signálů a implementace. (Skriptum FEL ČVUT, Vydavatelství ČVUT, Praha, 1999).

[3] Sedláček M.: Zpracování signálů v měřící technice. (Skriptum FEL ČVUT, Vydavatelství ČVUT, Praha, 1993).

[4] Vích R., Smékal Z. : Číslicové filtry. (ACADEMIA, Praha, 2000).

Doporučená literatura:

[5] Shull P.J., ed. : Nondestructive Evaluation - Theory, Techniques, and Applications. (Marcel Dekker, Inc., N.Y., Basel, 2002).

[6] Klyuev V.V., Zusman G.V., eds.: Nondestructive Testing and Diagnostics Hanbook. (RSNDTD, Moscow, Metrix .Instruments Co., Houston, 2004).

[7] Nondestructive Testing Handbook, Vol. I - IX. (The American Society for NDT, Columbus, USA).

[8] www.ndt.net, www.cndt.cz , www.ndt-ed.org, www. asnt.org , www.dgzfp.de.

[9] Časopisy: NDT-Welding Bulletin (ČNDT), Materials Evaluation (ASNT, USA), Research in Nondestructive Evaluation (ASNT, USA), NDTandE (Elsevier), Journal of Acoustic Emission (AEWG, USA), Ultrasonics (Elsevier).

Studijní pomůcky:

Učebna s možností počítačové projekce, laboratoř s vybavením pro ultrazvukové nedestruktivní zkoušení a akustickou emisi.

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Matematické inženýrství (volitelný předmět)