|
DOI: 10.14489/td.2026.06.pp.024-033
Кувшинников В. С., Ковшов Е. Е., Сударев А. В.
СИМУЛЯЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ПРОМЫШЛЕННОГО ИМПУЛЬСНОГО RÖ-ИСТОЧНИКА
(с. 24-33)
Аннотация. Рассматривается задача моделирования портативных импульсных источников рентгеновского излучения (Rö-источников) для симулятора промышленной радиографии, разработанного на основе технологий виртуальной реальности и используемого в учебном процессе основного и дополнительного профессионального образования. Для создания цифровых двойников таких импульсных систем моделируется их уникальный спектральный выход, который не зависит от настроек экспонирования и часто отличается от спектрального выхода устройств с постоянным напряжением, где изменение напряжения позволяет влиять на спектральный выход. Разработана и проверена с помощью вычислительных экспериментов упрощенная математическая модель, использующая кусочно-линейную аппроксимацию форм импульсов напряжения и тока, что позволяет получить аналитическое решение для интегрированной спектральной интенсивности. В результате параметризации для типичной импульсной системы и оценки с использованием соответствующих стандартных номограмм экспозиции упрощенная линеаризованная модель продемонстрировала минимальную симметричную среднюю абсолютную процентную ошибку (SMAPE) 6,77 % в сравнении с 6,42 % у более детальной косинус-квадратной модели, при этом сравниваются лучшие значения для моделей, параметры которых численно оптимизированы методом Бройдена‒Флетчера‒Гольдфарба–Шанно. Значения оптической плотности сохранены в пределах допустимого диапазона, регламентируемого нормативно-техническими документами. Полученные результаты показывают, что разработанная упрощенная модель обладает погрешностью, позволяющей решать образовательные задачи при ее интеграции в симулятор промышленной радиографии. Модель может быть также применена в задачах обучения систем на основе искусственного интеллекта при решении проблем, вызванных низкой репрезентативностью и несбалансированностью наборов данных.
Ключевые слова: симулятор промышленной радиографии, математическое моделирование, компьютерное моделирование, импульсный источник рентгеновского излучения, радиационный неразрушающий контроль.
Kuvshinnikov V. S., Kovshov E. E., Sudarev A. V.
SIMULATION MODEL OF AN INDUSTRIAL IMPULSE RÖ-SOURCE
(pp. 24-33)
Abstract. The task of modeling portable pulse sources of X-ray radiation (Rö-sources) for the simulator of industrial radiography, developed on the basis of virtual reality technologies and used in the educational process of basic and additional professional education, is considered. To create digital twins of such pulse systems, their unique spectral output is modeled, which does not depend on the exposure settings and often differs from the spectral output of devices with constant voltage, where changing the voltage allows to influence the spectral output. A simplified mathematical model has been developed and verified using computational experiments, which uses a piecewise linear approximation of the voltage and current pulse shapes, allowing for an analytical solution for the integrated spectral intensity. As a result of parameterization for a typical impulse system and evaluation using the corresponding standard exposure nomograms, the simplified linearized model demonstrated a minimum symmetric mean absolute percentage error (SMAPE) of 6.77 %, compared to 6.42 % for more detailed cosine-square model, with the best values for models whose parameters are numerically optimized using the Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno method being compared. The optical density values are maintained within the acceptable range specified by regulatory documents. The results show that the developed simplified model has an error that allows it to be integrated into an industrial radiography simulator to solve educational problems. The model can also be used in the training of artificial intelligence systems to solve problems caused by low representativeness and unbalanced datasets.
Keywords: industrial radiographic evaluation simulation, mathematical modeling, computer modeling, X-ray pulsed source, radiation non-destructive testing.
В. С. Кувшинников, Е. Е. Ковшов (АО «Научно-исследовательский и конструкторский институт монтажной технологии – Атомстрой», Москва, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
А. В. Сударев (ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева», Москва, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
V. S. Kuvshinnikov, E. E. Kovshov (Joint-Stock Company “Research and Development Institute of Construction Technology – Atomstroy”, Moscow, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
A. V. Sudarev (Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “D. I. Mendeleev Russian University of Chemical Technology”, Moscow, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. Косарина Е. И., Крупнина О. А., Степанов А. В. Радиационные методы неразрушающего контроля: курс лекций. СПб.: СВЕН, 2019. 205 с.
2. Крастелев Е. Г., Лотоцкий А. П., Масленников С. П., Школьников Е. Я. Мощные электрические импульсные системы. Ч. 1. Силовые диоды и диагностические системы. М.: МЭФИ, 2008. 412 с.
3. Комарский А. А., Корженевский С. Р. Исследование интенсивности и энергетического распределения излучения импульсных рентгеновских трубок коаксиального типа с пиковым напряжением до 615 кВ // Приборы и экспериментальные методы. 2024. № 2. С. 110 – 118. DOI: 10.31857/S0032816224020155
4. Кувшинников В. С., Ковшов Е. Е., Дмитриев В. Д., Дмитриев Д. В. Цифровые образовательные технологии в радиационном неразрушающем контроле // Цифровые, компьютерные и информационные технологии в науке и образовании: сб. ст. II Межрегион. науч.-практ. конф. с междунар. участием. Брянск, 14–15 ноября 2024 г. Брянск, 2024.
5. Козлов Е. А. Аналитический расчет рентгеновского спектра микрофокусной рентгеновской трубки с анодом типа «тепловая трубка» // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2019. № 69. С. 202 – 210.
6. Ковшов Е. Е., Кувшинников В. С. Формирование изображения объекта контроля на гибком детекторе в среде симулятора промышленной радиографии // Контроль. Диагностика. 2024. Т. 27, № 3(309). С. 23 – 34. DOI: 10.14489/td.2024.03.pp.023-034
7. ГОСТ 10994‒74. Прецизионные сплавы. Марки: введ. 1976-01-01. М.: Госкомстат, 1994. 73 с.
8. Артемов К. П., Эльчанинов А. А., Кутенков О. П. и др. Импульсно-периодический источник рентгеновского излучения // Приборы и экспериментальные методы. 2004. № 5. С. 166 – 167.
9. Вавилов С. П., Кошкин Г. М., Удод В. А., Фофанов О. Б. Аналитическое приближение спектра импульсных рентгеновских трубок // Информационные технологии неразрушающего контроля: матер. Рос. шк.-конф. с междунар. участием. Томск, 2015. С. 17 – 21.
10. Баянкин С. Н., Можарова И. Э., Кузнецов В. Л. и др. Применение импульсных частотных наносекундных рентгеновских аппаратов для диагностики // Вестник рентгенологии и радиологии. 2015. № 2. С. 42 – 46. ISSN 0042-4676.
11. ГОСТ Р 50.05.07‒2018. Система оценки соответствия в области использования атомной энергии. Оценка соответствия в форме контроля. Унифицированные методики. Радиографический контроль: введ. 2018-03-01. М.: Стандартинформ, 2018. 63 с.
12. ГОСТ ISO 17636-1‒2017. Неразрушающий контроль сварных соединений. Радиографический контроль. Часть 1. Способы рентгено- и гаммаграфического контроля с применением пленки: введ. 2021-01-01. М.: Стандартинформ, 2018. 64 с.
13. Клейзер М. П., Кувшинников В. С., Ковшов Е. Е. Применение сверточных нейронных сетей при обработке растровых изображений в неразрушающем контроле // Контроль. Диагностика. 2024. Т. 27, № 6(312). С. 60 – 71. DOI: 10.14489/td.2024.06.pp.060-071
14. Корчагин В. Д., Кувшинников В. С., Ковшов Е. Е. Критериальный анализ моделей обработки данных радиационного неразрушающего контроля // Международный журнал открытых информационных технологий. 2024. Т. 12, № 4. С. 23 – 31.
1. Kosarina, E. I., Krupnina, O. A., & Stepanov, A. V. (2019). Radiation non-destructive testing methods: Course of lectures. SVEN. [in Russian language].
2. Krast elev, E. G., Lototsky, A. P., Maslennikov, S. P., & Shkolnikov, E. Ya. (2008). High-power electrical pulse systems: Part 1. Power diodes and diagnostic systems. MEFI. [in Russian language].
3. Komarsky, A. A., & Korzhenevsky, S. R. (2024). Study of the intensity and energy distribution of radiation from pulsed X-ray tubes of coaxial type with a peak voltage of up to 615 kV. Pribory i eksperimental'nye metody, (2), 110–118. [in Russian language]. https://doi.org/10.31857/S0032816224020155
4. Kuvshinnikov, V. S., Kovshov, E. E., Dmitriev, V. D., & Dmitriev, D. V. (2024). Digital educational technologies in radiation non-destructive testing. In Tsifrovye, komp'yuternye i informatsionnye tekhnologii v nauke i obrazovanii: Sbornik statei II Mezhregional'noi nauchno-prakticheskoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem (pp. ?). Bryansk. [in Russian language].
5. Kozlov, E. A. (2019). Analytical calculation of the X-ray spectrum of a microfocus X-ray tube with a "heat pipe" anode. Vestnik Ryazanskogo gosudarstvennogo radiotekhnicheskogo universiteta, (69), 202–210. [in Russian language].
6. Kovshov, E. E., & Kuvshinnikov, V. S. (2024). Formation of an object control image on a flexible detector in an industrial radiography simulator environment. Kontrol'. Diagnostika, 27(3), 23–34. [in Russian language]. https://doi.org/10.14489/td.2024.03.pp.023-034
7. GOST 10994-74: Precision alloys. Grades. (1994). Goskomstat. [in Russian language].
8. Artemov, K. P., Elchaninov, A. A., Kutenkov, O. P., et al. (2004). Pulsed-periodic X-ray source. Pribory i eksperimental'nye metody, (5), 166–167. [in Russian language].
9. Vavilov, S. P., Koshkin, G. M., Udod, V. A., & Fofa¬nov, O. B. (2015). Analytical approximation of the spectrum of pulsed X-ray tubes. In Informatsionnye tekhnologii nerazrushayushchego kontrolya: Materialy Rossiiskoi shkoly-konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem (pp. 17–21). Tomsk. [in Russian language].
10. Bayankin, S. N., Mozharova, I. E., Kuznetsov, V. L., et al. (2015). Application of pulsed frequency nanosecond X-ray devices for diagnostics. Vestnik rentgenologii i radiologii, (2), 42–46. [in Russian language].
11. GOST R 50.05.07-2018: Conformity assessment system in the field of atomic energy use. Conformity assessment in the form of control. Unified methods. Radiographic testing. (2018). Standartinform. [in Russian language].
12. GOST ISO 17636-1-2017: Non-destructive testing of welded joints. Radiographic testing. Part 1. X-ray and gamma-ray control methods using film. (2018). Standartinform. [in Russian language].
13. Kleizer, M. P., Kuvshinnikov, V. S., & Kovshov, E. E. (2024). Application of convolutional neural networks in raster image processing in non-destructive testing. Kontrol'. Diagnostika, 27(6), 60–71. [in Russian language]. https://doi.org/10.14489/td.2024.06.pp.060-071
14. Korchagin, V. D., Kuvshinnikov, V. S., & Kovshov, E. E. (2024). Criteria analysis of data processing models for radiation non-destructive testing. Mezhdunarodnyi zhurnal otkrytykh informatsionnykh tekhnologii, 12(4), 23–31. [in Russian language].
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 700 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/td.2026.06.pp.024-033
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 700 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/td.2026.06.pp.024-033
and fill out the form
.
|
Текущий номер
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»