Размещено на http://allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ИЖЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.Т. Калашникова

Факультет «Приборостроительный»

Кафедра «Приборы и методы контроля качества»

КУРСОВАЯ РАБОТА

Предмет «Специальные методы контроля»

Метод акустической эмиссии в задачах исследования трещинообразования в среде LabVIEW

Выполнили: Студенты гр. 6-74-1

Малых А.С._________ _________

Айпалов К.Л._________ _________

Проверил: к.т.н., доц. Пономарёва О.В.

Ижевск, 2013

Введение

Термином акустическая эмиссия (АЭ) обозначают процессы излучения волн напряжений, вызванных внутренними источниками, расположенными в толще исследуемого тела. Источниками АЭ могут быть процессы возникновения и развития трещин под влиянием внешней нагрузки, деформации или разрушения материала, аллотропические превращения при нагреве или охлаждении, движение скоплений дислокаций.

Акустико-эмиссионный метод неразрушающего контроля основан на излучении и регистрации волн напряжений при быстрой локальной перестройке структуры материала, поэтому этот метод применяют в качестве средства исследования материалов, конструкций, контроля изделий (например, при гидроиспытаниях) и диагностики во время эксплуатации. Его важным преимуществом перед другими методами контроля является то, что он реагирует только на развивающиеся, действительно опасные дефекты, а также возможность проверки больших участков, или даже всего изделия, без сканирования его преобразователем.

Практическое применение метода АЭ для решения задач технической диагностики сопряжено с определенными трудностями. Распространяющийся в объекте акустический сигнал претерпевает существенные искажения под действием системы «объект-преобразователь». Эти искажения настолько значительны, что практически не представляется возможным восстановить истинную форму исходного сигнала.

По этой причине, параметры акустического сигнала определяются путем обработки электрического сигнала с выхода преобразователя. Потому в настоящее время весьма актуальна задача поиска корреляционных связей между параметрами состояния конструкции и характеристиками сигналов, а так же идентификации акустических сигналов от различных источников.

В ходе выполнения курсовой работы должна быть спроектирована компьютеризированная система, обобщенная схема которой приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 Обобщенная схема компьютеризированной системы контроля состояния промышленного объекта с помощью метода акустической эмиссии

На рисунке 1 введены следующие обозначения: 1 -- исследуемый образец; 2 -- развивающийся в образце дефект, являющийся источником АЭ; 3 -- датчики; 4 -- центр обработки акустических данных со всех каналов на базе современной ЭВМ.

Программный комплекс для управления установкой

Программный комплекс предназначен для анализа сигналов акустической эмиссии и управления акустико-эмиссионной установкой. Временная диаграмма работы устройства отображена на рисунке 2.

неразрушающий алгоритм программный

Рисунок 2. Временная диаграмма работы программы

Средой для разработки служит комплекс программно-аппаратного обеспечения компании National Instruments. Интерфейс пользователя и программная часть реализованы в среде программирования NI LabView 7.1. Обработка данных осуществляется при помощи платы ввода вывода NI-6014 совместно с устройством согласования NI BNC-2110. Данный программно-аппаратный комплекс рассчитан на работу с 8-ми канальной установкой, реализующей параллельный анализ акустических сигналов в полосе от 0,1 до 1,2 МГц. Сигналы регистрируется датчиком, состоящим из пьезокерамического преобразователя, схемы предварительного усилителя, фильтра и компаратора, для ввода датчика в режим имитации. Передача зарегистрированного сигнала и питание предварительного усилителя осуществляется через коаксиальный кабель длиной до 15м.

Рисунок 3. Обобщенная схема обработки данных в программе

При разработке структуры программы (рис.3) учитывались следующие факторы:

1) Количество аналоговых и цифровых входов, которые необходимо обрабатывать в реальном времени;

2) Количество управляющих цифровых сигналов, принцип формирования и управления ими;

3) Последовательность обработки поступающих данных;

4) Время, необходимое для считывание информации с платы ввода/вывода и время, необходимое для обработки данных;

5) Минимальное количество необходимых данных для сохранения в файл и возможности последующей загрузки без потери информации.

Так как обнаружение наличия на входе устройства амплитуд акустического импульса реализовано программно, то сбор данных и их обработка происходит непрерывно. При выполнении условия выбранного критерия АЭ-сигнала, происходит буферизация данных и выдача управляющего сигнала для сброса элементов памяти.

Обобщенная схема обработки программой поступающих данных, содержит следующие ключевые блоки:

1) Входные данные могут быть получены как непосредственно с устройства сопряжения, так и из предварительно записанного файла путем выборки соответствующего блока;

2) Блок «Коррекция АЧХ датчика» - в случае включения блока на всех частотах вводятся поправочные множители для корректировки влияния нелинейности передаточной функции системы «объект-преобразователь». АЧХ соответствующих систем берутся из общего банка данных;

3) Блок «Нормирователь» предназначен для нормирования данных по максимальному значению усредненной спектральной функции входного сигнала;

4) Блок «Обнаружитель» - пороговое устройство, предназначенное для обнаружения и идентификации сигналов АЭ по спектральным признакам. Выбор критериев для идентификации задается оператором;

5) «Критерий АЭ-сигнала» - блок проверки соответствия параметров сигнала АЭ заданным условиям. Содержит банк данных для сигналов разного типа. Выбор критериев осуществляется оператором.

Рисунок 4. Лицевая панель виртуального прибора

Лицевая панель пользователя показана на рис.4. Центральное место на нем отводиться графику, отображающему уровни сигнала на каждом из каналов анализа системы акустико-эмиссионного контроля. Остальное пространство отведено для органов управления, индикации и настройки. На лицевой панели слева (рис.4) расположены следующие элементы:

1) Блок «Коэффициент усиления», влияющий на динамический диапазон системы;

2) Блок «Параметры осей» показывающий текущие настройки масштаба по обеим осям;

3) Блок «Представление графика», содержащий настройки способа представление информации на графике;

4) Блок «Аппроксимирование», влияющий на способ сглаживания данных.

На лицевой панели справа (рис. 3) расположены следующие элементы:

1) Управляющие кнопки;

2) Индикаторы состояния;

3) Блок «Обнаружитель», устанавливает порог срабатывания схемы обнаружения входного сигнала;

4) Блок «Идентификатор» Проверяет сигнал на соответствие заданной области допустимых граничных значений по всем спектральным составляющим.

В нижней части лицевой панели располагаются органы управление режимами записи или чтения поступающих данных из файла, а так же блок коррекции АЧХ датчика. Поправочные коэффициенты хранятся в отдельном файле, который может быть предварительно создан для каждого датчика в отдельности.

Рисунок 5. Создание файла коррекции АЧХ датчика

На рис.5 показан пример создания такого файла для 8-и канальной системы. Запись сигналов осуществляется блоками по количеству анализируемых каналов. При воспроизведение программа отображает количество блоков в файле и позволяет перемещаться по ним в обоих направлениях.

Рисунок 6. Блок-диаграмма обработки сигналов

Программная часть, связывающая интерфейс пользователя и процедуры обработки данных, представляет собой блок-диаграмму, написанную на языке LabView . Вся программа размещена в структуре последовательности состоящей из трех кадров. Во время запуска программы выполняется первый кадр, в котором осуществляется инициализация переменных и настроек программы в начальное состояние.

В следующем кадре (рис.6) осуществляется работа основной части программы.

Она условно разбита на три потока с помощью бесконечных циклов, этим достигается независимая работа потоков: обработка данных с устройства сбора данных, событийной структуры и изменения вида отображения информации.

Рисунок 7. Подсистема обработки поступающих данных

Поток обработки данных (рис. 7) состоит из следующих основных операций:

1) Ввод оцифрованного сигнала

2) Выбор динамического диапазона сигнала (рис. 8)

3) Коррекция АЧХ датчика (рис. 9)

4) Нормализация (рис. 10)

5) Идентификация сигналов АЭ (рис. 11).

а)

б)

Рисунок 8 ВП «Поправочные множители выбранного коэффициента усиления»: а) значок ВП; б) блок-диаграмма.

а)

б)

Рисунок 9 ВП «Коррекция АЧХ датчика»: а) значок ВП; б) блок-диаграмма.

а)

б)

Рисунок 10 ВП «Нормализация»: а) значок ВП; б) блок-диаграмма.

а)

б)

Рисунок 11 ВП «Идентификация АЭ-сигнала по критерию»: а) значок ВП; б) блок-диаграмма.

Рисунок 12. Подпрограмма обработки событий

Поток обработки событий (рис. 12) выполняет следующие действия:

1) Обработка изменения значения коэффициента усиления системы, с целью изменения показаний индикаторов на лицевой панели и выдачи управляющего сигнала на устройство сбора данных;

2) Обработки изменения состояния элемента управления «Критерий»;

3) Обработка нажатия управляющих кнопок;

4) Обработка изменения режима работы программы, возникающего при манипуляции с записанными АЭ-сигналами;

5) Обработка событий, возникающих при изменении режима отображения информации на графике;

6) Создание или изменение коэффициентов коррекции АЧХ датчика.

Рисунок 13. Настраиваемые свойства визуального компонента XY Graph

Поток изменения вида отображения информации предназначен для изменения представления графика с помощью основного визуального компонента программы для отображения данных «XY Graph». Достигается это за счет применения ВП Property Node (рис. 13), в котором настроены, необходимые свойства XY Graph.

Для проверки работоспособности системы необходимо сгенерировать образцовый сигнал схожий по форме с сигналом АЭ. Для этого была использована следующая модель:

,

где - минимальная амплитуда сигнала, T - интервал квантования, - время задержки до появления импульса, - максимальная амплитуда сигнала, ,, - продолжительность переднего фронта, интервала постоянства и заднего фронта, и - константы. Данная модель является сильно упрощенной, на практике форма АЭ-сигналы зависит от структуры и формы материала, положения источника, характеристик преобразователя и д.р.

Вся программа генерации сигнала разбита на 3 блока выполняющихся последовательно. Первый блок формирует массив отсчетов дискретного времени на основе введенных пользователем значений желаемого времени анализа и частоты дискретизации, второй блок вычисляет необходимые коэффициенты и, наконец, третий вычисляет значения функции . Сгенерированный сигнал записывается в файл, и в дальнейшем через плату ввода вывода National Instruments при необходимости подается на устройство АЭ-анализа, позволяя таким образом производить тестирование всей системы.

Заключение

Для решения поставленной задачи был проведен анализ этапов работы с сигналами акустической эмиссии и математических методов, возможно при этом использовать. Обобщенная схема работы алгоритма сводится к следующему: регистрируется акустическая информация, проводится предварительная фильтрация возможных производственных шумов и помех, осуществляется переход от временной формы представления к спектральной, осуществляется идентификация и классификация образов, которым соответствуют спектральные представления, с помощью нейронной сети. Определяющими при построении алгоритма являются:

· наличие сильных или слабых помех при регистрации сигналов;

· средства создания образов, используемых для обучения нейронной сети;

· возможность расширения пространства входных образов нейронной сети за счет полученных в процессе работы результатов.

Проанализировав публикации за последнее время можно утверждать, что метод акустико-эмиссионного контроля приобретает все больше популярности, так как он имеет ряд преимуществ по сравнению с подобными методами. Однако есть нерешенные вопросы, связанные с:

· выделением полезных сигналов на фоне помех;

· ошибочным определением импульса;

· определением структуры нейронной сети, которая бы давала лучшие результаты.

Перспективно было создать систематизированное хранилище, где может храниться информация, созданная во время работы систем обработки данных АЭ, которая может использоваться в качестве предварительного опыта и для поиска возможных путей улучшения правил проведения исследования.

Технологии National Instruments позволили нам создать эффективную среду для анализа сигналов акустической эмиссии, а так же управления установкой. Благодаря интегрированным средствам ввода-вывода было осуществлено легкое и эффективное взаимодействия программной и аппаратной части комплекса.

Список литературы

1 Баранов В.М. Акустическая диагностика и контроль на предприятиях топливно-энергетического комплекса /В.М.Баранов. - М.:Наука, 1998.- 303 с.

2 Акустическая эмиссия при трении. В.М.Баранов, Е.М.Кудрявцев, Г.А.Сарычев и др.- М.: Энергоатомтздат, 1998.- 216 с.

3 Грешников В.А Акустическая эмиссия / В.А. Грешников, Ю.Б. Дробот. - М.: Изд-во стандартов, 1976. - 236 с

4 Авт. свид. №1075145. Устройство для измерения спектральных характеристик сигналов акустической эмиссии./ Лыков Ю.И., Горбунов А.И., Овчарук В.Н.- 1984.- Бюл. ОИПОТЗ.- №7.

5 Тревис Дж. LabVIEW для всех. - М: ДМК Пресс; Прибор Комплект, 2004. - 544с.

6 Супрунов А.Я. LabVIEW 7.0: Справочник по функциям. - М.: ДМК Пресс; Прибор Комплект, 2005.-512с.

Размещено на Allbest.ru