CC BY
26
иркутским государственный университет путей сообщения
therms. // Seed Sci. & Technol., 2008. № 36. P. 311-324.
16. Characterisation of the Microporosity of Chromia-and Titania-pillared Montmorillonites Differing in Pillar Density II. Adsorption of Benzene and Water / Sychev M. etc // Microporous and Mesoporous Materials. 2001. № 47. P. 311-321.
17. Furmaniak S., Terzyk A., Gauden P., Rychlicki G. Applicability of the Generalised D'Arcy and Watt Model to Description of Water Sorption on Pineapple and other Foodstuffs // Food Engineering, 2007. № 79. P. 718-723.
18. D'Arcy R. T., Watt I. C. Analysis of Sorption Isotherms of non-Homogeneous Sorbents // Trans. of
the Faradey Soc., 1970. № 598, Vol. 66. Part. 5. P. 1236-1245.
19. ГОСТ 8.207-76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения. Введ. 1976-03-15. 76. М.: Стандартин-форм, 2008. - 8 с.
20. Download [electronic resource] // Gwinstek Simply Reliable : site // URL: http: //www .gwinstek.com/en/download/ down-loadfilelist.aspx?id=234 (дата обращения: 26.01.2013).
УДК 681.5.017 Ларченко Анастасия Геннадьевна,
аспирант каф. ТРТСиМ, Иркутский государственный университет путей сообщения,
тел.: 638395-149, e-mail: larchenkoa@inbox.ru
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ВЫЯВЛЕНИЕ ДЕФЕКТОВ В ИЗДЕЛИЯХ ИЗ ПОЛИАМИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
A. G. Larchenko
AUTOMATIC DETECTION OF DEFECTS IN THE PRODUCT OF A POLYAMIDE MATERIALS BY A METHOD OF HIGH RADIATION
Аннотация. Представленная статья посвящена совершенно новому и актуальному направлению - выявлению дефектов в изделиях из полиамидных материалов методом высокочастотного излучения. Актуальность данной статьи не вызывает сомнения, поскольку в ряде случаев диагностика - последняя и единственно возможная технологическая операция, позволяющая выявлять недопустимые дефекты в технических объектах и тем самым предотвращать возникновение чрезвычайных ситуаций на железнодорожном транспорте. В статье представлены наиболее распространённые методы и устройства диагностики изделий из полиамидных материалов, отмечены недостатки приведенных методов, четко выражена задача разработки автоматизированной системы высокочастотной диагностики. Статья дает представление о проделанной работе по определению информативного показателя состояния полиамида, который позволяет оценивать качество и состояние изделий. Немаловажным является и то, что в статье приводится программное обеспечение по выявлению дефектов в полиамидных изделиях, которое позволяет реализовать процесс управления контролем состояния изделий в автоматизированном режиме. Программа была апробирована на реальном запатентованном устройстве высокочастотной диагностики полиамидных изделий сложной конфигурации. Устройство диагностики изделий из полиамидных материалов методом высокочастотного излучения, и программа организации управления позволяет произвести контроль состояния изделий в автоматизированном режиме. Кроме того, устройство и высокочастотный метод позволяют проводить диагностику без механического воздействия на объект контроля, а также снизить время и затраты на испытание.
Ключевые слова: диагностика, дефектоскопия, дефекты, воздушные включения, электромагнитное поле, автоматизированная система диагностики, полиамид, полимерные материалы, высокочастотное излучение, высокочастотное оборудование, анодный ток.
Abstract. The presented paper is devoted to an entirely new and topical direction - detection of defects in products made ofpolyamide materials by high-frequency radiation. The relevance of this article is not in doubt, since in some cases the diagnosis is the latest and the only possible process step that allows to detect unacceptable defects in technical objects and, thereby, prevent the occurrence of emergency situations on the railways. The article presents the most common methods and devices for diagnosis of polyamide materials, marks disadvantages of the above methods, clearly expresses the task of developing an automated high frequency diagnostic system. The article gives an idea about the work done by the definition of an informative indicator status polyamide which allows evaluates the quality and condition of the products. Lot - it is also important that the article gives the software to identify defects in polyamide products, which allows for the management of state control products in an automated mode. The program was tested on the real reserves tilt device high
Информатика, вычислительная техника и управление. Моделирование. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
m
diagnostic products polyamide complex configuration. Device for diagnosis of polyamide materials by high-frequency radiation, and program management allows organizations to produce products for condition monitoring of automated mode. In addition, the device and method allows high diagnose without mechanical influence on the object of control, and reduce the time and cost of test.
Keywords: diagnostics, fault detection, defect, air inclusions, electromagnetic field, automated diagnostic system, polyamide, polymeric materials, high-frequency radiation, high-frequency equipment, anode current.
Введение
Надежность изделия из полиамидных материалов определяется его конструкцией и качеством изготовления. При длительном воздействии эксплуатационных факторов (изменение температуры, механическое воздействие) и при транспортировке в изделиях могут возникнуть ослабленные места - дефекты. Обычно дефектами являются воздушные включения, микротрещины, поры, пустоты.
В настоящее время существует ряд устройств и методов для диагностики изделий из полиамидных материалов. Наиболее распространённым является ультразвуковой способ. В качестве устройства выступают два ультразвуковых прямых широкополосных преобразователя и персональный компьютер с установленным пакетом программ. К недостаткам способа следует отнести трудоемкость диагностики пространственных изделий, а также сложность автоматизации процесса контроля.
Известен способ виброакустического контроля композитных и многослойных изделий из металлов и пластиков, а также устройство для его осуществления. Сущность контроля заключается в том, что последовательно возбуждают упругие колебания и нагружают локальные зоны контролируемого изделия присоединенной массой, образуя колебательную систему «участок изделия -присоединенная масса», регистрируют параметры колебаний и по зависимости параметров колебаний от местоположения присоединенной массы судят о наличии дефекта и его местоположении в изделии. К недостаткам относится необходимость механического воздействия на деталь, трудоемкость и низкая точность контроля деталей из полиамидных материалов [1]. Достаточно перспективным является процесс диагностирования полиамидных материалов с использованием высокочастотного (ВЧ) излучения. Но, несмотря на внушительную практическую значимость данной технологии, оборудование ВЧ-диагностики материалов представлено крайне редко, а задача создания автоматизированной системы ВЧ-диагностики остается нерешенной.
Основная часть
В ходе исследования на базе высокочастотного оборудования УЗП 2500 разработана экспериментальная установка неразрушающего контроля и диагностики полиамидных изделий методом высокочастотного излучения. Установка дает возможность более полноценно и всесторонне проводить контроль изделий из полиамидных материалов. Предлагаемый метод основан на создании токами высокой частоты проникающего электромагнитного поля, в результате воздействия которого на поверхности объекта контроля и внутри него появляются микроразряды в местах повреждений. Изделие из пластмасс помещают в пространство между электродами с большой разностью потенциалов [2]. Разность потенциалов определяется из выражения (1)
U =
1,29-105 •d
Vë-tgô '
(1)
где d - толщина полиамидного материала, мм;
е - относительная диэлектрическая проницаемость;
tg5 - тангенс угла диэлектрических потерь.
Глубина проникновения электромагнитной волны определяется по формуле (2)
А= С , (2)
2ж-, Г ^ 8
где C - емкость конденсатора, Ф; f - частота поля, Гц.
Известно, что напряженность электрического поля в газовом включении превышает поля в окружающем его твердом диэлектрике, это создает условие для возникновения в месте дефекта ионизационных процессов. Данные процессы могут происходить как на поверхности раздела сред, так и внутри изделия из полиамида и идентифицируются как микроразряды. В результате в области дефекта (непровары, трещины, поры) проскакивают микроразряды (скачкообразное увеличение электрической проводимости), которые на установке отображают дефектный участок.
Рис. 2. Схема замещения полиамидного образца с газовым включениям
Рис. 3. Расположение силовых линий электрического поля
шшт
При приложении напряжения сети Uсети к такому делителю напряжение на газовом включении Uв будет равно:
U„ =-
сТ + сп
U
(3)
Рис. 1. Полимерный образец с воздушным включением
В работах [3, 4] механизм микроразрядов описан с помощью идеализированной схемы замещения. На рис. 1 представлен полимерный образец с дефектом типа воздушное включения между двумя проводниками. Схема замещения полимера с дефектом (воздушное включение), в котором происходят частичные разряды, представлена на рис. 2, где емкость Св представляет собой газовое включение, Ст - емкость части полимерного образца, для которой силовые линии поля общие с газовым включением (рис. 3), Сд - емкость остальной части полимера. Емкости Ст и Св образуют емкостной делитель напряжения.
Емкость плоского конденсатора зависит от диэлектрической проницаемости материала диэлектрика, площади обкладок и расстояния между ними:
££„ £
С = -
d
(4)
Приняв, что площади обкладок емкостей CB и CT равны (SCe = SCm), а диэлектрическая проницаемость газа во включении равна 1 (егаза = 1), запишем:
UB =
1
, CB
i+~с~
■ U
U
СЕТИ
1+
(5)
^dQ s rp
где dm - '
толщина твердого диэлектрика; dв - толщина газового включения. Прикладываемое напряжение вызывает накопление поверхностного заряда на границе газового включения и остального диэлектрика. Когда напряжение на включении достигнет напряжения начальной ионизации газа Uн.и, произойдет частичный разряд емкости включения. Напряжение сети, при котором произойдет частичный разряд, будет равно:
UP = UH .И
\
W
(6)
При разряде в газовом включении напряжение Uн.и падает до конечной величины Uк. Величина изменения напряжения AUв = Uн.и - Uк может сильно колебаться, однако в большинстве случаев Аив ~ ин.и. При этом падение напряжения в момент разряда вызовет изменение электрофизических показателей работы электротермического ВЧ-оборудования. Наиболее информативным показателем работы ВЧ-оборудования является анодный ток. Отсюда можно сделать вывод о том, что регистрация характеристик анодного тока позволяет оценивать качество изделий из полиамидных материалов. В разработанной экспериментальной установке динамическое изменение анодного тока фиксируются линейным токовым датчиком и передается на микроконтроллер АМшпо. Структурная схема устройства диагностики представлена на рис. 4. Полученные данные в режиме реального времени передаются микроконтроллером на ПК в виде графиков изменения анодного тока.
Информатика, вычислительная техника и управление. Моделирование. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
Рис. 4. Структурная схема устройства диагностики изделий из полиамидных материалов методом высокочастотного излучения: 1 - блок автоматизации; 2 - экранирующий корпус; 3 - коаксиальный кабель; 4 - источник постоянного напряжения; 5 - высокочастотный генератор; 6 - система управления и сигнализации; 7 - исполнительный механизм; 8 - линейный токовый датчик; 9 - вычислительное устройство; 10 - помехозащищенный корпус; 11 - блок питания; 12 - персональный компьютер; 13 - переменный конденсатор; 14 - микроконтроллер
АМшпо; 15 - рабочий конденсатор
Рис. 5. Данные, полученные в процессе диагностики изделия из полиамида с воздушным включением
Программа регистрации позволяет провести анализ изменения физико-механических характеристик полимерных материалов по характеру изменения анодного тока. Показания анодного тока, полученные в процессе диагностики изделия с воздушным включением, представлены на рис. 5. Анализировать реальный график значений анодного тока при диагностике образца без преобразования оказалось практически невозможно, поэтому было решено для организации управления воспользоваться математической обработкой значений анодного тока, полученных в процессе диагностики.
Для выделения динамики микроразрядов тока из общей массы допустимых значений был разработан алгоритм избирательного усиления амплитуды микроразрядов: при обработке сигнала
модуль АМшпо в режиме реального времени разделяет получаемые экспериментальным путем значения анодного тока на две группы: 1 - значения ниже критического; 2 - значения, превышающие максимально допустимую величину. К значениям из первой группы применяется уменьшающий коэффициент, а к значениям из второй группы - увеличивающий. Увеличивающий коэффициент является плавающим, т. к. зависит от интенсивности микроразрядов, т. е. чем выше амплитуда разряда, тем выше коэффициент. Фрагмент блок-схемы реализации процесса диагностики представлен на рис. 6.
В соответствии с данной блок-схемой для микроконтроллеров семейства АМшпо разработано программное обеспечение автоматического выявления дефектов в изделиях из полиамидных
материалов. Программа реализует алгоритм регистрации микроразрядов, возникающих в процессе диагностики изделий из полиамидных материалов, методом введения увеличивающего и уменьшающего коэффициента амплитуды анодного тока при необходимом заданном условии.
Задачей программы является отображение общего графика процесса высокочастотной диагностики изделий с наглядным выделением на нем скачков анодного тока, возникающих при диагностике образцов с дефектами типов воздушные включения, «трещины», «поры», «пустоты». Кро-
ме того, программа позволяет выводить на экран ПК одновременно два графика (график реальных значений и преобразованный график).
Экспериментальные результаты
Программа диагностики была апробирована на образцах из полиамида марки ПА-6. Толщина образцов для исследования составляла 8 мм; диаметр 30 мм. На данных образцах искусственным путем были нанесены дефекты типа «воздушное включение» толщиной 0,3 мм. Результаты диагностики представлены на рис. 7. Как видно из рис. 7, проводить диагностику стало намного проще.
Рис. 6. Блок-схема программы автоматизированного управления процессом ВЧ- диагностики
Выводы
Устройство диагностики изделий из полиамидных материалов методом высокочастотного излучения и программа организации управления позволяют произвести контроль состояния изделий в автоматизированном режиме. Кроме того, устройство и ВЧ-метод позволяют проводить диагностику без механического воздействия на объект контроля, а также снизить время и затраты на испытание.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Определение физико-механических параметров полимерных материалов при высокочастотном диэлектрическом нагреве в электротермических
установках / А.Г. Ларченко и др. // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2013. № 2(38). С. 150-156.
2. Юленец Ю.П., Марков А.В. Определение тангенса угла диэлектрических потерь и влагосо-держания по параметрам режима установки высокочастотного нагрева // Изв. вузов: Приборостроение. 1997. Т. 40, № 5. С. 60-65.
3. Сви П.М. Контроль высоковольтной изоляции методом частичных разрядов. М. : Государственное энергетическое издательство. 1962.
4. Бабушкин А. А. Частичные разряды в изоляции [Электронный ресурс]. URL: http://www.datos.com.ua/files/pdf/izol.pdf (Дата обращения 02.03.2014).
УДК 519.8 Ким Де Чан,
к. ф-м. н., профессор, зав. кафедрой физики, Братский государственный университет,
тел /факс: 8(9149)29-07-76, e-mail: fizika-brgu@yandex.ru
Агеева Елена Тимофеевна, старший преподаватель, Братский государственный университет, тел /факс: 8(9648)09-49-37, e-mail: sphalerite@yandex.ru Афанасьев Николай Тихонович, д. ф-м. н., профессор кафедры радиофизики, Иркутский государственный университет,
тел /факс: 8(9643)50-22-56, e-mail:nta@api.isu.ru Михайлов Никита Игоревич, аспирант, Братский государственный университет, тел/факс: 8(9500)59-27-06,e-mail: nikita-oxford@mail.ru
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ РАСЧЁТА ХАРАКТЕРИСТИК СИГНАЛА В ИНФОРМАЦИОННОМ КАНАЛЕ С ВОЗМУЩЁННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
D. Kim, E. T. Ageeva, N. T. Afanasiev, N. I. Mikhailov
SOFTWARE FOR CALCULATING THE SIGNAL CHARACTERISTICS IN THE INFORMATIONAL CHANNEL WITH DISTURBED PARAMETERS
Аннотация. Разработан программно-вычислительный комплекс KANAL в пакете Matlab в среде Windows, предназначенный для оперативной оценки состояния информационного канала, подверженного искусственным и естественным воздействиям. Комплекс позволяет осуществить сбор, обработку и математическое моделирование результатов измерений средних и флуктуационных траекторных характеристик сигнала, распространяющегося в канале. Программный комплекс компактно построен и состоит из нескольких взаимодействующих модулей: модуля моделирования, модуля оперативного контроля эксперимента, модуля интерпретации и архивного
