Научная статья на тему 'Методика обработки сигналов акустической эмиссии на компьютере'

Методика обработки сигналов акустической эмиссии на компьютере Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
823
120
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Роганин М. Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Методика обработки сигналов акустической эмиссии на компьютере»

Из (11) следует, что среднеквадратическая погрешность измерения параметра т растет по мере стремления его к единице.

Так, при стотн (л) = 0,05, т = 2, стотн (т) = 0,11.

Предложенные алгоритмы измерения углового распределения энергии и степени анизотропности морского волнения позволили разработать эффективные средства контроля этих параметров с борта ЛА [3].

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. КрыловЮ.М. Спектральные методы исследования и расчёта ветровых волн. - Л.: Гид-рометеоиздат, 1966.

2. ЛобачВ.Т. Радиолокационные измерения пространственно-временной структуры морской поверхности в декаметровом диапазоне радиоволн // Радиотехника. 2001. № 2.

3. Гарнакерьян А.А., Лобач В.Т. и др. Радиоокеанографическое, навигационное и информационное обеспечение гидроавиацию/ -Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1997.

4. Белавин О.В. Основы радионавигации. - М.: Советское радио, 1977.

5. Лобач В.Т. О возможности определения средней длины и главного направления распространения морских волн радиолокационным методом //Техника усиления и преобразования радиосигналов // Труды ТРТИ. Таганрог: 1973. Вып.39.

М.Н. Роганин

МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ

НА КОМПЬЮТЕРЕ Введение

Акустическая эмиссия - это явление освобождения энергии в виде механических волн в процессе перестройки внутренней структуры твердых тел, подвергнутых пластической деформации или излому. Источниками сигналов акустической эмиссии (АЭ) могут служить: движение дислокаций, двойникование, фазовые превращения, трещинообразование и т.п. АЭ представляет собой случайный нестационарный процесс, статистические характеристики которого изменяются со временем.

Явление АЭ применяется как в исследовательских целях - для изучения динамики развития структуры материала в процессе термомеханического воздействия, так и в целях неразрушающего контроля (НК) - для диагностики состояния потенциально опасных конструкций. Применение АЭ в науке и технике базируется на представлении, что процессы деформации и разрушения служат источниками эмиссии, сигналы которой могут давать детальную информацию об этих процессах.

Огромный темп развития компьютерных технологий отмечен ростом возможностей в области сбора и обработки информации. Широкое применение ресурсов ЭВМ позволяет всесторонне исследовать процесс АЭ, делает исследования более точными и значительно упрощает процедуру их проведения.

Методика исследования

Наиболее важными составляющими контрольно-измерительной аппаратуры для испытаний методом АЭ являются нагружающее приспособление, преобразователь (датчик), электронное оборудование, а также система сбора и обработки данных. Блок-схема типичной установки для регистрации АЭ представлена на рис.1.

Рис.1. Блок-схема установки для регистрации АЭ

Сигнал с пьезопреобразователя (датчика) поступает на вход предварительного усилителя, основным предъявляемым требованием к которому является низкий уровень собственных шумов (порядка 10 мкВ), приведенных ко входу. После фильтрации сигнал усиливается основным усилителем с регулируемым коэффициентом усиления. Затем формирователь импульсов детектирует сигнал АЭ и на интервал времени Т, в течение которого уровень сигнала превышал пороговое значение, вырабатывается импульс с амплитудой, равной максимальному уровню сигнала во вспышке (рис.2) . Применение формирователя связано с тем, что с помощью обычного электронного счетчика (интенсиметра) нельзя однозначно определять число импульсов в единицу времени (интенсивность АЭ).

время

Рис.2. Принцип формирования импульсов

Назначение амплитудного анализатора заключается в получении статистического распределения импульсов АЭ по различным амплитудным окнам в каждый, следующий один за другим интервал времени [1-4]. Таким образом, на вход АЦП поступает информация об изменении таких параметров акустической эмиссии, как интегральные значения числа импульсов или интенсивности АЭ по различным амплитудным уровням, и их дифференциальные значения.

Блок-схема установки используемой в работе представлена на рис.З.

Рис. 3. Блок-схема установки используемой в работе

Ее особенность в том, что регистрируется и обрабатывается на компьютере непосредственно сигнал АЭ, роль акустического комплекса играет ПО.

Укажем основные характеристики элементов установки (рис.3). В качестве датчика АЭ используется пьезодатчик со встроенным предварительным усилителем, коэффициент усиления которого равен 40 Дб, рабочий диапазон частот - 0,1-

0,8 МГц, уровень шумов, приведенный ко входу, - 10мкВ. Чувствительность датчика порядка 1011В/м. Основной усилитель имеет регулируемый коэффициент усиления до 60 Дб. АЦП представлено платой L-783 фирмы “L-Card”. Плата L-783 осуществляет интерфейс с PCI-шиной. Имеет 16 дифференциальных каналов или 32 канала с общей землей для аналогового ввода. Максимальная частота работы 12-битного АЦП - 3МГц. Следует отметить, что процесс акустической эмиссии относят к быстропротекающим процессам, поэтому одним из основных требований, предъявляемых к АЦП, является его быстродействие.

В качестве информативных параметров АЭ были взяты:

1) интенсивность АЭ (N = AN / At, где AN - число импульсов, регистрируемых за время At;

_ _ 1 AN

2) средняя амплитуда импульсов A за время At (A = a^t IA);

3) амплитудный состав сигнала АЭ (N (АД)) от уровня дискриминации до максимально допустимого уровня на входе АЦП разбивался на n равных амплитудных окон. Для расчета указанных параметров была разработана специальная программа в математическом пакете Maple. Наглядный пример работы такой программы представлен на рис.4.

2475 1650

В25 О

-В25 -1650 -2475

9.502 9.528 9.554

а

б

Рис. 4. Пример работы специальной программы, а - осциллограмма сигнала АЭ; б - точки, соединённые линией, осциллограмма; пунктирная линия и выделенные точки - результат обработки экспериментальной кривой в Маріє (Ы = 680мВ) - уровень дискриминации

На рис.4, б показан участок осциллограммы, развернутый по времени, соответствующий пику на рис.4, а.

Точки на рис. 4, б - значения сигнала АЭ, зафиксированные АЦП, которые компьютером последовательно соединены прямыми линиями (осциллограмма). Цифрами 1,2...n обозначены отдельные импульсы АЭ, выбранные программой для дальнейшей обработки, а А1,А2 ...An обозначены их амплитуды. Алгоритм программы следующий: из файла данных последовательно выбираются участки сигнала заданной длительности, затем из множества значений сигнала yi на данном участке выбираются те значения, которые удовлетворяют условию yi>yi-1 и yi>yi+1 (экстремумы). Из-за наличия случайных выбросов за период последняя операция осуществляется повторно. Таким образом, получаем множество точек огибающей сигнала - пунктирная линия (рис.4, б). Исходя из того же условия применительно к значениям, соответствующим точкам огибающей сигнала, осуществляется выбор отдельных импульсов АЭ. Следует отметить большой объем файлов данных, содержащих в себе информацию о процессе АЭ в течение всего времени эксперимента (объем файла с расширением *.txt порядка нескольких ГБ). В связи с этим возникли трудности при обработке и анализе экспериментальных данных, в частности в Maple. Данная проблема была устранена с помощью последовательной обработки всего массива данных. Для этих целей используется процедура “readline”, позволяющая считывать отдельную строку из файла данных, а также процедура “parse”, преобразующая элемент строки в число.

В качестве примера на рис.5 приведен результат расчета интенсивности АЭ

(N (t)) на протяжении всей деформационной кривой c(t) для образцов. Образцы были выполнены в виде “лопатки” с размером рабочей части 1,5 х 1,5 х 25 мм. Деформация образца производилась с постоянной скоростью перемещения подвижного захвата разрывной машины 2,0 • 10-2 мм /с, при комнатной температуре. Датчик акустической эмиссии крепился непосредственно к образцу, акустический контакт обеспечивался посредством специальной акустической смазки.

Рис. 5. Зависимость интенсивности АЭ N и напряжения а от времени деформации (время усреднения 0,5 с)

Заключение

Регистрация процесса АЭ на компьютере со встроенным АЦП дает возможность анализировать непосредственно сигнал АЭ. Совершенствование программы

обработки массива экспериментальных данных позволяет получать новые результаты для одного и того же образца. Это способствует всестороннему исследованию процесса АЭ, а следовательно, и механизмов пластической деформации, делает исследования более точными и значительно упрощает процедуру их проведения.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Гусев О.В. Акустическая эмиссия при деформировании монокристаллов тугоплавких металлов. -М.: Наука, 1982. - 103с.

2. Бобренко В.М., ДворникВ.Г., Суворов А.С. Цифровые автоматические устройства регистрации сигналов акустической эмиссии // Дефектоскопия. 1979. №11. С.34-40.

3. Грешников В.А., Дробот Ю.В. Акустическая эмиссия. Применение для испытаний материалов и изделий. -М.: Изд-во стандартов, 1976. - 272 с.

4. Elsley R.K., Graham L.J. Pattern recognition technigues applied to sorting acoustic emission signals “Ultrason. Sump. Proc., Annapolis, Md, 1976”. New York, N.Y. 1976. - P. 147-150.

В.Б. Горкин АЛГОРИТМ ОЦЕНКИ АЗИМУТА И УГЛА МЕСТА ОБЪЕКТА

В [і] синтезирован алгоритм оценки максимального правдоподобия (ОМП) угловой координаты многошкальным интерферометром. На практике чаще требуется измерять две угловые координаты: азимут и угол места объекта, поэтому представляет интерес получить ОМП двух совместно измеряемых угловых координат плоской антенной решеткой на основе процедуры статистического синтеза, не задаваясь ограничениями на расположение антенных элементов (АЭ) на плоскости.

Полагаем, что на m-элементную плоскую антенную решетку в системе координат OXYZ падает плоская волна, направление прихода которой характеризуется углом места b и азимутом а. АЭ расположены на плоскости OXY и характеризуются координатами xi, yi, (zi = 0). Полагаем, что комплексная амплитуда колебаний, принимаемых i-м элементом, представляет собой аддитивную смесь комплексных амплитуд сигнала со случайной начальной фазой и белого гауссовского шума Xi(t) = Si(t) + Ni(t), где Si(t) = S0exp{j[j(t) + ф0 + yi]}, ф0-начальная фаза, ф(ґ) - фазовый сдвиг за счет фазовой модуляции, yi - фазовый сдвиг за счет запаздывания фронта волны относительно i-го АЭ. Величина yi связана с углами прихода колебаний соотношением yi = 2 л / 1[ciux +Viuy], где

Ci = xi /1, Vi = yi /1, 1 - длина волны, U = {ux, uy}T - вектор направляющих косинусов. По аналогии с [і] для синтеза алгоритма ОМП будем использовать квадратичную форму, связанную с функцией правдоподобия монотонной зависимостью:

Q = Y+ C Y, (і)

T

где Y = {Y1,... ,Ym}T, Yi = JX(t)exp[-jф(t)]dt, элементы матрицы С:

0

cik = exp{j2p[(Ck - Cl)ux + (Vk - Vi)uy]}.

Представим формулу (1) в виде

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.