Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Садыков Р.Р. 1 Вильданов Р.Г. 1 Степанов Е.А. 1 Лукьянцев М.А. 1
1 Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Разработана автоматическая система определения и обработки параметров диагностической информации. Спроектирован и разработан аппаратный комплекс для получения диагностической информации методом измерения потерь энергии при периодическом перемагничивании ферримагнитного материала. Разработан программный комплекс «MagScanner 1.0», позволяющий проводить диагностику, обрабатывать и визуализировать полученную диагностическую информацию с аппаратного комплекса. В работе описан принцип работы аппаратного комплекса, основанный на измерении потерь на перемагничивание. Представлено описание блоков аппаратного комплекса с приведением основных характеристик и принципиальных схем. Описаны основные алгоритмы работы программного комплекса «MagScanner 1.0» с приведением алгоритма поиска падения амплитуды и алгоритма Грэхема. Произведено пробное сканирование с обнаружением дефекта в материале, в результате чего получена картина, отображающая контур дефекта.
ячейки памяти
среда визуализации
программный комплекс
операционный усилитель
аналогово-цифровой преобразователь
Перемагничивание
1. Агуров П.В. Практика программирования USB // БХВ-Петербург. – СПб., 2006. –– С. 624.
2. Вильданов Р.Г. Разработка датчиков потерь на перемагничивание для контроля напряженно-деформированного состояния металлических конструкций // Контроль. Диагностика. - 2008. - № 10. - С. 48-50.
3. Вильданов Р.Г. Датчик для оценки напряженно-деформированного состояния металлоконструкций // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2010. - № 10. - С. 44-48.
4. Кормен Т., Лейзерсон Ч., Ривест Р., Штайн K. Алгоритмы: построение и анализ. - М. : Вильямc, 2006. –– С. 420-461.
5. Стеклов О.И. Техническая диагностика оборудования и сооружений нефтегазового и нефтегазохимического комплексов // Дефектоскопия. – 2006. - № 4. – С. 113-121.

Введение

Современное определение технической диагностики как отрасли на­учно-технических знаний, сущность которой составляют теория, методы и средства обнаружения и поиска дефектов объектов технической природы, включает в себя методы и средства неразрушающего контроля. Обнаруже­ние и поиск дефектов являются процессами определения технического со­стояния объекта и объединяются под термином «диагностирование». Таким образом, задачами диагностирования являются задачи проверки ис­правности, работоспособности и правильности функционирования объек­та, а также задачи поиска дефектов, нарушающих исправность, работоспо­собность или правильность функционирования.

Средства неразрушающего контроля выступают в роли технических средств диагностики. Ни один из существующих методов и приборов не­разрушающего контроля не является универсальным и не может удовле­творить в полном объеме всем требованиям практики. В наибольшей сте­пени этим требованиям удовлетворяют комплексные диагностические ла­боратории, укомплектованные различными приборами неразрушающего контроля. Комплектация лабораторий производится в зависимости от вида диагностируемого оборудования и производимых диагностических работ. На нефтехимических и нефтеперерабатывающих производствах наиболее эффективным является применение портативных универсальных и специа­лизированных средств для периодического неразрушающего контроля оборудования и встроенных стационарных систем непрерывной диагно­стики с выводом показаний на пульт оператора [5].

В последнее время с развитием компьютерной техники и повышением их производительности наметилась перспектива в создании программно-аппаратных комплексов диагностирования. Такой симбиоз средств диагностирования и компьютера позволяет получать комплексную информацию о дефектах, а также вести детальный анализ. Такой подход к средствам диагностики позволяет разделить функции. На аппаратную часть возлагается функция измерения и выявление дефекта, а на программную составление полной картины и анализ полученных результатов. Для встроенных стационарных систем непрерывной диагностики применение компьютерной техники позволяет сконцентрировать информацию из всех датчиков в одном месте и на основе этих данных вести анализ в реальном времени.

Идея работы основана на создании эффективного, экономически выгодного устройства диагностирования, а также на разработке автоматизированного программного комплекса обработки диагностической информации датчика потерь на перемагничивание [2; 3].

Блок-схема исполнения магнитного дефектоскопа представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Блок-схема прибора

Прибор содержит ПГ – программный генератор, УМ – блок усилителя мощности генерируемого сигнала, ДС – электромагнитный датчик-сканер, АЦП – аналогово-цифровой преобразователь, ПК – программный комплекс, состоящий из блока ДТ – детектора и ВИЗ – блока визуализации. Работа прибора основана на измерении потерь перемагничивания участка контролируемого изделия. Если ферромагнитный материал подвергается периодическому перемагничиванию, то в нем возникают потери энергии на гистерезис и вихревые токи.

Электромагнитный ДС устанавливают на изделие. Регулируемый сигнал с генератора ПГ поступает в блок усиления УМ, где усиливается по напряжению и току, и подается на намагничивающую обмотку. Далее сигнал с измерительной обмотки поступает на АЦП, где полученная информация упорядочивается и поступает в программный комплекс для получения конечного результата – детектирование и визуализация дефекта.

Таким образом, прибор позволяет путем изменения частоты магнитного поля от высоких значений до низких постепенно перемагничивать участок изделия слой за слоем, тем самым осуществлять частотное сканирование и по потерям на перемагничивание получить изображение поперечного сечения контролируемого участка.

Датчик-сканер исполнен в виде П-образного сердечника, состоящего из пластин с двумя одинаковыми медными катушками сопротивлением 80 Ом (рис. 2).

Рисунок 2 – Схематичное изображение датчика-сканера

Блок АЦП выполнен на микроконтроллере фирмы Atmel серия ATtiny45-20su, схема изображена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Схема блока АЦП

Технические характеристики блока АЦП:

  • количество аналоговых каналов: 2;
  • входное сопротивление аналогового канала, МОм: 1±10%;
  • разрядность АЦП, бит: 10/8;
  • диапазон входных напряжений, В: 0…7,5;
  • полоса пропускания, кГц: 10.

Блок усилителя выполнен на интегральной микросхеме TDA2050 (рисунок 4) и обладает следующими характеристиками:

  • напряжение питания: 7-30 В;
  • пиковое значение выходного тока: 5 А;
  • ток в режиме покоя: 30-55 мА.

NM2036 - Набор для сборки  усилителя НЧ 32 Вт, моно (TDA2050)

Рисунок 4 – Схема блока усиления

Программный комплекс разработан в среде Borland Delphi 11. Комплекс состоит из блоков генерации сигнала, блока поиска дефекта, блока калибровки и блока визуализатора (рис. 5). В программном комплексе реализовано два основных режима, режим поиска дефекта и режим сканирования. В режиме поиска дефекта можно определить наличие дефекта и определить глубину его залегания. В режиме сканирования происходит сканирование самого дефекта, определение точек его контура, на основании полученных точек формируется его примерная форма.

https://pp.vk.me/c620025/v620025002/59e2/YuYigWE8ZZ8.jpg

Рисунок 5 – Рабочее окно программного комплекса: 1 – область управления генератором, 2 – область управления детектором, 3 – область отображения величины потери перемагничивания, 4 – область визуализации контура дефекта

Алгоритм поиска дефекта заключается в следующем.

В реальном времени происходит отслеживание максимального значения A (вершины синусоиды) амплитуды сигнала и записывается в ячейку памяти (рис. 6). Затем это значение сравнивается с последующим максимальным значением амплитуды B. В случае если последующее значение максимума амплитуды меньше записанного в ячейке памяти A>B, то это сигнализирует о наличии дефекта, по разнице значения С можно судить о глубине дефекта. Данный алгоритм повторяется на разных частотах от 50 до 1000 Гц, что позволяет получить картину дефекта послойно [1].

Для полученного множества точек с координатами дефекта применяется алгоритм Грэхема, позволяющий произвести обход точек и создать контур. Алгоритм Грэхема — алгоритм построения выпуклой оболочки в двумерном пространстве. В этом алгоритме задача о выпуклой оболочке решается с помощью стека, сформированного из точек-кандидатов (рис. 7) [4].

Рисунок 6 – Иллюстрация алгоритма поиска значений

 

Рисунок 7 – Пример работы алгоритма Грэхема

Визуализация полученных данных выполнена с помощью компонентов Tee Chart и Canvas, позволяющих получать различные картины сечений и диаграмм распределений дефектов на поверхности, а также реализовать получение трехмерной картины.

Заключение

Как показали результаты исследований, система дает хорошие результаты. Чувствительность к дефектам повысилась до 10% от толщины металла. Система позволяет получить размеры дефектов и их объемное изображение.

Рисунок 8 – Результат сканирования дефектного участка

Рецензенты:

Баширов М.Г., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой ЭАПП филиала ФГБОУ ВПО «УГНТУ в г. Салавате», г. Салават.

Жирнов Б.С., д.х.н., профессор, заведующий кафедрой ХТП филиала ФГБОУ ВПО «УГНТУ в г. Салавате», г. Салават.


Библиографическая ссылка

Садыков Р.Р., Вильданов Р.Г., Степанов Е.А., Лукьянцев М.А. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 3. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=13689 (дата обращения: 20.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074