Інформаційно-вимірювальні системи пасивної акустичної локації дефектів структури конструкційних матеріалів

Розглянуто принципи побудови та алгоритми роботи інформаційно-вимірювальних систем діагностики стану елементів обладнання та конструкцій об’єктів атомної енергетики з використанням акустоелектричної локації дефектів структури конструкційних матеріалів....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2010
1. Verfasser:	Бабак, В.П.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України 2010
Schriftenreihe:	Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля
Schlagworte:	Проблеми безпеки атомних електростанцій
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/58202
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Інформаційно-вимірювальні системи пасивної акустичної локації дефектів структури конструкційних матеріалів / В.П. Бабак // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля: наук.-техн. зб. — 2010. — Вип. 13. — С. 84–93. — Бібліогр.: 6 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-58202
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-582022014-03-21T03:01:43Z Інформаційно-вимірювальні системи пасивної акустичної локації дефектів структури конструкційних матеріалів Бабак, В.П. Проблеми безпеки атомних електростанцій Розглянуто принципи побудови та алгоритми роботи інформаційно-вимірювальних систем діагностики стану елементів обладнання та конструкцій об’єктів атомної енергетики з використанням акустоелектричної локації дефектів структури конструкційних матеріалів. Рассмотрены принципы построения и алгоритмы работы информационно-измерительных систем диагностики состояния элементов оборудования и конструкций объектов атомной энергетики с использованием пассивной акустоэлектрической локации дефектов структуры конструкционных материалов. We have construction principles and operation algorithms of information-measuring systems used in diagnosing the conduction of equipment and facilities of nuclear power generation with emphasis on passive acoustic-electric location of structural defects construction materials. 2010 Article Інформаційно-вимірювальні системи пасивної акустичної локації дефектів структури конструкційних матеріалів / В.П. Бабак // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля: наук.-техн. зб. — 2010. — Вип. 13. — С. 84–93. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. 1813-3584 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/58202 621.791:534.6 uk Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Проблеми безпеки атомних електростанцій Проблеми безпеки атомних електростанцій
spellingShingle	Проблеми безпеки атомних електростанцій Проблеми безпеки атомних електростанцій Бабак, В.П. Інформаційно-вимірювальні системи пасивної акустичної локації дефектів структури конструкційних матеріалів Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля
description	Розглянуто принципи побудови та алгоритми роботи інформаційно-вимірювальних систем діагностики стану елементів обладнання та конструкцій об’єктів атомної енергетики з використанням акустоелектричної локації дефектів структури конструкційних матеріалів.
format	Article
author	Бабак, В.П.
author_facet	Бабак, В.П.
author_sort	Бабак, В.П.
title	Інформаційно-вимірювальні системи пасивної акустичної локації дефектів структури конструкційних матеріалів
title_short	Інформаційно-вимірювальні системи пасивної акустичної локації дефектів структури конструкційних матеріалів
title_full	Інформаційно-вимірювальні системи пасивної акустичної локації дефектів структури конструкційних матеріалів
title_fullStr	Інформаційно-вимірювальні системи пасивної акустичної локації дефектів структури конструкційних матеріалів
title_full_unstemmed	Інформаційно-вимірювальні системи пасивної акустичної локації дефектів структури конструкційних матеріалів
title_sort	інформаційно-вимірювальні системи пасивної акустичної локації дефектів структури конструкційних матеріалів
publisher	Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України
publishDate	2010
topic_facet	Проблеми безпеки атомних електростанцій
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/58202
citation_txt	Інформаційно-вимірювальні системи пасивної акустичної локації дефектів структури конструкційних матеріалів / В.П. Бабак // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля: наук.-техн. зб. — 2010. — Вип. 13. — С. 84–93. — Бібліогр.: 6 назв. — укр.
series	Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля
work_keys_str_mv	AT babakvp ínformacíjnovimírûvalʹnísistemipasivnoíakustičnoílokacíídefektívstrukturikonstrukcíjnihmateríalív
first_indexed	2025-07-05T09:26:16Z
last_indexed	2025-07-05T09:26:16Z
_version_	1836798524341092352
fulltext	84 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 13 2010 УДК 621.791:534.6 ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНІ СИСТЕМИ ПАСИВНОЇ АКУСТИЧНОЇ ЛОКАЦІЇ ДЕФЕКТІВ СТРУКТУРИ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ В. П. Бабак Інститут проблем безпеки АЕС НАН України, Київ Розглянуто принципи побудови та алгоритми роботи інформаційно-вимірювальних систем ді- агностики стану елементів обладнання та конструкцій об’єктів атомної енергетики з використанням акустоелектричної локації дефектів структури конструкційних матеріалів. Ключові слова: діагностика, дефекти структури, пасивна акустоелектрична локація. Вступ Підвищення якості та надійності об’єктів і обладнання енергетики, виробів авіаційної техніки тощо, а також перевірка їхнього стану в різних умовах експлуатації практично не- можливі без технічної діагностики. Для її проведення, як правило, використовують автома- тизовані інформаційно-вимірювальні системи на базі мікропроцесорів та комп’ютерів, в яких широко застосовуються різноманітні фізичні методи контролю, зокрема акустоелектричний (АЕ). За результатами проведеного комплексу досліджень процесів руйнування матеріалів і виробів можна виділити два основні напрями застосування методу АЕ локації [1]: локацію місцеположення дефектів, що розвиваються в елементах і конструкціях знач- них габаритів, зокрема об’єктів атомної енергетики, авіаційної техніки тощо; дослідження фізики процесів руйнування та їх впливу на несучу здатність конструк- цій. Перший напрям пов'язаний із визначенням і локалізацією найбільш ймовірної області розвитку процесів руйнування, другий – із вивченням механізмів, параметрів і закономірнос- тей перебігу таких процесів та розробленням способів технічного діагностування стану ви- робів. Незважаючи на певну різницю між напрямами виконуваних завдань, в основі кон- цепцій побудови систем реєстрації та обробки сигналів акустичних хвиль лежить пасивна локація дефектів, що розвиваються у виробах під час їх навантаження, з додатковим розши- ренням можливої кількості інформативних параметрів. Тобто концепції сформовані на поєд- нанні в єдиній системі розглянутих напрямів виконуваних завдань з обробкою інформації в реальному часі. Принципи побудови пасивних систем акустоелектричної локації Здійснення обробки сигналів в реальному часі, досягнення оперативності введення інформації та виведення результатів аналізу, а також суміщення функцій локації джерел ви- промінювання з вимірюванням параметрів сигналів визначається чинниками [1], що накла- дають певні обмеження на швидкість введення інформації, її обсяг, обчислювальні алгорит- ми, кількість каналів та аналізованих параметрів (рис. 1). Рис. 1. Фактори впливу поєднання локації джерел випромінювання та обробки параметрів акустоелектричних сигналів. ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНІ СИСТЕМИ ________________________________________________________________________________________________________________________ ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 13 2010 85 Указані фактори є причиною широкого використання апаратної обробки інформації з жорсткими алгоритмами роботи, ускладнення структури апаратної реалізації систем (значно- го зростання їх вартості й габаритів), зменшення кількості оброблюваних параметрів тощо. Останнє не має принципового значення для систем локації, але в дослідженні процесів руй- нування це важливо, оскільки пошук закономірностей і кореляційних зв'язків, а також про- цедур прийняття рішень про стан об'єктів ґрунтуються на аналізі параметрів отриманих сиг- налів. У побудові таких систем, наприклад, що використовуються для контролю вузлів об- ладнання АЕС, узагальненою є концепція, розроблена американською фірмою Physical Acoustic Corporation (РАС) [2]. В її основі лежить принцип формування нарощуваної моду- льної архітектури з базовою кількістю каналів кратної двом (рис. 2). Вхідний модуль є аналоговим інтерфейсом з організованою процесорною шиною, що містить незалежний контролер каналу (ІСС), побудований на базі мікропроцесора. Він забез- печує кодування акустичних полів та їх параметрів з одночасним відображенням і збережен- ням у пам'яті пристроїв, а також із паралельною фільтрацією даних згідно з попередньо встановленими значеннями параметрів. Для прискорення передавання даних та обміну інфо- рмацією в кожному каналі є контролер параметрів каналу (РСС), який є міні-комп'ютером на базі мікропроцесора. Крім того він забезпечує накопичення і тимчасове збереження даних. Керування процесом вимірювань і пересилання даних у центральний процесор (РС) для об- робки, відображення та збереження інформації виконує контролер розподільника каналів (GСС), який є потужним міні комп'ютером. З наведеної архітектури видно, що концептуальна частина системи побудована на по- єднанні функцій локації та аналізу параметрів отриманих сигналів. Пріоритетною є локація джерел випромінювання, а для збільшення швидкодії та мінімізації втрат інформації в кож- ному каналі широко використовується мікропроцесорна техніка, призначена для попередньої обробки параметрів АЕ сигналів. Для обробки інформації використовують незмінні алгоритми. У реалізації інтерфейсу користувача та загальної системи керування переважають апаратні засоби, а програмні засо- би застосовують для виведення та відображення результатів аналізу у вигляді карт розподілу джерел випромінювання й деяких оброблюваних параметрів. Зміна алгоритмів обробки ін- формації, контролю та керування передбачає зміну електронної частини системи у вигляді виносних блоків. Загальні принципи побудови подібних систем з поєднанням локації та обробки пара- метрів сигналів передбачають використання єдиного підходу до обробки параметрів дослі- джуваних процесів, які можуть відрізнятися між собою. Прикладом такої відмінності слу- жать сигнали, які реєструються під час проведення статичних (механічне або температурне навантаження матеріалів і виробів) та динамічних (тертя, різання, шліфування, скрайбуван- ня) випробувань матеріалів. У першому випадку це імпульсна послідовність, у другому – неперервний сигнал. Рис. 2. Структура паралельної системи обробки АЕ сигналів: 1 - 128 - канали введення інформації; Д - датчики АЕ; П - попередні підси- лювачі; ІСС - незалежні контролери каналу; РСС - контролери параметрів кана- лу; ОСС - контролер розподільника каналів; РС - центральний процесор. В. П. БАБАК ________________________________________________________________________________________________________________________ ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 13 2010 86 Інформаційно-вимірювальні системи діагностики стану елементів обладнання та конструкцій Прагнення до реального масштабу часу вимірювання та обробки інформації, а також поєднання в одній системі функцій, які забезпечують розв'язання різних завдань, потребує оптимізації обмежуючих чинників, що є складним завданням. Зменшити вплив цих чинників можна поділом функцій між системами, які мають виконувати самостійні завдання, а також використання концепції їх побудови, що ґрунтується на поєднанні можливостей сучасних засобів обчислювальної техніки (зокрема, персональних комп'ютерів) та інформаційних тех- нологій формування, так званих вимірювальних лабораторій (технологій LabCard). В основі інформаційно-вимірювальної системи (ІВС), як показано на рис. 3, лежать методології: реєстрації та перетворення первинної інформації; виділення та підсилення АЕ сигналів; цифрового перетворення та збереження вихідних процесів; обробки сигналів та їх потоків; виведення результатів аналізу; керування процесами вимірювань; керування ін- формаційними потоками (ІП); контролю стану устаткування. При цьому виділяють ряд системних функцій, розподілених між програмними й апа- ратними засобами, і визначають склад системи, а саме: реєстрацію пружних механічних зсу- вів, їх перетворення в електричний сигнал і підсилення сигналу – електронні засоби з "жорс- ткими" апаратними алгоритмами роботи; цифрові перетворення сигналів, їх обробка, аналіз, керування та контроль за виконанням усіх процесів – засоби LabCard – порти введення– виведення (ПВВ) та персональний (мобільний) комп'ютер (ПК, МК). Це забезпечує: мінімі- зацію зовнішніх електронних засобів, використання фізичного й логічного рівнів ПВВ і ПК, проведення цифрових вимірювань, швидкодію, пам'ять, необхідну роздільну здатність по амплітуді і точність, побудову програмного інтерфейсу керування, використання гнучких алгоритмів керування, обробки й контролю даних. Базовим елементом систем є сучасні інструментальні засоби – ПВВ. Логіка роботи ІВС формується й підтримується програмним математичним забезпеченням (ПМЗ). Функці- ональні можливості ПВВ визначають організацію вхідних аналогового у цифрового інтер- фейсів, а також вихідного цифрового інтерфейсу з безпосередньою передачею даних по шині комп'ютера. Організація роботи системи базується на забезпеченні сумісного функціонуван- ня ПВВ і ПК під керуванням ПМЗ. Під час локації джерел дефектів, що розвиваються в елементах конструкцій, зов- нішній формувач сигналів працює за жорстким алгоритмом. Він забезпечує визначення часу прибуття АЕ сигналів на датчики та передача їх у ПК за допомогою ПВВ, який працює з по- вномасштабним використанням цифрового й аналогового інтерфейсів. У разі використання аналогового інтерфейсу (аналого-цифрового перетворювача) ПВВ працює у двох основних режимах – очікування та неперервного, або наскрізного введення інформації [3]. Режим очікування є основним у сучасних цифрових ІВС. Процедура включає фор- мування режиму очікування надходження сигналу перевищення встановленого порога обме- Рис. 3. Складові частини ІВС. ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНІ СИСТЕМИ ________________________________________________________________________________________________________________________ ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 13 2010 87 ження амплітуди з наступною обробкою миттєвих значень параметрів сигналу. Інформація обробляється тоді, коли сигнал перевищує амплітудний поріг. Для прискорення процесів обробки інформації виконується незалежна обробка параметрів сигналів та визначення коор- динат джерела випромінювання. Результати обробки передаються в центральний процесор для подальшого аналізу і формування масивів даних. Безпосереднє використання аналогового інтерфейсу ПВВ з наступним програмним визначенням сигналів від датчиків знижує швидкість введення та обсяг інформації, що аналі- зується. Доцільніше використати швидкісний цифровий інтерфейс ПВВ. Для формування цифрових даних і передачі їх по цифровому інтерфейсу використовується проміжний форму- вач інформації (рис. 4). Моменти часу появи сигналів на антенах (датчиках) фіксуються встановленням логічних одиниць або значень відповідних бітів шістнадцятирозрядної циф- рової вхідної шини ПВВ. Аналогічним способом можна формувати й сигнали керування ро- ботою формувача інформації. Це дає змогу значно спростити алгоритм роботи зовнішнього формувача інформації, а всі операції з обробки даних, керування та контролю за станом сис- теми перекласти на ПМЗ. Отже, ІВС базуються на використанні комплексів програмних засобів. Такий підхід забезпечує формування: гнучких багаторівневих інтерфейсів, а також мініінтерфейсів керу- вання з розгалуженою мережею операцій; зручних вікон відображення обробленої інформа- ції та параметрів стану системи; зручних контрольованих багаторівневих процедур тестуван- ня системи та збереження результатів випробувань виробів. Це зумовлює також наро- щування кількості вхідних каналів без зміни внутрішньої конфігурації систем з моди- фікацією лише ПМЗ. Застосування технології LabCard для побудови АЕ систем локації джерел випроміню- вання передбачає формування структур, що базуються на широкому поєднанні програмних та апаратних засобів. Одним із найважливіших елементів концепції побудови таких структур є розподіл функцій між елементами, що входять до складу системи. Автономна робота цих елементів трансформується в певну послідовність операцій, контроль і керування якими здійснюються лише за допомогою ПМЗ. З цих позицій ПМЗ є інтегрованим середовищем, яке підтримує спільну роботу всіх елементів систем через інтерфейс користувача. Наявність єдиних базових елементів АЕ систем локації, якими є ПВВ і ПК, та спіль- них груп функціональних операцій (керування та контролю, вимірювання й запису інформа- ції, відображення результатів, формування логічних, сервісних та інших масивів) дозволяє формувати єдину структуру ПМЗ. Усю логіку роботи системи під керуванням ПМЗ можна поділити на декілька рівнів, які визначаються призначенням виконуваних завдань. Перший рівень забезпечує керування параметрами стану системи та режимами фор- мування й вибору потрібних операцій, що завантажуються на виконання. Він фактично є рі- внем програмного графічного інтерфейсу (ПГІ) керування – інтерфейсом користувача. Дру- гий рівень використовується для керування режимами роботи апаратних засобів, третій – для Рис. 4. Структура ІВС пасивної акустоелектричної локації джерел випромінювання: Д - датчик; П - підсилювач; Ф - зовнішній формувач інформації; ПК - персональний комп'ютер; РСL - порт введення-виведення; CPU - процесор; HDD - жорсткий диск; ПМЗ - програмне математичне забезпечення; М - монітор; Др - друкувальний пристрій. В. П. БАБАК ________________________________________________________________________________________________________________________ ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 13 2010 88 обробки даних і відображення результатів аналізу. Основою побудови логіки роботи і керу- вання системами в ІВС на базі АЕ на всіх рівнях є формування та керування інформаційними потоками, обмін якими підтримує процесор ПК і проводиться по шині даних, а контроль і керування їх параметрами здійснюються через загальний інтерфейс користувача (рис. 5). Інформаційні потоки розрізняються за функціональним призначенням, пріоритет- ністю, напрямами та послідовністю передачі, а їх склад і структура приймаються за протоко- лом обміну. Обмін інформаційними потоками в системі здійснюється послідовно за визна- ченими пріоритетами, тобто за встановленою черговістю їх проходження, яка приймається за протоколом обміну та на основі інформаційно-енергетичного критерію розділення сигналів. Первинними є інформаційні потоки параметрів дійсного стану системи. Вони використову- ються для формування та підтримання всіх інших інформаційних потоків, які визначаються операцією, що виконується. По завершенні виконання кожної операції формуються проміжні масиви даних з параметрами тимчасового призначення. Ці масиви використовуються в інших операціях, які породжують відповідні інформаційні потоки. ПГІ керування є видимою частиною ІВС, за допомогою якої здійснюється взаємодія з системою. Це набір панелей інструментів, що використовуються для завантаження на вико- нання різних операцій, і побудований за принципом багаторівневої ієрархічної (роз- галуженої) архітектури. Кожен рівень складається з підрівнів, які використовуються для ви- конання самостійних завдань – формування параметрів стану системи та їх контролю, фор- мування протоколу випробувань, визначення місць розташування антени (датчиків) і пара- метрів фільтрації, тестування системи, калібрування вимірювальних каналів системи, заван- таження режиму роботи з визначенням координат джерела випромінювання та формуванням масиву даних, побудови карт розподілу джерел випромінювання та їх параметрів тощо (рис. 6). Рис. 5. Формування і передача інформаційних потоків під час керування апаратними засобами та обробка даних у ІВС. ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНІ СИСТЕМИ ________________________________________________________________________________________________________________________ ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 13 2010 89 В основу роботи ПГІ покладено логіку формування та керування послідовністю пере- ходів, які здійснюються між рівнями (переходи по вертикалі) та в межах кожного рівня (пе- реходи по горизонталі). Логіка формування переходів організована у вигляді блокових стру- ктур або об'єктів, кожен з яких є незалежним елементом, призначеним для виконання самос- тійного завдання. Наявність незалежних об'єктів дає змогу розміщувати в них додаткові об'є- кти, тобто будувати розгалужені мережі переходів. Це забезпечує можливість побудови міні- програмних інтерфейсів з незалежним керуванням на кожному рівні, які використовуються для виконання системних операцій (операцій вимірювання), обробки даних і відображення їх результатів. Розгалужена мережа міні-інтерфейсів зумовлює поєднання роботи елементів системи з одночасним виконанням самостійних незалежних завдань. Наприклад, відповідно до однієї з прийнятих схем розташування датчиків і застосовуваного алгоритму розрахунків коорди- нат за РЧП сигналами для визначення місцеположення джерела випромінювання попередньо слід сформувати параметри об'єкта і параметри прив'язки датчиків до об'єкта з напрямом орієнтації антени. Сформовані параметри вводять до складу параметрів стану системи. Для цього використовується незалежна операція, яка виконується під час завантаження відповід- ної панелі інструментів у загальному ПГІ керування. Після завантаження операції та введення параметрів об'єкта (типу й розмірів) форму- ють вікно виведення з розгорткою об'єкта контролю та міні-інтерфейс керування з не- обхідними панелями інструментів для розташування датчиків (рис. 7, а). Для лінійної локації джерел випромінювання кожен датчик розміщують незалежно на об'єкті контролю. Перший датчик встановлюють відносно прийнятої "нульової" бази об'єкта або його початку, а другий – відносно першого з відповідною орієнтацією напряму відліків, тобто шкали додатних і ві- д'ємних відліків відносно початку координат. Після закінчення операції всі введені та розра- ховані параметри автоматично запам'ятовуються в «статусі» системи (рис. 7, б) і використо- вуються в операціях вимірювання, обробки інформації та відображення карт розподілу дже- рел випромінювання на об'єкті контролю за результатами локації. Аналогічно формуються й виконуються інші операції в системі. Проте для кожної операції, відповідно до її призначення, створюється свій інтерфейс керування. У розглянутих конструкціях інтерфейсів обмін інформаційними потоками здійсню- ється за вертикаллю. Інформаційні потоки, які формуються під час виведення та відоб- раження результатів аналізу, є завершальними потоками роботи системи. Вони можуть фор- муватися як під час виконання операцій безпосередньо в процесі проведення експериментів, Рис. 6. Структура побудови багаторівневих мереж керування. В. П. БАБАК ________________________________________________________________________________________________________________________ ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 13 2010 90 так і по їх закінченню. Тому операції, пов'язані з обробкою таких потоків, виділені в самос- тійну групу. Вони завантажуються з інтерфейсу користувача, як автономні модулі, з викори- станням системних команд. Такий підхід дає змогу, по-перше, формувати бази даних за ре- зультатами експериментів, по-друге, аналізувати дані та відображати результати незалежно від часу проведення випробувань виробів, по-третє, здійснювати незалежне керування внут- рішніми і зовнішніми інформаційними потоками, а також виконувати операції екранного аналізу інформації з формуванням масивів даних. Важливі завдання забезпечення достовірності роботи систем локації джерел випро- мінювання пов'язані з селекцією сигналів, яка здійснюється з використанням способів, що розглянуті вище. Окремим питанням постає застосування первинних перетворювачів та ал- горитмів виділення сигналів на фоні завад. У системах локації використовуються резонансні або широкосмугові антени (датчики). Останні мають перевагу з позиції менших обмежень під час контролю виробів, виготовлених з різних матеріалів. У розглянутій системі лінійної локації використовуються широкосмугові антени (датчики). Обробка результатів У таких системах широко застосовують пасивні способи зниження впливу сигналів завад – обмеження частотного діапазону та введення порога обмеження за амплітудою. З урахуванням складної форми зареєстрованих сигналів введення порога обмеження може призводити до значних похибок у результатах обробки інформації. Разом з тим тракт прий- мання та підсилення АЕ сигналів має кінцеву чутливість, значення якої можна розглядати як поріг обмеження. Якщо використовувати перетворення аналогових сигналів у цифровий код з кінцевим значенням квантування за амплітудою, то поєднання цих двох складових стає апаратурним порогом обмеження. Тому будь-який шум (внутрішній і зовнішній) на виході аналого-цифрового перетворювача буде послідовністю імпульсних сигналів. Це підтверджу- ється результатами експериментальних досліджень як у лабораторних, так і в промислових умовах [4]. Статистична обробка зареєстрованих імпульсних процесів свідчить, що вони, як правило, належать до стаціонарних випадкових процесів відповідно до визначень стаціонар- ної випадкової функції. Зовнішній шум (неперервний сигнал) можна звести до імпульсної послідовності введенням додаткового порога обмеження, тобто використовується амплітудна селекція. Аналіз розподілу параметрів завад і сигналів показує, що вони суттєво перекривають- ся. У разі параметричного відображення сигналів (Uш, τш, де Uш – максимальна амплітуда сигналу, τш – його тривалість) спостерігаються підобласті розподілу їх поточних значень. Іншими словами, у всій області значень параметрів сигналів утворюються окремі підобласті (кластери), заповнені завадами (рис. 8). . Рис. 7. Результат роботи програми для розміщення антени (датчиків) на об'єкті контролю (а) та формування параметрів стану системи (б.) ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНІ СИСТЕМИ ________________________________________________________________________________________________________________________ ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 13 2010 91 Якщо використати відтинання завад введенням порога обмеження за амплітудою Uп або їх тривалістю τп, то область значень параметрів сигналів буде знаходитись у межах , (1) . (2) Зареєстровані сигнали зі значеннями параметрів, які лежать в даній області, розгля- даються як завади. Чим більше значення параметрів завад, тим більша область відтинання значень аналізованих параметрів. Якщо аналізувати кожен прийнятий сигнал за амплітудою і тривалістю з визначенням їх граничних значень, то це дасть змогу значно звузити підобласть відтинання у всій області значень аналізованих параметрів. При цьому підобласть відтинання, наприклад, у вигляді прямокутника (див. рис. 8) буде знаходитись у межах [U1,U2] та [τ1,τ2], де U1 і U2 – відповідно мінімальне і максимальне граничні значення амплітуди сигналів завад; τ1 і τ2 – відповідно мінімальна і максимальна тривалість сигналів завад. Для забезпечення достовірності відтинання сигналів завад значення параметрів U1, U2, τ1, τ2 визначаються на основі статистичного аналізу даних з урахуванням середнього і стан- дартного відхилень [5]. При цьому підобласть значень параметрів завад, наприклад, для ймо- вірності 0,997 буде визначатися як , (3) де Uш і τш – середні значення відповідно амплітуди і тривалості завад з довірчими інтервала- ми; su і sτ – стандартні відхилення відповідно амплітуди і тривалості сигналів завад. Значення Uш і τш визначають з урахуванням довірчих інтервалів [5] , (4) де Uш і τш – оцінки середніх значень; k – коефіцієнт, значення якого для ймовірностей 0,9, 0,955 і 0,997 дорівнює 1,645, 2,0 і 3,0 відповідно; N – кількість оброблених сигналів. Рис. 8. Підобласть розподілу параметрів завад, зареєстрованих під час випробу- вань елементів конструкцій в умовах промислового виробництва (кількість сигналів NΣ = 5100). Рис. 9. Кластери завад в області зна- чень аналізованих параметрів. В. П. БАБАК ________________________________________________________________________________________________________________________ ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 13 2010 92 Розглянемо результати роботи алгоритму відтинання сигналів завад за даними, наве- деними на рис. 8. Статистичний аналіз амплітуд і тривалості сигналів завад показав, що гіс- тограми їхнього розподілу відповідають нормальному закону з параметрами Uш = 2,52 В, su = 0,14 В, τш=134 мкс, sτ =3,1 мкс. Згідно з виразами (4), для ймовірності 0,997 Uш =2,52 ± ± 0,006 В; τш =134 ± 0,13 мкс. Тоді, згідно з виразами (3), значення параметрів області відти- нання сигналів завад для ймовірності 0,997 становитимуть: Uш = [2,094; 2,95] В, τш = [124,8; 143,4] мкс. Після введення значень параметрів ообласті відтинання проводили повторну реєстра- цію та обробку сигналів завад. По закінченні роботи алгоритму відтинання сигналів завад із заданою підобластю значень параметрів сигналів на подальшу обробку пройшло 8 з 10 000 проаналізованих сигналів, імовірність проходження яких (5) де Ni і NΣ – кількість пропущених і загальна кількість проаналізованих сигналів відповідно. Тоді ймовірність відтинання сигналів завад (6) Із проведених випробувань отримано значення р = 0,0008, Q = 0,9992, що свідчить про високу ефективність алгоритму приглушення завад. Отже, слід зазначити, що параметричний аналіз дає змогу виділяти сигнали завад у будь-якій підобласті значень параметрів аналізу [6] і навіть тоді, коли в усій області значень фіксується не один, а декілька кластерів (рис. 9). У такому разі алгоритм аналізу залишається без зміни, а параметри кожної підобласті відтинання можна визначити незалежно для кожно- го кластера й вибрати в будь-якому діапазоні значень , (7) де U1i, U2i, τ1i, τ2i – граничні значення параметрів відтинання сигналів завад в i-му кластері; i – номер кластера в усій області значень аналізованих параметрів. Тут підобласті відтинання параметрів сигналів завад розглядались і задавались у най- простішому вигляді – у формі прямокутника. Але можна використовувати складніший мате- матичний апарат кластерного аналізу, який дає змогу з більшою точністю описати підоблас- ті, які займають окремі кластери, і, як наслідок, значно звузити область відтинання ана- лізованих параметрів і зменшити втрату АЕ сигналів. Описану інформаційно-вимірювальну систему використано при проведенні контролю дефектів трубопроводів Чорнобильської АЕС, де вона виявила свою ефективність. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Безпека авіації / За ред. В. П. Бабака. - К.: Техніка, 2004. – 584 с. 2. Sotirios J. Vachaviolos. Advanced AE instrumentation concepts with real time source identification through correlation plots and software filtering // Paper is presentation to the Committee of Science and Technology of the USSR, Dec. 18 - 19, 1985. - 11 p. 3. Бабак В.П., Філоненко С.Ф., Калита В.М. Моделювання сигналів акустичної еміссії при виникненні в матеріалі тріщин // Вісник НАУ. – 2002. - № 1. – С. 5 - 10. 4. Бабак В.П., Филоненко С.Ф. Выделение сигналов акустической эмиссии на фоне помех // Открытые информационные компьютерные и интегральные технологии: Сб. науч. тр. ХАИ. – 1998. - № 2.– С. 120 - 127. 5. Бабак В.П., Хандецький В.С., Шрюфер Е. Обробка сигналів. – К.: Либідь, 1999. – 496 с. 6. Патент № 47257А, Україна. Спосіб виділення сигналів акустичної емісії на фоні завад / В. П. Ба- бак, С. Ф. Філоненко – Опубл. 17.06.2002. - Бюл. № 6. ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНІ СИСТЕМИ ________________________________________________________________________________________________________________________ ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 13 2010 93 ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ПАССИВНОЙ АКУСТИЧЕСКОЙ ЛОКАЦИИ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В. П. Бабак Рассмотрены принципы построения и алгоритмы работы информационно-измерительных си- стем диагностики состояния элементов оборудования и конструкций объектов атомной энергетики с использованием пассивной акустоэлектрической локации дефектов структуры конструкционных ма- териалов. Ключевые слова: диагностика, дефекты структуры, пассивная акустоэлектрическая локация. INFORMATION-MEASURING SYSTEM OF PASSIVE ACOUSTIC LOCATION OF STRUCTURAL DEFECTS CONSTRUCTION MATERIALS V. P. Babak We have construction principles and operation algorithms of information-measuring systems used in diagnosing the conduction of equipment and facilities of nuclear power generation with emphasis on passive acoustic-electric location of structural defects construction materials. Keyword: diagnosing, structural defects, passive acoustic-electric location. Надійшла до редакції 04.08.09

Інформаційно-вимірювальні системи пасивної акустичної локації дефектів структури конструкційних матеріалів

Institution

Ähnliche Einträge