1294

информационная система (рис. 2) должна включать следующие устрой­ ства: первичные и вторичные преобразователи, промежуточные усили­ тели, регистраторы однократных процессов, измерители частоты, ана­ лого-цифровые преобразователи, мини-ЭВМ, устройства вывода и ото­ бражения информации. Учитывая, что в большинстве случаев необходим контроль крупных объектов, в систему должны быть включены испол­ нительные органы для осуществления сканирования контролируемого объекта.

В Институте механики полимеров АН ЛатвССР разработан ряд си­ стем автоматизации экспериментов по неразрушающему контролю от­ дельных физических характеристик с использованием ЭВМ [1, 2] для управления экспериментом и сбором информации, а также измерительно­ информационные системы [1, 2] с выводом информации на машинный носитель для последующей обработки результатов испытания на ЭВМ.

Система неразрушающего контроля акустических характеристик ком­ позитных материалов. Для определения частотной зависимости акусти­ ческих характеристик [1] композитных материалов на основе спектраль­ ного анализа сигналов создана измерительно-информационная система, состоящая из следующих блоков: измеритель скорости и затухания ультразвука типа 3309 (ИСЗУ), регистратор однократных процессов [3J

типа 4101 (РОП), блок сопряжения информационно-измерительной си­ стемы (БСИИС), ленточный перфоратор ПЛ 150 (ЛП).

Блок сопряжения системы управляет регистрацией формы акустиче­ ских сигналов и выводом информации на перфоленту. На перфоленте н двоичном коде перфорируются скорость распространения ультразвука в материале и четыре формы акустических сигналов. Подсистема вклю­ чает схему управления регистрацией, схему излучателей, схему управ­ ления дискретизацией и линии задержки разрушения дискретизацииРегистрация формы акустических сигналов осуществляется автомати­ чески после каждого цикла измерения скорости распространения аку­ стических колебаний. Вывод информации о скорости и форме колебаний на перфоленту осуществляется после оценки оператором качества сиг­ налов на электронно-лучевой трубке регистратора. Разработанная систёма позволяет определить фазовую скорость и затухание в композит­ ных материалах в диапазоне от 100 кГц до 2 МГц с точностью ±5% -

Система неразрушающего контроля диэлектрических характеристик..

Структурная схема системы автоматизации неразрушающего электроемкостного контроля включает исполнительные устройства для ориентации электроемкостного первичного преобразователя (ЭПП) в пространстве (рис. 3) и коммутатор электродов ЭПП для физической реализации !принципа многоканальности, измерительные устройства (LC-генератор- п стандартный измеритель частоты), решающее и управляющее устрой­ ства ЭВУМ. Система работает следующим образом: при использовании | наиболее чувствительного к отклонению от плоскопараллельности вклю­ чения ЭПП измеряется частота, при помощи алгоритма по координат­ ному спуску устанавливается плоскопараллельность, признаком которой является минимум емкости. На следующем этапе реализуется квазиинвариантная система включения ЭПП для определения расстояния между последним и исследуемым материалом; ЭПП устанавливается в опти­ мальной зоне относительно объекта контроля для определения интере­ сующих нас параметров. Далее реализуется включение электродов ЭПП

94 X. Э. СЛАВА

I проницаемости, которая используется для диагностики жесткости и проч­ ности конструкционных материалов, остальные параметры играют вто­ ростепенную роль.

Разработанная система контроля определяет диэлектрическую про­ ницаемость с точностью до 2% при изменении е от 1 до 10 в диапазоне изменения воздушного зазора от 0 до 1 мм.

Система определения электрических релаксационных характеристик композитных материалов. Данная система (рис. 1 [2]) управляется мини-ЭВМ НР-9600 на основе процессора НР-2100 операционной систе­ мой РТЕ-2. Мини-ЭВМ осуществляет управление экспериментом, накоп­ ление и обработку информации. Управление экспериментом включает организацию режимов поляризация—деполяризация, регистрацию ин­ формации по заранее заданному режиму, переключение диапазонов АЦП по команде с мини-ЭВМ и выполнение указанного числа циклов. В ка­ честве АЦП используется цифровой вольтметр. Система определяет электрические релаксационные характеристики в диапазоне инфранпзких частот 10-4—101 Гц. Минимальное значение релаксирующей части вещественной составляющей комплексной диэлектрической проницаемо­ сти 0,2; минимальное значение мнимой составляющей комплексной ди­ электрической проницаемости коэффициента потерь 0,1.

Для определения электрических релаксационных характеристик в диапазоне радиочастот создана информационно-измерительная система, в которой в качестве АЦП используется разработанный в СКВ научного приборостроения при ИМП АН ЛатвССР регистратор однократных им­ пульсов типа 4102 [3]. Общая структурная схема системы состоит из измерительной ячейки (ИЯ), блока сопряжения измерительной ячейки (БСИЯ), регистратора однократных импульсов (Р), мини-ЭВМ, ленточ­ ного перфоратора (ЛП) и блока сопряжения регистратора с ленточным перфоратором (БСРЛП). Измерительная ячейка (ИЯ) содержит изме­ рительный конденсатор С0, образцовый резистор и переключающие схемы.

Блок сопряжения измерительной ячейки выполняет следующие опе­ рации: формирование сигнала скачкообразного воздействия на материал и сигналов управления для переключающих схем; изменение усилия по­ ляризационного тока в определенные моменты с целью регистрации его в широком динамическом диапазоне. В системе предусмотрены два ре­ жима работы: автоматический — непосредственно с мини-ЭВМ (блоки БСРЛП и ЛП не работают) и режим сбора информации на перфоленте (без мини-ЭВМ). Диапазон частот 101—5-104 Гц; минимальное значение ■релаксирующей части вещественной составляющей комплексной диэлек­ трической проницаемости 0,1; минимальное значение мнимой составля­ ющей комплексной диэлектрической проницаемости 0,05.

Система регистрации сигналов акустической эмиссии. Согласно обоб­ щенной структурной схеме, представленной на рис. 1 [1], создана си­ стема автоматизации определения частотных характеристик отдельных импульсов акустической эмиссии в диапазоне частот от 0,5 до 50 кГц. Система управляется мини-ЭВМ НР-9600 на основе процессора НР21-МХ. Мини-ЭВМ осуществляет управление экспериментом, накоп­ ление и обработку информации. Управление экспериментом включает

.запуск и считывание информации с регистраторов однократных процес­

на октаву вне полосы пропускания и регистраторами однократных про­ цессов. Система работает следующим образом. В начале эксперимента регистрируется фоновый шум и записывается на диске ЭВМ, после чего в схеме управления АЦП пороговый уровень устанавливается выше фо­ нового шума и при прохождении эмиссионных сигналов выше порого­ вого уровня запускаются регистраторы однократных процессов. ЭВМ проверяет законченность регистрации информации. По окончании реги­ страции информация с памяти регистраторов считывается и записыва­ ется на диск ЭВМ; на диск записывается также время прихода им­ пульса, после чего ЭВМ передает команду на регистраторы ожидания следующих импульсов.

Система контроля тепловой активности композитных материалов.

Согласно обобщенной структурной схеме (рис. 4) создана система авто­ матизации контроля тепловой активности. Для управления эксперимен­ том, накоплением и обработкой данных используется мини-ЭВМ. Си­ стема состоит из источника теплового напора датчика теплового потока

20——Т, датчика температуры с чувствительностью 48---- , коммутатора м2 Т

каналов датчиков и аналого-цифрового преобразователя, в качестве ко­ торого используется цифровой вольтметр.

Инвариантность систем относительно возмущающих воздействий. При проведении спектрального анализа ультразвуковых импульсов [1] не­ обходимо учитывать комплексные передаточные функции акустических и усилительных трактов измерительной аппаратуры. С учетом последних импульсы, принятые с первого и второго приемников, могут быть пред­ ставлены в следующем виде:

К 2 (р) — комплексная передаточная функция второго усилителя. Для достижения инвариантности передаточной функции материала относи­ тельно каналов усиления необходимо переключить приемник с первого канала на второй канал усиления, и наоборот. Получим следующие за­ висимости:

С учетом (1) — (4) имеем систему уравнений четвертого порядка от­ носительно неизвестных функций S(p), К\(р), /Сг(р) и К(р,х). Приме­ няя обратное преобразование Лапласа, получаем систему алгебраиче­ ских уравнений:

При регистрации сигналов акустической эмиссии основным возмущаю­ щим воздействием является фоновый шум измерительного тракта. Час­ тотный спектр принятого сигнала акустической эмиссии можно предста­ вить в следующем виде:

также программы автоматической коррекции фазы сигналов. Общая длина всех программ для определения частотных зависимостей акусти­ ческих характеристик материала 24/С.

Акустическая эмиссия. Для обработки сигналов акустической эмис­ сии используется массив данных длиной 1024 слова. С помощью быст­ рого преобразования Фурье (БПФ) определяется энергетический спектр сигнала, который можно представить в виде

где 5 (со) — спектр источника сигнала; /((со) — передаточная функция всей системы (можно считать, что за время эксперимента К (со) оста­ ется постоянной). Далее рассчитывается энергетическое распределение сигналов во время эксперимента и строятся гистограммы распределения сигналов по энергиям. Для разработки решающего правила идентифи­ кации спектра сигнала создана программа сравнения спектров отдель­ ных импульсов по множеству критериев. Общая длина программ 24/С.

Теплофизический метод. В тепловом методе контроля в качестве входного сигнала используется температура датчика, а выходного — тепловой поток. Для определения передаточной функции материала об­ рабатывается массив данных длиной 1024 слова. Комплекс программ определения теплофизических характеристик материала основан на чис­ ленном решении уравнения (10) с весовой функцией в виде

Уравнение (10) решается методом наименьших квадратов с автомати­ ческим выбором числа членов в выражении (15), число которых опреде­ ляется точностью решения уравнения (10), после чего определяются теплофизическне характеристики материала из выражения (15). Общая длина программ 20К.

Диэлектрическая спектроскопия. В [2] рассматривается методика, основанная на сравнении некоторого числа параметров, полученных в результате аппроксимации экспериментальных кривых математическим выражением в виде суммы конечного числа дисперсии четырехпараметрового описания релаксационных процессов:

м

г—1

где М — число релаксационных механизмов (с дискретным или непре­ рывным спектром); <р(х) — экспериментально полученная релаксацион­ ная зависимость (частотная зависимость составляющих комплексной ди­ электрической проницаемости, временная зависимость поляризацион­ ного тока или их соответствующие механические аналоги); х — время или частота; ф(х, cxi, Рг, Тог) — соответствующая теоретическая зависи­ мость четырехпараметрового описания. Полученные в результате ап­ проксимации параметры модели (16) позволяют: 1) раздельно учиты-

1 терь (б)), полученные при исследовании процесса ускоренного старения

ности). Как видно из рисунка, система позволяет учитывать прокладку начиная с пятой секунды и тем самым ускорить процесс контроля.

СП И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы *

/\.у1укша В. В., Лях Я. А.. Индулевич Я. Я. и др. Автоматизация неразрушающего

4'акустического контроля композитных материалов.

2.Штраус В. Д. Автоматизация определения электрических релаксаанонных характе­ ристик композитных материалов.

*Статья представляет собой обзор материалов, вошедших в настоящий сборник.

3.Виксна А. Ж. Обобщенная модель статистического аналого-цифрового преобразо­ вателя.

4.Слава X. Э., Паблак Д. Э. Алгоритмы и комплекс программ для систем автомати­ зации неразрушающего контроля физических характеристик изделий из композитных материалов.

5.Виксна А. Ж. Применение окон при восстановлении стохастически квантованного сигнала.

/6?\Штраус В. Д. Экспериментальные исследования информативности электрических ре- v'~—" лаксационных характеристик к изменению физико-механических свойств композитов.