УДК 620.179.16
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЕ СРЕДЫ ГРАФИЧЕСКОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ LABVIEW
В МНОГОКАНАЛЬНЫХ АКУСТИКО-ЭМИССИОННЫХ СИСТЕМАХ
,
Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск
E-mail: *****@***ru
В статье описана реализация способа многоканальной регистрации сигналов акустической эмиссии для мониторинга состояния промышленных объектов. Приведено описание лицевой панели программного комплекса для регистрации и анализа акустических сигналов, разработанного в среде программирования LabVIEW. Описана структура и принцип работы аппаратно-программного комплекса, реализованного на базе DAQ устройств компании National Instruments
Ключевые слова: Информационно-измерительные системы, неразрушающий контроль, акустическая эмиссия, спектральный анализ
Для регистрации АЭ сигналов при испытаниях крупномасштабных промышленных объектов следует применять аппаратуру АЭ в виде многоканальных систем, позволяющих определять, как координаты источников сигналов, так и характеристики сигналов АЭ с одновременной регистрацией параметров нагружения (давления, температуры и т. д.).
Число каналов определяет возможности аппаратуры и область её применения. Трех - и более канальная аппаратура раскрывает возможности метода акустической эмиссии. Появляется возможность точной локации в определенной области. Это означает, что возможно осуществлять контроль состояния объекта непосредственно в зоне шва или на стыке материала. Однако, в области контроля могут наблюдаться источники шума, обусловленные конструктивными особенностями объекта и для их локации потребуются дополнительные каналы. Поэтому базовый универсальный модуль должен содержать до 8 каналов [1].
В процессе регистрации сигналов считывается большое количество данных. Принятие решения о присутствии сигналов акустической эмиссии (АЭ) происходит после тщательного анализа этих данных. Можно вероятностно оценить соотношение между временными затратами на сам контроль и обработку данных как 30 и 70 % соответственно [2]. Поэтому важнейшее значение имеет качество и возможности аппаратно-программного комплекса (АПК), позволяющие за минимальное время провести экспресс анализ накопленной информации и выдать решение по дальнейшей эксплуатации объекта.
На основе основных требований к информационно-измерительному комплексу [3], при ограниченной производительности следует проводить экспресс-анализ входного сигнала на предмет обнаружения и достоверности, а дальнейшую идентификацию и уточнение параметров производить в режиме постобработки.
Разработанный в рамках научного исследования АПК позволяет производить захват временной формы сигналов АЭ с предысторией и послезвучанием, помехоустойчивую регистрацию, идентификацию и распознавание сигналов с заданными АЧХ [4]. В условиях постобработки производится анализ спектральных характеристик, сохранение данных в раздельные директории и отображение АЭ сигналов на раздельных экранах событий.
Программное обеспечение, входящее в состав системы, было разработано в среде NI LabVIEW 2013. В качестве устройства многоканального приема сигнала используется NI USB-6366.
На рис. 1 приведен интерфейс пользователя АЭ системы разработанного АПК. Интерфейс имеет раздельные экраны для просмотра временной формы сигнала АЭ, регистрируемой по каждому из каналов. Работа программы предусматривает идентификацию входного сигнала по ряду признаков, в том числе и получаемых от спектральной функции. Вычисление спектра входного сигнала происходит в оконном режиме регистрации, с помощью имеющегося ПК, прошедшего государственную регистрацию [5]. На основе полученных спектральных функций делается вывод о наличии или отсутствии АЭ сигнала на входе АПК. Идентификаторы и обнаружители имеются в каждом канале. Считанный входной сигнал объединяется в блоки данных, для формирования предыстории и послезвучания АЭ сигнала, и передается в соответствующие своему каналу графические экраны и при необходимости сохраняются в раздельные директории.
Рис. 1. Многоканальная АЭ система на основе NI USB-6366
1 – окно задания параметров;
2 – индикация работы программного комплекса (ПК);
3 – графический экран входного сигнала;
4 – окно переключателей работы с ПК;
5 – окно параметров настройки спектрального анализатора.
На рисунке 2 приведена блок-диаграмма основной части разработанного ПК, осуществляющая: связь с DAQ устройством, считывания информации, обнаружение полезного сигнала, вывод на графические экраны и сохранение результатов.
Рис. 2. Блок-диаграмма программного комплекса
Условно блок-диаграмму можно разделить на девять частей, в соответствии с нумерацией на рисунке и выполняемой задачей:
1 – Виртуальный прибор, создающий задачу для каждого канала DAQ устройства и опрашивающий его на наличие ошибок функционирования и связи (рис. 3). Работа вириального прибора основана на создании задачи и настройке её параметров с помощью DAQ устройств низкого уровня, ради увеличения быстродействия и экономии ресурсов ЭВМ;
Рис. 3. Блок-диаграмма виртуального прибора
2 – Группа условий, отвечающих за продолжение работы цикла обнаружения и считывания АЭ сигнала. Включает в себя: отсутствие ошибок в работе виртуального прибора, наличие переключателя «Включить поиск сигнала» в рабочем положении и отсутствие нажатия на кнопку выключения программы. Отсутствие истинности в любом из данных условий приведет к тому, что полученный сигнал ошибочен;
3 – Виртуальный прибор, считывающий входной сигнал соответствующего канала. Данные, считанные прибором затем используются для обнаружения АЭ сигнала. Является частью ПК, прошедшего государственную регистрацию [6];
4 – Виртуальный прибор, анализирующий спектр поступающих данных и делающий вывод о наличие АЭ сигнала в соответствующем канале (рис. 4). Основой для работы виртуального прибора является разбиение двумерного массива данных на одномерные, соответствующие каналам данных, и проведении спектрального анализа на основе идентификатора, индивидуального для каждого канала. Идентификатором является ПК, прошедшим государственную регистрацию [5];
Рис. 4. Блок-диаграмма виртуального прибора
5 – Виртуальный прибор, добавляющий предыдущий массив данных к текущему для формирования массива, имеющего предысторию. Данный прибор разбивает два поступающих двумерных массива на одномерные, после чего происходит их объединение, в соответствии с каналами данных. Таким образом достигается изменение порядка следования массивов. Конечным этапом является формирование нового двумерного массива, который объединяет в себе новые данные и предыдущую итерацию считывания;
6 – Цикл, в рамках которого происходит считывание заданного количества сэмплов и производится повтор данной процедуры до тех пор, пока не будет сделан вывод об окончании послезвучия АЭ сигнала;
7 – Группа элементов, состоящая из виртуального прибора и восьми графических окон. Работа виртуального прибора основана на разделении двумерного массива данных, содержащего всю поступившую информацию каждого из каналов, на одномерные массивы и их распределение на соответствующие графические экраны;
8 – Структура Case, в которой полученный массив данных сохраняется в заданную заранее директорию;
9 – Структура Case, которая либо очищает созданную задачу (при значении «True»), либо полностью выгружает её из памяти (при значении «False»). Данная структура отвечает за своевременное освобождение ресурсов ЭВМ.
Проведенный анализ показал, что использовать спектральные характеристики сигналов акустической эмиссии невозможно без предварительной оценки АЧХ системы «объект-преобразователь». Методика и результаты исследования АЧХ образцов приведены в работе [3]. Как отмечалось, при ряде испытаний предполагаемые источники акустического излучения находятся в области материала, составляющей до 50% общего объема. В таких условиях невозможно восстановление истинного спектра исходного сигнала путем корректировки его по АЧХ. Такая корректировка внесет только дополнительную погрешность, которая ещё больше может усугубиться предварительным усилителем. Поэтому в программе обработки спектральных функций [5] имеется возможность использовать спектральные характеристики, скорректированные по АЧХ приемного преобразователя.
Программный комплекс позволяет производить многоканальный сбор данных с DAQ устройства. Обнаружитель каждого канала производит в реальном времени анализ поступающих данных на основе его спектральных характеристик и имеет большую вероятность правильной фиксации АЭ сигналов. Добротный АЭ сигнал фиксируется с предысторией и послезвучанием в каждом из каналов устройства. В дальнейшем планируется расширить функционал программы, а именно обеспечить возможность загрузки сохраненных данных в графические окна соответствующих каналов.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Сравнительные характеристики акустико-эмиссионных систем / // Вестник науки Сибири. -2011. -№1(1). - С. 211–219.
2. , , Программно-аппаратный комплекс и новые возможности АЭ-диагностики корпусных конструкций // Тяжелое машиностроение. -2003. -№ 3.
3. Акустико-эмиссионные информационно-измерительные системы. Пути и методы совершенствования / – Хабаровск : Изд-во ТОГУ, 2013. – 300 с.
4. Критерии выбора параметров акустической эмиссии материалов // Датчики и системы. -2014. -№3. - С. 10–17.
5. Программа корректировки спектральных функций // Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 000 от 01.01.2001.
6. , Программный комплекс многоканальной информационно-измери-тельной системы для регистрации сигналов акустической эмиссии // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ .
