Аппаратно-программный комплекс для автоматизации контроля качества ферромагнитных материалов

На рисунке 3 представлен график зависимости скорости выполнения расчетов в секундах от количества аварийных состояний системы при использовании различных технологий расчетов. Технологии GPGPU и CUDA сравниваются по отношению к эталонному расчету, выполненному на центральном процессоре (CPU). Сравнение скорости выполнения расчетов проводилось для центрального процессора Intel Core2 Duo 3.0 ГГц, видеопроцессора NVIDIA G92 (GeForce 8800 GTS 512).

Использование вычислительных ресурсов современных графических процессоров позволяет

обрабатывать большие объемы телеметрической информации в реальном времени, применять новые методики при организации наглядного представления диспетчерской информации в задаче моделирования и ведения режимов ЭЭС, выполнять расчеты показателей режимной надежности в задаче анализа режимной надежности в реальном времени.

Литература

1. Weber J.D. Individual welfare maximization in electricity markets including consumer and full transmission system modeling. Thesis for the degree of Doctor of Philosophy in Electrical Engineering. University of Illinois, Urbana-Champaign, 1999.

2. Franke, Richard, Scattered Data Interpolation: Tests of Some Methods, Mathematics of Computation, Vol. 38, No. 157, Jan. 1982, pp. 181-200.

3. Морошкин Ю.В., Наровлянский В.Г., Федоров Ю.Г. Надежность электроэнергетической системы и критерий n-i. // Электросетевой сервис. - 2008. - № 2. - С. 40-50.

4. Хохлов М.В. Развитие алгоритмов оценивания состояния ЭЭС по неквадратичным критериям. // Сб. матер. Межрегион. науч.-технич. сем.: Управление электроэнергетическими системами - новые технологии и рынок. - Сыктывкар. - 2004. - С. 39-48.

5. Справочник по проектированию электроэнергетических систем. / Под ред. С.С. Рокотяна и И.М. Шапиро. - М.: Энергия, 1977. - С. 257-263.

АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ФЕРРОМАГНИТНЫ1Х МАТЕРИАЛОВ

В.В. Федин

(Рыбинская государственная авиационная технологическая академия им. П.А. Соловьева,

fedin.viktor@mail.ru)

Ключевые слова: аппаратный комплекс, программный комплекс, эффекты памяти наведенной магнитной анизотропии, эффект Баркгаузена, скомпенсированная дифференциальная петля гистерезиса.

В современной промышленности (в машиностроении в целом и авиационной промышленности в частности) актуальной является задача контроля прочности и степени износа производимой продукции. Все усложняющиеся задачи по повышению качества выпускаемой продукции, надежности объектов требуют дальнейшего совершенствования методов и средств неразрушающего контроля (НК) и диагностики.

Магнитные методы НК применяют для выявления дефектов в деталях, изготовленных из ферромагнитных материалов, то есть таких материалов, которые способны существенно изменять свои магнитные характеристики под воздействием внешнего магнитного поля. В зависимости от конкретных задач НК, марки контролируемого материала, требуемой производительности метода могут использоваться те или иные первичные информативные параметры, к которым относятся следующие: коэрцитивная сила, намагниченность, индукция (остаточная индукция), магнитная проницаемость, напряженность, эффект Баркгаузена (ЭБ).

Результаты изучения ЭБ показали принципиальную возможность применения его и сопутствующих ему магнитных шумов для неразрушаю-щего контроля ферро- и ферримагнитных материалов и изделий из них. За прошедшее десятилетие достигнуты значительные успехи в теоретическом обосновании, техническом оснащении и практическом использовании метода ЭБ. Сегодня ЭБ применяется практически во всех областях НК - в дефектоскопии, структуроскопии, размеромет-рии, технической диагностике [1]. Метод контроля путем анализа параметров скачков Баркгаузена (СБ) и магнитных шумов внесен в ГОСТ 1835379, которым регламентируется использование термина «метод эффекта Баркгаузена». Метод ЭБ относится к магнитному виду в силу того, что он основан на анализе микрорельефа статической петли гистерезиса.

В [2] показана принципиальная возможность применения эффектов памяти наведенной магнитной анизотропии (НМА), которые являются дальнейшим развитием метода ЭБ, для определения дефектов типа нарушения сплошности, режимов

Печь

Рис. 1

термообработки, сортировки образцов по маркам стали [3], что позволяет существенно расширить область использования метода ЭБ в современном НК и диагностике.

Широкому применению метода ЭБ и эффектов памяти НМА в неразрушающем контроле и диагностике препятствует сложность компьютерной обработки информации о магнитных параметрах материала, в частности, о величине и частоте появления СБ и других характеристиках микрорельефа петли гистерезиса контролируемого материала. До настоящего времени исследование ЭБ и эффектов НМА проводилось в основном по изображению отдельных СБ на экране осциллографа. Разработка и использование специализированных программных комплексов позволит существенно повысить эффективность применения магнитных методов, в основе которых лежит ЭБ, в современной промышленности, а их совместное использование со специализированными аппаратными комплексами позволит в дальнейшем создавать мощные и эффективные приборы для неразру-шающего контроля и диагностики.

Аппаратный комплекс для автоматизации контроля качества ферромагнитных материалов

Существующие аппаратные комплексы предоставляют малые возможности оператору в управлении контролем качества ферромагнитных материалов.

На рисунке 1 приведена структурная схема автоматизированной системы исследования эффек-

тов памяти НМА, которая дает оператору возможность производить контроль качества ферромагнитных материалов и обрабатывать полученные данные на персональном компьютере. Предложенная система состоит из двух взаимосвязанных комплексов - аппаратного и программного.

Аппаратный комплекс измеряет силу тока переменного синусоидального поля, подаваемого на соленоид, и сигнал вторичной электродвижущей силы (ЭДС), поступающий с выхода датчика [4].

Предложенный аппаратный комплекс имеет следующие особенности:

- для контроля за фазой сигнала соленоида и датчика используется блок определения фазы, состоящий из программируемого фильтра верхних частот;

- для выбора каналов входных сигналов служит коммутатор аналоговых каналов, который коммутирует три измеряемых сигнала, отвечающих за температуру, за напряженность магнитного поля соленоида, сигнал датчика вторичной ЭДС и за дополнительный резервный канал для подключения опорного сигнала при самотестировании системы;

- для повышения точности измерений в комплексе используется программируемый преобразователь уровня, преобразующий входные (выбранный канал) сигналы к нормированному диапазону, чтобы получить равную точность для любой возможной величины контролируемого сигнала (блок, осуществляющий такое согласование, обеспечивает автоматическое переключение диапазонов входных сигналов);

- для подключения измеряемого сигнала или тестового опорного сигнала ко входу схемы, осуществляющей преобразование аналогового сигнала в цифровую форму, используется блок переключателя, работающий в режимах измерения или тестирования;

- частота дискретизации всей системы 2 МГц;

- разрядность АЦП 16 бит;

- для связи с персональным компьютером используется последовательный "ШВ-порт.

Программный комплекс для автоматизации контроля качества ферромагнитных материалов

Немаловажной составляющей автоматизированной системы является программное обеспечение верхнего уровня.

Структура программного обеспечения аппаратно-программного комплекса для автоматизации контроля качества ферромагнитных материалов на основе эффектов памяти НМА представлена на рисунке 2.

Подпрограмма «Сбор данных» предназначена для сбора экспериментальных данных с контролируемого ферромагнитного образца, поступающих с аппаратной части комплекса, и их сохранения в специализированном файле формата «*лжа».

Подпрограмма «Построение петли гистерезиса» осуществляет построение скомпенсированной дифференциальной петли гистерезиса путем извлечения данных из файла формата «*лша» и производит расчет эффектов памяти НМА (ДЬ, Де, Д8 и значение параметра асимметрии наблюдаемой петли гистерезиса), на основании которых и производится контроль качества ферромагнитных материалов с использованием критериев, которые детально рассмотрены в [3].

Подпрограмма «Построение зависимостей» осуществляет построение зависимости отношения амплитуды п-гармоники к амплитуде к-гармоники сигнала вторичной ЭДС от напряженности воздействующего поля и зависимости амплитуды, выбранной контроллером п-гармоники, от частоты воздействующего сигнала.

Подпрограмма «Дополнительные настройки эксперимента» предназначена для установки контроллером типа используемого магнитного преоб-

разователя (соленоид или кольца Гельмгольца) и его параметров.

Таким образом, программный комплекс позволяет производить:

• построение скомпенсированной дифференциальной петли гистерезиса [2];

• построение зависимостей:

- амплитуды выбранной п-гармоники от частоты воздействующего сигнала,

- отношения амплитуды п-гармоники к амплитуде к-гармоники сигнала вторичной ЭДС от напряженности воздействующего поля;

• расчет параметров НМА и связанных с ней эффектов памяти: ширины перетяжки ДЬ, глубины перетяжки Де, площади перетяжки Д8, значения параметра асимметрии петли гистерезиса;

• сохранение не только сырых результатов эксперимента, но и уже обработанных данных, полученных непосредственно с аппаратной части комплекса, для их последующей обработки в других внешних программных приложениях, поставляемых сторонними производителями.

Количество исследований над ферромагнитным образцом, необходимых для осуществления его полного контроля качества, может быть произвольным и определяется контроллером (рекомендуется не менее 5).

Выходные данные о результатах исследования ферромагнитного материала хранятся в хш/-форма-те. Программный комплекс взаимодействует с аппаратной частью комплекса посредством специально разработанной программы - драйвера, который реализован в виде отдельной ¿//-библиотеки.

Представленный аппаратно-программный комплекс - законченная исследовательская система по изучению ЭБ и эффектов памяти НМА, которую можно успешно применять для контроля качества ферромагнитных изделий в неразрушаю-щем контроле и диагностике. Важной особенностью комплекса является то, что он позволяет наблюдать короткоживущие перетяжки, возникающие под воздействием переменного магнитного поля, и контролировать их изменение во времени.

Литература

1. Ломаев Г.В. Эффект Баркгаузена и его использование в технике контроля и измерения: Учеб. пособ. - Ижевск: ИМИ, 1984. - 88 с.

2. Вечфинский В.С. Магнитотекстурная память горных пород. / Дис. ... д. ф.-м. н. - СПб: СПбГУ, 1992. - 213 с.

3. Великанов Д.С. Системный анализ параметров наведенной магнитной анизотропии ферримагнитных материалов для повышения эффективности их промышленного использования: / Дис. ... к.т.н. - Рыбинск: РГАТА, 2005. - 146 с.

4. Ларионов Д.А. Эффекты магнитной анизотропии ферримаг-нитных материалов и их физико-математические модели: / Дис. ... к.ф.-м.н. - Ярославль: ЯГУ им. Демидова, 2002. - 131 с.

5. Клюев В.В., Соснин Ф.Р., Ковалев А.В. и др. Неразру-шающий контроль и диагностика: Справочник. - М.: Машиностроение, 2003. - 656 с.