Программный комплекс для управления установкой

Программный комплекс предназначен для анализа сигналов акустической эмиссии и управления акустико-эмиссионной установкой. Временная диаграмма работы устройства отображена на рисунке 2.

Рисунок 2 Временная диаграмма работы программы.

Средой для разработки служит комплекс программно-аппаратного обеспечения компании National Instruments. Интерфейс пользователя и программная часть реализованы в среде программирования NI LabView 7.1. Обработка данных осуществляется при помощи платы ввода вывода NI-6014 совместно с устройством согласования NI BNC-2110. Данный программно-аппаратный комплекс рассчитан на работу с 8-ми канальной установкой, реализующей параллельный анализ акустических сигналов в полосе от 0,1 до 1,2 МГц. Сигналы регистрируется датчиком, состоящим из пьезокерамического преобразователя, схемы предварительного усилителя, фильтра и компаратора, для ввода датчика в режим имитации. Передача зарегистрированного сигнала и питание предварительного усилителя осуществляется через коаксиальный кабель длиной до 15 м.

Рисунок 3 Обобщенная схема обработки данных в программе При разработке структуры программы (рис.3) учитывались следующие факторы: эмиссия акустический напряжение.

• 1) Количество аналоговых и цифровых входов, которые необходимо обрабатывать в реальном времени;
• 2) Количество управляющих цифровых сигналов, принцип формирования и управления ими;
• 3) Последовательность обработки поступающих данных;
• 4) Время, необходимое для считывания информации с платы ввода/вывода и время, необходимое для обработки данных;
• 5) Минимальное количество необходимых данных для сохранения в файл и возможности последующей загрузки без потери информации.

Так как обнаружение наличия на входе устройства амплитуд акустического импульса реализовано программно, то сбор данных и их обработка происходит непрерывно. При выполнении условия выбранного критерия АЭ-сигнала, происходит буферизация данных и выдача управляющего сигнала для сброса элементов памяти.

Обобщенная схема обработки программой поступающих данных, содержит следующие ключевые блоки:

• 1) Входные данные могут быть получены как непосредственно с устройства сопряжения, так и из предварительно записанного файла путем выборки соответствующего блока;
• 2) Блок «Коррекция АЧХ датчика» — в случае включения блока на всех частотах вводятся поправочные множители для корректировки влияния нелинейности передаточной функции системы «объект-преобразователь». АЧХ соответствующих систем берутся из общего банка данных;
• 3) Блок «Нормирователь» предназначен для нормирования данных по максимальному значению усредненной спектральной функции входного сигнала;
• 4) Блок «Обнаружитель» — пороговое устройство, предназначенное для обнаружения и идентификации сигналов АЭ по спектральным признакам. Выбор критериев для идентификации задается оператором;
• 5) «Критерий АЭ-сигнала» — блок проверки соответствия параметров сигнала АЭ заданным условиям. Содержит банк данных для сигналов разного типа. Выбор критериев осуществляется оператором.

Рисунок 4 Лицевая панель виртуального прибора.

Лицевая панель пользователя показана на рис. 4. Центральное место на нем отводиться графику, отображающему уровни сигнала на каждом из каналов анализа системы акустико-эмиссионного контроля. Остальное пространство отведено для органов управления, индикации и настройки. На лицевой панели слева (рис.4) расположены следующие элементы:

• 1) Блок «Коэффициент усиления», влияющий на динамический диапазон системы;
• 2) Блок «Параметры осей» показывающий текущие настройки масштаба по обеим осям;
• 3) Блок «Представление графика», содержащий настройки способа представление информации на графике;
• 4) Блок «Аппроксимирование», влияющий на способ сглаживания данных.

На лицевой панели справа (рис. 3) расположены следующие элементы:

• 1) Управляющие кнопки;
• 2) Индикаторы состояния;
• 3) Блок «Обнаружитель», устанавливает порог срабатывания схемы обнаружения входного сигнала;
• 4) Блок «Идентификатор» Проверяет сигнал на соответствие заданной области допустимых граничных значений по всем спектральным составляющим.

В нижней части лицевой панели располагаются органы управление режимами записи или чтения поступающих данных из файла, а так же блок коррекции АЧХ датчика. Поправочные коэффициенты хранятся в отдельном файле, который может быть предварительно создан для каждого датчика в отдельности.

Рисунок 5 Создание файла коррекции АЧХ датчика.

На рис. 5 показан пример создания такого файла для 8-и канальной системы. Запись сигналов осуществляется блоками по количеству анализируемых каналов. При воспроизведении программа отображает количество блоков в файле и позволяет перемещаться по ним в обоих направлениях.

Рисунок 6 Блок-диаграмма обработки сигналов.

Программная часть, связывающая интерфейс пользователя и процедуры обработки данных, представляет собой блок-диаграмму, написанную на языке LabView. Вся программа размещена в структуре последовательности состоящей из трех кадров. Во время запуска программы выполняется первый кадр, в котором осуществляется инициализация переменных и настроек программы в начальное состояние. В следующем кадре (рис.6) осуществляется работа основной части программы. Она условно разбита на три потока с помощью бесконечных циклов, этим достигается независимая работа потоков: обработка данных с устройства сбора данных, событийной структуры и изменения вида отображения информации.

Рисунок 7 Подсистема обработки поступающих данных Поток обработки данных (рис. 7) состоит из следующих основных операций:

• 1) Ввод оцифрованного сигнала
• 2) Выбор динамического диапазона сигнала (рис. 8)
• 3) Коррекция АЧХ датчика (рис. 9)
• 4) Нормализация (рис. 10)
• 5) Идентификация сигналов АЭ (рис. 11).
• а) б)

Рисунок 8 ВП «Поправочные множители выбранного коэффициента усиления»: а) значок ВП; б) блок-диаграмма.

а) б).

Рисунок 9 ВП «Коррекция АЧХ датчика»: а) значок ВП; б) блок-диаграмма.

а) б) Рисунок 10 ВП «Нормализация»: а) значок ВП; б) блок-диаграмма.

а) б) Рисунок 11 ВП «Идентификация АЭ-сигнала по критерию»: а) значок ВП; б) блок-диаграмма.

Рисунок 12 Подпрограмма обработки событий.

Поток обработки событий (рис. 12) выполняет следующие действия:

• 1) Обработка изменения значения коэффициента усиления системы, с целью изменения показаний индикаторов на лицевой панели и выдачи управляющего сигнала на устройство сбора данных;
• 2) Обработки изменения состояния элемента управления «Критерий» ;
• 3) Обработка нажатия управляющих кнопок;
• 4) Обработка изменения режима работы программы, возникающего при манипуляции с записанными АЭ-сигналами;
• 5) Обработка событий, возникающих при изменении режима отображения информации на графике;
• 6) Создание или изменение коэффициентов коррекции АЧХ датчика.

Рисунок 13 Настраиваемые свойства визуального компонента XY Graph.

Поток изменения вида отображения информации предназначен для изменения представления графика с помощью основного визуального компонента программы для отображения данных «XY Graph». Достигается это за счет применения ВП Property Node (рис. 13), в котором настроены, необходимые свойства XY Graph.

Для проверки работоспособности системы необходимо сгенерировать образцовый сигнал схожий по форме с сигналом АЭ. Для этого была использована следующая модель:

.

где — минимальная амплитуда сигнала, T — интервал квантования, — время задержки до появления импульса, — максимальная амплитуда сигнала, , — продолжительность переднего фронта, интервала постоянства и заднего фронта, и — константы. Данная модель является сильно упрощенной, на практике форма АЭ-сигналы зависит от структуры и формы материала, положения источника, характеристик преобразователя и д.р.

Вся программа генерации сигнала разбита на 3 блока выполняющихся последовательно. Первый блок формирует массив отсчетов дискретного времени на основе введенных пользователем значений желаемого времени анализа и частоты дискретизации, второй блок вычисляет необходимые коэффициенты и, наконец, третий вычисляет значения функции. Сгенерированный сигнал записывается в файл, и в дальнейшем через плату ввода вывода National Instruments при необходимости подается на устройство АЭ-анализа, позволяя таким образом производить тестирование всей системы.