UA125413C2 - Method and system of automated determination of object material structure - Google Patents
Method and system of automated determination of object material structure Download PDFInfo
- Publication number
- UA125413C2 UA125413C2 UAA202001862A UAA202001862A UA125413C2 UA 125413 C2 UA125413 C2 UA 125413C2 UA A202001862 A UAA202001862 A UA A202001862A UA A202001862 A UAA202001862 A UA A202001862A UA 125413 C2 UA125413 C2 UA 125413C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- signal
- harmonics
- frequency
- test signal
- input
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 32
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 49
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 33
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 7
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 7
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims description 6
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 4
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 3
- 238000011835 investigation Methods 0.000 claims description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 abstract 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 abstract 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 5
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 2
- 241000270295 Serpentes Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
задача вирішується тим, що при вимірюванні фізичних величин вимірювальний сигнал на кожному ступені збуджуючого тестового сигналу помножують на опорний сигнал частоту, якого також дискретно змінюють на частоти заданих номерів гармонік тестового сигналу на кожному - - моя -- - ступені збуджуючого сигналу, причому вимірювання на кожній із ! гармонік виконують за два такти, і при виконанні другого такту змінюють фазу сигналу опорної гармоніки на 9071 гоВУіВ, - - - - мо. - Зсі 5 У результати перемножень фільтрують і отримують відповідно постійні косинусні 2 - ав - АЇВІвігіді) що . рих та синусні 2 складові, пропорційні як амплітудам А, такі фазам 7! його і! гармонік в вимірювальному сигналі потім ці складові перетворюють в цифровий код і відповідно - (-хХ . - . визначають початкові фази з частотою заданих ! гармонік, а також амплітуди цих гармонік. ше ї і ше ренкннену шк р рено ши | - !the problem is solved by the fact that when measuring physical quantities, the measuring signal at each stage of the exciting test signal is multiplied by the reference signal, the frequency of which is also discretely changed to the frequencies of the given numbers of harmonics of the test signal at each - - my -- - stage of the exciting signal, and the measurement at each with ! the harmonic is performed in two beats, and when performing the second beat, the phase of the reference harmonic signal is changed by 9071 hVUiV, - - - - mo. - Zsi 5 In the results of multiplications are filtered and constant cosine 2 - av - AIVIvigidi) are obtained accordingly. rich and sine 2 components, proportional both to the amplitudes of A and to the phases of 7! his and! harmonics in the measurement signal, then these components are converted into a digital code and accordingly - (-хХ . - . determine the initial phases with the frequency of the given ! harmonics, as well as the amplitudes of these harmonics.
ІЗ їх 5 хх Я же З ОК с. ї шини не : дитину рек ши ї фгеогехттечтнстя шнек поехеєеєквеннях шесеєгєєєєтюєюєюєєюююююєююя Кокння нах єюннюнчофнннни В і Н ше ни М 1 шк же З ИН: і ої шини ня і ї ! : : . ех ре я : і І: ГО вен і в. ! БІ, : нн в в В і ї : ї Е Е : і сш фефреееееееееннесх І гуси ех ї зання "ЖЕКи Ухь их ох нина пи Мини зими рих хек кНFROM their 5 xx I am from OK p. ї шини не : дитину рек ши ї фгеогехттечтнстя шнек поехеєеєквеннях шесеєгєєєєтюєюєюєєюююююєююя Кокння нах єюннюнчофнннни В і Н ше ни М 1 шк же З ИН: і ої шини ня і ї ! : : . eh re i : i I: GO ven i v. ! BI, : nn v v V i i : i E E : i ssh fefreeeeeeeeeennesh I husy eh i zannia "ZHEKy Uh ih oh nina pi Mini winter ryh hek kN
Винахід належить до електромагнітних методів дослідження структури матеріалу і може знайти широке застосування в різних областях науки і техніки, наприклад в області неруйнівного контролю фізико-механічних властивостей матеріалів, а саме в області магнітної структуроскопії матеріалів для авіації, транспортних засобів, об'єктів діагностики технічного стану (втоми) металоконструкцій, що знаходяться в експлуатації, та інше.The invention belongs to the electromagnetic methods of studying the structure of the material and can find wide application in various fields of science and technology, for example in the field of non-destructive control of physical and mechanical properties of materials, namely in the field of magnetic structuroscopy of materials for aviation, vehicles, objects of technical condition diagnostics (fatigue) of metal structures in operation, etc.
З рівня техніки відомі електромагнітні структуроскопічні пристрої з прохідними котушками, що включені в мостові або диференціальні схеми. Подібні контрольно-випробувальні пристрої можуть бути зібрані зі звичайної стандартної вимірювальної апаратури. Функції окремих вузлів пристроїв наступні: "Збуджуюче магнітне поле обмотки котушки живиться струмом промислової частоти від регульованого автотрансформатора через конденсатор і амперметр. Сигнал, що знімається з зустрічних обмоток котушок датчика, балансується компенсаторами по фазі і амплітуді, підсилюється підсилювачем і подається на вертикально відхилювальні пластини електронної трубки. На горизонтально відхилювальні пластини електронної трубки подається пилоподібна напруга. Генератор цієї напруги запускається гострокінцевими імпульсами, що сформовані з сигналу промислової частоти" (1, с. 105). Недоліком структуроскопів є те, що структуру виробу оцінюють за зміщенням і викривленням синусоїди на екрані осцилографа.Electromagnetic structuroscopic devices with pass-through coils included in bridge or differential circuits are known from the prior art. Such control and testing devices can be assembled from ordinary standard measuring equipment. The functions of individual device units are as follows: "The exciting magnetic field of the coil winding is fed by an industrial frequency current from an adjustable autotransformer through a capacitor and an ammeter. The signal taken from the opposite windings of the sensor coils is balanced by phase and amplitude compensators, amplified by an amplifier and fed to the vertically deflecting plates of the electronic tubes. A sawtooth voltage is applied to the horizontally deflecting plates of the electron tube. The generator of this voltage is triggered by sharp pulses generated from the industrial frequency signal" (1, p. 105). The disadvantage of structuroscopes is that the structure of the product is evaluated by the displacement and distortion of the sine wave on the oscilloscope screen.
Також відомо пристрій для вимірювання амплітуд і фаз гармоніки вимірюваного сигналу, який зібрано зі структуроскопа і аналізатора гармоніки або підсилювача. "...Характер змін амплітуди і фаз гармоніки сигналу залежить від умов намагнічування деталей. Цей ефект можна спостерігати на структуроскопах ..., для чого до приладу через фільтр підключається аналізатор гармоніки ... або селективний підсилювач .... З допомогою такої установки ... здійснювались спроби зв'язати амплітуду гармоніки зі змінами розмірів зерна, проявленням частинок цементиту, немагнітних вкраплень. Для високохромистих сталей використовувались характерні співвідношення між амплітудами гармоніки" (1, с. 105). Недолік пристрою: "Розшифровка показання електромагнітних структуроскопів ускладнюється отим, що по магнітним характеристикам матеріалів, що визначені в постійних полях, неможливо повністю розрахувати магнітні параметри і, відповідно, передбачити їх поводження в змінних електромагнітних полях"Also known is a device for measuring the amplitudes and phases of harmonics of the measured signal, which is collected from a structure scope and a harmonic analyzer or an amplifier. "...The nature of changes in the amplitude and phases of the harmonics of the signal depends on the conditions of magnetization of the parts. This effect can be observed on structurescopes ..., for which a harmonic analyzer is connected to the device through a filter ... or a selective amplifier .... With the help of such an installation ... attempts were made to connect the harmonic amplitude with changes in grain size, the appearance of cementite particles, non-magnetic inclusions. For high-chromium steels, characteristic ratios between harmonic amplitudes were used" (1, p. 105). Disadvantage of the device: "Deciphering the readings of electromagnetic structuroscopes is complicated by the fact that, based on the magnetic characteristics of materials determined in constant fields, it is impossible to fully calculate the magnetic parameters and, accordingly, to predict their behavior in variable electromagnetic fields"
М. с. 1061.M. p. 1061.
З рівня техніки відомий електромагнітний структуроскоп (Авторське свідоцтво 50 Мо 894545,From the state of the art, an electromagnetic structurescope is known (Author's certificate 50 Мо 894545,
Зо МПК С01М 27/90. опубл. 30.12.1981 р.), що містить послідовно з'єднані генератор, вихрострумовий перетворювач, селективний підсилювач третьої гармоніки генератора і фазовий детектор, з'єднаний своїм опорним входом через блок формування опорної напруги з виходом генератора і сигнальним входом з виводом селективного підсилювача, суматор, з'єднаний своїми входами з відповідними виходами фазових детекторів, а своїм виходом з реєстратором. Недоліком цього пристрою є обмеження: визначення структури матеріалу тільки по третій гармоніці - використання інших гармонік для такого визначення неможливе.From IPC S01M 27/90. published 12/30/1981), containing a series-connected generator, an eddy current converter, a selective amplifier of the third harmonic of the generator and a phase detector connected by its reference input through a block of reference voltage formation to the output of the generator and a signal input with the output of a selective amplifier, an adder , connected by its inputs to the corresponding outputs of the phase detectors, and its output to the recorder. The disadvantage of this device is the limitation: determination of the structure of the material only by the third harmonic - the use of other harmonics for such determination is impossible.
З рівня техніки відомий електромагнітний структуроскоп для визначення фізико-механічних властивостей феромагнітних об'єктів (Заявка на винахід ВО Мо 94023276. МПК СО1М 27/90, дата публ. 27.06.1996), що містить генератор гармонічної напруги, два електромагнітних перетворювача, компенсатор, блок обробки сигналу, масштабувальний підсилювач і індикатор, в якому збуджувальні обмотки електромагнітних перетворювачів з'єднані послідовно узгоджено і підключені до генератора, а вимірювальні обмотки з'єднані послідовно-зустрічно, який відрізняється тим, що з метою забезпечення можливості контролю структури великогабаритних об'єктів і об'єктів з плоскою поверхнею, електромагнітні перетворювачі забезпечені С подібними осердями з різними міжполюсними відстанями, осердя мають твердий зв'язок один з одним, а їх робочі торці лежать в загальній площині, блок обробки сигналу виконаний у вигляді двох амплітудних детекторів, квадратора, обчислювача відношення напруги, підключеного входом подільного до виходу першого амплітудного детектора, входом подільника через квадратор до виходу другого амплітудного детектора і виходом через послідовно з'єднані компенсатор і масштабувальний підсилювач до індикатора, перший амплітудний детектор підключений до виходу диференційно включених вимірювальних обмоток, а другий амплітудний детектор до виходу однієї з вимірювальних обмоток. Недоліком даного пристрою є те, що розшифровка напруги, що вимірюється, не виконується за частотним спектром (гармонікою) і за фазою складових спектру, внаслідок чого цей пристрій має обмеження в визначенні фізико-механічних параметрів феромагнітних об'єктів.From the state of the art, an electromagnetic structuroscope for determining the physical and mechanical properties of ferromagnetic objects is known (Invention Application VO Mo 94023276. MPK СО1М 27/90, publ. date 06/27/1996), which contains a harmonic voltage generator, two electromagnetic converters, a compensator, a signal processing unit, a scaling amplifier and an indicator, in which the excitation windings of the electromagnetic converters are connected in series and matched to the generator, and the measuring windings are connected in series-reciprocal, which is characterized by the fact that in order to ensure the possibility of monitoring the structure of large-sized objects and objects with a flat surface, electromagnetic transducers are equipped with similar cores with different interpole distances, the cores have a solid connection with each other, and their working ends lie in a common plane, the signal processing unit is made in the form of two amplitude detectors, a quadrature, of the voltage ratio calculator, connected by a divisible input to an output of the first amplitude detector, the input of the divider through the squarer to the output of the second amplitude detector and the output through the series-connected compensator and scaling amplifier to the indicator, the first amplitude detector is connected to the output of the differentially connected measuring windings, and the second amplitude detector to the output of one of the measuring windings. The disadvantage of this device is that the decoding of the measured voltage is not performed according to the frequency spectrum (harmonics) and the phase of the spectrum components, as a result of which this device has limitations in determining the physical and mechanical parameters of ferromagnetic objects.
Найближчим аналогом до системи визначення структури матеріалу, що заявляється, є багатоканальний вихрострумовий дефектоскоп (Патент України на корисну модель Мо 45908,The closest analogue to the system for determining the structure of the claimed material is a multi-channel eddy current flaw detector (Ukrainian patent for a utility model Mo 45908,
МПК СОМ 27/00, опубл. 25.11.2009), який містить генератор опорного синхросигналу який з'єднаний зі входами синхронізації тестового та опорного синтезаторів частоти вихід якого 60 з'єднаний з одним із входів аналогового помножувача сигналів до виходу якого підключені послідовно з'єднані фільтр нижніх частот аналого-дифровий перетворювач, мікроконтролер до виводів якого підключені входи керування синтезаторів, а також вхід дискретизації АЦП, другий вхід помножувача підключено до виходу перетворювача тестового сигналу збудження об'єкту контролю в вимірювальний (інформаційний) сигнал. Недоліком відомого пристрою є неможливість ступінчатої зміни вхідного тестового сигналу, а також неможливість візуалізації структури орбіт електронів вимірювань електронної структури кристалічної решітки і відповідно більшого спектру фізико механічних параметрів.IPC SOM 27/00, publ. 25.11.2009), which contains a reference synchronizing signal generator which is connected to the synchronization inputs of the test and reference frequency synthesizers, the output of which 60 is connected to one of the inputs of the analog signal multiplier, the output of which is connected in series with a low-pass filter, an analog-to-digital converter , the microcontroller to the terminals of which the control inputs of the synthesizers are connected, as well as the sampling input of the ADC, the second input of the multiplier is connected to the output of the converter of the test signal of the excitation of the control object into a measurement (information) signal. The disadvantage of the known device is the impossibility of a gradual change of the input test signal, as well as the impossibility of visualizing the structure of the electron orbits of measurements of the electronic structure of the crystal lattice and, accordingly, a larger spectrum of physical and mechanical parameters.
Найближчим аналогом до способу визначення структури матеріалу, що заявляється єThe closest analogue to the method of determining the structure of the claimed material is
Система для визначення структури електромагнітного поля і матеріалу об'єкта і спосіб визначення структури електромагнітного поля і матеріалу об'єкта (Патент України Мо 117542,The system for determining the structure of the electromagnetic field and the material of the object and the method of determining the structure of the electromagnetic field and the material of the object (Patent of Ukraine Mo 117542,
МПК СОМ 27/00, 20О1М 27/72, 2018 33/00, опубл. 10.08.2018), при якому збуджують ступенями квантову систему матеріалу, що досліджується, вимірюють фізичні величини, які характеризують властивості (структуру втому) об'єкта збудження і параметри сигналу гармонійних складових спектра випромінювання матеріалу об'єкта, визначають в блоці обробки із отриманих параметрів сигналу гармонік структуру хвиль фотонів в межах калібрувальної довжини і в інтервалі калібрувального часу планківського масштабу, енергію і імпульс фотонів, період, частоту, циклічну частоту, початкову фазу, поляризацію і кут зсуву між початковими фазами хвиль фотонів різних гармонік, число спектральних ліній гармоніки, число фотонів, що утворюють спектральну лінію гармоніки в одиницю часу, і встановлюють закономірності зв'язку між структурою електромагнітного поля і структурою квантової системи: атом, ядро атома, молекула, кристал, дефекти (втому) матеріалу. Недоліком відомого способу є дуже складний алгоритм виділення гармонік з вимірювального і опорного сигналів, а також складний алгоритм вимірювання фаз хвиль фотонів, шляхом ручного обертання фазообертача і ручного перемикання маніпулятора, крім того реалізація способу потребує великого парку приладів (аналізаторів спектра, осцилографів) високої вартості, потребує значного часу для вимірювань і все це фактично унеможливлює автоматизацію процесу визначення структури матеріалу об'єкту контролю.IPC SOM 27/00, 20О1М 27/72, 2018 33/00, publ. 10.08.2018), during which the quantum system of the material under investigation is excited by steps, physical quantities that characterize the properties (fatigue structure) of the object of excitation and the parameters of the signal of the harmonic components of the radiation spectrum of the material of the object are measured, determined in the processing unit from the obtained parameters of the harmonic signal, the structure of photon waves within the calibration length and in the calibration time interval of the Planck scale, energy and momentum of photons, period, frequency, cyclic frequency, initial phase, polarization and shift angle between the initial phases of photon waves of different harmonics, the number of harmonic spectral lines, the number of photons forming a spectral line of harmonics per unit of time, and establish the regularities of the connection between the structure of the electromagnetic field and the structure of the quantum system: atom, atomic nucleus, molecule, crystal, defects (fatigue) of the material. The disadvantage of the known method is a very complex algorithm for extracting harmonics from the measurement and reference signals, as well as a complex algorithm for measuring the phases of photon waves, by manually rotating the phase shifter and manually switching the manipulator, in addition, the implementation of the method requires a large fleet of devices (spectrum analyzers, oscilloscopes) of high cost, requires considerable time for measurements and all this actually makes it impossible to automate the process of determining the structure of the material of the control object.
Задачею винаходу, що заявляється, є спосіб визначення структури матеріалу об'єкта, а також створення на базі цього способу мобільної, мультифункціональної системи, за допомогоюThe task of the claimed invention is a method of determining the structure of the material of the object, as well as creating a mobile, multifunctional system based on this method, using
Зо якої є можливість максимально автоматизувати процес вимірювання і визначення заданих параметрів структури матеріалу об'єкта контролю з підвищеною точністю та достовірністю.From which it is possible to maximally automate the process of measuring and determining the given parameters of the material structure of the control object with increased accuracy and reliability.
Поставлена задача вирішується тим, що в способі визначення структури матеріалу об'єкта, при якому збуджують ступенями квантову систему матеріалу, що досліджується, вимірюють фізичні величини, які характеризують властивості (структуру, втому) об'єкта збудження і параметри сигналу гармонійних складових спектра випромінювання матеріалу об'єкта, визначають в блоці обробки із отриманих параметрів сигналу гармонік структуру хвиль фотонів в межах калібрувальної довжини і в інтервалі калібрувального часу планківського масштабу, енергію і імпульс фотонів, період, частоту, циклічну частоту, початкову фазу, поляризацію і кут зсуву між початковими фазами хвиль фотонів різних гармонік, число спектральних ліній гармоніки, число фотонів, що утворюють спектральну лінію гармоніки в одиницю часу, і встановлюють закономірності зв'язку між структурою електромагнітного поля і структурою квантової системи: атом, ядро атома, молекула, кристал, дефекти (втому) матеріалу, новим є те, що при вимірюванні фізичних величин вимірювальний сигнал на кожному ступені збуджуючого тестового сигналу помножують на опорний сигнал частоту, якого також дискретно змінюють на частоти заданих номерів гармонік тестового сигналу на кожному ступені збуджуючого сигналу, причому вимірювання на кожній із їх гармонік виконують за два такій, (при цьому) і при виконанні другого такту змінюють фазу сигналу опорної гармоніки на 907 градуаів; результати перемножень 1 фільтр ють і отримують відповідно постійні косинусні асі є - Аі Вісов(Фі) аві -Е - Івівіпкфі) 2 та синусні 2 (після зміни фази опорного сигналу заданої гармоніки на 90 градусів) складові пропорційні як амплітудам Лі, так і фазам ФІ його їх гармонік в вимірювальному сигналі, потім ці складові перетворюють в цифровий код і відповідно визначають початкові фази з частотою заданих їх гармонік, а також амплітуди цихThe problem is solved by the fact that in the method of determining the structure of the material of the object, in which the quantum system of the material under study is excited by steps, physical quantities are measured that characterize the properties (structure, fatigue) of the object of excitation and the parameters of the signal of the harmonic components of the radiation spectrum of the material object, the structure of photon waves within the calibration length and in the calibration time interval of the Planck scale, energy and momentum of photons, period, frequency, cyclic frequency, initial phase, polarization and shift angle between initial phases are determined in the processing unit from the received parameters of the harmonic signal photon waves of different harmonics, the number of spectral lines of harmonics, the number of photons forming a spectral line of harmonics per unit of time, and establish the regularities of the connection between the structure of the electromagnetic field and the structure of the quantum system: atom, atomic nucleus, molecule, crystal, defects (fatigue) material, the new thing is that when measuring physical x values of the measuring signal at each stage of the exciting test signal is multiplied by the reference signal, the frequency of which is also discretely changed to the frequencies of the given numbers of harmonics of the test signal at each stage of the exciting signal, and the measurement at each of their harmonics is performed for two such, (at the same time) and when performing the second beat, the phase of the reference harmonic signal is changed by 907 degrees; the results of multiplications 1 are filtered and constant cosine axes are obtained, respectively - Ai Visov(Fi) avi -E - Ivivipkfi) 2 and sine 2 (after changing the phase of the reference signal of the given harmonic by 90 degrees) components are proportional to both the amplitudes of Li and the phases of FI their harmonics in the measurement signal, then these components are converted into a digital code and, accordingly, the initial phases are determined with the frequency of their given harmonics, as well as the amplitudes of these
Мах чий мислив асі , І- уаві нас ,Mah chii thought asi, I-wavi us,
на кожному ступені збуджуючого тестового сигналу, причому частоту синхронізації синтезатора тестового та опорних сигналів, а також блока керування беруть від одного синхрогенератора. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вимірювання виконують за два етапи: на першому етапі вимірювання визначають фази та амплітуди відповідних гармонік інформаційного сигналу перетворювача тестового сигналу в інформаційний без об'єкта контролю (ОК) на кожному ступені збуджуючого тестового сигналу, а на другому етапі визначають фази та амплітуди відповідних гармонік інформаційного сигналу з ОК на відповідних ступенях збуджуючого тестового сигналу, потім виконують відповідний перерахунок і визначають значення внесених змій фаз та амплітуд гармонік сигналів безпосередньо об'єктом контролю на відповідних кожних ступенях збуджуючого сигналу, 3. Система контролю структури матеріалу, що містить генератор опорного синхросигналу який з'єднаний зі входами синхронізації тестового та опорного синтезаторів частоти вихід якого з'єднаний з одним із входів аналогового помножувача сигналів до виходу якого підключені послідовно з'єднані фільтр нижніх частот аналого-дифровий перетворювач, мікроконтролер, до виводів якого підключені входи керування синтезаторів, а також вхід дискретизації аналого- цифрового перетворювача (АЦП), другий вхід помножувача підключено до виходу перетворювача тестового сигналу збудження об'єкту контролю в вимірювальний (інформаційний) сигнал, в яку додатково введений керований підсилювач потужності тестового збуджуючого сигналу вхід якого підключено до виходу синтезатора тестового сигналу, а вихід підключено до виходу перетворювача тестового сигналу збудження об'єкту контролю в вимірювальний (інформаційний) сигнал, крім того введений додатковий синтезатор частоти вхід синхронізації якого разом зі входом синхронізації мікроконтролера з'єднаний з генератором синхросигналів, а вихід додаткового синтезатора підключено до одного із входів осцилографа, другий вхід якого підключено до виходу опорного синтезатора частоти гармонік, причому вхід керування керованого підсилювача потужності тестового сигналу, вхід керування додаткового синтезатора частоти, а також комп'ютер підключено також до відповідних виводів мікроконтролеру.on each stage of the exciting test signal, and the synchronization frequency of the test and reference signal synthesizer, as well as the control unit, is taken from one synchronous generator. 2. The method according to item 1, which is characterized by the fact that the measurement is performed in two stages: in the first stage of measurement, the phases and amplitudes of the corresponding harmonics of the information signal of the test signal converter into the information signal without the object of control (OC) are determined at each stage of the exciting test signal , and at the second stage, the phases and amplitudes of the corresponding harmonics of the information signal from OK are determined at the corresponding stages of the exciting test signal, then the corresponding recalculation is performed and the values of the introduced phase snakes and the amplitudes of the harmonics of the signals are determined directly by the object of control at the corresponding stages of the exciting signal, 3. A material structure control system containing a reference synchronous signal generator which is connected to the synchronization inputs of the test and reference frequency synthesizers, the output of which is connected to one of the inputs of the analog signal multiplier, to the output of which are connected in series a low-pass filter, an analog-to-digital converter, micro the controller, to the terminals of which the control inputs of the synthesizers are connected, as well as the sampling input of the analog-to-digital converter (ADC), the second input of the multiplier is connected to the output of the converter of the test signal of the excitation of the object of control into a measuring (information) signal, into which a controlled power amplifier is additionally introduced of the test excitation signal, the input of which is connected to the output of the test signal synthesizer, and the output is connected to the output of the converter of the test signal of the excitation of the object of control into a measurement (information) signal, in addition, an additional frequency synthesizer is introduced, the synchronization input of which, together with the synchronization input of the microcontroller, is connected to synchronous signal generator, and the output of the additional synthesizer is connected to one of the inputs of the oscilloscope, the second input of which is connected to the output of the harmonic frequency reference synthesizer, and the control input of the controlled power amplifier of the test signal, the control input of the additional frequency synthesizer, and so on because the computer is also connected to the corresponding outputs of the microcontroller.
На кресленні зображена функціональна схема яка реалізує запропонований спосіб і системуThe drawing shows a functional scheme that implements the proposed method and system
Зо визначення структури матеріалу.From the determination of the structure of the material.
Функціональна схема містить 1 - синхрогенератор опорної частоти, 2 - синтезатор тестового сигналу, З - синтезатор опорного сигналу гармонік 4 - керований підсилювач потужності, 5 - перетворювач тестового сигналу збудження об'єкту контролю в вимірювальний (інформаційний), 6 - аналоговий помножувач сигналів 7 - фільтр нижніх частот, 8 - аналогово- цифровий перетворювач АЦП, 9 - мікроконтролер (блок керування), 10 - комп'ютер, 11 - об'єкт контролю, 12 - додатковий синтезатор частоти, 13 - осцилограф.The functional scheme contains 1 - a reference frequency synchro generator, 2 - a test signal synthesizer, C - a harmonic reference signal synthesizer 4 - a controlled power amplifier, 5 - a converter of the test signal of the excitation of the object of control into a measuring (informational) one, 6 - an analog signal multiplier 7 - low-pass filter, 8 - analog-to-digital ADC converter, 9 - microcontroller (control unit), 10 - computer, 11 - object of control, 12 - additional frequency synthesizer, 13 - oscilloscope.
Принцип роботи запропонованої системи визначення структури матеріалу полягає в наступному. Сигнал від генератора синхросигналів 1 синхронізує роботу синтезаторів частоти синусоїдальних сигналів 2, З і 12 початкові фази і частоти яких є когерентні і визначається кодами які подаються з мікроконтролера 9. За командами мікроконтролера 9, підключеного до входів керування підсилювача 4 ступенями, змінюють амплітуду тестового збуджуючого сигналу на вході перетворювача 5, якій внаслідок взаємодії 3 ОК тестовий сигнал перетворює в вимірювальний, параметри якого (амплітуди, початкові фази отримуваних гармонік при різних амплітудах тестового сигналу) будуть залежати від структури об'єкту контролю його втоми і дефектів в ньому. Перша гармоніка вимірювального сигналу з виходу перетворювача 5, яка, нап ве визначатися згідно виразу: де ? початкова фаза першої гармоніки вимірювального сигналу на виході перетворювача;The principle of operation of the proposed system for determining the structure of the material is as follows. The signal from the synchronous signal generator 1 synchronizes the operation of the frequency synthesizers of sinusoidal signals 2, C and 12, the initial phases and frequencies of which are coherent and determined by the codes supplied from the microcontroller 9. According to the commands of the microcontroller 9, connected to the control inputs of the amplifier, the amplitude of the test excitation signal is changed by 4 stages at the input of the converter 5, which, due to the interaction of 3 OK, converts the test signal into a measuring one, the parameters of which (amplitudes, initial phases of the received harmonics at different amplitudes of the test signal) will depend on the structure of the object of its fatigue control and defects in it. The first harmonic of the measuring signal from the output of the converter 5, which should be determined according to the expression: where ? the initial phase of the first harmonic of the measuring signal at the output of the converter;
В - амплітуда першої гармоніки вимірювального сигналу; потрапляє на перший вхід помножувача сигналів 6. Амплітуди і фази вимірювального сигналу визначається за два такти.B - the amplitude of the first harmonic of the measuring signal; enters the first input of the signal multiplier 6. The amplitude and phase of the measuring signal is determined in two cycles.
На першому такті на другий вхід помножувача б потрапляє сигнал опорного синтезатора частоти який наприклад має вигляд: ай) - Авіпої. Відомо, що при помноженні синусоїдальних та: Би) АБІтісі) ВВІпої як Ф)- У АВІСовіФ) - Сов(дої --Ф))On the first beat, the second input of the multiplier b receives the signal of the reference frequency synthesizer, which, for example, looks like: ay) - Avipoi. It is known that when multiplying sinusoidal and:
За допомогою фільтра нижніх частот 7, підключеного до виходу помножувача 6 відфільтровується складова с здвоєною частотою СО8(2ої тому на виході фільтра будемо ас - -КАВСов(Ф) мати тільки постійну складову 2 , де К - коефіцієнт перетворення помножувача.With the help of the low-pass filter 7 connected to the output of the multiplier 6, the component with a doubled frequency of СО8(2) is filtered out, therefore at the output of the filter we will have only a constant component 2, where K is the multiplier conversion factor.
Отримана постійна складова потрапляє на інформаційний вхід АЦП, де по сигналах дискретизації з виходу мікроконтролера перетворюється в код і потрапляє на входи мікроконтролера 9, де запам'ятовується. На другому такті по команді мікроконтролера змінюють початкову фазу опорного синтезатора частоти З на 907, що призведе до зміни сигналу на його виході на сигнал який буде мати вигляд: а(у а. КАЕОМУ відповідно на виході фільтра постійна складова буде визначатися виразом: 52 ? Отримана постійна складова аналогічно кодується за допомогою АЦП і потрапляє на входи мікроконтролера. де і с. і 0-х . . . . . Аі- у/а заThe resulting constant component enters the information input of the ADC, where it is converted into a code based on the sampling signals from the output of the microcontroller and enters the inputs of the microcontroller 9, where it is memorized. On the second cycle, at the command of the microcontroller, the initial phase of the reference synthesizer frequency З is changed to 907, which will lead to a change in the signal at its output to a signal that will have the form: a the constant component is similarly coded with the help of an ADC and enters the inputs of the microcontroller.
Аї ї фази Фі гармонік визначаються згідно виразів відповідно ЗІ а їAi and phases of Phi harmonics are determined according to the expressions ZI and i, respectively
Фі - агсід--- асі,Phi - agsid--- asi,
На другому циклі вимірювання по команді мікроконтролера змінюють частоту опорного синтезатора частоти на задану кратну (2, 3,4, 5 ... і т. ін.) тестовій частоті, причому відомо що початкова фаза кратної частоти в синтезаторах частоти типу БОБ буде дорівнювати фазі початкової частоти сигналу першої гармоніки і визначають амплітуди і початкові фази отриманих гармонік за два такти. Причому число циклів визначається числом заданих гармонік контролю. За допомогою мікроконтролера 9 накопичують масив двотактових результатів вимірювання на кожній гармоніці при різних рівнях тестового сигналу в комп'ютері 10 для подальшої обробки 1 ААВСОві(ф) а; - 1 АВвіпФ)In the second measurement cycle, the microcontroller command changes the frequency of the reference frequency synthesizer to a specified multiple (2, 3, 4, 5 ... etc.) of the test frequency, and it is known that the initial phase of the multiple frequency in frequency synthesizers of the BOB type will be equal to the phase initial frequency of the signal of the first harmonic and determine the amplitudes and initial phases of the received harmonics in two cycles. Moreover, the number of cycles is determined by the number of specified control harmonics. With the help of a microcontroller 9, an array of two-stroke measurement results on each harmonic at different levels of the test signal is accumulated in the computer 10 for further processing 1 ААВСОvi(ф) а; - 1 AVvipF)
Косинусна 2 і синусна 2 постійні складові сигналу отримуються в різний час, але вимірювальна система є автоматичною - вимірювання виконуються по програмі мікроконтролера і цей час не перевищує мікросекунд, крім того вимірювальний параметр ОК в заданій точці можна рахувати незмінним в такому часі. Тому можна рахувати, що використовується високоточний квазіортогональний метод визначення амплітуди і фази сигналу. Як відомо ортогональні методи визначення параметрів сигналів є найбільш точними і завадостійкими, тому дуже широко використовуються в радіолокації та радіонавігації. Для візуалізації структур орбіт електронів в вигляді фігур Ліссажу використовується синтезатор 12, частота і амплітуда сигналу на його виході дорівнює частоті і амплітуді синтезатора З опорних частот гармонік, а значення початкової фази цього додаткового синтезатора 12 встановлюється по команді мікроконтролера 9 рівній фазі цієї гармоніки після її визначення. Виходи синтезаторів сигналів З і 12 підключаються до відповідних входів Х та М осцилографа 13, на екрані якого можливо спостерігати фігури в вигляді кола або еліпса, як показано |11 стор. 66, фіг. 61.Cosine 2 and sine 2 constant components of the signal are obtained at different times, but the measurement system is automatic - measurements are performed according to the microcontroller program and this time does not exceed microseconds, in addition, the measurement parameter OK at a given point can be considered unchanged during this time. Therefore, it can be considered that a high-precision quasi-orthogonal method of determining the amplitude and phase of the signal is used. As is known, orthogonal methods of determining signal parameters are the most accurate and resistant to interference, therefore they are widely used in radar and radio navigation. Synthesizer 12 is used to visualize the structures of electron orbits in the form of Lissague figures, the frequency and amplitude of the signal at its output is equal to the frequency and amplitude of the synthesizer From the reference frequencies of the harmonics, and the value of the initial phase of this additional synthesizer 12 is set according to the command of the microcontroller 9 equal to the phase of this harmonic after its determination . The outputs of the signal synthesizers Z and 12 are connected to the corresponding inputs X and M of the oscilloscope 13, on the screen of which it is possible to observe figures in the form of a circle or an ellipse, as shown on page 11. 66, fig. 61.
Особливої уваги заслуговує те, що синхронізація роботи синтезаторів тестового сигналу 2, З і 12 (типу 005), мікроконтролера, дозволило зробити можливим вимірювання абсолютної фази сигналу гармонік які з'являються в вимірювальному сигналі при кожному новому значенні тестового збуджуючого сигналу внаслідок його взаємодії з ОК і фактично використовувати один канал вимірювання і один АЦП, який кодує постійну складову.It deserves special attention that the synchronization of the test signal synthesizers 2, 3 and 12 (type 005), the microcontroller, made it possible to measure the absolute phase of the harmonic signal that appears in the measurement signal at each new value of the test excitation signal due to its interaction with the OK and actually use one measurement channel and one ADC that encodes the constant component.
Причому вимірювання виконують за два етапи в випадках коли рівні сигналів вищих гармонікMoreover, the measurement is performed in two stages in cases where the signal levels of higher harmonics
ОК малі і сумірні з власними вищими гармоніками перетворювача при цьому на першому етапі вимірювання визначають початкові (абсолютні) фази та амплітуди відповідних гармонік інформаційного сигналу перетворювача тестового сигналу в інформаційний без об'єкта контролю (ОК) на кожному ступені збуджуючого тестового сигналу, а на другому етапі визначають початкові фази та амплітуди відповідних гармонік інформаційного сигналу з ОК на кожній відповідній ступені збуджуючого тестового сигналу, потім виконують відповідний перерахунок і визначають значення внесених змін фаз та амплітуд гармонік сигналів безпосередньо об'єктом контролю на кожному відповідному ступені збуджуючого сигналу.OCs are small and proportional to the converter's own higher harmonics, while at the first stage of measurement, the initial (absolute) phases and amplitudes of the corresponding harmonics of the information signal of the converter of the test signal into information without the object of control (OC) are determined at each stage of the exciting test signal, and at the second stage, the initial phases and amplitudes of the corresponding harmonics of the information signal with OK are determined at each corresponding stage of the exciting test signal, then the corresponding recalculation is performed and the values of the introduced phase changes and harmonic amplitudes of the signals are determined directly by the object of control at each relevant stage of the exciting signal.
Амплітуди і фази гармонік отриманого вимірювального сигналу будуть залежати від параметрів структури контрольованого матеріалу (від хімічного складу, дефектів, втоми, від температури гарту, або температури відпустки), також від рівня збуджуючого тестового сигналу від його частоти. Отримання таких залежностей від рівня тестового збуджуючого сигналу, а також від частоти тестового сигналу як відомо (111) (Патент України Мо 117542, МПК С01М 27/00,Amplitudes and phases of the harmonics of the received measurement signal will depend on the parameters of the structure of the controlled material (on the chemical composition, defects, fatigue, on the tempering temperature, or on the tempering temperature), as well as on the level of the exciting test signal and its frequency. Obtaining such dependences on the level of the test excitation signal, as well as on the frequency of the test signal is known (111) (Patent of Ukraine Mo 117542, IPC C01M 27/00,
СОМ 27/72, (2018 33/00. опубл. 10.08.2018) дозволяє однозначно визначати структуру матеріалу, і всі вище перераховані параметри.SOM 27/72, (2018 33/00. publ. 10.08.2018) allows you to unambiguously determine the structure of the material and all the parameters listed above.
Використання фактично одного вимірювального каналу з використанням одного АЦП при вимірюваннях фази сигналу, використання двух етапів вимірювання для визначення внесених змін фаз та амплітуд гармонік (в випадках необхідності) значно підвищує точність визначення початкових фаз і фазових зсувів вимірювального сигналу за рахунок змін структури або дефектів досліджуваного матеріалу. Крім того використання ортогонального методу цифрової обробки результатів вимірювання, також значно підвищує точність, а також завадостійкість вимірювань.The use of one measuring channel with the use of one ADC when measuring the signal phase, the use of two measurement stages to determine the introduced phase changes and harmonic amplitudes (if necessary) significantly increases the accuracy of determining the initial phases and phase shifts of the measuring signal due to changes in the structure or defects of the material under study . In addition, the use of the orthogonal method of digital processing of measurement results also significantly increases the accuracy and immunity of measurements.
Важливим фактором є те, що запропонована система визначення структури матеріалу є дуже мобільною мас низьку коштовність і враховуючи, що аналоговий вхідний сигнал який потрапляє на АЦП є постійним, фактично може бути реалізована на сучасних мікроконтролерах типу 5ІТМ 32 з вбудованими 12-розрядними АЦП. Ця система є цифровою, за бажанням оператора мультифункціональною, комп'ютеризованою, дозволяє повністю автоматизувати як процес виконання необхідних вимірювань, так і документування (по заданих протоколах), накопичення і зберігання отриманих даних в комп'ютері, крім того дозволяє значно розширити порівняно з відомими кількість параметрів, що визначають структуру матеріалу. Вище наведене дозволяє значно підвищити достовірність та прискорити процес контролю, та легко інтегрувати розроблену систему в сучасні комплексні автоматизовані системи керуванням виробництва.An important factor is that the proposed system for determining the structure of the material is very mobile and low-cost, and considering that the analog input signal that enters the ADC is constant, it can actually be implemented on modern microcontrollers of the 5ITM 32 type with built-in 12-bit ADCs. This system is digital, at the request of the operator multifunctional, computerized, allows to fully automate both the process of performing the necessary measurements and documentation (according to the specified protocols), accumulation and storage of the received data in the computer, in addition, it allows to significantly expand compared to the known the number of parameters determining the structure of the material. The above allows you to significantly increase the reliability and speed up the control process, and easily integrate the developed system into modern complex automated production control systems.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA202001862A UA125413C2 (en) | 2020-03-17 | 2020-03-17 | Method and system of automated determination of object material structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA202001862A UA125413C2 (en) | 2020-03-17 | 2020-03-17 | Method and system of automated determination of object material structure |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA125413C2 true UA125413C2 (en) | 2022-03-02 |
Family
ID=89835327
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAA202001862A UA125413C2 (en) | 2020-03-17 | 2020-03-17 | Method and system of automated determination of object material structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA125413C2 (en) |
-
2020
- 2020-03-17 UA UAA202001862A patent/UA125413C2/en unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100561162C (en) | A kind of virtual oscillating table detection signal processing method and equipment thereof | |
| CN102661782B (en) | Rapid measurement method and device of super-low-frequency vibration parameter quantity value | |
| CN105676008B (en) | Digital electric field sensor | |
| CN110865238B (en) | Alternating current resistance measurement method and device based on quasi-harmonic model sampling algorithm | |
| CN108535544A (en) | A kind of high accuracy number Method for Phase Difference Measurement based on quadrature phase demodulation technology | |
| CN102495250A (en) | Quasi-synchronous wideband reactive energy meter based on Hilbert algorithm and sampling method thereof | |
| CN103983849A (en) | Real-time high-accuracy power harmonic analysis method | |
| CN106324356A (en) | Precise AC resistance measuring instrument and measuring method thereof | |
| Augustyn et al. | Improved sine-fitting algorithms for measurements of complex ratio of AC voltages by asynchronous sequential sampling | |
| Yang et al. | A novel algorithm for accurate frequency measurement using transformed consecutive points of DFT | |
| CN106291102B (en) | A kind of Frequency Standard Comparison device and method | |
| Hu et al. | Control rod position measurement with helix-electrode capacitance sensor in nuclear heating reactor | |
| UA125413C2 (en) | Method and system of automated determination of object material structure | |
| RU2482517C1 (en) | Line locator | |
| RU2363005C1 (en) | Method of spectral analysis of polyharmonic signals and device to this end | |
| RU2642529C2 (en) | Method of measurement of phase shifts between two harmonic signals of similar frequency | |
| CN103592513B (en) | Electric power signal harmonic analysis method and device | |
| US6469492B1 (en) | Precision RMS measurement | |
| Zhao et al. | Multi-frequency identification method in signal processing | |
| UA125416C2 (en) | digital METHOD AND SYSTEM FOR DETERMINING OBJECT MATERIAL STRUCTURE | |
| CN108351285A (en) | Measuring device and material testing machine | |
| Hewitson et al. | Calibration of the power-recycled gravitational wave detector, GEO 600 | |
| Manstein et al. | A device for shallow frequency-domain electromagnetic induction sounding | |
| RU2334254C1 (en) | Earth crust electromagnetic sounding system | |
| RU2207596C2 (en) | Measuring device for geological electric prospecting |