Помощь студентам в учебе
Разработка алгоритмов для обработки данных ультразвуковых измерений в пакете программ MATLAB
|
Реферат 10
Введение 15
1. Теоретический материал 17
1.1. Ультразвуковые методы неразрушающего контроля 17
1.2. Основные принципы ультразвукового контроля 19
1.3. Оборудование ультразвукового неразрушающего контроля 21
1.4. Применение ультразвукового неразрушающего контроля 22
1.5. Ультразвуковые измерения иммерсионном способом 24
1.5.1. Определение скорости продольной волны в образцах функцией TOF
(времяпролетный метод) 24
1.5.2. Определение коэффициента затухания продольной волны в образцах
функцией DECAY (импульсный метод) 25
1.6. Пакет программ MATLAB 26
2. Разработка алгоритма для программного обеспечения 27
2.1. Выделение границ массива (создание маски) 28
2.2. Сглаживание массива 28
2.3. Работа с массивом измерений функций DECAY и TOF 28
3. Реализация алгоритма для программного обеспечения 30
3.1. Создание маски 30
3.1.1 Устранение одиночных значений в массиве (шумы) 30
3.1.2. Преобразование в бинарную матрицу и выделение границ 30
3.1.3. Заполнение области внутри границы и устранение оставшихся шумов
(1 вариант) 32
3.1.4. Заполнение области внутри границы и устранение оставшихся шумов
(2 вариант) 36
3.1.5. Создание конечной маски 37
3.2. Наложение маски на массив измерений 38
3.3. Сглаживание. Алгоритм фильтрации 39
3.3.1. Использование фильтра 'average' 41
3.3.2. Использование фильтра 'disk' 42
3.3.3. Использование фильтра 'gaussian' 43
3.4. Разность между сглаженными и исходными данными функции DECAY46
3.5. Другие способы сглаживания или подбор оптимального параметра 55
3.5.1. Критерий хи-квадрат 55
3.5.2. Метод интерполяции 57
3.5.3. Распределение Пуассона 60
3.6. Суммирование исследуемого материала для сглаживания 62
3.7. Выделение центра сглаженного материала для дальнейшей работы с данными 64
4. Анализ данных 67
4.1. Результаты обработки массива данных функции DECAY 67
4.1.1. Образцы с равномерными входными значениями 67
4.1.2. Образцы с небольшими дефектами 68
4.1.3. Образцы с наибольшими дефектами 69
4.2. Расчет среднего значения и квадратичного отклонения массива данных
функции DECAY 69
4.3. Обработка массива данных функции TOF 71
4.3.1. Добавление значений поверхностного и первого донного сигнала 72
4.3.2. Наложение маски и сглаживание массива данных функции TOF 73
4.3.3. Нахождение центров массива данных функции TOF 75
4.3.4. Нахождение углов между нормалями точек в массиве значений
функции TOF 77
4.3.5. Вычисление коэффициента корректировки 81
4.4. Сравнение результатов измерений среднего значения коэффициента затухания с учетом и без коэффициента корректировки 87
5. Социальная ответственность 88
Введение по разделу 88
5.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 88
5.1.1. Правовые нормы трудового законодательства 88
5.1.2. Эргономические требования к правильному расположению и
компоновке рабочей зоны 89
5.2. Производственная безопасность 90
5.2.1. Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть при
разработке программы 90
5.2.2. Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия
опасных и вредных факторов 91
5.2.2.1. Недостаточная освещенность рабочей зоны 91
5.2.2.2. Перенапряжение зрительных анализаторов 92
5.2.2.3. Отклонение показателей микроклимата 93
5.2.2.4. Повышенный уровень шума 94
5.2.2.5. Повышенный уровень статического электричества 95
5.2.2.6. Повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание95
5.3. Экологическая безопасность 96
5.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 97
5.5. Выводы по разделу 98
6. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 99
Введение по разделу 99
6.1. Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности 99
6.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования 99
6.1.2. Анализ конкурентных технических решений 100
6.1.3. SWOT-анализ 101
6.2. Планирование научно-исследовательских работ 102
6.2.1. Определение трудоемкости выполнения работ 102
6.2.2. Разработка графика проведения научного исследования 103
6.3. Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 105
6.3.1 Расчет материальных затрат НТИ 105
6.3.2 Расчет затрат на специальное оборудование для научных
(экспериментальных работ) 106
6.3.3. Основная заработная плата 107
6.3.4. Дополнительная заработная плата исполнителей темы 109
6.3.5. Отчисления во внебюджетные фонды 109
6.3.6. Оплата работ, выполняемых сторонними организациями и
предприятиями 110
6.3.7. Накладные расходы 110
6.3.8. Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта . 110
6.4. Оценка эффективности проекта 111
6.5. Заключение по разделу 113
Заключение 114
Список Литературы 115
Приложение 1 118
Приложение 2 124
Введение 15
1. Теоретический материал 17
1.1. Ультразвуковые методы неразрушающего контроля 17
1.2. Основные принципы ультразвукового контроля 19
1.3. Оборудование ультразвукового неразрушающего контроля 21
1.4. Применение ультразвукового неразрушающего контроля 22
1.5. Ультразвуковые измерения иммерсионном способом 24
1.5.1. Определение скорости продольной волны в образцах функцией TOF
(времяпролетный метод) 24
1.5.2. Определение коэффициента затухания продольной волны в образцах
функцией DECAY (импульсный метод) 25
1.6. Пакет программ MATLAB 26
2. Разработка алгоритма для программного обеспечения 27
2.1. Выделение границ массива (создание маски) 28
2.2. Сглаживание массива 28
2.3. Работа с массивом измерений функций DECAY и TOF 28
3. Реализация алгоритма для программного обеспечения 30
3.1. Создание маски 30
3.1.1 Устранение одиночных значений в массиве (шумы) 30
3.1.2. Преобразование в бинарную матрицу и выделение границ 30
3.1.3. Заполнение области внутри границы и устранение оставшихся шумов
(1 вариант) 32
3.1.4. Заполнение области внутри границы и устранение оставшихся шумов
(2 вариант) 36
3.1.5. Создание конечной маски 37
3.2. Наложение маски на массив измерений 38
3.3. Сглаживание. Алгоритм фильтрации 39
3.3.1. Использование фильтра 'average' 41
3.3.2. Использование фильтра 'disk' 42
3.3.3. Использование фильтра 'gaussian' 43
3.4. Разность между сглаженными и исходными данными функции DECAY46
3.5. Другие способы сглаживания или подбор оптимального параметра 55
3.5.1. Критерий хи-квадрат 55
3.5.2. Метод интерполяции 57
3.5.3. Распределение Пуассона 60
3.6. Суммирование исследуемого материала для сглаживания 62
3.7. Выделение центра сглаженного материала для дальнейшей работы с данными 64
4. Анализ данных 67
4.1. Результаты обработки массива данных функции DECAY 67
4.1.1. Образцы с равномерными входными значениями 67
4.1.2. Образцы с небольшими дефектами 68
4.1.3. Образцы с наибольшими дефектами 69
4.2. Расчет среднего значения и квадратичного отклонения массива данных
функции DECAY 69
4.3. Обработка массива данных функции TOF 71
4.3.1. Добавление значений поверхностного и первого донного сигнала 72
4.3.2. Наложение маски и сглаживание массива данных функции TOF 73
4.3.3. Нахождение центров массива данных функции TOF 75
4.3.4. Нахождение углов между нормалями точек в массиве значений
функции TOF 77
4.3.5. Вычисление коэффициента корректировки 81
4.4. Сравнение результатов измерений среднего значения коэффициента затухания с учетом и без коэффициента корректировки 87
5. Социальная ответственность 88
Введение по разделу 88
5.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 88
5.1.1. Правовые нормы трудового законодательства 88
5.1.2. Эргономические требования к правильному расположению и
компоновке рабочей зоны 89
5.2. Производственная безопасность 90
5.2.1. Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть при
разработке программы 90
5.2.2. Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия
опасных и вредных факторов 91
5.2.2.1. Недостаточная освещенность рабочей зоны 91
5.2.2.2. Перенапряжение зрительных анализаторов 92
5.2.2.3. Отклонение показателей микроклимата 93
5.2.2.4. Повышенный уровень шума 94
5.2.2.5. Повышенный уровень статического электричества 95
5.2.2.6. Повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание95
5.3. Экологическая безопасность 96
5.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 97
5.5. Выводы по разделу 98
6. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 99
Введение по разделу 99
6.1. Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности 99
6.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования 99
6.1.2. Анализ конкурентных технических решений 100
6.1.3. SWOT-анализ 101
6.2. Планирование научно-исследовательских работ 102
6.2.1. Определение трудоемкости выполнения работ 102
6.2.2. Разработка графика проведения научного исследования 103
6.3. Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 105
6.3.1 Расчет материальных затрат НТИ 105
6.3.2 Расчет затрат на специальное оборудование для научных
(экспериментальных работ) 106
6.3.3. Основная заработная плата 107
6.3.4. Дополнительная заработная плата исполнителей темы 109
6.3.5. Отчисления во внебюджетные фонды 109
6.3.6. Оплата работ, выполняемых сторонними организациями и
предприятиями 110
6.3.7. Накладные расходы 110
6.3.8. Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта . 110
6.4. Оценка эффективности проекта 111
6.5. Заключение по разделу 113
Заключение 114
Список Литературы 115
Приложение 1 118
Приложение 2 124
В данной работе рассматривается акустический метод неразрушающего контроля. Данный метод основан на анализе процесса распространения ультразвуковых колебаний в контролируемых объектах, с помощью которого можно определить такие характеристики материала объекта, как коэффициент затухания и скорость продольной волны.
Одним из ограничений ультразвукового контроля является, что при измерении данных наличие шумов, нечетких границ материала, искажение данных на границах образца, не равномерное распределение значений в некоторых участках массива данных, а также возникновение систематической ошибки, которая заключается в боковом рассеянии ультразвуковой волны при отражении на верхней и нижней поверхностях контролируемых образцов, что оказывают влияние на результат контроля и затрудняет его интерпретацию. Решением данной проблемы является создание программного обеспечения, которое сможет автоматизировать операции обработки результатов измерений.
Целью данной работы является разработка функций в пакете MATLAB, которые позволяет автоматизировать операции обработки и сравнения результатов измерений, полученных на установке ультразвукового анализа твердого тела.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
Для достижения постановленной цели были определены следующие задачи:
1. Анализ методов и способов обработки и сравнения данных, полученных на установке ультразвукового анализа твердого тела.
2. Разработка алгоритмов обработки и сравнения данных, полученных на установке ультразвукового анализа твердого тела, и их реализация в виде функции в программном пакете MATLAB.
3. Апробация разработанных функций экспериментальных данных.
Одним из ограничений ультразвукового контроля является, что при измерении данных наличие шумов, нечетких границ материала, искажение данных на границах образца, не равномерное распределение значений в некоторых участках массива данных, а также возникновение систематической ошибки, которая заключается в боковом рассеянии ультразвуковой волны при отражении на верхней и нижней поверхностях контролируемых образцов, что оказывают влияние на результат контроля и затрудняет его интерпретацию. Решением данной проблемы является создание программного обеспечения, которое сможет автоматизировать операции обработки результатов измерений.
Целью данной работы является разработка функций в пакете MATLAB, которые позволяет автоматизировать операции обработки и сравнения результатов измерений, полученных на установке ультразвукового анализа твердого тела.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
Для достижения постановленной цели были определены следующие задачи:
1. Анализ методов и способов обработки и сравнения данных, полученных на установке ультразвукового анализа твердого тела.
2. Разработка алгоритмов обработки и сравнения данных, полученных на установке ультразвукового анализа твердого тела, и их реализация в виде функции в программном пакете MATLAB.
3. Апробация разработанных функций экспериментальных данных.
В работе представлена разработка алгоритмов и реализация их в виде функций в пакете программ MATLAB, которые осуществляет следующие операции обработки данных ультразвуковых измерений:
• Создание, наложение маски на массив данных коэффициента затухания DECAY и скорости продольной волны TOF, и их сглаживание;
• Расчет коэффициента корректировки, который характеризует угловое отклонение акустической волны;
• Расчет среднего значения коэффициента затухания без учета и с учетом углового отклонения.
В рамках апробации разработанных функций были обработаны ранее полученные данные ультразвуковых измерений для нескольких образцов. Разработанные алгоритмы дают следующие результаты:
• Распределение данных становится более сглаженным, устраняются физически необъяснимые вариации определяемых параметров;
• Среднее значение коэффициента затухания с учетом коэффициента корректировки относительно среднего значения до корректировки по проведенной статистике уменьшается на 42-54 %
Можно сделать вывод, что систематическая ошибка, которая характеризует угол отклонения волны от поверхностей образца, с помощью коэффициента корректировки была минимизирована.
• Создание, наложение маски на массив данных коэффициента затухания DECAY и скорости продольной волны TOF, и их сглаживание;
• Расчет коэффициента корректировки, который характеризует угловое отклонение акустической волны;
• Расчет среднего значения коэффициента затухания без учета и с учетом углового отклонения.
В рамках апробации разработанных функций были обработаны ранее полученные данные ультразвуковых измерений для нескольких образцов. Разработанные алгоритмы дают следующие результаты:
• Распределение данных становится более сглаженным, устраняются физически необъяснимые вариации определяемых параметров;
• Среднее значение коэффициента затухания с учетом коэффициента корректировки относительно среднего значения до корректировки по проведенной статистике уменьшается на 42-54 %
Можно сделать вывод, что систематическая ошибка, которая характеризует угол отклонения волны от поверхностей образца, с помощью коэффициента корректировки была минимизирована.