Разработка мультисенсорной системы контроля дефектности
|
Введение 4
1 Неразрушающие методы контроля структурных нарушений 7
1.1. Методы, основанные на явлении акустической эмиссии 7
1.2. Ультразвуковые методы контроля 8
1.3. Метод контроля на основе электромагнитной эмиссии 10
1.4. Метод контроля на основе механоэлектрических преобразований 13
1.5. Состояние вопроса и задачи исследования 18
2 Разработка лабораторного макета мультисенсорной системы контроля 19
2.1 Предпосылки к созданию аппаратуры 19
2.2 Описание макета 21
3 Исследование возможности использования мультисенсорной системы для контроля напряженно-деформированного состояния 24
3.1 Оценка спектральной чувствительности метода механоэлектрического преобразования при контроле напряженно-деформированного состояния по математической модели 24
3.2 Исследование возможности использования фазовых характеристик
аналитического сигнала отклика при механоэлектрических преобразованиях для контроля напряженно-деформированного состояния зз
3.3 Исследование чувствительности мультисенсорной системы контроля к
степени напряженно-деформированного состояния диэлектрических материалов 37
4 Исследование возможности использования мультисенсорной системы контроля для локализации макродефектов (режим томографа) 40
4.1 Описание экспериментальной установки 40
4.2 Экспериментальные исследования 42
4.3 Анализ экспериментальных данных 46
Заключение 51
Приложение А
1 Неразрушающие методы контроля структурных нарушений 7
1.1. Методы, основанные на явлении акустической эмиссии 7
1.2. Ультразвуковые методы контроля 8
1.3. Метод контроля на основе электромагнитной эмиссии 10
1.4. Метод контроля на основе механоэлектрических преобразований 13
1.5. Состояние вопроса и задачи исследования 18
2 Разработка лабораторного макета мультисенсорной системы контроля 19
2.1 Предпосылки к созданию аппаратуры 19
2.2 Описание макета 21
3 Исследование возможности использования мультисенсорной системы для контроля напряженно-деформированного состояния 24
3.1 Оценка спектральной чувствительности метода механоэлектрического преобразования при контроле напряженно-деформированного состояния по математической модели 24
3.2 Исследование возможности использования фазовых характеристик
аналитического сигнала отклика при механоэлектрических преобразованиях для контроля напряженно-деформированного состояния зз
3.3 Исследование чувствительности мультисенсорной системы контроля к
степени напряженно-деформированного состояния диэлектрических материалов 37
4 Исследование возможности использования мультисенсорной системы контроля для локализации макродефектов (режим томографа) 40
4.1 Описание экспериментальной установки 40
4.2 Экспериментальные исследования 42
4.3 Анализ экспериментальных данных 46
Заключение 51
Приложение А
Впервые метод механоэлектрических преобразований (МЭП) для контроля структурных нарушений в композитных диэлектрических материалов начал разрабатываться в Томском политехническом университете в начале 70ых годов [1]. Суть метода заключается в производстве импульсного механического возбуждения диэлектрического образца и приема электромагнитного сигнала. Параметры электромагнитного поля регистрируют в виде сигнала отклика с помощью емкостных датчиков, расположенных вблизи поверхности образца.
Метод МЭП похож по типу на УЗ методы. Разница заключается в том, что в УЗ методе сигнал регистрируется контактными акустическими преобразователями, а в методе МЭП сначала происходит преобразование акустической энергии в электромагнитное поле на источниках МЭП (двойные электрические слои на границах раздела разнородных материалов, пьезоэлектрические включения), а затем в электрический сигнал с помощью емкостных датчиков. Одним из преимуществ метода МЭП является бесконтактный прием сигналов, что снижает проблему надежности контакта.
Настоящая работа посвящена повышению чувствительности метода механоэлектрических преобразований путем разработки мультисенсорной системы контроля, которая позволит исследовать малые изменения дефектности и напряженно-деформированного состояния композиционных диэлектрических материалов под действием нагрузки одноосного сжатия.
Под руководством доктора физико-математических наук Анатолия Петровича Суржикова коллективами Проблемной научно-исследовательской лаборатории электроники, диэлектриков и полупроводников Института неразрушающего контроля (ПНИЛ ЭДиП ИНК) Томского политехнического университета, и Специального конструкторского бюро "Смена" (СКБ "Смена") Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники выполняются исследования, разработка и создание методов диагностики дефектности и прочности материалов, изделий и природных сред, основанных на анализе параметров электромагнитных откликов при акустическом возбуждении контролируемых объектов. Исследования проводятся с использованием метода, основанного на явлении механоэлектрического преобразования.
Целью работы является разработка мультисенсорной системы контроля дефектности и напряженно-деформированного состояния на основе явления механоэлектрических преобразований и проведения исследований для оценки ее возможностей.
Личный вклад автора. Совместно с руководителем автор принимал участие в формулировании целей и задач исследований, принимал активное участие в разработке и изготовлении макета мультисенсорной системы, проводил эксперименты и обработку данных измерений, обобщал полученные результаты. Принимал участие в написании статей, и представлял результаты исследований на всероссийских и международных конференциях.
Научно-практическая значимость состоит в возможности использования мультисенсорной системы для исследования композиционных диэлектрических материалов в условиях внешних помех.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на Международной конференции школьников, студентов, аспирантов, молодых ученых «Ресурсоэффективные системы в управлении и контроле: взгляд в будущее» (Томск, 2014), на XI Межвузовской школе-семинаре студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов отраслевых предприятий «Неразрушающий контроль и техническая диагностика» (Томск, 2014), на II Международной научной конференции "Иностранный язык в контексте проблем профессиональной коммуникации" (Томск, 2015), на V Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Неразрушающий контроль: электронное приборостроение, технологии, безопасность» (Томск, 2015), на IV Международной конференции школьников, студентов, аспирантов, молодых ученых «Ресурсоэффективные системы в управлении и контроле: взгляд в будущее» (Томск, 2015), на VI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Неразрушающий контроль: электронное приборостроение, технологии, безопасность» (Томск, 2016).
Метод МЭП похож по типу на УЗ методы. Разница заключается в том, что в УЗ методе сигнал регистрируется контактными акустическими преобразователями, а в методе МЭП сначала происходит преобразование акустической энергии в электромагнитное поле на источниках МЭП (двойные электрические слои на границах раздела разнородных материалов, пьезоэлектрические включения), а затем в электрический сигнал с помощью емкостных датчиков. Одним из преимуществ метода МЭП является бесконтактный прием сигналов, что снижает проблему надежности контакта.
Настоящая работа посвящена повышению чувствительности метода механоэлектрических преобразований путем разработки мультисенсорной системы контроля, которая позволит исследовать малые изменения дефектности и напряженно-деформированного состояния композиционных диэлектрических материалов под действием нагрузки одноосного сжатия.
Под руководством доктора физико-математических наук Анатолия Петровича Суржикова коллективами Проблемной научно-исследовательской лаборатории электроники, диэлектриков и полупроводников Института неразрушающего контроля (ПНИЛ ЭДиП ИНК) Томского политехнического университета, и Специального конструкторского бюро "Смена" (СКБ "Смена") Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники выполняются исследования, разработка и создание методов диагностики дефектности и прочности материалов, изделий и природных сред, основанных на анализе параметров электромагнитных откликов при акустическом возбуждении контролируемых объектов. Исследования проводятся с использованием метода, основанного на явлении механоэлектрического преобразования.
Целью работы является разработка мультисенсорной системы контроля дефектности и напряженно-деформированного состояния на основе явления механоэлектрических преобразований и проведения исследований для оценки ее возможностей.
Личный вклад автора. Совместно с руководителем автор принимал участие в формулировании целей и задач исследований, принимал активное участие в разработке и изготовлении макета мультисенсорной системы, проводил эксперименты и обработку данных измерений, обобщал полученные результаты. Принимал участие в написании статей, и представлял результаты исследований на всероссийских и международных конференциях.
Научно-практическая значимость состоит в возможности использования мультисенсорной системы для исследования композиционных диэлектрических материалов в условиях внешних помех.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на Международной конференции школьников, студентов, аспирантов, молодых ученых «Ресурсоэффективные системы в управлении и контроле: взгляд в будущее» (Томск, 2014), на XI Межвузовской школе-семинаре студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов отраслевых предприятий «Неразрушающий контроль и техническая диагностика» (Томск, 2014), на II Международной научной конференции "Иностранный язык в контексте проблем профессиональной коммуникации" (Томск, 2015), на V Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Неразрушающий контроль: электронное приборостроение, технологии, безопасность» (Томск, 2015), на IV Международной конференции школьников, студентов, аспирантов, молодых ученых «Ресурсоэффективные системы в управлении и контроле: взгляд в будущее» (Томск, 2015), на VI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Неразрушающий контроль: электронное приборостроение, технологии, безопасность» (Томск, 2016).
В ходе проделанной работы было проведено исследование дефектности материалов и их НДС с использованием метода МЭП; был разработан макет экспериментальной установки мультисенсорной системы контроля (блок-схема установки приведена выше); были проведены исследования макета к степени дефектности и НДС образцов из эпоксидной смолы с наполнением песка; полученные результаты исследования показали, что разработанная система обладает высокую чувствительность за счет усреднения откликов при многократном импульсном возбуждении образца; были проведены исследования по поиску параметров отклика, связанных с дефектностью и НДС; проведенные исследования показали, что наиболее чувствительными параметрами являются параметры, связанные с частотными характеристиками и с преобразованием Гильберта: амплитудно-временные, фазовые характеристики мгновенной частоты аналитического сигнала, сформированного из временной реализации отклика и преобразование Гильберта этой временной реализации; на основании анализа, полученных результатов было разработано техническое задание на макет мультисенсорной системы; на основании технического задания в Томском государственном университете система управления и радиосвязи был разработан действующий макет мультисенсорной системы контроля; изготовлены образцы с включениями (с помощью рентгеноскопии были определены точные координаты включений); полученный сигнал, подвергался фильтрации (для этого потребовалось разработать алгоритм обработки); в результате было выявлено, что мультисенсорная система контроля определяет включения и их
местоположения.
местоположения.
Подобные работы
- Исследование электромагнитной эмиссии из
композитных материалов при акустическом и статическом воздействии.
Магистерская диссертация, электротехника. Язык работы: Русский. Цена: 2350 р. Год сдачи: 2017