Кратко опишем ее. 1 – ОК (объект контроля) или контролируемая среда. 2 – устройства сбора данных и измерения (сенсоры). Получают первичную информацию об ОК. 3 – устройства обработки данных. Данные устройства реализуют целевой алгоритм преобразования из шкалы первичных физических величин в шкалу электрических или математических величин. На их выходе мы имеем уже жестко детерминированный сигнал из известного множества значений. Чаще всего в современных устройствах им является двоичный код. Устройство хранения данных 4 – необязательная часть ИИУ. Оно используется при необходимости повторного использования ранее накопленных данных. Устройство отображения данных 5 визуализирует измеряемую величину (величины) в виде, понятном для оператора. Это может быть как индикатор, так и дисплей или самописец. И, наконец, устройство управления 6, имеющее необязательный компонент – обратную связь от оператора.
Функциональная схема дефектоскопа должна включать в себя МК, который должен являться ядром нашего устройства (компонент 3 ИИУ на рисунке 6). МК осуществляет почти все операции, выполняемые устройством:
- получение сигнала с внешнего или встроенного АЦП и его обработку по заданному алгоритму дефектоскопии;
- взаимодействие с динамическим индикатором (выдача результирующих данных) и устройством управления, как описано в п. 4 анализа требований к устройству;
- связь с внешним устройством по последовательному порту RS232 согласно п. 3 анализа требований.
Также функциональная схема должна включать в себя следующие необходимые компоненты:
- устройство возбуждения колебаний;
- акустическую приемную систему (часть компонента 2 ИИУ);
- предварительный усилитель (и) (часть компонента 2 ИИУ);
- АЦП (часть компонента 2 ИИУ);
- устройство управления (компонент 6 ИИУ);
- устройство отображения (компонент 5 ИИУ);
- источник питания.
С учетом вышесказанного была разработана следующая функциональная схема, находящаяся в приложении А. Опишем ее. Рассмотрение функциональной схемы начнем с устройства возбуждения колебаний (УВК), являющимся необходимым компонентом дефектоскопа, реализующего метод свободных колебаний. Оно обеспечивает возбуждение механических колебаний ОК в необходимом диапазоне частот. Эта задача может решаться путем непосредственного механического воздействия на изделие, например, путем нанесения по изделию удара, либо путем предварительного создания электрических колебаний, преобразования их в механические и последующей их передачи контролируемому изделию. Таким образом, УВК может иметь связь с устройством управления (УУ), а может и не иметь. Следующий компонент функциональной схемы – объект контроля (ОК), который и подвергается воздействию УВК, испуская при этом возбужденные колебания, которые улавливаются акустической приемной системой (АПС). Она может включать в себя стандартный микрофон с ярко выраженной диаграммой направленности, если в ОК возбуждаются колебания достаточно большой амплитуды при помощи нанесения удара.
В случаях, когда амплитуда колебаний является недостаточной для регистрации ее с помощью бесконтактного микрофона, а также в случаях наличия посторонних шумов, в АПС используются пьезоэлектрические преобразователи в виде адаптерных головок, чувствительных элементов звукоснимателей и специальных устройств.
Снятый с АПС сигнал затем поступает на предварительный усилитель (ПУ) и фильтр (Ф), где выполняются соответственно усиление и фильтрация сигнала от нежелательных гармоник, которые могут стать причиной помех в АЦП, куда сигнал и поступает через устройство согласования с АЦП (УСА). Далее оцифрованный сигнал уже обрабатывается программой МК, которая и выполняет основную функцию устройства, взаимодействуя при этом с устройством управления (УУ) через буфер устройства управления и выводя данные на динамический индикатор (ДИ) через буфер индикатора. Также на функциональной схеме должны присутствовать цепи синхронизации (общая, МК-АЦП), генератор тактовых импульсов (ГТИ) и блок питания на несколько выходных напряжений (для питания АЦП, МК, ПУ и УУ часто требуются различные напряжения).
Исходя из вышесказанного, был разработан следующий алгоритм измерения (рисунок 7).
Рисунок 7 - Алгоритм измерения
В результате анализа алгоритмов предыдущего подраздела можно сформулировать следующие требования, которые должны быть применены при разработке вышеизложенных алгоритмов на МК:
1. Как можно меньшая зависимость от конкретной модели МК. Данное требование подразумевает написание программного обеспечения (ПО) алгоритма таким образом, чтобы сделать возможным использовать разработанное ПО при переходе на другую модель МК для обеспечения удешевления конструкции, уменьшения энергопотребления или просто в связи с недостатком возможностей первоначальной модели МК.
2. Инкапсуляция (сокрытие деталей реализации алгоритмов). Это требование означает определение сущностей, с которыми программист будет иметь дело при разработке ПО, дальнейшая декомпозиция полученного множества на программные функции, модули, классы (если это допускается выбранным языком программирования). Данное требование тесно связано с требованием 1, т.к. подразумевает отделение аппаратной части алгоритма от его бизнес-логики.
3. Высокая скорость обработки информации. Для обеспечения выполнения этого требования применяются высокопроизводительные алгоритмы, оптимизации целевых алгоритмов или увеличение тактовой частоты. В некоторых случаях приходится использовать более производительный процессор.
Микроконтроллер функционирует следующим образом: после старта устройства происходит получение данных сигнала с АЦП. В результате мы имеем вектор отсчетов сигнала длиной N в единицах измерения шкалы АЦП (шкала первичных физических величин). Длина этого вектора N определяется интервалом дискретизации и длительностью анализа. Как известно, интервал дискретизации определяется как:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.