Содержание к диссертации
Введение
1. Проблемы и перспективы примения метода магнитных шумов для контроля напряженного состояния изделий из высокопрочных конструкционных сталей 9
1.1. Эффект Баркгаузена и комплекс проблем управления технологическими напряжениями 9
1.2. Анализ физических особенностей контроля с использованием магнитных шумов 14
1.3. Анализ информативных параметров и моделей сигналов магнитного шума 19
1.4. Проблемы практической реализации метода магнитных шумов для контроля напряженного состояния металлоизделий 28
Выводы 1 31
2. Анализ магнитных шумов в зависимости от уровня напряжений в высокопрочных сталях 32
2.1. Статистическая модель формирования энергетических характеристик магнитных шумов 32
2.2. Анализ взаимосвязи параметров магнитных шумов с уровнем микро- и макронапряжений 39
2.3. Прибор «АФС» для контроля методом магнитных шумов 48
2.4. Исследование взаимосвязи параметров магнитных шумовс уровнем микро- и макронапряжений 54
2.4.1. Эксперимент и оборудование 54
2.4.2. Исследование зависимости параметров магнитных шумов от уровня микронапряжений 57 2.4.3. Исследование зависимости параметров магнитныхшумов от уровня макронапряжений 63
Выводы 2 71
3. Контроль технологических напряжений с использованием магнитных шумов 72
3.1. Исследование возможности контроля труб из стали ШХ15
на склонность к овализации 72
3.2. Разработка методики контроля труб при производстве подшипниковых колец 80
3.3. Исследование возможности контроля технологических напряжений при сборке корпусов из стали ЭП-836 87
3.4. Разработка методики контроля технологических напряжений при сборке корпусов 94
Выводы 3 98
4. Совершенствование средств контроля, использующих магнитные шумы 99
4.1. Первичные преобразователи для магнитошумового контроля с круговой диаграммой перемагничивания 99
4.2. Методика градуировки магнитошумового прибора для контроля технологических напряжений 109
4.3. Исследование влияния макронапряжений на толщину информативного слоя при магнитошумовом контроле 117
4.4. Компьютеризированная система магнитошумового контроля механических напряжений 121
Выводы 4 126
Общие выводы по работе 128
Литература
- Анализ физических особенностей контроля с использованием магнитных шумов
- Исследование взаимосвязи параметров магнитных шумовс уровнем микро- и макронапряжений
- Разработка методики контроля труб при производстве подшипниковых колец
- Методика градуировки магнитошумового прибора для контроля технологических напряжений
Введение к работе
Актуальность темы. Высокий технический уровень и эффективность
производства в металлургических и металлообрабатывающих отраслях
промышленности обеспечивается созданием и освоением
ресурсосберегающих технологий с улучшением качества продукции. Значительные резервы в этой области связаны с научно обоснованным подходом к задаче регулирования напряженного состояния металлоизделий, существенно влияющего на надежность и долговечность техники, технологичность и металлоемкость конструкций, что подтверждает актуальность проблемы.
Эффективным подходом к анализу и регулированию остаточных напряжений в металлопродукции является системный подход, одну из ключевых позиций которого занимают вопросы измерений или контроля напряженного состояния металлоизделий на каждом этапе технологического процесса с учетом послеоперационной технологической наследственности. Контроль остаточных напряжений в заготовках и готовых деталях дает возможность выявлять изделия с недопустимым уровнем напряжений и проводить их технологическую доработку, используя различные методы воздействия на величину и распределение остаточных напряжений (ОН). Важную роль играет контроль ОН в процессе отработки технологии изготовления металлопродукции, позволяя выбрать оптимальные способы и режимы формообразования деталей.
Наиболее целесообразное решение этой задачи связано как с совершенствованием традиционных методов неразрушающего контроля (НК), так и с развитием сравнительно новых методов, таких как метод эффекта Баркгаузена (ЭБ), который получил в промышленности название метод магнитных шумов (МШ).
Имеются отличительные особенности в физике этого явления от других электромагнитных методов контроля: источником электромагнитного или акустического излучения является сам контролируемый объект по причине перестройки его доменной текстуры; большая локальность контроля, обеспеченная малой величиной объема скачкообразно перемагничивающейся области - 10 + 10" СМ ; возможность снимать информацию в аналоговом или цифровом виде даже с очень тонких слоев образцов. Это позволяет, используя тесную связь магнитной текстуры со структурой деформированного металла, найти новые пути решение задачи контроля остаточных напряжений в деталях и разработки новых средств контроля.
Таким образом, основной задачей диссертации является развитие теории метода контроля и разработка новьж средств НК, основанных на эффекте Баркгаузена, для целей НК и управления технологическими напряжениями.
Состояние проблемы. Широкое развитие в НК получил метод магнитных шумов, основанный на ЭБ. Большой вклад в становление этого
метода внесли работы Н.Н. Колачевского, В.М. Рудяка, В.В. Клюева, Э.С. Горкунова, В.Г. Герасимова, Г.В. Ломаева, В.В. Филинова, Н.С. Кузнецова, В.Л. Венгриновича, В.Н. Москвина, а также зарубежных исследователей - Ц. Гарднера (США), И. Шродера (США), И. Бартона (США), Л. Карьялайнена, К. Титто (Финляндия) и т.д. Вместе с тем, применение метода МШ в промышленности явно не соответствует его возможностям и требует комплексного решения исследовательских, конструкторских и методических задач. К их числу относятся вопросы более глубокого исследования взаимосвязи параметров сигналов МШ с технологическими ОН и структурными изменениями в конструкционных сталях, методическое обеспечение выбора информативных параметров и режимов контроля с наибольшей достоверностью результатов измерений, разработка принципов создания надежной контрольно-измерительной аппаратуры и методик контроля, приемлемых для производственных условий.
Энергетические и эмиссионные характеристики МШ определяются перестройкой магнитной текстуры ферромагнетика скачками Баркгаузена (СБ), и несут информацию об изменении физико-механических свойств металла в процессе технологии изготовления изделий.
Целью диссертационной работы является разработка новых методик и средств контроля технологических напряжений в высокопрочных конструкционных сталях, основанных на методе МШ.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие основные задачи: анализ закономерностей изменения параметров огибающей магнитных шумов (ОМШ) в зависимости от уровня микро- и макронапряжений; экспериментальные исследования взаимосвязей параметров ОМШ на образцах углеродистых легированных и мартенситностареющих сталей; разработка аппаратуры и методик контроля технологических напряжений при оптимизации технологии изготовления и производства изделий из высокопрочных конструкционных сталей, таких как подшипниковые кольца и сложные сборочные соединения.
Методы исследования. Выполнение научных исследований проводилось с привлечением методов статистической физики, корреляционного анализа. Результаты теоретических положений проверялись экспериментально с использованием механических методов испытаний, результатов металлографического и рентгеноструктурного анализа, статистических методов обработки экспериментальных данных.
Новые научные результаты. Вработеразработаныиисследованы:
Потенциально-энергетическая модель формирования огибающей магнитного шума (ОМШ), макропараметры которой, Вм - максимум, Нм -положение этого максимума по полю перемагничивания, определяются уровнем микро- и макронапряжений. Однозначный и обратный характер изменений Вм и Нм от уровня микро- и макронапряжений позволяет использовать параметры ОМШ для разработки новых алгоритмов контроля.
Методические основы контроля технологической наследственности, определяемой ОН, при оптимизации изготовления и
производства металлоизделий из высокопрочных конструкционных сталей.
3. Принципы построения и конструирования средств и методик
контроля напряженного состояния деталей из высокопрочных сталей,
использующие:
для повышения чувствительности контроля уровня макронапряжений - параметр F, пропорциональный первому коэффициенту разложения в ряд Фурье ЭДС МШ при сканировании трубных заготовок по окружности;
для повышения достоверности оценки макронапряжений в случае, если структурное состояние контролируемого материала заранее неизвестно - параметр Р, пропорциональный произведению величины и поля максимума ОМШ;
Новые конструкции первичны преобразователи (ПП) МШ. Особенности использования их для контроля технологических напряжений.
Новые алгоритмы обработки сигналов МШ и микропроцессорный прибор для контроля механических напряжений в металлоизделиях.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
Теоретические и экспериментальные исследования МШ при нагружении высокопрочных сталей позволили разработать методику и прибор для оценки уровня действующих механических напряжений в процессе технологии производства металлоизделий из высокопрочных сталей.
Исследование технологической наследственности, определяемой ОН, в процессе производства металлоизделий с использованием МШ (на примере сборки металлоизделий и изготовления подшипниковых колец) позволило предложить и усовершенствовать технологию их изготовления.
Разработаны новые алгоритмы и микропроцессорный вариант прибора для контроля механических напряжений методом МШ.
Результаты работы реализованы в виде методик контроля технологических ОН и микропроцессорного варианта прибора контроля методом МШ и использованы на предприятиях машиностроительной отрасли ,например, НПЦ "Гарантия" Научно-исследовательского машиностроительного института.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы
доложены в 6-ти печатных работах и обсуждены на 2-ух международных
конференциях: "Фундаментальные и прикладные проблемы
приборостроения, информатики и экономики", г.Сочи-2004; "Эффект Баркгаузена и аналогичные физические явления ", г.Ижевск-2004.
Структура диссертационной работы состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии из 106 наименований, приложения и изложена на 140 страницах машинописного текста, иллюстрируется 46 рисунками и 9 таблицами.
Основные положения, выносимые на защиту.
Модель формирования огибающих МШ и характерные параметры, определяющие принципы построения методик и алгоритмов работы средств контроля микро- и макронапряжений в высокопрочных сталях, магнигошумовым методом.
Принципы и алгоритмы построения средств контроля технологических напряжений в высокопрочных сталях на основе параметров сигналов МШ.
Методические основы оценки технологических напряжений методом МШ при оптимизации производства металлоизделий из высокопрочных сталей на примерах изготовления подшипниковых колец и сложных сборочных соединений.
Разработка компьютерного варианта магнитошумового прибора, для контроля технологических напряжений.
Анализ физических особенностей контроля с использованием магнитных шумов
В технологии производства предварительно заготовки деталей могут подвергаться термообработке, разным видам механообработки. После термообработки остаточные явления в поверхностных слоях могут быть в виде окисления, обезуглероживания (при недостаточном раскислении соляных ванн) и науглероживания (в результате значительного повышения температуры отжига). В зависимости от методов и режимов металлообработки, состояния инструмента, типа и способа охлаждения, физико-механических свойств обрабатываемого металла и ряда других причин доминирующим может быть силовой фактор, и тогда на поверхности возникают ОН сжатия, или тепловой, под воздействием которого на поверхности возникают ОН растяжения [10, 25]. Фазовые превращения усложняют этот процесс, так как вызываемое ими изменение кристаллической структуры металла приводит к созданию дополнительных ОН того или иного знака [3, 10, 26].
Например, при токарной обработке, как правило, образуются сжимающие напряжения. Однако однозначность ОН при этом не гарантирована, так как с увеличением износа инструмента, скорости резания и изменением режима охлаждения может наблюдаться тенденция к появлению и росту растягивающих напряжений, что связано с возрастающим действием теплового фактора [2, 10]. К тому же на этот процесс могут оказать воздействие фазовые изменения (например, при прижоге). При скоростном резании с большими отрицательными углами у сталей, хорошо воспринимающих закалку, в поверхностном слое наблюдается переход аустенита в мартенсит. Такой переход, сопровождающийся увеличением объема кристаллической решетки, способствует образовании сжимающих ОН и может компенсировать влияние теплового фактора [2, 3, 10].
На стадии финишной технологии металлообработки часто деталь подвергается упрочняющим операциям. Так, возникающие при некоторых видах обработки поверхностным пластическим деформированием напряжения способствует повышению малоцикловой выносливости конструкционных сталей в 3 - - 8 раз, износостойкости в 1,5- -2 раза, сопротивление коррозийной усталости в 1,5 - - 2 раза [2, 10, 25].
При шлифовании решающее влияние на образование ОН оказывает тепловой фактор, что, как правило, приводит к появлению растягивающих ОН в поверхностном слое. Структурные превращения, особенно характерные для высоколегированных сталей, проявляются в образовании мартенситного слоя. Сопутствующие ему сжимающие напряжения не оказывают существенного влияния на формирование результирующих ОН в силу доминирования теплового воздействия. Растягивающие ОН достигают величины того же порядка, что и при токарной обработке, но распространяются на меньшую глубину, а затем переходят в сжимающие [2, 10]. При фрезеровании возникают как растягивающие, так и сжимающие поверхностные напряжения [10, 25].
Существенную роль ОН играет в технологии производства корпусов боеприпасов из высокопрочных мартенситностареющих сталей. Исследования показали, что наиболее существенное влияние оказывают ОН на механические характеристики этих сталей, склонных к хрупкому разрушению: снижают статическую прочность [25, 62], предел выносливости при циклических нагрузках [2, 26], приводят к уменьшению износостойкости [3, 10], изменяют формо - размеры изделий [10]. Необходимо отметить, что определяющее значение во многих случаях имеет не характер распределения ОН по толщине детали, а величина и знак напряжений на ее поверхности, поскольку именно в поверхностных слоях сосредотачиваются микродефекты, которые становятся очагами разрушения практически при всех видах нагружения [2, 10].
Сжимающие ОН существенную роль играют в технологии производства и в эксплуатации подшипников качения, работающих в тяжелых условиях циклического и повторно-статического нагружения. Это обосновывает выбор вида сталей при их производстве с высоким уровнем прочностных и пластических свойствами, таких как ШХ15. Связывающим воедино всю систему управления ОН звеном, является проблема контроля ОН, по результатам которого проводится корректировка технологии изготовления изделия на этапе ее разработки, отбраковка изделий с недопустимым уровнем напряжений в процессе производства, диагностика состояния металлоконструкций в процессе их эксплуатации и хранения.
Общепринятая классификация методов анализа и контроля ОН разделяет их на разрушающие и неразрушающие.
Разрушающие (частично разрушающие) механические методы, т.к. метод Закса, Давиденкова и др. [26], достаточно трудоемки и используются, как правило, для различного рода исследований и проведения выборочного контроля ОН, что позволяет достичь высокого уровня надежности и эффективности контроля на производстве.
Более перспективными в этом отношении являются неразрушающие методы контроля, в основе которых лежат зависимости различных физических характеристик материала от действующих в нем макро- и микронапряжений (напряжений I, II и III рода по классификации Н.Н. Давиденкова).
Среди разнообразных методов контроля одно из ведущих мест по количеству разработок и масштабам применения занимают электромагнитные методы контроля. Значительные успехи в теории, разработке и применении электромагнитных методов контроля связаны с усилиями Российских ученых и специалистов: А.Б. Сапожникова, Р.И. Януса, М.Н. Михеева, В.Е. Щербинина, В.В. Клюева, Г.С. Шелихова, А.Д. Покровского, В.Е. Шатерникова, Э.С. Горкунова, В.Ф. Мужицкого, Н.С. Кузнецова, В.В. Филинова и др. [1, 13, 19, 97, 99].
Исследование взаимосвязи параметров магнитных шумовс уровнем микро- и макронапряжений
На практике ферромагнетик обычно перемагничивают линейно изменяющимся магнитным полем H(t)=bt (b - постоянный коэффициент см. рис. 2.9), поэтому B(t) В(Н) и представляет собой огибающую (дисперсии -мощности) магнитного шума (ОМШ) в модели (1.5), ее параметры характеризуются в общем случае изменением намагниченности в контролируемой области и соответствующим изменением магнитного потока d X /dH, регистрируемого измерительной катушкой, при изменении поля перемагничивания. Наличие наиболее вероятного значения магнитного момента при СБ [11, 22] позволяет сделать вывод, что сІФ/dH зависит от количества доменных границ, совершающих скачок при текущей величине напряженности поля перемагничивания, соответствующей критическому полю старта этих доменных границ.
Таким образом, можно утверждать, что параметры ОМШ при перемагничивании определяются характером распределения Но - критических полей старта доменных границ. Исследование распределений критических полей, посредством измерений спектров магнитной жесткости в термообработанных на различные режимы образцах из конструкционных сталей [54] показали, что эти распределения как при перемагничивании, так и при намагничивании, имеют экстремальный характер с наличием наиболее вероятного значения напряженности магнитного критического поля, практически совпадающего с коэрцитивной силой Нс (см. рис. 2.1), при этом с увеличением температуры отпуска образцов Но уменьшается, а вероятность существования доменных границ с этим значением Но растет.
Эта аналогия наглядно иллюстрируется сходным характером изменений распределений критических полей старта границ и осциллограмм МШ, полученных на образцах с различной термообработкой (рис. 2.1). Отмечается, что максимальное значение сигнала МШ следует за изменением коэрцитивной силы и, поэтому допустимо поставить знак пропорциональности между формой В(Н) ОМШ и кривой распределения Но и попытаться смоделировать их вид в зависимости от микро- и макронапряжений поликристаллического ферромагнетика.
Для моделирования В(Н) ОМШ воспользуемся результатами "теории включений" Керстена - Кондорского, согласно которой критическое поле старта НО доменной границы (1.1) определяется [55]
Учитывая, что входящие в это соотношение Is и А являются структурно -нечувствительными параметрами, постоянными при неизменном химическом составе ферромагнетика [55], можно сделать вывод, что значения критических полей определяются уровнем микронапряжений, степенью их дисперсности, а также значением эффективной кристаллографической анизотропии КЭф=К+ ао в котором а0-математическое ожидание функции а, определяющее уровень макронапряжений. "a"
Рис. 2.1. Осциллограммы сигналов МШ за полупериод перемагничивания образцов из стали 35ХЗНМ в отожженном (а) и закаленном (б) состояниях. Как показано в работах Иванова [45], функция распределения микронапряжений в объеме изотропного поликристаллического ферромагнетика представляет собой стационарную случайную функцию с нулевым средним и корреляционной функцией R(Ax). Основными параметрами функции распределения, определяющими статистические свойства ферромагнитной среды, являются дисперсия ах (среднеквадратическое отклонение ах флуктуации внутренних напряжений) и параметр (Jx , характеризующий частотные свойства случайных функций (дисперсность микронапряжений).
Оценка влияния параметра v на магнитные свойства высокопрочных конструкционных сталей, показала, что изменение "V в диапазоне величин от 100 до 1000, соответствующем структуре таких сталей, незначительно изменяет основные магнитные характеристики, в частности коэрцитивную силу, необратимую восприимчивость и МШ [15]. Это позволяет в качестве первого приближения для оценки случайной функции da/dx пользоваться одним параметром ах V- и Исходя из гипотезы о равномерной плотности вероятности "идеального хаотического" распределения величин градиентов поверхностной энергии и, соответственно, значений Но, для моделирования функции распределения критических полей воспользуемся статистической теорией.
Применение этой теории предусматривает введение ряда упрощений, суть которых сводится к следующему: распределение микронапряжений и связанное с ним распределение магнитных фаз в ферромагнетике имеет изотропный характер; процессы смещения границ между магнитными фазами статистически беспорядочны и происходят без изменения формы элементарных участков доменных границ; роль чисел частиц, находящихся в определенных состояниях может играть количество элементарных участков доменных границ с различными значениями критических полей; элементарный участок доменной границы можно считать малой системой, находящейся в энергетическом равновесии с объемом, состоящем из большого числа различных систем.
Разработка методики контроля труб при производстве подшипниковых колец
Для каждой группы труб методом Закса были определены значения и построены эпюры окружньк ОН по толщине стенки. Эпюры напряжений для всех исследованных образцов идентичных по характеру (см. рис. 3.2), а величины напряжений на поверхности существенно различаются. Диапазон этих напряжений для труб II группы достаточно широк (от 6 до 240 МПа) частично перекрываются с диапазоном напряжений для труб I группы (от -1 до 19,4 МПа).
Необходимо отметить, что метод Закса, как и метод Давиденкова, предполагает равномерность напряжений по окружности кольца. Однако, учитывая технологию изготовления труб, трудно ожидать такого характера-распределения напряжений как по окружности, так и по длине трубы. Наличием этой неравномерности объясняется большой разброс значений ОН, полученных при испытаниях соседних участков труб: минимальные и максимальные значения напряжений для одной трубы отличаются в 2 + 6 раз. Очевидно, что именно неравномерный характер распределения окружных ОН в трубе независимо от их знака будет приводить к деформации колец, а оценка параметров этого распределения позволит прогнозировать склонность колец к овализации.
Исходя из этих предпосылок, с помощью прибора АФС и системы МШК проведены исследования параметров распределения величин Е по окружности трубных образцов. Измерения проводились с равным шагом по окружности в 16 точках на трубах 0 63 и в 32 точках на трубах 0 107 мм. Результаты измерений представлялись в виде периодической функции Ex=f(x), где х -расстояние по окружности трубы. Характерный вид полученных функций для образцов 0 107 I и II групп приведены на рис. 3.3.
Анализ данных, приведенных в таблице 3.2 подтверждает, что связи между интегральной величиной окружных напряжений, полученной методом Давиденкова, и склонность к овализации нет. В то же время, для образцов II группы величины исследуемых параметров распределений заметно выше, чем для I группы, хотя интервалы этих величин перекрываются между собой. Достоверности оценок склонности к овализации по параметрам F, SE и АЕ , рассчитанные по методике [50, 91], составляют соответственно 0.89, 0.83 и 0.77.
Наибольшая достоверность прогнозирования по параметру F обусловлена следующими факторами:
1. Влияние на овализацию колец именно первой гармонической составляющей распределения ОН по окружности кольца с учетом его жесткости, максимально по сравнению с гармониками более высокого порядка. 2. Параметр F , в отличие от SE и ДЕ, учитывает не только амплитудные, но и фазовые характеристики функции Ex=f(x) и, соответственно функции J = f(x\
3. Проведение Фурье-анализа позволяет снизить влияние на результаты контроля состояния поверхности контролируемой трубы и связанного с ней случайного разброса величины Е.
К достоинствам параметра F следует отнести и то, что и он реализует принцип относительных измерений, т.е. практически исключается влияние на результаты контроля химического состава и структурного состояния труб, существенно сказывающееся на абсолютном значении ЭДС МШ.
Таким образом, проведенные исследования показали возможность альтернативной оценки труб на склонность к овализации магнитошумовым методом при измерении величины Е в нескольких точках по окружности и определении комплексной амплитуды первой гармоники, полученной при измерениях функции Ex=f(x).
Методика градуировки магнитошумового прибора для контроля технологических напряжений
В основе данной схемы лежит микросхема D1 (РІС 16С67) представляющая собой микроконтроллер (микро-ЭВМ), который включает в себя микропроцессор, память программ, память данных, таймер, последовательный порт с протоколом связи 12С, последовательный порт с протоколом связи SPI, а также цифровые порты для подключения внешних устройств. Для выработки тактовых импульсов, необходимых для работы микроконтроллера, применяется генератор собранный на микросхеме D3 (XTAL). Микросхема D2 (МСР 130) вырабатывает для микроконтроллера сигнал сброса при включении питания, а также при перебоях в питании. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) собран на микросхеме D4 (МСР 3201). Для согласования микроконтроллера с последовательным портом ЭВМ (RS-232C) используется микросхема D5 (МАХ 233).
Принцип работы: После включения питания микроконтроллер приступает к выполнению заложенной в него программы (приложение 1). Программа заложена в постоянной энергонезависимой памяти микроконтроллера. В процессе выполнения программы реализуются следующие действия:
АЦП (D4) преобразует сигнал магнитного шума, который поступает в схему измерения с прибора АФС через разъем РЗ, в соответствующий цифровой код. Микроконтроллер (D1), связанный с АЦП при помощи последовательного порта с протоколом І2С, последовательно считывает каждый бит оцифрованного сигнала и заносит его (сигнал) в собственную память данных. Для синхронизации измерений с процессом перемагничивания в микроконтроллер, из прибора АФС-5, поступает строб-импульс через разъем Р2. По заложенной программе микроконтроллер рассчитывает параметры магнитного шума, а по ним, силу выглаживания, которая в виде цифрового кода, через разъем Р1, подается на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) (на схеме не показан). ЦАП преобразует цифровой код в соответствующее напряжение, которое через усилитель мощности (на схеме не показан) питает катушку электромагнита (на схеме не показан). В свою очередь электромагнит изменяет усилие выглаживания детали и как следствие уровень остаточных напряжений в поверхностном слое.
Связь с ЭВМ осуществляется по стандартному последовательному протоколу SPI. Для согласования уровней напряжений микроконтроллера и порта ЭВМ (RS-232C) используется микросхема D5. Подключение блока измерения к ЭВМ осуществляется через разъем Р4. Генератор (D3) вырабатывает тактовые импульсы с частотой 6,4 МГц. Конденсаторы С1 - С5, установленные непосредственно рядом с микросхемами Dl - D5, необходимы для сглаживания пульсаций напряжений. Питание блока измерения осуществляется от прибора АФС. Для автоматизации процесса регистрации параметров МШ и увеличения быстродействия разработан блок измерения и связи с компьютером (БИСК) -модернизированный вариант - 2. Основу БИСК составляет 10 битный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с последовательным интерфейсом типа TLC-1549. Так же в БИСК входит двухпериодный детектор и активный фильтр нижних частот (ФНЧ) второго порядка.
Принцип работы БИСК: Сигнал МШ снимается с предварительного усилителя прибора АФС и поступает на двухпериодный детектор собранный на операционных усилителях. Выпрямленный сигнал МШ (МАШ) поступает на активный ФНЧ второго порядка с частотой среза 80 Гц. Далее сигнал с ФНЧ поступает на АЦП, который преобразует его (сигнал) в цифровую форму. Оцифрованный сигнал передается в компьютер через последовательный канал RS - 232С. Пример сигнала ОМШ приведен в приложении 2.
В начале программы (см. приложения 1) происходит инициализация АЦП. Затем вызывается процедура установки нуля. Опишем данную процедуру более подробно.
На выходе предварительного усилителя прибора АФС присутствует шум, который обусловлен как тепловыми шумами самого усилителя, так и индустриальными помехами. Для того чтобы отстроиться от данного шума, в программе предусмотрена процедура установки нуля, которая в течение некоторого времени (порядка нескольких секунд) производит поиск максимального значения шума. Полученное максимальное значение принимается за уровень шумов (Min), а удвоенное значение - за уровень сравнения (2 Min).
После установки нуля программа ожидает, когда измеряемый сигнал превысит уровень сравнения. Этот момент времени является точкой старта (Start). Точкой финиша (Finish) является момент, когда измеряемый сигнал снизится ниже уровня сравнения. На интервале от старта до финиша подсчитывается среднее значение сигнала (Еср), максимальное значение сигнала (Emax), а так же время появления максимальное значения (Ттах), отсчитываемое от точки старта. Так же вычисляются параметры Р = Emax Ттах и R = Бтах / Ттах.
