Введение к работе
Актуальность Эффективность внедрения методов количественного анализа и контроля качества материалов определяется их надежностью, простотой и экономической целесообразностью использования При этом, основным требованием, предъявляемым к создаваемым устройствам и и системам, является современный уровень разработок Это означает, что предлагаемые системы должны обладать необходимой точностью и быстродействием определения контролируемых параметров, а процесс должен быть максимально автоматизирован
Перечисленными особенностями обладает атомно-эмиссионный метод количественного анализа Имея достаточно высокую чувствительность, быстродействие и простоту в обслуживании, метод позволяет осуществлять текущий контроль непосредственно в процессе изготовления материалов и изделий в едином технологическом цикле промышленного производства Поэтому использование автоматизированных устройств анализа и контроля должно способе гвовать повышению эффективности действующих автоматизированных технологических систем промышленного производства материалов и изделий
Определенные достижения в атомно-эмиссионном методе анализа, как одного из направлений диагностики материалов, должны способствовать также решению вопросов экологических проблем с точки зрения оперативного и качественного определения состава окружающей атмосферы и сточных вод, а также исследованию объектов космического пространства
В настоящее время количественный анализ материалов осуществляется путем предварительного построения градуировочных графиков и характеристик по трем и более стандартным образцам (СО) В ряде случаев, для ограниченного интервала измеряемых концентраций, используют один СО Данный способ обработки результатов измерений снижает качество атомно-эмиссионного метода анализа, ограничивает область его практического применения Кроме этого, периодическое применение СО обуславливает влияние субъективных факторов, что приводит к появлению неучтенных погрешностей Поэтому актуальными остаются вопросы дальнейшего повышения точности и достоверности практических анализов с использованием минимального числа СО
Данные обстоятельства обуславливают актуальность и экономическую целесообразность разработки не применяющихся в настоящее время в отечественной и зарубежной практике новых способов выполнения количественных анализов с параметрами СО, определяемых расчетным путем В дальнейшем подобные СО будем называть виртуальными Их использование расширяет
4 область применения не только для металлов, но и различных жидких и газообразных сред Это создает возможность экспресс контроля неизвестных объектов, что является важным в таких областях, как геология и криминалистика
Все возрастающее значение также должны приобретать методы повышения эффективности входного экспресс контроля количественного содержания отдельных компонентов материалов и их физических свойств, анализа марок неизвестных марок материалов, жидких и газообразных сред Очевидно, что использование в таких системах анализа виртуальных эталонов должно способствовать успешному решению данных вопросов
Реализация указанных проблем неразрывно связана с разработкой на начальных этапах исследований качественно новых моделей и созданием на их основе соответствующих методик и программного обеспечения, позволяющих решать поставленные задачи
Целью работы является дальнейшее совершенствование методов атомно-эмиссионного спектрального анализа на этапах математической обработки результатов измерений Разработки на этой основе новых способов анализа количественного состава материалов и сред путем создания алгоритмов и программных средств комплексного использования стандартных образцов предприятия и виртуальных эталонов для автоматизированных устройств, повышающих эффективность технологических процессов промышленного изготовления продукции
Методы исследования - теоретико-экспериментальные, базирующиеся на применении математического аппарата прикладной статистики, методов электрических и магнитных измерений, вычислительной математики, а также молекулярной физики и термодинамики
Научная новизна работы заключается в следующем
1. Решена задача количественного анализа с использованием эталонов с расчетными параметрами на основе многопараметровых функциональных зависимостей, отображающих интенсивность спектрального излучения от процентного содержания элементов При этом разделение входных и исследуемых параметров производится на конечных стадиях обработки результатов измерений с помощью специальных моделей и алгоритмов
2 Разработан способ автоматического корректирования параметров элементов стандартных образцов, позволяющий в автоматическом режиме по измеренным почернениям (напряжениям) спектральных линий исследуемого элемента определять расчетным путем требуемые значения параметров элемента виртуального эталона
Разработана структурная схема количественного анализа методом минимального расчетного элемента стандартного образца и определена методика построения градуировочных уравнений, предусматривающих разделение диапазона спектрального анализа на отдельные узлы и ветви структурной схемы
Разработан алгоритм и программное обеспечение для определения марок неизвестных материалов на основе метода автоматического корректирования
Определены структурные схемы, алгоритмы и программное обеспечение для автоматизированных измерительно-вычислительных комплексов, как составных частей автоматизированных технологических процессов промышленного изготовления материалов и изделий
Разработан метод спектральной матрицы и предложена методика определения количественного состава любых материалов и сред
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Разработка способов определения количественного состава компонентов материала на основе использования многопараметровых функциональных зависимостей измеренньгх и расчетных параметров для изолированной системы <исследуемая проба - расчетный (виртуальный) эталон>
Разработка способа количественного анализа материалов на основе принципа минимального расчетного эталона путем автоматического корректирования параметров расчетного эталона
Реализация способа количественного анализа неизвестных материалов, жидких и газообразных сред путем комбинированного применения метода минимального расчетного эталона и принципа минимума энергии спектрального излучения линий элементов исследуемых проб
Разработка алгоритмов и программного обеспечения для создания автоматизированных систем анализа на основе использования расчетных параметров стандартных образцов для персональных компьютеров
Практическая значимость и внедрение результатов. При разработке новых способов количественного анализа изделий, материалов и сред были решены следующие практические задачи
разработаны способы количественных анализов материалов, изделий и сред методом автоматического корректирования с использованием стандартных образцов с расчетными параметрами,
разработаны алгоритмы и программное обеспечение для автоматизированных систем входного и текущего экспресс контроля количественного состава компонентов исследуемых объектов с использованием виртуальных эталонов первого и второго типов,
- определены структурные схемы автоматизированных измерительно-
вычислительных комплексов текущего и входного контроля, как составных
частей автоматизированного технологического процесса производства мате
риалов и готовых изделий,
внедрена автоматизированная измерительная система комплексного анализа материалов с использованием стандартных образцов и виртуальных эталонов первого и второго типов,
прошли производственные испытания и рекомендованы для промышленного использования предлагаемые методики анализа на основе виртуальных эталонов первого и второго типов.
Апробация работы. Основные результаты диссертации представлялись в 2006 году на международігую научно-практическую конференцию "Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики", секция "Оптические и оп-то-электрические методы и средства измерений и контроля физических величин и параметров материалов" на базе Южно-Российского государственного технического университета, Всероссийскую научную конференцию аспирантов и молодых ученых «Наука. Технологии Инвестиции », НТИ, на базе НГТУ г Новосибирска
Результаты работы также апробированы на 2-ом международном технологическом конгрессе «Военная техника, вооружения и технологии двойного применения в XXI веке», Омск, 2003 г
Результаты диссертационного исследования подтверждаются актами внедрения устройства и производственных испытаний способов экспресс анализа количественного состава компонентов материалов и изделий промышленных предприятий г. Омска
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 129 наименований, трех приложений и содержит 188 страниц машинописного текста
