автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Методы оптимизации параметров и режимов работы вихретоковых преобразователей дефектоскопов

<оХАРК1ВСЫШЙ ДЕРЖАВНИЙ П0Л1ТЕХШЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ X

Ъ t

ГАЛЬЧЕНКО ВОЛОДИМИР якович

УДК 620.179.1

МЕТОДИ ОПТИМВАЦЙ ПАРАМЕТР1В ТА РЕЖИМ1В РОБОТИ ВИХОРОСТРУМОВИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧ1В ДЕФЕКТОСКОП1В

05.11.13 - npiuiадн i метода контролю

Автореферат днсертацй" на здобуття наукового ступеня доктора техшчних наук

Харюв - 1997

Дисертащею с рукопис

Робота виконана в Схцшоукршнському державному ушверситет! Мшстерства освЬи Украши

Науковий консультант

Оф1ц1ЙН1 опоненти:

Заслужений Д1яч науки та техники Украши, доктор техшчних наук, професор Явсовенко ВалерШ Володимировкч, СхдаюукраУнський державний университет, завщуючий кафедрою приладобудування та елекгротехшки

доктор техшчних наук, професор Фшкельштейн Володимир Борисович, Харйвська державна акаде.чця мюького господарства, професор кафедри електротехнкн;

доктор техшчних наук, доцент Хандецький Володимир Серпйович, Днтропетровський державний ушверситет, професор кафедри електронно-обчислювальних машин;

Провщна установа

доктор техшчних наук, старший науковий ствробшшк Большаков Володимир Борисович, Харк1вське ДНВО "Метролопя", начальник вщдшу

Нашональний техшчний ушверситет Украши "Кшвський полггехшчний ¡нститут", кафедра прншшв та систем неруйшвного контролю, Мшстерсгво осв!ти Украши, м. Кшв

Захист вщбудеться '¡^5"" ¿Д» 1997р. о годиш на засщанш

спешал ¡зевано? вченоГ ради Д 02.09.11 у Харшському державному полггехшчиому

ушверситет! (310002, м. Харюв-2, вул. Фрунзе, 21 )

3 дисерташею можна ознакомитесь у б1блютещ Харкавського державного полгтехшчного ушверситету.

Автореферат розюланий "Д." И 1997р.

Вчений секретар спешал^зовано'! вчено! ради

Горкунов Б.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальность i стутнь дослщженносп тематики роботи. Щдвищеншо якост) продукт/, зросганню П'надшшш та довгсшчпосп придшяеться велика увага в ycix промислово розвинутих кра'шах CBiry. Сучасшй piseHb виробництва з безушнно зростаючим обсягом номенклатура BKpoôiB характеризуешь ¡ототно зростакутами вимогами до застосування надШних га високопродуктивних метод!в i засобш, златних забезбечити 100% контроль ïxirboï якост). Виб!рковий контроль вихщного металу, за-roTÎBOK, нашвфабрикатш та готових виробш виповщального прнзначення не гарантуе ïx BiicoKoï якост1, особливо при серйшому та масоаому виготовлект. Метоли не-pyftHÏBHoro контролю використовуються для перев)рки материалов та вироб1в до моменту ix введения до експлуатаци, що 3ano6irae застосувангао дефектних деталей в конструкциях. KpiM того, використання методт неруйшвного контролю в техно-лопчних процесах, в ггрийомно-здаточних випробуваннях, при ексллуатащТ та ремонт! с одним з найбшьш ефективних засоб1в пщаищения якоей продугаш, виклкз-чення непродуктивних витрат при ооробленн! заготшок та налшфабрикатш. Правîгаке застосування методш та засобш неруйшвного контролю дозволяе виключити ло-тетпй1гу можлив1'сть руйнування вироб1в, маючих кгритнчш або cyrreBi Buyrpimni дефекти. В особливо'! ступеш це вщноситься до тих вироб1в, експлуатащя катрнх зв'язана з проблемами безпеки людей, з можливктго виникнення катастроф з необоротними еколопчними насликами i т.п.

В тепершшй час широко використовуються акустичш, каппярш, малптн], електричш, paaiauifiHi, оптичш та mini методи неруйшвного контролю. Особливе Miene серед них належить вихорострумовому методу. Завдяки сво'ш перевагам над перетворювачами, застосовуючими wmi фцичт принципи здобуття ¡нформаш, ви-xopocTpyMOBÎ перетворювачи (ВСП) вшповиають суворим вимогам контролю об'еьгпв з дефектами в умовах забруднення середовиша, наявшет електромагштних nonin, шдвищених температур, Biöpauiß, ¡нтенсивних випромшювань зварно! дуги i шщих деяшх заважаючих факторт.

Великий валив на развито к: вихорострумового методу та засобш контролю об'оспв з дефектами надали роботи вщомих вченях Герасимова В.Г., Клюева В.В., Дорофеева О.Л., Зацепша H.H., Соболева B.C., Шатершкова B.C., Шкарлета Ю.М, Сухорукова В.В., Бщи ПЛ., Forster F., Dodd C.V. та шших досл^дттв. Анатз робгг показав, шо основна увага дослщшшв придьтялаеь розробш теоретичних моделей идя конкретних випадюв контролю об'екпв. Бьтышсть задач проектування 3aco6ie вихорострумового контролю Biipoöis з дефектами обмежених po3Mipis розв'язуеться, зикористовуючи в якост! базових результата дослцркень, здШсненкх або по

наближеним методикам розрахунив, або для двовикпрних щеалЬащй ¡нформащйного електромагн1тного поля (1ЕМП). единого методолопчного пщходу ршення широкого кола задач едекгромагштноТ дефектоскопп у випадку трим'фних 1ЕМП не ¡снуе. Законом1рност1, знайдеш в результат! вир'ипення двовим!рних задач дефектоскопа, виявшшся необхшними та корисними для побудови основ теорп виявлення дефекта, розробки методов к пошуку. Але цих моделей недостатньо для створення теори як основа оптимального проектування апаратури вихорострумового контролю вироб1в з дефектами обмежених розм1р1в, яка мае високу розрЬнювальну здатшсть. У зв'язку з ускладненням задач електромагнгою1 дефектоскопй" виникае . потреба анал1зу нових класш математичних моделей, як! бшьш поано вщображають реальш умови вихорострумового контролю вироб^в.

Деяка обмежешсть застосоауемкх математичних моделей не дозволила також належним чином виявити кiлькicн¡ зв'язки м1ж геометричними та елекгромагштними характеристиками об'екта контролю з дефектом 1 даними спостережень на виход1 ВСП. Положения в ще\' галуз! ще бшьш попршуегься через в'щсутшсть достатньогс об'сму експериментальних даних, одержаних дослшниками.

Сучасна теори вихорострумового контролю об'ектш з дефектами обмежених розмф1В базуегься в основному на емтричних законом¡рностях, одержаних експер1менталышм шляхом Б ¡дою П.1. бшя 20-ти рок1в тому. Ц1 дослщження проводились для вироб1в з дефектами з ¡дсал1зованими властивостями та не ураховували ряд сутгевих факторов, серед яких форма дефекту, його оркнтащя I просгор!, особливост1 геометрп об'екта контролю, розташування об'екта вщноснс ВСП та шипх.

Отриман! результата в щлому вщображають загальш тенденцн \ елсктромагштному контроль але Тх використання не наводить до реалпаци найбшьы сприятлиаих умов виявлення дефекпв. Найвищу ефектившсть контролю мают: забезпечити тмьки техшчш засоби в повшй М1р1 враховукт специфику конкретноп пронесу контролю. Використання узагальнених метод!в дослщжень виправдано н, етат розробки математичних моделей, але не ефективно на етат проекгувана контрольно-вим1рювадьно1 апаратури, де оркнтащя на узагальнем дефект розташован! на гшотетичних об'ектах контролю, не приводить до оптимально результатов. Здаегься, що основт резерви суттевого покращення техшчних т мстролопчних характеристик ВСП мктяться не сшьки в способах обробки вихщни сигналов та удосконаленш вшшрювальних тракпв приладт, скшьки у сами конструкциях ВСП та принципах \'х побудови.

К тепершньому часу практично без уваги залишилась проблема проектуванн ВСП, володиочих зондуючими 1ЕМП з визначенними властивостями. А разом з ти:

Ц!леспрямована змша зондушчих властивостей генеруемого. 1ЕМП приводить до пщвищення селективност! та чутливост1 виявлення дефектов в об'ектах, пщвищенню завадозахишеносп та, отже, peaimauii сприя^ливих умов виявлення дефекпв. Отримашм шформацшного сигналу високсЛ' чутливостг, завадозахищекосгп та розрЬшова-ПЬ!Ю1 здатност1 безлосередньо ¡з ВСП дефектоскопа е першочерговою задачею та в раз! П незадовшьного вирниення положения не виправити наступною вторинною електронною обробкою сигналу, ям би схемотехшчш решения та сучасна елементна база не застосовувались.

Вшсуттсть ефективноТ теоретично! базн обумовила вщсутшсть спешалюованих методик проектувашгя ВСП для виявлення дефектш. В практиш проекгтування ВСП для дефектоскошв в основному використовуються добре зарекомендован! методики розробки ВСП, ям opienTOsarii на контроль розмфш об'атв, що не вщображае повною Mipoio реальних потреб.

В зв'язку з вишезгаданим створення reopii електромагштного контролю об'екпв з дефектами обмежених po3MipiB уявляе актуальну наукову проблему, ршення яко1 мае велнке значения для промисловоеп.

Зв'язок роботи э науковими програмами, планами, темами. Дисерташ'я виконувалась в рамках "Коордннацшного плану розробки та впровадження першоУ чергн автоматизованого стенду комплексних випробувань об'екта (АСКВО)" та "Плана-графжа розробки та впровадження nepuioi' черги ЛСКВО", затвердженнх кер1вником ХКБМ ¡м.Морозова гид 06.11.81р., я к-i склад«» випоиино постанов! РМ СРСР № 990 в1д 08.10.81р. та постанов! Держплана i ДКНТ СРСР № 221/245 в'щ 06.11.81р., а також в рамках "Комплексно! программ науково-техшчного професу краУн-члешв РЕВ"" прюритетний напрямок "Комплексна автоматизашя" вщповцщо постанов! ДКНТ СРСР № 668 вЬц 27.11.89р., напрямку ДКНТ "Технолога, машнни та виробництва майбутнього".

Мета та задач! досл1аження. Метою дано/ роботи е створення теори виявлення дефекта обмежених po3Mipie в провшних об'ектах лсшльноУ форми як основи оптимального проектупання вихорострумових перетворювач1в та розробка на и баз1 ефектнвних засоб'т електромапптного контролю з високими техшчними характеристиками.

Досягнення сформульованоУ мети зв'язано з необх!ДН1Стю виршення наступних задач:

- розробки математичних моделей npoixecie контролю об'екпв з дефектами обмежених po3Mipin в рамках единого методолопчного пщходу решения задач виявлення локальних неоднорщностей, дозволяючих охошповаги широке коло можливих типових виладюв контролю;

- створення шформацшно'1 модели, яка мютить в со61 комплекс програм комп'ютерного моделювання процеав вихорострумового контролю об'екта;

- математичного моделювання рппомаштних режим1в електромагштного контролю вироб]в для визначення впливу окремнх фактор!в об'екта з дефектом на вихщний сигнал ВСП, дослщжень розрЬшоючо! здатност'1 метод1в контролю, вибору оптимальних характеристик зондуючих 1ЕМП та рашональних характерних розшр1к ВСП;

- розробки методики проекту вання вихорострумових перетворювач^в прохщного та накладного титв з використаниям побудованоТ щформацшноТ модел!;

- розробки теорп та профамних засобш параметричного синтезу ВСП з апрюрно визначеними властивостями зондуючого поля, яка забезпечус покращеш техшчш та метрологтчш характеристики дефектоскоп!»;

- розробки ефективних апаратних та програмних засоб1в вихорострумового контролю для задоволення реальних потреб промисловост'1.

Науковд новизна. На основ1 запропоноваких у дисерташйшй робот! пшход1в, метод1в, моделей та алгоритмов виршена важлива проблема створення теорп виявлення локальних пеоднориностей обмежених розм1р!в в об'ектах контролю, яка характеризуешься \ндиферентнктю моделей до форми та розм'|р!в об'ост 1 дефект, але ураховуюе Тх вплив повною М1рою.

Осноан! кауков! результата виконаноТ роботи мютяться в наступному:

- з точки зору використання единого методолопчного пщходу до задач!, який базуеться на застосуванш грзничннх штегральних р1внянь (Г1Р), запропонована класиф1кац1Я розрахункових моделей по ознаш зв'язноят анадпуемих областей, що дозволяе обмежитись для анализу практично в«х можливих випадюв контролю мшмальною мльюстю математичних моделей;

- розроблено ряд математичних моделей процеЫв електромагштного контролю, враховуючих специф|ку умов його проведения, а саме наявшсть зосереджувачт та масок з провшних матер1алш, характер дефекту (поверхнш, пщповерхшй) та особливост! геометрично! форми об'екта контролю у розумшш зв'язносп анашзуемих областей, значне переважання геометричних розм1р!в об'екта над розм^рами дефекту;

- в результат! алроксимацп формаяьних нескшченновимфюваних Г1Р одержани придатт до комп'ютерних розрахуикт скшченновш«нрюваш матрнчш р1вияння, адекватно вщображаюч! процеси контролю об'еючв;

- розроблено алгоритми чисельного виршення задач електромагштного контролю об'аспв;

- розроблена методика оптимального проекгування класнчних накладних та прохиших ВСП, в основ! яко!' передбачено ефекгивне внкористання комплексу програм комп'ютерного моделювания ВСП;

- в результат! чисельних експеримеипв визначена чутлнв!сть ВСП до ряду важливих параметров, впливом яккх рашше нехтували унаслиок суттевих трудноипв IX облнсу;

- розроблена теория синтезу ВСП з апртрно визначеною топографию зондуючего 1ЕМП;

запропоновано споаб спрощеккя застосуванкя на практищ багатопараметрового методу роздпу ¡нформаип;

- розроблено алгоритми чисельного вир\шення задач синтезу 1ЕМП ВСП.

Практична шншсть дослшжень обгрунтована:

- розробкою комплексу програм комп'ютерного моделювання процес^в вихорострумового контролю;

- наданням рекомендацш щоло вибору основних характерних розм1рт ВСП та режим1В IX роботи, забезпечуючих максимально чутлившть до дефегпв;

- розробкою структурних схем ушверсалышх дефектоскошв та алгоритшв обробки вихщних сигнал1в ВСП, забезпечуючих вьдстройку в-1д неконтрольованих парам етрт об'екта;

- наданням техшчних вимог до точности виготовлення магштних систем синтезованих ВСП, гарантуючих зб!г властивостей реального 1ЕМГС з властивостями ¡деального апрюрно визначеного;

- розробкою електрнчних принцитальних схем основних функщональних вузл1'в ушверсалбних дефектоскошв, ям хараетеризуються можливк-тю цифрового керування в1а ЕОМ.

Реа.пзашя наукових розроботок. Результата дисертацШноТ роботи резлвовани у ряд! господарських договорт на проведения науково-дослщних роб!т.

3 використанням результатов дисертац» та безпосередньою участю автора спшшо з МП "Техника" м.Луганська спроектовани та виготовлени удосконалеш прохшш вихорострумов1 дефектоскопи контролю якост! зварних груб, що прашоють по европейському стандарту 5ЕР1925 та дозволяють провести сертифжацио контрольованоТ продукип ашповино з Гюго вимогами. Вз1рЦ1 дефектоскошв впроваджено у виробництво на Оскольському електромегалурпйному комбшат! [Рост) для контролю труб диаметром 27-89 мм з товщиною стшки до 3,5 мм, а також Чнтращгпвському завод1 зб'фних теплиць, де використовуються для перев!рки якост) пва труб диметром 25-60 мм з товщиною стшки до 3,5 мм. Дефектоскоп успешно штримав лабораторш випробування на Таганрогському металурпйному комбинат!

(Рос¡я) при контрол1 елекгрозварних та м1рних труб п;чно? зварки. В теперешшй час проводяться робота по впровадженню дефектоскошв контролю якостт феромагштних пруткчв на виробничих дшянках холдшгово! компана "Луганськтепловоз", а також дефектоскошв контролю якост1 зварних труб на тдпрнемств! АТЗТ "Луганський трубний завод". Результати робота застосовуються в учбовому процес1 в СхщноукраТнському державному ушверситеп при пщготовш шженер1в-приладобуд1вниив та шженер^в-сисгемотехншв.

Характеристика метод ¡в дослдаень. Для ршення комплексу питань, складшочих змкт поставленоТ проблемы, застосовано широкий спектр сучасних методш теоретичних дослщжень. Теоретичш дослщження процеав вихорострумового контролю об'ект базуються на фундаментальнпх р1вняннях теори електромагшткого поля в штегрально-векторному вигляди Вирицешш некоректно поставлених задач синтезу 1ЕМП ВСП виконуються з застосуванням машнно-ор!ентованого методу повноУ ортогонаизаци (ЯУО), ураховуючего похибки початкових даних та визначаючего ст'шке ршення задачи При обробш даних, отриманих в результат! чисельних експерименпв, використовуються методи регресюного та факторного анал1зу. Розробка програмних комплекав здшснювалась ¡3 застосуванням об'ектио-ор1ентованого методу. В^рогщшсть висновмв пцггверджусться великою кЬтьюстю чисельних експеримеюМв, зб!гом результата розрахунк!в з даними шших дослшишв, отриманих експериментальним або аналогичным шляхом.

Науков! результат», шо виносяться на захист:

1. Теоретичш положения неруйшвного електромагштного контролю об'аспв довиьноТформи з дефектами обмежених розм!р1в:

- математичш модел1 процеЫв контролю, враховую"п багатозв'язшсть анал)зушо1 области викликану пщповерхшм характером дефектов, наявшетю зосереджувача 1ЕМП або маски, формою самого об'екта контролю, а також ураховуючих значке переважання розм1р1в об'екта над розм'фами дефекту (шод! досягаюче кшькох порядив);

- розрахунков'1 матричш ршняння, отримаш в результат; апроксимацп нескшченновимфюваних щтегральних представлень 1ЕМП в зош контролю;

- чисельш алгоритми розрахунку вихипого сигналу ВСП, ураховугоч1 трим1рний характер 1ЕМП;

- методика проектування оптимальних ВСП, яка основана на використашп розробленоТ шформацшшм модел1 процес1В контролю;

- теор!Я синтезу ВСП з апрюрно визначеною топограф1сю зондуючого 1ЕМП, яка забезпечуе високл техтчш характеристики;

- чисельт алгоритми синтезу 1ЕМП ВСП бажано! конф1гурацн;

- метод спрощення використання в практик! контролю багатопараметрового способу роздшу шформацй, одержано1! з ВСП у проц.ес'1 вим'фювань.

2. Результата практично! реал1заци наукових дослщжень в галуз1 електромагштного контролю об'екпв:

- шформацШна модель процеав контролю у внгляд! програмного комплексу комп'ютерного моделювання режим!в робота ВСП в склад! дефектоскопа;

- комплекс програм вир'шення зворотних задач синтезу 1ЕМП з бажаними зондуючими властивостями;

- реалЬац1я апаратно-програмного забезпечення ушверс&тьних дефектоскотв на 6a3¡ М1кропроцесорно'|' техшки.

Апробацш роботн. Ochobhí положения дисерташйноТ робота до кладет та обговорен! на наступних конференцшх i семинарах: зональний семшар "Методи та засоби вимфювання мехатчних параметров в системах контролю та керування", Пенза, 1987 р.; семшар по Teopií машин та мехашзм1в АН СРСР (Каунаська ф'т'ы) "Вим1рювання перем1щень у динамичному режим!", Каунас, 1987р.; VII Всесоюзна науково-техшчна конференция "Проблеми магштних вим!рювань та магштовимфювальжн апаратури", Лен|'иград, 1989р.; МЬкнародна науково-техшчна конференшя "Молод1 вчеш в виршенш комплексно! програми науково-техтчного прогресу краГн - члеН|'в РЕВ", Кшв, 1989р.; 2-а Всесоюзна конференшя по TOE, Вшниця, 1991р.; Всесоюзна науково-техшчна конференшя по шформашйно-вим'фювальним системам, Санкт-Петербург, 1991 р.; Ш-я м1жнародна науково-техшчна конференшя "Контроль та керування в техшчних системах", Вшниця, 1995р.; VI-а м!жвузовська науково-техшчна конференция кра'ш СНД "Сучасш методи та засоби електромагштного контролю та \'х застосувзння в промисловосп", Могильов, 1995р.; V-a М1жвузовська науково-техшчна конференция "Проблеми розвитку локомотивобудування", Луганськ - Алушта, 1995р.; М1жнародна науково-практична конференц1я "Автоматизашя проектування та виготовлення вироб1в в машинобудуванш", Луганськ, 1996р.; 8-й МЬкнародний с1мпоз1ум по нелишним елекгромагн¡тним системам ISEM, Брауншвейг (Ншеччина), 1997р.; науково-техшчю конференци Схцшоукра'шського державного утверситету 1985-1997рр.

ПублжашТ. За темою дисертацп оггуб.-пковацо 20 наукових po6¡t, серед яких одноособова монография.

Структура та об'см дисертаци. Робота складаеться ¡з вступу, шости глав, загалышх висяовюв, перея1ку використано/ .чтератури (240 найменувань) та трьох додатмв. Загальний обсяг роботи складае 290 сторшок, ЯК1 мштять 201 сторшку машинописного тексту. 102 рисунки та 7 тяблиш.

ОСНОВНИЙ ЗМ1СТ РОБОТИ

У встуш обгрунтована актуальность теми дисертацп, сформульованй п мета та виршоувано задач1, подана анотац'оя основних результатов, шформацш про апробацо'ю 1 впровадаення роботи.

У перошй глав) розглядени характерно особливост'о проблема проектування ВСП прилад1в для виявлення дефекп'в обмежених розморш в об'ектах довольно! форми. Показано, що сучасний подход вирошення проблеми поля гае в розробленш ефективних гнучких шформацойно-вим1рювальних систем виявлення дефектов (1ВСВД), застосування яких дозволяе використовувати необмежено можливосто електронно -обчислювальноо техшки в керуванш, чиссльноо обробки результатов виморювань, моделюванно процесов контролю з метою визначення оптимальних режимов роботи ВСП, ровня небажаних змон вихщних сигналов ВСП, обумовлеиих властивостями об'екта з дефектом та умовами проведения контролю. Узагальнена структурна схема 1ВСВД наведена на рис.1.

Рис. 1 - Узагальнена структурна схема 1ВСВД

Розглядени теоретично аспекти формулювання проблеми, здйснена постановка задачо. В рамках пропонуемого единого мегодолопчного подходу розв'язання широкого кола задач подана класифшацоя розрахункових моделей ВСП, враховуючих триморний характер розподшу електромагнггного поля. Визначена необхщнють розробки шформашйних моделей процесов вихорострумового контролю, яко е

шформацШним трактуванням фпико-магематичних моделей,. та Гх широкого застосування в теорн та практит неруйшвного контролю. У вцповщносп з питаниями теоретичного розв'язування проблеми булн проведени огляд 1 анаЛ1з в1домйх на даний час розрахункових моделей та програмних засоб^в, виявлена к деяка обмежешсть та недостатня адекватш'сть у ряд! випадмв контролю реальних об'оспе, подана аналп'ична оцшка ?х можливостей та вдосконалення. На пшстав! розгляду сучасного стану в галуз-! досл'щжень електромагштного неруйшвного контролю визначени напрямки теоретичних та еспериментальних вищукувашй.

У друпй глав1 розглядаються питания теоретичних основ вихорострумового контролю провщних об'екта довшьно! форми з дефектами обмежених роэ\пр1в. Уш'версатьшсть теоретичних положень забезпечуеться застосуванням для побудови обмеженоТ шысосп розрахункових моделей единого математичного апарату, який грунтуеться на ¡нтегральних представлениях трим!ршгх кваЗ!сташонарних шформацШнкк елеетромагнкних шшв (1ЕМП) при \х взаемодп з об'екгамн контролю. 3 метою забезпечення уншерсальносп вщносно форми об'скта та дефекту пропонуеться використання при побудов! моделей фундаментальних функцш Грша для трмирних провщного та непровшного середовищ. Формал1зм ¡нтегральних р!внянь дозволяе не звертати уваги на особливосп геометрн об'екта контролю, шо забезпечуе можливкть використання для розв'язування крайових задач теорп поля електронно-обчислювальноГ техники.

Головною метою побудови математичних моделей процеЫв контролю е отри-мання ¡нформацн про характер вихщного сигналу ВСП, залежного вщ форми та гео-метричних властивостей об'екта контролю, форми, розм!р1в та мюцезнаходження дефекту на поверхш або ¡¡середин! об'екта, його зор1ентованосп стосовно ВСП, електротехшчних характеристик материалу об'екта та шших факторов.

В першу чергу характер сигналу ВСП залежить ви розподшу 1ЕМП навколо дефекту. В шй пращ запропоковано використання для визначення розподшу 1ЕМП трьох вшив математичних моделей, пристосованих для анашу широкого кола задач електромагштно! дефектоскопн.

Базова математична модель приаатна для однозв'язних областей з лшШними характеристиками та зформульована для одного векторного 1 одного скалярного впроваджених фаничних джерел, забезпечуючих едишсть розв'язку задач! при мппмальюй розм1рностп

— * __

+ П X го1^(Р)-ён авр +п X = пхНш(д);

, 4т1Г0р

в ор (1)

+ цгп • го^Г(Р) • ¿н «^р + п • = п • Нст(<2).

5 4тсг0р

де 1=пхН; а=п-Н -густовинавпроваджених.граничнихджерел;

Нет (С?)- вектор напруженосп ГЕМП в точках спостереження О, шо належать поверхш в, створений струмом збудження з попередньо задашш розподЬюм;

«■ = чзр = ~*о)г +(ур -уч)2 +(гр

г0р - модуль вщсташ мш точкою спостереження Q та точкою джерела Р; п - вкутр1шня нормаль до поверхш об'екта контролю у точц! спостереження;

=

4)Пдр

gн - фундаментальна функщя Грига в тримфному нескшченному провшному простор!.

Формула (1) застосовуеться у випадках анал!зу процеав контролю об'екпв, в яких дефект розташовано зовш на поверхш та ВСП не мае в своему склад1 зосереджувач1в 1ЕМП 1 екрашв. В противному сташ треба користуватися математичною моделлю для багатозв'язних областей, котра складасться ¡з системи р1внянь, отриманих для сукупносп деылькох замкнених меж роздьту рпних середовмц. У зв'язку з шш сл1д зазначити, що в узагальнсному випадку математична модель приймае вигляд:

1=1 в, К1 I = 1,2,..., ш.

Л

а) дефект на поверхт об'екта, ВСП мае в склад! зосереджувач! 1ЕМП або екрани

б) дефект всередиш об'екта, ВСП мае в склад! зосереджувач! 1ЕМП або екрани

в) дефект всередиш об'екта, ВСП не мае в склал1 зосереджувач^в 1ЕМП та екрашв

Э] - об'ект контролю; Эг - зосереджувач або екран; Бз - порожнина дефекту

Рис. 2 - Розрахунков! модел! ВСП

П

де Б =

ы

81 - межа 1-го однорщного тша, т - кмькють однорщних т1л,'

£(<2) + XI• К((), Р) • с!Р = - вщповина формулоровка для зав

дач! з однозв'язною областю,

К((3,Р) - ядро ГР Фредгольма 2-го роду. В робот! на и!дстав! узагаиьнено'1 сисгеми р1вшшь (2) на приклад! подано мехашзм складання конкретних математичних моделей для багатозв'язних областей, визначени основш випадки розрахункових моделей, як! найбЬтьш часто зустр1чаються в практищ неруйшвного контролю з використанням ВСП. Доречно зазначити, що розрахунков! модел1 ВСП, розташоват на рис. 2, майже в повному обсяз! в'щображають сучасш потреби електромапптно1 дефектоскоп'н.

[нтегральн! представления 1ЕМП для багатозв'язних областей доводиться

виконувати для впроваджених векторних граннчних джерел : _ _ «

I т = п х Н - густовина шару магштного струму; ¡е = п х Е - густовина шару електричного струму.

Для випадку контролю, шюстрованого на рис. 2а, адекватна математична модель у вигляд! сисгеми ¡нтегральних р'тнянь Фредгольма 2-го роду :

и +п х! ^¡„«(р)ён авр -

5, Г0Р

+ П X Г0( <^т2(Р)В|1 аБр -

+ П X

1

/

\ 5,

Т\

5, 4" Г0Р

(

+ п х

У ! ^ ^ 8 И + --X

5,

«»г

■ п х НсП;

(За)

Ïm2 + П X I rOtl <JÎml(P)g„ dSF - |'""(P)dSp + n X I potl <fîraî(P)gH dSp -

S, rQP J

1

?«fï.i(P)g„ dSr +7

V s, J<ûH„Hi

f

+ П X

YJ^«2(P)g„dSI,+

-VQVQ$î,»(P)g„dSP

Si

VQVQ ^dSP ~ VQVQ $ЧР)Вн dSP

S,47trQP S,

S, rQ? 1

dS„ -

J® U0M2 __ »

= П X Hem;

(36)

ltl + Il X

( f rot

-fiïfcU

«. 4lt Гпо

^îci(P)gHdSP - + n X rotf $Ϋ(P)bh dSp -

S,47trQP )) \ Vs,

ц, ^Li(P)g„dSP - ^ii^ldSp

S,4lttQP

1i2^m2(P)g„dSp- ^i^ldSp

с

- 11 X

л \

♦r'v.èfW

Vl S,4nrQP

s,47trQP

\ /

- n

У

U »

si4^rQP

(Зв)

Ici + n X

rôti |îel(p)gHdSP-f^-dS

\ Vs \\

S, 47trQP y y

+ ПХ

rot

fî,2(P)gHdSp-

vs2

S24îtrQP 1)

11X ИШЦ,

S,4ltrQP

У i S,47trQP

1 „ „ finiîÎP) N Г.2 Sj QP )

S:47rrQP

=0;

(3r)

де ici, irai - впроваджеш граничш джерела на o6'eicri 3 контуром SI; ici, im2- впроваджеш граничт джерела на об'«cri 3 контуром S2.

f

Значна в!д.мшшсть в геометричних розмфах самого об'скта та дефекту дещо ускладнюе чисельне розв'язування задач 1 та збшьшуе похнбки розрахунюв. У зв'язку з цим в робот! здшснено удосконалення базовоГ математичноГ модели. В результат! вщповщнкх аналпичних перетворень знайдена система ртияиь в!дносно вщ'емних джерел для визначення розподиу 1ЕМП дефекту в зон! контролю.

Пюдя розв'язування штегральних р1внянь будь-якоТ ¡з поданих мате.чатичних моделей вцщосно граничних джерел 1ЕМП обчислюеться в довшьноТ сукупносп точек простору штегруванням знайденого виршення цих р1внянь, Елекгрорушшна сила (е.р.с.) вим!рювально\" котушки ВСП, розташовано! поруч з дефектом, розраховуеться в узгодженш з виразом

е = - .1 со № „ Ф

де - кшьюсть зв01в вим!рювальноГ котушки ВСП,

(4)

(5)

де - поверхня кола вим!рювально'1 котушки, ц - абсолютна магн!тна проникшсть.

В щй глав! також формадыи нескшченновимфюваш р1вняння зведени до придатного для чиселышх розрахунюв матричного вигляду. 1нтегралып р!вняння редущровани до системи лшШних алгебраУчних р^внянь (СЛАР) способом розбигтя поверхш об'скта з дефектом на прямокупн елементи, у межах кожного з яких прийнята кусочно-стала апроксимашя пишпеграпьшй' функцп.

Екв!валентна СЛАР мае слщуючий вигляд

А • X _ Б1

(6)

де

А - квадратна матриц» коефииента, апрокешугачих л1ву частину систе-

ми граничних штегральних р'ншяяь (ПР);

- вектор-стовпець, який мютить в соб! складов! шуканих граничних

джерел на у«х видшених поверхшх елементах;

- вектор-стовпець, характер!зуючий праву частину снстеми Г1Р та ви-

значаючий складов! поля струму збудження.

Вираз (5) зведено до юнцевоТ суми розбитгям поверхт котушки ВСП на об-межеш елементи та припущення ш'дносно постйноГ повед'тки розподцсу нормально7 складово! напруженосп 1ЕМП на кожному з видшених елеменйв.

Ф = ХВ!(Р)-81 = ц0йгЕН1(Р)-81

(7)

Третя глава подае дослщження шодо побудови шформацйно! молел! процесса вихорострумового контролю вироб^в. Обгрунтована та визначена загальна структура програмного комплексу комп'ютерного моделювання, зображена на рис.3.

Застосування програмного комплексу при проектуванш ВСП або в склад; 1ВСВД дозволяе з едшшх позишй вести дослщження процесш контролю об'екта, форма поверхт та властивосп котрих достатньо рпномаштш. РеалЬац1ей комплексу програм передбачасться поетапне розв'язування задач!, яке полягае на розподш век! задач! ка лопчно шлосш блоки, припускакт одночасне послшовне або вщокремлене IX виконання в поточному чи наступному часових штервалах. В склад шформгщшноУ модел1 включени препроцесор, л!чильний процесор та постпроцесор.

При аналш задач контролю препроцесором шдготовки початкових даних ви-конуються там функци: опис геометри та елекгроф!зичних властивосгей область дискретизац!я облает! засобом генерування епки граничних поверхньч елемент!в. Дискретизац!я облает! вшовщае представлению реального об'екта в вигляд1 дискретно'! модель Препроцесор використовуе в свое! робот! блочну дискреппашю, яка фактично вшповщае попередньому розбиттю об'екта на макроелементи ! !х наступно! автоматично! дискретизацп на розрахунков! поверхт М1кроелементн. Для автоматичного розбиття препроцесор застосовуе додаткову шформашю о кшькост! смуг розбиття. Вихщна !нформац!я генератора с1гки мктить киьюсть еле.ментарних поверхшх елеменпв, складагачих в сукупност! поверхн|'сть об'екта контролю, координата кожно! ¡з вершин та центрально! точки вс!х елеменпв. Л1чильний процесор викоиуе формування СЛАР зпдно з формулою (б), визначае розподи густоэини впроваджених вторинних джерел, здшснюс розрахунок 1ЕМП та е.р.с..

Препроцесор подготовки початюзвих даних:

1) опис геометра об'екта контролю 2) опис електроф^зичних характеристик

3) дискретизация области

1 Дискрета 1 даш (пам'ять) 1

Л1чильний процесор

розрахунок 1ЕМП

1 Попередщ результата (пам'ять) г

Постпроцесор виведення результата розрахунюв:

1) добутгя значушш шформацц 2) граф1чний синтез чисельно/ ¡нформацп

1 Модиф1кашя фгзичних або геометричних властивостей 1

Рис. 3 - Структура програмкого комплексу

¡ндукуваноТ в вим1рювальнш котушш ВСП. Розрахунок матричних елеметзв зв'язано з розрахунком ¡нтеграл!в по плоии кожного прямокутного граничного елемента вщ комплекснозкачно\" в загальному випадку фунмш. Сл1а зауважити, що час формування матриш коефвденпв СЛАР складае бшыпу частину повиого часу розв'язування задач]. В глав! наведени алгоритм« формування матрииь СЛАР, чисельного ¡нтегрування фундаментальних функцШ Гр1ка. 1нтеграли по плооп

прямокутних елементш зведени до подвойних, а потом в результат! застосування формула Грона - до штегратв вздовж крнво'о". Таким чином, штегрування по плода елементш можна замшити штегруванням вздовж замкнутого контура. Чисельне онтегрування. виконусться з допомогою адаптивних програм, заетосовуючих квадратурну формулу Н'ютона-Котеса. Розв'язанкя СЛАР вщоюсно граничних джерел здшснюеться методом Гауса в результат и факторизадн. Воорошення СЛАР надал1 уточшоеться в результата використання ¡терацшного процесу, що дозволяе проводите контроль похибки внутр!шннмн засобами. ЗначноТ економн пам'яп при застосуванш процедури розв'язування СЛАР вдасгься досягнути у результат! використовування динамичного розмщення масивш. Основш фуккци постпроцесора у склад! програмкого комплексу мостяться в видобугп корисноо локально! шформашо з значного чисельного потоку на виход! Л1чш1ьного процесора, а також синтезу цо'ео шформаци таким чином, щоб и можна було штерпретувати. Модуль постпроцесора надае користувачам тако сервосм можливосто: в!зуалозащю трим1рного об'екта контролю на екрано монотора, масштабування зображення об'екта, обертання зображення об'екта в простор!, в!зуадпашю розбиття макроелемент!а на м!кроелементи, зображення вектора напруженост! 1ЕМП в контрольних точках за допомогою стролок шдукцп. В робот! 1аентиф!ковани джерела похибок чисельного вирщення задач!, рекомендован!) та апробовани способи регулювання обчислювальних похибок. Розроблени шляхи огггим!заош алгоритм!в, визначенн важел! керування методом ПР. Працездатшсть програмного комплексу п!дтверджена тестовими вирошеннями модельних задач, маючих андлтгчне рошення. При обчислюванн! розподшу напруженосп 1ЕМП в цил!ндричному провщнику, по якому тече змшний струм, похибка обчислень по модулю та фазо становнть менш нож 6%. Обчислювальна похибка мае тенденшю к зменшенню, якшо апроксомацш геометри об'екта здойснюеться з большою точшстю. Повна переворка вс!х модулов комплексу забезпечувалась при визначенн! е.р.с. прохшного ВСП, розташоаанного на тонкому стальному магнотопроводо. В поршнянш з аналотичним в прошениям задач! максимальна похибка чисельного розрахунку е.р.с. складала по модулю менш 0,01% та фаз! - 0,015% в широкому доапазооп зм!ни частота однородного 1ЕМП (500 <Г< 106), в якому знаходився магштопровод.

У четвертой глав! викладени результата математичноп) модеяювання режимов електромагштного контролю об'ектов з дефектами обмежених розм!ров. Використан-. ня розробленоо шформацшноо модело дозволяе переглянути всиояко сполучення зна-чень параметр!в ВСП та визначити то з них, яко шдповодають крашим проектним характеристикам.

18 '

Таким чином, вишукуеться ращоиальне вир'тення як завгодно близьке по ряду критерпв до оптимального по кожному з параметре. АналЬ результат матема-точного моделювання дае змогу вибирати оптимальну робочу частоту, конструкцию ВСП, вим1рювальну схему та прийоми контролю, яш забезпечують достатню чут-лив[сть припаду до перевираемого параметра, а також повне або часткове зншання впливу неконтрольованих властивостей вироб^в. Так1' дослщження мають проводитесь дня кожного конкретного об1 оста контролю, що гарантуе облш впливу спе-циф^чяих властивостей об'екта та високу ефектившсть контролю. В результат! проведения велико! кшькост! чисельних експеременпв иакопичен дослдаицький матер1ал стосовко чутливосп кяасичних накладних та прохщних ВСП до ряду парам етр18, серед яких форма та геометр ¡я об'екта контролю, розмф, форма 1 мюцезнаходження дефекту, його ор'шнташя вщносно ВСП, зазор м1ж об'ектом та перетворювачем. Звернемо увагу на те, що застосування шформацШноТ модел'1 процес1в контролю дае змогу ретельда розглянути складш випадки в практиш вихорострумово! дефектосколи, котр1 викликають значш труднощ] в раз! використання класичних методов аналЬу. Цей тип задач включае виявлення групи дефекп'в, розташованих на незначнш вщеташ один вщ одного, контроль вироб1в з обл'|ком дн крайового ефекту, кшьюсний анаш впливу на сигнал ВСП битгя об'екта контролю та ¡ншкх. Внвчення реакци сигналу ВСП, в тому числ! амшитуди та його фази, на змши означених више факторш вщбувалося для датчикш круговоГ та прямокутньо! форми. В ряда випадюв вдалося чисельними розрахунками шдтвердити _експериментапып законом1рност1, як! вщображають основш тенденшУ в електромагштному контрол1 об'екпв накладними та прохшшми ВСП 1 мають фундаментальие значения для основ теорп виявлення дефектов. В глав1 розроблена методика використання ¡иформацшноГ модел! при проектуваит нових засоб!в контроле, то включае п'ять основних етатв. На першому еташ доводиться проводите аналЬ об'екта з метою визначення таких характерних мюць на ньому, де пошук дефекта викликае найбитыт труднонп. Даш у вибраному мкщ розташовують "граничний" дефект вцшов1дно1 форми та граничних габаритних розм!р1В, який мае визначити пор1Г чутливосп придала. На другому еташ виконуеться виб!р оптимально'1 частота зондування об'екта. Задаваючись електроф!зичними характеристиками об'екта. а також констуктивними особливостями ВСП в першому наближенш, виконують чисельне моделювання процесу контролю, по результатам якого аиашують функшональну залежшеть модуля та фази сигналу вщ узагальненого параметра (5, а також геометричних розмхргв дефеюу. Ц1 Д11 дозволяють визначити рацюнальний д!апазон змши узагальненого параметра (5, забезпечуточий максимальну чутлив1сть ВСП до дефекту. На наступному етат в раз! потреби, що в першу чергу

в'щноситься до накладних ВСП, виконуеться уточнения геометричних po3MÍpis пере-творювача. Так, каприклад, для вибору оптимального диаметра накладного ВСП ви-никае необхщшсть визначення залежносп шформацйного сигналу (модуля та фази) вщ дЬметра датчика при незмшних геометричннх параметрах "граничного" дефекту. Четвертой етап характеризуемся проведениям дослщжень по виявленню припустимих зм'ш заважаючих факторов, яы не вносить з'начтк спотворень в результата контролю. На останньому етап i здШснюегься тестування робота ВСП на дефектах, ям в1др1зняються розм!рами, формою та мюцем розташуваняя вщ "граничного" дефекту. На цьому erani можливо переконатися у правильности або по-милковосп прийнятих техшчннх sirpimenb. На рис. 4, 5 демонструються приклади функцюнальних залежностей вщносного вихшного сигналу накладного ВСП, зведе-ного до е.р.с. холостого ходу перетворювача, для вибору оптимального Д1апазону уза-гальненого параметра (1 та оптимального Д1аметра в'щповщно.

Запропоновано використання для потреб неруйшвного електромагш'тного контролю перетворювач1в, застосовуючих елементи Хола в якосп nryKa4ÍB дефектш.

Вщмшной властив1стю такоТ ¡деологи побудови ВСП е постШна чуташсть датчика в широкому спектр! частот вщ 0 до 100 кГц, в якому вектор результируючого 1ЕМП найбЬтьш критичний до змши параметров об'екга контролю.

Р

Рис. 4 - Залежтсть модуля вщносного вихщкого сигналу накладного ВСП вщ узагальненого параметра (i

Рис. 5 - Залежшсть приросту модуля вщносного вихщного

сигналу накладного ВСП вщ Д!аметра перетворювача

Анал1зусться чутливйть ВСП з елементами Хола до ряду парам етр!в об'екта з дефектом. Звертаеться увага на високу розр1знювальну здатшсть методу контролю, обумовлену незнаниями габаритними розм!рами елемект!в Хола {1,5x0,5x0,02 мм), Ух високою чутлив1стю (0,15 В/Тл), широю можливосп в области оркнтаци зондуючого елемента в склад1 ВСП з метою отримання максимально? чутливосп прилада у шлому.

У п'ятш глав] подана теория синтезу ВСП с заданою конф^гуращсю зондуючого поля. Теория синтезу ВСП призначена для реалЬаци в конструкциях ВСП нових техшчних можливостей, удосконалення 1х експлуатащйних характеристик або повторения досягнутих в цьому розумшш результате, але в супроводженш з значними спрощеннями конструкцй. Головна мета синтезу ВСП поля гас в щлеспрямовашй змш зондуючих властивостей генеруемого 1ЕМП, що в багатьох випадках наводить до зростання селективности та чyтливocтi виявлення дефекта, покрашення завадозахишеноеп в наслшок звужування зоки взаемоди 1ЕМП з об'сктом, а також обмеження магнгших потоков розсшння перетворювача. 3 використанням теорп синтезу це стае можливим без застосування зосереджувач'щ та провиних екрашв в склад! ВСП. Формування 1ЕМП задано? топографн в зош контролю досягасться у результат! застосування ВСП 31 змшним розподиом густовини струму в генераторшй котушш перетворювача. Сформульована задача

параметричного синтезу ВСП, яка полягае в визначелш струм!в в сукупносп тонких р!внорозподшених котушок, на як! дискретизована розподшена генераторна котушка ВСП, з метою наближення синтезованого 1ЕМП до заданого. Задачу можна дещо спростити, якщо шуканими при розв'зуванш вважати юлыисть звоТв лу в кожшй тонкй котушщ та характер Тх вв1мкнення (суперечне або узгоджене) при умов! едностт струму в них. На рис.6 зображени конструкци синтезованих ВСП.

3 теоретично!точки зору проблема синтезу ВСП розглядаеться у вигляд!

¡Нг(г,г)-Щ(г,г)||5Е>0 (8)

де Нг(х, г) - вимогасмий розпод'ш г-Т компонента 1ЕМП в зон! контролю;

г) - проекцОя напруженосп 1ЕМП на напрямок Ох, отримана в результат! дн шуканим розподшом густовини струму; е - похибка синтезу.

Для системи N тонких котушок довшьного в узагальненому вигляд! перер!зу 1ЕМП в задашй облает! контролю можливо визначити в узгодженш з виразом

1=1

*

де I - струм в по&шдовно ввшкнених секиЫх генераторноУ котушки ВСП;

К| (7., г)- ф'ункшя впливу ¡-о! тонко! котушки в точи! спостереження О (г, г).

Функшя впливу К| (г, г) залежить в1д геометрично'Г форми перерпу катушки, и розм!р!в та мкцезнаходження вшносно точки спостереження 1 визначае поле,

збуджене ¡-ою котушкою в точп! (г,г) при I- \у-, =1. Приведени можлив! випадки функцп впливу, враховуюч! вплив на формування ТЕМП провщного матер1алу об'екта контролю. Вивчени властивосп виршення задач! синтезу, визначени необхшн та достатн! умови юнування розв'язку, а також вимоги до синтезуемо! функдц розподшу поля, розм!рам та облает! його зосереджування. 3 математичноГ точки зору р!вняння (9) належить до юлькост! некоректно поставлених задач та 1'х чисельне розв'язування у багатьох випадках натрапляе на трудногш в зв'язку !з нестабьчьшстю обчислювалъного процесу, в якому невелик! вар[аци вхЬчшгх даних визначають значш зм1ни результате оозрахунху.

JjJL

а) цктндричний какладний ВСП I z

2Rn

2R:

! 2Ri

W, wi 2R„|

saw ; ш

б) рад1альний накладний ВСП

w, w2 w¡ w4 WN

Й

Y, Ц

d b

1 2

в) цнлшдричний прохиший ВСП

1 - котушка збудження; 2- виьнрювальна котушка Рис. 6 - Конструкцп синтезованих ВСП

Ана.'пзувзлась можливють використання при рози'язувашп проблем» метод!в сйнулярного розкладу (БУХ)) та регуляризацн Тконова А.Н. Пропонусться використання в якосто математичноТ бази вир!шення зворотно'1 задач! метода БУД забезпечуючого похибку синтезу 1ЕМП достатньо просто? топографп не вище 0,5% та враховуючого особливост! комп'ютерного розв'язку ¡гекоректно поставлених задач. Розроблено програмний комплекс чисельного моделювання задач синтезу, на чисельних прикладах розглядено питания верифшацн алгоритмов. В результат! чисельних експеримент'ов визначени техночоп вимоги до точносп виготовлення магашюТ системи перетворювачш, виявлена чутливость магттноо системи ВСП до зм1ни окремих геометричних параметров. Запропоновани способи техшчноТ реал1зашо синтезованих конструкций ВСП, як1 дозволяють виготовити реальш ВСП з зондуючими 1ЕМП мошмально вшрозними вщ розрахункових. Проведено поровнювальний аналоз ВСП цилшдричного та радиального татв. Зроблени висновки щодо переважоюго використовування з точки зору точносп формування 1ЕМП вимогаемоУ конф!гурацн ВСП цилондричного типу. На рис. 7, 8 олюструються деям прикладо! застосування розробленого програмного комплексу до синтезу зондуючих 1ЕМП перетвороовачов.

- сшггеювана тогюграф;я "" - задана топография

Рис. 7 - Синтез П-образного розполо.ту 1ЕМП в зоно контролю об'екта накладним цило'ндричним ВСП

* - синтезована топографа - ■ - задана топография

Рис. 8 - Синтез Л-образного розподшу 1ЕМП з П-образним п'едесталом в зош контролю об'екта накладним цшиндричним ВСП

Шосга глава присвячена питаниям розробки апаратно-програмного забезпечення техшчних засобш виявлення дефектов в провиних об'ектах довшьноТ форми. Сформульовани принципи побудови 1ВСВД, серед яких головке мюце иалежить принципу ушверсальносп. Розроблени структурш схеми двочастотних одноканального та двоканалыюго ушверсальних дефектоскошв, працюючих вцшовшю в режимах часового роздиення частот та частотно'! селекцп сигнатв паралельно функшонуючих канал ¡в. Запропоновано використання для контролю об'ектш в склад! 1ВСВД ушверсальних дефектоскошв, керуемих на двох р1внях. На нижнему р)вн1 керування виконуе владнана в прилад мжропроцесорна система (МПС), яка мае можливкть задавати режими робота основних функшональних вузл1в системи (зм!ну частота зондуючого 1ЕМП, струму збудження ВСП, коефвдента передач! гадсилювача, ширини смуги пропускания фшьтра 1 т.п.). В склад спешашованоТ МПС введени програмнокерован 1 функцюнальш блоки, техшчш характеристики котрих зм^юоються вщловщно з керуючим кодовим словом, запровадженим центральним процесором МПС. МПС виконана на сучасшй елементнш баз! мшропроцесорного комплекту К1810 та характеризуеться високою продуктившстю робота в сшвпроцесорнШ конф1гурацп. Розроблени елекгричш принцитальш схеми складових 1ВСВД, серед яких задаючий генератор гармошчних колнвань з програмованою частотою, пщсилювач потужност!, програмоваш джерела

посппноТ напруги, компенсатор з програмиокерованога фазою вихшного сигналу, тдсилювач сигналу з програмнокерованим коеф\шектом передачу фазочутлив'1 випрямляч!, програмнокерований фазообертач, система збору даних. Програмне забезпечення МПС мктить в своему склад1 наступи! функционалы» модули процедуру керування блоком контролыго-внм1рювально1 апаратури; процедуру обробки результат вимфювань; процедуру взаемодп з керуючим об'ектом високого р^вня. Використання в практиш вихорострумово'1 дефектоскопп двочастотних прилад!в та вщлоацшого програмного забезпечення обробет сигналу ВСП дозволяе в'щстропгися при вим'фюванш ва впливу ряду заважаючих факторов (зазору, струстурних зм'щ материалу об'екта контролю). На внсокому р1вш роботою приладу керуе пот1к шформашТ, здобутоТ в процсс1 функцюнування шформацшноТ модел'1 процессе контролю. Застосування шформацШноТ модел'1 в практищ контролю забезпечуе гнучюсть, ефектившсть пращ та швидюсть адаптаци до нових умов робота з будь-якими об'ектами контролю.

В глав1 здфснено анало та виповщний виб)р найбшьш ефективних алгоритм!в обробки двочастотних сигналив, серед яких використовуючий автоматичне регулювання пшсилення вим1рювального каналу, взаемноГ корекцц сигнал1В, багатопараметрового контролю виробш з застосуванням лшшноТ та нелшШноГ функшоналышх залежностей.

Запропоновано способ суттевого спрощення застосування для контролю вир001в методу багатопараметрового роздиу ¡нформашТ, в якому трудом ¡ста виснажлев1 онераци- наладження приладщ з допомогою стандартних вз!ршв замппоються попередшм математичним моделюванням з допомогою ¡нформашйноТ модел! з метою визначення залежносп вихиного сигналу ВСП в1я ряду параметров, котра рашше знаходилась експериментально в процеа' налагодження.

Глава мштить материал сгосовно реалЬаш'Т результат дослшжень в реальних приладах виявлення дефект та Тх впровадження в виробництво.

Приведено опис дефектоскотв контролю якост1 зварного шва труб в потош стану. Вщзначаються висою техтчш характеристики прилад1в, спроможшсть роботи ещповшю мгжнародним стандартам 5ЕР1925, що дозволяе т'дприемствам провести сертифжашю вироб!в.

У додатках моститься гром13Дкий математичний матер ¡ал, одержаний при аналггичних перетворюваннях вихиших формальних штегральних ртнянь до розрахункового вигляду.

ГОдсумков! висиовкн та основш результата. В лисерташйшй робот! на основ! систематизаци та узагальнення вшомих теоретичних 1 прикладних результата, а

також проведения нових дослщжень викладено науково обгрунтоване рппення важ-ливо'1 проблеми створення теори виявлення дефекпв обмежених розм1р1в в провщних об'сктах довшьноТ форми як основи оптимального проектування ВСП та розробки на а баз! ефекгивних засоб^в електромапптного контролю з високими техшчними характеристиками.

Основш висновки та результата, здобуп в проце« дослщжень, мктяться у тому, що:

1. Запролоновано та теоретично обгрунтовано единий методолопчний пщхщ вирццения широкого кола задач електромагштно! дефектоскопа об'огпв довольно! форми з дефектами обмежених розмф1в. В основ! шдходу закладено метод граничних штегральних р!внянь, забезпечуючий ушверсальшсть математичних моделей про-цес1в контролю складних об'ектш завдяки використанню фундаментальних функшй Гр'та для трим1рних областей.

2. ПроаналЬовани, розглядени та узагальнени в!дом1 математичщ моде;н ана-л1зу тримфних електромагнггних поли в провщних середовищах. В якост! базово! теоретико-розрахунково!" модел! обрани граничш 1Р млшмальщн розмфност! для одного векторного та одного скалярного впроваджених ф1ктивних джерел, розподмених на поверхш об'екта контролю. На основ! базово! математично! мод ел 1 запропонована удосконалена модель для багатозв'язних областей, яка ураховус наявшсть у склад1 ВСП зоссрсджувач1в та екрашв з провиних матер1ал1в, а також адаптовауа до умов вихорострумового контролю модель, записана вшносно ви'смних ф1ктивних джерел.

3. В результат! аналогичного перетворення формального не-скшченнови.м^ргованого р1шення задач» електромагштного контролю до скшченновим1рюваного вигляду отримани розрахунков! матричш р1вняння, придатш для комп'ютерного моделювання процеав взаемодц 1ЕМП з об'сктом, а також ВСП з об'ектом.

4. З'ясовани особливос™ задзч1 розрахунку вихщного сигналу ВСП при кон-трол1 об'оспв з дефектами. Визначени шляхи пшвищення ефективност! та продук-тивносп алгоритшв, в основу яких закладеш розроблеш математичш мод ел ¡.

5. Обгрунтована та запропонована загальна структура програмного комплексу, призначеного для чисельного комп'ютерного моделювання процеав електромагштного контролю провшшх об'сюпв складно! геометрично! конф1гураш! з дефектами обмежених розм1р1в. Розроблени ефективш алторитми пшготовки даних, автоматичного генерування сггковий структура, чисельного вираховування поверхшх ¡нтеграл!в, формування та виршення комплексозначних СЛАР великого порядку, в1зуал!задп результапв обчислювання.

6. Розроблена шформацшна модель процессе електромагштного контролю, яка е ¡нформацшним тлумаченням ф^зико-математичноУ модели В основ! моде.пл моститься единий методолопчний тдхщ, що базуегься на формал13М11Р, сформульо-ваних на меж! роздиту середовшц та дозволяючих з едиких позицШ тдходити до дос-лщжень процеав контролю об'екпв, форма поверхш та властивост! яких достатньо рпномаштш.

7.1дентифковани джерела похибок чисельного розв'язування задачу рекомен-довани та апробовани способи регулювання обчислювальних похибок. Запропонова-ни шляхи оптим1заца використовуемих алгоритм ¡в, яы вичиняють додатш резерви удосконалення розробленого комплексу програм. Працездатшсть програмного комплексу доведена тестовими вир'иненнями модельних задач.

8. Для проектупання високоефективних техшчних засоб!в електромагштного контролю запропоновано тдхщ, полягаючий в широкомасштабних дослщженнях приватних специф1чних задач контролю на баз1 розроблених шформашйноУ модел1 1 методики П застосування, шо дозволяе здШснити переход в ¡л узагальнених зако-ном!рностей до конкретизованих вузькоспец!ал1зованнх р1шень по вибору оптималь-них режимов роботи ВСП та 1х конструкгивних властивостей.

9. В результат! виршення численних модельних задач дослвджена чутливкть накладних та прохщних ВСП до змши геометричних розмфт дефект, ТхньоТ форми, ор1енташТ у простор!. У ряд! випадюв теоретично шдтверджени результати експери-ментальних дослщжень, як1 стали фундаментальними для основ теорн виявлення дефектов. В результат! моделювання теоретично розв'язано ряд задач, котр1 рашше не розглядалися через непереборн'1 математичш труднона.

10. Розроблена методика проектування оптимальних класичних накладних та прохшних ВСП. Особлива увага прнщлена проектуваиню накладних ВСП для виявлення дефекта, конструювання якнх традиц!йно вважаеться найбшыл складним.

11. Розроблени основи теорн синтезу ВСП з вимагасмою структурою зондую-чого 1ЕМП, дозволяючей покрашяти умови виявлення дефект!в в об'ектах в результат! п1авищення селективносп та Ух завадозахищеност!. З'ясовани властивост! рпнення задач! синтезу, визначени необхщй та достатш умови ¡снування розв'язку, а також вимоги до синтезуемих функшй розподшу поля, розм1рам та облает! його зосереджування.

12. Розроблено програмний комплекс р'илення задач синтезу ВСП на основ! методу сшгулярного розкладу ЗУО, ураховуючого особливоси комп'ютерного р'няення некоректно поставлених задач. На численних прикладах розглядени питания верифисаш? алгоритм1в, визначени техн'1чн! вимоги до точност! виготовлення магштноУ системи синтезуемих ВСП.

13. Залропоновани структурш схеми двочастотних одноканального та двоканального утверсальних дефектоскотв, працюючих вшпов'щно в режимах часового роздшення частот та частотноТ селекцп сигнал1в паралельно функшонуючих каналов, використання яких забезпечуе ефективну в'щстройку вщ заважаючих вим1рюванкям факторов. Розроблени електричш принцишальш схеми основних фушодональних вузл'т прилад'ш, спроможних змшювати режими свое! роботи при програмном керуванш вщ ЕОМ. Визначени алгоритми обробки вихйшого сигналу ВСП, що забезпечують вщстройку в;.д неконтрольованих параметров об'екта.

14. Запропоновано cnociö суттевого спрощення застосування для контролю вироб'.в методу багатопараметрового роздшу ¡нформацп. Трудомютк! операцп наладження прилад1в з допомопяо стандартних вз1рщв рекомендовано зам1няти математачним моделюванням з застосувапням комплексу розроблених програм з метою визначення залежносп вихшного сигналу ВСП в1д ряду параметров.

15. OcHOBHi теоретичт та прикладш результата дисертащйноУ роботи були використани при проекту ванш та розробщ дефектоскотв, KOTpi впроваджени в виробництво на пщприемствах Украши та Pocii'.

Положения дисертацм вщображеш в публжашях:

1. Гальченко В.Я. Информационные модели в теории и практике электромагнитной дефектоскопии.-Луганск: Изд-во ВУГУ, 1997.-262с.

2. Яковенко В.В., Гальченко В.Я., Шаповаленко Т.В. Аспекты теории электромагнитного контроля объектов с дефектами конечных размеров //В ¡сник Схцшоукратського державного ушверситету,- 1996.-№1 .-С. 103-107.

3. Гальченко В.Я., Шаповаленко Т.В., Черепахин Г.А., Велигура A.B. Расчет трехмерных информационных электромагнитных полей вихретоковых измерительных преобразователей //Вестник Восточноукраинского государственного университета. серия Машиностроение,-1996.-отделышй выпуск.-С .20-22.

4. Яковенко В.В., Гальченко В.Я., Бондаренко В.Е. Синтез магнитных систем с дискретными источниками поля //Изв. вузов. Электромеханика. -1991. - № 8. - С. 16.

5. Яковенко В.В., Гальченко В.Я., Донская Л.В. Синтез катушки в магнитной системе датчика линейных перемещений//Изв. вузов. Электромеханика.-1990.-№6,-С.75-78.

6. Яковенко В.В., Лойко A.B., Донская Л.В., Гальченко В.Я. Синхронный детектор для обработки выходных сигналов феррозондов с однополярным импульсным возбуждением //Приборы и техника эксперимента,-1989.-№6.-С.104-10б.

7. Гальченко В.Я., Яковенко В.В., Шатров Г.И., Лойко A.B. Цифровой измеритель остаточной индукции //Приборы и техника эксперимента.-1992.-№1.-С.239.

8. Яковенко В.В., Гальченко В.Я,, Лоико A.B. Миниатюрный датчик линейных перемещений // Приборостроение. - 1990. - № 5. - С.33-38.

Особистий внесок. Основш результат» дисертацн були одержали особисто автором. В публкащях ¡3 ствавторами [3,4,5,8] автору належить розробка математичних та розрахункових моделей, в [6,7] - розробка структурних та принцитальних електричних схем пристроТв, у [2] - постановка задачу анализ та узагальнення результатш дослщжень, формулювання bhchobkib.

АНОТАЦШ

Гальченко В.Я. Методи оптим1зацп параметра та режим1в робота вихоростру-мовнх перетворювачЬ дефекгоскотв. - Рукопис.

Дисерташ на здобуття наукового ступеня доктора техшчних наук за спеш'альтстю 05.11.13 - придали i методи контролю. - Харш'вськни державний полгтехшчний университет, Харк'т, 1997.

Захищаються рукопис та 29 науковнх праць, в яких моститься розв'язок проблем» розвитку теор'п електромагштно\' дефектоскопа провиних об'сктов довтьно! форми з дефектами обмежених геометричних po3MipiB шляхом вдосконалення методов розрахунку вихорострумових перетворювач'т. визначення Тх оптимапьних характеристик та режнли'в роботи.

Запропоновано единий методолопчний nLixLa р'1шення проблем», математичш та ¡нформацшш модел1 npouecie контролю, напрямки Тх ефективного застосування в Teopi'i та практиш електромагштно! дефектоскопа. Розроблено ушверсальш техшчш засоби контролю об'еютв 3i змшними режимами роботи, яю задаються пш керуванням В1Д ЕОМ. Результата доойджень впроваджено в промисловта.

Ключов1 слова: об'ект контролю довшьноГ форми, дефект, чисельне модеяюванкя, rpuMipiti електромапитш поля, вихорострумовий перетворювач, ¡нформацшна модель, оптимозацк, компьютерно моделювання.

АННОТАЦИЯ

Гальченко В.Я. Методы оптимизации параметров и режимов работы вихрето-ковых преобразователей дефектоскопов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.11.13 - приборы и методы контроля. - Харьковский государственный политехнический университет, Харьков, 1997.

Защищается рукопись и 29 научных работ, в которых содержится решение проблемы развития теории электромагнитной дефектоскопии проводящих объектов произвольной формы с дефектами ограниченных геометрических размеров путем совершенствования методов расчета вихретоковых преобразователей, определения их оптимальных характеристик и режимов работы.

Предложены единый методологический подход решения проблемы, математические и информационные модели процессов контроля, направления их эффективного применения в теории и практике электромагнитной дефектоскопии. Разработаны универсальные технические средства контроля объектов с перестраиваемыми под управлением ЭВМ режимами работы.

Результаты исследований внедрены в промышленности.

Ключевые слова: объект контроля произвольной формы, дефект, численное моделирование, трехмерные электромагнитные поля, вихретоковый преобразователь, информационная модель, оптимизация, компьютерное моделирование.

Galchenko V. Ya. Optimization's methods of the parameters and work regimes of the defectoscope's eddy current transformers. - Manuscript.

Thesis for a doctor's degree by speciality 05.11.13 - Devices and Methods of the Control. - Kharkov State Polytechnical University, Kharkov, 1997.

Scientific manuscript and 29 scientific works are defended. They include the problem's solution of the non-destructive testing of arbitrary shape objects with defects of finite dimensions by means of development of the theory and calculation methods for definition of the optimal characteristics of eddy current devices. There proposed uniformity method of the problem's solution, mathematical and information models of the control processes, the directions of their application in the theory and practice of electromagnetic testing. PC-based information - measurement system for eddy current control of conduction objects was constructed. The information on effectiveness of devices introduction in the process of operation is given.

Key words: control's arbitrary shape object, defect, numerical modeling, three-dimensional electromagnetic fields, eddy current transformer, information model, optimization, computer modeling. - _

SUMMARY