Разработка элементной базы для создания компьютерной среды технического диагностирования

С.О. Добычин,

студ., doby4in@bk.ru,

А.А. Кирпанов,

студ., andreykirpanov@gmail.com,

А.В. Солдатов,

студ., soldatovar@yandex.ru,

М.Н. Тулумджиян,

студ., tulumdzhiyanm@mail.ru,

НИЯУ МИФИ, г. Москва

В настоящее время актуальной является задача разработки отечественных компьютерных программ для автоматизации и контроля технологических процессов. В работе стояла задача о разработке удобного интерфейса для визуализации результатов электрофизической диагностики и неразрушающего контроля. В целях поддержания высокой надежности функционирования локальной системы технической диагностики разрабатываются различные информационные системы с заданным уровнем информационной безопасности. В общем случае необходимо выполнение условий функциональной надёжности, готовности к восстановлению данных в случаях сбоев и ошибок, безотказности, высокой степени достоверности результатов вычислений, контроля за процессом их получения и многое другое. Для обеспечения информационной безопасности требуется поддержания заданного уровня конфиденциальности, доступности и целостности информации, хранимой, передаваемой, принимаемой и обрабатываемой в процессе диагностирования объектов контроля.

At present is a very urgent task of development of domestic software for automation and process control. In the task was to develop a user-friendly interface to visualize the results of electrophysical diagnostics and non-destructive testing. In order to maintain high reliability of functioning of the local technical diagnostics system developed various information systems with a given level of information security. In general, you need to perform the functional reliability of the conditions of readiness for data recovery in case of failures and errors, reliability, a high degree of reliability of the results of calculations, control of the process for their preparation, and more. To ensure information security is required to maintain a given level of confidentiality, availability and integrity of the information stored, transmitted, received and processed in the process of diagnosing of control objects.

Настоящая работа представляет собой начальный этап разработки компьютерной среды, который включает создание программ ввода, обработки и визуализации диагностической информации.

Разработано собственное приложение, с помощью которого происходит считывание данных с измерительного устройства и преобразование их для дальнейшей обработки и анализа. Считывание осуществляется через com-порт измерительного прибора – мультиметра Agilent 34401. Продукт представляет собой десктопное приложение, разработанное с помощью платформы Net. Представление данных позволяет в реальном времени проводить их анализ и судить о качестве исследуемого объекта. Полученные значения можно экспортировать в log-файл. Для качественной оценки объекта диагностики реализован функционал, обеспечивающий вейвлет-преобразование и преобразование Фурье.

Для контроля работы приложения использовали различную измерительную технику и электрофизические преобразователи.

Дискретное преобразование Фурье позволяет выполнять переход от дискретного сигнала к дискретному спектру и наоборот и обладает хорошей частотной локализацией.

При использовании ДПФ необходимо учитывать следующее существенное обстоятельство. Обычно на практике дело приходится иметь с сигналами, ограниченными во времени – выборками. Ограничение по времени, возникающее при обработке конечного массива отсчётов, эквивалентно умножению функции диагностического сигнала на прямоугольный импульс.

При разработке кода для преобразования Фурье нестационарных сигналов необходимо учитывать неоднозначность («размытость») информации для частотной составляющей сигнала, поскольку пик сигнала во временной области распространяется по всей частотной области его преобразования. Для уменьшения влияния этого явления применяются функции оконного преобразования.

Вейвлет-анализ диагностируемых сигналов первоначально был выполнен в среде MathCAD с применением встроенных функций wave и iwave [1,2]. Функция wave является прямым дискретным вейвлет-преобразованием. В качестве вейвлетообразующей функции используется вейвлет Добеши. Функция возвращает вектор вейвлет-коэффициентов, которые представляют собой прямоугольные гармоники. Чем выше уровень разложения, тем выше частота гармоник. Вейвлет-коэффициенты служат в дискретном преобразовании для масштабирования и локализации во времени вейвлет-функций, участвующих в разложении. При помощи вейвлет-фильтра выявляются локальные особенности диагностических сигналов с привязкой их ко времени или пространственным координатам. Вейвлет-спектрограммы отчетливо выделяют такие детали, как небольшие разрывы сигналов, изменение знака первой и второй производных, изменение числа гармоник во времени и др. Нами установлено, что при механических испытаниях вейвлет-фильтры эффективно выделяют из спектра гармоники, связанные с релаксацией упругих напряжений.

На рисунке 1 представлен фрагмент кода для выполнения вейвлетного анализа диагностического сигнала, а на рисунке 2 показан результат визуализации выполненного преобразования, отображаемый на экране монитора.

Рис. 1. Фрагмент кода для выполнения вейвлетного преобразования при анализе диагностического сигнала

Рис. 2. Отображение вейвлетного преобразования сигнала на экране монитора

Разработанное ПО встраивается в программный комплекс для совместной работы с информационно-измерительной системой [3].

Литература

1. Дьяконов В.П. Вейвлеты. От теории к практике. М.: СОЛОН-Пресс, 2004.

2. Кирьянов Д.В. Mathcad 12. СПб.: БХВ-Петербург, 2005.

3. Морозов А.А., Сурин В.И., Батухтин Е.А., Зорина Т.Н. Информационное обеспечение электрофизического метода исследования поверхности материалов// Информационные технологии в проектировании и производстве – М.: ФГУП ВИМИ, № 3, 2011, с.59-65.