Введение к работе
1.1. Актуальность.
Технические средства для распознавания и визуализации электропроводящих объектов широко используются для научных исследованиях и в промышленности. Это предприятия атомной и тепловой энергетики, транспорта, нефтегазовой и химической промышленности, а также специальных служб, например, при организации досмотра материально-технических ценностей, которые перемещаются через границу РФ.
Сложность решаемых задач, значительное число факторов, влияющих на работу технических средств, необходимость обработки больших массивов информации с датчиков в реальном масштабе времени требуют применения новых подходов к созданию средств для распознавания электропроводящих объектов, основанных на использовании современных компьютерных технологий обработки и представления информации.
Измерительные системы на базе персональных компьютеров (ПК) позволяют получать и обработать большие массивы поступающей информации в реальном масштабе времени, отображать результаты контроля на экране монитора в удобном для ее восприятия виде, а также выполнять цифровую фильтрацию изображений электропроводящих объектов. Они обеспечивают многофункциональность средств измерений, их программное управление, статистическую обработку полученных результатов, ослабление действия влияющих на результаты контроля факторов: вариации зазора между датчиком и изделием, загрязненность и шерехо-ватость поверхности, пространственные изменения электрофизических характеристик и т.д. Реализация указанных методов позволяет существенно повысить эффективность измерительных систем их надежность достоверность полученных результатов.
1.2. Состояние проблемы. Проведенный обзор и анализ состояния и перспектив развития методов и технических средств распознавания, визуализации и обработки сигналов с матричных преобразователей позволяет сделать вывод, что в настоящее время отечественные системы строятся в основном по схеме "объект контроля - устройство ввода с АЦП - компьютер". Это разработанные в МНПО "Спектр*' дефектоскоп ВД-75НСт, вихретоковая установка ВД-73Н, а также ряд других аналогичных приборов. Исключение составляет компьютерная установка на базе дефектоскопа ВД-96, в котором блок сбора данных выполнен на базе сигнального процессора TMS320C50 позволяет производить первичную обработку сигналов без передачи их в ПК. Зарубежные средства контроля представляют собой конструктивно
автономные системы со встроенными блоками процессорной обработки информации. Визуализация измерительной информации осуществляется с помощью электронных дисплеев. Использование компьютера сводится к накоплению и хранению результатов контроля. Это вихретоковые приборы MIZ-18, MZ-22, MLZ-40, которые выпускается фирмой Zetec США, а также дефектоскопы серии Phasec фирмы Hocking и др.
Описанные выше приборы и системы обладают рядом недостатков. Во первых обмен информацией в большинстве приборов односторонний, выходные сигналы ВТП поступают в компьютер для обработки, и как следствие невозможность реализации изменения режимов проведения распознавания и визуализации электропроводящих объектов. Во вторых, чрезмерная перегруженность компьютера потоком входных данных и алгоритмами первичной обработки информации. Применение компьютерных средств при распознавании и визуализации электропроводящих объектов не изменило применяемую аппаратуру, большинство приборов являются просто системами сбора данных и устанавливают интерфейс между компьютером и обычными электромагнитными средствами контроля, что не удовлетворяет современным требованиям практики.
1.3. Основная цель диссертационной работы.
Развитие научно - технических и методических основ построения н разработки ИИС с матричными преобразователями на базе компьютерной техники для распознавания и визуализации скрытых под диэлектрическими материалами электропроводящих объектов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
разработать математическую модель информационно - измерительной системы с матричными электромагнитными преобразователями для распознавания и визуализации электропроводящих объектов;
разработать алгоритмы сканирования и цифровой обработки сигналов с матричных преобразователей;
разработать алгоритм распознавания электропроводящих объектов на базе непараметрической процедуры последовательной классификации образов;
разработать принципы построения и методику проектирования измерительной системы с матричными элекгромагнитными преобразователями;
создать ИИС, провести ее испытания и выдать рекомендации
по ее практическому применению.
Методы исследования. В работе использован комплексный подход, включающий методы цифровой обработки сигналов и теории распознавания образов.
1.4. Научная новизна работы.
Определены оптимальные математические модели выходных сигналов с матричных преобразователей для измерительной системы с целью распознавания и визуализации электропроводящих объектов.
Разработаны алгоритмы сканирования поверхности электропроводящих объектов.
Разработан алгоритм цифровой обработки сигналов, характеризующих параметры исследуемого объекта для его визуализации.
Разработан алгоритм распознавания электропроводящих объектов на базе непараметрической процедуры последовательной классификации образов.
Предложены научно - технические и методические основы построения и разработки ИИС с матричными электромагнитными преобразователями на базе ПК для распознавания и визуализации электропроводящих объектов.
Новизна подтверждается приоритетными публикациями и положительным решением от 24.02.92 по заявке N 4952651/28 МКИ G01 от 20.06.91.
1.5. Практическая ценность работы заключается в следую-
- щем:
Предложены оригинальные решения основных элементов
структурной схемы ИИС: схемы контроллера системной магистрали ПК;
устройства сопряжения с матричным преобразователями (схема комму
тации и управления элементами матричного преобразователя; схема вво
да и обработки аналоговых сигналов).
Разработана информационно - измерительная система на базе ПК с матричным электромагнитным преобразователем для распознавания и визуализация электропроводящих объектов.
Разработана программа цифровой обработки сигналов, характеризующих параметры исследуемого объекта для его визуализации.
Разработана программа алгоритма распознавания электропроводящих объектов на базе непараметрической процедуры последовательной классификации образов.
1.6. Реализация работы.
Результаты работы использованы в информационно-техническом отделе Ногинской таможни ГТК РФ и центральной лаборатории в/ч 26178 МО РФ, что позволило повысить достоверность и производительность таможенного контроля и уменьшить время необходимое для проведения регламентных работ на РЛС в среднем на 10 ... 20 % по сравнению с требуемым по нормативам. Это подтверждено соответствующими Актами испытаний.
Рекомендации. Для расширения области практического применения необходимо создать опытные образцы портативный и стационар-
вый ИИС. Провести их атгестацшо и определить их возможности для таможенного контроля н проведения регламентных работ на РЛС в структурных подразделениях ГТК и МО РФ.
1.7. Апробация работы.
Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались
18 и 19 научно - технических конференциях. МАТИ,т. Москва, 1984,1985,
научно - техническом семинаре "Использование вычислительной техники в метрологии при измерении линейно - угловых размеров в машиностроении", г. Москва, ДНТП, Общество "Знание", 1987.
научно - техническом семинаре "Современные методы обеспечения качества и надежности электронных приборов, устройств и систем", г. Москва, ДНТП, Общество "Знание", 1990.
научно - практическом семинаре "Методы и средства нераз-рушающего контроля и диагностики трубопроводов", г. Москва, 1996.
научно - технической конференции "Автоматизация - 99". г. Москва, 1999.
1.8. Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, 5 научно-технических отчетов и получено положительное решение от 24.02.92 по заявке N 4952651/28 МКИ G01 от 20.06.91.
1.9. Структура и объем диссертации.