УД 620.179.15
ОБРАБОТКА МАССИВА ДАННЫХ РАДИАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ СОДЕРЖАНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПО ДЛИНЕ ОСНОВНОГО МАТЕРИАЛА В ИЗДЕЛИЯХ СТЕРЖНЕВОГО ТИПА
В.М. Мушников
Для повышения точности определения размеров и местоположения характерных зон изделия стержневого типа предлагается дополнительная обработка массива полученных при сканировании изделия радиационным преобразователем данных, состоящая в бинарном кодировании функции скользящего среднего и восстановлении огибающей массива путем сравнения скользящей по бинарному массиву выборки фиксированной длины с эталонными при предварительном преобразовании выборок в коды-произведения.
В работе [1] нами сформулированы условия для получения достоверной информации о характерных зонах в изделиях стержневого типа. Погрешность определения границ зон обусловливает не только погрешность измерения размеров зон, но и вносит значительную долю в погрешность измерения массы основного материала в зоне и его макрораспределения по длине зоны. Чем короче зона, тем большую долю вносит погрешность определения границ в относительную погрешность длины зоны и ее интегральных характеристик.
При сканировании изделия потоком гамма-квантов, ограниченного вдоль направления сканирования коллиматором длиной /кол, с дискретной регистрацией проходящего через изделие потока излучения за время /ц, соответствующего смещению коллиматора на расстояние /ц, образуется упорядоченный по номеру цикла измерения ц,-, осчитываемого от репер-ной точки (например, от одного из торцов изделия), массив зарегистрированных детектором за цикл измерения гамма-квантов Ni. При регистрации гамма-квантов присутствует процедура импульсного вычитания последовательности импульсов от потока, прошедшего через изделие, из последовательности импульсов от потока от того же источника, прошедшего через постоянный поглотитель, благодаря чему зависимость прошедшего через изделия потока от содержания материала в просвечиваемом объеме преобразуется из обратной в прямую. Если бы поток излучения был равномерным во времени, материал по длине каждой зоны изделия распределен равномерно и зависимость прошедшего потока от содержания материала в просвечиваемом объеме линейна, график массива от сканирования выбранного в качестве примера трехзонного изделия имел бы вид, показанный на рис. 1.
На графике присутствуют три характерных фрагмента: подъемы или спады на границах зон и горизонтальные участки. Количество соответствующих подъему или спаду циклов измерения /?гр = /кол//ц, а границу определяет номер цикла начала подъема или спада (коллиматор начинает "наползать" на границу). Количество циклов, определяющих характеристики зоны длины /3, составляет п3 = (/3 - /кол)//ц, потому что при просвечивании зоны коллиматор должен полностью находиться только над ней. Таким образом, разность номеров циклов начала соседних подъема — спада определяет длину зоны. Номера циклов, количества зарегистрированных гамма-квантов, которые следует учитывать при определении интегральных характеристик зоны, располагаются между концом подъема (спада) и началом следующего за ним спада (подъема). Однако реальный график массива сканирования обычно имеет вид, показанный на рис. 2а.
Локальный разброс /V,- обусловлен главным образом дисперсией пуас-соновского распределения распада источника излучения, которая растет с уменьшением гц. На изменение характеристик просвечиваемого объема
указывает огибающая массива. Распределение задается как изменение содержания материала на участках изделия заданной длины /лок, которую коллиматор перекрывает за к = (/лок - 1К)/1Ц циклов измерения. За единицу
j i+k
измерительной информации Nj = — ^ N& принимается сумма Nh набран-
к i
ных за к циклов. График массива, обработанного скользящим средним, когда к сумме Nh за первые к циклов прибавляется N:k + 1 -го цикла и вычитается N, 1-го цикла и так далее через каждый цикл (показан на рис. 26). Здесь уже пгр = /лок//ц и п3 = (13 - 1К0Л)/1п.
Рис. 1. Изделие стержневого типа и идеальный график массива измерительной информации.
Из графика видно, что определение границ традиционным способом двойного дифференцирования, в особенности при небольшом перепаде N¡ на границе и "размытых" границах, приемлемой точности не обеспечит, потому что при нарастании и спаде массива на границах первая производная может несколько раз поменять знак. Чтобы определить длину зоны, надо определить номера циклов измерения, соответствующие точкам перегиба огибающей массива, и, если эти номера определены правильно, то между точками границы должно располагаться /к//ц циклов измерения.
Для определения точек перегиба массива можно воспользоваться способом бинарного кодирования, детально разобранном в работах [2—4],
Рис. 2. Графики массива:
а — реальный; 6 — обработанный скользящим средним.
для восстановления огибающей импульса вихретокового преобразователя (ВТП) при наличии шумов. Бинарное кодирование огибающей импульса ВТП состоит в разбиении временной координаты импульса на
дискреты Г„ определении значения тока в эти моменты /,, последовательном сравнении значений /, в соседних дискретах и присвоении (г + 1)-й дискрете символа "+", если //+, - /, > 2~7 ■ /тах; символа "-", если /, - /,+1 > > 2~7 • /тах, альтернативного символу г'-й дискреты, если /1+1 - /, < 2~7 • /тах, где /тах — максимально возможное значение амплитуды импульса ВТП. Таким образом, при бинарном кодировании учитывается только знак производной и игнорируется ее величина. Для огибающей импульса ВТП достаточно задать девять характерных фрагментов: "фронт", "срез", "максимум", "минимум", "горизонтальный участок", "начало фронта", "конец фронта", "начало среза", "конец среза". Поставив в соответствие этим фрагментам шестнадцать кодовых слов-эталонов длиной 2" (табл. 1), и, сравнивая скользящую по бинарному массиву огибающей импульса выборку той же длины 2" со словами-эталонами мажоритарным декодированием, найти степень соответствия определяемого выборкой участка огибающей конкретному фрагменту. Вообще вышеприведенным набором характерных фрагментов можно представить огибающую любой функции или массива.
Таблица 1
Кодовые комбинации эталонов характерных фрагментов
№ п/п Характерны)*! Номер цикла измерения в выборке
фрагмент 0 1 2 3 2-'-2 2"-'-1 2-1 2-'+1 2"-'+2 2"-2 2"-1
0 Фронт 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 Срез 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2 Максимум 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0
3 Минимум 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1
4 Горизон- 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0
5 тальный 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1
6 участок 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1
7 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0
8 Начало 1 I в И Ш 1 т В 1 8 « ■ я
9 фронта 0 Я 1 ■ ш 0 ш Ш 1 И т .1, 1
10 Конец 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0
11 фронта 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1
12 Начало 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0
13 среза 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0
14 Конец Ш 1 в И ш ■ и Я ш 11; В 0 1
15 среза Ш II 1 1 щ т ш 1 ■ В 11 в
Оптимальной процедура сравнения получается, если кодовые слова выборок и эталонов преобразовать в двумерные коды-произведения (матрицы с четырьмя строками). Корректировкой выборок массива словами-эталонами восстанавливается форма огибающей импульса ВТП.
Отличие огибающей массива радиационной установки от огибающей импульса ВТП состоит в том, что огибающая массива на горизонтальных участках может иметь длинные пологие тренды, которые при идентификации по эталонам могут восприниматься как "фронт" или "срез", то есть требуется учитывать значение производной, что при бинарном кодировании невозможно. Поэтому для определения границ зон по массиву можно, взяв за основу процедуру восстановления огибающей импульса ВТП, попытаться найти оптимум длины выборки и коэффициента при максимально возможной амплитуде сигнала, а также использовать дополнительные признаки: длину "фронта" и длину "среза", кото-
3 Дефектоскопия, № 12, 2004
рые на четких границах должны равняться длине коллиматора, то есть количество соседних выборок, соответствующих "фронту" или "срезу", должно быть (/кол//ц - И), где h — длина выборки.
Nif
Ц;
Рис. 3. Идеальный график массива в месте зазора (разрыва) в зоне.
Бинарное кодирование обработанного скользящим средним массива производится следующим образом:
если /У/+1 - /V. > 2_б (Мтах - Мт|П), (/+1)-му циклу присваивается индекс
ч 1 >) 1 »
если /V,- - > 2~6 (Мтах - (/+1)-му циклу присваивается индекс
"О",
если [ - NJ < (А^тах - А^т1п), (/+1)-му циклу присваивается символ, альтернативный предыдущему.
Здесь Л^тах — максимально возможное значение N¡^, которое может иметь место при контроле данного типа изделий, на данной установке контроля, в данных условиях контроля; Л^т,п — минимально возможное значение УУЦ.
В отношении измеряемого параметра — содержания материала в просвечиваемом объеме при бинарном кодировании первичного массива (рис. 2) фактически будет сравниваться содержание материала на участке изделия, на который коллиматор смещается за г-й цикл измерения с участком, на который коллиматор смещается за цикл измерения с номером (г+/к//ц). При кодировании обработанного скользящим средним массива (рис. 3) сравниваются содержания материала за у'-й и (/+/лок/^ц)-й цикл. Поэтому на участках бинарного массива, соответствующих прохождению коллиматором границ зон, можно с большей вероятностью ожидать последовательности одинаковых символов, нежели в случае независимого измерения содержания материала на участках длиной /„.
В идеале последовательность символов бинарного массива на границе зоны должна выглядеть следующим образом:
101010111111111111.....111111111111111010101
'лок/^ц..................
ИЛИ
010101000000000000.....000000000000000101010
^ЛОК'^Ц
то есть после последней выборки, соответствующей "горизонтальному участку", должно последовать /г выборок, соответствующих "началу фронта", затем (/лок//ц - /г) выборок, соответствующих "фронту", и, наконец, /г выборок, соответствующих "концу фронта". Физически граница совпадает с номером того цикла, при котором передняя стенка коллиматора начинает "наползать" на границу, то есть с первой выборкой "начала фронта" или с последней выборкой нижнего горизонта
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.