научная статья по теме ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КООРДИНАТЫ ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОМ КОНТРОЛЕ ТРУБ МАЛОГО ДИАМЕТРА Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук

Текст научной статьи на тему «ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КООРДИНАТЫ ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОМ КОНТРОЛЕ ТРУБ МАЛОГО ДИАМЕТРА»

Элементы и устройства вычислительной техники

и систем управления

Модин А.Ю., соискатель Тимохин А.В., соискатель (Самарский государственный технический университет)

ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КООРДИНАТЫ ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОМ КОНТРОЛЕ ТРУБ МАЛОГО ДИАМЕТРА

В данной статье рассмотрены характеристики оптического преобразователя координаты основанного на принципе отражения световых волн и их влияние на точность отслеживания. На примере разработанного датчика координаты для ультразвукового преобразователя, показано как можно определить область применения такого типа датчика для определения положения тела на плоскости.

Ключевые слова: оптический датчик позиционирования, датчик перемещения, ультразвуковой контроль.

OPTICAL TRANSDUCER COORDINATES FOR ULTRASONIC INSPECTION

OF SMALL DIAMETER TUBES

This article describes features of optical coordinate transducer, based on a principle of light wave reflection, and their effect on tracking accuracy. Using a coordinate transducer developed for an ultrasonic transformer, we showed how one can define a field of application of this transducer type to determine an object arrangement in the plane.

Keywords: optical sensor positioning, motion sensor, ultrasonic testing.

Оптический датчик координаты предназначен для определения положения тела на плоскости относительно начальной точки отсчета. Физический принцип работы такого датчика основан на свойствах распространения световых волн. Самым распространённым типом является датчик использующий свойство отражения световых волн. Так же существуют датчики, основанные на лазерной интерферометрии [1]. Схематическое изображение элементов оптического датчика основанного на свойстве отражения световых волн приведено на рисунке 1.

Рис. 1. Устройство и принцип работы оптического датчика

Здесь светодиод освещает поверхность под оптическим датчиком. Свет отражаясь, проходит через собирающую линзу и попадает на CMOS датчик в чипе камеры, который представляет собой квадрат из комплементарного метало-оксидного полупроводника. Алгоритм, который используется процессором цифровых сигналов в оптическом датчике, основан на технологии «оптический поток» [2]. Оптический поток позволяет получать информацию о пространственном расположении наблюдаемых объектов и скорости изменения их расположения. Рассмотрим характеристики такого преобразователя, и как они влияют на его показания.

Качество оптического датчика зависит от следующих характеристик:

• размер датчика изображения (пиксели) - насколько велико изображение, настолько оно помогает определить, как быстро вы можете перемещать датчик и поддерживать точное отслеживание.

• разрешение (точки на дюйм) - определяется оптическими свойствами фокусирующих линз и физическим размером датчика изображения.

• частота обновления (кадры в секунду) - скорость, с которой фотографирует камера, определяет, на какое расстояние в секунду может быть перемещен датчик без потери отслеживания.

Рассмотрим возможность применения датчика перемещения ультразвукового преобразователя при неразрушающем контроле на примере оптического датчика начального уровня выпускаемого Avago Technologies - ADNS-2610. Основные его характеристики приведены в таблице 1.

Таблица 1

Оптический датчик Размер датчика изображения, пиксели Частота обновления, fps Разрешение, точки на дюйм

ADNS-2610 324 1500 400

В любом случае возможность применения данного типа датчика сводится к выяснению особенностей поверхности, от которой будет отражаться световые лучи и как эти особенности повлияют на показания датчика. В ходе проведенного эксперимента, на тарелке, выкрашенной в белый цвет [3] было выяснено, что оптический датчик подходит для двумерного измерения перемещения, только если расстояние от линзы до отражающей поверхности не превышает 1,25мм. Особенность поверхности труб малого диаметра это материал и кривизна поверхности. Чтобы выяснить, как повлияют на показания датчика эти особенности, нами был проведен ряд экспериментов. Их суть заключалась в перемещении различных объектов под неподвижным датчиком на определенное расстояние. В качестве объектов выступали образцы, изготовленные из материала сталь 20 с различной кривизной поверхности: плоский, диаметром 14, 16 и 22мм.

После проведенных экспериментов были рассчитаны средний коэффициент детерминации и среднеквадратическое отклонение (таблица 2).

Таблица 2

Максимальная скорость перемещения 40см/с

Среднеквадратическая ошибка 0,018мм2

Средний коэф. детерминации 0,9914

Расстояние до поверхности < 1,25мм

Выявленные в ходе экспериментов параметры датчика начального уровня ADNS-2610 вполне подходят для использования его в качестве оптического датчика координаты при ультразвуковом контроле труб малого диаметра.

ЛИТЕРАТУРА

1. Guido Giuliani, Michele Norgia, Silvano Donati, Thierry Bosch Laser diode self-mixing technique for sensing applications - Journal of optics a: Pure and applied optics, стр. 283-294

2. BKP Horn, BG Schunck - Artificial intelligence, 1981 - Elsevier, стр. 185-203

3. TW Ng - Sensors and Actuators A: Physical, 2003 - Elsevier, стр. 21-25

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.

Показать целиком