מצגת סופית לפרויקט : מערכת אקוסטית לניתוח תכונות פיזיות של מתכות סמסטר א' תשס"ג

1. הטכניון - מכון טכנולוגי לישראלהפקולטה להנדסת חשמל המעבדה למערכות ספרתיות מהירות מצגת סופית לפרויקט : מערכת אקוסטית לניתוח תכונות פיזיות של מתכות סמסטר א' תשס"ג מבצעים : פואד חדאד סאלח סמארה מנחה : ד"ר מיכאל גנדלסמן

2. תוכן העניינים • תיאור הפרוייקט. • חומרה : • מרכיבי מערכת האב טיפוס. • דיאגרמת בלוקים. • סכמה חשמלית. • תוכנה : • מבוא לתוכנת LABView. • תרשים זרימת התוכנה. • הסבר מרכיבי התוכנה. • הדגמות . • סיכום .

3. תיאור הפרויקט • בניית מערכת אב טיפוס לניתוח תכונות פיזיות של מתכות. • המערכת דוגמת את הגלים האקוסטיים והרעידות המתפתחים עקב פגיעה של כדור קשיח בחומר המתכתי הנבדק ומאחסנת את הדגימות ופרמטרי הדגימה • בסיס הנתונים המאוחסן במערכת יאפשר ניתוח התכונות הפיזיות באמצעות אלגוריתמים ייעודיים.

4. מרכיבי מערכת האב טיפוס : • מתקן מיכני. • חיישני קלט. • כרטיס הגבר וסינון האותות. • מחשב PC : • תוכנת LABView. • כרטיס איסוף נתוניםDAQc.

5. קווי בקרה הצגת הדגימות דרגת בקרה DAQc I/O pins AI channel AI channel AI channel AI channel דרגת הגבר וסינון דרגת הבקרה איסוף/אחסון הדגימות לשדה נתונים דרגת קלט x10 אות אקוסטי Filter דרגת דגימה(DAQc) ויברציות בציר X Filter ויברציות בציר Y Filter ויברציות בציר Z Filter PC דיאגרמת בלוקים

6. דרגת הקלט דרגת הקלט מהווה ממשק לחיישנים המשמשים לקליטת האותות. הכניסות לדרגת הקלט : • מיקרופון : ערוץ המיקרופון נדרש לקלוט את הרעש אקוסטי בתחום התדרים200 – 15000 [Hz] (תדרים צפויים), המיקרופון קולט תדרים בתחום 50 – 18000 [Hz]. • מד תאוצה (Accelerometer) : ערוץ מד התאוצה נדרש לקלוט את הויברציות הנגרמות ממכת הכדור בחומר הנבדק. תכונות : 1. רגישות :100 mV/g ± 2. טווח כניסות : ±10(g)

7. דרגת ההגבר והסינון הדרגה מקבלת את האותות מדרגת הקלט,מבצעת הגברה וסינון לרוחב סרט הנדרש. • הגבר : הגבר אותות המיקרופון פי 10 להתאמת גודל הסיגנל לכניסת המסננים (~ 100mV) . • סינון : דרגת הסינון ניתנת לכוונון עד לתדר אותות של 25KHz. אותות מהמיקרופון : תדרים עד כ- 12KHz אותות ממד התאוצה: בתדרים עד כ- 8KHz שימוש ברכיב - LP FiltersמסוגMax291 מאפשר תדר קטעון מתכוונן, לפי תדר השעון המסופק. Cutt off Freq. = External Clock Frequency/100

8. דרגת הדגימה הדגימה נעשית בעזרת כרטיס איסוף נתונים DAQc. • הכרטיס מסוג 6035iמתוצרת NI, בשימוש : • ארבעה ערוצים אנלוגיים. • שעון. • I\O pins2לבקרה (Trigger In, Trigger Out). • מתח אספקה לכרטיס ההגבר והסינון.

9. דרגת הבקרה לדרגת הבקרה שני תפקידים עיקריים. • דריכת הניסוי : (fromDAQcTrigger Out) הפעלת ה-Solenoid לשחרור הכדור. • סינכרון תחילת הדגימה : ( Trigger Into DAQc) מעבר הכדור בין החיישנים האופטיים ייצר פולס – Triggerל- DAQc לתחילת הדגימה.

10. ממשק לכרטיס הדגימה דרגת הגבר וסינון אותות הבקרה סכמה חשמלית ממשק לדרגת הקלט

11. היבטים חשמליים

12. תוכנה את ה-DAQc מתפעלים דרך תוכנת מחשב כמו Labview 6i בה בונים Virtual Instrument הממשת את האפליקציה שלנו. • התוכנה נועדה ל : • אתחול : הגדרת הכרטיס (DAQc), הגדרת הערוצים (I/O), (D/A). • בקרה : סנכרון (Triggering), שליטה בתדר השעון המסופק, שליטה בקצב הדגימה... • איסוף נתונים : שליטה בכמות הדגימות וגודל ה- Buffer. • הצגת נתונים : שמירת מערך הדגימות בקובץ או\ו הצגה בממשק גרפי.

13. תוכנה- המשך האפליקציה :האפליקציה ממומשת בשיטת Signal Flow עליה מסתמכת ה-LabVIEW . ממשנו Virtual Instrument שאוספת נתונים מערוץ כניסה אנלוגי אחד או יותר. ה- Signal Flowמתבצע לפי הסדר הבא : • בדיקת חוקיות הקלט. • STARTברגע שחל Trigger בכניסה הדיגיטלית. • תהליך הדגימה הוא Buffered Acquisition , המידע נשמר בשלב ביניים בחוצץ בזיכרון אחרי שנדגם ע"י ה-DAQc. • . ENDתהליך איסוף הנתונים מופסק ברגע שמספר הנקודות שנדגמו משתווה ל-Numberof scans to acquire שנקבע על ידי מבצע הניסוי. • . Outputהמידע נקרא מהחוצץ לפי הערך הרשום בשדה – Number of scans to read , ומוצג גרפית ונכתב לתוך קובץ.

14. Initialization 1 2 RUN 2 2 Generate a pulse so to activate the solenoid Generate a clock signal So to activate the filters 2.1 The ball is free to fall The ball falls in between the Opto-couplers which produces a pulse (Trigger). 2.2 2.3 The ball hits the material מהלך הניסוי • פתיחת האפליקציה בסביבת LabVIEW. 1.1 קביעת פרמטרים לכרטיס הדגימה ולקובץ הפלט . • התחלת ההרצה. 2.1 דריכת ההרצה משחררת את הכדור. 2.2 סינכרון תחילת הדגימה. 2.3 הכדור פוגע בחומר הנבדק.

15. 2.4 Acoustic waves and vibrations are received by Microphone and Accelerometer Vibrations Acoustic x10 2.5 Filtering sampling Output 2.6 Graph (Time) Graph (Freq.) Text file מהלך הניסוי -המשך 2.4 גלים אקוסטיים וויברציות נקלטים ע"י מיקרופון ומד תאוצה הממירים אותם לאותות חשמליים. 2.5 אותות אלה עוברים דרך הגבר וסינון. 2.6 האותות נדגמים בכרטיס ה-DAQc על פי פרמטרים הנקבעים ע"י המשתמש בתוכנה.

16. Acoustic waves and vibrations are received by Microphone and Accelerometer Vibrations Acoustic x10 Filtering sampling Output 3.2 3.1 3 Graph (Time) Graph (Freq.) Text file מהלך הניסוי -המשך • פלט 3.1 תצוגה : התוכנה מציגה את תוצאת הדגימה בשני גרפים (בתחןם התדר ותחום הזמן). 3.2 אחסון : התוכנה מאחסנת את תוצאות המדידה ופרמטרי ההרצה בקובץ.

17. בדיקת קלט המימוש ב-LabVIEW

18. המימוש ב- LabVIEW -המשך • תצוגה וממשק :

19. קובץ הפלט

20. למשל על אלומיניום נצפו התוצאות הבאות : ציר הזמן ציר התדר הדגמות...

21. ציר הזמן ציר התדר הדגמות...המשך • למשל על פלדה נצפו התוצאות הבאות :

22. ציר הזמן ציר התדר הדגמות...המשך • למשל על פליז נצפו התוצאות הבאות :

23. סיכום • דרישות מול ביצוע : • בוצע • בניית מתקן מכני. • בוצע • מימוש אפליקציית LabVIEW . • בוצע • הרכבת כרטיס ממשק (הגבר וסינון) . • בוצע • הדגמות. • בוצע • מדריך למשתמש.

24. תודה ל... • ד"ר מיכאל גנדלסמן. • אלי שושן. • ברוריה זוהר. • ולכל מי שנתן לנו עצה ולו הקטנה ביותר.