Ковалевской Ларисе Владимировне мв. Ковалевский учебное пособие
 Скачать 1.54 Mb.
|
|
Учреждение Российской академии наук Геологический институт Кольского научного центра РАНГИ КНЦ РАН) ___________________________________________________ МВ. Ковалевский АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ACOUSTPOL Апатиты 2009 Z X, В) t 0 B (1) А А В В l B (2) t B (2) l A (2) t A (2) l A (1) l A (1) t d В l 1 -l 2 1 2 3 21 12 23 32 31 13 11 , 12 , 13 22 21 23 33 31 32 2 Учреждение Российской академии наук Геологический институт Кольского научного центра РАНГИ КНЦ РАН) ___________________________________________________ Посвящается Ковалевской Ларисе Владимировне МВ. Ковалевский Учебное пособие АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ACOUSTPOL Апатиты Издательство ООО «K & M» 2009 3 УДК 620.179.161: 681.518.5 ББК 32.873 Ковалевский МВ. Автоматизированный программно- аппаратный комплекс Acoustpol: Учеб. пособие Апатиты, Изд-во ООО «K & M”, 2009. 54 с. В данном пособии представлен автоматизированный программно-аппаратный комплекс Acoustpol, предназначенный для акустополяризационных измерений упругих и неупругих физических характеристик горных пород. В состав комплекса входит надоперационная система Acustpol версия 1.2, облегчающая работу пользователей сданными акустополярископии. В пособии даны общие сведения по применению методики акустополяризационного метода, рассмотрены аппаратное и программное обеспечение. Представлена последовательность по проведению измерений. При изучении материала пособия рекомендуется выполнить закрепление навыков путем прочтения и ответов на вспомогательные вопросы в конце каждого раздела. Имеется раздел с перечнем часто задаваемых вопросов. Книгу можно рекомендовать для учащихся высших учебных заведений и специалистов, которые занимаются изучением свойств анизотропных неоднородных твердых тел. Применение автоматизированного программно-аппаратного комплекса Acoustpol рекомендуется специалистам, занимающимся изучением распространения упругих ультразвуковых колебаний в горных породах. Использование комплекса возможно в следующих областях знаний механика сплошных сред физика твердого тела геофизика сейсмология. Рецензент др техн. наук Ф.Ф.Горбацевич. ISBN 978-5-902643-04-3 © М.В.Ковалевский, 2009 4 Содержание ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................ ЧТО ТАКОЕ ACOUSTPOL ? .................................................................. ЗАДАЧИ A COUSTPOL ................................................................................. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ................................................... ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ .................................................................. РАЗРАБОТЧИКИ АПАК A COUSTPOL ИЛИ О НАС .................................. ИСТОЧНИКИ ........................................................................................... БЫСТРЫЙ СТАРТ .................................................................................... ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ ............................................................. АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ....................................................... 15 А КУСТОПОЛЯРИСКОП С АВТОМАТИЗИРОВАННЫМ ПРИВОДОМ ПОВОРОТНОЙ ПЛАТФОРМЫ. ................................................................... Юстировка акустополярископа ..................................................... Схема установки образца на поворотную платформу акустополярископа .......................................................................... КОНТРОЛЛЕР ВЫВОДА ДАННЫХ В ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ПОРТ ЭВМ ............ Работа контроллера. ...................................................................... ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ ............................................................. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ACUSTPOL ............................ РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ........................................ Пользовательский интерфейс ........................................................ Проектирования окон предупреждений ........................................ Проектирования окон сообщений .................................................. Характеристика входных и выходных параметров ..................... КОМПЛЕКТ ПОСТАВКИ ПРОГРАММЫ ...................................................... УСТАНОВКА ПРОГРАММЫ A CUSTPOL .................................................... АЛГОРИТМ РАБОТЫ ПРОГРАММЫ A CUSTPOL ......................................... ЗАПУСК ПРОГРАММЫ A CUSTPOL .......................................................... КОНВЕРТЕР ДАННЫХ .............................................................................. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ ............................................................. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ ............................................................. ПОДГОТОВКА К ПРОВЕДЕНИЮ ИЗМЕРЕНИЙ. .......................................... ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ В РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ............................................................................................... Ручной режим работы .................................................................... 26 5 Полуавтоматический режим работы .......................................... Автоматический режим работы .................................................. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЙ) ........... Ввод новых данных (создание нового файла данных) ................... Обработка данных .......................................................................... Открытие файла данных ................................................................ Редактирование данных .................................................................. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ ............................................................. ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ (FAQ) ...................................... 43 A COUSTPOL ИВ ЧЕМ РАЗНИЦА ? .......................................... ПРОГРАММА НЕ ЗАПУСКАЕТСЯ. ............................................................. ПОСЛЕ ЗАПУСКА A CUSTPOL НА ЭКРАНЕ ПЭВМ ПОЯВЛЯЕТСЯ НЕБОЛЬШОЕ ЧЕРНОЕ ОКНО И БОЛЬШЕ НИЧЕГО НЕВИДНО. КАК СКОПИРОВАТЬ И РАСПЕЧАТАТЬ ПОСТРОЕННЫЕ АКУСТОПОЛЯРИГРАММЫ ? ...................................................................... ВМЕСТО РУССКИХ БУКВ ЗАКОРЮЧКИ. ................................................... СУЩЕСТВУЕТ ЛИ ВОЗМОЖНОСТЬ ОТКРЫТИЯ ФАЙЛОВ СДАННЫМИ ПОЛУЧЕННЫМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ QB ASIC ? ............... ПРЕДПОЛАГАЮТСЯ ЛИ НОВЫЕ ВЕРСИИ ПРОГРАММЫ A CUSTPOL ? ......... ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ АПАК ACOUSTPOL ............. В ЗАДАЧАХ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ .......................................... В ЗАДАЧАХ ГЕОЛОГИИ. В ЗАДАЧАХ ГЕОФИЗИКИ СЕЙСМОЛОГИИ) ............................................. В ЗАДАЧАХ ГЕОХИМИИ .......................................................................... ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...................................................................................... СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ..................................................................... ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Диалоговое окно Помощь .............................. ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Предупреждающие диалоговые окна ............... ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Диалоговые окна сообщений ............................. 53 6 Введение И наступил век XXI. И было так Народ был одержим компьютером и Internet. И дома, ив офисе. К примеру, службы, базирующиеся в Web, стремительно вторгались на территорию, традиционно принадлежавшую программам для ПК. Новы все равно предпочитали тот пакет прикладных программ, который у вас уже был Microsoft Office сего средствами групповой работы и взаимодействия с Web. А поддерживать в образцовом порядке дела домашнего офиса пусть помогают уже специально для этого предназначенные устройства и программы. Для тех из нас, кто не мыслит себе жизни без Web, суперскоростное постоянное соединение с Internet — все равно, что билет в первый ряд на матч века. Соперничающие между собой технологии подключения через линию и кабельный модем наконец-то перешли из разряда слухов в нечто реальное и, более того, доступное заметному числу пользователей. Разумеется, случаются сбои, существуют проблемы с защитой от хакеров, компьютерных вирусов. СТОП Расслабьтесь Эта книга совсем о другом... Широкое внедрение персональных компьютеров в теорию и практику научных исследований вызвано не только эффективностью и быстротой расчетов, удобством обращения, комфортностью работы, но и исключением возможных ошибок, или резким возрастанием достоверности и точности результатов эксперимента за счет уменьшения влияния человеческого фактора. Ультразвуковые методы определения свойств и структуры анизотропных сред, таких как горные породы, отличает возможность получения результатов высокой точности и надежности. Разнообразные методы отличаются по своим характеристикам величине погрешности, производительности, возможным типам контролируемых материалов, сложности обработки результатов измерений Колесников, 1985] . Особо широкие возможности открывает применение метода акустополярископии [Горбацевич, 1995] . Метод предназначен для обнаружения упругой анизотропии, в частности в горных породах, с априорно неизвестными типами упругой симметрии числом и пространственной направленностью элементов симметрии явлений и эффектов, сопровождающих распространение упругих волн в анизотропных средах Этот метод 7 позволяет определять перечисленные характеристики вплоть до полного набора констант упругости. Принципиальная схема наблюдений, осуществляемых поэтому методу, не отличается от схемы, применяемой при поляризационных наблюдениях в оптике [Волкова, 1974] . Метод апробирован на средах поперечно-изотропной, ромбической и других типов симметрий. За время практически непрерывных наблюдений в период с 1985 по сегодняшний день получены данные о внутренней структуре самых разнообразных анизотропных сред, среди которых минералы, кристаллы, а также горные породы. Обработка экспериментальных первичных) данных (получение амплитудно-угловых зависимостей построение акустополяриграмм) сделала необходимым получение больших объемов информации второго уровня (выделение проекций элементов упругой симметрии определение эффектов, возникающих при распространении упругих волн в анизотропных средах. Затем, при получении вторичных данных – переход к данным третьего уровня (определение величин скорости распространения упругих волн модулей Юнга, модулей сдвига, коэффициентов Пуассона и др. технических характеристик. В настоящее время банк первичных данных Геологического института КНЦ РАН содержит информацию о более чем 4300 результатов измерений по каждому из 10000 изученных образцов минералов игорных пород. Не менее внушительные объемы составляют данные второго и третьего уровней. Весь этот информационный массив хранится, в основном, на персональных компьютерах, плохо систематизирован, субъективно структурирован и неполноценно документирован. Кроме того, разрозненная по отдельным носителям информация не позволяет применить современные программные средства (DSS, OLAP и др) для глубокого анализа имеющегося уникального экспериментального материала и решения, на этой основе, принципиально новых задач фундаментального характера. До настоящего времени проведение полного комплекса акустополяризационных измерений требовало существенных затрат времени и труда [Ковалевский, 2002] . Эти затраты были обусловлены значительным объемом ручных операций и необходимостью ручного ввода полученных данных в персональный компьютер для их последующей обработки и построения акустополяриграмм. Кроме того, существующая программа для обработки результатов, написанная на языке программирования Basic, имеет ряд существенных недостатков [Ковалевский, 2000] . Значительный объем 8 ручных операций и связанная с этим трудоемкость измерений определили необходимость модернизации как программного (ПО, таки аппаратного обеспечения (АО. Кроме того, замена программного обеспечения для обработки результатов акустополяризационных измерений позволила повысить точность обработки результатов эксперимента. При этом точность определения взаимного положения проекций элементов симметрии исследуемого образца увеличилась до 1.0 1.3 0 [Ковалевский, В данном пособии приводится описание и использование автоматизированного программно-аппаратного комплекса Acoustpol. Его применение рекомендуется специалистам, занимающимся изучением распространения ультразвуковых колебаний (УЗК) в твердых анизотропных неоднородных средах, при решении задач механики сплошных сред акустики твердого тела петрофизики, геофизики сейсмологии. Автор искренне благодарен О.С.Головатой, В.Ю.Калачеву, Т.В.Ковалевской, О.М.Тришиной за доброжелательное отношение, ценные советы и помощь при подготовке материала. Данное пособие издано за счет средств гранта Президента МК- 1908.2008.5. и на основе финансирования Российским фондом фундаментальных исследований гранта а. 9 Что такое Acoustpol ? Задачи Acoustpol Acoustpol – это автоматизированный программно-аппаратный комплекс (АПАК), предназначенный для регистрации, редактирования, обработки и последующего сохранения данных, полученных с использованием акустополяризационного метода [Горбацевич, Рис. 1. Программно-аппаратный комплекс для исследования упруго-анизотропных свойств твердых сред акустополяризационным методом. В общем виде АПАК Acoustpol состоит из следующих четырех подсистем подготовка, сбор, и ввод данных. Основной задачей является формирование баз графических и атрибутивных данных хранение, обновление и управление данными. Основной задачей является организация хранения данных, обеспечение процедур их редактирования и обновления 10 обработка, моделирование и анализ данных. Основной задачей является организация обработки данных и обеспечение процедур их преобразования контроль, визуализация и вывод данных. Основной задачей является генерация и оформление результатов работы системы в виде графических изображений, таблиц, текстов на бумажных, твердых или магнитных носителях. Методика проведения измерений Методика проведения измерений предполагает использования следующей аппаратной схемы (Рис. 1): 1. акустополярископ с автоматизированным приводом поворотной платформы - устройство, служащее для определения положения и числа элементов упругой симметрии анизотропных сред см. п. Аппаратное обеспечение дефектоскоп - устройство, служащее для генерации и регистрации импульсов, прошедших через исследуемый образец (см. п. Аппаратное обеспечение контроллер передачи данных в ЭВМ (см. п. Аппаратное обеспечение компьютер с установленным программным обеспечением ПО Acustpol, см. п. Программное обеспечение Acustpol). Предполагается выполнение следующих этапов. 1. Регистрация изменений амплитуды проходящих импульсов через образец при вращении его относительно оси преобразователей на угол от 0 до 360 0 с шагом 1 0 (Рис. 2). Измерения заключаются в последовательном повороте поворотной платформы с шагом 1 0 , 5 0 или 10 0 и фиксации амплитуды импульса А vpм проходящих через образец сдвиговых колебаний, Риса. Измерения в положении ВП (векторы параллельны) заканчивают, когда указатель отсчета углов будет установлен на отметку 360 шкалы. В процессе измерений, для исключения влияния нелинейности внутренних электрических цепей ультразвукового прибора и его усилителя, при помощи рукояток входного ослабителя сигнала аттенюатора) рекомендуется поддерживать одинаковый размер сигнала на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) (Рис. б. В этом случае мера ослабления в децибелах будет отражать относительные изменения уровня сигнала в процессе измерений. 11 а) б) Риса- Внешний вид акустополярископа с автоматическим приводом поворотной платформы (см. п. Аппаратное обеспечение б) - изменение амплитуды принимаемого сигнала на экране регистрирующего прибора при повороте анизотропного образца Рис. 3. Акустополяриграмма образца метадиабаза, полученная при параллельных сплошная линия) и скрещенных векторах поляризации преобразователей. 1,II - проекции элементов симметрии 1 , 2 - углы между - направлениями проекций элементов симметрии и гранью образца. Рис. 4. Акустополяриграмма образца амфиболита с проявлением эффекта линейной акустической анизотропии поглощения, д - угол между направлением оси наибольшего "пропускания" и гранью образца. II I 12 После завершения измерений в положении ВП освобождают фиксатор и при помощи рукоятки нижний преобразователь поворачивают на угол 90 0 , затем фиксируют его в этом положении. Таким образом, векторы поляризации преобразователей оказываются в скрещенном положении (положение ВС). Серию измерений амплитуд А vcм (в положении ВС) выполняют стем же шагом в пределах полного угла 2 поворота платформы. 2. При помощи специализированного программного обеспечения Acustpol в реальном режиме времени осуществляется построение акустополяриграмм (см. п. Программное обеспечение Acustpol), по которым определяются проекции элементов симметрии исследуемой среды и проявления акустополяризационных явлений [ Горбацевич, 2002 ; Ковалевский, 2009 ]. После регистрации изменении амплитуд А впм , А всм производят построение акустополяриграмм в следующем порядке (ручной режим просматривают значения А впм (в децибелах) в пределах углов 0-360 0 и находят наибольшее из них по величине (А мах ); производят вычитание каждого А впм из значения А мах ; В вn = А тах - А впм , дБ производят вычитание А всм из значения А мах ; В вс = А тах - А всм , дБ пользуясь таблицей перевода децибел в относительные амплитуды по значениям В вп , В вс , находят соответствующие относительные амплитуды А впм , А всм , которые являются исходными для построения акустополяриграмм. Как правило, акустополяриграммы строят в полярных координатах. Рис. 5. Проекции элементов симметрии, нанесенные поданным акустополяризационных измерений на грани образца Точки А впм соединяются сплошными линиями, А всм - пунктиром. Фигура, очерченная сплошной линией, является акустополяриграммой ВП, очерченная пунктиром – ВС (Рис. 5). Программно-аппаратный комплекс Acoustpol выполняет вышеприведенные действия в автоматическом режиме. 13 По акустополяриграмме ВП определяют степень проявления эффекта ЛААП среды D и угол D направления оси наибольшего "пропускания" (НП), Рис. 4. Угол д определяется между осью 0 координата также прямой, проведенной через полярную ось и противостоящие максимумы А впм1 и А впм2 .. Через полярную ось и противостоящие минимумы огибающей А всм на акустополяриграмме ВС проводят прямые линии, Рис. 4.. Эти линии являются проекциями осей и плоскостей симметрии среды образца. Углы 1 и 2 между осью координат и проведенными прямыми позволяют зафиксировать положение проекций элементов симметрии относительно граней образца. Наконечном этапе проекции элементов симметрии переносят на грани образца, Рис. 5. Они характеризуют направления элементов упругой симметрии среды в трех взаимно-перпендикулярных направлениях. 3. Выявленные элементы упругой симметрии исследуемой среды, позволяют осуществить дополнительную обработку образца таким образом, чтобы его грани образца были параллельны и перпендикулярны выявленным элементам симметрии [ Горбацевич, 2002 ]. 4. Стандартными методами определяются значения скоростей прохождения трех ультразвуковых волн (одна–квазипродольная, две- квазипоперечные) через образец по каждому направлению прозвучивания осуществляется построение матриц скоростей, при помощи которых определяются упругие характеристики (модуль упругости, модуль сдвига, оценка эффекта ЛААП, модуль Юнга, коэффициент анизотропии и др) [ Горбацевич, 1995 ; Горбацевич, 2002 ]. Технические требования Персональный компьютер процессор (CPU) – от Intel 80286 и выше, AMD – X5 и выше память – ОЗУ от 640 Кбайт. Операционная система MS DOS (версия 6.0 и выше семейство Microsoft Windows с поддержкой MS DOS. 14 Разработчики АПАК Acoustpol или О НАС Автоматический акустополярископ с поворотной платформой к.т.н. ОС. Головатая д.т.н. Ф.Ф. Горбацевич - gorich@geoksc.apatity.ru к.т.н. МВ. Ковалевский Программно-аппаратная часть работа контроллера передачи данных дефектоскопа УД2-12; ПО Acustpol; конвертер данных из программы QBasic; разработка Web- сайта http://acoustpol.narod.ru : к.т.н. МВ. Ковалевский – Организация Учреждение Российской академии наук Геологический институт Кольского научного центра РАН (http://geoksc.apatity.ru) 184209, г.Апатиты, ул.Ферсмана д, кабинет 414, 406, 329. Тел (81555) 79 581; (81555) 79-616; (81555) 79-626 Источники сайты с подробным описанием комплекса для проведения акустополяризационных измерений http://acoustpol.narod.ru зеркало Быстрый Старт В разделе приводится последовательность действий для наиболее оптимального режима работы в АПАК Acoustpol – автоматический. Другие режимы более подробно рассматриваются в разделе Особенности проведения исследований в различных режимах. Быстрое освоение программой Acustpol рекомендуется начинать с проведения измерений в режиме Автоматический. Для этого следует перейти в подраздел Проведение измерений последовательность действий. Вопросы для самоконтроля Какие основные задачи решаются с использованием АПАК Acoustpol? Какие аппаратные и программные средства входят в состав АПАК |