Вычислительного томографа

Особое внимание в книге уделено применению информационно-измерительных систем для управления экспериментом и автоматизации сбора и обработки экспериментальных данных. В частности, в книге дано описание системы КАМАК и управляющего вычислительного комплекса СМ-4 — УКБ200, который используется при выполнении лабораторных работ по термодинамике и теплопередаче (гл. 6). Кроме того, одна из работ (ТД-6) посвящена вопросам математического моделирования на ЭВМ термодинамического цикла газотурбинной установки с целью его оптимизации.

Таким образом проблема реконструкции распределения ЛКО .внутри контролируемого объекта по экспериментально оцененным проекциям достаточно детально изучена, а алгоритм ОПФС (и ряд его модификаций), позволяет с высокой точностью, при минимальной трудоемкости, выполнить такую реконструкцию в приемлемое для практики время, которое в зависимости от быстродействия и состава вычислительного комплекса обычно не превышает десятка или единиц минут, а в случае применения специализированных процессоров реконструкции — нескольких десятков или единиц секунд.

Первый процессор аппаратно реализует дискретную свертку в пространстве сигналов. В качестве такого процессора используют серийно выпускаемые процессоры массивов, оптимизированные для обработки больших массивов данных и на эффективное выполнение матричных арифметических операций типа инверсия и транспонирование матриц. Процессор массивов имеет параллельную структуру, магистральную организацию и осуществляет конвейерную обработку массивов данных. Введение в состав вычислительного комплекса томографа СП, составляющего обычно не более 30 % стоимости комплекса на базе мини-ЭВМ позволяет уменьшить время обработки информации при восстановлении высокоинформативных изображений до нескольких секунд.

С помощью разработанного ряда ПРВТ практически можно решать проблему НК композиционных и теплозащитных материалов в широком диапазоне плотностей и геометрических характеристик. Данный ряд имеет единый базовый (унифицированный) вычислительный комплекс. В состав вычислительного комплекса входят средства: программные и аппаратные математического обеспечения, позволяющие существенно сократить время получения томограммы; сбора и обработки получаемой информации; визуализации и документирования результатов контроля; управления оборудованием и его диагностики; осуществляющие диалоговый обмен с ЭВМ. Унифицированный вычислительный комплекс выполнен на базе мини-ЭВМ СМ-1420, имеет полутоновый дисплей ДГП К331-3, спецпроцессор реконструкции изображения, реализующий алгоритм обратного проецирования с фильтрацией сверткой —

Рассмотренный выше алгоритм реализован в рамках программно-вычислительного комплекса (ПВК) [23]. Программная реализация осуществлена для ЕС ЭВМ на основе универсальных средств управления данными (СУБД ИНЕС) и пакета математического программирования - ПМП (ПМП-2). ПВК разработан и документирован в соответствии с единой системой программной документации (ЕСПЦ), допускает тиражирование и поставку на любые модели ЕС ЭВМ стандартной конфигурации; ПВК служит базовым инструментом для реализации балансовых текущих моделей ЭК, в том числе для исследований надежности энергетического комплекса.

Для испытания на надежность приборов и систем автоматизации, работающих в условиях интенсивных помех, в этом же институте были разработаны спектральные анализаторы, входящие в состав информационно-вычислительного комплекса. В процессе исследований были получены ускоренные алгоритмы обработки информации, основанные на дискретном преобразовании Фурье, а также структурные регулярные схемы аналогового и цифрового преобразователя на основе ДПФ.

В зависимости от особенностей технологического объекта регулирования комплекс технических средств АСУ ТП выполняется с «прямым» или «непрямым» взаимодействием информационно-или управляюще-вычислительного комплекса. При формировании комплекса технических средств используются следующие устройства: получения информации о режиме технологического процесса, оборудования, датчиков сигналов физических величин; формирования сигналов и обслуживания каналов передачи информации; локальной автоматики; вычислительной техники; переработки информации; связи с оперативным управлением.

22. Цыгельный ИМ., Корнблюм А.И., Новачинский М.С. и др. Создание измерительно-вычислительного комплекса ИВК-9 для механических испытаний и его использование для определения малоцикловой усталости металлов. - В кн.: IV Всесоюз. симпоз. "Малоцикловая усталость — механика разрушения, живучесть и материалоемкость конструкций": Тез. докл. и сообщ. Краснодар, 1983. М.: ЦП НТО "Машпром", 1983, с. 19-20.

При исследовании переходных процессов тепломассообмена, которые протекают в течение нескольких секунд, использование аппаратуры, применявшейся при изучении стационарного процесса перемешивания теплоносителя в условиях неравномерного теплоподвода по радиусу пучка, неприемлемо. Требованиям быстродействия и малой инерционности системы управления и измерения в этом случае может удовлетворить только специальная автоматизированная система. Поэтому для сбора и обработки экспериментальных данных при нестационарном протекании процесса теплообмена и перемешивания была разработана автоматизированная система (рис. 2.5), состоящая из измерительно-вычислительного комплекса ИВК-2, генератора постоянного тока АНГМ-90, преобразователя давления KWS6A-5, регулятора мощности генератора и преобразователя информации. При подаче с преобразователя информации импульса запуска регулятор мощности в установленных пределах с заданной пос-

По мере накопления опыта на вычислительном комплексе предприятия, развития информационного обеспечения и увеличения его объема выявляется необходимость расширения возможностей вычислительного комплекса. Для предприятий, которые начинают использовать диалоговое проектирование, можно рекомендовать ориентировочный начальный комплекс технических средств: мини-ЭВМ, устройство сопряжения вычислительных машин, полуавтомат кодирования графической информации, устройство преобразования графической информации, графопостроители планшетного и рулонного типов, графический и алфавитно-цифровой дисплеи, алфавитно-цифровое печатное устройство, ленточный перфоратор, фотосчитыватель, накопители на сменных магнитных- дисках и магнитной ленте, адаптер дистанционной связи технических средств. Этот комплекс может внедряться в зависимости от конкретных условий.

Пример 5.6. При планировании загрузки вычислительного комплекса из трех ЦВМ решено создать резерв времени с тем, чтобы довести среднюю наработку комплекса без срыва функ-дионирования до 500 ч. Известно, что наработка на отказ одной ЦВМ равна 60 ч, а среднее время восстановления 1,5 ч. Необходимо рассчитать величину необходимого резерва времени и среднюю •кратность резервирования и определить, какую цолю этого резерва составляет резерв времени, обеспечивающий в интервале времени ^=60 ч вероятность безотказного функционирования не ниже 0,95 и 0,99.

На рис. 5.9 представлена структурная схема вычислительного томографа. Положение источника излучения — коллиматора, формирующего излучение, и детекторов согласовано между собой и относительно координат исследуемого сечения. Указанные блоки сканируют по контролируемому изделию и собирают данные об ослаблении излучения вдоль каждого из многих тысяч направлений в плоскости рассматриваемого сечения. Угол поворота изделия для проведения необходимых измерений равен 180 ...360°. Измеренные данные преобразуются в цифровой код. Данные по ослаблению излучения сопоставляются с координатами соответствующих лучей. Вся информация поступает в вычислителоный комплекс, где производится ее коррекция, а далее окончательно отрабатывается для получения линейных коэффициентов ослабления. Результаты представляются в виде матрицы из i строк и k столбцов, элемент ячейки каждой из которых определяет некоторое значение параметров, свидетельствующих о дефекте.

Рис. 5.9. Структурная схема трансмиссионного вычислительного томографа:

По структуре соотношение (40) однотипно для всех радиационных методов, но в случае ПРВТ оно характеризует метрологию отдельного элемента объема внутри сложного изделия, что в типичном случае обеспечивает выигрыш в относительной чувствительности на 1—2 порядка. В табл. 4 приведены рассчитанные по (40) возможные сочетания метрологических характеристик достаточно совершенного вычислительного томографа при контроле монолитных заготовок диаметром до 200 мм из материалов, подобных графиту (гэф = 6, р = 1,7 г/см3).

где AAd ир, — величины, реконструированные с ломощью вычислительного томографа (на томограмме), соответствующие выражению (72); х — постоянный коэффициент; б (ц) — СКО в области однородного фона томограммы. В случае, когда размеры стержней много меньше размеров томограммы (d/D < 1), надежно требование к да 4. В иных случаях я изменяется от 4 до 1.

С учетом (40) для вычислительного томографа, шумовые характеристики которого определяются лишь квантовой природой рентгеновского излучения, из (73) имеем

Теперь для того чтобы перейти к итоговому выражению для пространственного разрешения в плоскости контролируемого сечения, необходимо учесть пространственно-частотные характеристики вычислительного томографа, определяющие переход от вход-

где Н (К) — пространственно-частотная передаточная функция вычислительного томографа как линейного пространственного фильтра, преобразующего входное распределение ц, (х, у) в выходное A (x, у).

сечения с контрастом структур, экспозиционной дозой и передаточной функцией вычислительного томографа.

С другой стороны согласно (13) передаточная функция любого вычислительного томографа ограничена зависящей от детальных особенностей системы верхней пространственной частотой 1гм, которая и определяет предел пространственного разрешения ПРВТ в плоскости контролируемого слоя:

Рис, 6. Типичные зависимости пространственного разрешения вычислительного томографа для контроля графитовых изделий диаметром 200 мм от контраста структур, при двух значениях экспозиционной дозы O9i= 10 Р; Z>92 = 40 Р и двух значениях верхней пространственной частоты *ДГ = °'3 И 0,8 пер/мм (к = 4, t = 8 мм)

функцию (ПФ) вычислительного томографа можно представить в виде