Из графиков видно, что корреляционные связи помехи быстро затухают, приближаясь к постоянному значению.
Рис. 4.21. Нормированная спектральная плотность энергии исследуемого сигнала помехи: Sp(0) = 0,6825
Для того чтобы определить вероятностные характеристики по мехи г|, необходимо получить закон ее распределения по эксперимен тальным данным. Для этого обычно находится статистический ряд и строится гистограмма. Гистограмма, построенная в соответствии с статистическим рядом, полученным при токе пучка 100 мА, изображе на на рис. 4.22. Как видно, данное распределение достаточно хорошо описывается нормальным законом, плотность вероятности которого соответствует выражению
(*-т)2
/ ( * ) = — т = « 2°2 av 2п
при численных значениях: математическое ожидание т = 7,59; средне квадратическое отклонение ст = 18,5. Проверка согласованности экспе риментальных данных с принятым нормальным законом распределения была осуществлена по %2 критерию Пирсона. Мера расхождения экспе римента от закона распределения вычислялась по формуле [67]
К- пр,)2 ПР/
Расчеты по указанной формуле при %2 = И ,48 и числе степеней свободы г = 12 показывают, что вероятность того, что за счет случай ных причин мера расхождения не будет больше теоретической, состав-
ляет р = 0,5. Таким образом, выбранный нормальный закон распреде ления можно считать соответствующим экспериментальным данным. Для этого эксперимента отношение амплитуды импульса от стыка к
среднеквадратическому отклонению помехи составляет — = 5,7. Из
а
этого соотношения видно, что при нормальном распределении вероят ность того, что амплитуда помехи превысит амплитуду импульса от стыка, ничтожна мала.
Рис. 4.22. Гистограмма распределения помехи
Следует заметить, что среднеквадратическое отклонение помехи для данного тока пучка будем считать величиной неизменной тогда, когда амплитуда импульса от стыка пропорциональна коэффициенту модуляции KMi зависящему от отношения диаметра пучка к зазору в стыке CjJhs в соответствии с выражением (2.47). Экспериментальные данные, полученные при токе пучка 100 мА, соответствуют а л = 0,4 мм, hs = 0,3 мм. При этом коэффициент глубины модуляции составляет
= 0,24.
Если же зазор в стыке будет уменьшен до 0,1 мм, т. е. в 3 раза, то коэффициент глубины модуляции, а следовательно, и амплитуда импульса от стыка также уменьшается в 3 раза, что обычно имеет ме
сто на практике. В этом случае отношение — = 1,9 и вероятность того,
ст
что амплитуда помехи превысит амплитуду сигнала стыка, будет равна 0,0288 [67], т. е. является заметной величиной. Наличие сбоя в работе устройства контроля положения стыка становится вероятным. Этим
объясняется низкая надежность большинства систем слежения по сты ку на рабочем токе.
Проведенные исследования помех вторично-эмиссионного дат чика положения стыка для различных токов электронного пучка дают следующие результаты. При токе пучка /л = 5 мА получены следующие характеристики случайного процесса:
математическое ожидание т = 0; среднее квадратическое отклонение с = 2; амплитуда импульса от стыка А = 48.
В этом случае отношение Ala = 24 при зазоре в стыке, равном 0,5 мм, говорит о хорошем преобладании сигнала от стыка над помехой.
При токе электронного пучка /л = 51 мА построены следующие характеристики помехи:
математическое ожидание т = 0; среднеквадратическое отклонение ст = 7; амплитуда сигнала от стыка А =45.
Отношение A/<J = 6,42 при зазоре в стыке hs = 0,5 мм говорит уже о существенном уровне помех, который значительно возрастает при уменьшении зазора в стыке.
При токе электронного пучка /л = 62 мА получены следующие характеристики помех:
математическое ожидание т = 0; среднеквадратическое отклонение а = 7; амплитуда сигнала от стыка А = 24.
Отношение А/а = 3,29 при величине зазора в стыке hs = 0,5 го ворит о весьма значительном уровне помех. При уменьшении зазора в стыке до 0,1 мм система слежения с таким датчиком не будет обладать необходимой надежностью без специальных методов повышения по мехозащищенности.
На рис. 4.23 изображены характеристики сигнала от стыка вто рично-эмиссионного датчика, полученные путем усреднения восьми экспериментальных реализаций сигнала.
Из этих характеристик видно, что при увеличении тока элек тронного пучка импульс от стыка проявляется на фоне спадающего уровня вторичной эмиссии. Причем изменение уровня вторичной эмис сии превосходит амплитуду импульса от стыка. Это явление объясняет ся тем, что в процессе электронно-лучевой сварки над сварочной ван ной образуется плазменное облако, содержащее медленные тепловые электроны и отрицательно заряженные ионы, которые при внесении зондирующего сканирования рассасываются не сразу, а с некоторой задержкой, и это сопровождается изменением уровня сигнала вторич
но-эмиссионного датчика. Это явление затрудняет выделение импульса стыка, так как для получения информации из сигнала датчика вторич ной эмиссии следует вычитать математическое ожидание падения 4 уровня вторично-электронной эмиссии, которое зависит от тока пучка и других факторов. Следует отметить, что для вторично-эмиссионного датчика происходит более значительное усиление уровня помехи отно сительно полезного сигнала при увеличении тока сварки по сравнению с рентгеновским датчиком. Эти данные подтверждают утверждения ряда авторов о том, что рентгеновские датчики положения стыка обла дают более высокой помехозащищенностью по сравнению с вторично эмиссионными датчиками.
Рис. 4.23. Характеристика сигнала датчика стыка: 1 - /л = 5 мА; 2 - /л = 5 1; /л = 62 мА
4.4. Помеха, обусловленная наводками на датчик положения стыка
Эта помеха характеризуется тем, что она суммируется с выход ным полезным сигналом датчика. Она обусловлена электромагнитными наводками на датчик и его электрические цепи различных импульсных или гармонических составляющих, вызванных работой электрических машин, пульсаций тока в отклоняющей системе электронно-лучевой пушки, флюктуациями тока усилительно-преобразовательного тракта. К этому току помехи также относятся пульсации сигнала датчика, вы званные колебаниями тока электронного пучка. Компоненты этой по
мехи имеют характерный спектр и поэтому могут быть подавлены час тотными фильтрами. Это является отличительной особенностью ука занного вида помех от помехи г\, которая вызвана неоднородностью обрабатываемого изделия, рассмотренной в предыдущем разделе. По меха rj может быть снижена только с помощью специальной подготов ки поверхности обрабатываемого изделия, что не всегда осуществимо, так как, например, при ЭЛС изделий из алюминиевых сплавов для сня тия оксидной пленки применяют шабрение, приводящее к увеличению неоднородности обрабатываемой поверхности. Помеха г\ не может быть подавлена электрическими фильтрами, поскольку ее природа связана со способом формирования сигнала от стыка и частотный спектр близок к частотному спектру сигнала от стыка. Так, например, при применении метода синхронного детектирования помеха от неод нородности поверхности модулируется частотами сканирования, так же как полезный сигнал, и не может быть отделена от информации о по ложении стыка избирательными фильтрами, поскольку имеет ту же частоту, что и полезный сигнал.
Помеха, обусловленная наводками на датчик положения стыка, кроме случая наводок от отклоняющей системы, имеет характерный частотный спектр и может быть подавлена методами частотной селек ции. Величина и спектральный состав помехи зависят от конкретного исполнения измерительного устройства, способов экранирования, на личия вблизи датчиков положения стыка электродвигателей и других электромагнитных устройств. Рассмотрим приемы, позволяющие сни зить уровень помех.
В первую очередь это относится к экранированию датчика и его токоподводящих цепей. С точки зрения защиты от наводок рентгенов ский датчик имеет преимущества, так как он находится в металличе ском корпусе и электрически не связан со сварочным источником. Поэтому экранирование рентгеновского датчика не вызывает затрудне ний и сводится к экранированию токоподводящих и сигнальных прово дов. Экранирование вторично-эмиссионного датчика вызывает затруд нение, так как коллектор вторичных электронов крепится через изоля торы на корпусе электронно-лучевой пушки в открытом виде и элек трически соединен с корпусом пушки через сопротивление. Речь может идти лишь об экранировании сигнального провода, что обычно произ водится при помощи коаксиального кабеля. Следует особо отметить необходимость экранировки от наводок со стороны отклоняющей сис темы. Наведение на сигнальный провод помехи, пропорциональной току сканирования, может привести к методической погрешности из мерительного устройства положения стыка. Поэтому цепи сканирова