اشتراک گذاری با دوستان
وضعیت: بسته
شماره سند:
تاریخ انتشار: 1401/10/05
مهلت ارسال پیشنهاد: 1401/10/27
فرصت‌ها: براساس پیشنهاد‌ها قابل مذاکره خواهد بود.
تماس : 02166530680 – 02166533864
ارسال پروپوزال‌ها: https://ghazal.inif.ir
ضرورت مسئله
امروزه استفاده از روش‌های دینامیکی برای برآورد دقیق و سریع ثابت‌های الاستیک در مهندسی سنگ کاملاً پذیرفته شده است و با توجه به غیرمخرب بودن این آزمایش‌ها، مورد استقبال زیادی قرار گرفته‌‌اند. در این راستا تعیین پارامترهای الاستیک سنگ‌ها با استفاده از سرعت امواج صوتی طولی و برشی، رایج‌ترین روش ارزیابی مقاومت مکانیکی سازندهای زیرزمینی در صنعت نفت است.
هر چند مدول یانگ استاتیکی بدست‌آمده از انجام آزمایش‌‌های مخرب روی نمونه سنگ‌ها، به مقادیر واقعی نزدیک‌تر است، اما تخریب همه نمونه‌ها به علت گران‌قیمت بودن ممکن نیست. به همین دلیل، در چا‌ه‌های نفت با استفاده از روش‌های چاه‌پیمایی صوتی، مقادیر سرعت موج‌های طولی و برشی اندازه‌گیری شده و با استفاده از آن، مدول یانگ دینامیکی محاسبه می‌شود که به نسبت، ارزان‌قیمت‌تر است و بازه عمق بیشتری از سازندهای زیرزمین را تحت پوشش قرار می‌دهد. مطابق مطالعات انجام شده و در اکثر موارد، مقادیر پارامترهای دینامیکی با مقادیر پارامترهای استاتیکی برابر نیستند، لذا باید به‌صورت همزمان در آزمایشگاه با انجام تست‌های استاتیکی، سرعت‌های طولی و برشی به منظور برآورد دقیق پارامترهای دینامیکی اندازه‌گیری شوند. روش کار به این صورت است که امواج الاستیک به داخل نمونه ارسال شده و سرعت امواج فشاری و برشی در نمونه سنگی اندازه‌گیری می‌شود. سرعت این امواج وابسته به مقاومت فشاری و کششی سنگ یا به‌طورکلی کیفیت سنگ است.
اکثر دستگاه‌های موجود در ایران تنها در دما و فشار محیطی، قابلیت اندازه‌گیری سرعت طولی و برشی را دارند. در صورتی‌که برای اندازه‌گیری سرعت صوت در شرایط مخزن لازم است حرارت بالای 100 درجه سانتی‌گراد و فشار بالای 400 بار بر روی نمونه اعمال شده و همزمان، تغییرات سرعت اندازه‌گیری شود. با توجه به اینکه پیزوالمنت‌هایی که در حال حاضر استفاده می‌شوند، از جنس سرامیک بوده و تحمل این فشار را ندارند، لازم است درون غلاف فولادی مقاوم به دما و فشار قرار داده شوند. این ترکیب (پیزوالمنت و غلاف فلزی) پراب نامیده می‌شود.
مشروح مسئله تحقیقاتی
همان‌طور که اشاره شد، یکی از روش‌های آزمون غیرمخرب، دستگاه التراسونیک است که می‌توان آن را به دو بخش “سخت‌افزار” و “نرم‌افزار” تقسیم‌بندی نمود. این دستگاه، قابلیت اندازه‌گیری سرعت صوت بر روی نمونه‌های استوانهای و مکعبی را دارا خواهد بود. در ادامه به تفصیل به ویژگی‌های هر بخش پرداخته می‌شود:
بخش سخت‌افزاری:
- بسته به اینکه هدف، اندازه‌گیری سرعت، در نمونه استوانهای یا مکعبی باشد، نحوه قرارگیری پیزوالمنت‌ها متفاوت خواهد بود:
- نمونه استوانهای: در حالتی که هدف، اندازه‌گیری سرعت صوت در نمونه‌های استوانهای سنگی است، از دو پراب فرستنده و گیرنده استفاده می‌شود که هریک شامل یک پیزوالمنت طولی (P) و دو پیزوالمنت برشی (S1, S2) هستند. پیزوالمنت‌های S1, S2 اختلاف فاز 90 درجه نسبت به یکدیگر دارند. در این حالت موج‌های طولی و برشی توسط پراب فرستنده از سر استوانه سنگی به داخل نمونه هدایت شده و در انتهای استوانه سنگی توسط پراب گیرنده دریافت می‌گردند، که می‌توان با محاسبه اختلاف زمان بین فرستنده و گیرنده، سرعت موج را داخل نمونه سنگی اندازه‌گیری نمود.
نمونه استوانهای سنگی دارای قطر 38 میلی‌متر و ارتفاع 76 میلی‌متر است که توسط محفظه، تحت‌فشار جانبی و توسط پرابها تحت تنش محوری قرار می‌گیرد (شکل 1). شایان ذکر است که به دلیل تداخل امواج، امکان فعال‌سازی پیزوالمنت‌ها بصورت همزمان وجود نخواهد داشت.
- نمونه مکعبی: در حالتی که هدف، اندازه‌گیری سرعت صوت در نمونه‌های مکعبی سنگ است، با توجه به وجود 6 سطح در این نمونه‌ها، نیاز به جانمایی 6 پیزوالمنت طولی و 12 پیزوالمنت (S1, S2) برشی است (شکل 2). در این روش، در زمان ارسال موج، یک پیزوالمنت نقش فرستنده و 5 پیزوالمنت دیگر نقش گیرنده را ایفا می‌کنند. دستگاه باید به‌گونه‌ای طراحی شود که هر پیزوالمنت در کسری از ثانیه (میلی ثانیه) فعال شده، موج را ارسال کند تا توسط دیگر پیزوالمنت‌های هم جنس دریافت شود. نهایتا می‌توان ناهمسانگردی‌های اولیه و ثانویه را در نمونه‌های مکعبی در سطوح با دما و تنش‌های مختلف برآورد کرد. شایان ذکر است که به دلیل تداخل امواج، امکان فعال‌سازی 2 پیزوالمنت بصورت همزمان وجود نخواهد داشت.
- مطابق استاندارد ASTM D2845، فرکانس، تابعی از جنس و ابعاد نمونه است، لذا قسمت سخت‌افزاری دستگاه باید به‌گونه‌ای طراحی شود که قابلیت ارسال و دریافت موج در بازه 10 کیلوهرتز تا 10 مگاهرتز را داشته باشد.
- در این دستگاه با توجه به عبور موج از محیطی با جنس فولادی (پراب فرستنده) به محیط سنگی (نمونه تحت آزمایش) و دریافت آن در محیطی از جنس فولاد (پراب گیرنده) و با توجه به تغییر امپدانس، تبدیل موج طولی به برشی و بالعکس اتفاق می‌افتد. این امر از جمله خطاهای دستگاه است که برای رفع آن، محل قرارگیری و نحوه اتصال پیزوالمنت به پراب فولادی باید به‌گونه‌ای باشد که تبدیل موج‌ها به کمترین میزان ممکن کاهش یابد.
- جنس پراب، چسب و دیگر اجزا باید به گونه‌ای انتخاب شود که تحمل دمای حدود 150 درجه سانتی‌گراد را داشته باشند و در این دما خواص خود را از دست ندهند.
بخش نرم‌افزاری:
نرم‌افزار باید به‌گونه‌ای باشد که:
- هر کانال به‌صورت مستقل قابلیت نمایش و ذخیره شدن را داشته باشد.
- قابلیت تشخیص اولین زمان رسیدن موج‌های طولی و برشی را داشته باشد و کاربر بتواند بصورت پیوسته و برخط پارامترهای الاستیک دینامیکی سنگ را مشاهده و ذخیره کند.
- امکان تعریف تأخیر ارسال بین موج طولی و برشی در بازه‌های زمانی دلخواه را داشته باشد.
- توانایی تبدیل پیزوالمنت‌ها از فرستنده به گیرنده و بالعکس را داشته باشد.
گام‌های تحقیق
- بررسی چیدمان‌های اپتیکی مختلف، منابع خطا، دقت اندازه‌گیری آن‌ها و تعیین بهترین چیدمان
- ارزیابی روش‌های تحلیل فریزهای تداخلی، دقت هر روش و تعیین بهترین روش تحلیل
- تعیین مشخصات قطعات اپتیکی و مکانیکی چیدمان پیشنهادی
- امکان ایجاد آرایش دلخواه جهت فعال‌سازی پیزوالمنت‌ها داشته باشد.
- قابلیت تعریف و اعمال فیلتر بر روی نتایج را داشته باشد.
- امکان ارسال شکل موج‌های مختلف مانند سینوسی، مثلثی و مربعی برای هریک از موج‌های P, S1,S2 را داشته باشد.
- امکان ارسال موج به‌صورت تک سیگنال، دو موجی و پیوسته را داشته باشد.
- کانال‌های ورودی و خروجی قابلیت کنترل و تغییر دامنه فرکانس و بهره را داشته باشند.
- هنگام ضبط داده امکان زوم کردن بر روی گراف موج را داشته باشد.
- نرم‌افزار باید دارای رهاساز باشد تا اپراتور بتواند مکان موردنظر خود را روی گراف مشخص نماید.
- هنگام نمایش موج، نرم‌افزار امکان فریز کردن شکل موج و خروجی گرفتن به‌صورت فایل txt و ثبت حداقل 100 میلیون نمونه بر ثانیه را داشته باشد.
- خروجی‌های نرم‌افزار باید برخط بوده و حین آزمون، نتایج را با رزولوشن حداقلی 20 بیت نشان دهد.
از موارد چالش‌برانگیز در ساخت این دستگاه می‌توان به جلوگیری از تبدیل موج طولی به برشی در پراب‌های ارسال و دریافت موج، عدم ایجاد نویز دستگاه التراسونیک در کنار پاورپک هیدرولیک سه‌فاز، اعمال کمترین اختلاف زمانی بین ارسال دو موج متوالی جهت جلوگیری از پدیده تداخل امواج اشاره کرد.
انتظار می‌رود در پایان ساخت این دستگاه بتوان سرعت صوت را بر روی نمونه‌های استوانهای و مکعبی در فشار، دما و تنش دلخواه بدست آورد. این دستگاه مکمل دستگاه بارگذاری سه محوری است که با برق سه‌فاز راه‌اندازی می‌شود، لذا نباید تحت‌تأثیر نویز قرار گیرد.
- توسعه چیدمان اپتیکی قطعات دستگاه و آزمون اولیه آن و دستیابی به‌دقت در محدوده 350-50 نانومتر و در فاصله کاری حداقل 1 متر
- توسعه الگوریتم تحلیل نتایج حاصل از دستگاه اندازه‌گیری جابجایی
- رفع عیوب بخش‌های اپتیکی و مکانیکی دستگاه جهت رسیدن به‌دقت در محدوده 350-50 نانومتر و در فاصله کاری حداقل 1 متر
- توسعه روش جهت کالیبراسیون بخش‌های مختلف چیدمان
- توسعه روش صحت‌سنجی دقت چیدمان دستگاه اندازه‌گیری جابجایی
خروجی‌های مورد انتظار تحقیق
- طراحی و ساخت بخش سخت‌افزاری
- مدار طراحی شده بخش دیجیتال و آنالوگ شامل تقویت‌کننده‌ها، ADC و برد مدار چاپی
- ساخت پراب متناسب با پیزوالمنت‌های جاسازی شده درون آن، جهت اعمال فشار محوری
- مونتاژ دستگاه (سرهم کردن بردها و سخت‌افزار دستگاه)
- کدنویسی میکروکنترلر (بخش ارتباط با PC، بخش داده‌برداری، بخش تولید موج)
- توسعه بخش نرم‌افزاری
- توسعه برنامه تحت ویندوز برای تولید و دریافت تحریک‌های مختلف
- محاسبه اتوماتیک سرعت طولی و برشی
- نمایش آنلاین موج‌های فرستنده و گیرنده با قابلیت ذخیره
- کنترل صحت عملکرد سیستم و رفع خطاهای محتمل (آزمایش روی نمونه‌های سنگی، پلاستیکی و فلزی و صحت‌سنجی نتایج)
الزامات تحقیق
- دستگاه یکپارچه و سازگار با ویندوز
- قابلیت فیلترینگ نتایج در خروجی نرم‌افزار
- نمایش آنلاین سرعت موج طولی، برشی و ثابت‌های الاستیک دینامیکی
- قابلیت کنترل ترتیب فعال‌سازی پیزوالمنت‌ها
- قابلیت ارسال و دریافت موج در بازه 10 کیلوهرتز تا 10 مگاهرتز
- موارد ذکر شده در بخش نرم‌افزار و سخت‌افزار مشروح مسئله تحقیقاتی
تجهیزات و زیرساخت‌هایی که متقاضی تحقیق می‌تواند در اختیار مجری قرار دهد
- پیزوالمنت نوع P و نوع S با فرکانس 200 کیلوهرتز
گلوگاه‌های احتمالی
- تبدیل موج طولی به برشی در پرابها
- ایجاد پدیده تداخل امواج هنگام فعال‌سازی دو پیزوالمنت با فاصله زمانی اندک
- اعمال فیلتر مناسب و محاسبه اولین زمان رسیدن موج برشی و طولی و رفع آلودگی‌های موج
- قابلیت ذخیره‌سازی داده‌ها با نرخ نمونه‌برداری 100 میلیون بر ثانیه
- ایجاد نویز دستگاه بارگذاری سه محوری بر روی خروجی نرم‌افزار التراسونیک
- آرایش دلخواه جهت ارسال و دریافت موج و محاسبه ناهمسان‌گردی در سطح تنش‌های مختلف
معیارهای ارزیابی و انتخاب مجری
- تحصیلات و سوابق تیم تحقیقاتی و تناسب آن با مسئله
- رویکرد فنی تیم تحقیقاتی به مسئله
- دسترسی به تجهیزات آزمایشگاهی و مواد اولیه و سایر الزامات اجرای تحقیق
- زمان و هزینه اجرای تحقیق
تسهیم مالکیت فکری
- مالکیت معنوی: مجری در مالکیت معنوی ناشی از اجرای تحقیق سهیم خواهد بود و انتشار مقاله مشترک توسط مجری و متقاضی در ژورنال‌های داخلی و خارجی، ارائه مقاله در کنفرانس‌ها و سمینارها با موافقت و اشاره به نام همه دست‌اندرکاران مجاز خواهد بود.
- مالکیت منافع مادی: با توجه به مدل کسب‌وکار شرکت متقاضی، منافع مالی ناشی از توسعه این فناوری تماماً متعلق به شرکت متقاضی بوده و مجری صرفاً حق‌الزحمه اجرای پروژه تحقیقاتی را دریافت خواهد کرد.
روش ارسال پیشنهاد
پروپوزال‌ها صرفاً باید در چارچوب موردنظر صندوق نوآوری و شکوفایی، تدوین و حداکثر تا تاریخ27/10/1401 در سامانه غزال به آدرس https://ghazal.inif.ir ارسال شوند. پروپوزال‌هایی که در چارچوبی غیرازآن، یا به روش‌های دیگر به دست صندوق برسند، وارد فرایند ارزیابی نخواهند شد.