Устройство для контроля целостности строительных изделий

 

Изобретение относится к области строительства и машиностроения, конкретно к устройствам контроля качества изделий акустическим методом, и предназначено для контроля качества строительных изделий. Оно позволяет повысить точность контроля. Устройство содержит излучатель 1 колебаний, чувствительный элемент 2, приемник 3 колебаний, амплитудный детектор 4, компаратор 5, ждущий мультивибратор 6, блок 7 выборки-хранения, сумматор 8, измерительный блок 9, частотомер 10, звуковой генератор 11, переключатели 13 и 14, источник 15 управляющего напряжения. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (!1) (51) 4 С 01 1 r 29 04

" .8/

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4400795/31-33 (22) 30.03.88 (46) 07,12.89, Бюл. 11 45 (71) Северо-Западный политехнический институт (72) А.И.Потапов, С.С.Михейкин, С.М.Ильичев, P.П. Красников и А.И.Концевич (53) 620.1 (088.8) (56) Цыркин Э.З, Контроль лопаточного аппарата паровых турбин.

M. Энергия, 1978, с, 5, Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. кн.2, Справочник под ред. В.В.Клюева, М.: Машиностроение, 1985, с. 189.

2 (54) УСТРОЙСТВО ЛЛЯ КОНТРОЛЯ ЦЕЛОСТности СТРоиткльных издклий (57) Изобретение относится к области строительства и машиностроения, конкретно к устройствам контроля качества изделий акустическим методом, и предназначено для контроля качества строительных изделий. Оно позволяет повысить точность контроля. Устройство содержит излучатель 1 колебаний, чувствительный элемент 2, приемник 3 колебаний, амплитудный детектор 4, компаратор 5, ждущий мультивибратор

6, блок 7 выборки-хранения, сумматор

8, измерительный блок 9, частотомер

10, звуковой генератор 11, переключа- с

Я тели 13 и 14, источник 15 управляюmего напряжения. 4 ил, 1527575

Изобретение относится к строительству и машиностроению, а именно к устройствам контроля качества иэделий акустическими методами,и предназначено для диагностики качества строительных изделий иэ неметаллов, когда важно с достаточной точностью определить физико-механические характеристики, наличие дефектов, целостность детали после изготовления, а также в процессе эксплуатации.

Целью изобретения является повышение точности контроля.

На фиг.! представлена структурная схема устройства; на фиг.2 диаграммы работы элементов схемы; на фиг.3 — амплитудно-частотные характеристики контролируемого изделия А и эталонного Б; на фиг.4

20 изменение амплитуды колебаний для образцов с разными модулями упругости.

Устройство для контроля целостности строительных изделий содержит излучатель 1 колебаний, в качестве которого применен громкоговоритель типа 1 ОГД-34, чувствительный элемент 2 — датчик, акселерометрический датчик КД-10, приемник 3 колебаний, включающий усилитель, детектор и фильтр низкой частоты, амплитудный детектор 4, компаратор 5, ждущий мультивибратор 6, блок 7 выборки-хранения, сумматор 8, измерительный блок

9, в качестве которого применен вольтметр, частотомер 10, звуковой генератор 11, объект 12, в котором возбуждаются колебания, переключатели

13 и 14, источник 15 управляющего напряжения.

Электрический сигнал в устройстве циркулирует по замкнутому кругу,* причем частота его может изменяться автоматически, когда переключатель 45

14 находится в положении I и вручную, посредством источника 15 управляющего напряжения (многооборотного резистора), когда переключатель 14 находится в положении II.

Устройство контроля целостности

50 строительных изделий работает следующим образом.

Чувствительный элемент 2 (приемный) крепится к испытуемому изделию

12 в том месте, где предположительно возникает максимальная амплитуда колебаний. Излучатель 1. колебаний направляется на изделие, звуковой генератор 11 вырабатывает электрический сигнал различных частот (фиг.2а), Этот сигнал усиливается и преобразуется излучателем 1 колебаний в акустические колебания, которые воздействуют на испытуемое изделие.

Чувствительный элемент 2 преоб- разует механические колебания иэделия 12 в электрический сигнал, который усиливается усилителем в приемнике 3 колебаний. Входной сигнал представляет собой высокочастотное заполнение и низкочастотную огибающую (фиг. 2б), Для выделения низкочастотной огибающей в приемник

3 колебаний включен детектор, с выхода которого продетектированный сигнал (фиг. 2в) поступает на фильтр низкой частоты приемника 3 колебаний, с выхода которого получается низко,частотная огибающая (фиг. 2г) . Низкочастотная огибающая одновременно поступает на вход амплитудного детектора

4, на вход компаратора 5 и на вход записи блока 7 выборки-хранения, а на другой вход компаратора 5 поступает выходной сигнал с амплитудного детектора 4 (фиг. 2д).

Компаратор включен в цепь для сравнения сигналов на первом и вто— ром его входах при увеличении амплитуды колебаний изделия l2, что происходит при приближении частоты вынужденных колебаний к собственной частоте колебаний изделия, потенциал на одном входе компаратора потенциала на его другом входе. При этом на выходе компаратора 5 будет "нулевой" потенциал (фиг. 2е). После этого снимаются показания частоты резонанса, затем снимаются показания амплитуды сигнала на частоте резонанса, Далее переключатель 14 устанавливается в положение II для измерения скорости изменения амплитуды сигнала в зависимости от частоты. Весь цикл работы устройства повторяется до момента прохождения частоты резонанса (фиг. 2д, tp). .В этот момент перепад уровня на гйходе компаратора 5 запускает ждущий мультивибратор 6, который вырабатывает импульс заданной длительности (фиг. 2ж). В это же время сигнал с выхода амплитудного детектора 4 поступает на один вход сумматора 8. Звуковой генератор

75 (ЪF, +М(т„

Е, 0 (ТРЧ 1-

Н ),)! где

М

Il O IL3 °

Ixlj i IqllLit т

F. л о

Ч, П, С

55

5 15275

11 продолжает изменять частоту вырабатываемого сигнала.

В момент времени (фиг. 2ж, t ) на выходе ждущего мультивибратора 6 появляется отрицательный перепад напряжения. Этот перепад поступает на вход разрешения записи блока 7 выборки-хранения, с выхода которого потенциал, равный потенциалу на выходе усилителя приемника 3 колебаний в момент времени t (фиг. 2з), поступает на другой вход сумматора 8.

На выходе последнего появляется потенциал, равный разности потенциалов на входах (фиг. 2и), Этот потенциал поступает на вход измерительнего блока 9. В это время производится снятие информации с индикатора измерительного блока. Разность амплитуды входного сигнала за интервал времени ñ, позволяет судить о скорости изменения амплитуды в зависимости о т час то ты.

Таким образом, измерение парамет- 25 ров испытуемых иэделий производится последовательно. Сначала измеряется частота собственных колебаний испытуемого изделия, затем амплитуда колебаний на собственной частоте и в пос- 3< леднюю очередь измеряется скорость изменения амплитуды колебаний в зависимости от частоты.

Контроль изделий осуществляется следующим образом. По результатам испытаний выбирается эталонное изделие, которое не имеет дефектов и является годным. Определяется его собственная частота колебаний с шагом в 1 Гц, эа резонансом опреде- 40 ляется изменение амплитуды колебаний в зависимости от частоты и по результатам контроля строится график, Далее строятся соответствующие кривые для контролируемого изделия.

Методика контроля качества и целостности строительных материалов и конструкций осуществляется следующим образом.

Рассмотрим колебания строительных конструкций в виде стержня, закрепленного с одного края. Колебания этого стержня описываются системой дифференциальных уравнений (Ъ + M)Fr - E(IxV + I„> <Т -9 I

-8 (i.I,„)" + (МСЧ ) = 0;

+ (МСП ) - 0;

IÄ )) 9 +((8 Т вЂ” 6 EI )

+ I1x V ) + Е(П Iuр„+

0, коэффициенты Ламе и

Пуассона; — площадь; моменты инерции; модуль упругости; поворот сечения под aosдействием крутящего момента; перемещения элементов лопатки в соответствующем направлении;

9 — угол закрутки;

Т вЂ” жесткость в соответствующем сечении

В результате расчета перечисленных уравнений на машине ЕС1022 на печать выдаются следующие данные. значения собственных частот колебаний, действующие значения напряжений.

Для короткозащемленной балки из неметалла для модуля упругости Е< — 0,3.10 МПа собственная частота равна F = 101 Гц, а при модуле упругости F. = 0,15 10 МПа — F

74 Гц.

Таким образом, при уменьшении физико-механических характеристик в два раза такой информационный параметр, используемый для диагностики, как частота собственных колебаний, изменяется на 25Х. При этом амплитуды колебаний составляют соответственно при Е = 0,3 ° 10 YJIa А = 3,4-10 м, при F. = 0,15 10 МПа, А = 4,6 10 м.

Изменение амплитуды колебаний происходит на 33Ж. Таким образом, амплитуда колебаний изделий является более информативным параметром, по которому можно с большей точ. остью оценивать дефектность изделия.

Определение амплитуды колебаний и по ней определение декремента не находит широкого распространения изза трудностей получения достаточно достоверных данных, недостаточной воспроизводимости результатов контроля и невозможности исключения влияния многочисленных посторонних факторов. Иэ эксперимента выяснено, что более стабильным информативным параметром является скорость изменения амплитуды колебаний в зависимости от частоты вынужденных колеба1527575 ний. Этот параметр характеризует скорость, с которой изделие входит и выходит из резонанса при сближении вынужденной и собственной частот колебаний, рассмотрим амплитудно-частотные характеристики контролируемого изделия А и эталонного В (фиг.3)

Из фиг. 3 (А и Б) видно, что в зависимости от физико-механических характеристик и условий крепления характер изменения амплитуды при приближении к резонансу различный, хотя собственные частоты колебаний

15 совпадают.

Для оценки качества изделия очень важно знать не только его физико-механические характеристики: прочнос ть, модуль упругос ти, плотность, но и динамические показатели, такие как декремент затухания, определенный по разности амплитуд.

Другой динамический показатель можно контролировать в любой точке околорезонансной области и который характеризует скорость изменения амплитуды в зависимости от частоты

25 аА вынужденных колебаний, т. е. —F,,где 30

А — амплитуда колебаний, F — частота вынужденных колебаний.

Для подтверждения информативности данного параметра проводят факторный анализ. Берут два стержня из компо35 эитного материала, причем их физикомеханические характеристики отличают6 ся в два раза: F,< = 0,3 10 МПа;

Е = 0,15 10 МПа, Собственная частота колебаний первого стержня F = 101 Гц, второго—

F = 74 Гц. Для определения скорости изменения амплитуды колебаний от частоты варьируют значением частоты вы- нужденных колебаний в околорезонансной области. Для первого стержня частота составляет 97 н 98 Гц, для второго — 70 и 71 Гц. Сначала производится расчет по программе и рассчитывается амплитуда колебаний .для каждого значения частоты и по этим данным — скорость изменения амплитуды в зависимости от частоты.

На фиг.4а показано изменение амплитудь колебаний для стержня, у которого модуль упругости F.

0,15 10 МПа, на фиг. 46 — для стержня с модулем упругости F.

О, 3 .10ь МПа, Иэ фиг.4 видно, что при изменении модуля упругости в два раза информативный параметр изменяется на 407., что позволяет с большей точностью контролировать целостность деталей, чем такой информативный параметр, как собственная частота колебаний F.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в повышении достоверности и чувствительности и расширении области применения контроля.

С большей точностью можно проводить диагностикудефектов в виде трещин, расслоений внутренних пустот и других, имеющих небольо ие размеры, 8 также уменьшить вероятность пропуска имеющихся скрытых дефектов, Для деталей с разными значениями

6 модулей упругости (Е = 0,3 10 MIIa

6 ! ° и Е = 0,15 10 МПа) с собственными частотами, соответственно, F

101 Гц и F = 74 Гц при варьировании значениями частот F, и F< в области резонанса рассчитывают амплитуды колебаний и значения такого информативного параметра, как скорость изменения амплитуды колебаний в зависимости от частоты, изменение которого составляет 40Х что позволяет с большей точностью.проводить контроль целостности деталей.

Формула изобретения

Устройство для контроля целостности строительньж изделий, содержащее звуковой генератор, излучатель колебаний, чувствительный элемент, приемник колебаний и частотомер, о тличающееся тем, что, с целью цовьг ения точности контроля, оно снабжено амплитудным детектором, компаратором, ждущим мультивибратором, олоком выборки-хранения, сумматором, измерительным блоком, двумя переключателями и источником .управляющего напряжения, причем вьмод приемника колебаний подключен к входу амплитудного детектора и к одним входам компаратора и блока выборки-хранения, выход амплитудного детектора подключен к другому входукомпаратора, кодному из входов сумматора и через первый переключатель — к одному извходов измерительного блока, который через первый переключатель Соединен с выходом сумматора, выход компаратора

1527575 а) г) a) ж) Фиг.2 соединен с одним из входов частотомера и входом лщущего мультивнбратора, выход которого соединен с другими входами блока выборки-хранения и измерительного блока и с входом эвукового генератора, один иэ выходов которого подключен череэ второй переключатель к источнику

О управляющего напряжения, другой выход эвукового генератора соединен с иэлучателем колебаний и с другим

5 входом частотомера, выход блока выборки-хранения подключен к другому входу сумматора, а чувствительный элемент соединен с входом приемника колебаний.

1527575 az

ФИ@. 7

j Гц

70 71 7ф

97 98 10l

Составитель А.Кузнецов

Редактор А.Нандор Техред А.Кравчук Корректор Л.Бескид

Заказ 7506/50 Тираж 789

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул. Гагарина, 101