Устройство для оценки упругих свойств покрытий

 

Использование:измерение и оценка покрытий дорожного покрытия. Сущность изобретения: устройство содержит задатчик 9 механических колебаний с первичным преобразователем 1, усилитель 2, высокочастотный фильтр 4, полосовой фильтр 5, нормирующий усилитель 6, дифференцирующий элемент 7, компараторы 8 и 14, детекторы 4 и 10, ключи 11, 15 и 16, измерители 18 и 19, емкости 12 и 13, генератор 17 частотно-модулированных импульсов, генератор 20 пилообразного напряжения и формирователь 21 импульсов. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ъ (21) 4905574/33 (22) 28,01,91 (46) 15,01.93. Бюл, N 2 (71) Центральный научно-исследовательский институт спорта (72) В.В.Иванов, В.И.Болбат, Г.И.Попов, Б,M.Êîñàðåâ, А.П.Меркин, К,А,Кузнецов и

А,И,Иванов (56) ASTM F 355-86, Standard test methed for

shock-absorbiny properties of playing suzface

system and metirials, Annal book of ASTM

Standards, Philadelphia, 1986.

В,К.Апестин и др. Испытания и оценка прочности нежестких дорожных одежд.

М.,Транспорт, 1977, с. 102 (прототип).. Ы„„1788122 А1 (st)s Е 01 С 23/07, А 63 С 19/02 (54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ УПРУГИХ

СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ (57)Использование;измерение и оценка покрытий дорожного покрытия, Сущность изобретения: устройство содержит задатчик 9 механических колебаний с первичным преобразователем 1, усилитель 2, высокочастотный фильтр 4, полосовой фильтр 5, нормирующий усилитель 6, дифференцирукщ1ий элемент 7, ком параторы 8 и 14, детекторы 4 и 10, ключи 11, 15 и 16, измерители

18 и 19, емкости 12 и 13, генератор 17 частотно-модулированных импульсов, генератор 20 пилообразного напряжения и формирователь 21 импульсов. 3 ил.

1788122

Предлагаемое устройство относится к техническим средствам измерения и оценки спортивно-технических свойств покрытий, например спортсооружений, дорог, площадок и т,д., а именно — упругих свойств, характеризующих демпфирующие или жесткостные механические показатели этих покрытий. Необходимость измерения и оценки упругих свойств покрытий обусловлена тем, что сила, скорость и экономичность спортивных движений (бега, прыжков, ходьбы и т.д,) в значительной степени зависят от упругих свойств покрытий, Так, в частности, сила и скорость движений могут быть значительно увеличены за счет рационального использования упругих сил, возникающих при взаимодействии спортсмена с опорой, а экономичность движений может быть повышена за счет рекуперации механической энергии и уменьшения диссипативных потерь.

Известно устройство для оценки упругих (амортизационных) свойств покрытий, содержащее дозированный груз, с укрупленным на нем датчиком ускорения и измеритель-регистратор ускорения. Методика измерения и оценки, которая называется

"дроп-тест", заключается в том, что дозированный груз в виде шара или цилиндра, например, массой 50 кг, сбрасывается с определенной высоты (например, с высоты 1 м) на поверхность исследуемого покрытия. Далее по разности скорости падения груза и скорости его отскока от поверхности покрытия определяют коэффициент демпфирования покрытия, Недостатки этого устройства следующие: весьма высока погрешность измерений (не менее +5%), что в ряде случаев не обеспечивает получения достоверной (обьективной) оценки, качества покрытий; метод достаточно трудоемок и малоп роизводителен, так как осуществляется вручную.

Известно также устройство для измерения и оценки упругих свойств покрытий, содержащее круглый штамп, устанавливаемый на покрытие; в центре штампа укреплена вертикальная штанга, на которую надета пружина, а сверху нее установлен груз определенной массы, датчик деформации покрытия, Методика измерения и оценки упругих свойств покрытий состоит в том, что груз по штанге поднимается на определенную высоту и затем сбрасывается вниз. Падая. груз ударяется о пружину и через нее передает ударное импульсное воздействие на штамп, и через него и на покрытие. С помощью датчика деформаций в момент удара фиксируется величина упругой деформации покрытия Дя, Далее вычисляется величина динамического модуля упругости покрытия Ея — по формуле:

5 à

Еп= —, Дп где Уд — удельное давление, воспринимае 0 мое поверхностью покрытия от динамического нагружения;

Дп — относительная упругая деформация покрытия, полученная при испытании, К недостаткам данного метода относят15 ся следующие: значительная погрешность измерений (не менее 3,); метод оценки весьма трудоемок (масса груза — 30 кг) и малопроизводителен, т.к, не

20 поддается автоматизации и выполняется вручную.

Данное устройство наиболее близко по своему техническому решению к предлагаемому и поэтому оно принято нами за прото25 тип.

Целью технического решения является повышение точности и производительности оценки упругих своиств покрытий, 30 Цель изобретения достигается за счет того, что оно снабжено задатчиком механических колебаний с первичным преобразователем, усилителем электрических сигналов, высокочастотным фильтром для

35 устранения высокочастотных электромагнитных помех, полосовым фильтром, нормирующим усилителем, дифференцирующим элементом, первым и вторым компараторами, первым и вторым детекторами первым, 40 вторым и третьим ключами, первым и второй емкостью, генератором частотно-модулированных импульсов, генератором пилообразного напряжения и формирователем импульсов, 45 На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, где 1 — первичный преобразователь деформации покрытия; 2 — усилитель электросигналов, поступающих с преобразователя 1; 3 — высокочастотный фильтр; 4—

50 первый детектор; 5 — полосовой фильтр; 6 — нормирующий усилитель: 7 — дифференцирующий элемент; 8 — первый компаратор;9 — задатчик механических колебаний тестируемого покрытия; 10 — второй детек55 тор; 11 — первый ключ; 12 — первая емкость;

13 — вторая емкость; 14 — второй компаратор: 15 — второй ключ; 16 — третий ключ; 17 — генератор частотно-модулированных импульсов; 18 — первый измеритель периода

1788122 колебаний; 19 — второй измеритель периода колебаний; 20 — генератор пилообразного напряжения; 21 — формирователь импульсов; 22 — первый измеритель; 23 — второй измеритель; причем первичный преобразователь 1 через последовательно соединенные между собой усилитель 2, высокочастотный фильтр 3, первый детектор 4 и полосовой фильтр 5 подключен к входу нормирующего усилителя 6, первый выход которого через дифференцирующий элемент 7 подключен к одному из входов первого компаратора 8, второй вход которого соединен с соответствующим задатчиком установки, первый выход первого компаратора 8 подключен к первому входу первого ключа 11, второй выход нормирующего усилителя 6 подключен к первому входу второго компараторг 14 и через второй детектор 10 ко второму входу первого ключа 11, выход которого подключен к первой обкладке первой емкости 12, вторая обкладка которой и первая обкладка второй емкости 13 соединены со вторым входом второго компаратора, выход которого соединен с первым входом второго ключа 15, второй выход первого компаратора 8 соединен с первым входом третьего ключа 16, выходы второго и третьего 16 ключей соединены с первыми входами первого 18 и второго 19 измерителей соответственно, первый выход генератора пилообразных напряжений 20 подключен к входу формирователя импульсов 21, выход которого соединен с третьим входом первого ключа

11 и с вторыми входами измерителей 18 и

19, второй выход генератора пилообразных напряжений 20 подключен к входу генератора частотно-модулированных импульсов

17, первый выход которого соединен с задатчиком механических колебаний 9, а второй — co вторыми входами второго 15 и третьего ключей 16, а вторая обкладка второй емкости 13 соединена с нулевой шиной питания, На фиг. 2 представлена конструкция задатчика механических колебаний 9, который выполнен в одном корпусе с первичным преобразователем 1. Причем задатчик механических колебаний 9 состоит из неподвижной опоры 24, шарнира 25, первой консоли

26, второй консоли 27, электромагнит 28 с подвижным якорем 29. спиральной пружины 30, плоской пружины 31, тензодатчиков

32, наклеенных на плоскую пружину 31. щупа-ударника 33, сердечника электромагнита 34, На фиг, 3 представлена амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) тестируемого (испытуемого) материала покрытия.

Работа устройства заключается в следующем, В начале измерения характеристик покрытия, на его поверхности устанавливается задатчик механических колебаний 9, совмещенный с первичным преобразователем 1, таким образом, чтобы нижний конец щупа-ударника 33 был поднят на определенную высоту над поверхностью материала покрытия. Далее приведя в исходное (рабочее) состояние всю схему устройства с помощью формирователя импульсов 21, запускают генератор пилообразного напряжения 20, который формирует цикл пилообразного напряжения, поступающего на генератор ЧМ импульсов 17. В результате этого генератор

17 начинает вырабатывать импульсы напряжения. частота следования которых изменяется l0 линейному закону. Зти импульсы поступают на вход электромагнита 28 задатчика 9, который срабатывая, через посредство сердечника 34, подвижного якоря 29 и плоскую пружину 31 воздействует на щупударник 33, который с изменяющейся по линейному закону частотой падает с определенной высоты на поверхность покрытия, возбуждая в нем затухающие колебания, которые преобразуются в электрический сигнал первичным преобразователем 1. Эти сигналы усиливаются усилителем 2, фильтруются от помех фильтром 3, детектируются детектором 4, нормируются по амплитуде усилителем 6. На выходе усилителя 6 получаем амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) исследуемого материала покрытия, Форма осциллограммы этой АЧХ приведена на фиг.3. Из этой кривой получаем следующие информативные характеристики упругости материала покрытия: резонансная или собственная частота колебаний покрытия

Fpez и полоса пропускания ЛР на уровне 0.7 максимальной амплитуды колебаний Oped

Зти показатели объективно характеризуютупругие свойства покрытия.

Для автоматического определения этих показателей устройство функционирует следующим образом. С целью фиксации частоты Fpea, соответствующей максимуму кривой АЧХ и ypoBHI0 0,7 oT Upend., Upend, максимальное (резонансное) напряжение с выхода усилителя 6 подается на вход второго детектора максимальных значений 10 и на дифференцирующий элемент 7. Нагрузкой детектора 10 являются два последовательно соединенных конденсатора 12 и 13, величины которых подобраны таким образом, что напряжение на 13 составляет 0,7 величины напряжения на последовательно соединенных конденсаторах 12 и 13. Напряжение на этих конденсаторах как бы отсле1788122

55 живает напряжение на выходе усилителя 6 (с помощью второго компаратора 14). В тот момент, когда это напряжение возрастает до максимального уровня Upend., на выходе дифференцирующего элемента 7 формиру- 5 ется импульс, который поступает на первый компаратор 8, который срабатывает и своим импульсом размыкает первый ключ 11, который отключает конденсаторы 12 и 13 от детектора 10 и замыкает третий ключ 16, 10 который начинает пропускать импульсы с генератора ЧМ импульсов 17 на второй измеритель. периода колебания 19. Результат измерения резонансной (собственной) частоты Fpea. отображается на индикаторе ре- 15 гистратора 23. Напряжение с конденсатора

13, равное по величине 0,7 Upe>,, затем поступает на второй вход компаратора 14, на первый вход которого поступает напряжение с выхода усилителя 6. Компаратор 14 20 сравнивает эти два напряжения по амплитуде и в момент их равенства, т.е. при Uc=0,7

Upee, компаратор 14 срабатывает и на его выходе формируется сигнал, включающий второй ключ 15. который начинает пропу- 25 скать импульсы генератора ЧМ 17 на первый измеритель периода (частоты) колебаний 18. Таким образом, в момент времени, когда напряжение на выхОде усилителя 6 снизится до величины, равной 0,7, Upe>,, 30 произойдет измерение периода (частоты) колебаний, соответствующей частоте Fo,7, Полоса пропускания ЛР определяется из выражения ЛР= 2(ЛРот Fpee).

После окончания цикла измерения с по- 35 мощью импульса сброса формирователя 21 конденсаторы 12 и 13 разряжаются через ключ 11 и схема устройства приходит в ис= ходное рабочее состояние. Далее цикл измерения может повторяться требуемое 40 число раз.

Формула изобретения устройство для оценки упругих свойств покрытий, содержащее задатчик механиче- 45 ских колебаний с первичным преобразователем, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и производительности, оно снабжено усилителем, высокочастотным фильтром, полосовым фильтром, нормирующим усилителем, дифференцирующим элементом, первым и вторым компараторами, первым и вторым детекторами, первым, вторым и третьим ключами, первым и вторым измерителями с соответствующими регистраторами, первой и второй емкостью, генератором частотно-модулированных импульсов, генератором пилообразного напряжения и формирователем импульсов, причем первичный преобразователь через последовательно соединенные между собой усилитель, высокочастотный фильтр, первый детектор и полосовой фильтр подключен к входу нормирующего усилителя, первый выход которого через дифференцирующий элемент подключен к первому входу первого компаратора, второй вход которого соединен с соответствующим задатчиком, первый выход первого компаратора подключен к первому входу первого ключа, второй выход нормирующего усилителя подключен к первому входу компаратора и через второй детектор — к второму входу первого ключа, выход которого подключен к первой обкладке первой емкости, вторая обкладка которой и первая обкладка второй емкости соединены с вторым входом второго компаратора, выход которого соединен с первым входом второго ключа, второй выход первого компаратора соединен с первым входом третьего ключа, выходы второго и третьего ключей соединены с первыми входами первого и второго измерителей соответственно, первый выход генератора пилообразных напряжений подключен к входу формирователя импульсов, выход которого соединен с третьим входом первого ключа и вторыми входами измерителей, второй выход генератора пилообразных напряжений подкл ючен к входу генератора частотно-Модулированных импульсов, первый выход которого соединен с задатчиком механических колебаний, второй — с вторыми входами второго и третьего ключей, а вторая обкладка второй емкости соединена с шиной нулевого питания.

1788122

Составитель В.Иванов

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор Н.Гунько

Редактор

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

Заказ 54 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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