Способ контроля напряжений в арматурных элементах и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области измерений напряжений в арматурных соединениях . Целью изобретения является повышение точности контроля напряжений. Поставленная цель в способе контроля напряжений , заключающемся в том, что на контролируемом стержне устанавливают датчик колебаний, возбуждают свободные поперечные колебания стержня, измеряют период колебаний и определяют напряжение в контролируемом изделии, достигается тем, что датчик устанавливают на середине контролируемого стержня, а на расстоянии, не превышающем четверть длины контролируемого изделия, от первого датчика, устанавливают второй датчик, измеряют одновременно амплитуду сигналов двух датчиков, а напряжение в контролируемом изделии определяют по формуле ст л2/о 12/} Т2-4Е1 у /I2, где I -длина контролируемого элемента, р - плотность его материала , EI - его жесткость при изгибе, Т - период свободных поперечных колебаний контролируемого элемента, у - коэффициент, характеризующий форму кривой контролируемого элемента при колебаниях, у - (l/x). arccos lUmi/Umo, x - расстояние между датчиками колебаний,ито/ит1 - соответственно амплитуды сигналов первого и второго датчиков колебаний. Поставленная цель достигается также устройством, реализующим предлагаемый способ за счет снабжения его дополнительно последовательно соединенными вторым датчиком колебаний , вторым согласующим блоком, первым пиковым детектором, коммутатором , вторым входом подключенным к первому выходу блока обработки, и аналого-цифровым преобразователем, вторым входом подключенным ко второму выходу блока обработки, выходом - к информационному входу блока обработки, вторым пиковым детектором, входом подключенным к выходу первого согласующего блока, а выходом - к третьему входу коммутатора , причем управляющие входы первого и второго пиковых детекторов подключены к третьему выходу блока обработки. 2 с.п.флы, 1 ил. ё ч Ю со о с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4903334/28 (22) 22.01.91 (46) 28.02.93. Бюл. N 8 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по разработке неразрушающих методов и средств контроля качества материалов (72) Н.Ф.Бельдиман, Л.Н.Бельдиман и

В.С. Голобородько (56) Патент Франции N 2001399, кл. G 01 L . 1/00, 1969.

Авторское свидетельство СССР

N 1507940, кл, G 05 D 15/01, 1987. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ В

АРМАТУРНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области измерений напряжений в арматурных соединениях. Целью изобретения является повышение точности контроля напряжений.

Поставленная цель в способе контроля напряжений, заключающемся в том, что на контролируемом стержне устанавливают датчик колебаний, возбуждают свободные поперечные колебания стержня, измеряют период колебаний и определяют напряжение в контролируемом изделии, достигается тем, что датчик устанавливают на середине контролируемого стержня, а на расстоянии, не превышающем четверть длины контролируемого иэделия, от первого датчика, устанавливают второй датчик, измеряют одновременно амплитуду сигналов двух

Изобретение относится к области измерений напряжений в стержнях, канатах и проволоках частотным методом и может, быть использовано, например, в приборах для контроля напря.жений в арматурных

„„5UÄÄ 1798618 А1 (я)5 6 01 В 7/16, G 05 D 15/01 датчиков, а напряжение в контролируемом изделии определяют по формуле о =ë ð

«! / у=Т -4Е! у= /!, где — длина контролируемого элемента, р — плотность его материала, Е! — его жесткость при изгибе, Т вЂ” период свободных поперечных колебаний контролируемого элемента, у — коэффициент, характеризующий форму кривой контролируемого элемента при колебаниях, у = (!/х). arcces Um1/U o, х — расстояние между датчиками колебаний, Uma/Urn1 — соответственно амплитуды сигналов первого и второго датчиков колебаний. Поставленная цель достигается также устройством, реализующим предлагаемый способ за счет снабжения его дополнительно последовательно соединенными вторым датчиком колебаний, вторым еогласующим блоком, первым пиковым детектором, коммутатором, вторым входом подключенным к первому выходу блока обработки, и

-аналого-цифровым преобразователем, вторым входом подключенным ко второму выходу блока обработки, выходом — к информационному входу блока обработки, вторым пиковым детектором, входом подключенным к выходу первого согласующего блока, а выходом — к третьему входу коммутатора, причем управляющие входы первого и второго пиковых детекторов подключены к третьему выходу блока обработки. 2 с.п.флы, 1 ил. элементах предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Целью изобретения является повышение точности контроля напряжений в стержнях, канатах. проволоках двухпараметровым контролем, при котором кроме периода, предус1798618 матривается измерение коэффициента, характеризующего форму кривой деформации упругой линии изделий при колебаниях.

Предложенный способ основывается на решении дифференциального уравнения колебания стержней, нагруженных осевыми растягивающими усилиями, согласно которому форма кривой упругой линии, стержня

{фиг.1) при колебаниях может быть выражена в виде (с1Х- 11 р = р> {coskx-cosy е " 1" ), где р и<р, — максимальное отклонение стержня из состояния равновесия в точках с абсциссами "X" и "О"; и k< — корни характеристического уравнения, получаемого при решении дифференциального уравнения колебания стержней, у и 1> коэффициенты определяе!

2 показывающие значение аргумента косинусоидальной и экспоненциальной составляющих кривой упругой линии в точке опоры ! с координатой X=—

Для арматуры диаметром d{5 < d < 22) имеет место неравенство k» 5 и k»> k, поэтому влияние экспоненциальной составляющей кривой упругой линии стержня сказывается в основном на участке кривой в интервалах — < х < — . Что касается уча-!

4 . 2 ! стка кривой стержня в интервале 0 «< x < 4, то его можно считать без особой погрешности косинусоидальным.

Это обстоятельство можно испольэовать при определении значения корня характеристического уравнения "г ", а следовательно и " у "; Действительно, для точки с коордйнатой Х1(Х1 < — ) имеет место приближенное ! равенство р1 =уЪ coskx>, откуда

1 ! с=- — à rcco s— х! Po

Таким образом, для определения "К" достаточно измерить максимальное смещение стержня ро в точке с абсциссой Х=О.и максимальное смещейие p> в точке с абсциссой Х=1.

Рассматривая движение точек стержня равномерно-ускоренным (замедленным), легко убедиться в справедливости следующих приближенных равенств где ао и а — ускорение точек стержня с абсциссами X=Î и X=X соответственно;

Umo и Um — амплитудные напряжения на выходе идентичных датчиков, реагирующих на ускорение и установленных в точках х =0 и г = х1 соответственно.

Заменяя отношения амплитуд р1/ ро отношением напряжений Um

1 Uml

k=- — агссоз и х1 Umo .

kt I Um1 у = = - arccos . X1 - Umo

Вместо значения k целесообразно использовать значение у> имеющему размерность радиан и физический смысл, связанный непосредственно.с формой кривой упругой линии стержня при колебаниях.

Можно показать, что у — выражает радиальную меру дуги косинусоиды в интервале !

25 от х.=О до <= — . Его значение зависит от

Л диаметра стержня d (y ) при d 11mm

Л . при d<10mm, а при 10

ЗО принять значение малоотличающееся от л /2), а также дл ины и силы натяжения (на- пряжения) в стержне.

Напряжение в стержне в соответствии с вышеизложенным вычиСляется по уточненной формуле, учитывающей изгибную жесткость и форму кривой стержня при колебаниях;

° 41 .

40 ) Т где — длина контролируемого стержня;

p — плотность материала стержня;

T — период свободных колебаний стержня; 45 Е! — жесткость стержня при изгибе.

Таким образом, поставленная цель в способе контроля напряжений, заключающемся в том, что на контролируемом стерж-. не устанавливают датчик колебаний, . 50 возбуждают свободные поперечные колебания стержня, измеряют период колебаний и определяют напряжение в контролируемом изделии по известным зависимостям г> =f(T), достигается тем, что датчик устанав55 ливают на середине контролируемого стержня> а на расстоянии не превышающем четверть длины контролируемого иэделия от первого датчика устанавливают второй датчик, измеряют одновременно амплитуду сигналов двух датчиков, рассчитывают пп

1798618. формуле (3) коэффициент формы кривой у а напряжение в контролируемом изделии определяют по формуле (4). -.

Поставленная цель достигается также устройством, реализующим предлагаемый способ, являющимся усовершенствованием устройства по А,С, N- 1507940 и снабженным дополнительно последовательно соединенными вторым датчиком колебаний, вторым согласующим блоком, первым пиковым детектором, коммутатором, вторым вхбдом подключенным к первому выходу блока обработки, и аналого-цифровым преобразователем, вторым входом подключенным ко второму выходу блока обработки, выходом — к информационному входу блока обработки, вторым пиковым детектором, входом подключенным к выходу первого согласующего блока, выходам к третьему входу коммутатора, причем управляющие входы первого и второго пиковых детекторов подключены к третьему выходу блока обработки.

Способ реализуют путем выполнения следующих последовательных операций, В память блока обработки вводят значе. ния длинь| и диаметра контролируемого стержня, первый датчик колебаний устанавливают на середине контролируемого изделия, а второй — на расстоянии > 1 от второго, не превышающем четверть длины контролируемого изделия, Возбуждают свободные колебания арматуры, преобразуют их с помощью датчиков в электрический сигнал, определяют период колебаний Т в канале для измерения периода колебаний, одновременно измеряют амплитудное напряжение на выходе обоих датчиков колебаний, по формуле (3) определяют значение у в канале для измерения деформации упругой линии стержня при колебании и определяют напряжение контролируемого изделия

: по формуле (4).

На чертеже изображена блок-схема устройства для реализации способа контроля напряжений в стержнях, канатах, проволоках.

Устройство содержит два идентичных датчика 1, 2 колебаний, один из которых (датчик 1) установлен на середине контролируемого стержня 3, второй (датчик 2) установлен на расстоянии х1 от него, Причем расстояние х1 не должно превышать четверть длины стержня (xl < — ). Выходы датI

4 чиков колебаний 1, 2 соединены со входами согласующих блоков 4 и 5 соответственно.

Выходы согласующих устройств соединены с первыми входами пиковых детекторов 6 и

7, вторые входы которых соединены с третьим выходом блока обработки 8, Выходы пиковых детекторов 7 и 6 соединены с первым и третьим входом коммутатора 9, второй его вход соединен с первым выходом блока об5 работки 8. Коммутатор 9 соединен с одниМ . из входов аналого-цифрового преобразователя 10, вТорой его вход соединен со вторым выходом блока обработки 8, а выход его — co входом блока обработки 8. Выход согласуд10 щего блока 4 соединен также со входом усилителя 11, выход которого соединен с первым входом управляемого фильтра 12.

Второй вход управляемого фильтра 12 соединен с выходом программируемого дели15 теля 13 частоты, входы которого соединень! с генератором 14 счетных импульсов и с четвертым выходом блока обработки 8, Первый выход управляемого фильтра 12 через первый формирователь 15 соединен с пер20 вым входом программного счетчика 16, второй его вход соединен с генератором счетных импульсов 14, Выходы счетчика программного.16, а также генератора счетных импульсов 14 соединены соответствен25 но со вторым и первым входами блока обработки 8. Второй выход управляемого фильтра 12 через второй формирователь 17 соединен с одним из входов компаратора

18. Второй его вход соединен с источником

ЗО опорного напряжения 19, а выход его — с четвертым входом блока обработки 8.

Устройство работает следующим образом. Сигнал с выхода датчика 1 колебаний проходит через канал для измерения пери35 ода, в который входят согласующий блок 4, усилитель 11, управляемый фильтр 12, первый формирователь 15, счетчик программ. ный 16, выход которого соединен с информационным входом блока обработки

40. 8. На начальном этапе управляемый фильтр

12 не настроен на частоту сигнала, поэтому дальнейшее его прохождение задерживается, Автоматическая настройка управляемого фильтра 12 осуществляется с помощью

45 его активных элементов, выполненных в виде управляемых проводимостей, работающий в ключевом режиме. Управление работой ключей осуществляется с помощью импульсов переменной скважности, выра50 батываемых программируемым делителем частоты 13 с помощью блока обработки 8, на вход которого поступают счетные импульсы от генератора 14. Наступления резонанса при настройке фильтра 12 обнаруживается

55 с помощью компаратора 18, который сравнивает напряжение, поступающее от источника опорного напряжения 19 с напряжением на выходе второго формирователя

17, подключенного ко второму выходу управляемого фильтра 12. Выход компаратора

1798618

10

20 цифровой преобразователь 10 превращает 25 записанные в память пиковых детекторов 7, 6 амплитуды сигналов в цифровой код, кото30

50

18 соединен с информационным входом блока обработки 8 и таким образом при его срабатывании блок обработки 8 получает сигнал, который приостанавливает процесс деления частоты; происходящий в программном делителе частоты 13.

После настройки фильтра 12. вхоДной сигнал проходит через него и в фильтрованном виде поступает на вход первого фильтрователя 15. Последний формирует прямоугольные импульсы, равные периоду колебаний, в счетчике 16 программном период превращается в код, который поступает на информационный вход блока обработки 8 и записывается в памяти.

Одновременно для измерения коэффициента формы кривой у сигнал с выходом датчиков 1, 2 через согласующие устройства

4,5 поступают на входы пиковых детекторов

6 и 7, где запоминаются их амплитуды. С помощью управляющего входа коммутатор

9 подключает ко входу аналого-цифрового преобразователя 10 сначала первый 6, затем второй 7 пиковый детектор. Аналогорый поступает на информационный вход блока обработки 8, Блок обработки 8. вычисляет отношение напряжений на выходе датчиков Um>/0m<, а также пройзводит расчеты для определения у по формуле.(3). По измеренным значениям периода Т и вычисленным значениям. ), блок обработки 8 производит расчеты по определению напряжений по формуле (4), Использование предлагаемых изобре. ений позволит повысить,,точность частотного метода контроля напряжения в арматуре, т,к. при измерении, кроме периода свободных колебаний Т определяется и второй параметр — являющийся сложной функцией d, I и аи учитывающий форму кривой упругой линии стержня при колебанйях.

Расчет напряжения по формуле (4) позволяет учитывать как изгибную жесткость стержня (второй член), так и коэффициент у который, как видно из формулы, оказывает влияние на результат измерений, Формула изобретения

1, Способ контроля напряжений в арматурных элементах, заключающийся в том„ что на контролируемом элементе устанавливают датчик колебаний, возбуждают в элементе свободные поперечные колебания, измеряют период колебаний и определяют напряжение в контролируемом элементе, отличающийся тем, что,c целью повышения точности, датчик устанавлива8 ют на середине контролируемогр элемента на расстоянии от датчика менее четверти длины контролируемого элемента, устанавливают второй датчик колебаний, затем измеряют одновременно амплитуды сигналов двух датчиков, а напряжение о в контролируемом элементе определяют по формуле фр| 4ЕIÐ

2Т2 12 где — длина контролируемого элемента; р — плотность материала контролируемого элемента;

Е? — жесткость контролируемого элемента при изгибе;

Т вЂ” период свободных поперечных колебаний контролируемого элемента; у — коэффициент, характеризующий форму кривой контролируемого элемента при колебаниях m ;

y =--. .— arccos

X . Umo х — расстояние между датчиками колебаний;

Umo, 0ы — соответственно амплитуды сигналов первого и второго датчиков колебаний.

2. Устройство для контроля напряжений. в арматурных элементах, содержащее согласующий блок, подключенный к его входу датчик колебаний; управляемый фильтр, генератор импульсов, соединенные с ними первыми входами делитель частоты, счетчик и блок обработки, усилитель, соединенный входом с выходом согласующего блока, и выходом — с первым входом управляемого фильтра, второй вход которого соединен с выходом делителя частоты, первый и второй формирователи, соединенные с выходОм управляемого фильтра, последовательно соединенные источник опорного напряжения и компаратор, второй вход которого соединен с выходом второго формирователя, а выход — с информационным входом блока обработки, выход первого формирователя соединен с вторым входом счетчика, выход. которого соединен с информационным входом блока обработкй, соединенного выходом с вторым. входом делителя частоты, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено последовательно соединенными вторым

5 датчиком колебаний, вторым согласующим блоком, первым пиковым детектором, коммутатором, вторым входом соединенным с первым выходом блока обработки, аналогоцифровым преобразователем, вторым входом соединенным с вторым выходом блока

1798618

Составитель В.Бельдиман

Техред М.Моргентал Корректор М.Самборская

Редактор

Заказ 764 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 обработки, выходом — с информационным входом блока обработки и вторым пиковым детектором, соединенным входом с выходом первого согласующего блока, а выходом — с третьим входом коммутатора, причем управляющие входы первого и второго пиковых детекторов подключены к третьему выходу блока обработки,