Устройство контроля состояния участка поверхности конструкции, способ обнаружения повреждения участка поверхности конструкции и диагностическое покрытие

Группа изобретений относится к области диагностики механического состояния конструкций, а именно к технике диагностики повреждения поверхностей конструкций. Достигается повышение точности определения места повреждения поверхности. Устройство контроля состояния участка поверхности конструкции содержит электрические проводники, закрепленные на участке поверхности конструкции. При этом указанные проводники составляют две группы и электрически изолированы друг от друга и от электропроводящих частей поверхности конструкции. Проводники, составляющие одну группу, не пересекаются, а проводники разных групп пересекаются под углом α, причем любые два проводника из разных групп пересекаются не более чем в одной точке. Также предложены способ и диагностическое покрытие для обнаружения повреждения участка поверхности конструкции. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 15 ил.

 

Заявляемая группа изобретений относится к области диагностики механического состояния конструкций, а именно к технике диагностики повреждения поверхностей конструкций.

Известен способ обнаружения появления и развития трещин (а.с. СССР №1739270, МПК 5 G01N 27/61, 1992 [1]), включающий формирование весовых токов с весовыми значениями, пропорциональными членам степенного ряда, показатели членов которых равны порядковым номерам лепестков, которые предварительно укрепляют параллельно один другому на поверхности элемента конструкции, суммирование весовых токов через лепестки, преобразование значения суммы весовых токов через лепестки в цифровой код, пропускание электрических токов через лепестки, определение места появления трещины по пропаданию электрического тока через оборванный появлением трещины лепесток и определение развития трещины по следующему во времени пропаданию электрического тока в других лепестках.

Недостатком известного способа является ограниченность области его применения только теми случаями, когда имеется предварительная информация о месте и направлении возможного появления трещин.

Известно устройство для обнаружения повреждений трубопровода (а.с. СССР №1688021, МПК 5 F17D 5/00, 1991 [2]), содержащее регистратор, исходный и обратный проводники. Оба проводника навиты по спирали на наружной поверхности трубопровода. При этом витки обратного проводника размещены между витков исходного проводника, образуя бифилярную обмотку. Одни концы проводников подключены ко входам регистратора, а вторые соединены между собой. Способ обнаружения повреждений трубопровода заключается в постоянном контроле электрического разрыва или замыкания проводников.

Недостатком указанного устройства и способа является низкая точность локализации места повреждения: с помощью указанных технических средств можно лишь получить ответ на вопрос «есть повреждение на участке или нет». При этом невозможно определить, в каком месте участка произошло повреждение.

Из описания изобретения к а.с. СССР №1760235, МПК 5 F17D 5/02, 1992 [3], известно также устройство для контроля за состоянием наружной поверхности трубопровода, состоящего из отдельных участков и покрытого изоляцией, содержащее охватывающие всю поверхность трубопровода электропроводники, проложенные между изоляционными слоями вдоль трубопровода. Концы электропроводников выведены за пределы изоляции. Вдоль трубопровода проложен многожильный кабель, к каждой паре жил которого подсоединены электропроводники каждого участка трубопровода. Свободные концы кабеля выведены на контрольный щит. Для определения места повреждения поверхности трубопровода подключают тестер к клеммам, к которым выведены электропроводники. Если есть разрыв цепи, то это означает повреждение электропроводника и изоляции трубопровода на определенном участке.

Недостатком указанных технических решений [3] является низкая точность локализации места повреждения поверхности трубопровода - с точностью до участка трубопровода.

Указанное устройство для контроля за состоянием наружной поверхности трубопровода и способ его использования [3] является по совокупности существенных признаков наиболее близким техническим решением того же назначения к заявляемой группе изобретений (прототипом).

Техническим результатом, обеспечиваемым каждым изобретением из заявляемой группы, является повышение точности определения места повреждения поверхности.

Сущность устройства контроля состояния участка поверхности конструкции состоит в том, что оно содержит электрические проводники, закрепленные на участке поверхности конструкции. При этом указанные проводники составляют две группы и электрически изолированны друг от друга и от электропроводящих частей поверхности конструкции. Проводники, составляющие одну группу, не пересекаются, а проводники разных групп пересекаются под углом α, причем любые два проводника из разных групп пересекаются не более чем в одной точке.

Проводники разных групп преимущественно выполнены пересекающимися под углом α=90°, при этом проводники в каждой группе размещены на постоянном расстоянии h друг от друга, одинаковом для обеих групп.

Для участка поверхности конструкции, выполненного в форме параллелограмма, проводники целесообразно располагать параллельно сторонам параллелограмма, ограничивающего этот участок.

Для участка поверхности конструкции, выполненного в форме трубопровода, проводники первой группы допустимо располагать вдоль длины трубопровода, а второй группы - перпендикулярно проводникам первой группы. Возможно также размещать проводники на внешней поверхности участка по спирали. При этом каждый проводник должен делать на участке пол-оборота, а проводники второй группы должны быть навиты в противоположную сторону относительно проводников первой группы.

Проводники возможно выполнять в виде изолированных проводов, а соединение проводников и участка поверхности конструкции возможно выполнять связующим веществом.

Для диэлектрического участка поверхности конструкции каждый проводник допустимо выполнять в виде неизолированного провода, при этом проводники первой и второй группы должны быть разделены слоем диэлектрика.

Для электропроводящего участка поверхности конструкции и выполнения проводников в виде неизолированных проводов, на поверхности конструкции необходимо закреплять первый слой диэлектрика, на котором возможно размещать проводники первой группы, поверх которых следует размещать второй слой диэлектрика, на котором надлежит укладывать проводники второй группы, поверх которых желательно размещать защитный слой диэлектрика.

Для конструкции, представляющей собой прямоугольную цистерну, каждый участок поверхности конструкции выполнен в виде грани прямоугольной цистерны, причем электрические проводники размещены на каждом участке параллельно ребрам цистерны, ограничивающим участок.

Сущность способа обнаружения повреждения участка поверхности конструкции состоит в том, что выполняют контроль целостности электрических проводников, закрепленных на участке поверхности конструкции. При этом проводники составляют две группы и электрически изолированы друг от друга и от электропроводящих частей поверхности конструкции. Проводники, составляющие одну группу, не пересекаются, а проводники разных групп пересекаются под углом α, причем любые два проводника из разных групп пересекаются не более чем в одной точке.

Сущность диагностического покрытия состоит в том, что оно содержит электрические проводники, составляющие две группы и электрически изолированные друг от друга. При этом проводники одной группы, не пересекаются, а проводники разных групп пересекаются под углом α, причем любые два проводника из разных групп пересекаются не более чем в одной точке.

Диагностическое покрытие допустимо выполнять в виде переплетенных между собой электрических проводников, каждый из которых выполнен в виде изолированного провода.

Проводники возможно выполнять в виде изолированных проводов. При этом проводники одной группы допустимо размещать по одну сторону диагностического покрытия, а проводники другой группы - по другую сторону, причем в местах пересечения проводов их изоляции жестко соединены. При этом изоляции проводов могут быть соединены с помощью связующего вещества. Возможно также изоляцию проводов при этом выполнять из материала на основе полиэтилена, а соединение изоляции проводов в местах пересечения выполнять за счет диффузии поверхностных слоев изоляции.

Диагностическое покрытие может быть выполнено в виде трех слоев диэлектрика, между которыми размещены два слоя электрических проводников, выполненных в виде неизолированных проводов, при этом в одном слое электрических проводников размещены проводники только одной группы. Внешнюю поверхность одного из внешних слоев диэлектрика целесообразно выполнять клейкой.

Сущность группы изобретений поясняется следующими чертежами.

На фиг.1 показана схема заявляемого устройства контроля состояния участка поверхности конструкции, на фиг.2 - вид А фиг.1 (увеличено); на фиг.3 - схема устройства по примеру 2; на фиг.4 - схема устройства по примеру 3; на фиг.5 - схема устройства по примеру 4; на фиг.6 - схема устройства по примеру 5; на фиг.7 - схема устройства по примеру 6; на фиг.8 - схема устройства по примеру 7; на фиг.9 - схема устройства по примеру 9; на фиг.10 - схема диагностического покрытия; на фиг.11 - схема диагностического покрытия по примеру 1; на фиг.12 - схема диагностического покрытия по примеру 2; на фиг.13 - схема диагностического покрытия по примеру 3; на фиг.14 - схема диагностического покрытия по примеру 4; на фиг.15 - схема диагностического покрытия по примеру 6.

Поверхность конструкции, состояние которой подлежит контролю, разделена на участки. Устройство контроля состояния каждого участка поверхности конструкции (фиг.1) содержит систему пересекающихся электрических проводников 1, закрепленных на участке поверхности 2 конструкции. Проводники 1 электрически изолированы друг от друга и от электропроводящих частей поверхности 2 конструкции. Проводники 1 разделены на две группы. Проводники 1, составляющие одну группу, не пересекаются. Проводники 1 разных групп пересекаются под заданным углом α (фиг.2). Любые два проводника из разных групп пересекаются не более чем в одной точке. Система проводников представляет собой координатную сетку поверхности 2 конструкции, в которой двум числам, представляющим собой номера проводников 1 первой и второй групп, соответствует не более чем одна точка на поверхности 2 конструкции.

Примеры конкретной реализации.

Пример 1.

С целью равномерного распределения точек пересечения проводников 1 по плоской поверхности 2 конструкции проводники 1 разных групп выполнены пересекающимися под углом α=90°. При этом проводники 1 в каждой группе размещены на постоянном расстоянии h друг от друга, одинаковом для обеих групп (фиг.2).

Пример 2.

В случае контроля состояния участка поверхности 2 конструкции в форме параллелограмма, с целью сокращения расстояния, на котором распределены концы проводников 1 одной группы, проводники 1 расположены параллельно сторонам параллелограмма, ограничивающего участок поверхности конструкции (фиг.3).

Пример 3.

С целью контроля состояния участка поверхности 2 трубопровода проводники 1 первой группы располагаются вдоль длины трубопровода, а второй группы - перпендикулярно проводникам первой группы (фиг.4).

Пример 4.

С целью контроля состояния поверхности 2 трубопровода участок представляет собой отрезок трубопровода (фиг.5). Для обеспечения размещения концов проводников 1 только на границе участка проводники 1 размещены на внешней поверхности 2 трубопровода по спирали, причем каждый проводник 1 делает на участке поверхности 2 трубопровода пол-оборота. Проводники 1 второй группы навиты в противоположную сторону относительно проводников 1 первой группы.

Общее количество проводников 1, необходимое для контроля состояния участка поверхности 2 трубопровода, определяется соотношением

N=4πRx,

где N - количество проводников обеих групп на участке трубопровода;

R - внешний радиус трубопровода;

х - количество проводников одной группы на 1 см поперечного сечения трубопровода.

Пример 5.

С целью унификации заявляемого устройства контроля состояния участка поверхности конструкции каждый проводник 1 выполнен в виде изолированного провода (фиг.6). При этом заявляемое устройство изготавливается следующим образом. На участок поверхности 2, состояние которой предполагается контролировать, наносят слой связующего вещества 3. Поверх указанного слоя 3 укладывают первую группу проводников 1. Поверх проводников 1 первой группы под углом к ним укладывают проводники 1 второй группы. После чего ожидают отверждение связующего вещества 3. При этом в зависимости от толщины слоя связующего 3 проводники 1 могут быть частично или полностью погружены в этот слой.

Пример 6.

С целью сокращения расходов материалов на изготовление заявляемого устройства контроля состояния участка диэлектрической поверхности 2 конструкции проводники 1 выполняют в виде неизолированных проводов (фиг.7). При этом на контролируемую поверхность 2 конструкции уложены проводники 1 первой группы, поверх которых размещен слой диэлектрика 4, поверх которого под углом к проводникам 1 первой группы уложены проводники 1 второй группы.

Пример 7.

С целью использования на участке электропроводящей поверхности 2 конструкции заявляемое устройство контроля (фиг.8) содержит слой диэлектрика 5, нанесенный на поверхность 2 конструкции, на который уложены проводники 1 первой группы, выполненные в виде неизолированных проводов. Поверх проводников первой группы расположен слой диэлектрика 4, поверх которого под углом к проводникам первой группы уложены проводники 1 второй группы, выполненные в виде неизолированных проводов. Поверх проводников второй группы расположен защитный слой диэлектрика 6.

Пример 8.

С целью контроля состояния внешней поверхности прямоугольных цистерн танкера каждый участок поверхности 2 представляет собой одну грань цистерны (танка). Электрические проводники 1 размещены на каждом участке параллельно ребрам цистерны, ограничивающим участок 2. Угол α между проводниками из разных групп составляет, таким образом, 90° (α=90°).

Пример 9.

С целью сокращения толщины устройства контроля состояния участка диэлектрической поверхности 2 конструкции проводники 1 выполняют в виде неизолированных отрезков фольги (фиг.9). При этом на контролируемую поверхность 2 конструкции уложены проводники 1 первой группы, поверх которых размещен слой диэлектрика 4, поверх которого под углом к проводникам 1 первой группы уложены проводники 1 второй группы. Поверх проводников второй группы расположен защитный слой диэлектрика 6.

Реализация конструктивных элементов заявляемого устройства контроля состояния участка поверхности конструкции не ограничивается приведенными выше примерами.

В заявляемом устройстве контроля состояния участка поверхности конструкции заявляемый технический результат: «повышение точности определения места повреждения поверхности» достигается за счет того, что устройство контроля состояния участка поверхности конструкции содержит электрические проводники, закрепленные на участке поверхности конструкции. При этом указанные проводники составляют две группы и электрически изолированы друг от друга и от электропроводящих частей поверхности конструкции. Проводники, составляющие одну группу, не пересекаются, а проводники разных групп пересекаются под углом α, причем любые два проводника из разных групп пересекаются не более чем в одной точке.

Заявляемый способ обнаружения повреждения участка поверхности конструкции заключается в том, что контролируют целостность пересекающихся электрических проводников 1, закрепленных на участке поверхности 2 конструкции и представляющих координатную сетку поверхности конструкции (фиг.1).

Проводники 1 электрически изолированы друг от друга и от электропроводящих частей поверхности 2 конструкции. Проводники 1 разделены на две группы. Проводники 1, составляющие одну группу, не пересекаются. Проводники 1 разных групп пересекаются под заданным углом α (фиг.2). Любые два проводника 1 из разных групп пересекаются не более чем в одной точке.

Проводники 1 расположены на участке поверхности 2 конструкции так, что двум числам, представляющим собой номера проводников 1 первой и второй групп, соответствует не более чем одна точка на поверхности 2 конструкции. Указанная зависимость отражена в монтажной схеме конструкции.

При механическом повреждении поверхности 2 конструкции происходит разрыв электрических проводников 1, закрепленных на поверхности 2. Указанный разрыв определяют по отсутствию электрического тока в проводнике 1 при подключении его концов к источнику питания. Место (или места) повреждения поверхности 2 определяют с помощью монтажной схемы конструкции по номерам разорванных проводников 1 как множество точек пересечения этих проводников.

Количество проводников 1 и количество точек их пересечения (шаг координатной сетки) определяют в зависимости от следующих факторов:

- требуемой точности определения повреждения;

- минимального размера возможного повреждения, подлежащего обнаружению.

В заявляемом способе обнаружения повреждения участка поверхности конструкции заявляемый технический результат: «повышение точности определения места повреждения поверхности» достигается за счет того, что способ обнаружения повреждения участка поверхности конструкции включает контроль целостности электрических проводников, закрепленных на участке поверхности конструкции. При этом проводники составляют две группы и электрически изолированы друг от друга и от электропроводящих частей поверхности конструкции. Проводники, составляющие одну группу, не пересекаются, а проводники разных групп пересекаются под углом α, причем любые два проводника из разных групп пересекаются не более чем в одной точке.

Диагностическое покрытие содержит систему пересекающихся электрических проводников 1, электрически изолированных друг от друга (фиг.10). Проводники 1 разделены на две группы. Проводники 1, составляющие одну группу, не пересекаются. Проводники 1 разных групп пересекаются под заданным углом α. Любые два проводника 1 из разных групп пересекаются не более чем в одной точке. Система проводников представляет собой координатную сетку, в которой двум числам, представляющим собой номера проводников 1 первой и второй групп, соответствует не более чем одна точка диагностического покрытия.

Примеры конкретной реализации.

Пример 1.

Диагностическое покрытие выполнено в виде переплетенных между собой электрических проводников 1, каждый из которых выполнен в виде изолированного провода (фиг.11). При изготовлении такого диагностического покрытия используется известный способ плетения.

Пример 2.

Проводники 1 выполнены в виде изолированных проводов (фиг.12). Диагностическое покрытие выполнено в виде двух групп пересекающихся проводников 1. При этом проводники 1 одной группы размещены по одну сторону диагностического покрытия, а проводники другой группы - по другую сторону. В местах пересечения изоляции проводов жестко соединены. При изготовлении диагностического покрытия изоляцию проводов соединяют при помощи клея 7.

Пример 3.

Аналогично примеру 2. При этом изоляция проводов выполнена на основе полиэтилена. При изготовлении диагностического покрытия поверхностных слой изоляции нагревают до пластического состояния, соединяют изоляции проводов в местах пересечения и отверждают (фиг.13).

Пример 4.

Диагностическое покрытие выполнено в виде трех слоев диэлектрика, между которыми размещены два слоя электрических проводников 1, выполненных в виде неизолированных проводов. При этом в одном слое электрических проводников 1 размещены проводники только одной группы (фиг.14).

Пример 5.

Аналогично примеру 4, но внешняя поверхность одного из внешних слоев диэлектрика выполнена клейкой для облегчения монтажа диагностического покрытия на поверхность конструкции.

Пример 6.

С целью сокращения толщины диагностического покрытия проводники 1 выполняют в виде неизолированных отрезков фольги (фиг.15). Диагностическое покрытие выполнено при этом в виде трех слоев диэлектрика, между которыми размещены два слоя электрических проводников 1. При этом в одном слое электрических проводников 1 размещены проводники только одной группы.

Реализация конструктивных элементов диагностического покрытия не ограничивается приведенными выше примерами.

В заявляемом диагностическом покрытии заявляемый технический результат: «повышение точности определения места повреждения поверхности» достигается за счет того, что диагностическое покрытие содержит электрические проводники, составляющие две группы и электрически изолированные друг от друга. При этом проводники одной группы, не пересекаются, а проводники разных групп пересекаются под углом α, причем любые два проводника из разных групп пересекаются не более чем в одной точке.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. А.с. СССР №1739270, МПК 5 G01N 27/61, 1992.

2. А.с. СССР №1688021, МПК 5 F17D 5/00, 1991.

3. А.с. СССР №1760235, МПК 5 F17D 5/02, 1992.

1. Устройство контроля состояния участка поверхности конструкции, содержащее электрические проводники, закрепленные на участке поверхности конструкции, отличающееся тем, что проводники составляют две группы и электрически изолированы друг от друга и от электропроводящих частей поверхности конструкции, при этом проводники, составляющие одну группу, не пересекаются, а проводники разных групп пересекаются под углом α, причем любые два проводника из разных групп пересекаются не более чем в одной точке.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что проводники разных групп выполнены пересекающимися под углом α=90°, при этом проводники в каждой группе размещены на постоянном расстоянии h друг от друга, одинаковом для обеих групп.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрические проводники закреплены на участке поверхности конструкции в форме параллелограмма параллельно его сторонам.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрические проводники закреплены на участке поверхности конструкции в форме трубопровода, причем проводники первой группы располагаются вдоль длины трубопровода, а второй группы - перпендикулярно проводникам первой группы.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрические проводники закреплены на участке поверхности конструкции в форме отрезка трубопровода, при этом проводники обеих групп размещены вдоль длины отрезка трубопровода по спирали, и каждый проводник делает на упомянутом отрезке трубопровода пол-оборота, а проводники второй группы навиты в противоположную сторону относительно проводников первой группы.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый проводник выполнен в виде изолированного провода, а соединение проводников и участка поверхности конструкции выполнено связующим веществом.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрические проводники закреплены на диэлектрическом участке поверхности конструкции, причем каждый проводник выполнен в виде неизолированного провода, при этом проводники первой и второй группы разделены слоем диэлектрика.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрические проводники закреплены на электропроводном участке поверхности конструкции, покрытом первым слоем диэлектрика, на котором размещены проводники первой группы, поверх которых размещен второй слой диэлектрика, на котором размещены проводники второй группы, поверх которых размещен защитный слой диэлектрика, причем каждый проводник выполнен в виде неизолированного провода.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрические проводники закреплены на участке поверхности конструкции в виде грани прямоугольной цистерны танкера параллельно ее ребрам.

10. Способ обнаружения повреждения участка поверхности конструкции, включающий контроль целостности электрических проводников, закрепленных на участке поверхности конструкции, отличающийся тем, что проводники составляют две группы и электрически изолированы друг от друга и от электропроводящих частей поверхности конструкции, при этом проводники, составляющие одну группу, не пересекаются, а проводники разных групп пересекаются под углом α, причем любые два проводника из разных групп пересекаются не более чем в одной точке.

11. Диагностическое покрытие для обнаружения повреждения участка поверхности конструкции, содержащее электрические проводники, отличающееся тем, что проводники составляют две группы и электрически изолированы друг от друга, при этом проводники одной группы не пересекаются, а проводники разных групп пересекаются под углом α, причем любые два проводника из разных групп пересекаются не более чем в одной точке.

12. Диагностическое покрытие по п.11, отличающееся тем, что оно выполнено в виде переплетенных между собой электрических проводников, каждый из которых выполнен в виде изолированного провода.

13. Диагностическое покрытие по п.11, отличающееся тем, что проводники выполнены в виде изолированных проводов, при этом проводники одной группы размещены по одну сторону диагностического покрытия, а проводники другой группы - по другую сторону, причем в местах пересечения проводов их изоляции жестко соединены.

14. Диагностическое покрытие по п.13, отличающееся тем, что изоляции проводов соединены с помощью связующего вещества.

15. Диагностическое покрытие по п.13, отличающееся тем, что изоляция проводов выполнена из материала на основе полиэтилена, а соединение изоляции проводов в местах пересечения выполнено за счет диффузии поверхностных слоев изоляции.

16. Диагностическое покрытие по п.11, отличающееся тем, что оно выполнено в виде трех слоев диэлектрика, между которыми размещены два слоя электрических проводников, выполненных в виде неизолированных проводов, при этом в одном слое электрических проводников размещены проводники только одной группы.

17. Диагностическое покрытие по п.16, отличающееся тем, что внешняя поверхность одного из внешних слоев диэлектрика выполнена клейкой.