Устройство неразрушающего контроля параметров колебаний строительных изделий

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для неразрушающего контроля параметров колебаний строительных контрукций. . Цель изобретения - повьппение разрешающей способности и быстродействия - достигается за счет устранения погрешностей , связанных с нестабильностью характеристик объекта измерения, и замены инердаонных механических элементов оптическими. Поток ИК-излучёния , генерируемый источником 2 инфракрасного излучения (светодиодом, направляется во входной зрачокпроекционного объектива 4. Отраженный от поверхности объекта поток ИК-излучения и несущий в себе информащш о частоте и амплитуде колебаний объекта поступает во входной зрачок приемного объектива 5, формирующего вторичное изображение световой марки в плоскости чувствительных площадок фотодиодов 6, 7. Свободные колебания объекта вдоль нормали N вызьшают колебания световой марки по полю чувствительных площадок фотодиодов 6, 7 с амплитудой, пропорциональной величине смещения X, Фотоэлектрические сигналы, вырабатываемые фотодиодами, усиливаются и обрабатываются, в результате чего формируются прямоугольные импульсы длительностью 31, функционально связанной с амплитудой X и частотой колебаний объекта. В результате дальнейшей обработки формируется синусоидальный сигнал, который усиливается и подается на усилитель 19 мощности, нагруженный на возбудитель 20 акустических колебаний (громкоговоритель ) , замыкающий цепь положительной обратной связи, создавая авторезонансный режим работы устройства . 3 ил. | О) .й

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

С01.йИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5р 4 С 01 Н 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4281318/24-28 (22) 10.07.87 (46) 23.03.89. Бюл. Р 11 (71) Северо-Западный заочный политехнический институт (72) А.И.Потапов, С.М.Ильичев, С.С.Иихейкин и А.И.Концевич (53) 534,7 (088.8) (56) Цыркин Э.З. Контроль лопаточного аппарата паровых турбин.И.:Энергия, 1978. с. 54. (54) УСТРОЙСТВО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ. ПАРАМЕТРОВ КОЛЕБАНИЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для неразрушающего контроля параметров колебаний строительных контрукций. . Цель изобретения — новьппение разрешающей способности и быстродействия— достигается за счет устранения погрешностей, связанных с нестабильног стью характеристик объекта измерения, и замены инерционных механических элементов-оптическими. Поток ИК-излучения, генерируемый источником 2 инфракрасного излучения (светодиодом), направляется во входной зрачок-проекИзобретение относится к области измерительной техники и предназначено для неразрушающего контроля параметров колебаний строительных констI укций.

Цель изобретения — повьппение разрешающей способности и быстродействия.

„„SU„„1467401 А1 ционного объектива 4. Отраженный от поверхности объекта поток ИК-излуче ния и несущий в себе информацию о частоте и амплитуде колебаний объекта поступает во входной зрачок приемного объектива 5, формирующего вторичное изображение световой марки.в плоскости чувствительных площадок фотодиодов 6, 7. Свободные колебания объекта вдоль нормали N вызывают колебания световой марки по полю чувствительных площадок фотодиодов 6, 7 с амплитудой, пропорциональной величине смещения Х. Фотоэлектрические сигналы, вырабатываемые фотодиодами, усиливаются и. обрабатываются, в ре- а зультате чего формируются прямоуголь-ные импульсы длительностью П t, Функ- (д ционально связанной с амплитудой Х и частотой колебаний объекта. В результате дальнейшей обработки формируется синусоидальный сигнал, который усиливается и подается на усилитель

19 мощности, нагруженный на возбудитель 20 акустических колебаний (гром- а коговоритель), замыкающий цепь положительной обратной связи, создавая авторезонансный режим работы устрой ства. 3 ил. Ю

М 1

Цель достигается за счет устранения погрешностей, связанных с нестабильностью характеристик объекта измерения и замены инерционных механических элементов оптическими.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства неразрушающего контроля параметров колебаний; на фиг.2—

1467401 где Ч

tqq эпюры напряжений в различных точках схемы; на фиг;3 — положения световой марки относительно светодиодов.

Устройство содержит премный датчик, выполненный на основе оптоэлектронной

- 5 пары с оптически связанными проекционным и приемныМ каналами, оптические оси которых установлены под равными углами а к поверхности объектов, проекционный канал, который содержит генератор 1 экспоненциально спадающих импульсов тока, питающий источник 2 инфракрасного (ИК) излучения, прямоугольную диафрагму 3 и про- 15 екционный объектив 4, а приемный канал содержит приемный объектив 5 и фотоприемник " двумя фотодиодами 6 и

7, предварительные усилители 8 и 9, амплитудный детектор 10, первый ком- 20 паратор 11, интегратор 12, дополнительный амплитудный детектор 13, второй компаратор 14, ждущий мультивибратор 15, формирователь 16 синусоидального напряжения, фазовращатель 25

17, усилитель 18, усилитель 19 мощности, возбудитель 20 акустических .колебаний, направляемых на объект 21 испытаний, частотомер 22 и вольтметр

23. 30

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 экспоненциально спадающих импульсов формирует последовательность сигналов вида

V(t) = ч, ", (1) — амплитуда сигналов; — начальный момент формирования сигнала; 40 — постоянная времени экспоненциальной функции.

Экспоненциально спадающие импульсы тока преобразуются через источник 2 излучения в импульсы ИК-излучения (световые сигналы), изменяющиеся во времени по экспоненциальному закону.

Поток излучения в ИК-области спек-, тра, генерируемый источником 2 в виде экспоненциально спадающих импульсов, проходит через прямоугольную

50 диафрагму 3 и направляется на проекционный объектив 4, который формирует

:изображение диафрагмы на поверхности объекта в виде световой марки. Отра- 55 женный от поверхности объекта поток

ИК-излучения, несущий в себе информацию о частоте и амплитуде колебаний объекта, поступает на приемный объектив 5, который формирует изображение световой марки в плоскости чувствительных площадок фотодиодов 6 и 7.

Поток ИК-излучения при облучении чувствительных площадок фотодиодов

6 и 7 вызывает появление фотоэлектрических сигналов, которые поступают на входы предварительных усилителей.

С выходов предварительных усилителей 8 и 9 сигналы поступают на один из входов компаратора 11 и иа вход первого амплитудного детектора 10.

Амплитудный детектор 10 формирует постоянное напряжение, равное амплитудному значению сигнала усилителя 9.

С учетом того, что фотоприемники 6 и 7, работающие в фотодиадном режиме, и предварительные усилители 8 и 9 имеют линейные передаточные характеристики, на выходе последних выделяются экспоненциально спадающие сигналы вида (фиг.2).

V,(t)=Ч (С)=Ч ехр, (2) где Ч,<, — амплитуда сигналов фотоприемников 6 и 7.

Таким образом, на входы компаратора 11 напряжения поступают два сигнала: постоянное напряжение с выхода амплитудного детектора 10 и экспонен-, циально спадающие импульсы напряжения с выхода усилителя 8. В момент равенства этих сигналов на выходе ком аратора i1 напряжения формируются прямоугольные импульсы. Передний фронт импульсов в начальный момент времени

t формирования экспоненциально спадающих сигналов. Задний фронт импульса формируется в момент совпадения экспоненциально спадающего и постоянного напряжений t îïðåäåëÿåìîãî условием (фиг.2). Ч = Чо ехр — —. (3)

<е <3

Решая уравнение (3), получаем выражение для длительности импульса компаратора

pt=t -t =-Я ).» — Ч а

0 т (4)

Амплитуда фотоэлектрических сигна-. лов зависит от интенсивности светового потока Е, квантовой эффективности фотодиодов р и величины освещения изображением марки плошади чувствительного слоя S ф . Для V q и Ч можно записать (5)

V о1 (м E p Sô (и °

1467401

Подставляя (5) в выражение лучим

dt=t †.t = - 1п - о (4) по(6) Таким образом, измерительный интер5 вал 4t определяется только соотношением освещенных изображением марки площадей чувствительных площадок фотоприемников и не зависит от интенсивности от- 10 раженного объектом светового потока.

Это исключает влияние отражательной способности объекта на точность и надежность определения его параметров колебаний. 15

Величина освещенных изображением

«1 l.. марки площадей чув с твительных площадок фотоприемников Sy,и 84 связана с перемещением объекта х следующей зависимостью (фиг.3):

S,()= 11(с/2 «+ vx), (7) где h — - высота чувствительной площадки фотоприемника; с — ширина изображения световой 25 марки;

v — - линейное увеличение приемного объектива.

С учетом (7) получим с/2-xv 30

8t=» 2 1Il (8)

c /2+xv

Из (8) следует, что длительность импульса на выходе компаратора 11 однозначно определяет положение Хобъекта.

С интегратора 12 выходной сигнал поступает на второй вход компаратора . 14 и на вход амплитудного детектора

13, с вьжода амплитудного детектора

13 сигнал подается на первый вход 40 компаратора 14. Компаратор сравнивает сигналы, подаваемые на первый и второй его входы. Увеличение амплитуды колебаний (что происходит при возбуждении свободных колебаний возбудителем в точках с максимальной амплитудой колебаний) приводит к возрастанию амплитуды сигнала на входе амплитудного детектора 13. Когда сигнал на втором входе компаратора 14 больше 50 или равен сигналу на первом входе, на

его выходе будет положительный потенциал. За пределами. частоты механиче- ского резонанса сигнал на втором входе 2 компаратора 14 становится меньше сигнала на первом входе, и на выходе компаратора 14 появляется нулевой потенциал, перепад уровней сигналов на выходе компаратора 14 управляет запуском ждущего мультивибрато-, ра 15, который вырабатывает импульс длительностью Л t,Этим импульсом запускается частотомер 22, который измеряет частоту колебаний объекта. Амплитуда сигнала, пропорциональная

I амплитуде колебаний объекта, измеряется вольтметром 23, подключенным на выход амплитудного детектора 13.

С выхода ждущего мультивибратора

15 сигнал поступает на вход формирователя 16 синусоидального напряжения, усиливается усилителем 18 и подается на конечный усилитель 19 мощности, нагруженный на возбудитель 20 акустических колебаний (громкоговоритель), направляющий акустические колебания на объект 21, замыкая цепь положительной акустической обратной связи, осуществляя авторезонансный режим работы устройства.

Формула изобретения

Устройство неразрушающего контроля параметров колебаний строительных изделий, содержащее приемный датчик, подключенный к его выходу предварительный усилитель, амплитудный детектор, последовательно соединенные фазовращатели, усилитель, усилитель мощности и возбудитель колебаний, частотомер, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, оно снабжено дополнительным предварительным усилителем, первым и вторым компараторами, интегратором, дополнительным амплитудным детектором, ждущим мультивибратором, формирователем синусондального напряжения и вольтметром, выход основного предварительного усилителя соединен с первым входом первого компаратора, выход дополнительного усилителя соединен с входом основного амплитудного детектора, выход которого соединен с вторым входом первого компаратора, выход первого компаратора соединен с входом интегратора, выход интегратора соединен с вторым входом второго компаратора и с входом дополнительного амплитудного детектора, выход дополнительного амплитудного детектора соединен с первым входом второго компаратора, выход второго компаратора соединен с входом ждущего мультивибратора, выход ждущего муль1467401 тивибратора соединен с входом форми.рователя синусоидального напряжения, выход формирователя синусоидального напряжения соединен с входом фазовращателя, частотомер подключен к вы5 ходу ждущего мультивибратора, а к выходу дополнительного амплитудного детектора подключен вольтметр, приемный датчик выполнен в виде оптоэлектронной пары с оптически связанным проекционным и приемным каналами, проекционный канал содержит источник инфракрасного излучения, подключенный,к входу источника инфракрасного излучения, генератор экспоненциально спадающих импульсов тока, ус" тановленные последовательно по ходу диафрагму и проекционный объектив, приемный канал содержит оптически связанные приемный объектив и фотоприемник, выполненный в виде двух фотодиодов, включенных по дифференциальной схеме, выходы которых соединены соответственно с входами основного и дополнительного предварительных усилителей.

14Н401

Х=О

Составитель В.Чулков

Техред М.Дидык

Корректор M- Пожо

Редактор Л. Гратилло

Заказ 1184/37 Тираж 512 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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