Устройство для определения прочности бетона

 

Изобретение относится к неразрушающим испытаниям материалов и изделий и может быть использовано для определения качества железобетонных изделий, конструкций и сооружений. Целью изобретения является повышение точности контроля за счет автоматической оптимизации числа циклов прозвучивания. Измерения производятся по трем частотным каналам независимо. В случае неполучения результатов измерений хоть в одном частотном канале контроль повторяется. При устойчивых результатах измерений в каждом из каналов производится рекуррентное усреднение по N циклам результатов измерений времени распространения ультразвука на известной базе α до достижения требуемой точности. По полученным результатам вычисляется искомая прочность бетона. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСИИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (Ъ1)5 G 01 N 29/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4444319/25-28 (22) 12„05.88

46) 07.03.90. Бюл. И- 9

72) С.В.Жуков и Н.Г.Починчук (53) 620.179.16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

li 1111097, кл. G 01 И 19/04, 1983.

Авторское свидетельство СССР

В l288589, кл. G 01 N 19/04, 1985, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА (57) Изобретение относится к нераэру шающим испытаниям материалов и изделий и может быть использовано для определения качества железобетонных изделий, конструкций и сооружений, Изобретение относится к неразрушающим испытаниям материалов и изделий и может быть использовано для определения качества железобетонных изделий, конструкций и сооружений.

Цель изобретения — повышение гочности контроля за счет автоматической оптимизации числа циклов прозвучивания.

На чертеже представлена структурная схема устройства для определения . прочности бетона.

Устройство содержит злектроакустически последовательно соединенные ге-= нератор 1 зондирующих импульсов, из" лучающий пьезопреобраэователь 2, при; емный пьезопреобраэователь 3 и усилитель 4 с автоматической регулировкой усиления (АРУ), последовательно

\ соединенные полосовой фильтр 5 низких; частот и первый измеритель 6 временный

„,Я0„„1548 2 А 1

Целью изобретения является повышение точности контроля эа счет автоматической оптимизации числа циклов прозвучивания. Измерения производятся по трем частотным каналам независимо.

В случае неполучения результатов измерений хоть в одном частотном канале контроль повторяется. При устойчивых результатах измерений в каждом из каналов производится рекуррентное усреднение по и циклам результатов измерений времени распространения ультразвука на известной базе с до достижения требуемой точности. По полученным результатам вычисляется искомая прочность бетона. 1 ил. интервалов, последовательно соединенные полосовой фильтр 7 средних час- 2 тот и второй измеритель 8 временных интервалов, последовательно соединен- р ные полосовой фильтр 9 высоких частот р и третий измеритель 10,временных интер- р валов, арифметический блок 11, формирователь 12, схему ИЛИ 13, выход усилителя 4 с АРУ соединен с входами полосовых фильтров 5, 7 и 9 низких, средних и высоких частот, вход генератора

1 зондирующих импульсов объединен с вторыми входами первого, второго и третьего измерителей 6, 8 и 10 временных интервалов, последовательно соединенные блок 14 контроля завершения операции отсчета, блок 15 идентификации и блок 16 вспомогательного прозвучивания, выход схемы ИЛИ 13 соединен с входом генератора 1 зондирующих импульсов и входом блока 14 контроля

1548752 завершения операций отсчета, выход блока 16 вспомогательного прозвучива- ния соединен с первым входом схемы

ИЛИ 13, второй вход которой объединен с входом "Сброс" арифметического . блока 11 и подключен к выходу формиро вателя 12.

Первые выходы измерителей 6, 8 и

10 временных интервалов объединены и подключены к второму входу блока 14 контроля завершения операции отсчета, вторые выходы первого и третьего измерителей 6 и 10 временных интер,валов объединены и подключены к вто- 15 рому входу блока идентификации, третьи входы измерителей 6, 8 и 10 временных интервалов объединены и подключены к второму выходу. блока 15 идентификации, выход блока 14 завер- 20 .шения контроля завершения операции прозвучивания соединен с вторым входом блока 16 вспомогательного прозвучивания, а второй выход блока 15 идентификации соединен с вторым входом 25 арифметического блока 11 °

Устройство для определения проч( ности бетона работает следующим образом.

После включения устройства и вы- 30 хода его узлов на рабочий режим в арифметический блок 14 с клавиатуры пульта управления заносятся константы

R0 — номинальная прочность бетона в, .заданном классе, А1, А2, АЗ вЂ” градуи- 35 ровочные коэффициенты устройства, величина базы прозвучивания g, Š— точность измерения.

Командный импульс запуска подается с клавиатуры пульта управления 40 через формирователь 10 на вход схемы

ИЛИ 13. Одновременно этим же импульсом осуществляется установка исходного состояния арифметического блока

11, блока 15 идентификации. Выходной 45i импульс схемы ИЛИ 13, кроме того, осуществляет начальную установку блока

16 вспомогательного прозвучивания, блока 14 контроля завершения операций отсчета и измерителей 6, 8 и 10 вре" менных интервалов, а также производит запуск генератора 1 зондирующих импульсов, который вырабатывает импульс возбуждения излучающего пьезопреобразователя 2. В результате в зону -контроля изделия посылается ультразвуковой импульс. Времена задержки в цепях устройства, соответствующие переходным процессам в генераторе 1 зондирующих импульсов, в излучающем 2 и приемном 3 пьеэопреобразователях, усилителе 4 и полосовых фильтрах 5, 7 и 9 компенсируются соответствующими линиями, входящими в состав измерителей 6, 8 и

10 временных интервалов.

В процессе распространения ультразвукового импульса в зоне контроля изделия задержка его низко-,среднеи высокочастотных частей спектра оказывается различной. Задержка низкочастотной части спектра, которая взаимодействует с неоднородностями структуры среды, определяется исключительно упругими свойствами и плотностью материала, Высокочастотная часть спектра сильно взаимодействует с микронеоднородностями структуры и ее задержка определяется в основном характеристиками микродефектов и других нарушений. В области средних частот задержка зависит от характеристик микронеоднородностей, Сигнал с приемного пьеэопреобраэователя 3 подается на вход усилителя

4 с АРУ, использование которого с регулировкой по значению максимума принятого сигнала позволяет заметно понизить уровень требований к цинами— ческому диапазону следующих за усилителем блоков и предотвратить нелинейные искажения в полосовых фильтрах 5, 7и9, 1

Информация низкочастотной части спектра принятого сигнала выделяется с помощью блоков 5 и 6. При этом вы-. ходной сигнал фильтра 5 низких частот нормируется по амплитуде первой полуволны входящим в состав измерителя 6 временных интервалов усилителем с АРУ и передается на вход формирователя (например, триггера Шмидта), преобразующего его в последовательность прямоугольных импульсов с крутыми фронтами, длительность которых равна длительности полунолн названного сигнала.

Первый импульс, который используется для стробирования схемы АРУ усилителя

4 с АРУ, обеспечивает регулировку его усиления таким образом, чтобы амплитуда первой полуволны на выходе усилителя 4 была постоянной, Это необходимо для повышения точности измерения времени задержки импульса, так как при таких условиях порог дискриминации и погрешность измерителя 6 времен1548752 ных интервалов не зависит от затухания сигнала в материале, Этим же импульсом останавливается счет в счетчике, входящем в состав

5 измерителя 6, результат которого оказывается равным времени распространения переднего фронта зондирующего импульса в материале контролируемого изделия, сформированного низкочастот- )0 ной частью спектра. При этом с выхода измерителя 6 на второй вход блока 14 контроля завершения операций отсчета вьдается перепад потенциала 1-0, сообщающий о конце измерений в блоке 6 из.)5 мерителя времени.

Информация, содержащаяся во времени распространения среднечастотной части принятого сигнала, вьделяется в блоках 7 и 8, Информация, содержа- 20 щаяся во времени распространения высокочастотной части спектра принятого сигнала, выделяется в блоках 9 и 10, Работа блокбв 7 и 8, 9 и 10 идентична работе блоков 5 и 6 низкочастотного25 канала, В результате в счетчиках измерителей 6, 8 и 10 временных интервалов накапливается информация о временах задержки низко-, средне- и высокочастотных компонент спектра сиг-30 нала, позволяющая дифференцированно учитывать вклад упругих свойств, плот. ности, характеристик структуры и дефектности среды в формирование прочностных свойств материалов. Потеря части названной информации приводит к погрешности определения прочности бетона. Такие потери могут появиться в случаях, когда один или два канала измерения (измерители 6, 8 и )0) об- 40 наружат сбой; например из-эа черезмерно низкого уровня сигнала в одном из диапазонов частот, что может быть вызвано недостаточным контактом преобразователей с поверхностью изделий или электрической помехой, Задача предотвращения выполнения операций обработки неполных данных решается блоком 14 контроля завершения операций отсчета, в котором отри- 50 цательные перепады потенциала выходов измерителей 6, 8, 10 преобразуются в короткие импульсы входящими в его сосостав формирователями. Эти импульсы поступают на счетный вход счетчика каналов, входящего в состав блока 14 контроля завершения операций отсчета, предварительно установленного в состояние "0" импульсом запуска от схемы ИЛИ 13, На выходе этого счетчика выходной сигнал появится только после прихода третьего импульса, свидетельствующего о том, что все три измерителя 6, 8 и 10 временных интервалов закончили работу, При получении третьего импульса он вьдает командный импульс на первый, вход блока 5 идентификации, разрешая начало очередного этапа работы устройства, В противном случае выходной импульс не появляется, что свидетельствует о необходимости проведения вспомогательного цикла прозвучивания среды.

Команда на проведение вспомогательного прозвучивания среды вырабатывается блоком 16 вспомогательного прозвучивания. Для этого в момент пуска генератора 1 зондирующих импульсов сигналом выхода схемы ИЛИ )3 осуществляется установка в состояние "0 счетчика, входящего в состав блока

16 вспомогательного прозвучивания, С момента посылки зондирующего импульса этот счетчик воспринимает тактовые импульсы с первого выхода блока 5 идентификации. Емкость этого счетчика превышает емкость любого из счетчиков измерителей 6, 8 и 10, Поэтому переполнение его подтверждает наличие сбоя в одном из каналов измерения времени, а импульс с его выхода поступает на вход схемы ИЛИ 13. В результате выполняется организация всех описанных операций измерения, а результаты неполных измерений не пос=упают на об*работку.

Для повышения достоверности результатов измерений применяется метод многократного повторения циклов прозвучивания„ Прозвучивание должно быть прекращено не ранее, чем будет достигнута заданная точность измерений.

Число циклов прозвучивания заранее нельзя установить в силу многообразия факторов, влияющих на точность измерения, и это число определяется автоматически с помощью блока 15 идентификации, В процессе работы блока 15 идентификации выполняется накопление и уточнение информации о времени задержки зондирующего импульса в контролируемом изделии (измеренном в низкочастотном, среднечастотном и высокочастотном каналах соответственно измерителями 6, 8 и 10 временных ин) 548752

Фервалов} по рекуррентному алгоритму

1 у = т+ (т -С„,), и где n - номер цикла измерения;

Т = результат частотного измерения

Тд — усредненный результат и-1 измерений. !О

В процессе рекуррентного усреднеНия контролируется по каждому из час-. тотных каналов точность выполнения измерений и в случае достижения требуемого из значений Е по каждому иэ частотных каналов арифметический блок

11 отдельно для каждого из усредненных результатов измерений времени задерж и вычисляет величину р = т г

20 где о(— база прозвучивания;

Т „ — усредненное время распространения ультразвука в частотном каналер

И далее величину

30 где (— градуировочные константыр определяемые методами регрессивного анализа, Функциональный преобразователь, яходящий в состав арифметического блока 11, вычисляет искомое значение прочности R бетона в соответствии с выражением

R = R exp (l/ F, ), -40

Где К вЂ” константа, заносимая в арифметический блок 11 перед началом измерений, Автоматизация контроля точности измерений и определения требуемого числа циклов ц прозвучивания помимо

Повышения точности контроля прочности бетона оптимизирует время измерений: исключаются ситуации как недостаточного числа и циклов прозвучивания (это снижает достоверность контроля}

" 50 так и избыточно большого числа и циклов проэвучивания (это снижает оперативность контроля), Автоматизация контроля завершения операций отсчета также повышает точность контроля проч ности, поскольку благодаря ей исключается возможность обработки неполных

pàHíûõ, Формула изобретения

Устройство для определения прочности бетона, содержащее электроакусти" чески последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, излучающий пьеэопреобразователь, приемный преобразователь и усилитель с авМематической регулировкой усиления, последовательно соединенные полосовой фильтр низких частот и первый измеритель временных интервалов, последовательно соединенные полосовой фильтр средних частот и второй измеритель =. временных интервалов, последовательно соединенные полосовой фильтр верхних частот и третий измеритель временных интервалов, арифметический блок, фор-, мирователь и схему ИЛИ, выход усилителя с автоматической регулировкой усиления соединен с входами полосовых фильтров низких, средних и высоких частот, а вход генератора зондирующих импульсов объединен с вторыми входами первого, второго и третьего измерителей временных интервалов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено последовательно соединенными блоком контроля завершения операций отсчета, блоком идентификации и блоком вспомогательного прозвучивания, выход схемы ИЛИ соединен с входом генератора зондирующих импульсов и входом блока контроля завершения операций отсчета, выход блока вспомогательного проэвучивания соединен с первым входом схемы

ИЛИ, второй вход которой объединен с входом "Сброс" арифметического блока и подключен к выходу формирователя, первые выходы измерителей„вре. менных интервалов объединены и подключены к второму входу блока .контроля завершения операций прозвучивания, вторые выходы первого и третьего измерителей временных интервалов объединены и подключены к.второму входу блока идентификации, третьи входы измерителей временных интервалов объединены и подключены к второму выходу блока идентификации, выход блока контроля завершения операций прозвучивания соединен с вторым входом блока вспомогательного прозвучивания, а второй выход блока идентификации соединен с вторым входом арифметического блока.

1548752

Составитель И.Соколов

Редактор В,Данко Техред M.Ходанич Корректор М.Пожо

Заказ 140 Тираж 503 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

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

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