Устройство для измерения прочности строительных материалов

 

Устройство относится к технике неразрушающего контроля и предназначено для измерения прочности строительных материалов методом вдавливания в испытуемый материал наконечников, находящихся под ударной нагрузкой. Устройство имеет компаратор, триггер-защелку, аналоговый ключ, пиковый детектор. Компаратор выдает импульс при превышении второй производной полезного сигнала установленного порогового значения, что исключает срабатывания триггера-защелки от помех. Триггер-защелка управляет аналоговым ключом и пропускает на пиковый детектор сигнал второй производной только при срабатывании спускового механизма. Блок обработки данных устройства включает в себя клавиатуру, устройство управления и синхронизации, арифметическое логическое устройство, оперативное и постоянное запоминающие устройства. Блок обработки данных обеспечивает возможность математической обработки результатов серии замеров и корректировки результатов замеров в зависимости от расположения ударного механизма (вверх, вниз, горизонтально). Ударная пружина датчика выполнена в виде упругой пластины, что позволяет исключить ее дребезг. 3 ил.

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля, а именно к средствам исследования прочностных свойств твердых материалов путем приложения к ним механических усилий, в частности посредством вдавливания в испытуемый материал наконечников, находящихся под ударной нагрузкой, и может использоваться для оценки прочности бетона, железобетонных изделий, строительной керамики и т.п. как при производстве строительных материалов, так и на стадии их эксплуатации в сооружениях и конструкциях.

Известны неразрушающие средства определения прочности, т.е. свойства строительных материалов в определенных условиях и пределах, не разрушаясь, воспринимать те или иные воздействия, использующие тесную связь некоторых других, более легко определяемых характеристик с прочностью бетона. Такой характеристикой является, в частности, твердость - сопротивление материала местной упругой и пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого тела - наконечника (индентора). Прикладывая ударную нагрузку к поверхности контролируемого материала и преобразуя механическую энергию взаимодействия материала и наконечника в электрический сигнал, амплитуда и длительность которого соответствуют упругим и пластическим деформациям материала, получают характеристику прочности последнего. Поэтому в качестве аналогов рассматриваются и устройства для измерения твердости.

Известно устройство для измерения прочности строительных материалов, описанное в а.с. СССР N 1778675 "Устройство для определения прочности бетона" по кл. G 01 N 29/04, з. 16.01.90, оп. 30.11.92.

Известное устройство содержит соединенные последовательно датчик полезного сигнала, усилитель, формирователь огибающего сигнала, ключ, аналого-цифровой преобразователь и индикатор, а также формирователь временного интервала, вход которого подключен к выходу формирователя огибающего сигнала, а выход - ко второму входу ключа; при этом датчик полезного сигнала содержит соосно установленные боек и индентор, выполненный разъемным из двух частей, между которыми соосно установлен электроакустический преобразователь, и ударный механизм.

Известное устройство позволяет производить единичные замеры прочности, однако, поскольку бетон является материалом неоднородным, согласно ГОСТу 22690 (п. 4.4) требуется выполнять не менее 10 замеров на одном участке изделия с последующей математической обработкой результатов измерений. Устройство же не обеспечивает возможности запоминания единичных результатов измерения и их математической обработки, в связи с чем в процессе измерений необходимо производить записи и расчеты вручную.

Кроме того, в устройстве отсутствуют элементы, препятствующие ложным срабатываниям из-за дребезга пружины ударного механизма и повторных соударений бойка после отскока.

При этом в данном устройстве не предусмотрена конструктивная возможность корректировки результатов измерений в зависимости от расположения ударного механизма (вверх, вниз, по горизонтали), что приводит к погрешности до 10% в связи с изменением энергии удара.

Таким образом, недостатками известного устройства являются низкая точность и производительность контроля.

Известно устройство для измерения прочности строительных материалов, описанное в а. с. СССР N 1221544 "Устройство для определения динамической твердости материалов" по кл. G 01 N 3/48, з. 31.05.84, оп. 30.03.86.

Известный измеритель содержит последовательно соединенные датчик полезного сигнала, согласующий усилитель, фильтр нижних частот, дифференциатор, компаратор, преобразователь время-код, арифметический узел и цифровой индикатор, а также пиковый детектор, подключенный входом к выходу фильтра нижних частот, а выходом соединенный с первым входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП), выход которого подключен ко второму входу арифметического узла, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу компаратора и первому выходу генератора тактовых импульсов, два других выхода которого соединены соответственно со вторым входом преобразователя время-вход и третьим входом арифметического узла, четвертым входом подключенного к выходу задатчика постоянной; при этом генератор тактовых импульсов играет роль синхронизирующего устройства, а датчик полезного сигнала содержит наконечник, направляющую трубку, в которой размещены с возможностью возвратно-поступательного движения боек, установленные на нем пьезоакселерометр и ударник в виде шарика из твердого сплава, взаимодействующая с бойком ударная пружина, связанная со спусковым механизмом.

В известном устройстве с помощью арифметического узла производится расчет величины динамической прочности как отношение максимальной амплитуды импульсного напряжения, пропорционального максимальной амплитуде ударного ускорения с пикового детектора, преобразованного в двоичный код АЦП по сигналу с выхода компаратора, и времени упругопластического деформирования с выхода компаратора, преобразованного в код с помощью преобразователя время-код, причем преобразование обоих сигналов и вычисление их отношения с учетом параметров соударяющихся тел синхронизируется с помощью генератора тактовых импульсов.

Недостатками известного устройства являются низкая точность и производительность контроля, обусловленные следующим.

Устройство позволяет производить единичные замеры прочности, однако из-за того, что строительные материалы, и в том числе бетон, неоднородны, то, согласно ГОСТ 22690, п. 4.4, требуется выполнение не менее 10 замеров и их последующая математическая обработка. Устройство не обеспечивает возможности запоминания результатов замеров и их последующей математической обработки, поэтому в процессе измерений записи и расчеты необходимо производить вручную.

Кроме того, в известном устройстве возможны ложные срабатывания из-за дребезга пружины и повторных соударений бойка после отскока, поскольку в нем нет элементов, позволяющих исключить их влияние на точность измерений.

При этом существенное снижение точности связано также с изменением во времени энергии удара вследствие изменения коэффициента трения между направляющей и бойком из-за износа подшипника скольжения, а также пластических деформаций витой ударной пружины и ее дребезга в процессе ударного взаимодействия бойка с контролируемым материалом. При этом в известном устройстве не предусмотрена конструктивная возможность корректировки результатов измерений в зависимости от расположения ударного механизма (вверх, вниз, горизонтально) в процессе измерений, что приводит к погрешности до 10% в связи с изменением энергии удара.

Наиболее близким по принципу измерения и технической сущности к заявляемому является устройство для измерения прочности строительных материалов, описанное в а.с. СССР N 1483328 "Устройство для определения твердости материалов" по кл. G 01 N 3/48, з. 30.10.87, оп. 30.05.89 и выбранное в качестве прототипа.

Известное устройство содержит последовательно соединенные датчик полезного сигнала, согласующий усилитель, фильтр нижних частот, первый дифференциатор, второй дифференциатор, компаратор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), дешифратор и индикатор, а также пиковый детектор, вход которого соединен со вторым входом АЦП, при этом датчик полезного сигнала содержит направляющую трубку, в которой размещен боек с ударником, закрепленный на бойке пьезоакселерометр, упругий элемент в виде витой пружины и спусковой механизм.

Сигнал, характеризующий силовое взаимодействие бойка с материалом и пропорциональный второй производной от ударного ускорения, вырабатывается вторым дифференциатором; его экстремальное значение, связанное с твердостью материала линейной зависимостью, выделяется пиковым детектором и преобразуется в цифровой код аналого-цифровым преобразователем по сигналу с компаратора в момент, когда напряжение сигнала второй производной превысит установленный порог. Далее код дешифруется в дешифраторе и индицируется на цифровом индикаторе в единицах твердости.

Известное устройство позволяет выполнить единичные замеры прочности, но поскольку строительные материалы, такие как керамика, бетон, являются неоднородными, то, согласно п. 4.4 ГОСТ 22690, необходимо выполнять на одном участке не менее 10 замеров, результаты которых потом должны быть подвергнуты математической обработке. Устройство не обеспечивает возможности запоминания единичных результатов замеров и их математической обработки, поэтому в процессе измерений записи результатов измерений и расчеты необходимо производить вручную.

Из-за дребезга витой ударной пружины ударного механизма могут происходить повторные соударения бойка после отскока и возможны ложные срабатывания устройства, что снижает точность измерений, т.к. в схеме нет элементов, позволяющих устранить влияние этих факторов.

Кроме того, существенное снижение точности измерений связано с изменением во времени энергии удара из-за изменения коэффициента трения между направляющей и бойком вследствие износа подшипника скольжения в направляющей, а также пластических деформаций витой ударной пружины, усиливающих дребезг.

При этом в устройстве не предусмотрена конструктивная возможность корректировки результатов измерений в зависимости от расположения ударного механизма в процессе измерений (вверх, вниз, горизонтально), что приводит к погрешности до 10% в связи с изменением энергии удара.

Таким образом, известное устройство имеет низкую точность и низкую производительность измерений.

Целью заявляемого изобретения является повышение точности и производительности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения прочности строительных материалов, содержащее соединенные последовательно датчик полезного сигнала, согласующий усилитель, фильтр низких частот, первый и второй дифференциаторы и компаратор, а также последовательно соединенные соответственно пиковый детектор с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и дешифратор с индикатором, причем датчик полезного сигнала собран в отдельном корпусе и состоит из ударной пружины, спускового механизма, бойка с ударником и закрепленного на бойке пьезоэлемента, согласно изобретению введены соединенные последовательно ключ, триггер-защелка и аналоговый ключ, а также блок обработки данных, состоящий из последовательно соединенных клавиатуры, устройства управления и синхронизации, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), арифметического логического устройства (АЛУ) и оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), причем ключ установлен в корпусе датчика и связан с ударной пружиной, выполненной в виде упругой пластины, один конец которой жестко прикреплен к стенке корпуса, а на другом конце жестко закреплены боек с пьезоэлементом и ударником, имеющим возможность свободного от трения перемещения в наконечнике корпуса, выход ключа соединен одновременно со вторым входом устройства управления и синхронизации, первым входом пикового детектора и первым входом триггера-защелки, второй вход которого подключен к выходу компаратора, аналоговый ключ подключен вторым входом к выходу второго дифференциатора, а выходом - ко второму входу пикового детектора, выход которого подключен ко входу АЦП, выходом соединенного со вторым входом ОЗУ, третий и четвертый входы которого подключены соответственно ко второму выходу клавиатуры и второму выходу устройства управления и синхронизации, третий выход которого соединен со вторым входом АЛУ, подключенного третьим входом к выходу ОЗУ, а выходом - также к входу дешифратора.

Выполнение ударной пружины датчика в виде упругой пластины позволяет исключить ее дребезг в процессе ударного взаимодействия датчика с контролируемым материалом и ослабление с течением времени упругих свойств пружины, повышая тем самым точность замеров; оно же дает возможность жесткого крепления бойка с ударником и пьезоэлементом непосредственно на пружине, что позволяет обойтись без направляющих, исключая трение в них движения бойка и изменение силы удара за счет износа подшипников скольжения направляющих и устраняя тем самым помехи в полезном сигнале, что также повышает точность измерений.

Механическая связь пружины с ключом обеспечивает четкую фиксацию последним ее положения в процессе ударного взаимодействия датчика с материалом, а электрическая связь ключа с электронными узлами схемы дает возможность за счет этого исключить ложные срабатывания на случайные сигналы, что также повышает точность измерений.

Введение в устройство блока обработки данных в указанном выше составе дает возможность с помощью клавиатуры ввести коэффициент, учитывающий положение датчика при замерах, запомнить в ОЗУ замеренные единичные значения прочности и, задавая с помощью клавиатуры режим обработки по программе, записанной в ПЗУ, посредством арифметического логического устройства по команде с устройства управления и синхронизации произвести умножение единичных значений на коэффициент положения датчика, отбраковать крайние (минимальное и максимальное) значения, вычислить среднее значение прочности и, сравнивая единичные значения со средним, отбраковывать анормальные значения, получить достоверное и точное значение прочности контролируемого материала, хранить их в памяти ОЗУ, а при необходимости с помощью клавиатуры извлечь из ОЗУ измеренное значение прочности. Поскольку обработка результатов замеров с помощью названного блока производится автоматически, в течение 1-2 с, то это обеспечивает высокую производительность контроля.

В сравнении с прототипом заявляемое устройство для измерения прочности строительных материалов обладает новизной, отличаясь от него конструкцией датчика полезного сигнала, обусловленной выполнением ударной пружины в виде упругой пластины с жестким креплением на ней ударника и пьезоэлемента для исключения трения, наличием в нем узлов, обеспечивающих для исключения ложных срабатываний четкую фиксацию положения пружины, таких как ключ, триггер-защелка и аналоговый ключ, введением в устройство блока обработки данных, состоящего из последовательно соединенных клавиатуры, устройства управления и синхронизации, постоянного запоминающего устройства, арифметического логического устройства и оперативного запоминающего устройства с дополнительными связями между этими узлами, позволяющего корректировать измерение значения в зависимости от положения датчика при замере, запоминать результаты измерений, производить оперативную обработку измерений и получать точное и достоверное значение прочности, обеспечивающими в совокупности заданный результат.

Заявителю не известны технические решения, содержащие указанные выше отличительные признаки, обеспечивающие в совокупности получение указанного технического результата, поэтому он считает, что заявляемое устройство соответствует критерию "изобретательский уровень".

Заявляемое устройство для измерения прочности строительных материалов может найти широкое применение в строительной индустрии для обеспечения точного и производительного контроля, поэтому оно соответствует критерию "промышленная применимость".

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, где представлены на: - фиг. 1 - функциональная схема устройства; - фиг. 2 - диаграммы, поясняющие принцип работы устройства; - фиг. 3 - алгоритмы работы устройства.

Устройство для измерения прочности строительных материалов содержит датчик 1 полезного сигнала, согласующий усилитель 2, фильтр 3 низких частот, первый дифференциатор 4, второй дифференциатор 5, компаратор 6, триггер-защелку 7, аналоговый ключ 8, пиковый детектор 9, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 10, блок 11 обработки данных, дешифратор 12 и индикатор 13. При этом блок 11 обработки данных состоит из клавиатуры 14, устройства 15 управления и синхронизации, постоянного запоминающего устройства 16, арифметического логического устройства 17 и оперативного запоминающего устройства 18. Датчик 1 полезного сигнала содержит ключ 19, корпус 20, ударную пружину 21, боек 22, пьезоэлемент 23, ударник 24, наконечник 25 и спусковой механизм 26.

Узлы и элементы устройства связаны между собой следующим образом.

Выход ключа 19 соединен одновременно соответственно с первыми входами триггера-защелки 7 и пикового детектора 9. Узлы 1-13 соединены между собой последовательно, причем выход компаратора 6 соединен со вторым входом триггера-защелки 7, выход второго дифференциатора 5 соединен также со вторым входом аналогового ключа 8, подключенного выходом ко второму входу пикового детектора 9. В блоке 11 обработки данных узлы 14-18 соединены между собой последовательно. При этом выход АЦП 10 соединен со вторым входом ОЗУ 18, третий вход которого подключен к второму выходу клавиатуры 14, а четвертый вход - к второму выходу устройства 15 управления и синхронизации, соединенного третьим выходом с вторым входом АЛУ 17, выход которого соединен также с входом дешифратора 12. Выход ОЗУ 18 соединен с третьим входом АЛУ 17. Второй вход устройства 15 управления и синхронзации соединен с выходом ключа 19, установленного в корпусе 20 датчика 1 и соединенного также с первым входом пикового детектора 9 и с R-входом (первым входом) триггера-защелки 7, второй (установочный) С-вход которого подключен к выходу компаратора 6 (см. выше). Ключ 19 механически связан также с ударной пружиной 21 датчика 1, жестко прикрепленной одним концом к корпусу 20, а на другом конце которой жестко закреплен боек 22 с пьезоэлементом 23 и ударником 24, имеющим возможность свободного от трения перемещения в наконечнике 25. Пружина 21 связана также со спусковым механизмом 26.

Назначение и выполнение узлов и элементов, входящих в устройство для измерения прочности строительных материалов, следующее (традиционное выполнение узлов и элементов особо не оговаривается).

Датчик 1 полезного сигнала служит для получения сигнала ударного ускорения. Выполнение датчика описано выше. Следует лишь отметить, что боек 22 с ударником 24 размещены в корпусе 20 датчика 1 таким образом, что ударник 24 имеет возможность свободного от трения перемещения в наконечнике 25 корпуса 20, выполненном, в частности, в виде воронки, обращенной раструбом к контролируемому материалу 27.

Пьезоэлемент 23 датчика 1 предназначен для преобразования усилия механического взаимодействия ударника 24 с материалом 27 в электрический сигнал.

Спусковой механизм 26 механически фиксирует взведенное положение ударной пружины 21, а ключ 19 (это может быть геркон) служит для передачи сигнала о ее положении на триггер-защелку 7, пиковый детектор 9 и устройство 15 управления и синхронизации.

Согласующий усилитель 2 предназначен для согласования пьезоэлемента 23 с фильтром 3 низких частот и усиления сигнала.

Фильтр 3 низких частот служит для отфильтровывания высокочастотных составляющих сигнала, которые возникают при контроле материалов и вызывают ложные срабатывания схемы.

Дифференциаторы 4 и 5 предназначены для получения соответственно первой и второй производной полезного сигнала и представляют собой, в частности, дифференцирующие цепочки.

Компаратор 6 выдает импульс при превышении напряжения сигнала второй производной установленного порогового значения, что исключает срабатывание триггера-защелки 7 от помех.

Триггер-защелка 7 служит для управления состоянием аналогового ключа 8 и представляет собой, например, RC-триггер.

Аналоговый ключ 8 пропускает на пиковый детектор 9 сигнал второй производной только после срабатывания спускового механизма 26.

Пиковый детектор 9 предназначен для выделения экстремального значения сигнала, пропорционального второй производной и поступающего на аналого-цифровой преобразователь 10.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 10 преобразует аналоговый сигнал в цифровой код.

Блок 11 обработки данных служит для обработки результатов замеров, а именно - учета положения датчика 1 при замере, запоминания замеренных единичных значений прочности, усреднения результатов замеров, отбраковки крайних и анормальных значений замеров, получения среднего точного и достоверного значения прочности и воспроизведения при необходимости хранящихся в нем замеренных значений.

Блок 11 включает в себя клавиатуру 14, устройство 15 управления и синхронизации, постоянное запоминающее устройство 16, арифметическое логическое устройство 17 и оперативное запоминающее устройство 18. Связи между узлами блока 11 описаны выше.

Клавиатура 14 служит для выбора режима измерения - задания поправочного коэффициента с учетом положения датчика 1 при замере, обработки результатов замеров или извлечения из памяти результатов замеров. Она представляет собой, в частности, расположенные на передней панели корпуса 20 устройства 4 кнопки (на чертеже не показаны).

Устройство 15 управления и синхронизации предназначено для подачи команд, координирующих работу ПЗУ 16, ОЗУ 18 и АЛУ 17 в зависимости от положения ударной пружины 21 и режима измерений, выбранного с помощью клавиатуры 14.

ПЗУ 16 служит для хранения программы обработки значений результатов замеров. Эта программа включает в себя стадии умножения каждого из значений замеров на поправочный коэффициент, отбраковку крайних (минимального и максимального) значений, получения среднего значения от замеров серии, сравнения всех значений с полученным средним, отбраковку 5% анормальных значений, повторного определения среднего значения из оставшихся значений замеров.

Арифметическое логическое устройство 17 предназначено для выполнения названных выше операций.

ОЗУ 18 служит для хранения всех значений результатов замеров, номера каждого замера, номера серии замеров, хранения среднего значения плотности.

Узлы 15-18 блока 11 обработки могут быть выполнены, например, на отечественных однокристалльных микроЭВМ серий КР 1830 или КР 1835, а также микроконтроллерах фирмы Intel.

Дешифратор 12 предназначен для преобразования двоичного кода с выхода АЛУ 17 в семисегментный код, необходимый для высвечивания на индикаторе 13.

Индикатор 13 служит для индикации результатов замеров и выполнен, в частности, на жидких кристаллах.

Конструктивно устройство для измерения прочности строительных материалов выполнено в виде двух узлов, собранных в отдельных корпусах - датчика полезного сигнала и электронного блока с блоком питания (на чертеже не показан), служащего для преобразования, обработки и индикации результатов замеров, связанных между собой гибким кабелем (на чертеже не обозначен) Устройство для измерения прочности строительных материалов работает следующим образом (см. фиг. 1-3).

Нажатием кнопки (на чертеже не показана) или включением в сеть подают напряжение питания на электронные узлы устройства. Наконечник 25 датчика 1 прижимают к поверхности контролируемого изделия 27.

Перемещением бойка 22 до зацепления со спусковым механизмом 26 взводят ударную пружину 21. При этом ключ 19 замкнут и сигнал с его выхода устанавливает в исходное состояние устройство 15 управления и синхронизации, пиковый детектор 9 и триггер-защелку 7 по входу R (фиг. 2а). Триггер-защелка 7 при этом удерживает аналоговый ключ 8 в закрытом состоянии.

При нажатии на спусковой крючок (на чертеже не обозначен) спускового механизма 26 под действием ударной пружины 21 боек 22 начинает разгоняться и ключ 19 размыкается. При этом со входа R триггера-защелки 7 снимается сигнал, запрещающий его срабатывание. До этого возможность прохождения любых сигналов с пьезолемента 23 датчика 1 (от случайных ударов при взведении ударной пружины 21, установке датчика 1 на контролируемое изделие 27, а также при срабатывании спускового механизма 26 и в начальный момент разгона бойка 22) исключена (фиг. 2б-1).

После того, как боек 22 разогнался и ключ 19 разомкнулся, пиковый детектор 9, триггер-защелка 7 и устройство 15 управления и синхронизации устанавливаются в рабочее состояние. При соударении ударника 24 с поверхностью контролируемого изделия в пьезоэлементе 23 механический сигнал взаимодействия преобразуется в электрический, пропорциональный ударному ускорению. Этот сигнал с пьезоэлемента 23 подается на вход согласующего усилителя 2 и далее на вход фильтра 3 низких частот, отфильтровывающего помехи в виде высокочастотных составляющих. В процессе соударения при внедрении в материал контролируемого изделия 27 ударника 24 материал испытывает сначала упругие, а затем и пластические деформации. Изменения напряженно-деформированного состояния материала в зоне контакта вызывают изменения в характере силового взаимодействия ударника 24 с материалом изделия 26, которые приводят к изменениям формы фронтов ударного импульса ускорения (фиг. 2б-II). Изменение характера силового взаимодействия наиболее отчетливо проявляется на сигнале, пропорциональном второй производной от ударного ускорения, амплитуда которой A_α прямо пропорциональна прочности R_a материала контролируемого изделия R_a = K_α•A_α, где K_α- коэффициент пропорциональности.

Для реализации этого алгоритма оценки сигнал с выхода фильтра 3 пропускается последовательно через два дифференциатора - 4 и 5. Первый дифференциатор 4 вырабатывает сигнал, пропорциональный первой производной от резкости перемещения бойка 22 при соударении (фиг. 2в), второй дифференциатор 5 выдает сигнал, пропорциональный второй производной от ударного ускорения (фиг. 2г). Экстремальное значение этого сигнала связано линейной зависимостью с прочностью материала (см. выше). После соударения бойка 22 с контролируемым изделием 27 на выходе дифференциатора 5 появляется импульс, амплитуда которого прямо пропорциональна прочности материала контролируемого изделия 27. Для измерения этой амплитуды импульс с выхода дифференциатора 5 подается одновременно на аналоговый ключ 8 и компаратор 6, который вырабатывает положительный прямоугольный импульс при превышении сигналом на его входе порога, и этот импульс поступает на вход С триггера-защелки 7 (фиг. 2д), Триггер-защелка 7 вырабатывает положительный импульс на выходе, открывающий ключ только по первому положительному импульсу на его входе С и соответствующий моменту, когда вторая производная от ударного ускорения достигает экстремума, пропорционального прочности материала и в дальнейшем триггер-защелка 7 на импульсы на входе не реагирует (см. фиг. 2е).

Аналоговый ключ 8 при поступлении разрешающего положительного импульса с триггера 7 открывается и пропускает в этот момент сигнал, пропорциональный второй производной, с выхода дифференциатора 5 на вход пикового детектора 9 (фиг. 2ж), который выделяет и запоминает экстремальное значение этого сигнала и подает его далее на аналого-цифровой преобразователь 10 (фиг. 2з). АЦП 10 преобразует напряжение в цифровой код, который подается в блок 11 обработки данных - на ОЗУ 18.

С клавиатуры 14 сюда же вводятся поправочные коэффициенты K, учитывающие энергию удара в зависимости от положения датчика 1 при замере (K = 1 при горизонтальном положении датчика, K меньше 1 - при опущенном вниз датчике 1, и K больше 1 при направленном вверх датчик 1) для корректировки замеренного значения. Откорректированное значение результата замера хранится в ОЗУ 19.

С помощью датчика 1 производится n замеров, результаты которых поступают и хранятся в ОЗУ 18. Затем нажатием на клавиатуре 14 кнопки "Обработка" запускается устройство 15 управления и синхронизации, с выходов 1, 2, 3 которого одновременно выдаются команды соответственно на ПЗУ 16 о выводе на АЛУ 17 программы обработки результатов единичных замеров, на ОЗУ 18 - о выводе на АЛУ 17 результатов единичных замеров и коэффициента, учитывающего положение датчика 1, на АЛУ 17 - о выполнении обработки результатов измерений. При этом АЛУ 17 в соответствии с алгоритмом работы устройства (фиг. 3) сравнивает единичные значения замеров и отбраковывает минимальное и максимальное значения. Оставшиеся n-2 значений усредняются и каждое из них сравнивается со средним при этом производится отбраковка анормальных результатов, имеющих значительные отклонения от среднего значения Затем АЛУ 17 производит повторное усреднение оставшихся единичных значений.

Из АЛУ 17 вычисленное конечное значение прочности поступает одновременно на дешифратор 12 и в ОЗУ 18, где хранится до извлечения, при необходимости, нажатием кнопки "Извлечение памяти" клавиатуры 14. На дешифраторе 12 информации преобразуется в семисегментный код и высвечивается на индикаторе 13 как достоверное значение прочности на контролируемом участке изделия 27.

Подготовка прибора к следующему измерению производится взведением ударной пружины 21 датчика 1, в результате чего срабатывает ключ 19 и схема устанавливается в исходное состояние.

В сравнении с прототипом заявляемое устройство позволяет с более высокой точностью произвести измерение прочности, определить достоверно среднее значение ее для контролируемого участка изделия и является более производительным в осуществлении контроля.

Формула изобретения

Устройство для измерения прочности строительных материалов, содержащее соединенные последовательно датчик полезного сигнала, согласующий усилитель, фильтр низких частот, первый и второй дифференциаторы и компаратор, а также последовательно соединенные соответственно пиковый детектор с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и дешифратор с индикатором, причем датчик полезного сигнала собран в отдельном корпусе и состоит из ударной пружины, спускового механизма, бойка с ударником и закрепленного на бойке пьезоэлемента, отличающееся тем, что в него введены соединенные последовательно ключ, триггер-защелка и аналоговый ключ, а также блок обработки данных, состоящий из последовательно соединенных клавиатуры, устройства управления и синхронизации, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), арифметического логического устройства (АЛУ) и оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), причем ключ установлен в корпусе датчика и связан с ударной пружиной, выполненной в виде упругой пластины, один конец которой жестко приклеплен к стенке корпуса, а на другом конце жестко закреплен боек с пьезоэлементом и ударником, имеющим возможность свободного от трения перемещения в наконечнике корпуса, выход ключа соединен одновременно с вторым входом устройства управления и синхронизации, первым входом пикового детектора и первым входом триггера-защелки, второй вход которого подключен к выходу компаратора, аналоговый ключ подключен вторым входом к выходу второго дифференциатора, а выходом - к второму входу пикового детектора, выход которого подключен к входу АЦП, выходом соединенного с вторым входом ОЗУ, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к вторым выходам клавиатуры и устройства управления и синхронизации, третий выход которого соединен с вторым входом АЛУ, подключенного третьим входом к выходу ОЗУ, а выходом - также к входу дешифратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3