Способ измерения полей механического напряжения в дорожных и аэродромных покрытиях

Авторы патента:

G01L1/14 - путем измерения колебаний емкости или индуктивности электрических элементов, например путем измерения частоты электрических генераторов

Владельцы патента RU 2277701:

Воронежский военный авиационный инженерный институт (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для получения характеристик распространения напряжений в различных покрытиях. Способ заключается в регистрации полей механических напряжений в материале покрытия при воздействии на него нагрузок. В исследуемое покрытие заранее внедряются пьезоэлементы. Для регистрации нагрузок используется снятие напряжений с пьезоэлементов с помощью матрицы элементарных плоских конденсаторов, подключенной к зарядно-считывающему устройству. Перед проведением измерений нагрузки в покрытии производится зарядка матрицы и считывание емкостей всех элементарных конденсаторов матрицы зарядно-считывающим устройством. Результаты считывания обрабатываются на ЭВМ и представляются в виде трехмерной поверхности. После приложения нагрузки производится повторное считывание емкостей всех элементарных конденсаторов и представление новой трехмерной поверхности. Технический результат заключается в получение значений напряжений покрытий с требуемой плотностью, и в неоднородном материале, в любой точке покрытия. 1 ил.

Изобретение относится к области измерения механических напряжений аэродромных и дорожных покрытий из композитных материалов. Для получения массива значений механических напряжений в материале покрытия используется емкостной метод с применением пьезоэлементов.

Известны способы измерения механического напряжения с помощью дифференциального конденсатора (RU 02152010, 27.06.2000 г.); измерение массы материала (патент US №4224840, G 01 G 3/14, 1985 г.), где происходит перемещение пластин; перемещение пластин с деформацией материала пластин дифференциального конденсатора (патент ГДР №257492, G 01 L 1/14, 1988 г.). Перечисленные устройства измеряют механические величины в ограниченном объеме в силу их конструктивного исполнения и назначения.

Близким по методике получения значений механических напряжений является способ получения значений напряжения материала с помощью измерения напряженности магнитных аномалий исследуемого однородного металлического объекта (RU 02146809 С1, 20.03.2000 г.). Кроме того, существуют схожие методики, основанные на магнитной проницаемости и ферромагнитных свойствах материалов: RU 02154262 С2, 10.08.2002. RU 02155943 C2, 10.09.2000. RU 02159924 C1, 27.11.2000. RU 02173838 C1, 20.09.2001. RU 02189020 C1, 10.09.2002. RU 02195636 С2, 27.12.2002. Данные методики позволяют определять значения механических напряжений материалов со специфическими свойствами, и применение их ограничивается требуемой однородностью материала.

Техническим результатом, достигаемым применением предлагаемого способа, является получение значений напряжений покрытий с требуемой плотностью и в неоднородном материале, в любой точке покрытия. Способ отличается довольно широкой универсальностью применения к различным материалам покрытия.

Данный технический результат решается при следующей последовательности операций. В материал покрытия в качестве крупного минерального заполнителя в процессе приготовления смеси вводят материал, обладающий свойствами пьезоэлемента, в необходимом процентном соотношении к заполнителю и со схожими механическими прочностными характеристиками. Смесь перемешивают с вяжущим и остальными компонентами в соответствии с требуемой методикой для дорожных и аэродромных покрытий. Полученную смесь укладывают на нижнюю обкладку плоского конденсатора установки. Размеры обкладок на порядок больше толщины исследуемого покрытия. Схема установки для реализации предлагаемого способа представлена на фиг.1, где 1 - нижняя обкладка конденсатора, 2 - верхняя обкладка, 3 - пьезоэлементы. Нижняя обкладка конденсатора1 представляет собой матрицу j-элементарных конденсаторов, гавальнически не связанных между собой. При суммировании j-х элементарных конденсаторов, общая площадь которых равна площади верхней обкладки конденсатора 2, емкость равна емкости плоского конденсатора с такими размерами обкладок. Это правило плоского конденсатора выполняется для постоянного тока:

т.е.:

где ε - диэлектрическая проницаемость материала;

ε₀- диэлектрическая постоянная;

S - площадь обкладок;

D - расстояние между обкладками;

С - емкость конденсатора.

Количество j-элементов площадок зависит от требуемой плотности измерений. Соответственно при увеличении количества j-площадок в нижней обкладке необходимо пропорционально увеличивать концентрацию пьезоэлементов 3 в материале покрытия.

В силу конструктивных особенностей, нижняя обкладка выполнена в виде матрицы j-обкладок плоского конденсатора с j-разрядной шиной, подключенной к зарядно-считывающему устройству, и расположена на жестком основании. Верхняя обкладка в виде фольги наклеивается на исследуемое покрытие.

Способ заключается в следующем.

Перед приложением нагрузки происходит цикл зарядки матрицы и считывания емкостей всех j-х конденсаторов. Результаты считывания обрабатываются ЭВМ и выдаются в виде трехмерной поверхности, которая принимается за нулевую поверхность. При приложении нагрузки в материале возникает сложное напряженное состояние. Пьезоэлементы образуют возмущения электрического поля вокруг себя из-за образования диполей в однородном электрическом поле, и емкости j-х конденсаторов в конкретной области покрытия изменяются.

Полученные значения сравниваются с нулевой поверхностью и полученные изменения представляются ЭВМ в виде новой i-й поверхности, где i - номер цикла измерения. Частота циклов назначается в зависимости от характера приложения нагрузки.

Таким образом, достаточно воспринимать только изменение емкости плоского конденсатора для получения информации о изменении напряжения.

Применение на практике предлагаемого способа позволяет получать характеристики распространения напряжений в дорожных и аэродромных покрытиях.

Использование предлагаемого способа позволяет изучать практически характер взаимодействия многоколесных опор ЛА и способов расположения пневматиков в опорах ЛА и колес автомобилей ходовой части.

Источники информации

1. патент США №4224840, MKU G 01 G 3/14, 1985 г.

2. патент ГДР №257492, G 01 L 1/14, 1988 г.

3. RU 02146809 C1, 20.03.2000 г.

4. RU 02152010, 27.06.2000 г.

5. RU 02155943 C2, 10.09.2000.

6. RU 02159924 C1, 27.11.2000.

7. RU 02173838 C1, 20.09.2001.

8. RU 02154262 C2, 10.08.2002.

9. RU 02189020 C1, 10.09.2002.

10. RU 02195636 C2, 27.12.2002.

Способ измерения полей механического напряжения в дорожных и аэродромных покрытиях на основе явления изменения емкости дифференциального плоского конденсатора, отличающийся тем, что для снятия напряжения в нем используется матрица элементарных плоских конденсаторов, подключенная к зарядно-считывающему устройству, при этом в покрытие внедряются пьезоэлементы, перед проведением измерения нагрузки в покрытии производится зарядка матрицы и считывание емкостей всех элементарных конденсаторов матрицы зарядно-считывающем устройством, результаты считывания обрабатываются на ЭВМ и представляются в виде трехмерной поверхности, после приложения нагрузки производится повторное считывание емкостей всех элементарных конденсаторов и представление новой трехмерной поверхности.

Похожие патенты:

Датчик усилия // 2193762

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах тактильного очувствления промышленных роботов. .

Датчик физических величин // 2161298

Изобретение относится к области создания датчиков на основе технологий микроэлектроники и вакуумной электроники. .

Емкостный силоизмерительный датчик // 2152010

Изобретение относится к технике электрических измерений механических величин с помощью емкостных преобразователей. .

Индуктивный датчик силы // 2148804

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а более конкретно к измерителям силы, основанным на измерении изменения индуктивности, которые могут быть использованы для измерения давления и веса.

Датчик силы // 2105275

Способ дифференциально-емкостного преобразования усилия и датчик для его осуществления // 2093804

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным преобразователям усилий, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для измерения знакопеременных усилий, силы тяжести в весодозирующих устройствах и др.

Динамометр // 2068549

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к датчикам для измерения усилий. .

Емкостный датчик силы // 2065588

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и может найти широкое применение в области измерения механических величин: усилий, масс, давлений и т.д.

Емкостный датчик усилий // 2060478

Устройство для измерения силы // 2054642

Изобретение относится к силоизмерительной технике. .

Датчик для измерения механического напряжения/продольной деформации и способ измерения механического напряжения/деформации // 2305261

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения механического напряжения, в частности для постоянного контроля состояния деталей машин, в том числе болтов

Устройство для измерения осевой силы, действующей на подшипник // 2316741

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения осевой силы, действующей на подшипник, например несущий подшипник центробежного насоса

Герметизированный динамометрический элемент // 2317530

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения механической нагрузки и силы

Устройство для контроля контактного давления // 2319123

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле контактного давления, например, тормозов

Оптический тактильный датчик и способ восстановления распределения вектора силы с использованием указанного датчика // 2358247

Изобретение относится к устройству и способу определения вектора силы и может быть использовано в тактильном датчике для руки робота

Измерительное устройство, устройство для дробления породы и способ измерения волны напряжения // 2387823

Изобретение относится к способу измерения волны напряжения и к измерительному устройству и устройству для дробления породы

Устройство для измерения давления или силы // 2427811

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидких и газообразных сред или механической силы в электронных системах контроля, защиты и управления

Односторонний емкостной датчик усилия для электронных устройств // 2454702

Изобретение относится к емкостным датчикам, в которых применяется установленная на подложке электродная пара, чтобы по изменению емкости определить степень контактного усилия

Емкостный силоизмерительный датчик // 2483283

Изобретение относится к технике электрических измерений механических сил, и в частности силы тяжести, пропорциональной массе, наложенной на грузоприемную платформу весоизмерительных устройств

Устройство для измерения величины натяжения трубки в «straw»-детекторах // 2539107

Изобретение предназначено для измерения натяжения трубки в «straw»-детекторах, использующихся в технике физического эксперимента, а также в медицине и научных исследованиях. Устройство содержит высоковольтный генератор переменной частоты, предназначенный для электростатического возбуждения колебаний трубки, который через разделительный конденсатор соединен с преобразователем амплитуды колебаний трубки в электрический сигнал, выход которого соединен с входом АЦП. Выход АЦП подключен к ЭВМ. Выход генератора также соединен с дополнительно введенным опорным электродом, установленным параллельно оси измеряемой трубки на расстоянии, обеспечивающем электростатическое возбуждение ее колебаний с частотой сигнала возбуждения, и расположенным совместно с преобразователем амплитуды колебаний. Причем для блокировки колебаний электрода его масса превышает массу проверяемой трубки, а трубка соединяется с нулевым проводом высоковольтного генератора, и при сканировании частоты высоковольтного генератора ЭВМ по программе определяет максимальную амплитуду колебаний трубки, которая достигается на резонансной частоте. Технический результат заключается в возможности бесконтактного возбуждения колебаний трубки и исключении искажений частоты и формы ее колебаний. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.