Способ и устройство сигнализации для контроля целостности конструкций



Способ и устройство сигнализации для контроля целостности конструкций
Способ и устройство сигнализации для контроля целостности конструкций
Способ и устройство сигнализации для контроля целостности конструкций

 


Владельцы патента RU 2559704:

Сомов Максим Владимирович (RU)

Изобретение относится к области охранной сигнализации и касается способа установления воздействия на конструкцию с использованием датчика движения. Технический результат заключается в повышении достоверности определения разрушения конструкции. Результат достигается тем, что в качестве датчика движения в устройстве для установления воздействия на конструкцию используют акселерометр, соединенный с амплитудным детектором, запускающим при превышении заданного значения амплитуды схему контроля частоты колебаний конструкции, и при отклонении значений частоты собственных колебаний конструкции от значений частоты собственных колебаний целой конструкции или при отсутствии частоты собственных колебаний конструкции формируется сигнал, свидетельствующий о разрушении конструкции. Согласно способу определения целостности конструкции при помощи генератора импульсов генератор импульсов настраивают таким образом, чтобы после его запуска момент импульсов совпадал со значениями напряжения, соответствующими пику каждого колебания конструкции в целом состоянии, при этом генератор импульсов запускается автоматически при воздействии на конструкцию и при несовпадении с указанными значениями напряжения полученных значений напряжения, соответствующих пикам колебаний конструкции, или при отсутствии колебаний конструкции устанавливают разрушение конструкции. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области охранных сигнализаций для контроля целостности конструкций, в частности строительных.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является извещатель охранный совмещенный ИО-315-10 «Шорох-3» (сведения из сети Интернет www.rielta.ru) и реализуемый в данном извещателе способ установления воздействия на конструкцию с использованием вибрационного датчика.

Основными недостатками данного аналога являются невозможность контроля остекленных конструкций, а также недостаточная информативность формируемого сигнала, поскольку не происходит сравнения характеристик целой и разрушенной конструкций. Разрушение контролируемой конструкции возможно определить только косвенно на основании данных о силе воздействия на конструкцию, в связи с чем разрушение конструкции невозможно определить достоверно.

Задачей, на которую направлено заявленное изобретение, является создание способа установления воздействия на конструкцию, подходящего для использования на любых конструкциях, в том числе остекленных, и повышение информативности сигнала. Другими задачами являются создание устройства, в котором реализуется вышеуказанный способ, создание способа определения целостности конструкции при помощи генератора импульсов, подходящего для использования в вышеуказанном устройстве, а также расширение арсенала устройств подобного назначения.

Задача решается за счет создания способа установления воздействия на конструкцию с использованием датчика движения, отличающегося тем, что в качестве датчика движения используют акселерометр и устанавливают разрушение конструкции путем измерения при помощи акселерометра частоты и амплитуды собственных колебаний конструкции, возникающих после воздействия на конструкцию силы, способной вызвать разрушение, при этом разрушение устанавливают при отклонении значений указанной частоты от значений частоты собственных колебаний целой конструкции или при отсутствии частоты колебаний конструкции.

Также задача решается за счет создания устройства для установления воздействия на конструкцию, содержащегое датчик движения, отличающегося тем, что датчик движения представляет собой акселерометр, указанный акселерометр соединен с амплитудным детектором, запускающим при превышении заданного значения амплитуды схему контроля частоты колебаний конструкции, и при отклонении значений частоты собственных колебаний конструкции от значений частоты собственных колебаний целой конструкции или при отсутствии частоты собственных колебаний конструкции формируется сигнал, свидетельствующий о разрушении конструкции.

Также задача решается за счет используемого, в частности в вышеуказанном устройстве, способа определения целостности конструкции при помощи генератора импульсов, где генератор импульсов настраивают таким образом, чтобы после его запуска момент импульсов совпадал со значениями напряжения, соответствующими пику каждого колебания конструкции в целом состоянии, при этом генератор импульсов запускается автоматически при воздействии на конструкцию и при несовпадении с указанными значениями напряжения полученных значений напряжения, соответствующих пикам колебаний конструкции, или при отсутствии колебаний конструкции устанавливают разрушение конструкции, воздействие на конструкцию представляет собой силу, способную вызвать разрушение конструкции. При этом силу, способную вызвать разрушение конструкции, предпочтительно, определяют с помощью амплитудного детектора, генератор импульсов, предпочтительно, представляет собой генератор прямоугольных импульсов, значения напряжений, предпочтительно, получают при помощи вольтметра постоянного тока, связанного с транзисторным ключом, управляемым генератором импульсов.

Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение возможности использования способа на остекленных конструкциях и повышение достоверности определения разрушения конструкции. При этом обеспечивается возможность определения воздействия на конструкцию и факт разрушения конструкции. Заявленные способ и устройство подходят для контроля целостности строительных конструкций из стекла, кирпича, бетона, пеноблоков и других материалов.

Изобретение поясняется следующими чертежами:

Фиг.1 Принципиальная схема работы извещателя

Фиг.2 Пример размещения извещателя на контролируемой конструкции

Фиг.3 Способ контроля частоты и затухания колебаний конструкции

Устройство, в котором реализуется заявленный способ, содержит в качестве датчика движения датчик ускорения и блок обработки сигнала. Датчик способен измерять вибрацию, частоту собственных колебаний конструкции и их затухание, предпочтительно в трехмерной системе координат. Определение состояния целостности конструкции и характер воздействия на конструкцию происходит путем анализа сигналов, поступающих с акселерометра, который может быть расположен на поверхности конструкции таким образом, что одна из осей его чувствительности расположена перпендикулярно поверхности, а две другие параллельно. В предпочтительном варианте поверхность находится в вертикальном положении таким образом, что две оси чувствительности акселерометра расположены параллельно уровню земли, а третья перпендикулярно.

Анализ сигнала осуществляют методом сравнения данных силы воздействия, частоты собственных колебаний конструкции, полученных с акселерометра при воздействии на контролируемую им конструкцию, со значениями, записанными в память извещателя исходя из данных, получаемых экспериментальным путем или методом математического расчета. Разрушение конструкции устанавливают на основании значений частоты ее собственных колебаний, измеряемой в осях акселерометра X, Y и Z. Измерение частоты собственных колебаний конструкции происходит при приложении к ней силы, способной вызвать в ней собственные колебания. Измерение происходит автоматически после определения воздействия на конструкцию. Наличие собственных колебаний конструкции устанавливают путем определения их затуханий. Предпочтительно определять затухание после измерения 10 колебаний конструкции при частоте не менее 20 Гц.

Воздействие на конструкцию определяется на основе сигналов акселерометра, преобразующего ускорение конструкции в осях X, Y, Z в электрические сигналы. Порог чувствительности извещателя устанавливается исходя из материала, площади, физических свойств конструкции и помеховой обстановки экспериментальным путем или методом математического расчета. В качестве акселерометра предпочтительно используют трехосевой акселерометр.

В предпочтительном варианте извещатель представляет собой алюминиевый или пластиковый корпус прямоугольной формы со сквозным отверстием и площадкой для фиксации на контролируемой конструкции. В корпусе расположен акселерометр, предпочтительно таким образом, чтобы его оси чувствительности к ускорению были перпендикулярны и параллельны уровню земли. В данном случае в каждой из осей чувствительности акселерометра возникает ускорение свободного падения, вызванное действием гравитации. Значения этих сил в виде электрических сигналов поступают на микроконтроллер, который на основе их значений определяет положение извещателя в пространстве и в случае отклонений от заданного значения формирует на своем выходе сигнал «воздействие».

При попытке взлома защищаемой конструкции к ней прилагаются силы, вызывающие ускорение в осях чувствительности акселерометра, который формирует на своих выходах сигналы в виде напряжений, пропорциональных воздействию сил по осям чувствительности акселерометра. Сигнал поступает на микроконтроллер, который фиксирует данные, поступающие от акселерометра, сравнивает их с установленными пороговыми значениями, соответствующими недопустимому воздействию на конструкцию, и формирует на своем выходе сигнал «воздействие».

При разрушении защищаемой конструкции к ней прилагаются силы, вызывающие ускорение в осях чувствительности акселерометра, который формирует на своих выходах сигналы в виде напряжений, пропорциональных воздействию сил по осям чувствительности акселерометра. Сигнал поступает на микроконтроллер, который фиксирует данные, поступающие от акселерометра, сравнивает их со значениями, соответствующими воздействию на конструкцию, и производит измерение собственных колебаний конструкции и их затуханий на основе сигналов, полученных с акселерометра. При отличии частоты собственных колебаний конструкции от эталонной частоты для целой конструкции микропроцессор формирует на своем выходе сигнал, свидетельствующий о разрушении конструкции, например сигнал «разрушение».

Сигнал с установленного в извещателе акселерометра 1, закрепленного на контролируемой конструкции 2 таким образом, чтобы оси его чувствительности 11 (X, Y) были параллельны уровню земли 12, а ось Z перпендикулярны, питаемого от схемы стабилизатора напряжения 3, поступает на амплитудные детекторы 4 и через транзисторные ключи 5 - на вольтметры постоянного тока 6. Транзисторные ключи управляются генератором прямоугольных импульсов 7, частота которого f настраивается на частоту свободных колебаний контролируемой конструкции в целом состоянии.

При превышении установленного порога напряжения 15, соответствующего силе воздействия 18, способного вызвать собственные колебания конструкции 13, амплитудные детекторы формируют управляющие сигналы для запуска генератора прямоугольных импульсов и управлением схемы сравнения микроконтроллера 8. Генератор начинает формировать импульсы 14 в количестве n длительностью 16 (t). Импульсы генератора дают команду к измерению вольтметрам и управляют транзисторными ключами, открывающимися на время t, за которое происходит измерение напряжения V. Измерение происходит n раз. Если частота и фаза собственных колебаний конструкции совпадает с частотой и фазой генератора импульсов, момент измерений напряжения будет совпадать с максимальной амплитудой каждого гармонического колебания. Полученные n раз значения напряжений будут определять затухание собственных колебаний целой конструкции.

При воздействии на конструкцию с ее последующим разрушением контролируемая частота собственных колебаний конструкции изменится, момент измерений напряжения перестанет совпадать с максимальной амплитудой каждого гармонического колебания. Полученные n раз значения напряжений будут определять изменение параметров контролируемой конструкции, таких как частота ее собственных колебаний 17 и их затухание. По результатам сравнения устанавливается целостность конструкции. Хранение данных целой конструкции, математические расчеты и сравнение производятся микроконтроллером 8, который подает сигнал «разрушение» на исполнительное реле 10. Также микроконтроллер по сигналу амплитудного детектора блокирует результат сравнения напряжений при условии, что до окончания измерений n поступает информация об очередном воздействии на конструкцию. В этом случае измерения начинаются с момента последнего воздействия. Исполнительное реле 9 срабатывает при превышении в любом из амплитудных детекторов установленного порога в осях чувствительности акселерометра X, Y, Z и формирует сигнал «воздействие на конструкцию».

Несмотря на то, что выше изложен предпочтительный вариант осуществления изобретения, специалисту в данной области должно быть очевидно, что этот пример не является ограничивающим и возможны другие варианты осуществления изобретения без изменения его сущности.

1. Устройство для установления воздействия на конструкцию, содержащее датчик движения, отличающееся тем, что датчик движения представляет собой акселерометр, указанный акселерометр соединен с амплитудным детектором, запускающим при превышении заданного значения амплитуды схему контроля частоты колебаний конструкции, и при отклонении значений частоты собственных колебаний конструкции от значений частоты собственных колебаний целой конструкции или при отсутствии частоты собственных колебаний конструкции формируется сигнал, свидетельствующий о разрушении конструкции.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что акселерометр питается от стабилизатора напряжения.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что акселерометр представляет собой трехосевой акселерометр.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что акселерометр расположен на поверхности конструкции таким образом, что одна из осей его чувствительности расположена перпендикулярно поверхности, а две другие оси параллельно.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что поверхность конструкции находится в вертикальном положении.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что значения частоты собственных колебаний целой конструкции получают экспериментальным путем или методом математического расчета.

7. Способ определения целостности конструкции при помощи генератора импульсов, где генератор импульсов настраивают таким образом, чтобы после его запуска момент импульсов совпадал со значениями напряжения, соответствующими пику каждого колебания конструкции в целом состоянии, при этом генератор импульсов запускается автоматически при воздействии на конструкцию и при несовпадении с указанными значениями напряжения полученных значений напряжения, соответствующих пикам колебаний конструкции, или при отсутствии колебаний конструкции устанавливают разрушение конструкции.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что воздействие на конструкцию представляет собой силу, способную вызвать разрушение конструкции.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что силу, способную вызвать разрушение конструкции, определяют с помощью амплитудного детектора.

10. Способ по п. 7, отличающийся тем, что генератор импульсов представляет собой генератор прямоугольных импульсов.

11. Способ по п. 7, отличающийся тем, что значения напряжений получают при помощи вольтметра постоянного тока, связанного с транзисторным ключом, управляемым генератором импульсов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области охранных сигнализаций и касается устройства для контроля за состоянием оконных или остекленных дверных конструкций. Техническим результатом является повышение достоверности определения состояний окна или двери.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к охранным извещателям, и предназначено для выявления несанкционированного открывания и механического повреждения запорных механизмов, блокирующих различные поверхности, например двери, перегородки.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам регистрации разрушения стеклянного полотна, закрепленного в раме. .

Изобретение относится к технике охранной сигнализации и может быть использовано для защиты объектов от вторжения нарушителя посредством разрушения остекленных конструкций.
Изобретение относится к средствам для защиты от взлома оконных стекол. .
Изобретение относится к технике охранной сигнализации и может быть использовано в системах охранной сигнализации жилых, служебных помещений, автомобилей и др. .

Изобретение относится к средствам охранной сигнализации остекленных проемов. .

Изобретение относится к сигнализации и может быть использовано в системах защиты от хищений, а также автоматического учета товаров на складах, музейных экспонатов, для автоматического учета наличия и продажи товаров и т.п.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для проведения испытаний на надежность электронных плат (ЭП) и их компонентов к комбинированным механическим и тепловым воздействиям.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к способам вибрационной диагностики, и может быть использовано для мониторинга технического состояния агрегатов гидравлических систем в автоматических системах контроля.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к области испытаний конструкций или сооружений на вибрацию и ударные нагрузки, а именно к методам и средствам диагностики технического состояния строительных объектов.

Изобретение относится к испытательному оборудованию и может быть использовано для исследования систем виброизоляции. Стенд содержит основание, на котором расположены дополнительные плиты с закрепленными на них виброизолируемыми аппаратами, и регистрирующую аппаратуру.

Изобретение относится к испытательной технике. Способ реализуют следующим образом.

Изобретение относится к испытанию колонн при центральном и внецентренном сжатии, а также элементов решетки ферм промышленных и гражданских сооружений большого габарита.

Изобретение относится к испытательной технике, применяемой при прочностных испытаниях (в частности, к испытаниям на прочность электронных плат (ЭП) при изготовлении).

Изобретения относятся к контрольно-измерительной технике и могут быть использованы в инженерных сооружениях, оснащаемых системами непрерывного сейсмометрического мониторинга.

Изобретение относится к области строительства, а именно к автоматизированным системам мониторинга технического состояния конструкций здания или сооружения в процессе его эксплуатации.

Изобретение относится к вибрационной технике, в частности к средствам генерирования вибраций. Устройство содержит вал, основной торцевой ротор, дебалансный ротор, основание, обоймы направляющих, подпружиненную платформу, упругие элементы и привод ротора.

Изобретение относится к области экспериментальной аэромеханики и может быть использовано при исследованиях динамических характеристик основных элементов конструкции летательного аппарата во время эксплуатации. При реализации способа сначала на образцах-свидетелях определяют зависимости от различных факторов характеристик демпфирующей способности материалов конструкции, затем на натурной конструкции планера ЛА в наземных условиях определяют динамические характеристики, в том числе зависимости от различных факторов параметров затухания колебаний для нескольких собственных тонов колебаний планера. Затем с помощью расчетов устанавливают перечень консервативных собственных тонов колебаний конструкции планера ЛА в диапазоне крейсерских скоростей полета, далее в полете при одинаковых режимах с помощью симметричного или антисимметричного отклонения штатных органов управления ЛА возбуждают гармонические или полигармонические колебания, и по измеренным данным датчиков вибрации, размещенных на диагностируемых элементах конструкции, и по значениям возбуждающей силы вынужденных колебаний органов управления ЛА в начале плановой эксплуатации и в назначенный срок определяют значения динамических характеристик основных гармонических, а также нелинейных колебаний для консервативных тонов, наличие негативного для исследуемой конструкции планера ЛА изменения в процессе эксплуатации параметров затухания указанных выше колебаний является признаком деградации прочностных характеристик элементов конструкции. Технический результат заключается в увеличении точности определения динамических характеристик элементов конструкции ЛА в полете. 3 ил.

Изобретение относится к области динамических испытаний конструкций и может быть использовано при испытаниях механических конструкций и электронных систем на динамические механические или электронные воздействия. Предлагаемый способ динамических испытаний конструкций и систем предназначен для обнаружения в процессе испытаний опасных отклонений параметров. В предлагаемом способе с помощью предварительного ударного возбуждения колебаний производят нагружение объекта и получают путем обработки этого возбуждения испытательного сигнала, распределение мощности и фазовая структура спектра которого полностью согласованы с характеристиками объекта испытаний. Все частотные составляющие испытательного сигнала обеспечивают максимально возможный отклик объекта испытаний, как результат синфазного взаимного сложения всех частотных составляющих отклика в момент окончания каждого испытательного импульса. Технический результат заключается в получении испытательного сигнала, согласованного с характеристиками объекта испытаний, и возможности обнаружения опасной непредсказуемой реакции системы на испытательный сигнал. 2 ил.

Изобретение относится к области обеспечения надежности и безопасности технических устройств производственных объектов повышенной опасности. Способ заключается в осуществлении системы контроля, включающей оценку состояния технических устройств технологических установок, усиленный входной контроль технического состояния технических устройств технологических установок на основе анализа технической документации с учетом условий эксплуатации, вероятности отказов в период эксплуатации, а также комплексный сопровождающий контроль фактического их технического состояния в условиях увеличенного интервала между капитальными ремонтами. Способ предусматривает ранжирование по степени опасности с выделением слабых звеньев, присвоения им ранга опасности на основе экспертно-балльной оценки с использованием матричной формы анализа информации о факторах, определяющих степень возможной безопасной дальнейшей эксплуатации технических устройств и их классификации, и на этой основе определение объема и уровня неразрушающего контроля в зависимости от ранга опасности. Одновременно осуществляют определение зон неразрушающего контроля технических устройств независимо от процедуры установления их ранга. На основании полученных результатов по ранжированию и определению зон контроля устанавливают требования к проведению сопровождающего диагностирования технических устройств с использованием средств неразрушающего контроля. Объем, средства и периодичность неразрушающего контроля устанавливается с учетом данных входного контроля технического состояния, ранга опасности и результатов комплексного технического контроля, проводимого во время капитального ремонта оборудования, предшествующего переводу технологической установки на увеличенный интервал между капитальными ремонтами. Осуществляют электронную архивацию данных по каждой единице оборудования, полученных при аудите и при ранжировании и техническом его диагностировании, т.е. формируют информационную базу данных о фактическом техническом состоянии технических устройств, что позволяет создать их электронный паспорт. Технический результат заключается в повышении надежности эксплуатации в условиях увеличения интервала между капитальными ремонтами. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 9 табл.
Наверх