Комбинированный способ регистрации колебаний цилиндрической оболочки

Авторы патента:

Герасимов Сергей Иванович (RU)

Тотышев Константин Валерьевич (RU)

Зубанков Алексей Викторович (RU)

Трепалов Николай Александрович (RU)

Шукшин Евгений Васильевич (RU)

Калмыков Александр Петрович (RU)

G01H9/00 - Измерение механических колебаний или ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых колебаний с использованием средств, чувствительных к излучению, например оптических средств

Владельцы патента RU 2768109:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)

Изобретение относится к испытательной и измерительной технике. Комбинированный способ регистрации колебаний цилиндрической оболочки включает нанесение меток на оболочку, оптическую регистрацию ее изображения до и после ударно-волнового нагружения и анализ полученных изображений. Колебания оболочки также фиксируют при помощи индукционных датчиков, содержащих полевоспринимающие и полесоздающие устройства. Сигнал на запуск оптического регистратора формируют при поступлении с полевоспринимающих устройств суммарного сигнала, превышающего заданный уровень сигнала. Изображения меток, размер ячейки которых занимает площадь на изображении не менее 4-х пикселей, регистрируют в дискретные моменты времени относительно запускающего сигнала. Анализируют изображения совместно с анализом сигналов индукционных датчиков. Изменение направления и амплитуды смещения элементов поверхности оболочки определяют путем кросскорреляционного анализа пар изображений меток, полученных в разные моменты времени. Повышается точность и достоверность информации. 1 ил.

Изобретение относится к области испытательной и измерительной техники и позволяет бесконтактно регистрировать вынужденные колебания цилиндрической оболочки при ее ударно-волновом нагружении.

Известен способ регистрации колебаний цилиндрической оболочки (Новиков С.А., Пермяков В.В., Рябикнн А.И., Синицин В.А. Применение фотометрического метода для измерения перемещений металлических оболочек при взрывном нагружении // ПМТФ. 1978. №4. С. 60 - 163). Он основан на механической модуляции светового луча, пропускаемого через узкую щель между исследуемой поверхностью и неподвижным ограничителем, что обеспечивает регистрацию колебаний цилиндрической оболочки только в выделенном сечении и в поперечном направлении. Таким образом, известный способ не позволяет получить общую волновую картину колебаний цилиндрической оболочки при ее ударно-волновом нагружении.

Известен «Способ измерения деформации изделий» (а.с. SU№1245875, МПК 4G01B 11/16, опубл.23.07.86). заключающийся в том, что на поверхность исследуемого изделия до погружения проецируют эталонную систему меток. Одновременно проецируют эталонную систему меток на эталонное изделие. Отраженные от поверхностей эталонного и исследуемого изделий системы эталонных меток фиксируют в плоскости регистрации изображения исследуемого изделия. Совмещают обе системы путем смещения эталонного изделия до полного исчезновения образующихся в процессе совмещения интерференционных полос. Затем изделие нагружают, регистрируют образующуюся интерференционную картину и по ней измеряют деформации.

Недостатком данного способа является отсутствие информации о состоянии исследуемой поверхности во время ее колебательных движений, вызванных нагружением. Данный способ выбран в качестве прототипа.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа, обеспечивающего бесконтактную регистрацию вынужденных колебаний цилиндрической оболочки при ее ударно-волновом нагружении визуализацию колебательных движений поверхности. определение пространственно-временных зависимостей колебаний элементов поверхности.

Техническим результатом применения предлагаемого способа является получение информации о динамике развития ударно-волновой картины поверхности цилиндрической оболочки при ее нагружении, повышение достоверности и точности экспериментальной информации о вынужденных колебаниях цилиндрической оболочки.

Технический результат достигается за счет того, что в заявляемом комбинированном способе регистрации колебаний цилиндрической оболочки, включающем нанесение меток на поверхность цилиндрической оболочки, оптическую регистрацию ее изображения с нанесенными метками до и после ударно-волновою нагружения оболочки, последующий анализ полученных изображений, в отличие от прототипа, колебания оболочки дополнительно фиксируют при помощи первого и второго индукционных датчиков, размещенных в измерительном сечении, перпендикулярном продольной оси цилиндрической оболочки, содержащих установленные в едином каркасе, выполненном с возможностью перемещения вдоль наружной поверхности оболочки, полевоспринимающие устройства и полесоздающие устройства, установленные на поверхности цилиндрической оболочки вдоль ортогональных осей измерительного сечения напротив полевоспринимающих устройств. Сигнал на запуск оптического регистратора формируют в момент поступления с полевоспринимающих устройств суммарного сигнала, превышающего заданный уровень сигнала. Изображения меток, размер ячейки которых занимает площадь на изображении не менее 4 пикселей, регистрируют в дискретные моменты времени относительно запускающего сигнала. Анализ полученных изображений производят совместно с анализом зарегистрированных сигналов с индукционных датчиков. Изменение направления и амплитуды смещения элементов поверхности цилиндрической оболочки определяют путем кросскорреляционного анализа пар изображений меток, полученных в разные моменты времени.

Применение индукционных датчиков позволяет осуществить запуск оптического регистратора синхронно с началом исследуемого процесса и обеспечивает автономность схемы регистрации. Применение двух индукционных датчиков, расположенных в измерительном сечении, перпендикулярном продольной оси цилиндрической оболочки, при условии расположения полесоздающих устройств на поверхности цилиндрической оболочки вдоль ортогональных осей измерительного сечения напротив полевоспринимающих устройств, обеспечивает получение информации о колебательных процессах цилиндрической оболочки в измерительном сечении при произвольном направлении колебательных движений ее поверхности. Жесткое размещение полевоспринимающих устройств с помощью единого каркаса, выполненного с возможностью перемещения вдоль исследуемой цилиндрической оболочки, позволяет точно закрепить полевоспринимающие устройства и перемещать их в случае необходимости без трудоемкой переустановки, что повышает точность и надежность регистрации. Формирование сигнала на запуск оптического регистратора в момент поступления с полевоспрпнимающих устройств суммарного сигнала, превышающего заданный уровень сигнала, повышает надежность регистрации. Нанесение меток на поверхность цилиндрической оболочки при условии, что размер их ячейки на изображении занимает площадь не менее 4 пикселей, повышает точность идентификации элементов поверхности цилиндрической оболочки на ее изображении. Применение оптической регистрации изображения оболочки с нанесенными метками до и после ее ударно-волнового нагружения и последующего кросскорреляционного анализа полученной информации позволяет получить информацию о динамике развития ударно-волновой картины поверхности цилиндрической оболочки при ее нагружении. Совместный анализ зарегистрированных сигналов с индукционных датчиков и результатов, полученных на основе информации с оптического регистратора, повышает достоверность и точность экспериментальной информации о вынужденных колебаниях цилиндрической оболочки.

Заявляемый способ поясняется чертежом.

На фигуре изображены: 1 - цилиндрическая оболочка; 2 - индукционный датчик, 3 - поле создающее устройство; 4 - полевоспринимающее устройство; 5 - каркас; 6 - сумматор; 7 - пороговое устройство; 8 - генератор импульсов; 9 - оптический регистратор (возможно использование высокоскоростной видеокамеры); 10 - цифровой регистратор; 11 - автономное устройство питания; 12 - линии связи.

Регистрацию колебаний цилиндрической оболочки осуществляют следующим образом.

На заданную область поверхности цилиндрической оболочки 1 наносят метки (на фигуре не показаны). Расположение меток, их количество, цвет должны обеспечивать получение с помощью оптического регистратора 9 высококонтрастного изображения заданной области поверхности цилиндрической оболочки 1. Размер меток выбирают из условия, что на изображении, полученном с помощью оптического регистратора 9, размер ее ячейки должен занимать площадь не менее 4 пикселей.

С помощью двух индукционных датчиков 2 образуют измерительное сечение, перпендикулярное продольной оси цилиндрической оболочки.

В состав каждого индукционного датчика 2 входит полесоздающее 3 и полевоспринимающее 4 устройства. Полесоздающие устройства 3 устанавливают на поверхности цилиндрической оболочки 1 вдоль ортогональных осей измерительного сечения. Первое и второе полевоспринпмающее устройство 4, установленные в едином каркасе 5, выполненном с возможностью перемещения вдоль наружной поверхности оболочки 1, с помощью каркаса 5. располагают напротив первого и второго полесоздающего устройства 3 соответственно.

Осуществляют ударно-волновое нагружение оболочки 1, например взрывное нагружение.

Выход первого и второго полевоспринимающего устройства 4 электрически соединен с первым и вторым входами цифрового регистратора 10 и сумматора 6. Сигнал от полевоспринимающих устройств 4 через сумматор 6 поступает на вход порогового устройства 7, при превышении его уровня предварительного заданного значения на выходе порогового устройства 7 формируется сигнал на запуск генератора импульсов 8. Генератор импульсов 8 формирует сигнал необходимой формы для запуска оптического регистратора 9.

Автономность элементов схемы запуска (6-8) обеспечивает автономное устройство питания 11. Таким образом, при возникновении колебаний цилиндрической оболочки 1 в произвольном направлении, осуществляется синхронизация оптического регистратора 9 и, как следствие, получение серии изображений поверхности цилиндрической оболочки 1 в дискретные моменты времени относительно исследуемого процесса.

Путем кросскорреляционного анализа полученных изображений определяют изменение направления и амплитуды смещения элементов поверхности цилиндрической оболочки в дискретные моменты времени. Вычисленные данные анализируют совместно с информацией с индукционных датчиков 2. зарегистрированной с помощью цифрового регистратора 10.

Заявляемый способ опробован при проведении бесконтактной регистрации вынужденных колебаний поверхности цилиндрической оболочки при ее ударно-волновом нагружении и позволил осуществить визуализацию колебательного движения поверхности, определить пространственно-временные зависимости колебаний элементов поверхности, повысить достоверность и точность информации о динамике развития ударно-волновой картины поверхности цилиндрической оболочки.

Комбинированный способ регистрации колебаний цилиндрической оболочки, включающий нанесение меток на поверхность цилиндрической оболочки, оптическую регистрацию ее изображения с нанесенными метками до и после ударно-волнового нагружения оболочки, последующий анализ полученных изображений, отличающийся тем, что колебания оболочки дополнительно фиксируют при помощи размещенных в измерительном сечении, перпендикулярном продольной оси цилиндрической оболочки, первого и второго индукционных датчиков, содержащих установленные в едином каркасе, выполненном с возможностью перемещения вдоль наружной поверхности оболочки, полевоспринимающие устройства и полесоздающие устройства, установленные на поверхности цилиндрической оболочки вдоль ортогональных осей измерительного сечения напротив полевоспринимающих устройств, сигнал на запуск оптического регистратора формируют в момент поступления с полевоспринимающих устройств суммарного сигнала, превышающего заданный уровень сигнала, изображения меток, размер ячейки которых занимает площадь на изображении не менее 4-х пикселей, регистрируют в дискретные моменты времени относительно запускающего сигнала, при этом, анализ полученных изображений производят совместно с анализом зарегистрированных сигналов с индукционных датчиков, изменение направления и амплитуды смещения элементов поверхности цилиндрической оболочки определяют путем кросскорреляционного анализа пар изображений меток, полученных в разные моменты времени.

Использование: для неразрушающего контроля прочности оптического волокна. Сущность изобретения заключается в том, что в оптическом волокне создают напряжение с помощью источника акустического воздействия, расположенного вблизи оптического волокна, это же оптическое волокно с подключенной к нему измерительной системой используют как распределенный акустический датчик, с помощью которого регистрируют акустической сигнал в зоне акустического воздействия, по результатам обработки данного сигнала выделяют сигнал акустической эмиссии и сигнал акустического воздействия, причем при одних и тех же условиях измерения предварительно выполняют для образцового оптического волокна, прочность которого известна, а затем для контролируемого оптического волокна, после чего рассчитывают прочность контролируемого оптического волокна, при этом напряжение в оптическом волокне создают источником акустического воздействия, работающим на одной частоте, при обработке регистрируемого сигнала выделяют из него сигнал нелинейной акустической эмиссии на гармониках частоты источника акустического воздействия и рассчитывают прочность контролируемого оптического волокна по определенной формуле.

Способ контроля состояния смотрового устройства на трассе волоконно-оптической кабельной линии // 2757682

Использование: для контроля состояния смотровых устройств на трассе волоконно-оптической кабельной линии. Сущность изобретения заключается в том, что акустическим сигналом зондируют ограниченное разделом сред пространство в смотровом устройстве, принимают акустический сигнал, запоминают этот сигнал при нормальном состоянии смотрового устройства в качестве образцового и впоследствии сравнивают образцовый сигнал с сигналами, измеряемыми в дальнейшем, и по результатам совместной обработки этих сигналов судят о количественных показателях в изменениях в условиях распространения акустической волны в наблюдаемом пространстве, при этом измеряют акустический сигнал в ограниченном пространстве в смотровом устройстве, используя в качестве акустического сенсора оптическое волокно кабеля волоконно-оптической кабельной линии, проложенного в смотровом устройстве, и по количественным показателям изменений в условиях распространения акустической волны в наблюдаемом пространстве в смотровом устройстве оценивают состояние смотрового устройства.

Система и способ оптико-акустического контроля // 2757338

Способ измерения состояния множества пространственно разнесенных машинных частей, подверженных износу и испускающих акустические сигнатуры, включает следующие шаги: (а) оптическое обнаружение акустических свойств множества машинных частей, подверженных износу, и получение из них обнаруженных сигналов; (b) разделение обнаруженных сигналов на первую последовательность соответствующих пространственных сегментов вдоль пространственно разнесенных машинных частей и, для каждого пространственного сегмента, разделение обнаруженного сигнала на временной сегмент с записью акустических свойств пространственного сегмента за протяженный временной период; (с) разделение каждого временного сегмента на последовательность субсегментов и преобразование субсегментов в частотную область в соответствующие частотные субсегменты; (d) комбинирование частотных субсегментов в пределах пространственного сегмента с получением соответствующего комбинированного частотного субсегмента с пониженным уровнем шумов; и (е) определение основной частоты испускаемых акустических сигнатур, присутствующих в комбинированном частотном субсегменте, и ее гармоник.

Основанный на интерферометре саньяка распределённый датчик регистрации вибрационных воздействий с повышенной точностью определения координаты воздействия // 2752686

Распределенный датчик регистрации вибрационных воздействий включает широкополосный источник излучения 1, спектр которого включает непересекающиеся диапазоны [λ1…λ1'] и [λ2…λ2'], разветвитель по длинам волн (WDM) 2.1, после которого часть излучения в спектральном диапазоне [λ1…λ1'] направляется к одной петле интерферометра Саньяка, образованной разветвителем 4.1 со сдвигом фаз 2π/3, разветвителями по длинам волн WDM и волоконным кабелем 5, и проходит путь в прямой и обратной последовательности, а другая часть излучения в спектральном диапазоне [λ2…λ2'] направляется к второй петле, образованной разветвителем 4.2 со сдвигом фаз 2π/3 и разветвителями по длинам волн WDM, и проходит путь в прямой и обратной последовательности.

Устройство и способ для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных и применение такого устройства для бесконтактного анализа вибраций // 2743112

Заявленное изобретение относится к области анализа вибраций, в частности к анализу вибраций конструкции с использованием высокоскоростных видеоданных. Вариант осуществления устройства для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных содержит систему камеры, выполненную с возможностью формирования по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных конструкции, и модуль анализа данных, соединенный с системой камеры.

Кабельная секция буксируемой волоконно-оптической гидроакустической косы // 2741772

Изобретение относится к гидроакустике, в частности к акустическим косам на основе оптических эффектов. Кабельная секция буксируемой волоконно-оптической гидроакустической косы содержит размещенные во внешней оболочке сердцевину с массивом волоконно-оптических гидрофонов, сердцевина включает силовой элемент, связной модуль, содержащий оптическое волокно.

Волоконно-оптический кольцевой датчик акустической эмиссии // 2741270

Группа изобретений относится к волоконно-оптическому датчику и способу его изготовления. Заявленный датчик состоит из двух катушек с оптическим волокном, расположенных одна над другой и механически соединенных между собой эластичным герметиком, при этом каждая катушка подключена свободным концом оптического волокна к волоконному мультиплексору 1×2 с помощью волоконно-оптической сварки, образуя интерферометр Майкельсона, а на торец другого конца волокна каждой катушки напылена металлическая пленка, выполняющая роль зеркала.

Способ измерения артериального давления // 2741223

Изобретение относится к медицине, а именно к способу измерения артериального давления. При этом устанавливают на предплечье сжимающую артерию манжету.

Способ виброакустических исследований транспортных средств, оснащённых трансмиссией с механическим приводом сцепления, и устройство для его осуществления // 2737057

Изобретение относится к области технической акустики, в частности к виброакустическим исследованиям транспортных средств, оборудованных трансмиссией с механическим приводом фрикционного сцепления. При реализации способа исследуемое транспортное средство устанавливают на беговые барабаны динамометрического стенда, расположенного в акустической полубезэховой камере.

Устройство для лазерно-акустического контроля твердых и жидких сред // 2732470

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для исследования неоднородностей структуры твердых и жидких сред. Устройство содержит импульсный лазер, соединенный через оптоволокно с оптико-акустическим преобразователем, а также пьезоприемник, соединенный через усилитель с аналого-цифровым преобразователем, подключенным к компьютеру.

Система распределенного акустического зондирования, основанная на фазочувствительной оптической рефлектометрии во временной области без влияния коэффициента ослабления // 2768226

Изобретение относится к метрологии. Система распределенного акустического зондирования содержит когерентный лазерный источник, генерирующий свет с малой шириной линии, первый блок усилителя и фильтра, генератор оптических импульсов, генератор импульсов сигнала радиочастоты, циркулятор, измерительный кабель, третий блок усилителя и фильтра. Устройство содержит приемник, преобразующий в цифровую форму измеренный сигнал, некогерентный лазерный источник, генерирующий лазер CW с большой шириной линии для ослабления влияния эффекта когерентной интерференции или длины когерентности для света, вводимого в кабель, когда генератор оптических импульсов находится в выключенном состоянии, второй блок усилителя и фильтра, регулирующий мощность лазера CW, сгенерированного некогерентным лазерным источником, и фильтрующий его таким образом, что результирующий некогерентный свет имеет большую ширину линии; причем его мощность сопоставима с мощностью когерентного просачивающегося света, вводимого, когда генератор оптических импульсов находится в выключенном состоянии, блок объединения, объединяющий оптический сигнал и направляющий объединенный сигнал на циркулятор. Технический результат - улучшение рабочих характеристик, устранение ослабления сигнала. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.