СПОСОБ И УСТРОЙСТВО СИГНАЛИЗАЦИИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЦЕЛОСТНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ Российский патент 2015 года по МПК G08B13/04 G01M7/00 

Описание патента на изобретение RU2559704C2

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.

Похожие патенты RU2559704C2

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ОКОННЫХ И ОСТЕКЛЕННЫХ ДВЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ 2013
  • Сомов Максим Владимирович
RU2544745C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ДАВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) 2011
  • Семенов Александр Сергеевич
  • Бушуев Олег Юрьевич
RU2466368C1
СПОСОБ ВИХРЕТОКОВОГО КОНТРОЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2006
  • Кибрик Григорий Евгеньевич
  • Налдаев Николай Дмитриевич
RU2371714C2
Устройство для контроля целостности строительных изделий 1988
  • Потапов Анатолий Иванович
  • Михейкин Сергей Сергеевич
  • Ильичев Сергей Михайлович
  • Красников Роман Петрович
  • Концевич Александр Иванович
SU1527575A1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВНЕШНЕЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЛИПОСАКЦИИ 2010
  • Хмелев Владимир Николаевич
  • Барсуков Роман Владиславович
  • Цыганок Сергей Николаевич
  • Генне Дмитрий Владимирович
  • Хмелев Сергей Сергеевич
  • Хмелев Максим Владимирович
RU2440165C1
Способ обеспечения виброустойчивости маятникового акселерометра линейных ускорений с цифровой обратной связью и виброустойчивый маятниковый акселерометр 2015
  • Гребенников Владимир Иванович
  • Калихман Лариса Яковлевна
  • Калихман Дмитрий Михайлович
  • Нахов Сергей Федорович
  • Скоробогатов Вячеслав Владимирович
  • Смирнов Евгений Семенович
RU2615221C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКИХ И СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ 2008
  • Козлов Максим Петрович
  • Корсаков Владислав Александрович
RU2387955C1
СПОСОБ ВИХРЕТОКОВОГО КОНТРОЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2007
  • Кибрик Григорий Евгеньевич
  • Налдаев Николай Дмитриевич
RU2365910C2
СПОСОБ ВИХРЕТОКОВОГО КОНТРОЛЯ 2006
  • Клюшев Андрей Васильевич
RU2339029C2
ИМПУЛЬСНЫЙ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫЙ ДАТЧИК 2008
  • Иммореев Игорь Яковлевич
  • Фесенко Максим Владимирович
RU2369323C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 559 704 C2

Реферат патента 2015 года СПОСОБ И УСТРОЙСТВО СИГНАЛИЗАЦИИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЦЕЛОСТНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ

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.

Формула изобретения RU 2 559 704 C2

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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2015 года RU2559704C2

КОМПЬЮТЕРНАЯ СИСТЕМА ОХРАНЫ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ 2002
  • Рыбкин А.П.
  • Казаков В.П.
RU2242382C2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЯ ИЛИ СООРУЖЕНИЯ 2009
  • Болдырев Геннадий Григорьевич
RU2392403C1
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ 2000
  • Дегтев Н.И.
  • Кузьмин В.А.
  • Щукина В.Н.
  • Ярных В.А.
RU2194978C2
Способ определения примесей железа в пробах марганцевых руд 1959
  • Давиденко П.И.
  • Добржанский А.В.
  • Ткаченко Н.С.
SU123949A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ 1993
  • Талалаев Н.В.
  • Бычков О.В.
  • Никитин А.А.
  • Школьников Э.М.
RU2049356C1
Колосоуборка 1923
  • Беляков И.Д.
SU2009A1
МНОГОБАЛОЧНЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР - АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ НА ОСНОВЕ ТЕНЗОРЕЗИСТИВНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 2008
  • Гусев Дмитрий Валентинович
  • Красюков Антон Юрьевич
  • Погалов Анатолий Иванович
  • Суханов Владимир Сергеевич
  • Тихонов Роберт Дмитриевич
RU2387999C1

RU 2 559 704 C2

Авторы

Сомов Максим Владимирович

Даты

2015-08-10Публикация

2013-10-25Подача