Устройство для определения плотности грунтов Советский патент 1986 года по МПК G01N3/30 

Изобретение относится к приборам для определения плотности грунтов и поиска балластных мешков в основании железнодорожного полотна о

Целью изобретения является повышение точности определения.

На фиг.. 1 представлен график измерения времени распространения ударной волны между двумя датчиками, а также эпюры выходных сигналов формирователей; на фиг, 2 - функциональ ная схема устройства; на фиг. 3 - принципиальная схема формирователей узла блокировки; на фиг. 4 - принципиальная схема узла сброса, генератора импульсов, ключа, а также один разряд счетчика и регистра памяти; на фиг. 5 - схема обнаружения дефекта.

Устройство (фиг. 2) содержит датчики-приемники колебаний 1 и 2, усилители 3 и 4, формирователи 5 и 6, узел блокировки 7, триггер 8, генератор импульсов 9, узел сброса 10, ключ 11, счетчик 12, злемент памяти 13 и индикаторный блок 14.

Формирователи 5 и 6 (фиг. 3) содержат диодные мосты 15 и 16, резисторы 17 и 18, инверторы 19 - 22, резисторы 23 и 24. Узел блокировки 7 (фиг. 3) содержит инвертор 25, логический элемент ШШ-НЕ 26, ключ 27, резистор 28, конденсатор 29, резистор 30, транзистор 31, инвертор 32.

Генератор импульсов 9 (фиг. 4) содержит инверторы 33, 34 и 35, резистор 36 и кварцевый резонатор 37.Узел сброса 10 (фиг. 4) содержит инверторы 38 - 43, логический элемент ИЛИ- НЕ 44, логический элемент И 45, резистор 46, конденсатор 47, инверторы 48 и 49.

Устройство работает следующим образом.

.На поверхности исследуемого сооружения устанавливаются датчики-приемники колебаний 1 и 2. Затем возбуждается ударная волна таким образом, чтобы сначала она достигла датчик 1, а потом датчик 2. В датчике 1 упругая волна преобразуется в электрический сигнал, который имеет вид за- гухающей синусоиды. Причем в зависи- мости от того, какая волна распространялась (волна сжатия или волна разрежения), первое вступление синусоиды будет либо положительным, либо отрицательным. Усилитель 3 усиливаэ

5

0

5

0

5

0

5

0

ет сигнал датчика 1. Формирователь 5 преобразует входной сигнал любой полярности в положительный П-импульс. Через узел блокировки 7 импульс проходит практически без задержки .(задержка составляет порядка 20 не, а точность устройства 0,1 мкс) на первый вход триггера 8, на выходе которого появляется уровень логической единицы, открывающий ключ 11, через который временные импульсы генератора 9 подаются на вход счетчика 12, который начинает их считать. Когда упругая волна, распространяясь по сооружению, достигает датчик 2, она преобразуется в электрический сигнал, усиливается усилителем 4 и формируется в положительный П-импульс формирователем 6. Этот импульс поступает на узел блокировки 7, второй вход триггера 8 и узел сброса 10. Узел блокировки закрывает первый канал на 1 с (время достаточное для затухания отраженных волн), а триггер переключается в исходное состояние. Теперь, если какой-либо сигнал пос- тупает на первый вход, то он не сможет переключить триггер из-за закрытого узла блокировки. Триггер 8 закрывает ключ 11, и счетчик 12 прекращает счет. Входной импульс второго канала в узле сброса 10 задерживается на время, достаточное для прохождения сигнала от второго датчика через триггер 8, ключ 11 и счетчик 12 (для микросхем серии К 155 это будет порядка 800 не). Затем по переднему фронту вырабатывается корот- сий импульс, разрешающий запись информации счетчика 12 в регистр памяти 13, а по заднему фронту вырабатывается импульс, стирающий информацию счетчика 12. С регистра памяти информация поступает на индикаторное устройство 14.

Работу формирователей 5 и 6 рассмотрим на примере формирователя 5. Входной сигнал, представляющий собой затухающую синусоиду, подается на диодный мост 15. На резисторе 17 имеем положительное пульсирующее напряжение. Как только амплитуда первой полуволны достигает уровня переключения инверторов 19 и 20, на выходе инвертора 20 появляется логическая единица. Когда входная амплитуда уменьшается до того же уровня, на выходе появляется логический .ноль. Резистор 23, представляющий

собой положительную обратную связь, создает крутые фронт и срез выходного инлульса. Таким образом, каким бы вступлением не был входцой сигнал (положительный или отрицательный) на вбкоде формирователя имеем положительный импульс, длительность которого равна длительности входной полуволны на уровне переключения инверторов. Использование предлагаемого формирователя позволяет исключить ошибку при измерении времени распространения волн растярсения (отрицательных полуволн). Аналогично работает и формирователь 6.

Устройство блокировки 10 работает следующим образом (см. фиг. 3). В исходном положении сигнал на выходе элемента 32 равен О, так как на его вход через открытьм транзистор 31 эмиттерного повторителя подается положительный потенциал. Следовательно, на выходе элемента 25 и на втором входе элемента 27 будет 1. Если сигнал подают на первый вход элемента 27 (соединенный с выходом формирователя первого канала), то он проходит через ключ 27 практически без задержки (вероятная ошибка в пять раз меньше точности устройства). При подаче сигнала на второй вход элемента 26 (соединенный с выходом формирователя второго канала) отрицательный скачок напряжения передается через конденсатор 29 на эмиттерный повторитель на транзисторе 31 и далее на вход элемента 32. На его выходе устанавливается сигнал 1, который Но цепи обратной связи удерживает выход элемента 26 в состоянии О даже, если выходной импульс закончится. Так как на входе элемента 25 имеется уровень логический 1, то на его выходе и, следовательно, на втором входе элемента 27 - логический О. Таким образом, при наличии сигнала на первом входе элемента 27, т.е. в первом канале, на выход этот сигнал не проходит - заблокируется. Узел блокировки находится в таком состоянии до тех пор, пока напряжение на конденсаторе 29 не достигнет порога срабатывания транзистора 31. После этого выходной сигнал элемента 26 равен 1,-сигнал элемента 32 - О и элемента 25 - 1. Время, необходимое для установки узла блокировки в исходное состояние, равно произведению сопротивления резистора 28 на

20

емкость конденсатора 29 и в устройстве составляет 1с.

С целью стабилизации частоты в генераторе импульсов 9 применен квар- 5 цевый резонатор.

Узел сброса 10 работает следую- дим образом (см; фиг. 4). Импульс с формирователя второго канала задерживается интегрирующей цепочкой на 10 резисторе 46 и конденсаторе 47 на 300 НС (время, достаточное для прохождения сигнала через триггер 8, ключ 11 и счетчик 12), Логические инверторы 48, 49 улучшают фронт и )5 срез задержанного импульса. Длительность импульса порядка 200 мкс (не менее четверти периода входного низкочастотного ударного колебания). На элементах 45, 38, 39 и 40 собран формирователь короткого импульса по переднему фронту входного им- . пульса. Этот короткий импульс .разрешает запись информации со счетчика 12 в регистр памяти 13. После этого 25 короткий импульс, сформированный элементами 44, 41, 42 и 43 и по заднему фронту входного импульса, устанавливает счетчик 12 в О, т.е. в исходное состояние.

Счетчик 12 представляет собой четырехразрядный двоично-десятичный счетчик. На фиг. 4 представлен мпад- ший разряд этого счетчика. Импульсы генератора 9 через ключ 11 подаются на счетный вход С1 счетчика 12. На выходе число импульсов представлено в двоичном коде. Выход счетчика 12 подается на счетный вход следующего разряда. Входы установки в О всех разрядов подключены к первому выходу узла сброса. Счетчик устанавливается в исходное состояние коротким импульсом по окончании входного сигнала второго канала.

Регистр памяти 13 работает сле- . дующим образом (см. фиг. 4), На каждый из четырех выходов счетчика 12 подключены D-входы четырех D-тригге- ров памяти 13 (для остальных разрядов ана-логично). Таким образом на D-входах постоянно имеется информация, изменяющаяся во время счета. Однако на выходах D-триггеров изменений не будет до тех пор, пока на С-входах не появится импульс.Ког- 55 да во втором канале появляется им- . пульс, счет прекращается и на D-входах D-триггеров памяти 13 имеется окончательная информация. В этот мо30

35

40

50

S

мент узел сброса 10 вырабатывает короткий импульс, которьм подается на. С-входы, изменяя состояние триггеров т.е. происходит запись информации. Эта информация с триггеров подается на индикаторный блок.

Дефектные зоны с помощью предл ага емого устройства обнаруживают таким образом. Датчики 1 и 2 устанавливаются на фиксированном расстоянии (см. фиг. 5). Зная скорость ударного импульса, определяют время распространения его на заданном расстоянии. Возбуждают импульс слева от датчика 1 при отсутствии дефектов измеренное и расчетное время совпадают. Перемещая датчики по исследуемой поверхности, при некотором положении датчиков (l и 2 ) замечают увеличениа времени распространения ударного импульса . Следовательно,, слева от датчика 2 находится дефект, но не левее точки последнего бездефектного измерения, т.е. между точками А и В Чтобы определить это- одиночный дефект или дефектная зона, второй датчик оставляют на месте в точке 2, а первый датчик перемещают на такое же расстояние только справа в точку 1 . Ударный импульс воз- буждают справа от первого датчика. Если измеренное время окажется равным расчетному, то в зоне АВ находится одиночный дефект (случай I); если же больше расчетного, то второй датчик находится в дефектной зоне (случай II). Для определения границ дефектной зоны оба датчика перемещают вправо при сохранении расстояния между ними. Пока второй датчик нахо- дится в дефектной зоне, измеренное и расчетное время не совпадает. Точка С, в которой измеренное время равно расчетному (положение датчиков 1 и 2 ), является границей дефектной зоны, т.е. между точками А и С находится трещиноватая зона. Причем, благодаря большой точности измерения границы зоны определяются с большой достоверностью.

Данное устройство позволит повысить точность измерения времени распространения ударног о импульса и с большей достоверностью определить границы дефектных зон.

5

10 15 20 5 о .

0

5

14286

Ф.о рмула изобретения Устройство для определения- плотности грунтов, содержащее датчики колебаний, которые подключены ко входам соответствующих усилителей, триггер, выход которого соединен с одним из входов ключа, другой вход которого соединен с генератором импульсов, выход ключа подключен к одному из входов счетчика, другой вход которого соединен с одним выходом узла сброса, отличающее- с я тем, что, с целью повышения точности определения, оно снабжено элементом памяти, индикаторным блоком, двумя формирователями, каждый из которых состоит из последовательно соединенных между собой диодного моста, первого резистора и двух инверторов, параллельно которым включен второй резистор, и узлом блокировки, который состоит из двух инверторов, логического элемента ИЛИ-НЕ, двух резисторов, транзистора,конденсатора и ключа, один из входов которого соединен с выходом первого инвертора, вход которого и один из входов элемента ИЛИ-НЕ объединены и соединены с выходом второго инвертора, выход элемента ИЛИ-НЕ подключен к одной ИЗ обкладок конденсатора, другая обкладка которого подключена к базе транзистора и через пергый резистор - к коллектору транзистора, эмиттер которого со вторым резистором и входом второго инвертора, причем выходы усилителей подключены к одной из диагоналей соответствующих диодных мостов, которые являются входами формирователей, выход первого формирователя подключен к другому входу ключа узла блокировки, который является первым входом, вторым входом является другой вход элемента .RTIIi-HE, который подключен к выходу второго формирователя и который подключен ко входу узла сброса и к oMHoNry из входов триггера, другой вход которого соединен с ключом, которьй является выходом узла блокировки, а другой выход узла сброса соединен с одним из входов элемента памяти, другой вход которого соединен с выходом счетчика, а выход элеме 1та памяти подключен к индикаторному блоку.

1231428 1 2,7SM

1 V ik

/ X/ /V/x/

i

vT

Изобретение относится к приборам для определения плоскости грунтов и поиска балластных мешков в основании железнодорожного полотна. Позволяет повысить точность определения плотности грунтов. Устройство содержит датчики-приемники колебаний 1 и 2, усилители 3 и 4, формирователи 5 и 6, узел блокировки 7, тригd)гер 8, генератор импульсов 9, узел сброса 10, ключ 11, счетчик 12, элемент памяти 13 и индикаторный блок 14. Датчики-приемники колебаний 1 и 2 устанавливаются на поверхности исследуемого сооружения, возбуждается ударная волна, которая достигает последовательно обоих датчиков. Формирователь 5 преобразует сигнал любой полярности в положительнЕлй импульс . Импульсы подаются на вход счетчика 12. При достижении волной датчика 2 срабатывает узел сброса 10 и счетчик 12 прекращает счет. С регистра памяти информация поступает на индикаторное устройство 14. Т.к. датчики 1 и 2 установлены на заданном расстоянии, возможно определить время распростран ния ударного импульса. При отсутствии дефектов измеренное и расчетное время совпадают. Устройство повьппает точность измерения времени ударного импульса, что позволяет достаточно точно определять границы дефектных зон. Зил. Ф (Л ю со чЛ to сх фие.г

rnn

li/ t

t np-ty-t

p-ty-t

фuг.i

ji

К триггеру 26

фиг.З

/( Stijrofy/nflvtte/oa S

фаг.

13