Устройство неразрушающего контроля параметров колебаний строительных изделий Советский патент 1989 года по МПК G01H11/00 

1

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для неразрушающего контроля параметров колебаний строительных конструкций.

Цель изобретения - повьшгение разрешающей способности и быстродействия.

Цель достигается за счет устранения погрешностей, связанных с неста-. бильностью характеристик объекта измерения и замены инерционных механических элементов оптическими.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства неразрушающего контроля параметров колебаний; на фиг,2 эпюры напряжении в различных точках схемы; на фиг.3 - положения световой марки относительно светодиодов.

Устройство содержит премный датчик; вьтолненный на основ е оптоэлектронной пары с оптически связанными проекционным и приемным каналами, оптические оси которых установлены под равными углами 0 к поверхности объек- Q тон, проекционный канал, который содержит генератор 1 экспоненциально спадающих импульсов тока, питающий источник 2 инфракрасного (ИК) излучения, прямоугольную диафрагму 3 и екционный объектив 4, а приемный ка- нал содержит приемный объектив 5 и фотоприемник с двумя фотодиодами 6 и 7, предварительные усилители 8 и 9, амплитудный детектор 10, первый ком- 20 паратор 11,. интегратор 12, дополнительный амплитудный детектор 13, второй компаратор 14, ждущий мультивибратор 15, формирователь 16 синусоидального напряжения, фазовращатель 25 17, усилитель 18, усилитель 19 мощности, возбудитель 20 акустических .колебаний, направляемых на объект 21 испытаний, частотомер 22 и вольтметр 23.

Ус1 ройство работает следующим образом.

Генератор 1 экспоненциально спадающих импульсов формирует последовательность сигналов вида

to-t где V - амплитуда сигналов;

tg - начальный момент формирования сигнала; Q L - постоянная времени экспоненциальной функции.

Экспоненциально спадающие импульсы тока преобразуются через источник 2 излучения в импульсы ИК-изЛучения (световые сигналы), изменяющиеся во времени по экспоненциальному закону.

Поток излучения в ИК-области спек-; тра, генерируемый источником 2 в виде экспоненциально спадающих импульсов, проходит через прямоугольную диафрагму 3 и направляется на проекционный объектив 4, который формирует :изображение диафрагмы на поверхности

30

V(t) V.

(1)

35

45

тив 5, который формирует изображени световой марки в плоскости чувстви- тельньпс площадок фотодиодов 6 и 7. Поток ИК-излучения при облучении чувствительньк площадок фотодиодов 6 и 7 вызывает появление фотоэлектри ческих сигналов, которые поступают на входы предварительных усилителей С выходов предварительных усилителей 8 и 9 сигналы поступают на оди из входов компаратора 11 и на вход первого амплитудного детектора 10. Амплитудный детектор 10 формирует постоянное напряжение, равное амплитудному значению сигнала усилителя С учетом того, что фотоприемники 6 и 7, работающие в фотодиодном режиме и предварительные усилители 8 и 9 имеют линейные передаточные характеристики, на выходе последних вьщеля- ются экспоненциально спадающие сигналы вида (фиг.2).

V,(t)V.(t)V

1 / 01(02)

,

(2)

где V

01 (о)

- амплитуда сигналов фото приемников 6 и 7.

Таким образом, на входы компарато ра 11 напряжения поступают два сигна ла: постоянное напряжение с выхода амплитудного детектора 10 и экспонен циально спадающие импульсы напряжени с выхода усилителя 8. В момент равен ства этих сигналов на выходе компара тора 11 напряжения формируются прямо угольные импульсы. Передний фронт им пульсов в начальный момент времени te формирования экспоненциально спа- дакщих сигналов. Задний фронт импуль са формируется в момент совпадения экспоненциально спадающего и постоянного напряжений t,определяемого условием (фиг.2).

V,t Vc.exp . (3)

Решая уравнение (3), пблучаем выражение для длительности импульса компаратора

,--0 ьЬ .

V 01

(4)

Амплитуда фотоэлектрических сигна лов зависит от интенсивности светово го потока Е, квантовой эффективности

объекта в виде световой марки. Отра- „ Фотодиодов (Ь и величины освещения женный от поверхности объекта поток изображением марки площади чувстви- ИК-излучения, несущий в себе информацию о частоте и амплитуде колебаний объекта, поступает на приемный объек-Voit ji (5)

тельного слоя S ф . Для V р, но записать

Voi (.01 Е/Ь Зф ЦП .

и V мож

тив 5, который формирует изображение световой марки в плоскости чувстви- тельньпс площадок фотодиодов 6 и 7. Поток ИК-излучения при облучении чувствительньк площадок фотодиодов 6 и 7 вызывает появление фотоэлектрических сигналов, которые поступают на входы предварительных усилителей. С выходов предварительных усилителей 8 и 9 сигналы поступают на один из входов компаратора 11 и на вход первого амплитудного детектора 10. Амплитудный детектор 10 формирует постоянное напряжение, равное амплитудному значению сигнала усилителя 9. С учетом того, что фотоприемники 6 и 7, работающие в фотодиодном режиме, и предварительные усилители 8 и 9 имеют линейные передаточные характеристики, на выходе последних вьщеля- ются экспоненциально спадающие сигналы вида (фиг.2).

V,(t)V.(t)V

1 / 01(02)

,

(2)

где V

01 (о)

- амплитуда сигналов фотоприемников 6 и 7.

Таким образом, на входы компаратора 11 напряжения поступают два сигнала: постоянное напряжение с выхода амплитудного детектора 10 и экспонент циально спадающие импульсы напряжения с выхода усилителя 8. В момент равенства этих сигналов на выходе компаратора 11 напряжения формируются прямоугольные импульсы. Передний фронт импульсов в начальный момент времени te формирования экспоненциально спа- дакщих сигналов. Задний фронт импульса формируется в момент совпадения экспоненциально спадающего и постоянного напряжений t,определяемого условием (фиг.2).

V,t Vc.exp . (3)

Решая уравнение (3), пблучаем выражение для длительности импульса компаратора

,--0 ьЬ .

V 01

(4)

Амплитуда фотоэлектрических сигналов зависит от интенсивности светового потока Е, квантовой эффективности

Фотодиодов (Ь и величины освещения изображением марки площади чувстви- (5)

тельного слоя S ф . Для V р, но записать

Voi (.01 Е/Ь Зф ЦП .

и V мож

(5) в выражение (4) по-un- -;

(6)

Таким образом,измерительный интервал 4t определяется только соотношением освещенных изображением марки площадей чувствительных площадок фотоприемников и не зависит от интенсивности от- раженного объектом светового потока. Это исключает влияние отражательной способности объекта на точность и надежность определения его параметров колебаний.

Величина освещенных изображением

„-ч .

марки площадей чувствительных площадок фотоприемников Зф,и Вф связана с перемещением объекта х следующей зависимостью (фиг.З):

(7)

ФЩ)

Ь(с/2 ± vx),

с V(8)

30

де h - высота чувствительной площадки фотоприемника; ширина изображения световой 25 марки;

линейное увеличение приемного объектива. С учётом (7) получим

- C/2-XV tin . C/2+XV

Из (8) следует, что длительность мпульса на выходе компаратора 11 одозначно определяет положение X объека.35

С интегратора 12 выходной сигнал поступает на второй вход компаратора 14 и на вход амплитудного детектора 13, с выхода амплитудного детектора 13 сигнал подается на первый вход компаратора 14, КогЛтаратор сравнивает сигналы, подаваемые на первый и второй его входы. Увеличение амплитуды колебаний (что происходит при возбуждении свободных колебаний возбудителем в точках с максимальной амплитудой колебаний) приводит к возрастанию амплитуды сигнала на входе амплитудного детектора 13, Когда сигнал на втором входе компаратора 14 больше

40

45

50

или равен сигналу на первом входе, на его выходе будет положительный потенциал. За пределами.частоты механического резонанса сигнал на втором входе 2 компаратора 14 становится меньше сигнала на первом входе, и на выходе компаратора 14 появляется нулевой потенциал, перепад уровней сигналов на выходе компаратора 14 управ

д15

20

30

25

35

е

40

45

50

55

ляет запуском ждущего мультивибрато-, ра 15, который вьфабатывает импульс длительностью 4t.Этим импульсом запускается частотомер 22, который измеряет частоту колебаний объекта. Амплитуда сигнала, пропорциональная амплитуде колебаний объекта, измеряется вольтметром 23, подключенным на выход амплитудного детектора 13.

С выхода ждущего мультивибратора 15 сигнал поступает на вход формиро- вателя 16 синусоидального напряжения, усиливается усилителем 18 и подается на конечный усилитель 19 мощности, нагруженный на возбудитель 20 акустических колебаний (громкоговоритель), направляющий акустические колебания на объект 21, замыкая цепь положительной акустической обратной связи, осуществляя авторезонансный режим работы устройства.

Формула изобретения

Устройство неразрушанмцего контроля параметров колебангш строительньк изделий, содержащее приемный датчик, подключенный к его выходу предварительный усилитель, амплитудный детектор, последовательно соединенные фазовращатели, усилитель, усилитель мощности и возбудитель колебаний, частотомер, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности и быстродействия, оно снабжено дополнительным предварительным усилителем, первым и вторым компараторами, интегратором, дополнительным амплитудным детектором, ждущим мультивибратором, формирователем синусоидального напряжения и вольтметром, выход основного предварительного усилителя соединен с первым входом первого компаратора, выход дополнительного усилителя соединен с входом основного амплитудного детектора, выход которого соединен с вторым входом первого компаратора, выход первого компаратора соединен с входом интегратора, выход интегратора соединен с вторым входом второго компаратора и с входом дополнительного амплитудного детектора, выход дополнительного амплитудного детектора соединен с первым входом второго компаратора, выход второго компаратора соединен с входом ждущего мультивибратора, выход ткдущего мультивибратора соединен с входом форми- .рователя синусоидального напряжения, выход формирователя синусоидального напряжения соединен с входом фазовращателя, частотомер подключен к выходу ждущего мультивибратора, а к выходу дополнительного амплитудного детектора подключен вольтметр, приемный датчик вьшолнен в виде оптоэлектрон- ной пары с оптически связанным проекционным и приемным каналами, проекционный канал содержит источник инфракрасного излучения, подключенный

,к входу источника инфракрасного излучения, генератор экспоненциально спадающих импульсов тока, установленные последовательно по ходу диафрагму и проекционньй объектив, приемный канал содержит оптически связанные приемный объектив и фотоприемник, вьшолненный в виде двух фотодиодов, включенных по дифференциальной схеме, выходы которых соединены соответственно с входами основного и дополнительного предварительных усилителей.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для неразрушающего контроля параметров колебаний строительных контрукций. . Цель изобретения - повьппение разрешающей способности и быстродействия - достигается за счет устранения погрешностей, связанных с нестабильностью характеристик объекта измерения, и замены инердаонных механических элементов оптическими. Поток ИК-излучёния, генерируемый источником 2 инфракрасного излучения (светодиодом, направляется во входной зрачок- проекционного объектива 4. Отраженный от поверхности объекта поток ИК-излуче- ния и несущий в себе информащш о частоте и амплитуде колебаний объекта поступает во входной зрачок приемного объектива 5, формирующего вторичное изображение световой марки в плоскости чувствительных площадок фотодиодов 6, 7. Свободные колебания объекта вдоль нормали N вызьшают колебания световой марки по полю чувствительных площадок фотодиодов 6, 7 с амплитудой, пропорциональной величине смещения X, Фотоэлектрические сигналы, вырабатываемые фотодиодами, усиливаются и обрабатываются, в результате чего формируются прямоугольные импульсы длительностью 31, функционально связанной с амплитудой X и частотой колебаний объекта. В результате дальнейшей обработки формируется синусоидальный сигнал, который усиливается и подается на усилитель 19 мощности, нагруженный на возбудитель 20 акустических колебаний (громкоговоритель) , замыкающий цепь положительной обратной связи, создавая авторезонансный режим работы устройства. 3 ил. | О) .й

Фиг.1

Ч

СП

. 7777/л/ /

Г

Фг

%

у///////

-ЭВ

о

«Фие.З