Устройство для контроля целостности строительных изделий Советский патент 1989 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к строительству и машиностроению, а именно к устройствам контроля качества изделий акустическими методами,и предназначено для диагностики качества строительных изделий из неметаллов, когда важно с достаточной точностью определить физико-механические характеристики, наличие дефектов, целостность детали после изготовления, а также в процессе эксплуатации.

Целью изобретения является повышение точности контроля.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - диаграммы работы элементов схемы; на фиг.З - амплитудно-частотные характеристики контролируемого изделия А и эталонного Б; на фиг.4 - изменение амплитуды колебаний для образцов с разными модулями упругости.

Устройство для контроля целостности строительных изделий содержит излучатель 1 колебаний, в качестве которого применен громкоговоритель типа 1 ОГД-34, чувствительный элемент 2 - датчик, акселерометричес- кий датчик КД-10, приемник 3 колебаний, включающий усилитель, детектор и фильтр низкой частоты, амплитуный детектор А, компаратор 5, ждущий мультивибратор 6, блок 7 выборки-хранения, сумматор 8, измерительный бло 9, в качестве которого применен вольметр, частотомер 10, звуковой генератор 11, объект 12, в котором возбуждаются колебания, переключатели

13и 1А, источник 15 управляющего напряжения.

Электрический сигнал в устройстве циркулирует по замкнутому кругу, причем частота его может изменяться автоматически, когда переключатель

14находится в положении I, и вручную, посредством источника 15 управляющего напряжения (многооборотного резистора-) , когда переключатель 14 находится в положении II.

Устройство контроля целостности строительных изделий работает следующим образом.

Чувствительный элемент 2 (приемный) крепится к испытуемому изделию 12 в том месте, где предположительно возникает максимальная амплитуда колебаний. Излучатель 1 колебаний направляется на изделие, звуковой

0

5

генератор 11 вырабатывает электрический сигнал различных частот (фиг.2а). Этот сигнал усиливается и преобразуется излучателем I колебаний в акустические колебания, которые воздействуют на испытуемое изделие.

Чувствительный элемент 2 преобQ разует механические колебания изделия 12 в электрический сигнал, который усиливается усилителем в приемнике 3 колебаний. Входной сигнал представляет собой высокочасJ тотное заполнение и низкочастотную огибающую (фиг. 26). Для вьщеления низкочастотной огибающей в приемник 3 колебаний включен детектор, с выхода которого продетектированный сигнал (фиг. 2в) поступает на фильтр низкой частоты приемника 3 колебаний, с выхода которого получается низко- , частотная огибающая (.фиг. 2г) . Низкочастотная огибающая одновременно поступает на вход амплитудного детектора 4, на вход компаратора 5 и на вход записи блока 7 выборки-хранения, а на другой вход компаратора 5 поступает выходной сигнал с амплитудного детектора 4 (фиг. 2д).

Компаратор включен в цепь для сравнения сигналов на первом и вто- ром его входах при увеличении аьтли- туды колебаний изделия J2, что про- исходит при приближении частоты вынужденных колебаний к собственной частоте колебаний изделия, потенциал на одном входе компаратора потенциала на его другом входе. При этом на выходе компаратора 5 будет нулевой потенциал (фиг. 2е). После этого снимаются показания частоты резонанса, затем снимаются показания амплитуды сигйала на частоте резонанса.

Далее переклю 1атель 14 устанавливается в положение II для измерения скорости изменения амплитуды сигнала в зависимости от частоты. Весь цикл работы устройства повторяется до момента прохождения частоты резонанса (фиг. 2д, tp). В этот момент перепад уровня на гыходе компаратора 5 запускает ждущий мультивибратор 6, который вырабатьгоает импульс задан5 ной длительности (фиг. 2ж). 15 это же время сигнал с выхода амплитудного детектора 4 поступает на один вход сумматора 8. Звуковой генератор

0

5

0

5

0

11 продолжает изменять частоту вырабатываемого сигнала.

В момент времени (фиг. 2ж, t/j.) на выходе ждущего мультивибратора 6 появляется отрицательный перепад напряжения. Этот перепад поступает на вход разрешения записи блока 7 выборки-хранения, с выхода которого потенциал, равный потенциалу на выходе усилителя приемника 3 колебаний в момент времени (Фиг. 2з), поступает на другой вход сумматора 8. На выходе последнего появляется потенциал, равный разности потенциалов на входах (фиг. 2и). Этот потенциал поступает на вход измерительнего блока 9 . В это время производится снятие информации с индикатора измери- тельног.о блока. Разность амплитуды втсодного сигнала за интервал времени сГ позволяет судить о скорости изменения амплитуды в зависимости от частоты.

Таким образом, измерение параметров испытуемых изделий производится последовательно. Сначала измеряется частота собственных колебаний испытуемого изделия, затем амплитуда колебаний на собственной частоте и в последнюю очередь измеряется скорость изменения амплитуды колебаний в зависимости от частоты.

Контроль изделий осуществляется следующим образом. По результатам

-, +м(1у - 1,)9 + (е т -G EI) - E odfyU + ) + E( ,) 0,

где Л, М

F,, коэффициенты Ламе и

Пуассона;

площадь;

-и

Г

1цу.

10 рх

0 Т

моменты инерции; Е - модуль упругости; - поворот сечения под воздействием крутящего момента;15 V, и, С - перемещения элементов

лопатки в соответствующем направлении; угол закрутки;

жесткость в соответст- 20вующем сечении.

В результате расчета перечисленных уравнений на мащине ЕС 1022 на печать выдаются следующие данные: значения

собственных частот колебаний, дейст25 вующие значения напряжений.

Для короткозащемленной балки из Неметалла для модуля упругости Е( 0,3-10° МПа, собственная частота равна Е, 10 Гц, а при модуле

30 упругости Е 0,15-10 Ша - F 74 Гц.

Таким образом, при уменьшении физико-механических характеристик в два раза такой информационный параметр, используемый для диагностииспытаний выбирается эталонное изде- ки, как частота собственных колебаний.

-, +м(1у - 1,)9 + (е т -G EI) - E odfyU + ) + E( ,) 0,

Л, М

F,, коэффициенты Ламе и

Пуассона;

площадь;

-и

Г

1цу.

0 рх

0 Т

моменты инерции; Е - модуль упругости; - поворот сечения под воздействием крутящего момента;5 V, и, С - перемещения элементов

лопатки в соответствующем направлении; угол закрутки;

жесткость в соответст- 0вующем сечении.

В результате расчета перечисленных уравнений на мащине ЕС 1022 на печать выдаются следующие данные: значения

собственных частот колебаний, дейст5 вующие значения напряжений.

Для короткозащемленной балки из Неметалла для модуля упругости Е( 0,3-10° МПа, собственная частота равна Е, 10 Гц, а при модуле

0 упругости Е 0,15-10 Ша - F 74 Гц.

Таким образом, при уменьшении физико-механических характеристик в два раза такой информационный параметр, используемый для диагности

Изобретение относится к области строительства и машиностроения, конкретно к устройствам контроля качества изделий акустическим методом, и предназначено для контроля качества строительных изделий. Оно позволяет повысить точность контроля. Устройство содержит излучатель 1 колебаний, чувствительный элемент 2, приемник 3 колебаний, амплитудный детектор 4, компаратор 5, ждущий мультивибратор 6, блок 7 выборки-хранения, сумматор 8, измерительный блок 9, частотомер 10, звуковой генератор 11, переключатели 13 и 14, источник 15 управляющего напряжения. 4 ил.

лие, которое не имеет дефектов и является годным. Определяется его собственная частота колебаний с щагом в 1 Гц, за резонансом определяется изменение амплитуды колебаний в зависимости от частоты и по результатам контроля строится график. Далее строятся соответствующие кривые для контролируемого изделия.

Методика контроля качества и целостности строительных материалов и конструкций осуществляется следующим образом.

Рассмотрим колебания строительных конструкций в виде стержня, закрепленного с одного края. Колебания этого стержня описьгеаются системой дифференциальных уравнений (Л + M)F, - EdxV + I,yU ,- -e CtoIpx) .f CMCV ) 0;

изменяется на 25%. При этом амплитуд колебаний составляют при Е

40

соответственно П,3 10« та А 3,4-10 м, при Е 0,1510 МПа, А А,6-10 м

45

Изменение амплитуды колебаний происходит на 33%. Таким образом, амплитуда колебаний изделий является более информативным параметром, по которому можно с большей точностью оценивать дефектность изделия.

Определение амплитуды колебаний и по Ней определение декремента не находит широкого распространения из50 за трудностей получения достаточно достоверных данных, недостаточной воспроизводимости результатов контроля и невозможности исключения влияния многочисленных посторонних

ГС факторов. Из эксперимента выяснено, что более стабильным информативным параметром является скорость изме- - f ц f гЛ „ - -

FU - E(Ii,U + ,y -6 tol,y ) + нения амплитуды колебаний в зависи- + (мои ) 0;мости от частоты вынужденных колебаизменяется на 25%. При этом амплитуды колебаний составляют при Е

40

соответственно П,3 10« та А 3,4-10 м, при Е 0,1510 МПа, А А,6-10 м.

5

Изменение амплитуды колебаний происходит на 33%. Таким образом, амплитуда колебаний изделий является более информативным параметром, по которому можно с большей точностью оценивать дефектность изделия.

Определение амплитуды колебаний и по Ней определение декремента не находит широкого распространения из0 за трудностей получения достаточно достоверных данных, недостаточной воспроизводимости результатов контроля и невозможности исключения влияния многочисленных посторонних

С факторов. Из эксперимента выяснено, что более стабильным информативным параметром является скорость измеf - „ - -

нения амплитуды колебаний в зависи- мости от частоты вынужденных колебаНИИ. Этот параметр характеризует скорость, с которой изделие входит и выходит из резонанса при сближении вынужденной и собственной частот колебаний,

Рассмотрим аьтлитудно-частотные характеристики контролируемого изделия А и эталонного В (фиг.З)

Из фиг. 3 (А и R) видно, что в зависимости от физико-механических характеристик и условий крепления характер изменения амплитуды при - приближении -к резонансу различный, хотя собственные частоты колебаний совпадают.

Для оценки качества изделия очень важно знать не только его физико-механические характеристики: прочность, модуль упругости, плотность, но и динамические показатели, такие как декремент затухания, определенный по разности амплитуд.

Другой динамический показатель можно контролировать в любой точке околорезонаисной области и который характеризует скорость изменения амплитуды в зависимости от частоты

ЗА вынужденных колебании, т.е. г-, где

15275758

0,3-10 МПа. Из фиг.4 видно, что при изменении модуля упругости в два раза информативный параметр изменяется на 40%, что позволяет с большей точностью контролировать целостность деталей, чем такой информативный параметр, как собственная частота колебаний F.

. Технико-экономическая эффек х в- ность предлагаемого устройства заключается в повышении достоверности и чувствительности и расширении области применения контроля.

J2 С большей точностью можно проводить диагностикудефектов в виде третин, расслоений, внутренних пустот и других, имеющих Небольп ие размеры, э также уменьшить вероятность пропуска имею Q щихся скрытых дефектов.

Для деталей с разными значениями модулей упругости (Е. 0,3-10 МПа

f

и Е 0,15-10 МПа) с собственными частотами, соответственно, F 25 101 Гц и Fj 74 Гц при варьировании значениями частот ft

и F,

30

в области резонанса рассчитывают амплитуды колебаний и значения такого информативного параметра, как скорость изменения амплитуды колебаний в зависимости от частоты, изменение которого составляет 40%, что позволяет с большей точностью прово- - дить контроль целостности деталей. Формула изобретения

А - амплитуда колебаний, F - частота вынужденных колебаний.

Для подтверждения информативности данного параметра проводят факторный анализ. Берут два стержня из композитного материала, причем их физико- механические характеристики отличаются в два раза: Е, 0,3-10 МПа; EJ 0,15-10 МПа.

Собственная частота колебаний первого стержня F, 101 Гц, второго - F 74 Гц. Для определения скорости изменения амплитуды колебаний от чатоты варьируют значением частоты вынужденных колебаний в околорезонанс- иой области. Для первого стержня частота составляет 97 и 98 Гц, для второго - 70 и 71 Гц. Сначала производится расчет по программе и рассчитывается амплитуда колебаний ,для каждого значения частоты и по этим данным - скорость изменения амплитуды в зависимости от частоты.

На фиг.Аа показано изменение амплитуды колебаний для стержня, у которого модуль упругости Е - 0,15-10 МПа, на фиг. 46 - для стержня с модулем упругости Е

вании значениями частот ft

и F,

0

5

0

5

0

5

в области резонанса рассчитывают амплитуды колебаний и значения такого информативного параметра, как скорость изменения амплитуды колебаний в зависимости от частоты, изменение которого составляет 40%, что позволяет с большей точностью прово- - дить контроль целостности деталей. Формула изобретения

Устройство для контроля целостности строительных изделий, содержа- Piee звуковой генератор, излучатель колебаний, чувствительный элемент, приемник колебаний и частотомер, о тличающееся тем, что, с целью повыпёния точности контроля, оно снабжено амплитудным детектором, , компаратором, ждущим мультивибратором, блоком вьборки-хранения, сумматором, измерительным блоком, двумя переключателями и источником -управляющего напряжения, причем выход приемника колебаний подключен к входу амплитудного детектора и к одним входам компаратора и блока яиРорки-хранения, выход амплитудного детектора подключен к другому входу компаратора, к одному из входов сумматора и через лервый переключатель - к одному КЗ входов измерительного блока, который через первый Переключатель Соединен с выходом сумматора, выход компаратора

соединен с одним из входов частотомера и входом ждухцего мультивибратора, выход которого соединен с другими входами блока выборки-хранения и измерительного блока и с входом звукового генератора, один из выходов которого подключен через второй переключатель к источнику

управляющего напряжения, другой выход звукового генератора соединен с излучателем колебаний и с другим входом частотомера, выход блока выборки-хранения подключен к другому входу сумматора, а чувствительный элемент соединен с входом приемника колебаний.

Фиг.2

57 98

Редактор А.1Чандор

Составитель А.Кузнецов

Техред А.Кравчук Корректор Л.Бескид

Заказ 7506/50

Тираж 789

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

f,Г

j-Q,

tt.6-}0 U-W

-г

-г

.r

2(l.30-10 MflA

Л

101 Фие.

.ГЦ

Подписное