Устройство для определения прочности бетона Советский патент 1990 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к неразрушающим испытаниям материалов и изделий и может быть использовано для определения качества железобетонных изделий, конструкций и сооружений.

Цель изобретения - повышение ности контроля за счет автоматической оптимизации числа циклов прозву- чивания.

На чертеже представлена структурная схема устройства для определения прочности бетона.

Устройство содержит электроакустически последовательно соединенные ге нератор 1 зондирующих импульсов, излучающий пьезопреобразователь 2, приемный пьезопреобразователь 3 и усилитель 4 с автоматической регулировкой усиления (АРУ),.последовательно соединенные полосовой фильтр 5 низких ( частот и первый измеритель 6 временный

интервалов, последовательно соединенные полосовой фильтр 7 средних час- тот и второй измеритель 8 временных интервалов, последовательно соединенные полосовой фильтр 9 высоких частот и третий измеритель 10.временных интервалов, арифметический блок 11, формирователь 12, схему ИЛИ 13, выход усилителя 4 с АРУ соединен с входами полосовых фильтров 5, 7 и 9 низких, средних и высоких частот, вход генератора 1 зондирующих импульсов объединен с вторыми входами первого, второго и третьего измерителей 6, 8 и 10 временных интервалов, последовательно соединенные блок 14 контроля завершения операции отсчета, блок 15 идентификации и блок 16 вспомогательного прозву- чивания, выход схемы ИЛИ 13 соединен с входом генератора 1 зондирующих импульсов и входом блока 14 контроля

СП

Јь

00

-si

СП

to

завершения операций отсчета, выход блока 16 вспомогательного прозвучива- ния соединен с первым входом схемы ИЛИ 13, второй вход которой объединен с входом Сброс арифметического „ блока 1 1 и подключен к выходу формиро вателя 12„

Первые выходы измерителей 6, 8 и 10 временных интервалов объединены и подключены к второму входу блока 14 контроля завершения операции отсчета, вторые выходы первого и третьего измерителей 6 и 10 временных интервалов объеданены и подключены к вто- рому входу блока идентификации, третьи входы измерителей 6, 8 и 10 временных интервалов объединены и подключены к второму выходу блока 15 идентификации, выход блока 14 завер- шения контроля завершения операции прозвучивания соединен с вторым входом блока 16 вспомогательного прозвучивания, а второй выход блока 15 идентификации соединен с вторым входом арифметического блока 11.

Устройство для определения прочности бетона работает следующим образом

После включения устройства и вы- хода его узлов на рабочий режим в арифметический блок 14 с клавиатуры пульта управления заносятся константы RO - номинальная прочность бетона в .заданном классе, Al, А2, A3 - градуировочные коэффициенты устройства, величина базы прозвучивания с(, Ј точность измерения.

Командный импульс запуска подается с клавиатуры пульта управления через формирователь 10 на вход схемы ИЛИ 13 Одновременно этим же импульсом осуществляется установка исходного состояния арифметического блока II, блока 15 идентификации Выходной импульс схемы ИЛИ 13, кроме того, осуществляет начальную установку блока 16 вспомогательного прозвучивания, блока 14 контроля завершения операций отсчета и измерителей 6, 8 и 10 вре- менных интервалов, а также производит запуск генератора 1 зондирующих импульсов, который вырабатывает импульс возбуждения излучающего пьезо- преобразователя 2 В результате в зону контроля изделия посылается ультразвуковой импульс. Времена задержки в цепях устройства, соответствующие переходным процессам в

о

0 5 Q

5

генераторе 1 зондирующих импульсов, в излучающем 2 и приемном 3 пьезопре- образователях, усилителе 4 и полосовых фильтрах 5, 7 и 9 компенсируются соответствующими линиями, входящими в состав измерителей 6, 8 и 10 временных интервалов.

В процессе распространения ультразвукового импульса в зоне контроля изделия задержка его низко-,средне- и высокочастотных частей спектра оказывается различной. Задержка низкочастотной части спектра, которая взаимодействует с неоднородностями структуры среды, определяется исключительно упругими свойствами и плотностью материала. Высокочастотная часть спектра сильно взаимодействует с микронеоднородностями структуры и ее задержка определяется в основном характеристиками микродефектов и других нарушений В области средних частот задержка зависит от характеристик микронеоднородностей.

Сигнал с приемного пьезопреобраэо- вателя 3 подается на вход усилителя 4 с АРУ, использование которого с регулировкой по значению максимума принятого сигнала позволяет заметно понизить уровень требований к динами - ческому диапазону следующих за усилителем блоков и предотвратить нелинейные искажения в полосовых фильтрах 5,

7 и 9.

i

Информация низкочастотной части спектра принятого сигнала выделяется с помощью блоков 5 и 6. При этом выходной сигнал фильтра 5 низких частот нормируется по амплитуде первой полуволны входящим в состав измерителя 6 временных интервалов усилителем с АРУ к передается на в;ход формирователя (например, триггера Шмидта), преобразующего его в последовательность прямоугольных импульсов с крутыми фронтами, длительность которых равна длительности полуволн названного сигнала„ Первый импульс, который используется для стробирования схемы АРУ усилителя 4 с АРУ, обеспечивает регулировку его усиления таким образом, чтобы амплитуда первой полуволны на выходе усилителя 4 была постоянной. Это необходимо для повышения точности измерения времени задержки импульса, так как при таких условиях порог дискриминации и погрешность измерителя 6 временных интервалов не зависит от затухания сигнала в материале.

Этим же импульсом останавливается счет в счетчике, входящем в состав , измерителя 6, результат которого оказывается равным времени распространения переднего фронта зондирующего импульса в материале контролируемого

изделия, сформированного низкочастот- ювход блока 5 идентификации, разрешая

ной частью спектра. При этом с выходаначало очередного этапа работы устизмерителя 6 на второй вход блока 14ройства. В противном случае выходной

контроля завершения операций отсчетаимпульс не появляется, что свидетельвыдается перепад потенциала 1-0, сооб-ствует о необходимости проведения

щающий о конце измерений в блоке 6 из-15вспомогательного цикла прозвучивания

мы ИЛИ 13. На выходе этого счетчика выходной сигнал появится только после прихода третьего импульса, свидетельствующего о том, что все три измерителя 6, 8 и 10 временных интервалов закончили работу

При получении третьего импульса он выдает командный импульс на первый ,

Изобретение относится к неразрушающим испытаниям материалов и изделий и может быть использовано для определения качества железобетонных изделий, конструкций и сооружений. Целью изобретения является повышение точности контроля за счет автоматической оптимизации числа циклов прозвучивания. Измерения производятся по трем частотным каналам независимо. В случае неполучения результатов измерений хоть в одном частотном канале контроль повторяется. При устойчивых результатах измерений в каждом из каналов производится рекуррентное усреднение по N циклам результатов измерений времени распространения ультразвука на известной базе α до достижения требуемой точности. По полученным результатам вычисляется искомая прочность бетона. 1 ил.

мерителя времени.

Информация, содержащаяся во времени распространения среднечастотной части принятого сигнала, выделяется в блоках 7 и 8. Информация, содержа- 20 щаяся во времени распространения высокочастотной части спектра принятого сигнала, выделяется в блоках 9 и 10. Работа блоков 7 и 8, 9 и 10 идентична работе блоков 5 и 6 низкочастотного канала., В результате в счетчиках измерителей 6, 8 и 10 временных интервалов накапливается информация о временах задержки низко-, средне- и

высокочастотных компонент спектра превышает емкость любого из счетчиков

нала, позволяющая дифференцированно учитывать вклад упругих свойств, плоности, характеристик структуры и дефектности среды в формирование прочностных свойств материалов. Потеря части названной информации приводит к погрешности определения прочности бетона. Такие потери могут появиться в случаях, когда один или два канала измерения (измерители 6, 8 и 10) обнаружат сбой, например из-за чрезмерно низкого уровня сигнала в одном из диапазонов частот, что может быть вызвано недостаточным контактом преобразователей с поверхностью изделий или электрической помехой„

Задача предотвращения выполнения операций обработки неполных данных решается блоком 14 контроля завершения операций отсчета, в котором отри- 50 тически с помощью блока 15 идентифицательные перепады потенциала выходов измерителей 6, 8, 10 преобразуются в короткие импульсы входящими в его со- состав формирователями Эти импульсы поступают на счетный вход счетчика каналов, входящего в состав блока 14 контроля завершения операций отсчета, предварительно установленного в состояние О импульсом запуска от схесреды о

Команда на проведение вспомогательного прозвучивания среды вырабатывается блоком 16 вспомогательного прозвучивания о Для этого в момент пуска генератора 1 зондирующих импульсов сигналом выхода схемы ИЛИ 13 осуществляется установка в состояние О счетчика, входящего в состав блока 16 вспомогательного прозвучивания. С момента посылки зондирующего импульса этот счетчик воспринимает тактовые импульсы с первого выхода блока 5 идентификации. Емкость этого счетчика

измерителей 6, 8 и 10. Поэтому переполнение его подтверждает наличие сбоя в одном из каналов измерения времени, а импульс с его выхода поступает на вход схемы ИЛИ 13. В результате выполняется организация всех описанных операций измерения, а результаты неполных измерений не поступают на обработку „

Для повышения достоверности результатов измерений применяется метод многократного повторения циклов прозвучивания о Прозвучивание должно быть прекращено не ранее, чем будет достигнута заданная точность измерений„ Число циклов прозвучивания заранее нельзя установить в силу многообразия факторов, влияющих на точность измерения, и это число определяется автомакации„

В процессе работы блока 15 идентификации выполняется накопление и уточнение информации о времени задерж- ки зондирующего импульса в контролируемом изделии (измеренном в низкочастотном, среднечастотном и высокочастотном каналах соответственно измерителями 6, 8 и 10 временных инСервалов) по рекуррентному алгоритму I Тп, + 4 (Т Сп,),

П-1

п

где п

Т

-номер цикла измерения;

-результат частотного измерения ;

Тп .- усредненный результат п-1

измерений

В процессе рекуррентного усреднения контролируется по кавдому из частотных каналов точность выполнения Измерений и в случае достижения требу 4мого из значений Ј по каждому из частотных каналов арифметический блок 11 отдельно для каждого из усредненных результатов измерений времени задерж- к|и вычисляет величину

г , ,г

F Т,

и

где of - база прозвучивания;

т „ - усредненное время распространения ультразвука в частотное

каналеt далее величину

тг -„°{j.:JЈau44.2 Ј5л-ьл + -S -JLtuo.

Jt; .f

1-3

оГ

Tf

of2

где о - градуировочные константы,

определяемые методами регрессивного анализа Функциональный преобразователь, йходящий в состав арифметического блока 11, вычисляет искомое значение прочности R бетона в соответствии с выражением

R R0-exp (I/ /F),

Где R0 - константа, заносимая в арифметический блок 11 перед началом измерений Автоматизация контроля точности измерений и определения требуемого числа циклов п прозвучивания помимо Повышения точности контроля прочности бетона оптимизирует время измерений: исключаются ситуации как недостаточного числа п циклов прозвучивания (это снижает достоверность контроля), так и избыточно большого числа п цик- Пов проэвучивания (это снижает оперативность контроля)о Автоматизация контроля завершения операций отсчета также повышает точность контроля проч

ности, поскольку благодаря ей исключается возможность обработки неполных

данных.

10

20

15

25

30

35

40

45

50

55

Формула изобретения

Устройство для определения прочности бетона, содержащее электроакустически последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, излучающий пьезопреобразователь, приемный преобразователь и усилитель с автоматической регулировкой усиления, последовательно соединенные полосовой фильтр низких частот и первый измеритель временных интервалов, последовательно соединенные полосовой фильтр средних частот и второй измеритель временных интервалов, последовательно соединенные полосовой фильтр верхних частот и третий измеритель временных интервалов, арифметический блок, формирователь и схему ИЛИ, выход усилителя с автоматической регулировкой усиления соединен с входами полосовых фильтров низких, средних и высоких частот, а вход генератора зондирующих импульсов объединен с вторыми входами первого, второго и третьего измерителей временных интервалов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено последовательно соединенными блоком контроля завершения операций отсчета, блоком идентификации и блоком вспомогательного прозвучивания, выход схемы ИЛИ соединен с входом генератора зондирующих импульсов и входом блока контроля завершения операций отсчета, выход блока вспомогательного прозвучивания соединен с первым входом схемы ИЛИ, второй вход которой объединен с входом Сброс арифметического блока и подключен к выходу формирователя, первые выходы измерителей,временных интервалов, объединены и подключены к второму входу блока контроля завершения операций прозвучивания, вторые выходы первого и третьего измерителей временных интервалов объединены и подключены к второму входу блока идентификации, третьи входы измерителей временных интервалов объединены и подключены к второму выходу блока идентификации, выход блока контроля завершения операций прозвучивания соединен с вторым входом блока вспомогательного прозвучивания, а второй выход блока идентификации соединен с вторым входом арифметического блока.