Устройство для определения динамической податливости крупномасштабных фундаментов Советский патент 1990 года по МПК G01M7/00 

Изобретение относится к вибрационным исследованиям и предназначено для определения величины динамической податливости исследуемого объекта.

Цель изобретения - повышение производительности за счет автоматизации процесса измерений.

На фиг. 1 представлена общая блок- схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - функциональная схема N-канального коммутатора; на фиг. 3 - функциональная схема коммутатора; на фиг. 4 - блок-схема блока управления; на фиг. 5 - структурная схема драйверов.регистрирующих устройств; на фиг. 6 - структурная схема регистрирующих устройств; на фиг. 7 - структурная схема усилителя-формирователя; на фиг. 8 - структурная схема формирователя; на фиг. 9 - блок-схема счетчика периода; на фиг. 10 - блок-схема алгоритма устройства определения динамической податливости; на фиг. 11 - блок-схема алгоритма работы модуля измерения периода и максимального значения.

Устройство содержит возбудитель 1 механических колебаний, установленный на исследуемой конструкции 2, установленные на ней в контрольных точках N измерительных датчиков 3, N интеграторов 4, соединенных с выходами соответствующих измерительных датчиков 3, последовательно соединенные N-канальный коммутатор 5, входы которого соединены с выходами интеграторов 4, масштабный усилитель 6, блок 7 запоминания максимума, преобразователь 8 аналог-код, блок 9 управления, второй и четвертый выходы которого соединены соответственно с управляющими входами блока 7 запоминания максимума и N-канального коммутатора 5, и регистратор 10, например регистрирующие устройства, входящие в состав ЭВМ, и частотный канал, выполненный в виде последовательно соединенных датчика 11 частоты, фильтра 12, усилителя-формирователя 13 и счетчика 14 периода, выход которого соединен со вторым входом блока 9 управления, а второй вход - с третьим выходом последнего, и генератоел

О 4ь СП О ГС

pa 15 эталонной частоты, соединенного с третьим входом счетчика 14 периода.

Отдельные элементы устройства могут быть выполнены, например, на базе стандартных микросхем и с использованием элементов вычислительной техники.

N-канальный коммутатор 5 (фиг. 2) выполнен в виде связанного с блоком 9 управления счетчика 16 импульсов и коммутатора 17, информационные входы которого соединены с интеграторами 4, а выход - с масштабным усилителем 7. Коммутатор 17 может быть выполнен на коммутаторах 17.1 -17 (М+1) серии 590 по пирамидальной структуре.

В качестве преобразователя 8 аналог- код используется модуль «Электроника С5-2109, имеющий следующие характеристики: диапазон входного сигнала от -5 до +5В, время преобразования сигнала из аналоговой формы в цифровую 200 икс.

Блок 9 управления может быть построен на базе вычислительной техники. Модули 18-22 блока 9 управления соединены между собой магистралью 23, которая включает в себя шины адрес - данные и шины управления. Модуль 18 - центральный процессор, например «Электроника С5-21М, модуль 19 - оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) «Электроника С5-2105, модуль 21 - цифровые регистры ввода-вывода (ЦВВ) «Электроника С5-2112, модуль 22 - драйверы регистрирующих устройств имеют двунаправленный выход на магистраль. Модуль 20 - постоянное запоминающее устройство, имеет только выход на магистраль. Выходы модуля 21 подключены к первому и второму входам блока 16, к входам блока 18 и блока 15. Преобразователь 8 аналог-код подключен к магистрали 23 и имеет вход на магистраль (фиг. 4).

Регистратор 10 может быть построен на базе элементов, связанных с блоком 9 управления. Драйверы дисплея «Электроника С5-2106 24 и магнитофона «Электроника С5-1212 25 имеют двунаправленный выход на магистраль, а драйверы цифропеча- тающего устройства «Электроника С5-2П2 26 и графопостроитель «Электроника С5- 2109 27 имеют вход с магистрали 23 (фиг. 5).

Блок 28 - дисплей, подключается двунаправленной магистралью к блоку 24, блок 29 - накопитель на магнитной ленте, подключ ается к блоку 25 и имеет двунаправленную магистраль; блок 30 - цифропеча- ющее устройство и блок 31 - графопостроитель входами подключены к выходам блоков 26 и 27 соответственно (фиг. 6).

Усилитель-формирователь 13 (фиг. 7) может быть выполнен в виде соединенных стандартных усилителя 32 (масштабного усилителя) и формирователя 33 (порогового элемента). В качестве формирователя 33 могут быть использованы компаратор 34 и триггер 35 Шмктда во входных каскадах и логические элементы НЕ 37 в выходных каскадах. Схема 36 ограничения входом подключена к выходу триггера 35 Шмитда, а выходом - на вход элемента НЕ 37 (фиг. 7 и 8).

Счетчик 14 периода может быть выполнен в виде счетчика 38, элемента 39 задерж0 ки, формирователя 40, буферного регистра 4, элемента И-НЕ 42. На первый вход счетчика 38 подключен выход генератора 15, на второй вход - выход элемента 39 задержки, а выход подключен к первому входу буферного регистра 41, второй вход кото5 рого подключен к выходу элемента И-НЕ 42 а выход буферного 41 регистра подключен к входу блока 9 управления. Вход элемента 39 задержки и вход формирователя 40 соединены между собой и подклюQ чены к выходу усилителя-формирователя 13. Выход формирователя 40 подключен к первому входу элемента И-НЕ 42, а второй вход последнего подключен к выходу блока 9 управления.

Устройство работает следующим обра5 зом.

Возбудитель i механических колебаний возбуждает колебания в исследуемом объекте 2. Измерительные датчики 3 регистрируют скорость возникающих колебаний исследуемого объекта 2, сигналы с выходов ин0 теграторов 4 дают оценку перемещения исследуемого объекта 2. N-канальный коммутатор производит последовательное переключение измерительных датчиков 3. Сигналом «Сброс блока 9 управления производится сброс счетчика 16 в исходное состоя5 ние и к выходу коммутатора подключается датчик с номером 1. На второй вход счетчика 16 поступает управляющий сигнал, который переключает счетчик 16 в следующее состояние. Выходные сигналы счетчика 16

0 определяют номер канала, подключаемого к выходу коммутатора 17. Количество разрядов счетчика определяется из условия п log2N, где , 1, 2, .... К}; N - количество датчиков; п - количество разрядов счетчика.

5 Сигнал с масштабного усилителя 6 поступает на блок 7 запоминания максимума, где производится выделение максимального значения амплитуды сигнала, затем это значение преобразуется в цифровой код и поступает в модуль 19 блока 9 управления, где хранится в массиве данных. Сигналом блока 9 управления блок 8 запоминания максимума обнуляется после каждого измерения. В частотном канале формируется цифровой код, пропорциональный частоте коле5 баний исследуемого объекта 2. С выхода частотного датчика 11 синусоидальный сигнал поступает на фильтр 12, где производится подавление высокочастотных помех, воз0

кающих в линии связи и далее на усилитель-формирователь 13, который формирует сигнал прямоугольной формы. Далее поступает сигнал на счетчик 14 периода, который производит подсчет числа тактовых импульсов, поступающих с генератора 15 эталонной частоты. Запуск счетчика 38 производится передним фронтом сигнала, поступающего с выхода усилителя-формирователя 13. Элемент 39 задержки обеспечивает задержку сигнала на время переписи информации с выходов счетчика в буферный регистр 41 и составляет 120 не. Сброс счетчика 38 в исходное положение производится задним фронтом сигнала, поступающего с выхода усилителя-формирователя 13. Формирователь 40 предназначен для формирования сигнала «Сброс переписи. Этот сигнал через элемент И-НЕ 42, предназначенный для блокировки сигнала «Строб переписи на время ввода значений .частоты с выхода буферного регистра 41 в блок 9 управления, поступает на вход «Строб переписи буферного регистра 41.

Блок-схема алгоритма работы устройства (фиг. 10) для определения динамической податливости показывает последовательность действий при проведении исследований. Работу устройства можно разделить на три этапа. Первый этап - сбор информации от датчиков. Блок-схема алгоритма модуля измерения периода и максимальных значений (фиг. 11) показывает взаимодействие блока управления с остальными блоками. На втором этапе производится расчет величины динамической податливости для всех датчиков при снятых значениях частоты возбуждения и формируется массив значений динамической податливости. На третьем этапе производится вывод информации на регистрирующие устройства 4 имеется возможность вывода графиков зависимости динамической податливости в функции от частоты на экран графического дисплея и на графопостроитель. В цифровой форме поступает на цифропечатающее устройство и в виде массивов на накопитель на магнитной ленте.

Устройство обеспечивает следующие технико-экономические преимущества: обработку экспериментальных данных и вывод информации на внешние устройства в ходе проведения динамических виброисследований; повышение точности определения величины периода сигнала при значении частоты эталонного генератора Ьт 15 кГц на максимальной частоте 60 Гц значение периода сигнала равно « 18 мс, код счетчика 39, соответствующий данному значению периода, равен 250 импульсов и следовательно погрешность определения значения периода равна ±0,4%), с увеличением значения периода сигнала значение погрешности определения периода сигнала уменьшается; повышение точности определения величины динамической податливости (погрешность при определении величины динамической по- датливости определяется следующим образом

б биД- -бАиП-Г-бБ.)

где б - погрешность определения динамической податливости; бил - погрешность измерительного датчика;бдип - погрешность аналого-цифрового

преобразователя;

бв - погрешность блока управления; бид - погрешность измерительного датчика составляет 5-7% для дат- чисок разных типов;

при использовании десятиразрядного АЦП и опорном напряжении 5 В погрешность аналого-цифрового преобразования

определяется как

U опоры0/

ОАЦП- MO ,O%,

где бву - погрешность, возникающая в бло- 5ке управления при расчете величины динамической податливости связана с ограниченной разрядной сеткой модуля 19, в котором арифметические операции производятся над двухбайтными (шестнадца- °тиразрядными числами, старший

разряд старшего байта - знаковый, следовательно

бБУ 5.,064%,

- следовательно 6 (7+0,5+0,064) % «7,56%..

Экономический эффект от применения предлагаемого устройства определяется за счет сокращения времени проведения динамических исследований. Сокращение времени достигается за счет автоматизации процесса сбора и обработки информации динамических исследований, а также возможности построения рассчитанных амплитудно- частотных характеристик объекта на ре- 5 гистрирующих устройствах в цифровой и графической форме.

Формула изобретения

Устройство для определения динам и- 0 ческой податливости крупномасштабных фундаментов, содержащее возбудитель механических колебаний, N измерительных датчиков. N-канальный усилитель, регистратор и соединенные блок запоминания максимума и преобразователь аналог-код, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности, оно снабжено N интеграторами, входы которых соединены с каждым соответствующим из измерительных датчиков, блоком управления, первый вход которого соединен с выходом преобразователя аналог-код, первый выход - с регистратором, а второй выход - с управляющим входом блока запоминания максимума, и частотным каналом, выполненным в виде последовательно соединенных датчика частоты, связанного с возбудителем механических колебаний, фильтра, усилителя-формировз- теля и счетчика периода, выход которого соединен с вторым входом блока управления, а второй вход - с третьим выходом последнего, и генератора эталонной частоты, вход которого соединен с третьим входом счетчика периода, а М-канальный усилитель выполнен в виде соединенных N-канального коммутатора, информационные входы которого соединены с выходами интеграторов, а управляющий вход - с четвертым выходом блока управления, и масштабного усилителя, выход которого сое- динен с блоком запоминания максимума.

Изобретение относится к виброизмерительной технике. Цель изобретения - повышение производительности за счет автоматизации процесса измерений. Возбудитель 1 механических колебаний возбуждает исследуемый объект 2, колебания которого воспринимают измерительные датчики 3. N-канальный коммутатор 5 обеспечивает переключение каналов, сигнал с его выхода обрабатывается в блоке 7 запоминания максимума и пересылается в регистратор 10. Частота контролируется датчиком 11 частоты, сигнал с которого поступает на счетчик 14 периода. Блок 9 управления обеспечивает взаимодействие элементов устройства. 11 ил.

к 10

«5,1-51

15

1 WtL

W /

/7

,

к7

Фиг. 2

M.N42

н7б 15к28кЗО /fff 29 к31

ФиеЛ

Фиг. 9

Обработка, данных.

С Ионец

Г #040/70}

V

ffff00 исходн. данных

з#/г 0чен1/е tfaSpfffauSyfo/ff.

yc/77afffftwa va c/rrp/rrir/ ffoau/i

w/t ST

+

нет

Фиг. 10

С Начале j

8MN

С&руснаммутй тара 6 (/сж.сосп.

t/Mepe/tt/e ffffa fдедоги, за/шсь в ОП/

N 1

Cfpqc вь/ое/тения /rrgx wcrventt/t

За/rt/ctr max

ygrtes

/7: /7+1

не/я