Устройство для измерения динамических напряжений в бетоне Советский патент 1991 года по МПК G01L1/10 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле напряженно-деформированного состояния элементов бетонных конструкций под действием динамических нагрузок.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг, 2 - временная диаграмма работы устройства.

Устройство содержит генератор 1, струнный преобразователь 2 с одной электромагнитной катушкой возбуждения, первый усилитель 3, усилитель-ограничитель 4, делитель 5 частоты, эмиттерный повторитель 6, линейный преобразователь 7 частоты в напряжение, блок 8 выборки и хранения, ждущий мультивибратор 9,.квадратор 10, третий усилитель 11, второй усилитель 12, суммирующий усилитель 13. источник 14 опорного напряжения, составной эмипгерный повторитель 15 и измеритель 16.

Устройство работает следующим образом.

Для простоты графической иллюстрации работы устройства принимают напряжение в бетоне и нагрузку Р (фиг. 2а), вызывающую эти напряжения, прямо пропорциональными и линейно возрастающими во времени. Тогда при включении питания генератор 1 начинает вырабатывать импульсы (фиг. 2б | прямоугольной формы положительной полярности. Генератор 1 работае/r в режиме внешней синхронизации, причем частота следования импульсов определяется схемой упраЕзления генератором 1, Собственная частота колебаний генератора 1 выбирается ниже, чем частота, определяемая схемой управления генератором, Длительность импульсов генератора выбирается равной 0,5 ТСр, в рабочем диапазоне периодов колебаний струнного резонатора преобразователя 2, Поступающий от генератора 1 импульс (фиг. 26) возбуждает свободные колебания струны струнного преобразователя 2 с периодом Тс. Возникающие свободные кслебания струны индуцируют ЭДС (фиг. 2в) в электромагнитной катушке струнного преобразователя 2, которые поступают на вход первого усилителя 3, где усиливаются, и далее поступают на вход усилителя-ограничителя 4, Прямоугольные импульсы с выхода усилителя-ограничителя поступают на вход делителя 5 частоты, например управляемого счетчика импульсов. Коэффициент деления N делителя 5 частоты устанавливается в пределах (1-2)/, логарифмический декремент затухания струнного преобразователя 2. Делитель 5

частоты переводится в исходное состояние импульсом (фиг, 26) с выхода генератора 1, который поступает на управляющий вход (вход Уст. О управляемого счетчика импульсов делителя 5 частоты). С приходом N+1 импульса на выходе делителя 5 частоты формируется короткий импульс (фиг. 2г) положительной полярности, который поступает на управляющий вход генератора 1,

Далее устройство обеспечивает поддержание колебаний струны за счет периодического его подвозбуждения с периодом, равным N Тс. Сигнал с выхода первого усилителя 3 через эмиттерный повторитель 6

поступает на вход линейного преобразователя 7 частоты в напряжение. На выходе линейного преобразователя 7 частоты в напряжение формируется аналоговый сигнал, прямо пропорциональный значению fc. По

переднему фрон гу импульса (фиг. 2 г) с выхода делителя 5 частоты запускается ждущий мультивибратор 9, который вырабатывает импульс (фиг. 2е) положительной полярности, длительность которого определяется

длительностью переходных процессов колебания струны, возбужденной импульсом силы (определяется экспериментально). Сигнал с. выхода ждущего мультивибратора 9 поступает на управляющий вход блока 8

выборки и хранения (например, устройство выборки и хранения) и переводит его в режим хранения. На информативный вход блока 8 выборки и хранения поступает аналоговый сигнал (фиг. 2ж) с выхода преобразозателя 7 частоты в напряжение. На время действия управляющего импульса (фиг, 2е) сигнал на выходе блока 8 выборки и хранения остается равным значению, которое он имел в момент, предшествующий началу

действия управляющего импульса с выхода ждущего мультивибратора 9,

Зависимость напряжений (о) в бетоне от частоты колебаний струны описывается полиномом второй степени вида

c7 Afc2+Bfc+c,

где А, В, С - константы, определяемые на заводе изготовителе в процессе тарировки струнных преобразователей. Сигнал (фиг. 2з, кривая) с выхода блока 8 выборки и хранения поступает на вход квадратора 10, с выхода которого сигнал, пропорциональный fс , поступает на вход третьего усилителя 11, коэффициент усиления которого выбирается равным константе А. Одновременно сигнал с выхода блока 8 выборки и хранения поступает на вход второго усилителя 12, коэффициент усиления которого выбирается равным константе В. Выходное напряжение источника 14 опорного напряжения выбирается равным значению коэффициента С. На первый, второй и третий входы суммирующего усилителя 13 соответственно поступают сигналы с выхода третьего усилителя 11 (пропорциональный Afc2), второго усилителя 12 (пропорциональный Bf) и источника 14 опорного напряжения (пропорциональный С). Таким образом, на выходе суммирующего усилителя 13 формируется сигнал (фиг. Зи), прямо пропорцио- нальный измеряемому значению напряжений а в бетоне

a Afc2+Bf+C.

Сигнал с выхода суммирующего усилителя 13 поступает через составной эмиттер- ный повторитель 15 на вход измерителя 16.

Формула изобретения

Устройство для измерения динамиче- ских напряжений в бетоне, содержащее генератор, струнный преобразователь с одной электромагнитной катушкой возбуждения, усилитель-ограничитель, ждущий мультивибратор, эмиттерный повторитель, преобразователь частоты в напряжение и соединенные последовательно электрически составной эмиттерный повторитель и

измеритель, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены первый, второй и третий усилители, делитель частоты, блок выборки и хранения, квадратор, источник опорного напряжения и суммирующий усилитель, выход которого соединен с входом составного эмиттерного повторителя, причем выход генератора соединен с управляющим входом делителя частоты и через последовательно соединенные струнный преобразователь, первый усилитель, эмиттерный повторитель и преобразователь частоты в напряжение с информативным входом блока выборки и хранения, выход которого соединен через последовательно соединенные квадратор и третий усилитель с первым входом суммирующего усилителя и через второй усилитель - с вторым входом суммирующего усилителя, третий вход которого соединен с источником опорного напряжения, при этом выход первого усилителя также соединен через усилитель-ограничитель с информативным входом делителя частоты, выход которого соединен с управляющим входом генератора и через ждущий мультивибратор - с управляющим входом блока выборки и хранения.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле напряженно-деформированного состояния элементов бетонных конструкций. Целью изобретения является повышение точности. Цель достигается тем, что в устройство введены первый, второй и третий усилители 3, 12 и 11 соответственно, делитель 5 частоты, блок 8 выборки и хранения, квадратор 10, источник 14 опорного напряжения и суммирующий усилитель 13, выход которого соединен с измерителем 16 с помощью составного эмиттерного повторителя 15. Генератор 1 подключен с помощью последовательно соединенных струнного преобразователя 2, первого усилителя 3, эмиттерного повторителя 6, преобразователя 7 частоты в напряжение с блоком 8 выборки и хранения и с делителем 5 частоты, выход которого соединен с блоком выборки хранения с помощью ждущего мультивибратора 9 и с входом генератора 1, при этом выход усилителя 3 подключен с помощью усилителя-ограничителя 4 к входу делителя 5 частоты. Выход блока 8 выборки и хранения соединен с помощью квадратора 10 и усилителя 11 с первым входом суммирующего усилителя 13 и с помощью усилителя 12 со вторым входом суммирующего усилителя 13, третий вход которого соединен с источником 14 опорного напряжения. С помощью генератора 1 возбуждаются колебания струнного преобразователя 2, частота выходного сигнала которого преобразуется в напряжение и с помощью источника опорного напряжения 14, усилителей 11 и 12, квадратора 10, суммирующего усилителя 13 линеаризуется и регистрируется в измерителе 16,соединенном с выходом суммирующего усилителя 13 с помощью составного эмиттерного повторителя 15.2 ил. О я о ю 45