Устройство для контроля дорожных одежд Советский патент 1991 года по МПК E01C23/07 

Ю

(30

31

Изобретение относится к строительству и эксплуатации автомобильных дорог, а именно к устройствам для контроля прочности дорожных одежд по величине упругого прогиба и величине кривизны чаши прогиба под испытательной нагрузкой.

Целью изобретения является повышение точности контроля.

На фиг. 1 представлена общая блок-схема устройства для контроля дорожной одеждыJ на фиг 2 - виброизолированная тележка с тремя измерителями прогибов дорожной одежды, вид с верху на фиг. 3 - функциональная схема измерительного блока, измерителя динамического усилия и формирователя строба на фиг. - функциональная схема управления.

Устройство для контроля дорожных одежд (фиг,1) содержит источник 1 импульсной нагрузки, формирующий с помощью падающего груза 2 динамическое усилие, передаваемое на дорожное покрытие через гибкий штамп, выполненный в виде спаренных колес 3, объединенных опорной платформой 4, Биброизолированную тележку 5, три измерителя 6-8 прогибов дорожной одежды, каждый из которых выполнен в виде роликов 9 (10, 11) и датчика 12 (13, Ч вертикальных перемещений соответственно, при этом измерители 6-8 прогибов расположены в один ряд поперек дороги, а измеритель 7 прогиба расположен между спаренными колесами 3 по оси симметрии.

На опорной платформе 4 закреплен датчик (5 положения с возможностью взаимодействия с магнитом 16, установленным у нижнего основания падаю щего груза 2, кроме того, на опорной платформе 4 установлен датчик

17усилийг ориентированный в направлении действия нагрузки. Устройство содержит также измерительный блок

18и регистратор 19. Измерители прогибов установлены

на свободных концах траверс 20-22 (фиг.2), причем другие их концы подпружинены для обеспечения надежного контакта роликов 9-11 с дорожным покрытием, а в середине траверсы 20-22 посредством осей 23, установленных в кронштейнах 2, прикреплены к планке 25, жестко соединенной с виброизолированной тележкой 5, с одной стороны связанной посредством

00128Л

шарниров 26 с задним мостом 27 автомобиля, а с другой опираются на два колеса 28.

Измерительный блок 18 (фиг.З) состоит из трех масштабирующих усилителей трех схем выборки и хранения 32-34, коммутатора 35, аналого-цифрового преобразователя

Ю 36 (АЦП) и блока 37 управления, измеритель 38 динамического усилия, выполненный в виде последовательно соединенных между собой датчика 17 усилий, масштабирующего усилителя

15 39 и схемы выборки и хранения 40. Формирователь 41 строба (фиг.З) состоит из последовательно соединенных между собой датчика 15 положения и одновибратора 42. Блок 37 управления

20 (фиг Л) выполнен в виде генератора 43 тактовых импульсов, схем 44, 45 совпадения, делителя 46 частоты, од- новибраторов 47, 48, схемы выбора каналов 49 и элемента 50 задержки.

25 Устройство работает следующим образом.

При формировании импульса нагрузки источником 1 в момент соприкосновения падающего груза 2 с опорной

Зо платформой 4 срабатывает датчик 15 положения вследствие взаимодействия его с магнитом 16. Происходит замыкание контактов геркона, выполняющего роль датчика 15 положения. Это приводит к переключению одновибратора

42, на выходе которого вырабатывается сигнал-строб, при этом его передний фронт совпадает с началом импульса нагрузки, воздействующей на дорожную одежду, а его длительность равна длительности действия нагрузки. Этот сигнал поступает на вход блока 37 управления, обеспечивающего координацию и согласованную работу схем 32, 33, 34, 40 выборки и хранения, коммутатора 35 и аналого-цифрового преобразователя 36. Кроме того, этот, сигнал поступает на масштабирующие усилители 29, 30, 31, 39 для их стро- бирования.

Динамическая нагрузка, передаваемая на дорожную одежду через спаренные колеса 3, приводит к возникновению в ней прогибов. Эти прогибы воспринимаются датчиками 12-14 вертикальных перемещений и преобразуются ими в электрические сигналы. При этом наибольший сигнал, соответствующий максимальному значению прогиба, вы40

45

50

5551

рабатывается на выходе датчика 13 вертикальных перемещений, так как он расположен в центре действия нагрузк

В то же время значения сигналов с выходов датчиков 12 и 14 несколько меньше, так как измерители 6 и 8 установлены на определенном расстоянии от центра действия нагрузки. Сигналы с выходов датчиков 12-14 посту- пают на входы масштабирующих усилителей 29-31 соответственно, которые преобразуют значения измеряемых прогибов из относительного масштаба в масштаб их фактической величины.

Кроме того, для повышения помехозащищенности масштабирующих усили- телей 29, 30, 31, 39 стробируются сигналом строба, поступающим с выхода формирователя 41 строба. При от- сутствии сигнала строба усилители 29, 30, 31, 39 закрыты и, таким образом, на их входные цепи исключаетс влияние помех и наводок, при поступлении полезных сигналов строб откры- вает усилители 29, 30, 31, 39. С выходов усилителей сигналы прогибов поступают на входы схем 32-34 выборки и хранения. Применение этих схем обусловлено тем, что в устрой- стве необходимо с минимальной погрешностью осуществить с помощью одного АЦП 36 автоматическое преобразование (измерение и кодирование) непрерывно изменяющихся во времени (аналоговых) и одновременно поступающих несколько сигналов прогибов в экви- вйлентные значения числовых кодов. С этой целью аналоговый сигнал прогиба преобразуется с помощью выборок в последовательность импульсов следующих с постоянной частотой и переменной амплитудой, при этом операция выборки заключается в слежении за текущим значением прогиба с последую щим его запоминанием на время преобразования в АЦП.

Количество выборок, которое необходимо получать в единиц / времени из каждого сигнала прогиба,определя- ется высшей частотой в спектре сигнала прогиба. Поэтому согласно теореме дискретизации выборки берутся через интервалы времени Т 1/2F, где F - высшая частотная составляющая содержащаяся в этом сигнале,

Схемы 32, 33, 34, 39 выборки и хранения преобразуют аналоговые сигналы ё последовательность выборок с

5

0 5 0 о с

0 5

5

286

помоп,ью импульсов квантований, поступающих с выхода блока 37 управления, которые формируются следующим образом.

Генератор 43 тактовых импульсов, выполненный в виде симметричного мультивибратора, вырабатывает последовательность тактовых импульсов, повторяющихся с частотой 10 кГц. С выхода генератора 43 тактовых импульсов импульсы поступают на один из входов схемы 44 совпадения , другой вход которой подключен к выходу одновибратора 42 формирователя 41 строба. При отсутствии сигнала строба схема № совпадения препятствует прохождению тактовых импульсов на вход делителя 46 частоты,

В свою очередь при срабатывании датчика 15 положения формирователь 41 строба вырабатывает сигнал строба, который поступает на второй вход схемы 44 совпадения, в результате чего тактовые импульсы поступают на вход делителя 46 частоты, с выхода которого импульсы поступают на вход одновибратора 47, Формирующего импульсы квантования необходимой длительности. Г выхода одновибратора 4 импульсы поступают на схемы 32-34 выборки и хранения, в результате чего одновременно во всех схемах выполняются операции выборки и хранения.

С выходов схем 32-34 сигналы в виде импульсов текущих значений прогибов поступают на соответствующие цходы коммутатора 35, который последовательно подключает вход АЦП 36 к выходу одной из схем 32-34 выборки и хранения на время, требуемое лишь для передачи амплитуды текущего значения прогиба. При этом последовательное подключение одной из этих схем через соответствующий канал коммутато- тора 35 осуществляется с помощью схемы 49 выбора канала (фиг.4), выполненной в виде двоичного счетчика с це- пы0 сброса. Для переключения каналов коммутатора 35 схема 49 выбора каналов одновременно выдает два управляющих сигнала в виде двоичного кода. Так как в устройстве в качестве коммутатора 35 применяется универсальная микросхема типа К КП2 на восемь каналов, а в данном устройстве используются четыре канала, то возникает необходимость обнуления схемы 49 выбора канала после опера

ции преобразования сигнала, поступающего по четвертому каналу. Установка схемы 49 выбора канала в исходное состояние производится задним фронтом импульса квантования, поступающего с выхода одновибратора 47. При этом открывается нулевой канал коммутатора 35 и через него происходит подключение выхода схемы 32 выборки и хранения к входу АЦП 37.

Преобразование выборки аналогового сигнала прогиба в эквивалентное значение числового кода в АЦП 36 происходит по сигналу запуска, поступающему с выхода схемы 45 совпадения. Сигнал запуска появляется в момент совпадения двух сигналов, причем на один из входов подается сигнал одновибратора 48, на другой вход схемы 45 совпадения поступает сигнал с выхода схемы 49 выбора канала, используемый в качестве разрешающего потенциала. Разрешающим потенциал появляется в результате обнуления схемы 49 выбора канала, этот сигнал снимается с выхода третьего разряда схемы 49 выбора канала, выполненного в виде двоичного счетчика на четыре разряда, и поступает на схему 45 совпадения и разрешает прохождение сигнала с выхода одновибратора 48. тот сигнал запускает АЦП 36, в результате чего происходит аналого-цифровое преобразование, после которого числовой код с вы хода АЦП 36 поступает на вход регистратора 19 представляющего собой накопитель на магнитной ленте,.и по сигналу Конец преобразования с АЦП 36 записывается на кассетный магнитофон, Одновременно этот сигнал поступает на вход одновибратора 48 и через элемент 50 задержки на схему 49 выбора канала для включения первого канала коммутатора 35 и подключения схемы 33 выборки и хранения к входу АЦП 36, 3 это же время сигнал с выхода одиовибратора 48 через схему 47 совпадения поступает в виде сигнала запуска на зход АЦП 36 и запускает ег для преобразования текущего значения выборки аналогового сигнала прогиба в числовой код, который записывается так же как в первом случае на магнитной ленте регистратора 19. Таким же образом происходит подключение схемы 33 выборки и хранения к входу АЦП 36 через второй канал коммутатора 35 аналого-цифровое пре

0

5

, Q

образование текущего значения прогиба и запись этого сигнала в цифровой форме на магнитную ленту с помощью регистратора 19. После завершения преобразований текущих значений прогибов происходит переключение сигна- - лом Конец преобразования АЦП 36 в следующее состояние схемы 49 выбора канала, в результате чего открывается четвертый канал коммутатора 35 и происходит подключение текущего значения ускорения, зафиксированного на выходе схемы 40 выборки и хранения измерителя 38 динамического усилия, к входу АЦП 36. Измерение величины динамического усилия производится при каждом нагружении дорожной одежды.

Так как величина динамической нагрузки пропорциональна движущейся массе и испытываемому ею ускорению, то задача измерения величины усилия, развиваемого источником 1 импульсной нагрузки, сведена к измерению ускорения.

Измерение динамической нагрузки производится датчиком 17 усилия, установленным на опорной платформе 0 Сигнал, пропорциональный усилию с выхода датчика 17, поступает на вход масштабирующего усилителя 39, с выхода которого сигнал поступает на схему 40 выборки и хранения.

С выхода схемы 40 выборки и хранения сигнал через коммутатор 36 подключается к входу АЦП 36, в котором сигнал, пропорциональный величине усилия, преобразуется в двенадцатиразрядный цифровой код. Этот цифровой код регистрируется на нитной ленте регистратора 19.

Предлагаемое устройство выполнено на базе серийно выпускаемых отечественной промышленностью типовых элементов и стандартных электронных функциональных узлов и приборов. В качестве датчиков 12-14 применяют датчики инерционного типа, входящие в состав виброизмерительной аппаратуры ВНб-бТН.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерений и получить более точную и достоверную картину о прочности дорожной одежды за счет цифровой обработки полученных данных и измерений с помощью трех измерителей прогибов и измерения величины динами0

5

5

ческого усилия при каждом нагружении дорожной одежды.

Формула изобретения

Устройство для контроля дорожных одежд, содержащее источник динамических нагрузок с гибким штампом в виде двух спаренных колес, объединенных опорной платформой, три тра- версы с измерителями прогибов дорожной одежды, каждый из которых выполнен в виде ролика и датчика вертикальных перемещений, причем один из измерителей прогиба расположен между спаренными колесами по оси симметрии отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено регистратором, измерительным блоком, выполненным в виде трех масштабирующих усилителей, трех схем выборки и хранения, коммутатора аналого-цифрового преобразователя и блока управления, измерителем динамического усилия, выполненным в виде п следовательно соединенных датчика; усилия, масштабирующего усилителя и схемы выборки и хранения строба, и формирователем, выполненным Б виде последовательно соединенных датчика положения и одновибратора, при этом траверсы расположены в один ряд поперек дороги, причем первый датчик вертикального перемещения подключен к первому входу первого масштабирую- щего усилителя, который является первым входом измерительного блока, второй датчик вертикального перемещения подключен к первому входу второго масштабирующего усилителя, кото- рый является вторым входом измерительного блока, третий датчик вертикального перемещения подключен к первому входу третьего масштабирующего усилителя, который является тре тьим входом измерительного блока, выход первого масштабирующего усили- Теля измерительного блока подключен -к первому входу первой схемы выборки

и хранения, выход которой соединен с первым входом коммутатора, выход второго масштабирующего усилителя имерительного блока подключен к первому входу второй схемы выборки и хранения, выход которой соединен с вторым входом коммутатора, выход тртьего масштабирующего усилителя измерительного блока подключен к первому входу третьей схемы выборки и хранения, выход которой соединен с третьим входом коммутатора, первы вход блока управления, который является четвертым входом измерительного блока, вторые входы масштабирующих усилителей измерительного блока и один из входов масштабирующго усилителя измерителя динамического усилия подключены к выходу одновибратора, который является выходом формирователя строба, выход схемы выборки и хранения измерителя динамического усилия, который является его выходом, подключен к четвертому входу коммутатора, первый выход блока управления, который является первым выходом измерительного блока, подключен к вторым входам схем выборки и хранения измерительного блока и к одному из входов схемы выборки и хранения измерителя динамического усилия, который является его входом,выход коммутатора подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого и пятый и шестой входы коммутатора соединены соответственно с остальными выходами блока управления, первый выход аналго-цифрового преобразователя и в1- ляется вторым выходом измерительного блока, который соединен с первым входом регистратора, второй выход аналого-цифрового преобразователя, который является третьим выходом измерительного блока, подключен к вторым входам блока управления и регистратора.

Hi

ХИ.

Изобретение относится к строительству и эксплуатации автомобильных дорог, а именно к устройствам для контроля прочности дорожных одежд по величине упругого прогиба и величине кривизны чаши прогиба под испытательной нагрузкой и позволяет повысить точность контроля. Устройство содержит датчики 12-1 вертикального перемещения, датчик 15 положения, измерительный блок 18, состоящий из масштабных усилителей , схем 32-34 выборки и хранения, коммутатора 35, аналого- - цифрового преобразователя 36 и блока 37 управления, измеритель 38 ди- с намического усилия и формирователь 41 строба, 4 ил. (Ј

&

5%i

f4

J

к

«o

8 100/1

3