Устройство для измерения деформаций в бетоне Советский патент 1980 года по МПК G01L1/10 

Изобретение относится к измери.тельной технике и предназначено для преобразования изменяющихся во времени статических и динамических деформаций бетонных плотин при землетрясениях, взрывах и других воздействиях, получаемых при помощи за-кладных струнных тензометров, к виду непрерывных электрических сигналов, пропорциональных этим деформациям.

Изобретение может быть использовано при измерении деформаций элементов инженерных сооружений, льда и т.п., в различных областях контрольно-измерительной техники.

Известен способ для измерения деформаций вибрационных элементов, например, струн силоизмерительных датчиков, по которому струну из магнитного материала помещают в переменное магнитное поле, возбуждают незатухающие колебания на частоте ее механического резонанса, измеряют эту частоту и по ней судят о величине натяжения струны Ijl

Недостатком этого способа является то, что для измерения динамических деформаций необходимо наличие в струнном тензометре дополнительг .

него поляризатора электрического поля типа резонансной линии задержки, по которой пропускают высокочастотный сигнал от специального генератора, что в принципе невозможно осуществить для зацементированных в бетоне датчиков. Кроме того, необходимость передачи от генератора к датчикам высокочастотного сигнала по длинным кабельным линиям, обладающим большим затз анием и низкой помехоустойчивостью, снижает надежность и точность измерения, а все вместе усложняет способ.

Известно также устройство для измерения деформаций в бетоне, включающее генератор периодических П-импульсов, вмонтированный в бетон струнный тензометр с катушкой возбуждения и измеритель 2} .

Это техническое решение ближе к изобретению и основано на применении цифровых,частотомеров. Однако при этом не обеспечивается высокая точность измерения.

Цель изобретения - повыиение надежности и точности измерения.

Это достигается тем, что в устройство для измерения деформаций в

бетоне, включающее генератор периодических П-импульсов, вмонтированный в бетон струнный термометр с катушкой возбуждения и измеритель, введены блок управления замыкающего контакта, блок управления размыкающего контакта, усилитель-фазоинвертор-ограничитель, ждущий мультивибратор, потенциометр, емкость, усилитель-ограничитель, триггер Шмидта, эмиттерные повторители, преобразователь частоты Б напряжение, фильтр низких частот и диод, причем генератор периодических П-импульсов под.ключен к входу блока управления замыкающего контакта, выход которого через катушку возбуждения струнного тензометра, усилитель-фазоинверторограничитель и ждущий мультивибратор подключен к выводу потенциометра, который через блок управления размыкающего контакта, емкость, усилительограничитель, триггер Шмидта, первый эмиттерный повторитель подключен к преобразователю частоты в напряжение выход которого соединен через диод с регулирующим контактом потенциометра и через фильтр низких частот и второй эмиттерный повторитель с измерителем.

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

Схема содержит (фиг. 1) генератор 1 коротких периодических П-импульсов блок 2 управления замыкающего контакта 3, катушку возбуждения струнного тензометра 4, диод 5,.делитель напряжения, усилитель-фазоинверторограничитель 7, ждущий мультивибратор 8, потенциометр 9, блок управления 10 размыкающего контакта 11, емкость 12, усилитель-ограничитель 13, триггер Шмидта 14, эмиттерный повторитель 15, линейный преобразователь 16 частоты в напряжение, диод 17, фильтр 18 низких частот, составной эмиттерный повторитель 19, имеющий выход к измерителю 20.

Устройство работает следующим образом.

Во время сейсмического или динамического воздействия генератор 1 вырабатывает короткие периодические Пимпульсы (фиг. 2а), длительность которых по отношению к скважности составляет не более 1/40 (3%), и во время их действия через блок управления 2, например, эмиттерный повторитель с катушкой в цепи эмиттера, замыкают контакт 3, например, геркон подключая при этом катушку струнноГ9 тензометра 4 к высоковольтному источнику постоянного напряжение: -и. Положительную часть возникающего при этом на катушке двуполярного выйоковольтного импульса вх-Збуждения струнного элемента тензометра 4 (фиг. 26

пропускают через диод 5, уменьшают по амплитуде до Необходимого уровня при помощи делителя 6, подают на вход усилителя-фазоинвертора 7, который переворачивает его на фазе на 180, усиливает и ограничивает, преобразуя в прямоугольный отрицательный импульс (фиг. 2в), используемый для запуска, ждущего мультивибратора

(фиг. 2г) через блок 10 управления, аналогичный блоку; 2, размыкает контакт 11, исключаятем самым поступление высоковольтного импульса возбуждения (фиг. 26) с катушки тензометра 4 на вход измерительной части схемы. В интервалах между импульсам возбуждения, когда контакт 11 замкнут, вызванное колебаниями струнног элемента синусоидальное затухащее напряжение (фиг. 2д) снимается с катушки тензометра 4 и поступает на вход усилителя-ограничителя 13. Подключенная параллельно его входу емкость 12 обеспечивает широкополосны резонанс в диапазоне изменения частот синусоидального затухающего напряжения, .пропорциональных натяжени струнного элемента тензометра 4 или деформации. Усиленный до уровня ограничения при помощи усилителя 13 электрический сигнал запускает триггер Шмидта 14, а сформированные им прямоугольные импульсы (фиг.2е) через согласующий эмиттерный повторитель 15 поступают на преобразователь 16 частоты в напряжение, например, преобразовательпостоянной вольт-секундной площади. Последни.й линейно преобразует частоту следования входных прямоугольных импульсов в сигнал (фиг.2 ж), пропорциональный изменению во времени натяже струнного элемента тензометра 4 или деформации. Далее полученный сигнал отфильтровывают от высокочастотных составляющих при помощи фильтра 18 низких частот; и с его выхода черех согласующий составной эмиттерный повторитель 19 подают на вь1ход измерителя схемы 20. Для коррции импульсного искажения нулевой линии выходного сигнала, вызванного размыканием контакта 11 в интервале действия импульса возбуждения катушки тензометра 4, .отрицательный импульс с выхода ждущего мультивибратора 8 (фиг. 2г) через потенциометр 9, с помощью которого его амплитуда устанавливается -равной амплитуде положительного скачка постоянной составляющей (фигг 2ж) и вентильный дирд 17 подают на вытход преобразователя 16 частоты в напряжение. Вид сигнала с постоянной составляющей на выходе преобразователя 16 после компенсации изображен на фиг.. 2л. При динамическом воздействии изменение частоты колебаний струнного элемента и выходного сигнала происходит непрерывно по закону изменения деформаций во времени, что сложно изобразить на временной диаграмме, поэтому она показана для случая, когда их значения постоянны (фиг. 2д,е).

Фактическая потеря информации о динамических деформациях, вызванная отключением измерительной части схемы от катушки тензометра во время действия импульса возбуждения (фиг. 2л), составляет не более 1/20 или 5% от интервала измерения.

Формула изобретения

Устройство для измерения деформаций в бетоне, включающее генератор периодических П-импульсов, вмонтированный в бетон струнный тензометр с катушкой возбуждения и измеритель, отличающееся тем , что, с целью повышения надежности и точности измерения, е устройство введены блок управления замыкающего контакта, блок управления размыкающего контакта, усилитель-фазоинвертор-ограничитель, ждущий мультивибратор, потенциометр, емкость, усилитель-ограничитель, триггер 11Ь1идта, эмиттерные повторители, преобразователь частоты в напряжение, фильтр низких частот и диод, причем генератор периодических П-импульсов подключен к входу блока управления замыканадего контакта,, выход которого через катушку возбуждения струнного тензометра , усилитель-фазоинвертор-ограни0читель и ждущий мультивибратор подключен к выводу потенциометра, который через блок управления разшлкающего контакта,емкость, усилитель-ограничитель , триггер ЦЬподта и первый эмит5 терный повторитель подключен к преобразователю частоты в напряжение, выход которого соединен через диод с регулирующим контактом потенциометра и через фильтр низких частот и второй

0 эмиттерный повторитель с измерителем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 351100, кл. G 01 L 1/10, 1972.

2.Патент Великобритании

5

№ 1244490, кл. 106(2), 1963.

ww lm11Aл/vwwlЛW ImnwM

.гп п

JJ U/VW-V /WV ЛAЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛ- /W Л ЛЛЛЛ/

, 1

иг.г