SU1467401A1 - Устройство неразрушающего контрол параметров колебаний строительных изделий - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  неразрушающего контрол  параметров колебаний строительных контрукций. . Цель изобретени  - повьппение разрешающей способности и быстродействи  - достигаетс  за счет устранени  погрешностей , св занных с нестабильностью характеристик объекта измерени , и замены инердаонных механических элементов оптическими. Поток ИК-излучёни , генерируемый источником 2 инфракрасного излучени  (светодиодом, направл етс  во входной зрачок- проекционного объектива 4. Отраженный от поверхности объекта поток ИК-излуче- ни  и несущий в себе информащш о частоте и амплитуде колебаний объекта поступает во входной зрачок приемного объектива 5, формирующего вторичное изображение световой марки в плоскости чувствительных площадок фотодиодов 6, 7. Свободные колебани  объекта вдоль нормали N вызьшают колебани  световой марки по полю чувствительных площадок фотодиодов 6, 7 с амплитудой, пропорциональной величине смещени  X, Фотоэлектрические сигналы, вырабатываемые фотодиодами, усиливаютс  и обрабатываютс , в результате чего формируютс  пр моугольные импульсы длительностью 31, функционально св занной с амплитудой X и частотой колебаний объекта. В результате дальнейшей обработки формируетс  синусоидальный сигнал, который усиливаетс  и подаетс  на усилитель 19 мощности, нагруженный на возбудитель 20 акустических колебаний (громкоговоритель ) , замыкающий цепь положительной обратной св зи, создава  авторезонансный режим работы устройства . 3 ил. | О) .й

Description

1

Изобретение относитс  к области измерительной техники и предназначено дл  неразрушающего контрол  параметров колебаний строительных конструкций .

Цель изобретени  - повьшгение разрешающей способности и быстродействи .

Цель достигаетс  за счет устранени  погрешностей, св занных с неста-. бильностью характеристик объекта измерени  и замены инерционных механических элементов оптическими.

На фиг. 1 представлена структурна  схема устройства неразрушающего контрол  параметров колебаний; на фиг,2 эпюры напр жении в различных точках схемы; на фиг.3 - положени  световой марки относительно светодиодов.

Устройство содержит премный датчик; вьтолненный на основ е оптоэлектронной пары с оптически св занными проекционным и приемным каналами, оптические оси которых установлены под равными углами 0 к поверхности объек- Q тон, проекционный канал, который содержит генератор 1 экспоненциально спадающих импульсов тока, питающий источник 2 инфракрасного (ИК) излучени , пр моугольную диафрагму 3 и екционный объектив 4, а приемный ка- нал содержит приемный объектив 5 и фотоприемник с двум  фотодиодами 6 и 7, предварительные усилители 8 и 9, амплитудный детектор 10, первый ком- 20 паратор 11,. интегратор 12, дополнительный амплитудный детектор 13, второй компаратор 14, ждущий мультивибратор 15, формирователь 16 синусоидального напр жени , фазовращатель 25 17, усилитель 18, усилитель 19 мощности , возбудитель 20 акустических .колебаний, направл емых на объект 21 испытаний, частотомер 22 и вольтметр 23.

Ус1 ройство работает следующим образом .

Генератор 1 экспоненциально спадающих импульсов формирует последовательность сигналов вида

to-t где V - амплитуда сигналов;

tg - начальный момент формировани  сигнала; Q L - посто нна  времени экспоненциальной функции.

Экспоненциально спадающие импульсы тока преобразуютс  через источник 2 излучени  в импульсы ИК-изЛучени  (световые сигналы), измен ющиес  во времени по экспоненциальному закону.

Поток излучени  в ИК-области спек-; тра, генерируемый источником 2 в виде экспоненциально спадающих импульсов , проходит через пр моугольную диафрагму 3 и направл етс  на проекционный объектив 4, который формирует :изображение диафрагмы на поверхности

30

V(t) V.

(1)

35

45

тив 5, который формирует изображени световой марки в плоскости чувстви- тельньпс площадок фотодиодов 6 и 7. Поток ИК-излучени  при облучении чувствительньк площадок фотодиодов 6 и 7 вызывает по вление фотоэлектри ческих сигналов, которые поступают на входы предварительных усилителей С выходов предварительных усилителей 8 и 9 сигналы поступают на оди из входов компаратора 11 и на вход первого амплитудного детектора 10. Амплитудный детектор 10 формирует посто нное напр жение, равное амплитудному значению сигнала усилител  С учетом того, что фотоприемники 6 и 7, работающие в фотодиодном режиме и предварительные усилители 8 и 9 имеют линейные передаточные характеристики , на выходе последних вьщел - ютс  экспоненциально спадающие сигналы вида (фиг.2).

V,(t)V.(t)V

1 / 01(02)

,

(2)

где V

01 (о)

- амплитуда сигналов фото приемников 6 и 7.

Таким образом, на входы компарато ра 11 напр жени  поступают два сигна ла: посто нное напр жение с выхода амплитудного детектора 10 и экспонен циально спадающие импульсы напр жени с выхода усилител  8. В момент равен ства этих сигналов на выходе компара тора 11 напр жени  формируютс  пр мо угольные импульсы. Передний фронт им пульсов в начальный момент времени te формировани  экспоненциально спа- дакщих сигналов. Задний фронт импуль са формируетс  в момент совпадени  экспоненциально спадающего и посто нного напр жений t,определ емого условием (фиг.2).

V,t Vc.exp . (3)

Реша  уравнение (3), пблучаем выражение дл  длительности импульса компаратора

,--0 ьЬ .

V 01

(4)

Амплитуда фотоэлектрических сигна лов зависит от интенсивности светово го потока Е, квантовой эффективности

объекта в виде световой марки. Отра- „ Фотодиодов (Ь и величины освещени  женный от поверхности объекта поток изображением марки площади чувстви- ИК-излучени , несущий в себе информацию о частоте и амплитуде колебаний объекта, поступает на приемный объек-Voit ji (5)

тельного сло  S ф . Дл  V р, но записать

Voi (.01 Е/Ь Зф ЦП .

и V мож

тив 5, который формирует изображение световой марки в плоскости чувстви- тельньпс площадок фотодиодов 6 и 7. Поток ИК-излучени  при облучении чувствительньк площадок фотодиодов 6 и 7 вызывает по вление фотоэлектрических сигналов, которые поступают на входы предварительных усилителей. С выходов предварительных усилителей 8 и 9 сигналы поступают на один из входов компаратора 11 и на вход первого амплитудного детектора 10. Амплитудный детектор 10 формирует посто нное напр жение, равное амплитудному значению сигнала усилител  9. С учетом того, что фотоприемники 6 и 7, работающие в фотодиодном режиме, и предварительные усилители 8 и 9 имеют линейные передаточные характеристики , на выходе последних вьщел - ютс  экспоненциально спадающие сигналы вида (фиг.2).

V,(t)V.(t)V

1 / 01(02)

,

(2)

где V

01 (о)

- амплитуда сигналов фотоприемников 6 и 7.

Таким образом, на входы компаратора 11 напр жени  поступают два сигнала: посто нное напр жение с выхода амплитудного детектора 10 и экспонент циально спадающие импульсы напр жени  с выхода усилител  8. В момент равенства этих сигналов на выходе компаратора 11 напр жени  формируютс  пр моугольные импульсы. Передний фронт импульсов в начальный момент времени te формировани  экспоненциально спа- дакщих сигналов. Задний фронт импульса формируетс  в момент совпадени  экспоненциально спадающего и посто нного напр жений t,определ емого условием (фиг.2).

V,t Vc.exp . (3)

Реша  уравнение (3), пблучаем выражение дл  длительности импульса компаратора

,--0 ьЬ .

V 01

(4)

Амплитуда фотоэлектрических сигналов зависит от интенсивности светового потока Е, квантовой эффективности

Фотодиодов (Ь и величины освещени  изображением марки площади чувстви- (5)

тельного сло  S ф . Дл  V р, но записать

Voi (.01 Е/Ь Зф ЦП .

и V мож

(5) в выражение (4) по-un- -;

(6)

Таким образом,измерительный интервал 4t определ етс  только соотношением освещенных изображением марки площадей чувствительных площадок фотоприемников и не зависит от интенсивности от- раженного объектом светового потока. Это исключает вли ние отражательной способности объекта на точность и надежность определени  его параметров колебаний.

Величина освещенных изображением

„-ч .

марки площадей чувствительных площадок фотоприемников Зф,и Вф св зана с перемещением объекта х следующей зависимостью (фиг.З):

(7)

ФЩ)

Ь(с/2 ± vx),

с V (8)

30

де h - высота чувствительной площадки фотоприемника; ширина изображени  световой 25 марки;

линейное увеличение приемного объектива. С учётом (7) получим

- C/2-XV tin . C/2+XV

Из (8) следует, что длительность мпульса на выходе компаратора 11 одозначно определ ет положение X объека .35

С интегратора 12 выходной сигнал поступает на второй вход компаратора 14 и на вход амплитудного детектора 13, с выхода амплитудного детектора 13 сигнал подаетс  на первый вход компаратора 14, КогЛтаратор сравнивает сигналы, подаваемые на первый и второй его входы. Увеличение амплитуды колебаний (что происходит при возбуждении свободных колебаний возбудителем в точках с максимальной амплитудой колебаний) приводит к возрастанию амплитуды сигнала на входе амплитудного детектора 13, Когда сигнал на втором входе компаратора 14 больше

40

45

50

или равен сигналу на первом входе, на его выходе будет положительный потенциал . За пределами.частоты механического резонанса сигнал на втором входе 2 компаратора 14 становитс  меньше сигнала на первом входе, и на выходе компаратора 14 по вл етс  нулевой потенциал, перепад уровней сигналов на выходе компаратора 14 управ

д 15

20

30

25

35

е

40

45

50

55

л ет запуском ждущего мультивибрато-, ра 15, который вьфабатывает импульс длительностью 4t.Этим импульсом запускаетс  частотомер 22, который измер ет частоту колебаний объекта. Амплитуда сигнала, пропорциональна  амплитуде колебаний объекта, измер етс  вольтметром 23, подключенным на выход амплитудного детектора 13.

С выхода ждущего мультивибратора 15 сигнал поступает на вход формиро- вател  16 синусоидального напр жени , усиливаетс  усилителем 18 и подаетс  на конечный усилитель 19 мощности, нагруженный на возбудитель 20 акустических колебаний (громкоговоритель), направл ющий акустические колебани  на объект 21, замыка  цепь положительной акустической обратной св зи, осуществл   авторезонансный режим работы устройства.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство неразрушанмцего контрол  параметров колебангш строительньк изделий , содержащее приемный датчик, подключенный к его выходу предварительный усилитель, амплитудный детектор , последовательно соединенные фазовращатели , усилитель, усилитель мощности и возбудитель колебаний, частотомер, отличающеес  тем, что, с целью повьш1ени  точности и быстродействи , оно снабжено дополнительным предварительным усилителем, первым и вторым компараторами, интегратором , дополнительным амплитудным детектором, ждущим мультивибратором, формирователем синусоидального напр жени  и вольтметром, выход основного предварительного усилител  соединен с первым входом первого компаратора, выход дополнительного усилител  соединен с входом основного амплитудного детектора, выход которого соединен с вторым входом первого компаратора , выход первого компаратора соединен с входом интегратора, выход интегратора соединен с вторым входом второго компаратора и с входом дополнительного амплитудного детектора, выход дополнительного амплитудного детектора соединен с первым входом второго компаратора, выход второго компаратора соединен с входом ждущего мультивибратора, выход ткдущего мультивибратора соединен с входом форми- .ровател  синусоидального напр жени , выход формировател  синусоидального напр жени  соединен с входом фазовращател , частотомер подключен к выходу ждущего мультивибратора, а к выходу дополнительного амплитудного детектора подключен вольтметр, приемный датчик вьшолнен в виде оптоэлектрон- ной пары с оптически св занным проекционным и приемным каналами, проекционный канал содержит источник инфракрасного излучени , подключенный

   ,к входу источника инфракрасного излучени , генератор экспоненциально спадающих импульсов тока, установленные последовательно по ходу диафрагму и проекционньй объектив, приемный канал содержит оптически св занные приемный объектив и фотоприемник , вьшолненный в виде двух фотодиодов, включенных по дифференциальной схеме, выходы которых соединены соответственно с входами основного и дополнительного предварительных усилителей.

   Фиг.1

   Ч

   СП

   . 7777/л/ /

   Г

   Фг

   %

   у///////

   -ЭВ

   о

   «Фие .З