КОМБИНИРОВАННЫЙ СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ КОЛЕБАНИЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ
COMBINED METHOD OF DETECTING VIBRATIONS OF CYLINDRICAL SHELL

Изобретение относится к области испытательной и измерительной техники и позволяет бесконтактно регистрировать вынужденные колебания цилиндрической оболочки при ее ударно-волновом нагружении.
Известен способ регистрации колебаний цилиндрической оболочки (Новиков С.А., Пермяков В.В., Рябикнн А.И., Синицин В.А. Применение фотометрического метода для измерения перемещений металлических оболочек при взрывном нагружении // ПМТФ. 1978. №4. С. 60 - 163). Он основан на механической модуляции светового луча, пропускаемого через узкую щель между исследуемой поверхностью и неподвижным ограничителем, что обеспечивает регистрацию колебаний цилиндрической оболочки только в выделенном сечении и в поперечном направлении. Таким образом, известный способ не позволяет получить общую волновую картину колебаний цилиндрической оболочки при ее ударно-волновом нагружении.
Известен «Способ измерения деформации изделий» (а.с. SU№1245875, МПК 4G01B 11/16, опубл.23.07.86). заключающийся в том, что на поверхность исследуемого изделия до погружения проецируют эталонную систему меток. Одновременно проецируют эталонную систему меток на эталонное изделие. Отраженные от поверхностей эталонного и исследуемого изделий системы эталонных меток фиксируют в плоскости регистрации изображения исследуемого изделия. Совмещают обе системы путем смещения эталонного изделия до полного исчезновения образующихся в процессе совмещения интерференционных полос. Затем изделие нагружают, регистрируют образующуюся интерференционную картину и по ней измеряют деформации.
Недостатком данного способа является отсутствие информации о состоянии исследуемой поверхности во время ее колебательных движений, вызванных нагружением. Данный способ выбран в качестве прототипа.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа, обеспечивающего бесконтактную регистрацию вынужденных колебаний цилиндрической оболочки при ее ударно-волновом нагружении визуализацию колебательных движений поверхности. определение пространственно-временных зависимостей колебаний элементов поверхности.
Техническим результатом применения предлагаемого способа является получение информации о динамике развития ударно-волновой картины поверхности цилиндрической оболочки при ее нагружении, повышение достоверности и точности экспериментальной информации о вынужденных колебаниях цилиндрической оболочки.
Технический результат достигается за счет того, что в заявляемом комбинированном способе регистрации колебаний цилиндрической оболочки, включающем нанесение меток на поверхность цилиндрической оболочки, оптическую регистрацию ее изображения с нанесенными метками до и после ударно-волновою нагружения оболочки, последующий анализ полученных изображений, в отличие от прототипа, колебания оболочки дополнительно фиксируют при помощи первого и второго индукционных датчиков, размещенных в измерительном сечении, перпендикулярном продольной оси цилиндрической оболочки, содержащих установленные в едином каркасе, выполненном с возможностью перемещения вдоль наружной поверхности оболочки, полевоспринимающие устройства и полесоздающие устройства, установленные на поверхности цилиндрической оболочки вдоль ортогональных осей измерительного сечения напротив полевоспринимающих устройств. Сигнал на запуск оптического регистратора формируют в момент поступления с полевоспринимающих устройств суммарного сигнала, превышающего заданный уровень сигнала. Изображения меток, размер ячейки которых занимает площадь на изображении не менее 4 пикселей, регистрируют в дискретные моменты времени относительно запускающего сигнала. Анализ полученных изображений производят совместно с анализом зарегистрированных сигналов с индукционных датчиков. Изменение направления и амплитуды смещения элементов поверхности цилиндрической оболочки определяют путем кросскорреляционного анализа пар изображений меток, полученных в разные моменты времени.
Применение индукционных датчиков позволяет осуществить запуск оптического регистратора синхронно с началом исследуемого процесса и обеспечивает автономность схемы регистрации. Применение двух индукционных датчиков, расположенных в измерительном сечении, перпендикулярном продольной оси цилиндрической оболочки, при условии расположения полесоздающих устройств на поверхности цилиндрической оболочки вдоль ортогональных осей измерительного сечения напротив полевоспринимающих устройств, обеспечивает получение информации о колебательных процессах цилиндрической оболочки в измерительном сечении при произвольном направлении колебательных движений ее поверхности. Жесткое размещение полевоспринимающих устройств с помощью единого каркаса, выполненного с возможностью перемещения вдоль исследуемой цилиндрической оболочки, позволяет точно закрепить полевоспринимающие устройства и перемещать их в случае необходимости без трудоемкой переустановки, что повышает точность и надежность регистрации. Формирование сигнала на запуск оптического регистратора в момент поступления с полевоспрпнимающих устройств суммарного сигнала, превышающего заданный уровень сигнала, повышает надежность регистрации. Нанесение меток на поверхность цилиндрической оболочки при условии, что размер их ячейки на изображении занимает площадь не менее 4 пикселей, повышает точность идентификации элементов поверхности цилиндрической оболочки на ее изображении. Применение оптической регистрации изображения оболочки с нанесенными метками до и после ее ударно-волнового нагружения и последующего кросскорреляционного анализа полученной информации позволяет получить информацию о динамике развития ударно-волновой картины поверхности цилиндрической оболочки при ее нагружении. Совместный анализ зарегистрированных сигналов с индукционных датчиков и результатов, полученных на основе информации с оптического регистратора, повышает достоверность и точность экспериментальной информации о вынужденных колебаниях цилиндрической оболочки.
Заявляемый способ поясняется чертежом.
На фигуре изображены: 1 - цилиндрическая оболочка; 2 - индукционный датчик, 3 - поле создающее устройство; 4 - полевоспринимающее устройство; 5 - каркас; 6 - сумматор; 7 - пороговое устройство; 8 - генератор импульсов; 9 - оптический регистратор (возможно использование высокоскоростной видеокамеры); 10 - цифровой регистратор; 11 - автономное устройство питания; 12 - линии связи.
Регистрацию колебаний цилиндрической оболочки осуществляют следующим образом.
На заданную область поверхности цилиндрической оболочки 1 наносят метки (на фигуре не показаны). Расположение меток, их количество, цвет должны обеспечивать получение с помощью оптического регистратора 9 высококонтрастного изображения заданной области поверхности цилиндрической оболочки 1. Размер меток выбирают из условия, что на изображении, полученном с помощью оптического регистратора 9, размер ее ячейки должен занимать площадь не менее 4 пикселей.
С помощью двух индукционных датчиков 2 образуют измерительное сечение, перпендикулярное продольной оси цилиндрической оболочки.
В состав каждого индукционного датчика 2 входит полесоздающее 3 и полевоспринимающее 4 устройства. Полесоздающие устройства 3 устанавливают на поверхности цилиндрической оболочки 1 вдоль ортогональных осей измерительного сечения. Первое и второе полевоспринпмающее устройство 4, установленные в едином каркасе 5, выполненном с возможностью перемещения вдоль наружной поверхности оболочки 1, с помощью каркаса 5. располагают напротив первого и второго полесоздающего устройства 3 соответственно.
Осуществляют ударно-волновое нагружение оболочки 1, например взрывное нагружение.
Выход первого и второго полевоспринимающего устройства 4 электрически соединен с первым и вторым входами цифрового регистратора 10 и сумматора 6. Сигнал от полевоспринимающих устройств 4 через сумматор 6 поступает на вход порогового устройства 7, при превышении его уровня предварительного заданного значения на выходе порогового устройства 7 формируется сигнал на запуск генератора импульсов 8. Генератор импульсов 8 формирует сигнал необходимой формы для запуска оптического регистратора 9.
Автономность элементов схемы запуска (6-8) обеспечивает автономное устройство питания 11. Таким образом, при возникновении колебаний цилиндрической оболочки 1 в произвольном направлении, осуществляется синхронизация оптического регистратора 9 и, как следствие, получение серии изображений поверхности цилиндрической оболочки 1 в дискретные моменты времени относительно исследуемого процесса.
Путем кросскорреляционного анализа полученных изображений определяют изменение направления и амплитуды смещения элементов поверхности цилиндрической оболочки в дискретные моменты времени. Вычисленные данные анализируют совместно с информацией с индукционных датчиков 2. зарегистрированной с помощью цифрового регистратора 10.
Заявляемый способ опробован при проведении бесконтактной регистрации вынужденных колебаний поверхности цилиндрической оболочки при ее ударно-волновом нагружении и позволил осуществить визуализацию колебательного движения поверхности, определить пространственно-временные зависимости колебаний элементов поверхности, повысить достоверность и точность информации о динамике развития ударно-волновой картины поверхности цилиндрической оболочки.