АВТОНОМНЫЙ КОМПЛЕКС СБОРА ИНФОРМАЦИИ ОБ УСТАЛОСТНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЯХ КОНСТРУКЦИЙ С РЕГУЛИРУЕМЫМ ОСВЕЩЕНИЕМ ОБЪЕКТА
STAND-ALONE SYSTEM FOR GATHERING INFORMATION ON FATIGUE DAMAGES TO STRUCTURES WITH CONTROLLED OBJECT ILLUMINATION

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для сбора информации об усталостных повреждениях конструкций с датчиков деформации интегрального типа (далее по тексту ДДИТ), имеющих различные коэффициенты отражения поверхности.
Принцип действия ДДИТ заключается в том, что структура материала датчика под действием циклических деформаций претерпевает изменения и на его поверхности возникает реакция в виде «темных пятен». Момент появления первых «темных пятен», а также их плотность и размеры коррелируют с числом циклов и амплитудой циклических деформаций. Подробная информация о ДДИТ приведена в патенте 2209412 С2, G01N 3/32, опубл. 27.07.2003.
Известно устройство «Автономный комплекс сбора информации об усталостных изменениях конструкций» /RU 2372604 С1, МПК G01N 21/17, опубл. 10.11.2009/. Оно представляет собой автономный комплекс сбора информации об усталостных повреждениях конструкций, содержащий устройство для съема данных, связанное оптически с исследуемым объектом, и систему анализа изображений, представленную электронной вычислительной машиной, отличающийся тем, что устройство для съема данных является переносным и включает в себя сенсорный блок, имеющий оптическую связь с исследуемым объектом, блок управления, модуль памяти, модуль визуализации и модуль связи с электронной вычислительной машиной, при этом сенсорный блок включает в себя автономный источник света, блок выравнивания света, предназначенный для получения равномерного рассеянного света, блок регулировки четкости изображения, систему призм, расположенную таким образом, что освещение исследуемой поверхности происходит перпендикулярно к ней, систему линз, предназначенную для получения увеличенного изображения исследуемого объекта, и автономный источник питания.
Недостатком данного устройства является снижение точности измерения, при получении изображения с поверхности, имеющей высокий или низкий коэффициент отражения света, особенно при проведении серии измерений на разных поверхностях. Это связано с тем, что при получении снимка поверхности с высоким коэффициентом отражения света происходит засвечивание снимка, в то время как на поверхности с низким коэффициентом отражения снимок получается слишком темным. При программном выравнивании освещенности изображения, непосредственно перед проведением его обработки, происходит частичная потеря информации, так как в ходе обработки снимка наибольший интерес представляют относительная площадь «темных пятен», а также статистические характеристики распределения оттенков серого цвета.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка комплекса, позволяющего производить сбор данных с ДДИТ независимо от коэффициента отражения поверхности, повысив точность измерения за счет обеспечения оптимальной для каждой поверхности величины светового потока и оптимальной чувствительности матрицы сенсорного элемента.
При осуществлении изобретения поставленная задача решается путем достижения технического результата, который заключается в повышении точности получения информации с ДДИТ, за счет того, что для каждого измерения производится подбор оптимальных параметров освещенности. Это позволяет избежать потери данных из-за недостаточной или наоборот избыточной освещенности поверхности ДДИТ.
Указанный технический результат достигается тем, что в автономном комплексе сбора информации об усталостных повреждениях конструкций с регулируемым освещением объекта, содержащим, по меньше мере, один датчик деформации интегрального типа, закрепленный на исследуемом объекте и оптически связанный с переносным устройством для съема данных, включающим блок управления, автономный источник питания и сенсорный блок, состоящий из системы линз и источника света, и систему анализа изображений, представленную электронной вычислительной машиной, особенностью является то, что указанный сенсорный блок включает в себя систему призм, расположенную таким образом, что освещение поверхности исследуемого объекта происходит перпендикулярно к ней, и блок регулировки освещенности, имеющий электрическую связь с блоком управления, источником света и автономным источником питания, и выполненным таким образом, что позволяет изменять и фиксировать для каждого конкретного измерения освещенность поверхности исследуемого объекта.
На фиг.1 представлена блок-схема предложенного автономного комплекса.
На фиг.2 - блок-схема сенсорного блока.
Автономный комплекс включает в себя переносное устройство для съема данных 2, имеющее оптическую связь с ДДИТ, закрепленным на исследуемом объекте 1, и связанное с системой анализа изображений, представленной электронной вычислительной машиной (ЭВМ) 3, в качестве которой могут быть использованы персональный компьютер, ноутбук или карманный персональный компьютер. Переносное устройство для съема данных 2 состоит из сенсорного блока (СБ) 4, в качестве которого может быть использована, например, матрица цифрового фотоаппарата, блока управления (БУ) 5, в качестве которого может быть использован микропроцессорный модуль, модуля связи (МС) 6, модуля памяти 7, модуля визуализации 8 и модуля хранения алгоритмов 9. Под исследуемым объектом 1 понимается конструкция, на которой закреплен по меньшей мере один ДДИТ и данные об усталостных повреждениях которой требуется получить. В качестве модуля связи 6 могут быть использованы как проводные, так и беспроводные средства сопряжения, например Wi-Fi приемопередатчик. Модуль визуализации 8 может быть представлен жидкокристаллическим дисплеем.
В свою очередь, сенсорный блок 4 состоит из сенсорного элемента 10, системы призм 11, системы линз 12, состоящей по меньшей мере из двух линз, блока выравнивания света 13, источника света 14, блока регулировки четкости изображения 15 и блока регулировки освещенности 16. Блок регулировки освещенности 16 имеет электрическую связь с блоком управления 5, источником света 14 и автономным источником питания (не показан) и предназначен для изменения величины светового потока от источника света 14 путем увеличения или уменьшения напряжения, поступающего на него от автономного источника питания. Источник света 14 соединен оптически через блок выравнивания света 13 с системой призм 11, которая, в свою очередь, имеет оптическую связь с системой линз 12 и сенсорным элементом 10. Блок выравнивания света 13 предназначен для получения равномерного рассеянного света, а система линз 12 - для получения увеличенного изображения исследуемого объекта. Блок регулировки четкости изображения 15 имеет электрическую связь с блоком управления 5 и механическую связь с системой линз 12. Под механической связью понимается возможность осуществить перемещение линз внутри системы линз 12 относительно друг друга с целью изменения фокусного расстояния.
Принцип работы комплекса
ДДИТ, закрепленный непосредственно на исследуемом объекте 1, соединен оптически с сенсорным блоком 4. Перед началом измерения, по заранее заложенному алгоритму, сохраненному в модуле хранения алгоритмов 9 или при помощи ручной настройки, осуществляемой оператором с использованием модуля визуализации 8, производится задание требуемой для данного ДДИТ величины освещенности его поверхности. Непосредственное изменение величины освещенности поверхности ДДИТ осуществляется блоком регулировки освещенности 16, путем увеличения или уменьшения напряжения питания, поступающего на источник света 14, а также за счет увеличения или уменьшения чувствительности матрицы сенсорного элемента 10.
Сенсорный блок 4 построен таким образом, что свет от источника света 14, пройдя через блок выравнивания света 13, систему призм 11 и систему линз 12, падает на поверхность ДДИТ перпендикулярно, а отраженный свет, пройдя также через систему призм 11 и систему линз 12, воспринимается сенсорным элементом 10, размещенным параллельно поверхности ДДИТ, и преобразуется в электрическую форму, получая, таким образом, фронтальный увеличенный снимок поверхности. Далее, электрический сигнал считывается с сенсорного элемента 10 блоком управления 5, преобразуется в цифровую форму и сохраняется в модуле памяти 7. Блок управления 5 производит первичную обработку данных и отображает результат при помощи модуля визуализации 8. В случае, если результат отвечает предъявляемым требованиям, производится передача информации через модуль связи 6 на ЭВМ 3 для дальнейшей обработки.
Формирование алгоритма задания величины освещенности поверхности ДДИТ производится по следующей схеме: после установки оптической связи между ДДИТ и автономным комплексом сбора информации об усталостных повреждениях конструкций с регулируемым освещением объекта и получения оператором на дисплее ЭВМ 3 изображения поверхности ДДИТ оператор через модуль связи 6 посылает команду блоку управления 5 на увеличение или уменьшение освещенности поверхности ДДИТ. Данное изменение осуществляется за счет изменения напряжения питания, подаваемого на источник света 14, а также за счет увеличения или уменьшения чувствительности матрицы сенсорного элемента 10. При достижении требуемого для данного типа поверхности значения освещенности оператор посылает команду сохранения соответствующего значения напряжения питания и чувствительности матрицы в модуле хранения алгоритмов 9. В случае проведения серии измерений при количестве ДДИТ более одного для каждого измерения могут быть отдельно сохранены указанные величины. При повторном проведении данной серии измерений для каждого измерения из серии будут выбраны сохраненные ранее значения.
Таким образом, заявляемый комплекс позволяет производить сбор и первичную обработку данных с ДДИТ, на основании которых осуществляется оценка и расчет усталостных повреждений конструкций.