Универсальное устройство установки и перемещения ультразвуковых преобразователей для контроля бетона при одностороннем доступе к конструкции

Полезная модель относится к области измерительной техники и, в частности, к ультразвуковому контролю прочности и дефектов бетона бетонных и железобетонных конструкций при одностороннем доступе.
Известны устройства, позволяющие обеспечить установку или раздвижку ультразвуковых преобразователей (излучателя и приемника) на фиксированную базу измерения, что дает возможность при контроле бетона выполнить оценку прочности бетона по корреляционной зависимости скорости ультразвука от прочности бетона или оценить глубину трещин, выходящих на поверхность бетона. Однако оперативно провести дефектоскопию поверхностного слоя бетона по методу продольного профилирования с использованием осевого пошагового перемещения преобразователя-приемника относительно неподвижно установленного преобразователя-излучателя известными устройствами невозможно. Кроме этого, во многих из них отсутствует надежная акустическая развязка между корпусами преобразователей по соединительному элементу. Это порождает образование акустического фона на принимаемом ультразвуковом сигнале, что негативно сказывается на качестве измерений, особенно, при значительных базах измерения из-за значительного затухания амплитуды принимаемого полезного сигнала. Отсутствие возможности угловых поворотов держателей относительно друг друга усложняет обеспечение надежного контакта рабочей поверхности обоих преобразователей с неплоской поверхностью конструкций.
Известно устройство для ультразвукового контроля дефектов в бетоне, содержащее корпуса с ультразвуковыми преобразователями, соединенными между собой рукояткой, которая выполнена составной с соосно расположенными секциями, на одной из которых смонтирован фиксирующий элемент, свободная сторона секций рукоятки шарнирно соединена с корпусом, имеющим опорные выступы с пропущенными через них пружинными штоками, на одном конце каждого из которых установлен регулирующий элемент, а на другом закреплен магнит, в устройстве использован телескопический принцип работы соединительной штанги для установки переменной базы измерения (АС СССР №384070, МКИ: G01n 33/38, опубл. 23.05.1973 г.).
Недостатками аналога являются сложность конструкций узлов держателей и невозможность оперативной настройки требуемой базы измерения в устройстве, отсутствует акустическая развязка преобразователей. Данное устройство пригодно для контроля бетона на выбранной отрегулированной фиксированной базе измерения.
Известно устройство для ультразвукового контроля изделий, содержащее соединительную штангу с использованием параллелограммного механизма и роликов устойчивого перемещения устройства по контролируемому изделию и отсчетной линейки с упором для настройки необходимой базы измерения (АС СССР №1147978, МКИ: G01N 29/04, опубл. 30.03.1985 г.).
Недостатками такого устройства являются отсутствие механической жесткости соединительного механизма, возможности гибкой само установки преобразователей на не плоскостной поверхности конструкций и отсутствие акустической развязки преобразователей.
Известно устройство для прижима преобразователей при проведении акустических измерений в материалах, включающее сетчатый корпус-контейнер с отверстиями для установки преобразователей и соединенный с ним амортизирующий узел подвески, направляющий элемент, выполненный из эластичного материала с большим коэффициентом поглощения ультразвуковой энергии (АС СССР №1226281, МКИ: G01N 29/00, опубл. 23.04.1986 г.).
Недостатком аналога является то, что в устройстве функции направляющего элемента выполняют стропы корпуса-контейнера и использовать его для контроля поверхностных слоев бетона при одностороннем доступе к конструкции невозможно.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является держатель ультразвуковых преобразователей прибора «Pundit lab +» фирмы Proceq, содержащий направляющий элемент в виде штанги с мерной линейкой (разметочной шкалой) относительно центра штанги, для контроля глубины трещин и/или установки выбранной фиксированной базы измерения, узлы крепления преобразователей, каждый из которых имеет собственную акустическую развязку от соединительной штанги, выполненную из демпфирующего эластичного материала, обеспечивающее повороты узлов крепления относительно оси штанги при само установке рабочих плоскостей преобразователей на не плоскостной поверхности конструкций (Интернет ресурс: http://endt.ru/cat/equipment/kontrol-stroitelnyh-konstrukcij-i/ultrazvukovye-pribory-dlja/ultrazvukovoj-pribor-pundit-lab).
Недостатком прототипа является невозможность выполнения с помощью данного устройства оперативного контроля бетона с пошаговой переменой базы измерения по методу продольного профилирования при сохранении условий контакта неподвижного преобразователя с поверхностью бетона.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении эффективности работы устройства, качества измерений и контроля бетонных и железобетонных конструкций.
Для достижения указанного технического результата в предлагаемом универсальном устройстве установки и перемещении ультразвуковых преобразователей для контроля бетона при одностороннем доступе к конструкции, содержащем неподвижный держатель одного преобразователя и направляющий элемент в виде штанги с разметочной шкалой и с установленным на нем подвижным держателем другого преобразователя, оно снабжено гибким связующим компенсатором, расположенным между неподвижным держателем и направляющей штангой со скользящим подвижным держателем с возможностью их взаимного углового перемещения относительно друг друга, а скользящий подвижный держатель, свободно перемещающийся вдоль направляющей штанги, фиксируется на любой базе измерения за счет фиксатора осевого перемещения в виде коромысла и подпружиненного зуба.
Кроме того, заявленное решение имеет факультативный признак, характеризующий его частный случай, а именно:
гибкий связующий компенсатор выполнен из эластичного материала с большим коэффициентом поглощения ультразвуковой энергии, например резины, для обеспечения эффективной акустической развязки между излучателем и приемником ультразвуковых сигналов по конструкции устройства.
Отличительными признаками предлагаемого универсального устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, являются наличие гибкого связующего компенсатора, расположение гибкого связующего компенсатора между неподвижным держателем и штангой со скользящим подвижным держателем с возможностью их взаимного углового перемещения относительно друг друга, фиксация скользящего подвижного держателя, свободно перемещающегося вдоль направляющей штанги на любой базе измерения, за счет фиксатора осевого перемещения в виде коромысла и подпружиненного зуба.
Благодаря наличию этих признаков при работе универсального устройства, включающем один неподвижный держатель и один скользящий подвижный держатель на направляющей штанге с разметочной шкалой, соединенной с узлом неподвижного держателя с помощью гибкого связующего компенсатора, позволяющего выполнять угловые перемещения направляющей штанги в плоскости, перпендикулярной ее оси во время установки преобразователей на неплоскую поверхность бетонной конструкции без изменения базы измерения, а также обеспечивающего эффективную акустическую развязку излучателя и приемника ультразвуковых сигналов, осуществлена возможность оперативного перемещения и фиксации узла скользящего подвижного держателя вдоль разметочной шкалы без отрыва неподвижного держателя от поверхности бетона или его смещения. Это в свою очередь, обеспечивает возможность оперативного контроля бетона с переменной пошаговой базой измерения по методу продольного профилирования при неизменных условиях контакта неподвижного преобразователя с поверхностью бетона и соответственно повышение надежности и точности измерений за счет максимального прохождения акустической энергии через контролируемый материал. С помощью предложенного универсального устройства можно осуществить все виды ультразвукового обследования бетона (железобетона), возможные при одностороннем доступе к конструкции на постоянной и переменной базах измерения, снижая при этом трудоемкость контроля, в первую очередь, оценка состояния и дефектоскопия поверхностного слоя бетона с переменной базой измерения по методу продольного профилирования, а также определение глубины трещин в бетоне, выходящих на поверхность конструкций и определение прочности бетона на постоянной базе измерения, которую можно изменять в зависимости от структуры контролируемого бетона.
Предлагаемое универсальное устройство установки и перемещения ультразвуковых преобразователей для контроля бетона при одностороннем доступе к конструкциям иллюстрируется чертежом, на котором изображен общий вид устройства.
На чертеже позициями обозначены: 1 - направляющая штанга, например, из дюралевой трубки, 2 - гибкий связующий компенсатор из эластичного материала, например из вакуумной резиновой трубки, 3 - неподвижный держатель, 4 - скользящий подвижный держатель, 5 - фиксатор осевого перемещения, 6 - ограничитель радиального поворота, 7 - стопорные винты, 8 - ультразвуковые преобразователи.
Устройство работает следующим образом.
Корпуса ультразвуковых преобразователей 8 вставляют в неподвижный 3 и скользящий подвижный 4 держатели и закрепляют стопорными винтами 7. Скользящий подвижный держатель 4 устанавливают на направляющей штанге 1 на необходимом для конкретной схемы измерений расстоянии от неподвижного держателя 3. Фиксацию скользящего подвижного держателя 4 производят зубом фиксатора осевого перемещения 5, который под действием пружины или заходит в отверстия на направляющей штанге 1, выполненные с выбранным постоянным шагом профилирования или фиксируется за счет трения подпружиненного зуба о поверхность штанги 1. При нажатии на подпружиненное плечо фиксатора осевого перемещения 5, выполненного в виде коромысла, зуб поднимается и, освобождая скользящий подвижный держатель 4, дает ему возможность свободно перемещается вдоль оси штанги 1 для установки новой базы измерения. Расстояние между преобразователями устанавливается по разметочной шкале на штанге 1 (принципиально длину направляющей штанги, шаг отверстий или установка базы измерения с помощью скользящего держателя определяют конкретными задачами и условиями измерений).
Для предотвращения возможности поворота скользящего подвижного держателя 4 вокруг оси направляющей штанги 1 и облегчения осевого перемещения в держателе 4 имеются симметрично расположенные ограничители радиального поворота 6, не дающие возможности самопроизвольного углового перемещения скользящего подвижного держателя 4 вокруг оси штанги 1, каждый из которых состоит из закрепленного в обойме подпружиненного шарика, выступающего за внутреннюю цилиндрическую поверхность, сопряженную со штангой 1 и катящегося по продольной канавке, выполненной на боковой поверхности штанги 1.
Гибкий связующий компенсатор 2 в виде отрезка трубки из вакуумной резины, закрепленной с помощью стяжных хомутов на направляющей штанге 1 и переходнике неподвижного держателя 3, позволяет производить угловые перемещения штанги 1 со скользящим подвижным держателем 4 относительно неподвижного держателя 3 в плоскости, перпендикулярной оси штанги 1, что дает возможность при установке предлагаемого устройства на контролируемую конструкцию скомпенсировать неровность поверхности бетонной конструкции, обеспечить полное прилегание рабочих поверхностей ультразвуковых преобразователей 8 к поверхности контролируемого элемента и, соответственно, обеспечить максимальную передачу акустической энергии из излучателя в бетон и из бетона в приемник.
Использование в качестве гибкого связующего компенсатора 2 эластичного материала с большим коэффициентом поглощения ультразвуковой энергии при таком расположении в универсальном устройстве дает возможность обеспечить полную акустическую развязку ультразвуковых преобразователей 8 и повысить соотношение полезный сигнал/шум в принимаемом сигнале. Данный вариант гибкого связующего компенсатора 2 выбран как оптимальный на основании лабораторных исследований, но это не исключает применения вариантов других, подобных по функциональности конструкций (например, резиновый стержень, закрепленный в штанге 1 и в переходнике) и материалов, обладающих подобными требуемыми свойствами.
При проведении измерения усилие прижатия прилагается к каждому ультразвуковому преобразователю 8 отдельно. При снятии усилия к скользящему подвижному держателю 4, за счет гибкости связующего компенсатора 2 возможно для выбора базы измерений производить свободное перемещение скользящего подвижного держателя 4 вдоль направляющей штанги 1 без изменения положения и условий контакта с бетоном неподвижного держателя 3.
Использование отверстий в направляющей штанге 1, выполненных с шагом, например; 50 мм, дает возможность оперативно проводить продольное профилирование, требующее пошаговое изменение базы измерения на постоянную величину или фиксировать базу измерений при контроле элементов по постоянной базе.
Предлагаемое универсальное устройство может применяться при ультразвуковом контроле качества бетонных и железобетонных плит, асфальтобетонных и гидроизоляционных покрытий, состояния бетонных облицовок, определения качества материала и состояния защитного слоя бетона массивных конструкций при одностороннем доступе.