СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ И ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ
SYSTEM FOR REMOTE MONITORING AND DIAGNOSING STATE OF STRUCTURES AND CONSTRUCTION ENGINEERING FACILITIES

Предлагаемая система относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для дистанционного неразрушающего контроля, оценки и прогнозирования технического состояния конструкций и инженерно-строительных сооружений производственного, спортивного, культурного и военного назначения в течение всего периода их эксплуатации.
Известны системы дистанционного контроля и диагностики состояния конструкции и инженерно-строительных сооружений (авт. свид. СССР №№720.215, 860.281, 1.062.512, 1.159.153, 1.193.454, 1.200.123, 1.213.350, 1.261.629, 1.415.048, 1.456.765, 1.481.589, 1.498.664, 1.649.314, 1.682.264, 1.781.504; патенты РФ №№2.008.534, 2.014.579, 2.036.446, 2.079.289, 2.082.121, 2.119.648, 2.123.672, 2.130.593, 2.180.430, 2.224.980, 2.247.958, 2.272.993, 2.327.105, 2.357.205, 2.410.655, 2.413.055; патенты США №№2.866.059, 3.170.152, 3.216.475, 3.827.514, 4.107.985; патент ФРГ №2.900.614; патенты ЕР №№0.401.133, 0.927.869; Ренский А.Б Руководство по тензометрированию строительных конструкций и материалов. - М., 1971, с.133, с.149-155 и другие).
Из известных систем дистанционного контроля и диагностики состояния конструкции и инженерно-строительных сооружений наиболее близким к предлагаемой системе является «Силоизмерительное устройство» (патент РФ №2.410.655, G01L 1/00, 2010), которое выбрано в качестве базового объекта.
Известное устройство обеспечивает дистанционное измерение усилия и температуры в различных резьбовых соединениях инженерно-строительных элементов и конструкций, от состояния которых в значительной степени зависит вероятность аварийных ситуаций в строительных сооружениях, имеющих важное стратегическое значение. Силоизмерительное устройство содержит навинченную на резьбу стержня гайку, расположенную под гайкой подкладную шайбу, а также стопорный элемент из эластичного материала и шайбу с буртом, размещенную на стержне со стороны соединяемой детали и обращенную буртом в сторону гайки, при этом стопорный элемент выполнен в виде шайбы и расположен между шайбами с охватом резьбового стержня, подкладная шайба выполнена плоской диаметром, меньшим диаметра стопорного элемента, а наружный диаметр подкладной шайбы больше максимального торцевого размера гайки. Причем устройство снабжено плоской силоизмерительной шайбой диаметром, равным диаметру подкладной шайбы, с двумя резонаторами на поверхностных акустических волнах и считывателем, силоизмерительная шайба выполнена из нержавеющей стали и размещена между подкладной шайбой и стопорным элементом из эластичного материала, в шпоночной выточке силоизмерительной шайбы установлены два резонатора на поверхностных акустических волнах, первый из которых чувствительный к сжатию силоизмерительной шайбы посредством жесткого соединительного слоя, а второй - чувствительный к температуре окружающей среды посредством мягкого эластичного клея.
Однако известное устройство имеет ограниченные возможности, выполняет только локальные функции и не обеспечивает достоверного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерно-строительных сооружений, удаленных на значительное расстояние от пункта контроля.
Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем достоверного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерно-строительных сооружений, удаленных на значительное расстояние от пункта контроля.
г1
г2
пр2
Поставленная задача решается тем, что система дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерно-строительных сооружений, включающая, в соответствии с ближайшим аналогом, силоизмерительное устройство, содержащее навинченную на резьбу стержня гайку, расположенную под гайкой подкладную шайбу диаметром, равным диаметру подкладной шайбы, с двумя резонаторами на поверхностных акустических волнах, шайбу с буртом, размещенную на стержне со стороны соединяемой детали и обращенную буртом в сторону гайки, стопорный элемент из эластичного материала и считыватель, при этом стопорный элемент выполнен в виде шайбы и расположен между шайбами с охватом резьбового стержня, подкладная шайба выполнена плоской диаметром, меньшим диаметра стопорного элемента, а наружный диаметр подкладной шайбы больше максимального торцевого размера гайки, силоизмерительная шайба выполнена из нержавеющей стали и размещена между подкладной шайбой и стопорным элементом из эластичного материала, в шпоночной выточке силоизмерительной шайбы установлены два резонатора на поверхностных акустических волнах, первый из которых чувствительный к сжатию силоизмерительной шайбы посредством жесткого соединительного слоя, а второй - чувствительный к температуре окружающей среды посредством мягкого эластичного клея, резонаторы на поверхностных акустических волнах через сквозные отверстия высокочастотными кабелями связаны соответственно с приемопередающими антеннами, каждый резонатор на поверхностных акустических волнах выполнен на пьезокристалле с нанесенными на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем поверхностных акустических волн и набором отражателей, встречно-штыревой преобразователь состоит из двух гребенчатых систем электродов, нанесенных на поверхность пьезокристалла, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, которые, в свою очередь, соединены высокочастотным кабелем с приемопередающей антенной, во втором резонаторе на поверхностных акустических волнах между встречно-штыревым преобразователем и набором отражателей размещена мембрана, считыватель выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, первого усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, первого усилителя высокой частоты, первого фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя высокой частоты второго узкополосного фильтра, первого фазометра, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, и блока регистрации, второй вход которого соединен с выходом первого фазового детектора, последовательно подключенных к выходу дуплексера второго усилителя высокой частоты, второго фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, третьего перемножителя, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя высокой частоты, третьего узкополосного фильтра и второго фазометра, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, а выход подключен к третьему входу блока регистрации, четвертый вход которого соединен с выходом второго фазового детектора, последовательно подключенных к выходу задающего генератора первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, первого узкополосного фильтра и второго усилителя мощности, выход которого соединен с вторым входом дуплексера, отличается от ближайшего аналога тем, что она снабжена пунктом контроля, состоящим из радиостанции и связанной с ней электронно-вычислительной машины, и m объектами контроля, каждый из которых состоит из радиостанции и связанного с ней считывателя, причем радиостанции пункта контроля и объектов контроля связаны между собой радиоканалами, каждая радиостанция содержит последовательно включенные генератор высокой частоты, фазовый манипулятор, первый смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом первого генератора, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина, усилитель второй промежуточной частоты, перемножитель, второй вход которого соединен с вторым выходом первого гетеродина, полосовой фильтр и фазовый детектор, второй вход которого соединен с вторым выходом второго гетеродина, второй вход фазового манипулятора пункта контроля через электронно-вычислительную машину соединен с выходом фазового детектора, второй вход фазового манипулятора каждого объекта контроля через последовательно включенные преобразователь аналог-код и формирователь модулирующего кода соединен с выходом блока регистрации считывателя, выход фазового детектора каждого объекта контроля через блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, подключен к входу задающего генератора считывателя, частоты ω и ω гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты ω
г2
г1
пр2
ω-ω=ω,
радиостанция, размещенная на пункте контроля, выполнена с возможностью излучения сложных сигналов с фазовой манипуляцией на частоте
3
г2
пр1
ω=ω=ω,
пр1
где ω - первая промежуточная частота, а приема - на частоте
4
г1
пр3
ω=ω=ω,
пр3
4
3
где ω - третья промежуточная частота, а радиостанция, размещенная на каждом объекте контроля, выполнена с возможностью излучения сложных сигналов с фазовой манипуляцией на частоте ω, а приема - на частоте ω.
Структурная схема предлагаемой системы представлена на фиг.1. Структурная схема радиостанции 55, размещенной на пункте контроля 53, представлена на фиг.2. Структурная схема радиостанции 59.j, размещенной на каждом объекте контроля 57.j (j=1,2, …, m), представлена на фиг.3. Частотная диаграмма, иллюстрирующая преобразование сигналов, показана на фиг.4. Структурная схема считывателя 60.j представлена на фиг.5. Временные диаграммы, поясняющие работу считывателя 60.j, изображены на фиг.6. Устройство для фиксации резьбового стержня до затяжки соединения изображено на фиг.7, продольный разрез. То же, после затяжки соединения на фиг.8. Силоизмерительная шайба изображена на фиг.9, продольный разрез. Функциональные схемы двух резонаторов на поверхностных акустических волнах показаны на фиг.10.
Пункт контроля 53 содержит радиостанцию 55, связанную с электронно-вычислительной антенной 54 и приемопередающей антенной 56.
Каждый объект контроля 57.j содержит радиостанцию 59.j, связанную со считывателем 60.j и приемопередающей антенной 58.j (j=1,2, …, m, m - количество объектов контроля) (фиг.1).
Каждая радиостанция 55 (59j) содержит последовательно включенные генератор 61 (61j) высокой частоты, фазовый манипулятор 62 (62.j), первый смеситель 64 (64.j), второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина 63 (63.j), усилитель 65 (65.j) первой промежуточной частоты, первый усилитель 66 (66.j) мощности, дуплексер 67 (67.j), вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 56 (58.j), второй усилитель 68 (68.j) мощности, второй смеситель 70 (70.j), второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина 69 (69.j), усилитель 71 (71.j) второй промежуточной частоты, перемножитель 72 (72.j), второй вход которого соединен с вторым выходом первого гетеродина 63 (63.j), полосовой фильтр 73 (73.j) и фазовой детектор 74 (74.j). Второй вход фазового манипулятора 62 через электронно-вычислительную машину 54 соединен с выходом фазового детектора 74. Второй вход фазового манипулятора 62.j через последовательно включенные преобразователь 78.j аналог-код считывателя 60.j и формирователь 75.j модулирующего кода соединен с выходом блока 52.j регистрации считывателя 60.j. Выход фазового детектора 74.j через блок 77.j сравнения, второй вход которого соединен с блоком 76.j памяти, подключен к входу задающего генератора 35.j считывателя 60.j (фиг.2, 3).
Считыватель 60.j содержит последовательно включенные задающий генератор 35.j, первый усилитель 36.j мощности, дуплексер 37.j, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 38.j, первый усилитель 42.j высокой частоты, первый фазовый детектор 44.j, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 35.j, второй перемножитель 46.j, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 42.j высокой частоты, второй узкополосный фильтр 48.j, первый фазометр 50.j, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 35.j, блок 52.j регистрации, второй вход которого соединен с выходом первого фазового детектора 44.j, и преобразователь 78.j аналог-код, выход которого является выходом считывателя 60.j. К выходу дуплексера 37.j последовательно подключены второй усилитель 43.j высокой частоты, второй фазовый детектор 45.j, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра 40.j, третий перемножитель 47.j, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 43.j высокой частоты, третий узкополосный фильтр 49.j и второй фазометр 51.j, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра 40.j, а выход подключен к третьему входу блока 52.j регистрации, четвертый вход которого соединен с выходом второго фазового детектора 45.j. К выходу задающего генератора 35.j последовательно подключены первый перемножитель 39.j, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 35.j, первый узкополосный фильтр 40.j и второй усилитель 41.j мощности, выход которого соединен со вторым входом дуплексера 37.j (j=1, 2, …, m)(фиг.5).
Силоизмерительная шайба 9 содержит приемопередающие антенны 10 и 11, разъемы 12 и 13, сквозные отверстия 14 и 15 для высокочастотных кабелей 16 и 17, шпоночную выточку 18, резонаторы 20 и 21 на ПАВ, изолирующий защитный материал 19 (силикон, компаунд и т.д.), соединительный слой 22 (клей, припой), мягкий эластичный клей 23 с хорошей термопередачей (фиг.9).
Каждый резонатор 20 (21) на поверхностных акустических волнах (ПАВ) выполнен в виде пьезокристалла 24(25) с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем (ВШП) ПАВ и набором отражателей 32(33). ВШП состоит из двух гребенчатых систем электродов 26(27), нанесенных на поверхность пьезокристалла 24(25). Электроды 26(27) каждой из гребенок соединены друг с другом шинами 28(29) и 30(31), которые, в свою очередь, связаны высокочастотным кабелем 16(17) с приемопередающей антенной 10(11). Во втором резонаторе 21 между ВШП и набором отражателей 33 установлена мембрана 34 (фиг.10).
Система дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерно-строительных сооружений работает следующим образом.
Чувствительным элементом системы является силоизмерительная шайба 9, в шпоночной выточке 18 которой установлено два резонатора 20 и 21 на ПАВ, первый 20 из которых чувствительный к сжатию силоизмерительной шайбы посредством жесткого соединительного слоя 22, а второй 21 - чувствительный к температуре окружающей среды посредством мягкого эластичного клея 23 (фиг.9).
Ввинчивают резьбовой стержень 2 в отверстие соединяемой детали 6 (фиг.7). На резьбовой стержень 2 последовательно устанавливают шайбу 5 с буртом, стопорный элемент 3, силоизмерительную шайбу 9, подкладную шайбу 4 и гайку 1. Затем затягивают гайку 1, при этом стопорный элемент 3, деформируясь, фиксирует резьбовой стержень 2 от самопроизвольного отвинчивания (фиг.8).
Силу затягивания гайки 1 контролируют с помощью частот резонатора 20 на ПАВ, чувствительного к сжатию силоизмерительной шайбы 9. Второй резонатор 21 на ПАВ не реагирует на деформацию сжатия шайбы 9, но чувствует температуру окружающей среды.
1
2
2
1
2
1
пр2
Частота резонаторов 20 и 21 на ПАВ определяется расстоянием между электродами 26 и 27. Резонансная частота первого резонатора 20 на ПАВ выбирается равной ω, а второго резонатора 21 на ПАВ - равной ω, ω=2ω, ω-ω=ω (фиг.4).
с
1
1
При сжатии силоизмерительной шайбы 9 резонатор 20 на ПАВ изменяет свою резонансную частоту за счет деформации пьезокристалла 24 и изменения расстояния между электродами 26. В свободном (ненапряженном состоянии) резонатор 20 на ПАВ имеет резонансную частоту ω=ω. При штатном затягивании силоизмерительной шайбы 9 резонансная частота 1 незначительно увеличивается на Δω.
1
1
1
2
i
i
Если происходит самопроизвольное откручивание гайки 1, то резонансная частота резонатора 20 на ПАВ начинает возвращаться к своей исходной частоте ω, а если возникает слишком большое давление, которое ведет к увеличению силы сжатия силоизмерительной шайбы 9, то частота ω резонатора 20 на ПАВ увеличивается до значения ω+Δω. Так как между частотой и фазой существует интегрально-дифференциальная связь, то любые изменения частоты приводят к изменению фазы. Поэтому целесообразно использовать фазовые набеги Δφ, связанные с изменением силы сжатия силоизмерительной шайбы 9 (i=1, 2, …, n). Любые изменения фазовых сдвигов Δφ могут быть зафиксированы на пункте 53 контроля дистанционно с помощью считывателя 60.j (j=1, 2, …, m) и соответствующего радиоканала.
Во втором резонаторе 21 на ПАВ изменение температуры окружающей среды воздействует на мембрану 34, вызывая ее деформацию. Скорость ПАВ в области мембраны 34 изменяется и фаза отраженной от решетки 33 акустической волны также изменяется в соответствии с деформацией мембраны 34.
Изменение фазы соответствует изменению температуры окружающей среды, которое также можно дистанционно зафиксировать на пункте 53 контроля с помощью считывателя и соответствующего радиоканала.
1
2
При этом радиостанции, установленные на пункте 53 контроля и объектах контроля 57.j (j=1, 2, …, m), обеспечивают дуплексную радиосвязь между ними с использованием сложных сигналов с фазовой манипуляцией на двух частотах W и W, что обеспечивает развязку радиоканалов.
Дежурный оператор на пункте 53 контроля с использованием ЭВМ 54 (или компьютера) имеет возможность дистанционно организовать контроль и диагностику состояния объектов контроля 57.j (j=1, 2, …, m) путем соответствующего опроса. Программа опроса может самой различной.
Дежурный оператор на пункте контроля 53 с помощью ЭВМ 54 (или компьютера) включает радиостанцию 55. При этом генератором 61 высокой частоты формируется гармоническое колебание (фиг.2)
c1
c1
c
c1
c
U(t)=VCos(ωt+φ), 0≤t≤T,
1
1
которое поступает на первый вход фазового манипулятора 62, на второй вход которого подается модулирующий код, например М(t), с выхода ЭВМ 54. Это означает, что запрос будет послан на первый объект контроля 57.1. Модулирующий код M(t) в этом случае соответствует идентификационному номеру первого объекта контроля 57.1. На выходе фазового манипулятора 62 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (Фмн)
7
c1
c
k1
c1
c,
U(t)=VCos[ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤T
k1
1
где φ(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), который поступает на первый вход смесителя 64, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 63
г1
г1
г1
г1
U(t)=VCos(ωt+ω).
На выходе смесителя 64 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 65 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты
пр1
пр1
пр1
k1
пр1
c,
U(t)=VCosωt+φ(t)+φ, 0≤t≤T
где ;
пр1
c
г1
3
ω=ω+ω=ω - первая промежуточная (суммарная) частота (фиг.4);
пр1
с1
г1
ω=ω+ω.
пр1
3
Это напряжение после усиления в усилителе 66 мощности через дуплексер 67 поступает в приемопередающую антенну 56, излучается ею в эфир на частоте ω=ω, улавливается приемопередающей антенной 58.1 и через дуплексер 67.1 и усилитель 68.1 мощности поступает на вход смесителя 70.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 69.1
г1
г1
г1
г1
U(t)=VCos(ωt+φ).
На выходе смесителя 70.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 71.1 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты
пр2
пр2
пр2
k1
пр2
c
U(t)=VCosωt+φ(t)+φ, 0≤t≤T,
где ;
пр2
3
г1
ω=ω-ω - вторая промежуточная (разностная) частота;
пр2
пр1
г1
ω=ω-ω;
которое поступает на первый вход перемножителя 72.1, на второй вход которого со второго выхода подается напряжение гетеродина 63.1
г2
г2
г2
г2
U(t)=VCos(ωt+φ).
На выходе перемножителя 72.1 образуется напряжение
8
8
г1
k1
г1
c,
U(t)=VCos[ωt-φ(t)+φ], 0≤t≤T
где ;
г1
которое выделяется полосовым фильтром 73.1 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 74.1, на второй (опорный) вход которого подается напряжение U(t) со второго выхода гетеродина 69.1. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 74.1 образуется низкочастотное напряжение
н3
н3
k1
c,
U(t)=VCosφ(t), 0≤t≤T
где ;
1
пропорциональное модулирующими коду M(t).
1
Это напряжение поступает на первый вход блока 77.1 сравнения, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) с выхода блока 76.1 памяти, который является идентификационным номером первого объекта контроля 57.1. Так как указанные коды равны, то на выходе блока 77.1 сравнения образуется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход задающего генератора 35.1 и включает его, т.е. включает считыватель 60.1.
пр1
Следует отметить, что сигнал U(t), излучаемый радиостанцией 55 пункта контроля 53, принимается радиостанциями и другими объектами контроля 57.j (j=1, 2, …, m), но срабатывает блок 77.1 сравнения только первого объекта контроля 57.1, который и запрашивался дежурным оператором.
г1
г2
Частоты ω и ω гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты (фиг.4)
г2
г1
пр2
ω-ω=ω.
При включении считывателя 60.1 задающим генератором 35.1 формируется высокочастотное колебание (фиг.6,а)
1
1
1
1
1
U(t)=VCos(ωt+φ), 0≤t≤T,
которое после усиления в усилителе 36.1 мощности через дуплексер 37.1 поступает в приемопередающую антенну 38.1 и излучается ей в эфир.
1
Высокочастотное колебание U(t) c выхода задающего генератора 35.1 одновременно поступает на два входа перемножителя 39.1, на выходе которого образуется высокочастотное колебание (фиг.6,б)
2
2
2
2
1
U(t)=VCos(ωt+φ), 0≤t≤T,
где ;
2
1
2
2
2
1
пр2
ω=2ω; φ=2φ; ω-ω=ω (фиг.4),
которое выделяется узкополосным фильтром 40.1 и после усиления в усилителе 41.1 мощности через дуплексер 37.1 поступает в приемопередающую антенну 38.1 и излучается ей в эфир.
1
2
1
2
1
2
Гармонические колебания U(t) и U(t) улавливаются приемопередающими антеннами 10 и 11 и через высокочастотные кабели 16 и 17 поступают на входы резонаторов 20 и 21 на ПАВ, первый из которых настроен на частоту ω, а второй - на частоту ω (фиг.9, 10). С помощью ВШП электрические сигналы U(t) и U(t) преобразуются в акустические волны, которые распространяются по поверхности пьезокристаллов 24 и 25 соответственно, отражаются отражателями 32 и 33. Затем отраженные акустические волны претерпевают обратное преобразование в электрические сигналы с фазовой манипуляцией (Фмн) (фиг.6,2,д):
3
3
1
k1
1
1
U(t)=VCos[ωt+φ(t)+φ+Δφ],
4
4
2
k1
2
2
U(t)=VCos[ωt+φ(t)+φ+Δφ],
k1
1
k1
э
э
э
где φ(t) - манипулирующая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом М(t) (фиг.6,в), причем φ(t)=const при κτ<t<(κ+1)τ и может изменяться скачком при t=κτ, т.е. на границах между элементарными посылками (κ=1, 2, …, N);
э
1
1
э
τ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен Фмн-сигнал длительностью T (T=τN);
1
Δφ - фазовый сдвиг, обусловленный величиной силы сжатия силоизмерительной шайбы 9;
2
Δφ - фазовый сдвиг, обусловленный величиной изменения температуры окружающей среды.
1
Модулирующий код M(t) (фиг.6,в) определяется внутренней структурой ВШП, носит индивидуальный характер и является идентификационным номером силоизмерительной шайбы 9, отображающий ее порядковый номер и место установки в строительном сооружении, имеющим важное стратегическое значение.
3
4
Сложные Фмн-сигналы U(t) и U(t) излучаются приемопередающими антеннами 10 и 11 в эфир, улавливаются приемопередающей антенной 38.1 считывателя 60.1 и через дуплексер 37.1 и усилители 42.1 и 43.1 высокой частоты поступают соответственно на первые входы фазовых детекторов 44.1 и 45.1.
н1
1
н1
1
н2
2
н2
2
Частота настройки ω усилителя 42.1 высокой частоты выбирается равной частоте ω(ω=ω), а частота настройки ω усилителя 43.1 высокой частоты выбирается равной ω(ω=ω).
1
2
На вторые (опорные) входы фазовых детекторов 44.1 и 45.1 подаются гармонические колебания U(t) и U(t) с выходов задающего генератора 35.1 и узкополосного фильтра 40.1 соответственно. В результате синхронного детектирования на выходе фазовых детекторов 44.1 и 45.1 образуются низкочастотные напряжения (фиг.6,е)
н1
н1
k1
U(t)=VСosφ(t),
н2
н2
k1
U(t)=VСosφ(t),
где , ;
1
пропорциональные модулирующему коду M(t) (фиг.6,в).
Низкочастотные напряжения  и  фиксируются
3
4
блоком 52.1 регистрации и одновременно поступают на первые входы перемножителей 46.1 и 47.1 соответственно. На вторые входы указанных перемножителей поступают сложные Фмн-сигналы U(t) и U(t) с выходов
усилителей 42.1 и 43.1 высокой частоты соответственно. На выходах перемножителей 46.1 и 47.1 образуются следующие гармонические колебания:
5
5
1
1
1
U(t)=VCos(ωt+φ+Δφ),
6
6
2
2
2
c
U(t)=VCos(ωt+φ+Δφ), 0≤t≤T,
где
1
2
1
2
1
2
2
которые выделяются узкополосными фильтрами 48.1 и 49.1 и поступают на первые входы фазометров 50.1 и 51.1 соответственно, на вторые входы которых подаются гармонические колебания U(t) и U(t) с выходов задающего генератора 35.1 и узкополосного фильтра 40.1. Фазометры 50.1 и 51.1 измеряют фазовые сдвиги Δφ и Δφ, пропорциональные превышению силы сжатия и температуры силоизмерительной шайбы 9. Измеренные фазовые сдвиги Δφ и Δφ фиксируются блоком регистрации 52.1, которые вместе с низкочастотными напряжениями поступают на вход преобразователя 78.1 аналог-код, где преобразуются в цифровой код, который поступает на вход формирователя 75.1 модулирующего кода M(t). Последний поступает на второй вход фазового манипулятора 62.1. На первый вход последнего подается гармоническое колебание с выхода генератора 61.1 высокой частоты (фиг.3)
c2
c2
c
с2
c
U(t)=VCos(ωt+φ), 0≤t≤T.
На выходе фазового манипулятора 62.1 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (Фмн)
9
c2
c
k2
с2
c
U(t)=VCos[ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
k2
2
где φ(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом М(t),
который поступает на первый вход смесителя 64.1, на второй вход которого с первого выхода гетеродина 63.1 подается напряжение
г2
г2
г2
г2
U(t)=VCos(ωt+φ).
На выходе смесителя 64.1 образуется напряжение комбинационных частот. Усилителем 65.1 выделяется напряжение третьей промежуточной (разностной) частоты
пр3
пр3
пр3
k2
пр3
c,
U(t)=VCosωt-φ(t)+φ, 0≤t≤T
где ;
пр3
г2
с
ω=ω-ω - третья промежуточная (разностная) частота;
пр3
г2
с2
φ=φ-φ.
4
пр3
Это напряжение после усиления в усилителе 66.1 мощности через дуплексер 67.1 поступает в приемопередающую антенну 58.1, излучается ей в эфир на частоте ω=ω, улавливается приемопередающей антенной 56 пункта 53 контроля и через дуплексер 67 и усилитель 68 мощности поступает на первый вход смесителя 70, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 69
г2
г2
г2
г2
U(t)=VCos(ωt+φ).
На выходе смесителя 70 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 71 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты
пр4
пр4
пр2
k2
пр4
c
U(t)=VCosωt+φ(t)+φ, 0≤t≤T,
где ;
пр2
г2
пр3
ω=ω-ω - вторая промежуточная (разностная) частота;
пр4
г2
пр3
φ=φ-φ,
21
которое поступает на первый вход перемножителя 72, на второй вход которого подается напряжение U(t) гетеродина 63. На выходе перемножителя 72 образуется напряжение
10
10
г2
k2
г2
c
U(t)=VCos[ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
где ;
г2
которое выделяется полосовым фильтром 73 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 74, на второй вход которого подается напряжение U(t) гетеродина 69. На выходе фазового детектора 74 образуется низкочастотное напряжение
н4
н4
k2
c
U(t)=VCosφ(t), 0≤t≤T,
где ;
2
пропорциональное модулирующему коду М(t).
1
Это напряжение содержит информацию об идентификационном номере М(t) силоизмерительной шайбы 9 (первом объекте контроля 57.1), ее усилии сжатия и температуре. Эти данные фиксируются в ЭВМ 54 и анализируются дежурным оператором. Процедура запроса других объектов контроля осуществляется аналогичным образом.
Разборка резьбового соединения производится в обратном порядке.
Следовательно, повышается надежность стопорения за счет деформации элемента 3 и схватывания шайб 4 и 5 с разных сторон. Применение фигурного отверстия 7 с наклонными стенками 8 обеспечивает возможность центрирования стержня 2 и повышение надежности его фиксации.
Силоизмерительное устройство может быть использовано не только для болтов, но и для шпилек. Указанные элементы являются центральными во многих конструкциях и инженерно-строительных сооружениях.
3
4
Таким образом, предлагаемая система по сравнению с базовым объектом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает достоверный контроль и диагностику состояния конструкций и инженерно-строительных сооружений, удаленных на значительное расстояние от центрального пункта контроля. Это достигается применением дуплексной радиосвязи между центральным пунктом контроля и объектами контроля с использованием сложных сигналов с фазовой манипуляцией на двух частотах ω и ω, чем обеспечивается развязка радиоканалов.
Сложные Фмн-сигналы обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.
Энергетическая скрытность сложных Фмн-сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный Фмн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного Фмн-сигнала отнюдь не мала, она просто равномерно распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.
Структурная скрытность сложных Фмн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных Фмн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемников.
Сложные Фмн-сигналы открывают новые возможности в технике передачи дискретных сообщений и их защиты от несанкционированного доступа. Указанные сигналы позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется возможность выделять сложные Фмн-сигналы среди других сигналов и помех, действующих в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени. Данная возможность реализуется сверткой спектра сложных Фмн-сигналов.
Основной особенностью резонаторов на ПАВ является малые габариты, большой срок службы, отсутствие источников питания и возможность формировать сложные сигналы с фазовой манипуляцией при их облучении гармоническими колебаниями.
Тем самым функциональные возможности базового объекта расширены.