УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ДЕРЕВЯННЫХ ОПОР

Настоящая полезная модель относится к приборам звукового контроля деревянных деталей, в частности, опор различных силовых линий передачи и связи
Несмотря на то, что деревянные опоры обрабатывают различными защитными химическими препаратами, они подвержены разрушению, которое в большой степени зависит от параметров окружающей среды, таких как влажность, температура, наличие солей. Разрушение деревянных опор редко можно определить визуально, так как оно может начинаться изнутри. Поэтому необходим прибор, с помощью которого можно проводить постоянный мониторинг линии опор.
Известно устройство (RU, Патент №2272282, МПК G01N 29/04) для акустического контроля состояний деревянных изделий, в частности, для контроля деревянных опор линий электропередач.
Устройство состоит из передающего и приемного ультразвуковых преобразователей. Передающий преобразователь подключен к генератору электрических колебаний. Приемный преобразователь подключен к усилителю, который соединен с аналого-цифровым преобразователем, который соединен с анализатором. В рассматриваемом устройстве одновременно измеряют и анализируют амплитуду, длительность, энергию сигнала, принятого приемным преобразователем, и скорость прохождения ультразвукового сигнала через исследуемое изделие. При этом анализатор нормирует измеренные величины в определенном диапазоне, суммирует нормированные показатели и по результату суммирования судят о состоянии контролируемого изделия.
Недостатком известного устройства является зависимость измеренных величин от состояния контактов преобразователей с поверхностью контролируемого изделия, состояние которой зависит от многих параметров, в том числе от погодных условий.
Известно устройство для звукового контроля опор (US, патент №4702111 МПК G01N 29/04). По совокупности существенных признаков это устройство является наиболее близким к предлагаемому. Известный прибор основан на том, что с одной стороны контролируемой опоры установлен датчик, а с другой стороны возбуждают звуковые волны, например ударом молотка. Этот удар возбуждает звуковой сигнал, который проходит через толщу дерева и преобразуется датчиком в аналоговый электрический сигнал, который усиливается, преобразуется в цифровой сигнал и подается на устройство цифровой обработки сигала, при которой производится разложение сигнала в ряд Фурье, построение зависимости амплитуды от частоты, а результат обработки выводится на дисплей. По характеру этой зависимости делается вывод о качестве опоры.
Недостатком известного устройства является недостаточная достоверность измерений.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является разработка устройства для контроля деревянных опор, в котором реализована возможность увеличения достоверности измерений.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемое устройство для звукового контроля деревянных опор, так же, как и известное, содержит приемник звукового сигнала, соединенный с усилителем, соединенным с устройством цифровой обработки сигнала, соединенным с дисплеем. Но, в отличие от известного, в предлагаемом устройстве в качестве устройства цифровой обработки сигнала использован микроконтроллер, один из выходов которого соединен со считывателем RFID, снабженного антенной для передачи сигнала на метку RFID, а в качестве приемника звукового излучения использован микрофон.
Достигаемый технический результат заключается в увеличении достоверности измерений. Он достигается за счет того, что предлагаемое устройство позволяет использовать новую методику измерений, которая позволяет не только проводить текущее измерение, но и провести сравнительный анализ с данными, которые были получены при проведении предыдущих измерений. При этом разница в измеренных величинах показывает, насколько изменилось состояние опоры за период между измерениями.
Работа устройства основана на наличии известной корреляционной зависимости между скоростью распространения и затухания акустических волн и такими свойствами древесины как прочность, нарушение структуры, степень загнивания.
l
Скорость распространения С (стержневая скорость звука) может быть оценена по результатам измерения частот собственных колебаний (ЧСК) на основании известной зависимости
l
fi=Fi·С, где fi - частота собственных колебаний определенного вида i,
Fi - коэффициент формы, зависящий от формы и размеров изделия, вида возбуждаемых колебаний и коэффициента Пуассона,
, где
Е - модуль нормальной упругости (модуль Юнга), ρ - плотность.
Технический результат достигается за счет того, что измеряют спектр ЧСК в заданном диапазоне частот и периодически повторяют это измерение, сравнивают его с предыдущим измерением и судят о наличии нарушения в структуре материала опоры по изменению значений ЧСК и их соотношения в спектре, а также по изменению амплитуды и соотношения амплитуд отдельных составляющих спектра в заданном диапазоне частот, которые произошли за промежуток времени, прошедший с момента предыдущего измерения.
Совокупность признаков, сформулированных в пункте 2 формулы полезной модели, характеризует устройство для звукового контроля деревянных опор, в котором один из входов микроконтроллера соединен с датчиком температуры.
Соединение датчика температуры с микроконтроллером позволяет учесть в разности показаний прибора, полученных в разное время, влияние температурного фактора.
Совокупность признаков, сформулированных в пункте 3 формулы полезной модели, характеризует устройство для звукового контроля деревянных опор, в котором один из входов микроконтроллера соединен с клавиатурой.
Клавиатура позволит ввести в микроконтроллер данные, касающиеся времени и даты измерения, а также позволит установить частотный под диапазон измерений.
Предлагаемое устройство для звукового контроля деревянных опор иллюстрируется чертежом, на котором приведена его функциональная схема.
В состав устройства входит приемник 1 звукового сигнала, в качестве которого использован микрофон. Он соединен с усилителем 2, сигнал с которого поступает на микроконтроллер 3, один из выходов которого соединен с дисплеем 4, в качестве которого может быть использован жидкокристаллический дисплей. Микроконтроллер соединен также со считывателем 5 RFID, который снабжен антенной 6 для передачи радиочастотного сигала на метку 7 RFID.
В примере выполнения устройства, который приведен на чертеже, один из входов микроконтроллера 3 соединен с датчиком температуры 8, другой вход соединен с клавиатурой 9.
В качестве контролируемых параметров используется комплекс параметров ЧСК: значения ЧСК различных составляющих спектра, их соотношения, а также характеристика затухания отдельных составляющих спектра. Эти параметры поступают на дисплей.
4
5
8
9
Эксперименты показали, что для получения более достоверных и повторяемых результатов можно использовать в качестве основной частоты (fi) частоту изгибных колебаний опоры f, в качестве второй f, а в качестве дополнительный f или f.
4
4
При возбуждении звуковых колебаний определяется место по высоте опоры, где удается получить наиболее качественное измерение f, затем на этой высоте путем последовательных измерений по окружности отмечается наименьшее значение амплитуды f. Это место маркируется и в этой точке устанавливается метка RFID.
Первичный контроль деревянных опор осуществляется следующим образом.
4
Звуковые колебания возбуждаются ударом, например молотка по опоре, и преобразованные в электрические колебания усиливаются и поступают на микроконтроллер 3 и уже в цифровом виде сигнал поступает на дисплей, а также считывается считывателем 5 RFID, с которого через антенну 6 поступает на метку 7 RFID. Таким образом, на дисплей и на метку RFID поступает одинаковая информация. Та информация, которая поступает на дисплей, снимается оператором, а информация на метке RFID сохраняется для использования при сравнительном анализе при последующем измерении. Выбранная основная частота f фиксируется как первый базовый отсчет на дисплее и заносится в паспорт опоры с одновременной записью параметров сигнала, характеризующих его затухание. Далее производится измерение остальных выбранных частот и их затухания. При этом на дисплее и в паспорте отражается температура, дата и время измерения. При следующем очередном контроле на дисплее будут отражены не только данные текущего контроля, но и данные предыдущего их измерения, что позволит увидеть и оценить динамику состояния опоры. Для этого на дисплей выводят данные, считанные с метки RFID.
Как видно из сказанного выше, все известные устройства для звукового контроля деревянных опор позволяют получить информацию об их состоянии только в текущий момент, а предлагаемое устройство позволяет дополнительно оценить изменение состояния опоры, произошедшее за установленный промежуток времени.