СПОСОБ И УСТРОЙСТВО СИГНАЛИЗАЦИИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЦЕЛОСТНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ
SIGNALLING METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING INTEGRITY OF STRUCTURES

Изобретение относится к области охранных сигнализаций для контроля целостности конструкций, в частности строительных.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является извещатель охранный совмещенный ИО-315-10 «Шорох-3» (сведения из сети Интернет www.rielta.ru) и реализуемый в данном извещателе способ установления воздействия на конструкцию с использованием вибрационного датчика.
Основными недостатками данного аналога являются невозможность контроля остекленных конструкций, а также недостаточная информативность формируемого сигнала, поскольку не происходит сравнения характеристик целой и разрушенной конструкций. Разрушение контролируемой конструкции возможно определить только косвенно на основании данных о силе воздействия на конструкцию, в связи с чем разрушение конструкции невозможно определить достоверно.
Задачей, на которую направлено заявленное изобретение, является создание способа установления воздействия на конструкцию, подходящего для использования на любых конструкциях, в том числе остекленных, и повышение информативности сигнала. Другими задачами являются создание устройства, в котором реализуется вышеуказанный способ, создание способа определения целостности конструкции при помощи генератора импульсов, подходящего для использования в вышеуказанном устройстве, а также расширение арсенала устройств подобного назначения.
Задача решается за счет создания способа установления воздействия на конструкцию с использованием датчика движения, отличающегося тем, что в качестве датчика движения используют акселерометр и устанавливают разрушение конструкции путем измерения при помощи акселерометра частоты и амплитуды собственных колебаний конструкции, возникающих после воздействия на конструкцию силы, способной вызвать разрушение, при этом разрушение устанавливают при отклонении значений указанной частоты от значений частоты собственных колебаний целой конструкции или при отсутствии частоты колебаний конструкции.
Также задача решается за счет создания устройства для установления воздействия на конструкцию, содержащегое датчик движения, отличающегося тем, что датчик движения представляет собой акселерометр, указанный акселерометр соединен с амплитудным детектором, запускающим при превышении заданного значения амплитуды схему контроля частоты колебаний конструкции, и при отклонении значений частоты собственных колебаний конструкции от значений частоты собственных колебаний целой конструкции или при отсутствии частоты собственных колебаний конструкции формируется сигнал, свидетельствующий о разрушении конструкции.
Также задача решается за счет используемого, в частности в вышеуказанном устройстве, способа определения целостности конструкции при помощи генератора импульсов, где генератор импульсов настраивают таким образом, чтобы после его запуска момент импульсов совпадал со значениями напряжения, соответствующими пику каждого колебания конструкции в целом состоянии, при этом генератор импульсов запускается автоматически при воздействии на конструкцию и при несовпадении с указанными значениями напряжения полученных значений напряжения, соответствующих пикам колебаний конструкции, или при отсутствии колебаний конструкции устанавливают разрушение конструкции, воздействие на конструкцию представляет собой силу, способную вызвать разрушение конструкции. При этом силу, способную вызвать разрушение конструкции, предпочтительно, определяют с помощью амплитудного детектора, генератор импульсов, предпочтительно, представляет собой генератор прямоугольных импульсов, значения напряжений, предпочтительно, получают при помощи вольтметра постоянного тока, связанного с транзисторным ключом, управляемым генератором импульсов.
Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение возможности использования способа на остекленных конструкциях и повышение достоверности определения разрушения конструкции. При этом обеспечивается возможность определения воздействия на конструкцию и факт разрушения конструкции. Заявленные способ и устройство подходят для контроля целостности строительных конструкций из стекла, кирпича, бетона, пеноблоков и других материалов.
Изобретение поясняется следующими чертежами:
Фиг.1 Принципиальная схема работы извещателя
Фиг.2 Пример размещения извещателя на контролируемой конструкции
Фиг.3 Способ контроля частоты и затухания колебаний конструкции
Устройство, в котором реализуется заявленный способ, содержит в качестве датчика движения датчик ускорения и блок обработки сигнала. Датчик способен измерять вибрацию, частоту собственных колебаний конструкции и их затухание, предпочтительно в трехмерной системе координат. Определение состояния целостности конструкции и характер воздействия на конструкцию происходит путем анализа сигналов, поступающих с акселерометра, который может быть расположен на поверхности конструкции таким образом, что одна из осей его чувствительности расположена перпендикулярно поверхности, а две другие параллельно. В предпочтительном варианте поверхность находится в вертикальном положении таким образом, что две оси чувствительности акселерометра расположены параллельно уровню земли, а третья перпендикулярно.
Анализ сигнала осуществляют методом сравнения данных силы воздействия, частоты собственных колебаний конструкции, полученных с акселерометра при воздействии на контролируемую им конструкцию, со значениями, записанными в память извещателя исходя из данных, получаемых экспериментальным путем или методом математического расчета. Разрушение конструкции устанавливают на основании значений частоты ее собственных колебаний, измеряемой в осях акселерометра X, Y и Z. Измерение частоты собственных колебаний конструкции происходит при приложении к ней силы, способной вызвать в ней собственные колебания. Измерение происходит автоматически после определения воздействия на конструкцию. Наличие собственных колебаний конструкции устанавливают путем определения их затуханий. Предпочтительно определять затухание после измерения 10 колебаний конструкции при частоте не менее 20 Гц.
Воздействие на конструкцию определяется на основе сигналов акселерометра, преобразующего ускорение конструкции в осях X, Y, Z в электрические сигналы. Порог чувствительности извещателя устанавливается исходя из материала, площади, физических свойств конструкции и помеховой обстановки экспериментальным путем или методом математического расчета. В качестве акселерометра предпочтительно используют трехосевой акселерометр.
В предпочтительном варианте извещатель представляет собой алюминиевый или пластиковый корпус прямоугольной формы со сквозным отверстием и площадкой для фиксации на контролируемой конструкции. В корпусе расположен акселерометр, предпочтительно таким образом, чтобы его оси чувствительности к ускорению были перпендикулярны и параллельны уровню земли. В данном случае в каждой из осей чувствительности акселерометра возникает ускорение свободного падения, вызванное действием гравитации. Значения этих сил в виде электрических сигналов поступают на микроконтроллер, который на основе их значений определяет положение извещателя в пространстве и в случае отклонений от заданного значения формирует на своем выходе сигнал «воздействие».
При попытке взлома защищаемой конструкции к ней прилагаются силы, вызывающие ускорение в осях чувствительности акселерометра, который формирует на своих выходах сигналы в виде напряжений, пропорциональных воздействию сил по осям чувствительности акселерометра. Сигнал поступает на микроконтроллер, который фиксирует данные, поступающие от акселерометра, сравнивает их с установленными пороговыми значениями, соответствующими недопустимому воздействию на конструкцию, и формирует на своем выходе сигнал «воздействие».
При разрушении защищаемой конструкции к ней прилагаются силы, вызывающие ускорение в осях чувствительности акселерометра, который формирует на своих выходах сигналы в виде напряжений, пропорциональных воздействию сил по осям чувствительности акселерометра. Сигнал поступает на микроконтроллер, который фиксирует данные, поступающие от акселерометра, сравнивает их со значениями, соответствующими воздействию на конструкцию, и производит измерение собственных колебаний конструкции и их затуханий на основе сигналов, полученных с акселерометра. При отличии частоты собственных колебаний конструкции от эталонной частоты для целой конструкции микропроцессор формирует на своем выходе сигнал, свидетельствующий о разрушении конструкции, например сигнал «разрушение».
Сигнал с установленного в извещателе акселерометра 1, закрепленного на контролируемой конструкции 2 таким образом, чтобы оси его чувствительности 11 (X, Y) были параллельны уровню земли 12, а ось Z перпендикулярны, питаемого от схемы стабилизатора напряжения 3, поступает на амплитудные детекторы 4 и через транзисторные ключи 5 - на вольтметры постоянного тока 6. Транзисторные ключи управляются генератором прямоугольных импульсов 7, частота которого f настраивается на частоту свободных колебаний контролируемой конструкции в целом состоянии.
При превышении установленного порога напряжения 15, соответствующего силе воздействия 18, способного вызвать собственные колебания конструкции 13, амплитудные детекторы формируют управляющие сигналы для запуска генератора прямоугольных импульсов и управлением схемы сравнения микроконтроллера 8. Генератор начинает формировать импульсы 14 в количестве n длительностью 16 (t). Импульсы генератора дают команду к измерению вольтметрам и управляют транзисторными ключами, открывающимися на время t, за которое происходит измерение напряжения V. Измерение происходит n раз. Если частота и фаза собственных колебаний конструкции совпадает с частотой и фазой генератора импульсов, момент измерений напряжения будет совпадать с максимальной амплитудой каждого гармонического колебания. Полученные n раз значения напряжений будут определять затухание собственных колебаний целой конструкции.
При воздействии на конструкцию с ее последующим разрушением контролируемая частота собственных колебаний конструкции изменится, момент измерений напряжения перестанет совпадать с максимальной амплитудой каждого гармонического колебания. Полученные n раз значения напряжений будут определять изменение параметров контролируемой конструкции, таких как частота ее собственных колебаний 17 и их затухание. По результатам сравнения устанавливается целостность конструкции. Хранение данных целой конструкции, математические расчеты и сравнение производятся микроконтроллером 8, который подает сигнал «разрушение» на исполнительное реле 10. Также микроконтроллер по сигналу амплитудного детектора блокирует результат сравнения напряжений при условии, что до окончания измерений n поступает информация об очередном воздействии на конструкцию. В этом случае измерения начинаются с момента последнего воздействия. Исполнительное реле 9 срабатывает при превышении в любом из амплитудных детекторов установленного порога в осях чувствительности акселерометра X, Y, Z и формирует сигнал «воздействие на конструкцию».
Несмотря на то, что выше изложен предпочтительный вариант осуществления изобретения, специалисту в данной области должно быть очевидно, что этот пример не является ограничивающим и возможны другие варианты осуществления изобретения без изменения его сущности.