УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И АКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗБУЖДЕНИИ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к области неразрушающих методов контроля качества, в частности к контролю дефектности композиционных строительных материалов и может быть использована для целей неразрушающего контроля в сфере строительства, и в строительных лабораториях для изучения структурных, прочностных, а также других характеристик строительных материалов.
Наиболее близким, принятым за прототип, является измеритель электромагнитной эмиссии (В.Ф.Гордеев, В.П.Елисеев, Ю.П.Малышков, В.Л.Чахлов, М.Кренинг. Аппаратура для контроля качества неметаллических материалов и изделий по характеристикам электромагнитной эмиссии. Дефектоскопия. - №4. - 1994. - с.48-54), который состоит из последовательно соединенных приемника электромагнитного поля, предварительного усилителя, основного усилителя, регулятора опорного напряжения, компаратора, двоичного счетчика, аналого-цифрового преобразователя, цифрового табло, устройства для импульсного механического возбуждения и интерфейсного модуля для сохранения результатов измерения в памяти ЭВМ. Возникающее в процессе механического воздействия электромагнитное поле воспринимается емкостным дифференциальным приемником поля, и усиливается предварительным усилителем. Сигнал после усиления поступает на вход компаратора, которым задается уровень регистрации электромагнитных импульсов. Импульсы с компаратора считываются двоичным счетчиком, и их количество отображается на цифровом табло прибора.
В прототипе используется устаревшая элементная база, в частности 8 разрядный АЦП, что не позволяет достаточно надежно разрешать малоамплитудные высокочастотные составляющие сигнала, наложенные на более высокоамплитудную низкочастотную составляющую. А именно эти составляющие и несут информацию о наличии в материале дефектов. Используется нормированное, неизменяемое по силе механическое возбуждение. Отсутствует возможность одновременной регистрации акустических и электромагнитных сигналов. Полная длительность электрических импульсов может достигать 20 мс, а в данном устройстве имеется ограничение по записываемой длине временной реализации объемом буферной памяти 1024 значения. Это накладывает ограничения по временному разрешению импульсов.
Задачей полезной модели является повышение разрешающей способности канала приема сигнала, возможность регулирования величины импульсного механического возбуждения и одновременной регистрации электрических и акустических сигналов но нескольким каналам.
Поставленная задача решена за счет того, что устройство для регистрации электрических и акустических сигналов, так же, как в прототипе, содержит дифференциальный усилитель и ударное устройство.
В отличие от прототипа многофункциональная плата ввода-вывода установлена в PCI-слот компьютера, один выход этой платы подключен к управляемому источнику питания, второй выход подключен к коммутационному реле, которое подключено к ударному устройству и управляемому источнику питания, четыре электрических приемника связаны со своими повторителями, соединенными соответственно с двумя дифференциальными усилителями, которые подключены на два входа многофункциональной платы ввода-вывода, акустический приемник подключен к третьему входу платы, а все повторители и дифференциальные усилители связаны с блоком питания.
За счет использования многофункциональной платы ввода-вывода National Instruments PCI-6133 установленной в РСI-слот компьютера появилась возможность регистрировать сигналы с разрешением 14 bit, выбирать частоту оцифровки до 3.2 МГц, и одновременно регистрировать сигналы с электрических и акустического приемников.
Регулирование величины импульсного механического возбуждения достигается за счет использования управляемого источника питания ударного устройства.
На фиг.1 приведена функциональная схема заявляемого устройства для регистрации электрических и акустических сигналов при механическом возбуждении материалов.
На фиг.2 представлена рабочая панель сервисной программы с результатами регистрации электрических и акустического сигналов при ударном возбуждении образца бетона размером 100×100×100 мм, полученными с помощью заявляемого устройства.
Устройство для регистрации электрических и акустических сигналов при механическом возбуждении материалов содержит компьютер 1 (К), подключенный к многофункциональной плате ввода-вывода 2 (МФП) на три входа которой подсоединен акустический приемник 3 (АП) и два дифференциальных усилителя 4 (ДУ1), 5 (ДУ2), которые связаны с соответствующими повторителями 6 (П1), 7 (П2) и 8 (П3), 9 (П4), которые соответственно соединены с электрическими приемниками 10 (ЭП1), 11 (ЭП2), 12 (ЭП3), 13 (ЭП4). Один выход многофункциональной платы ввода-вывода 1 (МФП) подключен к управляемому источнику питания 14 (УИП), а второй выход - к реле 15 (Р), который соединен с управляемым источником питания и с ударным устройством 16 (УУ). Блок питания (не показан на фиг.1) связан с повторителями 6 (П1), 7 (П2), 8 (П3), 9 (П4), и дифференциальными усилителями 4 (ДУ1), 5 (ДУ2).
В качестве компьютера 1 (К) может быть использован любой стандартный компьютер в сборе с монитором, с частотой процессора не менее 2 ГГц, объемом оперативной памяти 1 Гб, и жестким диском объемом не менее 40 Гб, с установленной операционной системой и соответствующим ей программным обеспечением National Instruments LabView не ниже версии 8.2
В качестве многофункциональной платы ввода-вывода 2 (МФП) может быть использована плата National Instruments PCI-6133.
В качестве акустического приемника 3 (АП) можно использовать преобразователь на базе пъезокерамики ЦТС-19 или аналогичный.
Дифференциальные усилители 4 (ДУ1) и 5 (ДУ2) могут выполнены на базе типового элемента AD8032 или аналогичного.
Повторители 6 (П1), 7 (П2), 8 (П3), 9 (П4) могут быть выполнены на базе типового элементы 140УД12, или аналогичного.
В качестве электрических приемников 10 (ЭП1), 11 (ЭП2), 12 (ЭП3), 13 (ЭП4) может быть использован плоскопараллельный воздушный конденсатор.
В качестве управляемого источника питания ударного устройства 14 (УИП) может быть использован любой стандартный регулируемый источник питания с внешним управлением.
Реле (15) может быть выполнено на базе любого стандартного электромагнитного реле.
В качестве ударного устройства 16 (УУ) может быть использована катушка индуктивности с находящимся внутри ударным элементом - металлическим стержнем.
С помощью сервисной программы LabView (фиг.2) с клавиатуры компьютера 1 (К) задаются: напряжение управляемого источника питания 10 (УИП), номера и количество каналов для регистрации сигналов, которых может быть от 1 до 8; число точек в регистрируемой временной реализации; частота оцифровки (до 3.2 МГц); имя файла для записи результатов эксперимента. При запуске программы на выполнение с многофункциональной платы ввода-вывода 2 (МФП) задается напряжение управляемого источника питания 14 (УИП) и подается импульс на замыкание реле 15 (Р), в результате чего установленное напряжение поступает на катушку индуктивности ударного устройства 16 (УУ), и производится удар по исследуемому объекту (например образцу бетона, гипса, цементного раствора и др.). Акустический и электрический сигналы принимаются акустическим приемником 3 (АП) и электрическими приемниками 10 (ЭП1), 11 (ЭП2), 12 (ЭП3), 13 (ЭП4), с которых поступают на повторители 6 (П1), 7 (П2), 8 (П3), 9 (П4), а затем на соответствующие дифференциальные усилители 4 (ДУ1), 5 (ДУ2). На выбранные входы многофункциональной платы ввода-вывода 2 (МП) поступают сигналы с акустического приемника и с дифференциальных усилителей электрических сигналов 4 (ДУ1), и 5 (ДУ2). Результаты эксперимента оцифровываются, обрабатываются в сервисной программе (фиг.2), записываются в указанный ранее файл, и отображаются на экране компьютера 1 (К).