автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Вибрационный контроль прочностных характеристик объектов и изделий на основе резонансного метода

На правах рукописи

ПЛОТНИКОВ СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

ВИБРАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЪЕКТОВ И ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ РЕЗОНАНСНОГО МЕТОДА

Специальность: 05.11.13- Приборы и методы контроля природной

среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Орел - 2009

003472989

Работа выполнена в Академии Федеральной службы охраны Российской Федерации

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Богданов Николай Григорьевич

Официальные оппоненты: заслуженный строитель РФ, доктор технических

наук, профессор Коробко Виктор Иванович, Орловский государственный технический университет

кандидат технических наук Горбунов Роман Анатольевич, ЗАО НТЦ "Навигатор технолоджи"

Ведущая организация: - Воронежский государственный архитектурно-

строительный университет

Защита состоится 2009 г. в 14-00 часов на заседании диссер-

тационного Совета Д 212.182.01 при Орловском государственном техническом университете по адресу: 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Орловского государственного технического университета.

Автореферат разослан ы^сгр^ 2009 г. Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просим направлять по адресу Совета университета: 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, 29.

Ученый секретарь

диссертационного Совета Д 212.182.01, доктор технических наук, профессор

Суздальцев А. И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Среди методов неразрушающего контроля, применяемых для оценки качества прочностных характеристик строительных и машиностроительных конструкций, а также для обследования зданий и сооружений, подлежащих реконструкции, особое место занимают вибрационные методы, основанные на взаимосвязи резонансной частоты и декремента затухания колебаний с прочностными и массо-габаритными параметрами изделий.

Наличие функциональной связи между жесткостью конструкций и основной частотой поперечных изгибных колебаний исследовано и теоретически обосновано в работах, проводимых научными коллективами под руководством Сехниашвили Э. А. и Коробко В. И., а в работах Слюсарева Г. В. показан ряд возможностей контроля прочности и жесткости железобетонных конструкций по частоте продольных колебаний. Однако, для дальнейшего развития вибрационного метода в целях его широкого использования в строительной практике, необходимы дополнительные исследования по расширению возможностей его применения для контроля прочности строительных конструкций с разными видами деформирования. Реализация данной цели невозможна без разработки новых способов и аппаратуры контроля, обеспечивающей измерение параметров вибрационных затухающих колебаний в производственных условиях. Необходима также разработка удобного в эксплуатации автоматизированного приборного комплекса для проведения динамических испытаний конструкций на предприятиях стройиндустрии, имеющего высокую точность измерений резонансной частоты и логарифмического декремента затухания вибрационных колебаний. Этим и характеризуется актуальность темы исследований.

Объектом исследования в работе являются способы и средства вибрационного контроля строительных конструкций.

Предметом исследования являются алгоритмы и методики фотоэлектрического контроля прочностных характеристик строительных конструкций.

Целью диссертационной работы является уменьшение погрешности измерения параметров вибрационных затухающих колебаний в аппаратуре контроля прочностных характеристик качества строительных конструкций.

К основным задачам исследований относятся:

- разработка способа и алгоритмов измерения периода, основной и резонансной частоты, а также логарифмического декремента затухания резонансных колебаний при контроле прочностных характеристик;

- анализ взаимной связи амплитудных параметров затухающих колебаний с частотно-временными параметрами;

- разработка универсальной структурной схемы малогабаритного цифрового устройства контроля железобетонных изделий с амплитудно-временным преобразованием параметров затухающих колебаний, позволяющей реализовать измерения резонансной частоты и логарифмического декремента затухания при вибрационных испытаниях конструкций;

- экспериментальная проверка разработанных способов и структур приборов для определения прочностных характеристик контролируемых объектов с моделированием процесса контроля качества изделий.

Методы и средства исследований. В работе использованы фундаментальные методы теории сооружений и расчета строительных конструкций, методы физико-механического и геометрического моделирования, методы математического и схемотехнического моделирования с применением ЭВМ, теория рядов, операционное исчисление, спектральное разложение сигналов, а также экспериментальные методы исследований.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- усовершенствован метод вибрационного контроля качества строительных конструкций, основанный на функциональной связи между жесткостью конструкций и основной частотой колебаний, отличающийся использованием амплитудно-временного преобразования сигналов фотоэлектрических датчиков;

- разработаны алгоритмы определения периода, резонансной частоты и логарифмического декремента затухания вибрационных колебаний строительных конструкций, основанные на способе определения резонансной частоты и декремента затухания колебаний, защищенном патентом на изобретение;

- разработана методика определения прочности, жесткости и трещино-стойкости железобетонных конструкций, включающая алгоритмы определения основной и резонансной частоты и логарифмического декремента затухания колебаний с оценкой параметров по периодам колебаний;

- разработана структурная схема прибора допускового контроля прочностных параметров железобетонных изделий и металлических пластинок-моделей с фотоэлектрическим преобразованием, защищенная патентом на полезную модель, обеспечивающая автоматизацию процесса и повышение производительности контроля.

Практическая ценность работы заключается в том, что на основе проведенных исследований разработана структурная схема универсального фотоэлектрического прибора для вибрационного контроля качества железобетонных

изделий с амплитудно-временным преобразованием параметров затухающих колебаний, а также разработан и апробирован микропроцессорный прибор для экспресс-оценки прочностных характеристик строительных конструкций.

Реализация и внедрение результатов исследований.

Результаты диссертационной работы внедрены на производственном объединении "Научприбор" (г. Орел) и в Специальном конструкторско-технологи-ческом бюро производственного комплекса "Оптрон" ОАО "Протон" (г. Орел).

Апробация и публикации результатов работы.

Основное содержание исследований изложено в докладах на научно-технической конференции, проводимой в 16 центральном научно-исследовательском испытательном институте (г. Мытищи, 2004), на межвузовской конференции "Проблемы комплексного обеспечения защиты информации и совершенствования образовательных технологий" (г. Краснодар, 2006), на 3-й межвузовской научно-практической конференции "Перспективы развития средств связи" (г. Голицыне, 2007). По результатам работы опубликовано 8 научных статей в периодической печати, получен патент на полезную модель и решение о выдаче патента на изобретение способа контроля параметров вибрационных колебаний.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 164 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 109 наименований. В работе приведено 39 рисунков, 7 таблиц и два приложения.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Алгоритмы определения периода, основной и резонансной частоты и логарифмического декремента затухания вибрационных колебаний строительных конструкций, основанные на способе определения резонансной частоты и декремента затухания колебаний, защищенным патентом на изобретение.

2. Методика определения прочности, жесткости и трещиностойкости железобетонных конструкций, включающая алгоритмы определения основной частоты и логарифмического декремента затухания колебаний с оценкой параметров по периодам колебаний.

3. Структурная схема высокочувствительного фотоэлектрического прибора допускового контроля прочностных параметров железобетонных изделий и металлических пластинок-моделей, позволяющая обеспечить автоматизацию процесса измерения и повышение производительности контроля.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована ее актуальность, сформулированы цель и задачи, показаны направления исследований, научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту диссертации.

В первой главе проведен сравнительный анализ методов неразрушающего контроля прочности при испытаниях строительных конструкций, рассмотрены особенности их практического применения. Показано, что особое место занимают методы вибрационного контроля, в том числе модифицированный метод интегральной экспресс-оценки качества изделий, основанный на способах измерения и сравнения динамических параметров, позволяющий упростить аппаратурную реализацию при высокой достоверности результатов контроля.

Для контроля качества строительных конструкций в настоящее время наиболее перспективными являются неразрушающие вибрационные методы контроля. В последние годы профессором Коробко В. И. (ОрелГТУ) была установлена закономерность о функциональной связи жесткости изгибаемых строительных конструкций с их основной (резонансной) частотой колебаний.

Наличие закономерностей между прочностными и динамическими параметрами в строительной механике связывает два вида деформаций конструкций (изгиб и колебания) с физико-механическими характеристиками и массо-габаритными параметрами материалов. Это позволяет ее использовать при моделировании строительных конструкций. Уровень теоретических и практических разработок по развитию вибрационного метода позволяет его использовать при создании микропроцессорного прибора для контроля качества строительных конструкций в производственных условиях.

На основании проведенного аналитического обзора сформулированы цель и конкретные научно-технические задачи диссертационного исследования.

Во второй главе установлена взаимосвязь частотно-временных и амплитудных параметров затухающих вибрационных колебаний в строительных конструкциях. Предложен способ измерения частоты и логарифмического декремента затухания колебаний и алгоритмы его реализации, повышающие точность измерений при небольших аппаратурных затратах на его реализацию.

При проведении анализа были приняты два допущения:

- длительность периодов затухающих колебаний остается постоянной и определяется только основной частотой колебаний, что справедливо при малых

относительных значениях логарифмического декремента затухания и практически не зависит от амплитуды свободных колебаний;

- применение для формирования импульсов быстродействующих компараторов сигналов, имеющих малые длительности фронта и среза выходных импульсов /фр и ¿Ср < 1 мкс, позволяет пренебречь относительной погрешностью формирования импульсов на частоте/<50 Гц, составляющей менее 0,01%.

Аналитически доказана возможность повышения точности определения декремента затухания колебаний с учетом методической и инструментальной погрешностей амплитудно-временного преобразования сигналов.

В настоящее время при допусковом контроле качества изделий вибрационным методом регистрируют резонансную частоту колебаний с относительной погрешностью в единицы процентов. При этом точность измерения частоты колебаний в конструкциях с большим логарифмическим декрементом затухания ограничивается как методической, так и инструментальной погрешностями.

Для исследования методической погрешности измерения частоты проведено моделирование затухающих колебаний по программе МАТНСАЮ. Установлено, что при экспоненциальном понижении амплитуды затухающих колебаний С/м методическая погрешность измерения длительности периода возрастает при повышении логарифмического декремента затухания 5 и пороговых напряжений +£/пор срабатывания формирователя импульсов. Данная методическая погрешность ум увеличивается по мере уменьшения амплитуды колебаний, поэтому каждый последующий измеряемый период колебаний 7х; + 1 превосходит по длительности каждый предыдущий 7х/ (рисунок 1). Методическая погрешность резко возрастает при больших пороговых напряжениях [/пор ^ 0,1 [/м-

Рисунок 1 - Временные диаграммы процесса затухающих колебаний

При значениях логарифмического декремента затухания 8 > 0,1 можно измерить длительности только трех - четырех периодов, так как в дальнейшем амплитуда колебаний становится ниже уровней срабатывания триггера Шмит-та, служащего для формирования импульсов, и его срабатывание прекращается. Данное обстоятельство не позволяет реализовать цифровое измерение резонансной частоты затухающих колебаний методом непосредственного счета импульсов при фиксированной длительности цикла измерения.

При реальных испытаниях конструкций резонансные колебания устанавливаются с некоторой задержкой, обусловленной переходными процессами. Поэтому нельзя измерять длительность первого периода колебаний сразу после ударного воздействия. В итоге необходима разработка новых алгоритмов, позволяющих повысить точность контроля резонансной частоты и логарифмического декремента затухания с автоматической отстройкой от мешающих факторов, в том числе и от нестабильности амплитуды колебаний.

Для повышения достоверности результатов контроля качества изделий предложен новый способ высокоточного измерения периодов колебаний с относительно большим логарифмическим декрементом затухания колебаний 5. Согласно данному способу, выходной сигнал фотодатчика усиливают и сравнивают с разнополярными пороговыми напряжениями ±£/гюр, которые выбирают меньше амплитуды Í/M колебаний по условию |(Упор1 - 0,Шм- При этом формируются импульсы, длительность Д7} каждого из которых зависит от времени изменения выходного сигнала усилителя Uy(t) = Um sin со/ между двумя пороговыми напряжениями ± Упор и обратно пропорциональна мгновенной амплитуде UMj каждой полуволны резонансных затухающих колебаний (рис. 2).

; UMe'&afsinoüt

А Ъ ДЗ}+1

|| » 1

лг, я jB -9» Мз

-£

Рисунок 2 - Временные диаграммы процесса измерения периода

Согласно графикам рисунка 2, начало и конец измеряемого периода Гх соответствуют середине длительностей первого АТ\ и третьего Д7з импульсов на интервале измерения ГИзм- Поэтому, если синхронизировать цикл измерения с фронтом любого /-го импульса и заканчивать его по срезу (J + 2)-го импульса, то для вычисления периода можно использовать выражение вида

Тх= ТА+ АГ2+ АГц+ 0,5(ATi + АТ{), (1)

где ТА и Гв - длительности двух пауз между импульсами (рис. 2).

При цифровом измерении периода путем его заполнения импульсами опорной частоты, суммируемыми в счетчике, можно использовать менее точное выражение, основанное на линейной аппроксимации длительностей импульсов АТг ~ (ЛГ| + Д7з)/2. С учетом такого допущения не требуется выполнять операцию умножения на дробный коэффициент, а для расчета периода Гх затухающих колебаний использовать формулу вида

Гх^АГ.+ Гд+Гв+ДГз. (2)

Для реализации формулы (2) нужно суммировать результаты измерений двух полупериодов колебаний, первый из которых начинается по фронту (/'-го) импульса и заканчивается по фронту второго (/ + 1 ). Второй полупериод колебания должен начинаться по срезу второго (/ + 1 )-го и заканчиваться по срезу третьего (/' + 2)-го импульса в цикле измерения Гх (рисунок 2).

Длительность периода резонансных колебаний ГР конструкции можно вычислить с учетом измеренного периода затухающих колебаний Тх.ном и логарифмического коэффициента затухания 5 < 1 по формуле:

7р = Тх.ном ■ "vl - 52 •

Относительная погрешность измерения периода резонансных колебаний по формулам (1), (2) определяется выражением

Ум = ~г—^-ЛООУо.

1 р

Значения погрешности ум зависит от относительного декремента затухания 8 и от отношения пороговых уровней (/пор к амплитуде колебаний i/M. Расчет данной погрешности при оценке длительности периода по формуле ( 1 ) выполнен в среде MATHCAD, и его результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Зависимость погрешности расчета Тх от параметров колебаний

Погрешность Обозначения периодов колебаний Параметры

Zkl ^ХЗ Тхе 7°х? Ххз ГХ9 ТХ10 Vhor/Uu 5

Уи,% Ум, % Ум, % Ум,% 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13 0,14 0,14 0,15 0,16 0,17 0,13 0,14 0,14 0,15 0,16 0,18 0,20 0,24 0,30 0,41 0,52 0,54 0,58 0,64 0,79 1,20 5,07 -0,59 0,67 0,55 1,55...... 0,05 0,10 0,05 0,10 0,05 0,05 0,10 0,10

Анализ полученных данных показывает, что использование предложенных алгоритмов расчета позволяет значительно - от трех до восьми раз - снизить методическую погрешность измерения периодов Тх затухающих колебаний при одинаковых значениях параметров 5 и С/пор/^м-

Вычисления длительности периода колебаний Тх по формулам (1) и (2) можно реализовать микропроцессором или реверсивным счетчиком, если выполнять умножение на коэффициент 0,5 посредством двукратного снижения частоты /о счетных импульсов.

Формирование импульсов, длительность А 7} каждого из которых обратно пропорциональна мгновенной амплитуде 11щ каждой полуволны сигнала, позволяет упростить вычисление декремента затухающих колебаний:

д Аф„..2- Аф,- п О-71 о2 5 1 - 710+ 2лг52/з

л(Лф.,+2+АФ;) 1-я6+л2б2 1- яб + я252- 2Л353/З '

Согласно (3), при расчете декремента затухания колебаний нужно поделить разность измеряемых длительностей импульсов на их сумму. При реализации такого алгоритма требуется сначала измерить цифровым способом длительности импульсов и затем выполнить простые арифметические операции вычитания, сложения и деления (с учетом числа 7t).

Уменьшение методической погрешности ",/g вычисления логарифмического декремента затухания колебаний позволяет реализовать автоматическую коррекцию результатов измерений резонансной частоты/р затухающих колебаний конструкций по значениям основной частоты/, применяя формулу

Свойства данного способа измерения периода и частоты затухающих колебаний исследованы по программе Electronics Work Bench на модели аналоговой части цифрового периодомера (рис. 3).

ц.

П П П

л г, аг2 дг3

П П П П

а

тв \ £

ППП П Г~т

б

г

Рисунок 4 — Структурная схема (а) и диаграммы работы периодомера (б)

В этой схеме компараторы 1)1 и £>2 сравнивают сигнал (Уу усилителя ОЛ с пороговыми напряжениями ±£/пор> задаваемыми стабилизатором йи. Логическая схема "2И" £>3 и элемент "Исключающее ИЛИ" Б4 служат для формирования импульсов, длительность которых измеряется цифровым способом.

Достоинством предложенного способа измерения частоты колебаний при контроле прочностных параметров конструкций является простота технической реализации, которая достигается за счет амплитудно-временного преобразования сигнала. На выходах двух компараторов, срабатывающих на разных пороговых уровнях, формируются выходные импульсы разной длительности, зависящей от частоты и декремента затухания колебаний. Это позволяет получать два информативных параметра с помощью математической обработки результатов измерений, и вычислять прочностной показатель качества конструкций.

Показана возможность применения такого способа для допускового контроля прочности, жесткости и трещинностойкости строительных конструкций.

В третьей главе рассмотрены способы и структуры построения фотодатчиков, обеспечивающих увеличение расстояния до объекта контроля при высокой чувствительности и линейности характеристики преобразования. Показаны особенности реализации фотодатчиков отражательного типа, применяемых для допускового контроля вибрационных параметров конструкций, работающих при высоком уровне внешней засветки в условиях производства. Приведены результаты анализа погрешностей разработанных фотоэлектрических устройств виброчастотного контроля и особенности их практического применения.

При контроле прочности железобетонных конструкций методом ударного импульса применяют различные датчики вибрационных колебаний. Однако в последнее время в связи с развитием электронных устройств чаще всего используют два типа датчиков вибрации - интегральные акселерометры и фотоэлектрические датчики колебаний. На основании сравнительной оценки параметров таких датчиков установлено, что для контроля вибрационных колебаний лучше всего использовать фотодатчики отражательного типа.

Основным назначением серийно выпускаемых фотодатчиков является их применение для штучного контроля количества отдельных видов выпускаемой продукции, поэтому их непосредственное использование для целей вибрационного контроля качества строительных конструкций практически невозможно. В этой связи необходима разработка новых высокочувствительных фотопреобразователей вибрационных колебаний, имеющих высокую линейность характеристики преобразования и способных работать на большом расстоянии до объекта контроля при наличии внешней засветки в производственных условиях.

С учетом этого при выполнении диссертационных исследований значительное внимание было уделено разработке конструкций и исследованию фотодатчиков вибрационных колебаний.

Возможность повышения чувствительности преобразования вибрационных колебаний в электрический сигнал основана на применении геометрических законов отражения света и заключается в следующем. При контроле вибрационных колебаний посредством измерения параметров отраженного светового потока можно установить излучатель света под небольшим углом а < 45° относительно отражающей пластинки на поверхности контролируемого объекта. Тогда малые вибрационные колебания строительной конструкции в вертикальной плоскости ДА будут приводить к значительному изменению отраженного луча на большое расстояние Д/ = ДИ/вт ф, особенно при малых углах ср.

При использовании светодиодного источника излучения можно сформировать узкую полосу света с помощью узкой полоски отражателя, наклеенного на контролируемую конструкцию. При установке перед фотодатчиком экрана с треугольным отверстием перемещение полоски отражателя вверх или вниз изменяет площадь засветки светочувствительного окна фотодиодного датчика и вызывает модуляцию фототока, пропорциональную амплитуде вибрации.

Для линейного преобразования вибрационных колебаний строительных конструкций в модуляцию светового потока можно устанавливать перед фотоприемником излучения экран с двумя треугольными отверстиями или затемнять часть светочувствительного окна применяемого фотодиода.

Согласно результатам исследований, при вибрационном контроле лучше всего применять лазерные диоды с малой расходимостью светового луча. Использование лазерных диодов позволяет упростить конструкцию излучателя (исключить линзы) и облегчить настройку аппаратуры фотоэлектрического контроля в условиях производства за счет хорошей видимости лазерного света и простоты его фокусировки даже при ярком освещении.

Для получения электрического сигнала, пропорционального амплитуде вибрационных колебаний, проще всего использовать активные преобразователи на фотодиодах и усилителях с комбинированной обратной связью. При этом отрицательная обратная связь используется для стабилизации начального уровня выходного напряжения по постоянному току, а цепью положительной обратной связи обеспечивается высокая чувствительность фотодатчика к вибрационным колебаниям контролируемой конструкции.

При установке фотодиода между входами операционного усилителя и применении в схеме усилителя дополнительной цепи положительной обратной связи по переменному току, содержащей резистор Л4 и конденсатор Сь позволяет повысить в десятки раз коэффициент преобразования переменного фототока в выходное напряжение датчика вибрации (рис. 5).

Рисунок 5 - Функциональная схема фотодатчика вибрации

При отсутствии колебаний контролируемых конструкций постоянное напряжение на выходе усилителя 1)1 в схеме фотодатчика зависит от его напряжения смещения, постоянного тока /ф п фотодиода УБ и резисторов в цепи отрицательной обратной связи Яз = 0,51^ = 0,5Л2 усилителя:

и,п = 0,5С/ПИт+ /ф.п № + Л,Л2/К/г, + Лг)] « 0,5С/Пит+ 2Л3/ф.п-

При наличии внешней фоновой засветки коэффициент преобразования постоянного фототока /ф п на выходе фотодиода УО составляет КфП и 2/?3.

При появлении вибрационных колебаний фотодиод УЭ формирует переменный ток /ф с амплитудой /ф.м, пропорциональной амплитуде вибрации. На выходе усилителя 01 появляется гармоническое напряжение, амплитуда (Ум которого зависит от резистора Т?4 « /?з в цепи положительной обратной связи:

им » /ф.м^з (2 + Л3/«4) = /ф.М«Ф.П(1 + Дэ/2*4).

При выборе резисторов в схеме фотодатчика по условию /Л4 я 100 за счет положительной обратной связи по переменному току обеспечивает значительное - более чем в 50 раз - усиление переменного фототока по сравнению с его постоянным значением. Поэтому применение в схеме относительно небольших резисторов /?| ,../?з позволяет сочетать стабильность начального уровня выходного напряжения с высокой чувствительностью фотодатчика.

Наличие трех компараторов В2, ОЗ и В5 в схеме фотодатчика (рис. 5) позволяет его использовать при контроле прочностных параметров строительных конструкций методом ударного возбуждения для определения амплитуды и частоты затухающих колебаний, определяемых выражением:

и^) и 0,5(/пит + име~Ь2к/' зт(2я/0.

Для расширения диапазона измерения амплитуды вибрационных колебаний при прочностных испытаниях железобетонных панелей предложено в схеме (рис. 5) устанавливать на входе усилителя два фотодиода с треугольными или прямоугольными отверстиями в светозащитном экране. Применение двух фотодиодов позволяет расширить диапазон измерения и контролировать вибрацию с амплитудой до 10 мм (при использовании фотодиодов ФД-24К).

В схеме приемника излучения (рис. 5) при встречном и параллельном включении фотодиодов между входами усилителя происходит суммирование двух фототоков, протекающих в разных направлениях. Это позволяет получать двуполярный выходной сигнал, прямо пропорциональный вибрационным колебаниям контролируемого изделия.

В результате испытаний установлено, что чувствительность фотодатчика на усилителе с комбинированной цепью обратной связи (рис. 5) составляет около 5 и 50 мВ/мкм при мощности оптического излучателя Лол ~ 3 мВт.

Использование амплитудно-временного преобразования параметров резонансных колебаний железобетонных балок и плит позволяет упростить до-пусковый контроль качества изделий и сравнительно просто реализовать оценку прочностных параметров реальных изделий и их эквивалентных моделей.

При диагностике работоспособности и контроле качества строительных конструкций в виде крупногабаритных балок, плит и пластин широко используют модельные испытания, т. е. реальную конструкцию заменяют ее моделью, изготовленной с соблюдением условий геометрического и физико-механического подобий. Контролируемые параметры реальных конструкций определяют путем пересчета результатов модельных испытаний с учетом известных или расчетных масштабных коэффициентов. При использовании способа модельных испытаний рассматривается, как правило, только один определенный вид деформаций, например, поперечный изгиб элементов конструкций под действием статического нагружения, и оцениваются параметры свободных или вынужденных колебаний конструкций после ударного воздействия.

В Орловском ГТУ разработан модифицированный вибрационный метод, позволяющий реализовать интегральную экспресс-оценку качества железобетонных изделий по расчетным формулам, связывающим частоту резонансных колебаний с параметрами качества. С учетом того, что значения прочностных параметров железобетонных изделий наиболее точно определяются через длительности периодов Гр резонансных колебаний, при реализации модифицированного вибрационного метод контроля строительных конструкций можно выразить основные показатели качества через периоды затухающих колебаний.

Например, жесткость балки при эксплуатационной нагрузке ц, нагрузке от собственного веса дСБ и ускорении силы тяжести g можно выразить через квадрат периода резонансных колебаний ТР формулой: = 0,0324 q g Т2е! дСв-

Для контроля жесткости конструкции с учетом коэффициента Кп? (К/), зависящего от формы изделия, можно определять максимальный прогиб изделия, имеющего удельную массу да, по выражению следующего вида

IV =к (К

При оценке жесткости конструкции по резонансной частоте ее эквивалентной модели учитывают, что резонансная частота колебаний упругих пла-

стинок определяется выражением

вида граничных условий; О = ЕНЪ/\2А{\ - v2) - цилиндрическая жесткость, зависящая от толщины пластинки Н, модуля упругости Е материала пластинки, коэффициента Пуассона V и площади пластинки А.

Если изготовить модель-пластинку с соблюдением условий геометрического и физико-механического подобий с контролируемой конструкцией, то можно рассчитать жесткость конструкции по формуле:

где А'пр.м - коэффициент пропорциональности между физико-механическими свойствами конструкции и модели; индекс "М" - параметры модели.

Использование взаимосвязи величины максимального прогиба упругих пластинок и балок с периодом резонансных колебаний практически позволяет значительно расширить возможности применения вибрационного метода для диагностики и контроля качества конструкций, делает его реализацию существенно проще и экономичнее. При этом необходимо только обеспечить измерение частоты вибрационных колебаний в диапазоне до единиц килогерц.

В четвертой главе рассмотрена структурная схема и выполнен расчет основных параметров универсального микропроцессорного прибора, предназначенного для оценки прочностных характеристик строительных конструкций при проведении экспресс-контроля в производственных условиях. Показаны особенности применения вибрационного метода в технических системах охраны помещений, приведены результаты экспериментальных исследований.

На основе предложенного способа разработана структурная схема универсального микропроцессорного прибора для контроля прочностных параметров строительных конструкций (рис. 6). Данный прибор позволяет реализовать основные функции допускового контроля с автоматическим вычислением прочности, жесткости и трещиностойкости конструкций.

Универсальность применения такого виброметра для экспресс-контроля прочностных параметров изделий обеспечивается программной реализацией функций, выполняемых микропроцессорным блоком обработки данных. При использовании виброметра для любых прочностных испытаний конструкций

'м

•м

требуемые значения коэффициентов вводятся с клавиатуры, а результаты преобразования выводятся на жидкокристаллическое индикаторное табло.

При создании экспериментального образца виброметра использовались схемотехнические приемы, позволяющие ослабить влияние внешних факторов на точность измерения резонансных колебаний в производственных условиях и обеспечить его функционирование при низком энергопотреблении от автономного источника питания.

Ввод исходных данных

Рисунок 6 - Функциональная схема виброметра

Выполненные анализ и оценка погрешностей разработанного виброметра, учитывающие ряд некоррелированных составляющих, обусловленных нестабильностью характеристик основных функциональных узлов, позволили показать, что основная погрешность фотодатчиков составляет уФД < 0,6%, а погрешность дискретности при цифровом измерении интервала времени путем его заполнения тактовой частотой_/т = 4 МГц не превыщает уд < 0,0125%.

Разработка высокочувствительных фотодатчиков механических колебаний и цифровой аппаратуры вибрационного контроля практически позволяет применять способы вибрационного контроля не только для оценки прочностных параметров железобетонных изделий и строительных конструкций, но и для повышения надежности технических систем охраны объектов, в частности, для контроля и исключения несанкционированного доступа.

В приложениях приведены результаты моделирования и расчета параметров затухающих колебаний при различных значениях декремента затухания, а также сравнительная таблица вибрационных способов определения прочностных характеристик строительных конструкций.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Для повышения точности измерений и сокращения процесса вибрационных испытаний предложено реализовать в аппаратуре фотоэлектрического контроля амплитудно-временное преобразование параметров механических колебаний, позволяющее повысить точность измерения периода, резонансной частоты и логарифмического декремента затухания колебаний.

2. Предложен новый способ вибрационного контроля прочностных параметров качества строительных конструкций, позволяющий повысить точность измерения резонансной частоты и декремента затухания колебаний, упростить процесс и увеличить достоверность результатов контроля прочностных параметров строительных конструкций в условиях производства.

3. При сравнительной оценке характеристик вибрационных датчиков установлено, что наиболее перспективными для контроля прочности изделий являются фотодатчики отражательного типа, которые реализуют преобразование механических параметров в электрические сигналы на значительном расстоянии до объекта контроля.

4. Установлено, что для увеличения рабочего расстояния при высокой чувствительности к амплитуде вибрационных колебаний в схемах фотодатчиков целесообразно использовать лазерные излучатели с разверткой луча в полосу света и фотоприемники на усилителях с комбинированной обратной связью.

5. На основании машинного моделирования и экспериментальных исследований доказано, что для формирования прямоугольных импульсов из вибрационных колебаний при наличии высокочастотных помех целесообразно использовать триггеры Шмитта на цифровых КМОП микросхемах с регулируемыми резисторами в цепи положительной обратной связи.

6. Увеличение чувствительности и рабочего расстояния лазерных фотодатчиков позволяет использовать такие устройства не только для прочностных испытаний, но и в системах контроля несанкционированного доступа, что значительно расширяет области применения вибрационного метода контроля.

Новизна предложенных научно-технических решений подтверждена решением о выдаче патента на изобретение способа и патентом на полезную модель. Это позволяет сделать общий вывод о завершенности научных исследований, в результате которых улучшены характеристики аппаратуры фотоэлектрического контроля прочностных параметров объектов и изделий в соответствии с поставленной целью диссертационной работы.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Плотников, С. Н. Измерение интегральных характеристик строительных конструкций на основе вибрационного метода [Текст] / С. Н. Плотников // Известия ОрелГТУ. - 2009. - № 1. - С. 109 - 112. (Журнал рекомендован ВАК).

2. Плотников, С. Н. Способ контроля толщины немагнитных и диэлектрических покрытий на ферромагнитной основе [Текст] / С. Н. Плотников, Н. Г. Богданов, С. Н. Щекотихин // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. -2007.-№ 12.-С. 30-33. (Журнал рекомендован ВАК).

3. Плотников, С. Н. Фотоэлектрический контроль частоты изгибных колебаний [Текст] / С. Н. Плотников, Н. Г. Богданов, Ю. Б. Иванов // Контроль. Диагностика. - 2008. - № 9. - С. 64-73. (Журнал рекомендован ВАК).

4. Плотников, С. Н. Методика виброчастотного контроля по амплитудно-временным характеристикам [Текст] / С. Н. Плотников, С. Н. Савельев // Известия ОрелГТУ. - 2005. - № 1. - С. 19 - 22.

5. Плотников, С. Н. Микропроцессорный контроль качества строительных конструкций вибрационным методом [Текст] / С. Н. Плотников, Н. Г. Богданов // Известия ОрелГТУ. - 2005. - № 2. - С. 22-25.

6. Плотников, С. Н. Виброчастотный контроль несанкционированного доступа на режимных объектах [Текст] / С. Н. Плотников, Н. Г. Богданов, С. Н. Щекотихин // Перспективы развития средств связи : сб. науч. тр. / ПИ ФСБ РФ - Голицино, 2007. - С. 94 - 97.

7. Пат. 75035 МПК51 С01Н 9/00. Устройство для измерения параметров вибрационых колебаний [Текст] / С. Н. Плотников, Н. Г. Богданов, С. Н. Щекотихин ; заявитель и патентообладатель Академия ФСО России. - № 2008108442/22 ; заявл. 04.03.08 - опубл. 20.07.08, Бюл. № 20.

8. Положительное решение о выдаче патента на изобретение. Способ определения резонансной частоты и декремента затухания колебаний [Текст] / С. Н. Плотников, Н. Г. Богданов, Ю. Б. Иванов ; заявитель и патентообладатель Академия ФСО России. - № 2008108584 от 04.03.08.

Плотников Сергей Николаевич

Вибрационный контроль прочностных характеристик объектов и изделий на основе резонансного метода

Специальность 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать/^.Р^, формат 60x84/16. Печать офсетная. Бумага офсетная. Гарнитура «Times New Roman». Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ № 138.

Отпечатано в типографии Академии ФСО России 302034, г. Орел, ул. Приборостроительная, 35.

Введение

Глава 1 Сравнительный анализ способов контроля качества строительных и машиностроительных конструкций

1.1 Разрушающие методы контроля прочности конструкций

1.2 Современные методы неразрушающего контроля качества строительных конструкций

1.2.1 Ультразвуковые методы контроля строительных конструкций

1.2.2 Вибрационные методы контроля строительных конструкций

1.3 Основные свойства и параметры объектов контроля

1.4 Особенности обработки частотно-временных сигналов при контроле качества строительных конструкций

1.5 Особенности геометрического моделирования параметров строительных конструкций

1.6 Оценка возможности расширения областей применения виброчастотного метода контроля строительных конструкций

Выводы по первой главе

Глава 2 Разработка и анализ способа измерения вибрационных параметров с амплитудно-временным преобразованием затухающих колебаний

2.1 Взаимосвязь прочностных и динамических параметров строительных конструкций

2.2 Оценка зависимости основной частоты от относительного логарифмического декремента затухания колебаний

2.3 Разработка способа и алгоритмов высокоточного измерения длительности периодов затухающих колебаний

2.4 Оценка влияния логарифмического декремента затухания на частотно-временные параметры вибрационных колебаний

2.5 Оценка точности амплитудно-временного преобразования затухающих колебаний предложенным способом

Выводы по второй главе

Глава 3 Разработка и анализ высокочувствительных преобразователей вибрационных колебаний в электрические сигналы

3.1 Сравнительная оценка параметров вибрационных датчиков

3.2 Способы и структуры построения высокочувствительных фотодатчиков вибрационных колебаний

3.3 Особенности линейного преобразования вибрационных колебаний в модуляцию светового потока

3.4 Особенности реализации вибрационного экспресс-контроля прочностных параметров строительных конструкций

Выводы по третьей главе

Глава 4 Особенности построения и результаты исследований функциональных узлов цифрового виброметра

4.1 Особенности реализации аналогового блока виброметра

4.2 Экспериментальная проверка параметров фотодатчика

4.3 Функциональные преобразования блока обработки информации

4.4 Анализ и оценка погрешностей цифрового виброметра

4.5 Особенности применения виброметров для контроля несанкционированного доступа

Выводы по четвертой главе

Контроль качества строительных конструкций и изделий необходим в технологическом процессе изготовления и при диагностике технического состояния в период эксплуатации. Среди различных методов разрушающего и неразрушающего контроля особое место занимают вибрационные методы, основанные на взаимосвязи резонансной частоты и декремента затухания колебаний с прочностными и массо-габаритными параметрами изделий. Такие методы применяют для оценки прочности строительных конструкций, для контроля качества строительства объектов промышленного и гражданского назначения, а также при обследовании зданий и сооружений, подлежащих реконструкции.

Вибрационные методы контроля качества в области строительства в нашей стране не имеют пока государственных нормативных документов на их практическое применение. Одной из основных причин, объясняющих такое положение, является недостаточное теоретическое обоснование возможности применения вибрационного метода для количественной оценки прочностных параметров контролируемых объектов и конструкций. Кроме того, в настоящее время отсутствует серийно выпускаемая аппаратура, обеспечивающая измерение амплитудно-частотных параметров вибрационных колебаний с автоматической обработкой результатов измерений и представлением их в форме, удобной для оценки прочностных характеристик изделий.

Благодаря результатам исследований, проводимых научными коллективами под руководством Сехниашвили Э. А., Коробко В. И. и Слюсарева Г. В., выявлено и доказано наличие закономерностей в строительной механике, согласно которым существует функциональная связь между жесткостью упругих конструкций и их основной частотой колебаний. На основании этой фундаментальной закономерности показан целый ряд возможностей ее применения для контроля прочности и жесткости строительных и машиностроительных конструкций. Однако, для дальнейшего развития виброчастотного метода и его широкого использования в строительной практике необходимы дополнительные исследования по расширению возможностей его применения для контроля жесткости и прочности различных конструкций с использованием нескольких видов деформирования. Реализация данной цели невозможна без разработки новых способов и аппаратуры контроля, обеспечивающей измерение параметров вибрационных затухающих колебаний в производственных условиях. Фактически необходима разработка надежного и удобного в эксплуатации автоматизированного приборного комплекса и средств измерений для проведения динамических испытаний железобетонных изделий и строительных конструкций на предприятиях стройиндустрии, обеспечивающих высокую точность измерений, в частности, резонансной частоты и логарифмического декремента затухания вибрационных колебаний.

С учетом этого разработка новых способов неразрушающего контроля, характеризующих прочностные параметры строительных конструкций, является актуальным научным направлением исследований не только в теории сооружений, но и в области управления качеством строительной продукции. Среди перспективных экспериментально-теоретических методов контроля качества изделий вибрационные технологии занимают особое место.

Наиболее распространенными конструктивными элементами в строительстве и машиностроении являются балки, плиты и пластины. При разработке разных способов диагностики и контроля качества таких конструкций широко используют методы физико-механического и геометрического моделирования. Подобные модели достаточно успешно применяют для конструкций балочного типа, а также для плитных конструкций, несмотря на значительную трудоемкость моделирования граничных условий нагружения.

В настоящее время наряду с проведением натурных прочностных испытаний реальных строительных конструкций, работающих в сложном напряженном состоянии, разработан эффективный инженерный метод определения прочностных параметров таких изделий. Этот метод основан на физико-геометрической аналогии прочностных характеристик металлических пластинок, имеющих подобную жесткость и коэффициент формы. Практическое использование данного метода подобия при разработке новых способов контроля качества конструкций в виде пластинок основано на разработке аппроксимирующих функций, обеспечивающих взаимосвязь результатов испытаний на малогабаритных моделях с прочностными параметрами реальных строительных конструкций. Вследствие этого для расширения областей применения виброчастотного метода контроля необходима разработка высокочувствительных способов измерения вибрационных параметров малогабаритных пластинок-моделей, позволяющих реализовать измерение высокочастотных механических колебаний с амплитудой в десятки микрометров при минимальных аппаратурных затратах и высокой достоверности результатов неразрушающего контроля прочностных параметров изделий.

Данную проблему можно решить только при комбинированном использовании теоретического и экспериментального методов. Наличие аналитических зависимостей, связывающих прочностные параметры конструкций с динамическими параметрами изделий, практически обеспечивает возможность приборной реализации вибрационных методов контроля на основе современной электронной и микропроцессорной техники.

Целью диссертационного исследования является уменьшение погрешности измерения параметров вибрационных затухающих колебаний в аппаратуре контроля прочностных характеристик качества строительных конструкций.

Поставленная цель предполагает решение следующих научных задач:

- разработку способа и алгоритмов высокоточного измерения периода, основной и резонансной частоты, а также логарифмического декремента затухания резонансных колебаний при контроле прочностных характеристик;

- анализ взаимной связи амплитудных параметров затухающих колебаний с частотно-временными параметрами;

- разработка универсальной структурной схемы малогабаритного цифрового устройства контроля железобетонных изделий с амплитудно-временным преобразованием параметров затухающих колебаний, позволяющей реализовать измерения резонансной частоты и логарифмического декремента затухания при вибрационных испытаниях конструкций;

- экспериментальная проверка разработанных способов и структур приборов для определения прочностных характеристик контролируемых объектов с моделированием процесса контроля качества изделий.

Методы исследования. В работе использованы фундаментальные методы теории сооружений и расчета строительных конструкций, методы физико-механического и геометрического моделирования, методы математического и схемотехнического моделирования с применением ПЭВМ, математический анализ, теория рядов, операционное исчисление, спектральное разложение сигналов, а также экспериментальные методы исследований с обработкой результатов методами математической статистики.

Достоверность научных положений и полученных результатов теоретических исследований подтверждается корректным применением методов системного анализа и сравнением полученных данных с известными результатами, найденными с помощью фундаментальных методов теории строительной механики, а также результатами проведенных экспериментальных исследований.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

- усовершенствован метод вибрационного контроля качества строительных конструкций, основанный на функциональной связи между жесткостью конструкций и основной частотой колебаний, отличающийся использованием амплитудно-временного преобразования сигналов фотоэлектрических датчиков;

- разработаны алгоритмы определения периода, резонансной частоты и логарифмического декремента затухания вибрационных колебаний строительных конструкций, основанные на способе определения резонансной частоты и декремента затухания колебаний, защищенном патентом на изобретение;

- разработана методика определения прочности, жесткости и трещино-стойкости железобетонных конструкций, включающая алгоритмы определения основной и резонансной частоты и логарифмического декремента затухания колебаний с оценкой параметров по периодам колебаний;

- разработана структурная схема прибора допускового контроля прочностных параметров железобетонных изделий и металлических пластинок-моделей с фотоэлектрическим преобразованием, защищенная патентом на полезную модель, обеспечивающая автоматизацию процесса и повышение производительности контроля.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- на основе проведенных исследований разработана структурная схема универсального фотоэлектрического прибора виброчастотного контроля качества железобетонных изделий с амплитудно-временным преобразованием параметров затухающих колебаний, обеспечивающая высокую чувствительность и точность измерения при минимальных аппаратурных затратах;

- разработан и апробирован малогабаритный микропроцессорный цифровой прибор для экспресс-оценки прочностных характеристик строительных конструкций.

Реализация и внедрение результатов диссертационных исследований.

Результаты диссертационной работы внедрены и используются на производственном объединении "Научприбор" (г. Орел) и в Специальном конст-рукторско-технологическом бюро производственного комплекса "Оптрон" ОАО "Протон" (г. Орел).

Апробация и публикации результатов работы.

Основное содержание диссертационных исследований изложено в докладах на юбилейной научно-технической конференции, проводимой на базе 16 центрального научно-исследовательского испытательного института (г. Мытищи, 2004), на межвузовской конференции "Проблемы комплексного обеспечения защиты информации и совершенствования образовательных технологий" (г. Краснодар, 2006), на 3-й межвузовской научно-практической конференции "Перспективы развития средств связи в силовых структурах" (г. Голицыно, 2007). По результатам диссертационной работы опубликовано 8 научных статей в периодической печати, получен патент на полезную модель и решение о выдаче патента на изобретение способа контроля параметров вибрационных колебаний.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Алгоритмы определения периода, основной и резонансной частоты и логарифмического декремента затухания вибрационных колебаний строительных конструкций, основанные на способе определения резонансной частоты и декремента затухания колебаний, защищенным патентом на изобретение.

2. Методика определения прочности, жесткости и трещиностойкости железобетонных конструкций, включающая алгоритмы определения основной частоты и логарифмического декремента затухания колебаний с оценкой параметров по периодам колебаний.

3. Структурная схема высокочувствительного фотоэлектрического прибора допусков ого контроля прочностных параметров железобетонных изделий и металлических пластинок-моделей, позволяющая обеспечить автоматизацию процесса измерения и повышение производительности контроля.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация изложена на 164 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 109 наименований, и двух приложений. В работе приведено 39 рисунков и 7 таблиц.

Выводы по четвертой главе

1 На основании результатов машинного моделирования предложена и оптимизирована схема низкочастотного фильтра, применение которого на выходе фотодатчика позволяет значительно ослабить влияние неинформативных случайных составляющих колебаний строительных конструкций на точность измерения периодов вибрационных колебаний.

2 Предложено в качестве формирователей импульсных сигналов использовать триггеры Шмитта на логических КМОП микросхемах с положительной обратной связью, которые характеризуются высокой помехоустойчивостью и минимальным током потребления при работе в низкочастотном диапазоне и позволяют устанавливать необходимую зону гистерезиса с помощью регулировки элементов в цепи обратной связи.

3 Разработана и экспериментально опробована схема высокочувствительного фотоэлектрического датчика вибрационных колебаний, предназначенного для исследования прочностных параметров пластинок-моделей строительных конструкций, которая характеризуется широким частотным диапазоном и минимальным энергопотреблением и позволяет сравнительно просто реализовать преобразование вибрационных параметров в электрическое напряжение на значительном удалении от объекта контроля.

4. Предложена и исследована при натурных испытаниях схема двух-диодного фотодатчика вибрационных колебаний, специально разработанного для устройств бесконтактного контроля прочностных параметров строительных конструкций, которая обеспечивает двукратное расширение диапазона измерения при стабильности начального уровня выходного сигнала и исключает насыщение усилителя при большой амплитуде колебаний.

5. В результате проведенных исследований разработана структурная схема цифрового фотоэлектрического виброметра с микропроцессорным управлением, реализующего различные режимы работы при проведении испытаний и допусковом экспресс-контроле качества строительных конструкций и эквивалентных пластинок-моделей на основании приведенных формул для расчета различных прочностных параметров изделий.

Заключение

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований способов и структур построения фотодатчиков вибрационных колебаний для аппаратуры контроля прочностных параметров строительных конструкций установлено следующее.

1 На основании сравнительного анализа методов неразрушающего контроля прочностных параметров строительных конструкций и металлических изделий установлена перспективность применения резонансного метода для оценки прочностных параметров изделий, позволяющего реализовать экспресс-контроль как реальных изделий, так и пластинок-моделей при разных вариантах механического нагружения и граничных условий опирания.

2 Для повышения точности измерений и сокращения длительности процесса вибрационных испытаний предложено реализовать в аппаратуре фотоэлектрического контроля амплитудно-временное преобразование параметров механических колебаний, позволяющее повысить точность измерения периода, частоты и логарифмического декремента затухания колебаний, по значениям которых можно рассчитать прочностные параметры изделий.

3 Предложен новый способ вибрационного контроля прочностных параметров качества железобетонных изделий и строительных конструкций, позволяющий значительно повысить точность измерения периодов и резонансной частоты при относительно больших значениях логарифмического декремента затухания колебаний, практическое применение которого обеспечивает повышение достоверности результатов контроля прочностных параметров строительных конструкций в производственных условиях.

4 На основании проведенного анализа и результатов машинного моделирования доказана возможность повышения точности вычисления логарифмического декремента затухания по результатам измерений длительностей соседних периодов колебаний с использованием для расчета динамических параметров сравнительно простых математических выражений, что позволяет упростить структурную схему и алгоритмы преобразования прибора неразрушающего вибрационного контроля.

5 В результате сравнительной оценки характеристик вибрационных датчиков установлено, что наиболее перспективным для вибрационного контроля прочностных параметров изделий является применение фотодатчиков отражательного типа, которые характеризуются высокой чувствительностью и линейностью преобразования механических параметров в электрические на значительном расстоянии до объекта контроля, чем обеспечивается универсальность их применения в производственных условиях.

6 Теоретически и экспериментально установлено, что для стабилизации начального уровня выходного сигнала и обеспечения высокой чувствительности к амплитуде вибрационных колебаний в фотодатчиках целесообразно использовать операционные усилители с комбинированной обратной связью по постоянному и переменному току.

7 В результате машинного моделирования и проведенных экспериментальных исследований показано, что для формирования прямоугольных импульсов из вибрационных колебаний при наличии высокочастотных помех целесообразно использовать триггеры Шмитта на цифровых КМОП микросхемах с положительной обратной связью, позволяющие устанавливать необходимую зону гистерезиса регулировкой резисторов в цепи обратной связи.

8 Применение в портативной аппаратуре вибрационного контроля лазерных диодов позволяет обеспечить высокую освещенность фотодатчиков на расстоянии до одного-двух метров от излучателя за счет повышенной мощности излучения и узкой диаграммы направленности лазерного луча по сравнению с аналогичными параметрами светоизлучающих диодов.

9 Увеличение чувствительности и дистанционности лазерных фотодатчиков позволяет использовать такие устройства не только для прочностных испытаний, но и в системах контроля несанкционированного доступа, что значительно расширяет области применения вибрационного метода контроля.

Учитывая, что новизна технических решений подтверждена патентами на изобретение и полезную модель, можно сделать вывод о завершенности научных исследований, в результате которых значительно улучшены характеристики аппаратуры фотоэлектрического контроля прочностных параметров конструкций и моделей в соответствии с поставленной целью работы.

1. Бердичевский, Г. И. Совершенствование методов контроля качества железобетонных конструкций / Контроль качества железобетонных конструкций / Г. И. Бердичевский, В. А. Клевцов. М. : Стройиздат, 1972. - С. 4 - 8.

2. ГОСТ 8829-94. Конструкции и изделия бетонные и железобетонные сборные. Методы испытания нагружением и оценка прочности, жесткости и трещиностойкости. -М. : Издательство стандартов, 1994. 26 с.

3. Лифанов, Н. С. Метрология, средства и методы контроля качества в строительстве: Справочное пособие / Н. С. Лифанов, Н. Г. Шерстюков. М. : Стройиздат, 1979. - 223 с.

4. Методические указания по оценке прочности, жесткости и трещиностойкости плоских железобетонных плит перекрытий и внутренних несущих стен крупнопанельных зданий при испытании неразрушающими методами. -Ярославль: Изд. НИИЖБ Минстроя СССР, 1977. 68 с.

5. Аронов, Р. И. Испытания сооружений / Р. И. Аронов. М. : Высшая школа, 1974. - 187 с.

6. А. с. 1067397 СССР, М. Кл3 С 01 N 3/00. Установка для испытания строительных плит текст. / В. Б. Судаков (СССР). Опубл. 1984, Бюл. № 2.

7. А. с. 1203398 СССР, М. Кл4 О 01 N 19/00. Установка для испытания строительных изделий текст. / Б. П. Краснов (СССР). Опубл . 1986, Бюл. № 1.

8. Крылов, Н. А. Электронно-акустические и радиометрические методы испытаний материалов и конструкций / Н. А. Крылов. — Л.: Госстройиз-дат, 1963.-240 с.

9. А. с. 312173 СССР, М. Кл3 С 01 N 3/100. Стенд для испытания строительных конструкций текст. / Ю. Г. Бурканов (СССР). Опубл. 1971, Бюл. № 25.

10. А. с. 623119 СССР, М. Кл3 О 01 N 1/12. Способ измерения статических механических напряжений текст. / В. С. Бабалич (СССР). Опубл. 1978, Бюл. №33.

11. А. с. 1041932 СССР, М. Кл3 в 01 N 33/38. Способ определения прочности бетона в конструкции текст. / Ю. Г. Богданов (СССР). Опубл. 1983, Бюл. № 34.

12. Генкин, М. Д. Виброакустическая диагностика в машиностроении / М. Д. Генкин, А. Г. Соколова. -М. : Машиностроение, 1987. -283 с.

13. А. с. 1024793 СССР, М. Кл3 в 01 N 3/20. Стенд для испытания железобетонных конструкций текст. / Б. В. Якубовский (СССР). Опубл. 1983, Бюл. № 23.

14. А. с. 1264070 СССР, М. Кл4 в 01 N 33/38. Способ контроля за развивающейся трещиной в бетоне текст. / К. Л. Ковлер (СССР). Опубл. 1986, Бюл. № 38.

15. А. с. 1059464 СССР, М. Кл3 в 01 N 5/00. Способ испытания плит перекрытий на прочность и жесткость и устройство для его осуществления текст. / Г. Р. Видный (СССР). Опубл. 1983, Бюл. № 45.

16. Попов, К. Н. Физико-механические испытания строительных материалов/К. Н. Попов, И. К. Шмурнов. М.: Высшая школа, 1984. - С. 134-143.

17. Почтовик, Г. Я. Методы и средства испытания строительных конструкций / Г. Я. Почтовик, А. Б. Злочевский, А. И. Яковлев. М. : Высшая школа, 1973.- 160 с.

18. ГОСТ 22690-88. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля. -М. : Издательство стандартов, 1988. 25 с.

19. Гринберг, В. Е. Контроль и оценка состояния конструкций зданий и сооружений / В. Е. Гринберг, В. Г. Семенов, Г. Б. Шойхет. Л. : Стройиз-дат, 1982. - 19 с.

20. Плотников, С. Н. Системы охраны на основе виброчастотного метода / С. Н. Плотников, Н. Г. Богданов, С. Н. Щекотихин / Сборник докладов научно-технической конференции. 16 ЦНИИ. Мытищи : 2004. - С. 64 - 67.

21. Дзенис, В. В. Акустические методы контроля в технологии строительных материалов / В. В. Дзенис Л. : Стройиздат, 1978. - 151 с.

22. А. с. 1394110 СССР, М. Кл5 в 01N 19/04. Способ определения перемещений элемента конструкции под нагрузкой текст. / В. И. Коробко (СССР). Опубл. 1988, Бюл. № 25.

23. А. с. 1430817 СССР, М. Кл5 О 01 N 3/32. Способ контроля жесткости балки текст. / В. И. Коробко (СССР). Опубл. 1988, Бюл. № 25.

24. А. с. 1811278 РФ, М. Кл5 О 01 N 3/32. Способ контроля физико-механических характеристик конструкций текст. / В. И. Коробко, С. В. Бо-яркина (Российская Федерация). Опубл. 1993, Бюл. № 10.

25. Сухарев, И. П. Экспериментальные методы исследования деформаций и прочности / И. П. Сухарев. -М. : Машиностроение, 1987. 212 с.

26. ГОСТ 17624-87. Бетоны. Ультразвуковой метод определения, прочности. -М. : Издательство стандартов, 1987. 12 с.

27. Крылов, Н. А. Радиотехнические методы контроля качества железобетона / Н. А. Крылов, В. А. Калашников, А. М. Полищук. Л. : Стройиз-дат, 1966.- С. 332-340.

28. Комар, А. Г. Испытания сборных железобетонных конструкций / А. Г. Комар, Е. Н. Дубровин. М. : Высшая школа, 1980. - С. 169 - 170.

29. Коршунов, Д. А. Рекомендации по организации массового внедрения неразрушающего контроля производства и качества железобетонных изделий / Д. А. Коршунов, А. М. Лещинский. М. : Стройиздат, 1983. - 53 с.

30. Сехниашвили, Э. А. Интегральная оценка качества и надёжности предварительно напряжённых конструкций / Э. А. Сехниашвили. М. : Наука, 1988.-217 с.

31. Максимов, А. С. Измерения вибраций сооружений: Справочное пособие / А. С. Максимов, И. С. Шейтин. Л. : Стройиздат, 1974. - 225 с.

32. ВСН 6630-72. Временная инструкция по контролю качества готовых железобетонных изделий, деталей и конструкций неразрушающими методами. Л. : Минстрой СССР. 1976. - 104 с.

33. А. с. 1714428 СССР, М. Кл5 О 01N 3/08. Способ контроля несущей способности при изгибе железобетонного элемента текст. / В. И. Коробко, И. Д. Идрисов, Г. В. Слюсарев (СССР). Опубл. 1992, Бюл. № 7.

34. А. с. 1613902 СССР, М. Кл5 С 01 N 7/00. Способ определения собственных частот изгибных колебаний элементов конструкций на стенде текст. / В. И. Коробко, Н. Д. Идрисов, Г. В. Слюсарев (СССР) Опубл. 1990, Бюл. № 46.

35. А. с. 1770800 СССР, М. Кл5 С 01 N 19/00. Стенд для вибрационных испытаний строительных конструкций текст. / В. И. Коробко (СССР). -Опубл. 1992, Бюл. № 39.

36. А. с. 1640595 СССР, М. Кл5 С 01 N 3/08. Способ контроля жёсткости на изгиб железобетонных элементов текст. / В. И. Коробко, Н. Д. Идри-сов, Г. В. Слюсарев(СССР). Опубл. 1991, Бюл. № 13.

37. Хильчевский, В. В. Об определении логарифмического декремента при свободных колебаниях / Тр. научно-техн. совещ. по демпфированию колебаний / В. В. Хильчевский. Киев : Изд-во АН УССР, 1960. - С. 99 - 102.

38. Приборы для неразрушающего контроля, материалов и изделий: Справочник. М. : Машиностроение, 1986. Кн. 1 - 488 с.; кн. 2 - 352 с.

39. А. с. 1748009 СССР, М. Кл5 С 01 N 3/32. Способ определения жесткости балочных элементов конструкций, работающих при поперечном изгибе текст. / В. И. Коробко (СССР). Опубл. 1992, Бюл. № 26.

40. А. с. 1552052 СССР, М. Кл5 С 01N 3/00. Способ определения критического усилия устойчивости пластинок при продольном изгибе текст. / В. И. Коробко, А. Н. Хусточкин и др. (СССР). Опубл. 1990, Бюл №11.

41. А. с. 1635021 СССР, М. Кл5 в 01 Ь 1/00. Способ определения критического усилия при продольном изгибе элемента конструкции текст. / В. И. Коробко, А. Н. Хусточкин (СССР). Опубл. 1991, Бюл. № 10.

42. А. с. 1639206 СССР, М. Кл5 С 01 N 33/38. Способ определения массы изделия / В. И. Коробко (СССР). Опубл. 1991, Бюл. № 12

43. А. с. 1716373 СССР, М. Кл5 С 01 N 19/08. Способ определения физико-механических характеристик плоских элементов конструкций текст. / А. В. Коробко (СССР). Опубл. 29.02.92, Бюл. № 08.

44. А. с. 1718052 СССР, М. Кл5 О 01 N 33/38. Способ контроля качества прямоугольной железобетонной плиты с шарнирным опиранием по коротким сторонам текст. / В. И. Коробко (СССР). Опубл. 1992, Бюл. № 9.

45. А. с. 1737334 СССР, М. Кл5 в 01 N 33/38. Способ определения величины преднапряжения арматуры текст. / В. И. Коробко (СССР). Опубл. БИ, № 20, 1992.

46. Пат. 2036462 РФ. Кл. О 01 N 3/32. Способ интегральной оценки качества предварительно напряженного изгибаемого железобетонного элемента и устройство для его осуществления / В. И. Коробко, Г. В. Слюсарев (Российская Федерация). Опубл. 1995, Бюл. № 15.

47. Пат. 2051345 РФ. Кл. С 01 Ь 5/04. Способ испытания протяженных строительных конструкций / В. И. Коробко, С. В. Бояркина (Российская Федерация). Опубл. 1995, Бюл. № 36.

48. Пат. 2097727 РФ. Кл. С 01 М 7/02. Способ контроля качества готового железобетонного изделия / В. И. Коробко (Российская Федерация). -Опубл. 1997, Бюл. № 33.

49. Пат. 2157520 РФ. Кл. С 01 N 3/08, 3/30. Способ определения максимального перемещения элемента конструкции в виде пластинки при поперечном изгибе под действием равномерно распределенной нагрузки / В. И.1

50. Коробко, А. А. Павленко, С. Н. Мисун (Российская Федерация). Опубл. 2000, Бюл. № 28.

51. Пат. 2162218 РФ. Кл. С 01 N 3/32. Способ контроля интегральных параметров качества железобетонных конструкций в виде плоских и ребристых балочных плит / В. И. Коробко, А. А. Павленко, А. П. Юров (Российская Федерация). Опубл. 2001, Бюл. № 2.

52. Коробко, В. И. Определение жесткости изгибаемых элементов конструкций в виде пластинок с помощью вибрационного метода / В. И. Коробко, Н. Г. Калашникова, С. Н. Савельев. Контроль. Диагностика, 2002. - С. 34 - 42.

53. Коробко, В. И. Состояние и перспективы развития вибрационного метода интегральной оценки качества железобетонных конструкций / В. И. Коробко, Г. В. Слюсарев. Изв. вузов. Строительство, 1995. -№ 5 — 6. - С. 3 - 12.

54. Слюсарев, Г. Н. Модифицированный вибрационный метод интегральной оценки качества железобетонных изделий с применением продольных колебаний / Г. В. Слюсарев. Изв. Вузов. Строительство, 1995. - № 6 — С. 122- 125.

55. Коробко, В. И. Интегральная оценка качества предварительно напряжённых плит перекрытия вибрационным методом / В. И. Коробко, Н. Д. Идрисов и др. Изв. вузов. Строительство и архитектура, 1990. — № 6. -С. 104-107.

56. Приборы для неразрушающего контроля, материалов и изделий: Справочник в 2-х кн. М. : Машиностроение, 1986. Кн. 1 - 488 с. ; кн. 2 -352 с.

57. Неразрушающий контроль и диагностика / Под ред. Клюева В. В. -М. : Машиностроение, 1995. 438 с.

58. Неразрушающий контроль металлов и изделий: Справочник / Под ред. Г. С. Самойловича. -М.: Машиностроение, 1986. 456 с.

59. Пат. 2184949 РФ. Способ контроля жесткости, трещиностойкости и прочности изгибаемых железобетонных конструкций // В. И. Коробко (Российская Федерация). Опубл. 2002, Бюл. № 19.

60. Левшина, В. С. Электрические измерения физических величин : Учеб. пособие для вузов / В. С. Левшина, П. В. Новицкий. Л. : Энергоатом-издат, 1983.- 320 с.

61. Агейкин, Д. И. Датчики контроля и регулирования / Д. И. Агейкин, Е. Н. Костина, Н. Н. Кузнецова. М. : Машиностроение, 1975. - 278 с.

62. Форейт, И. Б. Емкостные датчики неэлектрических величин / И. Б. Форейт. М.: Энергия, 1986. - 160 с.

63. Шаповалов, Л. А. Моделирование в задачах механики элементов конструкций / Л. А. Шаповалов. М. : Машиностроение, 1990. - 287 с.

64. Клевцов, В. А. К разработке системы неразрушающего метода контроля многопустотных панелей // Контроль качества железобетонных конструкций / В. А. Клевцов, М. Г. Коревицкая, Г. И. Вайнгартен. М. : Стройиз-дат, 1980.-С. 16-27.

65. Коробко, В. И. Изопериметрический метод в строительной механике: Теоретические основы изопериметрического метода. Том 1 / В. И. Коробко. М.: Изд-во АСВ, 1997. - 396 с.

66. Коробко, А. В. Геометрическое моделирование формы области в двумерных задачах теории упругости / А. В. Коробко. М. : Изд-во АСВ, 1999.-304 с.

67. Новицкий, П. В. Цифровые приборы с частотными датчиками / П. В. Новицкий, В. Г. Кнорринг, В. С. Гушиков. JL: Энергия, 1970. - С. 122 - 128.

68. Петраков, А. В. Телеохрана / А. В. Петраков М. : Энергоатомиз-дат, 1998.-376 с.

69. Магауенов, Р. Г. Системы охранной сигнализации: основы теории и принципы построения / Р. Г. Магауенов М. : Горячая линия — Телеком, 2008.-496 с.

70. Иванов, В. И. Полупроводниковые электронные приборы: Справочник / В. И. Иванов, А. И. Аксенов, А. М. Юшин. М. : Энергоатомиздат, 1988.-409 с.

71. Пат. 2029975 РФ МПК G02B 6/42 Соединитель световодного волокна с фотоприемником / Г. М. Михеев (Российская Федерация). Опубл. 1995, Бюл. № 4.

72. Технические средства диагностирования: Справочник / В. В. Клюев, П. П. Пархоменко, В. Е. Абрамчук и др.; Под общей ред. В. В. Клюева. -М .: Машиностроение, 1989. 672 с.

73. Фотодиод ФД-24К. Технические условия ТУ-3-3.1693-79. 39 с.

74. А. с. 1647345 СССР. Способ определения перемещений плоских элементов конструкций под нагрузкой / В. И. Коробко, Н. Д. Идрисов (СССР). Опубл. 1991, Бюл. № 15.

75. Пат. 2157520 РФ. Способ определения максимального перемещения элемента конструкции в виде пластинки при поперечном изгибе под действием равномерно распределенной нагрузки / В. И. Коробко, А. А. Павленко, С. Н. Мисун (РФ). Опубл. 2000, Бюл. № 28.

76. Плотников, С. Н. Фотоэлектрический контроль частоты изгибных колебаний Текст. / С. Н. Плотников, Н. Г. Богданов, Ю. Б. Иванов // Контроль. Диагностика. 2008. - № 9. - С. 64-73.

77. Шило, В. Л. Популярные микросхемы КМОП: Справочник / В. Л. Шило. -М. : Ягуар, 1993. 64 с.

78. Шаповалов, Л. А. Моделирование в задачах механики элементов конструкций / Л. А. Шаповалов. М. : Машиностроение, 1990. - 287 с.

79. Сехниашвили, Э. А. Интегральная оценка качества и надежности конструкций / Э. А. Сехниашвили. М. : Наука, 1988. - 217 с.

80. Пат. 2097727 РФ. Способ неразрушающего контроля качества готового железобетонного изделия / В. И. Коробко, Г. В. Слюсарев (Российская Федерация). Опубл. 1997, Бюл. № 33.

81. Коробко, В. И. Теоретические основы модифицированного вибрационного метода диагностики элементов строительных конструкций в виде плит Текст. / В. И. Коробко, А. А. Павленко, С. Н Мисун // М. : Изд-во АСВ. 1997.-396 с.

82. А. с. 1430817 СССР. Способ контроля жесткости балки / В, И. Коробко, Г. В. Слюсарев (СССР). Опубл. 1988, Бюл. № 38.

83. Плотников, С. Н. Измерение интегральных характеристик строительных конструкций на основе вибрационного метода Текст. / С. Н. Плотников // Известия ОрелГТУ. 2009. -№ 1. - С. 109 - 112.

84. Плотников, С. Н. Методика виброчастотного контроля по амплитудно-временным характеристикам Текст. / С. Н. Плотников, С. Н. Савельев // Известия ОрелГТУ. 2005. - № 1. - С. 19 - 22.

85. Плотников, С. Н. Микропроцессорный контроль качества строительных конструкций вибрационным методом Текст. / С. Н. Плотников, Н. Г. Богданов // Известия ОрелГТУ. 2005. - № 2. - С. 22-25.

86. Плотников, С. Н. Виброчастотный контроль несанкционированного доступа на режимных объектах Текст. / С. Н. Плотников, Н. Г. Богданов, С. Н. Щекотихин // Перспективы развития средств связи : сб. науч. тр. / ПИ ФСБ РФ Голицино, 2007. - С. 94 - 97.

87. А. с. 1640595 СССР. Способ контроля жесткости на изгиб железобетонных элементов / В. И. Коробко (СССР). Опубл. 1991, Бюл. № 13.

88. А. с. 1536213 СССР. Способ определения массы протяженного изделия / В. И. Коробко (СССР). Опубл. 1990, Бюл. № 14.

89. Коробко, В. И. Вибрационный контроль жесткости конструкций в виде балок и пластинок / В. И. Коробко, Н. Г. Калашникова, С. Н. Савельев / "Контроль. Диагностика.", № 11(53). М. : 2002. - С. 49 - 53.

90. Ермолов, И. Н. Методы и средства неразрушающего контроля качества / И. Н. Ермолов, Ю. Я. Останин. М. : Высшая школа, 1988. - 368 с.

91. Пат. 2036462 РФ. Способ интегральной оценки качества предварительно напряженных железобетонных элементов и устройство для его реализации / В. И. Коробко, Г. В. Слюсарев (Российская Федерация). Опубл. 1995, Бюл. № 15.

92. Интегральные микросхемы. Операционные усилители: Справочное издание. Том 1. -М. : Додэка, 1993. 238 с.

93. Коробко, В. И. Строительная механика: Динамика и устойчивость стержневых систем / В. И. Коробко, А. В. Коробко / Под общей ред. В. И. Коробко. -М. : АСВ, 2008. 400 с.

94. Серридж, М. Справочник по пьезоэлектрическим акселерометрам и предусилителям / Серридж М., Лихт Т. Р. "Брюль и Къер", 1997. - 368 с.

95. Виглеб, Г. М. Датчики: Устройство и применение / Пер. с нем. -М.: Мир, 1989. С. 143 - 150.

96. Выгодский, М. Я. Справочник по высшей математике / М. Я. Выгодский. М.: Наука, 1966. - 873 с.

97. Технические средства диагностики: Справочник. М. : Машиностроение, 1989. - 636 с.

98. Попов, В. Д. Комплекс средств контроля параметров зеркал для датчиков лазерных гироскопов. М.: Изд. стандартов, 1998. - 342 с.

99. Загорский, Я. Т. Котюк А. Ф. Основы метрологического обеспечения лазерной энергетической фотометрии. -М.: Изд. стандартов, 1990. 172 с.

100. Иванов, Б. Р. Цифровой измеритель мощности оптического излучения // Приборы и системы управления, 1991. № 11. С. 46 - 47.