Устройство для диагностики технического состояния инженерных конструкций

Предлагаемое устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для диагностики технического состояния различных инженерных сооружений в процессе эксплуатации.

Сложные инженерные конструкции различного назначения при строительстве и в процессе эксплуатации подвергаются влиянию воздействий различной природы, что негативно сказывается на прочностных качествах составных частей конструкции, вследствие чего возникает необходимость контроля общего технического состояния конструкции и ее отдельных частей для обеспечения безопасных условий эксплуатации.

Технический уровень

В процессе патентного поиска выявлен ряд изобретений-аналогов.

Вибрационный дефектоскоп (№53781, МПК G01N 29/04, опуб. 27.05.2006), состоящий из независимого генератора вибрационных колебаний, двух или более одинаковых датчиков вибраций и блока-анализатора, имеющего: компенсаторы, блок сравнения, пороговый элемент; или аналого-цифровые преобразователи и микроконтроллер; а также имеющего средства вывода результата дефектоскопии в форме управляющего электрического сигнала, световой индикации или звукового сигнала. Суть изобретения заключается в том, что датчики вибраций, подключаемые через общий разъем к блоку-анализатору имеют конструктивное оформление трех видов: индивидуально прикрепляемые к поверхности диагностируемого объекта датчики вибраций, имеющие вакуумные, магнитные или иные средства временного крепления; в виде группы датчиков вибраций, закрепленных на общей раме или иной общей основе; в виде "головки", перемещаемой в процессе диагностики по поверхности объекта, содержащей несколько датчиков вибраций, разделенных изолирующими перегородками и собранных таким образом, чтобы их чувствительные поверхности, воспринимающие вибрационные колебания от объекта, соприкасались с поверхностью объекта одновременно.

Недостатком данного изобретения является использование сложность измерительной системы, что влияет на точность получаемой информации.

Известно также устройство (№85238, G01N 29/12, опубл. 27.07.2009), предназначенное для звукового контроля деревянных опор линий электропередач, линий связи и т.п., и содержащее приемник звукового сигнала, в качестве которого использован микрофон, соединенный с усилителем, сигнал с которого поступает на микроконтроллер, один из выходов которого соединен с дисплеем жидкокристаллическим дисплеем. Микроконтроллер соединен также со считывателем, который снабжен антенной для передачи радиочастотного сигала на метку RFID. При первичном контроле на дисплее отображается информация о результатах текущего измерения. При последующем контроле на дисплей дополнительно выводится информация с метки RFID, что позволяет оценить изменения, которые произошли в состоянии опоры за временной промежуток между двумя измерениями.

Изобретение имеет ряд недостатков, к которым можно отнести отсутствие в конструкции датчиков для измерения вибрационных характеристик опоры, а также использование усилителя звука, что может спровоцировать появление звуковых помех.

Прототипом является устройство (№127906, G01H 1/00, опубл. 10.05.2013) для диагностики неисправностей технического оборудования, включающее стетоскоп, состоящий из звукоприемной головки с мембраной и стержнем, звукопровода и оголовья с «оливой». Его принцип действия заключается в том, что вместо одной из «олив» установлен микрофон, предназначенный для регистрации звукового сигнала, и пьезокерамический датчик детонации, зафиксированный с помощью элемента крепления на корпусе диагностируемого технического оборудования, предназначенный для регистрации вибрационного сигнала, подключенные проводами к разъему для микрофона персонального компьютера, на котором установлена программа обработки звукового сигнала.

К недостаткам данного изобретения можно отнести слабость получаемого сигнала.

Задача предлагаемого устройства заключается в передаче вибрационного сигнала, сообщаемого исследуемой поверхности, через водную среду.

Устройство для диагностики технического состояния инженерных конструкций, включающее стетоскоп, состоящий из звукоприемной головки с мембраной и стержнем, звукопроводов и «олив», и содержащее микрофон для регистрации звукового сигнала, отличающееся тем, дополнительно установлен тензометрический датчик деформации на диагностируемой поверхности и емкость с водой с помещенным в нее микрофоном и звукоприемной головкой стетоскопа, причем показания датчика и микрофона фиксируются записывающим устройством.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом. На фиг. 1 приведена принципиальная схема датчика для фиксации вибрационных колебаний, которая дает детальное представление о составляющих его элементах. В конструкции имеются параллельно подсоединенные устройства для фиксации вибрационных импульсов, представляющие из себя звукоприемную головку стетоскопа 1 и помещенный в водонепроницаемую оболочку микрофон 2. Звукоприемная головка стетоскопа связана с «оливами» 5 при помощи общего провода 3, а микрофон связан этим же проводом с записывающим устройством 10. И микрофон и стетоскоп закреплены направляющими 4, установленными на корпусе 6. Корпус снабжен приспособлениями 7 для крепления к исследуемой поверхности, снабженными устройствами для откачки воздуха 8 и тонкой резиновой мембраной, а также трубкой 9 для прохода через нее соединяющего провода. Корпус снабжен крышкой 11 для замены воды в циллиндре.

Устройство работает следующим образом. После выбора для исследования элемента диагностируемой конструкции устройство присоединяется к нему при помощи приспособлений крепления с последующей откачкой воздуха для более надежной фиксации. Так как большинство исследуемых поверхностей имеют микронеровности, то при сообщении им вибраций резиновая мембрана при взаимодействии будет поглощать колебания, исходящие от поверхности, что влияет на получаемую информацию. При возникновении необходимости более точных измерений мембрана отсоединяется, и датчик прикрепляется к исследуемой поверхности напрямую. Также к исследуемой поверхности присоединяет тензометрический датчик. На следующем этапе элементу сообщают вибрационное воздействие, которое через водяной столб передаются на микрофон. При помощи него фиксируют вибрационные колебания и полученная информация передается на записывающее устройство. Одновременно обрабатываются данные, полученные от тензометрического датчика. Также оценка технического состояния диагностируемой конструкции производится при помощи информации, получаемой посредством стетоскопа. Его применение позволяет произвести ускоренную диагностику исследуемой поверхности без привлечения средств обработки информации. Усиление сигнала производится за счет того, что микрофон и звукоприемная головка стетоскопа помещены в водную среду. Таким образом, информация о техническом состоянии исследуемой конструкции поступает в записывающее устройство от двух источников, что позволяет более точно определять текущее состояние инженерной конструкции.

После чего полученные данные передаются по проводному соединению на персональный компьютер в центр контроля и оценки технического состояния, где обрабатываются методом спектрального анализа, на основании чего делается вывод о наличии или отсутствии дефекта. Затем обработанная информация отправляется на хранение в общую электронную базу по исследуемому объекту.

Техническое состояние инженерных сооружений оценивается с определенной периодичностью, что позволяет отслеживать появление дефектов конструкции относительно эталонных значений, за которые принимаются измерения, проведенные при введении конструкции в эксплуатацию.

Большинство диагностических подходов в вопросах оценки текущего состояния инженерных сооружений основано на использовании тензометрических и вибрационных датчиков, что не всегда эффективно из-за сопутствующего работе сложной аппаратуры магнитного поля. Это, в свою очередь, стимулирует интерес к поиску и разработке методов, независящих от интенсивности магнитного поля, в частности, основанных на использовании в качестве среды проведения измерений воду, а измеряемой величиной - вибрационные колебания.

Предлагается устройство, принцип действия которого основан на использовании вибрационного датчика нетрадиционной конструкции, что позволяет определять степень остаточной прочности составных частей конструкции и наличие пустот в ее локальных местах для сбора данных и анализа информации о найденных дефектах, вызванных нагрузками и условиями интенсивной эксплуатации, так как водная среда передает колебания широкого спектра.

Работа устройства заключается в сообщении вибрационных воздействий исследуемой части инженерной конструкции с последующей фиксацией получаемой информации при помощи устройства в виде цилиндра специальной формы, наполненного водой и снабженного устройствами для фиксации вибрационных колебаний и приспособлениями для крепления к исследуемой поверхности.