CC BY
27
обмотки электромагнитных реле.
Автономный регистратор предназначен для регистрации сигналов наклономеров и показаний датчика температуры. Структурная схема регистратора приведена на рисунке 3.
не обсерватории Талая Байкальского филиала Геофизической службы СО РАН.
Расстояние между местом установки наклономеров с автономным регистратором и обрабатывающего компьютера составляет примерно 150 м. Непосредственная организация -связи между автономным регистратором
Автономный регистратор
Аналоговый Микр око нтр о л л ер
Память EEPROM
канал 0 Аналоговый 1=1 0 1—г Ан СО
канал 1 Устройство сопряжения с RS-232
Й ЭВМ
Датчик щ,—^ щ г
температуры Р*
Рис. 3. Структурная схема автономного регистратора
Основным элементом регистратора является микроконтроллер (PIC16F876). Программа микроконтроллера управляет всем устройством. В энергонезависимую память EEPROM объемом 16 Мбит (AT45DB161) ведется запись данных с двух аналоговых каналов и от датчика температуры (DS18B20). Устройство сопряжения (МАХ232) предназначено для преобразования логических уровней микроконтроллера в уровни интерфейса RS-232.
Программное обеспечение комплекса состоит из двух сегментов: написанной на языке ассемблера PIC12/16 в среде MICROCHIP MPLAB IDE v.7.11. программы микроконтроллера автономного регистратора и написанной в среде Borland Delhi 5 управляющей программы ЭВМ,
Разработанный аппаратно-программный комплекс для измерения наклонов земной поверхности в настоящее время находится в режиме отладки и опытной эксплуатации. Комплекс установлен в геофизической штоль-
НСО и компьютером на таком расстоянии по интерфейсу 1^-2320 невозможна; кроме того, интерфейс RS-232C не обеспечивает гальваническую развязку, что недопустимо в данных условиях по соображениям грозозащиты и защиты от наводок силовых электрических цепей. Для организации постоянной связи на требуемое расстояние был применен интерфейс «токовая петля», реализованный на специализированных микросхемах (НСРЬ 4100, НСРЬ4200). Передача сигналов ведется по экранированным витым парам, сигнал передается наличием или отсутствием тока в цепи, обеспечивается гальваническая развязка с обеих сторон.
Библиографический список
1. НСО.ОО.ОО.ООО ТО Наклономерная станция. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - М. : ОКБ ИФЗ АН СССР, 1980. - 81 с.
2. Островский, А.Е. Деформации земной коры по наблюдениям наклонов / Алексей Емельянович Островский. - М. : Наука, 1978. - 184 с.
Статья принята к публикации 21.05.07
С.В.Дудаков
Об акустической диагностике железобетонных изделий
Группой сотрудников Томского политехнического университета был разработан и реализован метод контроля прочности железобетонных конструкций по измерениям характеристик отклика, возникающего в момент калиброванного удара по изделию [1-3]. Метод широко опробован и показал свою высокую эффективность на строительных конструкциях и мостовых сооружениях. Для использования метода, называемого авторами [1-3] электромагнитный эмиссионный контроль прочности бетонов, был изготовлен микропроцессорный регистратор «Прочность». В качестве датчика электромагнитных сиг-
налов используется антенна (если выражаться в терминах радиосвязи), представляющая собой, широкополосный полуволновой вибратор размером 4 см, выполненный в виде двух равнобедренных треугольников с основанием 2 см. Эта антенна через сопротивление 27 МОм соединена с усилителем. Для приема низкочастотного электромагнитного излучения звукового диапазона эта система малоэффективна из-за высокоомного входа и малых размеров. Усилитель помещён в массивный алюминиевый корпус, закреплённый внутри алюминиевого цилиндра высотой 11,5 см и диаметром 6 см. Толщи-
на стенок и дна 2 мм, Весь датчик к корпусу регистратора крепится стальной пружиной, которая его прижимает к контролируемому изделию в момент удара бойка «молотка» Шмидера (см. фото на рис.1).
Из-за того, что корпус усилителя закреплён внутри цилиндра через резиновые прокладки корпуса, дно цилиндра колеблется относительно антенны, которая в таком исполнении выполняет роль емкостного датчика. Алюминиевый цилиндр заземлён и выполняет роль хорошего экрана для низкочастотного электрического поля, создаваемого при ударе. В целом, датчик работает как конденсаторный микрофон, который передаёт на усилитель собственные частоты контролируемого образца и биения, которые определяются механическими свойствами датчика (см. осциллограммы записи отклика на удар куска бордюра (рис.3). По амплитуде и спектру колебаний изделия в диапазоне звуковых частот определяется прочность изделия [1-3].
Для детального рассмотрения методики измерения регистратором «Прочность» на кафедре «Телекоммуникационные системы» ИрГУПС были проведены исследования наблюдаемого спектра частот при калиброванном ударе, выполняемом при помощи «молотка» Шмидера, возникающих продольных, поперечных, поверхностных и изгибных волн [4].
Для проведения регистрации акустического излучения был использован электретный микрофон с усилителем и цифровым запоминающим осциллографом Agilent DSO 3202А (двухканальный с частотой опроса каждого канала до 1 ГГц) был произведён спектральный анализ акустического отклика куска бетонного тротуарного бордюра размером 0,56х0,20х х0,075 м3 и железобетонной плиты перекрытия размером 6,3x1,2x0,22 м3, Далее определена прочность образца прибором «Прочность» и проанализированы спектральные характеристики отклика. Регистрируемые осциллограммы акустического отклика исследуемого образца бетона и их спектр приведены на рис. 3, [Следует только отметить, что разработчики и изготовители прибора «Прочность» на оси абсцисс осциллограмм ошибочно вместо микросекунд дают значения времени регистрации отклика в миллисекундах].
Значения прочности бетона, из которого изготовлен бордюрный камень, при измерении в разных плоскостях лежат в пределах 22-64 МПа.
Для сравнения были проведены измерения прочности образца тестером ультразвуковым УК-1401. Измерения дали следующие средние значения скорости 3097 м/с и прочности (20,8 ± 7,3) МПа.
Рис.1 Регистратор «Прочность». (Слева направо) - «молоток» Шмидера, цилиндр, со смонтированным внутри усилителем и антенной, микропроцессорный пульт управления, регистрации и обработки сигнала
Рис.2.0сциллограмма и её спектр
при регистрации акустического излучения при ударе о плоскость 0,2x0,56 м2
Прочность образца бетона в соответствии с инструкцией тестера УК-1401 была определена в МПа по формуле Я = 0,016К - 27,3 , где У-скорость.
Для интерпретации полученных величин прочности образца бетона в соответствии с монографией [4] были рассмотрены различные типы волн. Частотный диапазон зарегистрированных волн располагается в интервале от сотен Гц до 22,5 кГц. Проведённые оценки скоростей для бетона со следующими величинами модуля Юнга Е = (1,5-3,9)хЮ10 Па =(0,15-0,4)х106 к^см2; коэффициента Пуассона о =0,1-0,15 [5] дали величины продольных скоростей в пределах 2360-3800 м\с, поперечных -1600-2600 м\с, поверхностных волн Релея - 1450-2300м\с.
Сравнение со значением скоростей, вычисленных 21
по формуле V = /--(1), где f - частота, / - раз-
к
Рис. 3. Вверху - осциллограмма сигнала, внизу - спектр сигнала образца при ударе о плоскость 0,2x0,56 м2
мер, к =1,2,3,.. для размеров исследуемых образцов показало следующее.
Если использовать для анализа только частоты, у которых значения спектральных составляющих превышают величину 100 мВ (среднеквадратичного значения), тогда наблюдаемые значения частот для удара по плоскости 0,075x0,56 м2 800 Гц и 2400 Гц, а для плоскости 0,2x0,56 м2 - 1700 Гц. Для первого случая отношение между частотами равно 3 и соответственно значения скоростей для к=1 и к=3 практически равны v= 2x0,56х 800 = 2x0,56x2400/3 = 896 м\с. Для второго случая - у= 2x0,56x1700= 1904 м\с. Из сравнения величин рассчитанных скоростей продольных, поперечных и релеевских волн и экспериментальных значений скоростей волн, полученных в соответствии с формулой (1) по наблюдаемым частотам, следует, что для нашего случая эти волны не возникают. Кандидатами для объяснения наблюдаемых волн остаются изгибные волны и волны растяжения [4].
Если предположить, что возникают изгибные волны при значениях о =0,1 и р=2700 кг\м3 и толщине пластины с!=0,2 м (т.е. при ударе о плоскость 0,075x0,56 м2), то величина модуля Юнга составит Е=2,4хЮ10 Па для к-1,3. При ударе о плоскость 0,2x0,56 м2 при толщине пластины с!=0,075 м значение скорости 1904 м\с даёт величину -Е=7,6х 10й Па.Значение модуля Юнга в этом случае для бетона слишком велико. В этом случае более подходящим кандидатом для такой высокой скорости являются волны растяжения, величина которых равна скорости продольных волн (ультразвуковой тестер для этой плоскости даёт значение 2020 м\с).
Для частоты 110 Гц, полученной микрофоном звуковых частот в полосе частот от 50 Гц до 15 кГц, результаты могут быть объяснены продольными или поперечными волнами, возникающими при ударе в железобетонной плите перекрытия, которая имеет размеры 6,3x0,22x1,2 м5. В этом случае значение модуля Юнга при заданных табличных значениях плотности бетона и коэффициенте Пуассона даёт величину продольных и поперечных волн соответственно значению Е=5,2х109 Па и Е=1,0хЮ10 Па.
Таким образом, проведённые исследования показывают возможность оценки величины модуля Юнга по регистрации волн акустического диапазона, возникающих при ударе бетонных изделий.
Библиографический список
1. Гордеев В.Ф., Малышков Ю.П., Чахлов В.Л. и др, Электромагнитный эмиссионный контроль прочности бетонов II Дефектоскопия.-1992.-№7.-С.76-80.
2. Чахлов В.Л., Малышков Ю.П., Гордеев В.Ф. и др. Электромагнитные эмиссии бетонов при ударном нагружении II Изв.вузов. «Строительство».-1995.-№5-6.-С.54-57.
3. A.c. 1375984 СССР, МКИ 4 G 01 N 3/00. Способ не-разрушающего контроля прочности изделий I Гордеев В.Ф., Цой A.A., Малышков Ю.П., Леонов А.Н.; Томск, политехи, ин-т. - N 4001564 /25-28; Заявл. 03.01.86; Опубл. в Б.И., 1988, N 7.
4. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. Изд-во иностранной литературы,- М„ 1956.
5. Краткий физико-технический справочник I Под ред, К.П.Яковлева. -М.: ФИЗМАТГИЗ, 1960. - Т 2. С.136.
Статья принята к публикации 21.05.06
