Способ контроля состояния длинномерного объекта и устройство для его осуществления

/О 01 ЕН ль- ых и ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОспАтент сссР 1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Центральный научно-исследоватеский геологоразведочный институт цветни благородных металлов(56) Авторское свидетельство СССРМ 1742615, кл. 0 01 В 15/00, 1987.(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНДЛИННОМЕРНОГО ОБЬЕКТА И УСТРОСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к контрольизмерительной технике. Цель изобретен Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а точнее к контролю механических параметров длин- номерных грузонесущих конструкций (рельсОвых нитей железнодорожного полотна, Монорельсов, канатных подвесных дорог) и является усовершенствованием изобретения по авт.св, М 1742615.Целью дополнительного изобретения является расширение функциональных воэможностей контроля эа счет одновременного определения состояния грузонесущей конструкции и параметров перемещающейся по ее поверхности нагрузки,На фиг.1 приведена функциональная схема устройства, реализующего способ контроля состояния длинномерного объекта; на фиг.2 - элемент грузонесущей конструкции с закрепленным волноводом. 1793213 А 2- расширение функциональных возможностей контроля за счет одновременного определения состояния грузонесущей конструкции и параметров перемещающейся по ее поверхности нагрузки -достигается посредством того, что с помощью волновода фиксируют распределение кривизны и изгибной жесткости по длине конструкции, затем в процессе эксплуатации конструкции определяют ее напряженно-деформированное состояние путем измерения возникающих деформаций, одновременно по известной изгибной жесткости и деформациям конструкции получают распределение величины нагрузки, скорость и ускорение перемещения нагрузки вдоль конструкции, 2 с.п.ф-лы, 2 ил. Устройство содержит последовательно соединенные источник 1 модулированной волновой энергии, выполненный, например, в виде связанных между собой генератора 3 оптического диапазона, первый пространственный фильтр 4, канал 5 передачи волновой энергии в виде волновода, второй пространственный фильтр 6 и демодулятор 7, выполненный в виде двух синхроных фотодетекторов 8 и 9, подключенных к выходам второго пространственного фильтра 6, интегратора 10, подключенного к выходу детектора 9 и связанного с выходами интегратоар 10 и второго детектора 8, операционного усилителя 11, выход которого является выходом демодулятора 7,В состав демодулятора 7 входит генератор 12 сигналов, синхронизированный через направленный ответвйтель 13 ссигналом опорной моды на выходе прострэнственного фильтра 6, выход генератора 12 подключен на вторые выходыфотодетекторов 8 и 9.Кроме того, в состав устройства для контроля состояния длинномерного объектавходят аналого-цифровой преобразователь(АЦП) 13, микропроцессор 14 и блок 15 памяти, соединенные последовательно, причем вход АЦП 13 подключен к выходудемодулятора 7, а также видеотерминал 16,соединенный с выходом микропроцессора14.Длинномерным объектом в примере реализации способа выступает грузонесущая 15конструкция в виде рельса 17 (фиг,2) по которому перемещается распределенная нагрузка, а именно - железнодорокныйсостав 18,Волновод 5 должен быть выполнен по 20меньшей с одной опорной и одной измерительной, взаимодействующими в зависимости от кривизны его оси, модами.Способ контроля состояния длинномерного обьекта осуществляется следующимобразом,В начале контроля в источнике 1 модулированной волновой энергии модулятор 2вырабатывает последовательность импульсов, модулирующих высокочастотные колебания генератора 3 оптического излучения,Длительность и период повторения моделирующих импульсов определяются требуемыми параметрами контролядинамическим диапазоном изменения контролируемого параметра (в данном случаекривизны поверхности рельса 17), разрешающей способностью контроля по длине обьекта, а также параметрами волновода 5. Навыходе генератора 3 формируется импульснэя последовательность оптических коге рентных колебаний. Эта последовательность когерентных колебания поступает на вход пространственного фильтра 4. Вэтом фильтре 4 происходит преобразование 45пространственной структуры оптическогополя так, чтобы на входе волновода 5 этаструктура соответствовала требуемойструктуре по меньшей мере одной опорноймоды, Так формируется и падается в волновод 5 опорная мода, Распространяясь поволноводу 5, опорная мода возбуждаетизмерительную моду С погонным коэффициентом взаимодействия между организованными модами, пропорциональным 55изменению кривизны оси волновода 5. Следовательно, измерительная мода также импульсный сигнал, когерентный с сигналомопорной моды, За счет заранее созданногоразного замедления фазовых скоростей опорной и измерительной мод в волноводе 5 обеспечивается распространение мод с различными скоростями, что далее создает возможность с помощью масштабного преобразования перейти в демодуляторе 7 от временной координаты в сигнале, соответствующем распределению кривизны, к про- странственной вдоль волновода 5.Проходя через пространственный фильтр 6, опорная и измерительная моды разделяются в пространстве и поступают на первые входы соответственно снихронных фотодетекторов 9 и 8. Эти входы являются входами демодулятора 7, Направленный ответвитель 13 отделяет некоторую часть энергии опорной моды с первого входа синхронного фотодетектора 9 для синхронизации генератора 12. Остальная часть энергии передается на первый вход синхронного фотодетектора 9. Одновременно на вторые входы синхронных фотодетекторов 8 и 9 подается сигнал генератора 12 в виде когерентного ссигналом опорной моды СВЧ-поля, за счет чего осуществляются синхронные (с сохранением знака огибающей импульсов измерительной моды) детектирование оптических полей. На выходах снихронных детекторов 8 и 9 появляются таким образом электрические сигналы, Причем сигнал на выходе синхронного фотодетектора 9 пропорционален огибающей сигнала опорной моды, а сигнал на выходе синхронного фотодетектора 8 пропорционален с учетом знака огибакщей сигналу измерительной моды, который в свою очередь является отображением распределения приращения кривизна вдоль оси волновода 5 или поверхности рельса 17,Электрйческие импульсы опорного сигнала с выхода синхронного фотодетектора 9 поступают на вход интегратора 10, на выходе которого образуется электрический сигнал, соответствующий амплитуде входного импульсного сигнала (сигнал интегральный амплитуды), Сигйал с выхода интегратора 10 подается на первый вход операционного усйлителя 11, на второй вход которого подается измерительный сигнал с выхода синхронного фотодетектора 8, Нэ выходе операционного усилителя 11, осуществляющего также интегрирование, снимается электрический сигнал, величина которого определяется величиной интеграла от приращения кривизны вдоль оси волновода 5 и не зависит от величины опорного сигнала. С выхода операционного усилителя 11, являющегося выходом демодулятора 7, сигнал, пропорциональный распределению кривизны рельса 17, поступает нэ вход АЦП 13, В АЦП 13 этот сигнал преобразуется в цифро1793213 20 вой код, который поступает на вход микропроцессора 14. В последнем производится цифровая обработка распределения кривизны рельса 17 сначала для определения изгибной жесткости рельса 17 с учетом подстилающей поверхности при прохождении железнодорожного состава 18 с известным весом и известной длиной. Полученная из-. гибная жесткость в виде распределения по длине рельса 17 с выхода микропроцессора 14.передается и записывается в блоке 15 памяти. По распределению текущей кривизны, изгибной жесткости рельса 17, скорости и ускорению перемещения контролируемого состава 18 (определяемым по скорости и ускорению перемещения деформаций) в Формула изобретения 1, Способ контроля состояния длинно- мерного объекта по авт.св. М 1742615, о тл ич а ю щийс я тем,что,с целью расширения функциональных возможностей контроля за счет одновременного Определения состояния грузонесущей конструкции и параметров перемещающейся по ее поверхности нагрузки, в волноводе, реагирующем на изменение кривизны его оси, создают разные замедления фазовых скоростей опорных и наиболее информативных по кривизне конструкции мод, перемещения по поверхности конструкции заранее заданную нагрузку, с помощью волновода фиксируют распределение кривизны и соответственно изгибной жесткости по длине конструкции, затем в процессе эксплуатации конструкции определя ют ее напряженно-деформированное состояние за счет измерения возйикающих деформаций, а также одновременно по известной изгибной жесткости и деформациям конструкции получают распределение величины нагрузки, скорость и ускорение ее перемещения вдоль конструкции,микропроцессоре 14 определяются вес состава 18 и его распределение по длине, прогнозируется местонахождение состава 18 через заданное время и определяется на пряженно-деформированное состояниерельса 17. Результаты обработки с выхода микропроцессора 14 поступают для отображения на вход видеотерминала 16,Волновод 5 целесообразно выполнять в 10 виде волоконного по меньшей мере двухмодового световода с изолирующей и защитной оболочками с кварцевыми или полимерными волокнами. Волновод 5 закрепляется на поверхности рельса 17, не контактирующей с железнодорожнымсоставом 18,2. Устройство для контроля состояния длинномерного обьекта по авт. св, М 1742615, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей контроля, оно снабжено аналого-цифровой преобразователем (АЦП), микропроцессором, вход которого соединен с выходом АЦП, вход АЦП соединен с выходом демодулятора, выход микропро- . цессора подсоединен к входу видеотерминала, а волновод, выполненный в виде многомодового волоконного световода с изолирующей и защитной оболочками, закреплен вдоль образующей грузонесущей конструкции на ее не контактирующей с нагрузкой поверхности в плоскости деформаций, возникающих от действия перемещающейся нагрузки, синхронные детекторы выполнены в виде фотодетекторов, а источник модулированной волновой энергии выполнен в виде генератора оптического излучения.3, Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что грузонесущую конструкцию используют в качестве волновода в акустическом диапазоне волн.1793213 г. оставитель В.Николаев хред М.Моргентал Корректор С.Пекарь едактор Л.Волкова кий комбинат Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 оизводственно-издател аказ 494 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственноо комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/Б