Устройство для определения плотности грунтов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) 114 С 01 Ы 3/3 САНИЕ РЕТЕНИ 8 рдена Трудонститут инго транспортаГри.Н.С8) чкин енко и У 1532819,ьство СССР 1/02, 1977 ПРЕДЕЛЕНИЯ ится к приб оскости Гру ых мешков" ного полотн ность опред стройство ники колебании формироваровки 7, триг 4 ь 00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Днепропетровскийвого Красного Знамениженеров железнодорожноим. М.И.Калинина(57) Изобретение относрам для определения плтов и поиска "балластносновании железнодорожПозволяет повысить точния плотности грунтов.содержит датчики-прием1 и 2, усилители 3 и 4тели 5 и 6, узел блоки гер 8, генератор импульсов 9, узел сброса 10, ключ 11, счетчик 12, элемент памяти 13 и индикаторный блок 14. Датчики-приемники колебаний 1 и 2 устанавливаются на поверхности исследуемого сооружения, возбуждается ударная волна, которая достигает последовательно обоих датчиков. Формирователь 5 преобразует сигнал любой полярности в положительный импульс, Импульсы подаются на вход счетчика 12. При достижении волной датчика 2 срабатывает узел сброса 1 О и счетчик 12 прекращает счет. С регистра памяти информация поступает на индикаторное устройство 14. Т, к. датчики 1 и 2 установлены на заданном расстоянии, возможно определить время распространения ударного импульса. При отсутствии дефектов измеренное и расчетное время совпадают. Устройство повышает точность измерения времени ударного импульса, что позволяет достаточно точно определять границы дефектных зон, 5 ил.1231428 ванин железнодорожного полотна.Целью изобретения является повышение точности определения.На фиг 1 представлен график измерения времени распространения ударной волны между двумя датчиками, атакже эпюры выходных сигналов формирователей; на фиг. 2 - функциональ"ная схема устройства, на фиг. 3принципиальная схема формирователейузла блокировки, на фиг, 4 - принципиальная схема узла сброса, генератора импульсов, ключа а также одинразряд счетчика и регистра памяти",на фиг.5 - схема обнаружения дефекта.Устройство (фиг. 2) содержит датчики-приемники колебаний 1 и 2, усилители 3 и 4, формирователи 5 и 6,узел блокировки 7, триггер 8, генератор импульсов 9, узел сброса 10,ключ 11, счетчик 12, элемент памяти13 и индикаторный блок 14,Формирователи 5 и 6 (фиг. 3) содержат диодные мосты 15 и 16, резисторы 17 и 18, инверторы 19 - 22, резисторы 23 и 24. Узел блокировки 7(фиг, 3) содержит инвертор 25, логический элемент ИЛИ-НЕ 6, ключ 27,резистор 28, конденсатор 29, резистор 30, транзистор 31, инвертор 32. 5 10 1520 25 30 35 40 45 50 55 1 енератор импульсов 9 (фиг, 4) со,цержит инверторы 33, 34 и 35, резистор 36 и кварцевый резонатор 37,Узел сброса 10 (фиг. 4) содержит инверторы 38 - 43, логический элемент ИЛИНЕ 44, логический элемент И 45, резистор 46, конденсатор 47, инверторы 48 и 49.Устройство работает следующим образом. Изобретение относится к приборамдля определения ппотности грунтов ипоиска "балластных мешков" в осноНа поверхности исследуемого сооружения устанавливаются датчики-приемники колебаний 1 и 2. Затем возбуждается ударная волна таким образом, чтобы сначала она достигла датчик 1, а потом датчик 2. В датчике 1 упругая волна преобразуется в электрический сигнал, который имеет вид затухающей синусоиды, Причем в зависимости от того, какая волна распространялась (волна сжатия или волна разрежения), первое вступление синусоиды будет либо положительным, либо отрицательным. Усилитель 3 усиливает сигнал датчика 1. Формирователь 5преобразует входной сигнал любой полярности в положительный П-импульс.Через узел блокировки 7 импульс проходит практически без задержки (задержка составляет порядка 20 нс, аточность устройства 0,1 мкс) на первый вход триггера 8, на выходе которого появляется уровень логическойединицы, открывающий ключ 11, черезкотооый временные импульсы генератора 9 подаются на вход счетчика 12,который начинает их считать. Когдаупругая волна, распространяясь посооружению, достигает датчик 2, онапреобразуется в электрический сигнал,усиливается усилителем 4 и формируется в положительный П-импульс формирователем 6, Этот импульс поступает на узел блокировки 7, второй входтриггера 8 и узел сброса 10. Узелблокировки закрывает первый канална 1 с (время достаточное для затухания отраженных волн), а триггер переключается в исходное состояние.Теперь, если какой-либо сигнал пос"тупает на первый вход, то он не сможет переключить триггер из-за закрытого узла блокировки. Триггер 8 закрывает ключ 11, и счетчик 12 прекращает счет. Входной импульс второго канала в узле сброса 1 О задерживается на время, достаточное для прохождения сигнала от второго датчикачерез триггер 8, ключ 11 и счетчик12 (для микросхем серии К 155 этобудет порядка 800 нс). Затем по переднему фронту вырабатывается короткий импульс, разрешающий запись инФормации счетчика 12 в регистр памяти 13, а по заднему фронту вырабатывается импульс, стирающий информацию счетчика 12. С регистра памяти информация поступает на индикаторное устройство 14.Работу Формирователей 5 и 6 рассмотрим на примере формирователя 5. Входной сигнал, представляющий собой затухающую синусоиду, подается на диоцный мост 15, На резисторе 17 имеем положительное пульсирующее напряжение. Как только амплитуда первой полуволны достигает уровня переключения инверторов 19 и 20, на выходе инвертора 20 появляется логическая единица, Когда входная амплитуда уменьшается до того же уровня, на выходе появляется логический ноль. Резистор 23, представляющий40 собой положительную обратную связь,Всоздает крутые фронт и срез выходного ищульса. Таким образом, каким бы вступлением не был входной сигнал(положительный или отрицательный) на вЫходе формирователя имеем лоложительный импульс, длительность которого равна длительностивходной полуволны на уровне переключения инверторов. Использование предлагае- . 104 мого формирователя позволяет, исключить ошибку при измерении времени распространения волн растя 1 кения (отрицательных полуволн). Аналогично работает и формирователь 6.15Устройство блокировки 10 работает следующим образом (см. фиг. 3). В исходном положении сигнал на выходе элемента 32 равен О, так как на его вход через открытый транзистор 31 20 эмиттерного повторителя подается положительный потенциал. Следовательно, на выходе элемента 25 и на втором входе элемента 27 будет "1". Если сигнал подают на первый вход эле мента 27 (соединенный с выходом формирователя первого канала), то он проходит через ключ 27 практически без задержки (вероятная ошибка в пять раз меньше точности устройства). При подаче сигнала на второй вход элемента 26 (соединенный с выходом формирователя второго канала) отрицательный скачок напряжения передается через конденсатор 29 на эмиттерный повторитель на транзисторе 31 и далее на вход элемента 32. На его выходе устанавливается сигнал "1", который по цепи обратной связи удерживает выход элемента 26 в состоянии "0" даже, если выходной импульс закончится. Так как на входе элемента 25 имеется уровень логический "1", то на его ВЫХОДЕ И, СЛ 1 ЕДОВатЕЛЬНО, на втсрОм входе элемента 27 - логический "0". Такйм образом, при наличии сигнала на первом входе элемента 27, т.е. в первом канале, на выход этот сигнал не проходит - заблокируется. Узел блокировки находится в таком состоянии до тех пор, пока напряжение на конденсаторе 29 не достигнет порога срабатывания транзистора 31. После этого выходной сигнал элемента 26 равен "1", сигнал элемента 32 - "0" и элемента 25 - "1". Время, необхо димое для установки узла блокировки в исходное состояние, равно произведению сопротивления резистора 28 на емкость конденсатора 29 и в устройстве составляет 1 с.С целью стабилизации частоты в генераторе импульсов 9 применен кварцевый резонатор.Узел сброса 10 работает следующим образом (см; фиг. 4). Импульс с формирователя второго канала задерживается интегрирующей цепочкой на резисторе 46 и конденсаторе 47 на 300 нс (время, достаточное для прохождения сигнала через триггер 8, ключ 11 и счетчик 12). Логические инверторы 48, 49 улучшают фронт и срез задержанного импульса. Длительность импульса порядка 200 мкс (не менее четверти периода входного низкочастотного ударного колебания). На элементах 45, 38, 39 и 40 собран формирователь короткого импульса по переднему фронту входного импульса. Этот короткий импульс .разрешает запись информации со счетчика 12 в регистр памяти 13. После этого короткий импульс, сформированный элементами 44, 41, 42 и 43 и по заднему фронту входного импульса, устанавливает счетчик 12 в "0", т.е. в исходное состояние.Счетчик 12 представляет собой четырехразрядный двоично-десятичный счетчик. На фиг. 4 представлен младший разряд этого счетчика. Импульсы генератора 9 через ключ 11 подаются на счетный вход С 1 счетчика 12. На выходе число импульсов представлено в двоичном коде. Выход счетчика 12 подается на счетный вход следующего разряда. Входы установки в "0" всех разрядов подключены к первому выходу узла сброса. Счетчик устанавливается в исходное состояние коротким импульсом по окончании входного сигнала второго канала.Регистр памяти 13 работает следующим образом (см. фиг. 4). На каждый из четырех выходов счетчика 12 подключены П-входы четырех В-триггеров памяти 13 (для остальных разрядов аналогично). Таким образом на П-входах постоянно имеется информация, изменяющаяся во время счета, Однако на выходах Э-триггеров изменений не будет до тех пор, пока на С-входах не появится импульс.Когда во втором канале появляется импульс, счет прекращается и на 0-входах Р-триггеров памяти 13 имеется окончательная информация. В этот мо12314 8 3мент узел сброса 10 вырабатывает короткий импульс, который подается на.С-входы, изменяя состояние триггерсв,т,е. происходит запись информации.Эта информация с триггеров подаетсяна индикаторный блок,Дефектные эоны с помощью предлагаемого устройства. обнаруживают такимобразом. Датчики 1 и 2 устанавливаются на фиксированном расстоянии(см. Фиг. 5). Зная скорость ударного импульса, определяют время распространения его на заданном расстоянии, Возбуждают импульс слева отдатчика 1, при отсутствии дефектовизмеренное и расчетное время совпадают. Перемещая датчики по исследуемой поверхности, при некотором положении датчиков (1 и 2 ) замечаютувеличение времени распространенияударного импульса. Следовательнослева от датчика 2 находится деФект, но не левее точки последнегобездефектного измерения, т.е. междуточками А и В. Чтобы определить этоодиночный дефект или дефектная зона,второй датчик оставляют на месте вточке 2, а первый датчик перемещаютна такое же расстояние только справа в точку 1" . Ударный импульс возбуждают справа от первого датчика.Если измеренное время окажется равным расчетному, то в зоне АВ находится одиночный дефект (случай 1);если же больше расчетного, то второйдатчик находится в дефектной зоне(случай 11), Для определения границдефектной зоны оба датчика перемещают вправо при сохранении расстояниямежду ними, Пока второй датчик находится в дефектной зоне, измеренное ирасчетное время не совпадает. ТочкаС, в которой измеренное время равнорасчетному (положение датчиков 1"1и 2 ), является границей дефектнойзоны. т.е, между точками А и С находи:ся трещиноватая зона. Причем,благодаря большой точности измеренияграницы эоны определяются с большойдостоверностью. Цанное устройство позволит повысить точность измерения времени распространения ударноГо импульса и с большей достоверностью определить границы дефектных зон,Формула из обретенияУстройство для определения плотности грунтов, содержащее датчикиколебаний, которые подключены ковходам соответствующих усилителей,триггер, выход которого соединен содним из входов ключа, другой входкоторого соединен с генератором импульсов, выход ключа подключен к одному из входов счетчика, другой входкоторого соединен с одним выходомузла сброса, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что с целью повышенияточности определения, оно снабженоэлементом памяти, индикаторным блоком, двумя формирователями, каждыйиз которых состоит из последовательно соединенных между собой диодногомоста, первого резистора и двух инверторов, параллельно которым включен второй резистор, и узлом блокировки который состоит из двух инверторов, логического элемента ИЛИ-НЕдвух резисторов, транзистора,конденсатора и ключа, один из входов которого соединен с выходом первого инвертора, вход которого и один извходов элемента ИЛИ-НЕ объединены исоединены с выходом второго инвертора, выход элемента ИЛИ-НЕ подключенк одной из обкладок конденсатора,другая обкладка которого подключенак базе транзистора и через первыйрезистор - к коллектору транзистора,эмиттер которого соедйнен со вторымрезистором и входом второго инвертора, причем выходь. усилителей подключены к одной из диагоналей соответствующих диодных мостов, которыеявляются ьходами формирователей, выхоц первого формирователя подключенк другому входу ключа узла блокировки который является первым входом,вторым входом является другой входэлемента ИЛИ-НЕ, который подключенк выходу второго формирователя и который подключен ко входу узла сброса и к одному из входов триггера,другой вход которого соединен с ключом, который является выходом узлаблокировки, а другой выход узла сброса соединен с одним из входов элемента памяти, другой вход которогосоединен с выходом счетчика, а выходэлемента памяти подключен к индикаторному блоку,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 551231428Составитель А.Кузнецов Редактор А.Долинич Техред В.Кадар Корректор Е.Сирохман Заказ 2558/48 Тираж 778 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграФическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4