Устройство для определения динамической податливости крупномасштабных фундаментов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 15645 А 1(51)5 б 01 М ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИн двтоскоМг СвидктеЛьСтвМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Ленинградский политехнический институт им. М. И Калинина(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛ ЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ ПОДАТЛИВОСТИ КРУПНОМАСШТАБНЫХ ФУНДАМЕН- ТОВ Изобретение относится к вибрационным исследованиям и предназначено для определения величины динамической податливости исследуемого объекта.Цель изобретения - повышение производительности за счет автоматизации процесса измерений.На фиг. 1 представлена общая блоксхема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - функциональна я схема И-канального коммутатора; на фиг. 3 - функциональная схема коммутатора; на фиг. 4 - блок-схема блока управления; на фиг. 5 - структурная схема драйверов, регистрирующих устройств; на фиг. 6 - структурная схема регистрирующих устройств; на фиг. 7 - структурная схема усилителя-формирователя; на фиг. 8 - структурная схема формирователя; на фиг. 9 - блок-схема счетчика периода; на фиг. 10 - блок-схема алгоритма устройства определения динамической податливости; на фиг, 11 - блок-схема алгоритма работы модуля измерения периода и максимального значения.(57) Изобретение относится к виброизмерительной технике. Цель изобретения повышение производительности за счет автоматизации процесса измерений, Возбудитель 1 мехнических колебаний возбуждает исследуемый объект 2, колебания которого воспринимают измерительные датчики 3, М-канальный коммутатор 5 обеспечивает переключение каналов, сигнал с его выхода обрабатывается в блоке 7 запоминания максимума и пересылается в регистратор 10. Частота контролируется датчиком 11 частоты, сигнал с которого поступает на счетчик 14 периода. Блок 9 управления обеспечивает взаимодействие элементов устройства. 11 ил. Устройство содержит возбудитель 1 механических колебаний, установленный на исследуемой конструкции 2, установленные на ней в контрольных точках Й измерительных датчиков 3, М интеграторов 4, соединенных с выходами соответствующих измерительных датчиков 3, последовательно соединенные Я-канальный коммутатор 5, входы которого соединены с выходами интеграторов 4, масштабный усилитель 6, блок 7 запоминания максимума, преобразователь 8 аналог в к, блок 9 управления, второй и четвертый выходы которого соединены соответственно с управляющими входами блока 7 запоминания максимума и Я-канального коммутатора 5, и регистратор 10, например регистрирующие устройства, входящие в состав ЭВМ, и частотный канал, выполненный в виде последовательно соединенных датчика 11 частоты, фильтра 12, усилителя-формирователя 13 и счетчика 14 пе. риода, выход которого соединен со вторым входом блока 9 управления, а второй вход - с третьим выходом последнего, и генерато 1564502ра 15 эталонной частоты, соединенного стретьим входом счетчика 14 периода.Отдельные элементы устройства могутбыть выполнены, например, на базе стандартных микросхем и с использованием элементов вычислительной техники.Х-канальный коммутатор 5 (фиг. 2) выполнен в виде связанного с блоком 9 управления счетчика 16 импульсов и коммутатора 17, информационные входы которогосоединены с интеграторами 4, а выход -с масштабным усилителем 7. Коммутатор 17может быть выполнен на коммутаторах17.1 - 17 (М+1) серии 590 по пирамидальнойструктуре,В качестве преобразователя 8 аналог -код используется модуль ЭлектроникаС 5-2109, имеющий следующие характеристики: диапазон входного си гнала от - 5до +5 В, время преобразования сигнала изаналоговой формы в цифровую 200 мкс.Блок 9 управления может быть построенна базе вычислительной техники. Модули18 - 22 блока 9 управления соединены междусобой магистралью 23, которая включает всебя шины адрес - данные и шины управления. Модуль 18 - центральный процессор, например Электроника С 5-21 М, модуль 19 - оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) Электроника С 5-2105, модуль 21 - цифровые регистры ввода-вывода(ЦВВ) Электроника С 5-2112, модуль22 - драйверы регистрирующих устройствимеют двунаправленный выход на магистраль. Модуль 20 - постоянное запоминающее устройство, имеет только выход намагистраль. Выходы модуля 21 подключены кпервому и второму входам блока 16, к входам блока 18 и блока 15. Преобразователь 8аналог - код подключен к магистрали 23 иимеет вход на магистраль (фиг. 4).Регистратор 10 может быть построен набазе элементов, связанных с блоком 9 управления. Драйверы дисплея ЭлектроникаС 5-2106 24 и магнитофона Электроника С 5-1212 25 имеют двунаправленный выход на магистраль, а драйверы цифропечатающего устройства Электроника С 5-211226 и графопостроитель Электроника С 52109 27 имеют вход с магистрали 23(фиг. 5).Блок 28 - дисплей, подключается двунаправленной магистралью к блоку 24,блок 29 - накопитель на магнитной ленте,подключается к блоку 25 и имеет двунаправленную магистраль; блок 30 - цифропечающее устройство и блок 31 - графопостроитель входами подключены к выходамблоков 26 и 27 соответственно (фиг, 6) .Усилитель-форми ровател ь 13 (фиг. 7)может быть выполнен в виде соединенныхстандартных усилителя 32 (масштабногоусилителя) и формирователя 33 (пороговогоэлемента), В качестве формирователя 33 мо 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 гут быть использованы компаратор 34 и триггер 35 Шмитда во входных каскадах и логические элементы НЕ 37 в выходных каскадах. Схема 36 ограничения входом подключена к выходу триггера 35 Шмитда, а выходом - на вход элемента НЕ 37 (фиг. 7 и 8).Счетчик 14 периода может быть выполнен в виде счетчика 38, элемента 39 задержки, формирователя 40, буферного регистра 41, элемента И-НЕ 42. На первый вход счетчика 38 подключен выход генератора 15, на второй вход - выход элемента 39 задержки, а выход подключен к первому входу буферного регистра 41, второй вход которого подключен к выходу элемента И-НЕ 42 а выход буферного 41 регистра подключен к входу блока 9 управления. Вход элемента 39 задержки и вход формирователя 40 соединены между собой и подключены к выходу усилителя-формирователя 13. Выход формирователя 40 подключен к первому входу элемента И-НЕ 42, а второй вход последнего подключен к выходу блока 9 управления.Устройство работает следующим образом.Возбудитель 1 механических колебаний возбуждает колебания в исследуемом объекте 2. Измерительные датчики 3 регистрируют скорость возникающих колебаний исследуемого объекта 2, сигналы с выходов интеграторов 4 дают оценку перемещения исследуемого объекта 2. 11-канальный коммутатор производит последовательное переключение измерительных датчиков 3. Сигналом Сброс блока 9 управления производится сброс счетчика 16 в исходное состояние и к выходу коммутатора подключается датчик с номером 1. На второй вход счетчика 16 поступает управляющий сигнал, который переключает счетчик 16 в следующее состояние. Выходные сигналы счетчика 16 определяют номер канала, подключаемого к выходу коммутатора 17, Количество разрядов счетчика определяется из условия п= =1 оХ, где п=-10, 1, 2 К); Х - количество датчиков; и - количество разрядов счетчика.Сигнал с масштабного усилителя 6 поступает на блок 7 запоминания максимума, где производится выделение максимального значения амплитуды сигнала, затем это значение преобразуется в цифровой код и поступает в модуль 19 блока 9 управления, где хранится в массиве данных. Сигналом блока 9 управления блок 8 запоминания максимума обнуляется после каждого измерения. В частотном канале формируется цифровой код, пропорциональнык частоте колебаний исследуемого объекта 2. С выхода частотного датчика 11 синусоидальный сигнал поступает на фильтр 12, где производится подавление высокочастотных помех, воз одФб 02каюших в линии связи и далее на усилитель-формирователь 13, который формирует сигнал прямоугольной формы, Далее поступает сигнал на счетчик 14 периода, который производит подсчет числа тактовых импульсов, поступающих с генератора 15 эталонной частоты. Запуск счетчика 38 производится передним фронтом сигнала, поступающего с выхода усилителя-формирователя 13, Элемент 39 задержки обеспечивает задержку сигнала на время переписи информации с выходов счетчика в буферный регистр 41 и составляет 120 нс. Сброс счетчика 38 в исходное положение производится задним фронтом сигнала, поступающего с выхода усилителя-формирователя 13. Формирователь 40 предназначен для формирования сигнала Сброс переписи. Этот сигнал через элемент И-НЕ 42, предназначенный для блокировки сигнала Строб переписи на время ввода значений. частоты с выхода буферного регистра 41 в блок 9 управления, поступает на вход Строб переписи буферного регистра 41.Блок-схема алгоритма работы устройства (фиг. 10) для определения динамической податливости показывает последовательность действий при проведении исследований. Работу устройства можно разделить на три этапа, Первый этап - сбор информации от датчиков, Блок-схема алгоритма модуля измерения периода и максимальных значений (фиг. 11) показывает взаимодействие блока управления с остальными блоками. На втором этапе производится расчет величины динамической податливости для всех датчиков при снятых значениях частоты возбуждения и формируется массив значений динамической податливости. На третьем этапе производится вывод информации на регистрирующие устройства 4 имеется возможность вывода графиков зависимости динамической податливости в функции от частоты на экран графического дисплея и на графопостроитель. В цифровой форме поступает на цифропечатающее устройство и в виде массивов на накопитель на магнитной ленте. Устройство обеспечивает следующие тех нико-экономические преимушества: обработку экспериментальных данных и вывод информации на внешние устройства в ходе проведения динамических виброисследований; повышение точности определения величины периода сигнала при значении частоты эталонного генератора 1 эт=15 к ц на максимальной частоте 60 Гц значение периода сигнала равно = 18 мс, код счетчика 39, соответствуюший данному значению периода, равен 250 импульсов и следовательно погрешность определения значения периода равна +0,4%), с увеличением значения периода сигнала значение погрешности определения периода сигнала уменьшается; повышение точности определения величины динамической податливости (погрешность при определении величины динамической по датливости определяется следуюшим образом6=6 ип.+6 пп+6 Бгде 6 - погрешность определения динамической податливости;6 ид - погрешность измерительного датчика;6 юп - погрешность аналого-цифровогопреобразователя;6 Б - погрешность блока управления;15 6 ил - погрешность измерительного датчика составляет 5 - % для датчисок разных типов;6 щп при использовании десятиразрядного АЦП и опорном напряжении 5 В погрешность аналого-цифрового преобразования определяется как1 топоры6 ш - , 100=0,5 Я,где Ь. - погрешность, возникаюшая в бло.25 ке управления при расчете величины динамической податливости связана с ограниченной разрядной сеткой модуля 19, в котором арифметические операции производятся над двухбайтными (шестнадцатиразрядными числами, старший разряд старшего байта - знаковый, следовательноЬ. = -гБ100=0,064%,следовательно 6= (7+0,5+0,064) %:7,56%,Экономический эффект от примененияпредлагаемого устройства определяется за счет сокращения времени проведения динамическихх исследований, Сокращение времени достигается за счет автоматизации процесса сбора и обработки информации динамических исследований, а также возможности построения рассчитанных амплитудно- частотных характеристик объекта на ре гистрирующих устройствах В цифровой играфической форме.фо рмула изобретенияУстройство для определения динами ческой податливости крупномасштабных фундаментов, содержащее возбудитель механических колебаний, Х измерительных датчиков, М-канальный усилитель, регистратор исоединенные блок запоминания максимумаи преобразователь аналог - код, отличаю- и(ееся тем, что, с целью повышения производительности, оно снабжено М интеграторами, входы которых соединены с каждым соответствующим из измерительных датчи1564502 Фиг.1 ков, блоком управления, первый вход которого соединен с выходом преобразователя аналог - код, первый выход - с регистратором, а второй выход - с управляющим входом блока запоминания максимума, и частотным каналом, выполненным в виде последовательно соединенных датчика частоты, связанного с возбудителем механических колебаний, фильтра, усилителя-формирователя и счетчика периода, выход которого соединен с вторым входом блока управления, а второй вход - с третьим выходом последнего, и генератора эталонной частоты, вход которого соединен с третьим входом счетчика периода, а 1 Ч-канальный 5 усилитель выполнен в виде соединенныхХ-канального коммутатора, информационные входы которого соединены с выходами интеграторов, а управляющий вход - с четвертым выходом блока управления, и масштабного усилителя, выход которого сое.динен с блоком запоминания максимума.Составитель Ю, КругловРедактор Т. Парфенова Техред И. Верее Корректор В. ГирнякЗаказ 1 54 Тираж 437 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101