Разработка прибора для измерения вибрационных характеристик железобетонных конструкций - Научная работа

Для оценки состояния железобетонных конструкций Заказчиком проводятся испытания с применением метода свободных колебаний. Метод свободных колебаний заключается в исследовании отклика объекта исследования на импульсное воздействие и соответствует рекомендациям ГОСТ 18353-79 “Контроль неразрушающий. Классификация Приемлемым, с точки зрения эффективности и практической осуществимости, способом возбуждения свободных колебаний испытываемой конструкции считается импульсное возбуждение ударом по ней ударником (деревянный брус с закрепленной на его торце податливой прослойкой). К достоинствам такого способа [1] относятся: возможность многократного повторения возбуждения конструкции без ее повреждений с последующим усреднением результатов измерения с целью подавления помех;Структурную схему прибора нетрудно представить, листая каталоги и просматривая интернет-странички отечественных производителей аналого-цифровых преобразователей (АЦП) ЗАО ”Руднев-Шиляев”, zet-LAB, фирмы “Сигнал” и др., а также зарубежных, например “Advantech”, довольно популярных в практике физического эксперимента (рис 1.1). В качестве нормирующих усилителей ЗАО ”Руднев-Шиляев” и фирма “Сигнал” предлагают отличные 4-х и 8-канальные усилители заряда для пьезодатчиков. Подходящие аналого-цифровые преобразователи этих производителей имеют интерфейс USB основные (с точки зрения оценки состояния железобетонных конструкций) характеристики: - ЛА2-USB (”Руднев-Шиляев” и фирма “Сигнал”): 12 разрядов; 32 однополюсных/16 дифференциальных каналов; макс. частота дискретизации 500 КГЦ; Входное напряжение ±10В…±0,05В; программируемый коэффициент усилиления; Rвх>5 Мом. ЛА2-USB и ZET 210 имеют между собой преимущества и недостатки, но оба имеют достаточную для наших измерений частоту дискретизации 500000 герц. Со стороны АЦП ZET 210 к устройству нормирующего усилителя вибродатчика требуется обеспечить два условия: максимальное выходное напряжение в пределах ± 7 В на нагрузке сопротивлением 2 КОМ, что вполне реализуемо на существующих операционных усилителях.Для работы с аналого-цифровым преобразователем Zet-210 изготовитель предлагает систему ZETLAB Studio [7]. “ZETLAB Studio - это интегрированный набор инструментов и библиотек классов для Visual Studio.NET и Visual Studio 6.0, которые используются при решении задач измерений и автоматизации. ZETLAB Studio существенно ускоряет процесс разработки приложений благодаря поддержке ACTIVEX и .NET объектов, объектно-ориентированных аппаратных измерительных интерфейсов, а также наличию дополнительных библиотек анализа данных, элементов управления, средств передачи данных по сети, мощных графических библиотек для представления данных.” Система ZETLAB Studio имеет такое большое количество компонент и физических устройств (в том числе, например, USB-тензостанция), что очень смахивает на lab-VIEW местного розлива. Для работы с АЦП система предлагает ZETSERVER, реализованный в виде ACTIVEX компонента.В непрерывной форме преобразование Фурье случайного сигнала имеет следующий вид: где x(t)-случайный сигнал, X(v) - его спектр. На практике сигнал x(t) анализируется не в непрерывном виде, а в виде дискретной выборки определенного объема, каждый элемент которой берется через интервал времени ?t. Математически операцию дискретизации можно представить в виде умножения сигнала х(t) на последовательность коротких импульсов с периодом следования ?t. Операция преобразования Фурье сводится к вычислению средних значений по времени от последовательностей синусов и косинусов, которые определяют вклад сигнала х(t) на каждой из частот v. Для уменьшения числа операций был разработан алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ, алгоритм Кули-Тьюки), который устраняет избыточность и использует соображения симметрии в расчетах [9].В результате проделанной работы разработан прибор для измерения вибрационных характеристик железобетонных конструкций. Испытания на объектах заказчика подтвердили работоспособность прибора. Высокая к разрешающая способность частотного анализа позволила отстроится от электромагнитных помех и обнаружить резонансы сложных конструкций. В то же время было обращено внимание на сложность испытаний в условиях стройки в холодное время года (ухудшается контакт датчиков с конструкцией, замерзают элементы питания). При испытаниях с применением метода свободных колебаний при помощи бруса, мы возбуждали изгибные колебания конструкций.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1.1 Выбор направления разработки прибора

1.2 Подключение вибродатчиков к АЦП ZET 210

1.3 Процедура записи отклика железобетонных конструкций на импульсное воздействие

1.4 Построение частотной характеристики железобетонной конструкции по импульсной характеристике

Заключение

Список использованных источников

В результате проделанной работы разработан прибор для измерения вибрационных характеристик железобетонных конструкций.

Испытания на объектах заказчика подтвердили работоспособность прибора. Результаты экспериментов совпали с расчетными (произведенными при помощи программы SCAD). Высокая к разрешающая способность частотного анализа позволила отстроится от электромагнитных помех и обнаружить резонансы сложных конструкций.

В то же время было обращено внимание на сложность испытаний в условиях стройки в холодное время года (ухудшается контакт датчиков с конструкцией, замерзают элементы питания).

При испытаниях с применением метода свободных колебаний при помощи бруса, мы возбуждали изгибные колебания конструкций. Изза больших габаритов конструкций резонансные частоты не превышали величины в 2-3 сотни герц. Если снизить тактовую частоту до 10 кгц, можно улучшить разрешающую способность анализа до 0.2 Гц. А для экспериментов, связанных с измерением скорости звука в бетоне использовать ультразвуковые датчики.

При испытаниях сложных конструкций трех каналов явно недостаточно. Бесконечная перестановка датчиков и дальнейшая дополнительная рутина в обработка результатов сильно нервируют.

С другой стороны ZET-210 позволяет подключить до 16-ти датчиков.

В настоящее время набирают популярность полупроводниковые акселерометры ADXL-320 [12] (и подобные им), имеющие отдельные преимущества перед пьезодатчиками. В первую очередь это, конечно, низкая стоимость, а также небольшой разброс параметров, низкое выходное сопротивление. Вполне подходят для многоканального прибора.

1. Результаты испытаний динамическими методами несущих колонн здания многозального кинотеатра по ул. в кв. 378 Ленинского района г. Уфы, 2008

2. З.Ю Готра и др. Датчики, Львов “Каменяр”, 1995 г.

3. У. Томпкинс, Дж. Уэбстер, Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC, Москва, “Мир”, 1992 г.

4. Датчики высокой измерительной мощности типовой серии KD 20…KD 23, Dresden, VEB Metra Mess- und Frequenztechnik Radebeul.

5. Операционные усилители и компараторы, Москва “Додека-XXI”, 2001г.

6. У. Титце, К. Шенк, Полупроводниковая схемотехника, Москва, “Мир”, 1982 г.

7. ZETLAB Studio Руководство разработчика ЗТМС.00068-01 34.

8. Г. Корн и Т. Корн, Справочник по математике, Москва, “Наука”, 1973г.

9. Л. Рабинер и Б.Гоулд. Теория и применение цифровой обработки сигналов, Москва, “Мир”, 1978 г.

10. . Ж.Макс, Методы и техника обработки сигналов, Москва, “Мир”, 1983

11. А.В.Давыдов, Основы вейвлет-преобразования сигналов, Екатеринбург, 2006

(Интернет).

12. Интегральные Микромеханические системы, Минск, Май 2006.

Размещено на