ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2013, № 4,, с. 138-139
ПРИБОРЫ, ИЗГОТОВЛЕННЫЕ В ЛАБОРАТОРИЯХ
УДК 620.191.33:681.17
устройство и способ для определения мест
предразрушения конструкций © 2013 г. Б. Н. Рахимов, Т. В. Ларина, Е. Ю. Кутенкова, М. Ф. Носков*
Поступила в редакцию 20.07.2012 г.
Б01: 10.7868/80032816213040113
Оптическое устройство предназначено для ными элементами датчиков каких-либо физиче-определения мест предразрушения конструкции ских величин (например, деформации, усилия, путем мониторирования изменений пропускания ускорения, плотности растворов и т.д.). Устрой-
оптических волокон, являющихся чувствитель- ство применяется при испытании элементов кон-
24 ~25_
6 27_
28_
29_
30
(а)
12 3
и*
0к
17
1к
18
2к
19
3к
20
4к
21
5к
22
10
11
12
13
14
(б)
17 24
1 2
9 -V-
9 о
9 о
9 о
9 о
9) о
4
9
Схема устройства определения мест предразрушения конструкций (а) и фрагмент испытываемого образца летательного аппарата (б). 1 — фрагмент испытываемой конструкции летательного аппарата; 2 — болтовое или клепаное соединение панелей с ребром жесткости; 3 — трещина; 4 (0к—6к) — полимерные световоды (датчики); 5 — источник питания; 6 — микроконтроллер; 7 — коммутатор; 8—усилитель мощности; 9—16 — подстрочные резисторы; 17—23 — лазерные диоды; 24—30— измерительные приемники оптического излучения; 31 — усилитель; 32 — приемо-передатчик Я8232; 33—компьютер; 34 — файлы данных; 35— цифровая обработка данных; 36 — математическая обработка результатов; 37 — статистика экспериментов.
*Саяно-Шушенский филиал Сибирского федерального университета, Саяногорск, Россия.
УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТ
139
струкций и машин, в том числе летательных аппаратов [1—3].
Устройство (рисунок) работает следующим образом. Торцы отрезков оптического волокна 4 (7 каналов датчиков 0к—6к), жестко закрепленных на испытываемой конструкции 1 с помощью прозрачного для излучения клея, освещаются лазерными диодами 17—23. Питание на них подается от источника 5, вырабатывающего импульсы, через микроконтроллер 6 (либо напрямую через усилитель 31), коммутатор 7, усилитель-коммутатор 8, резисторы 9—15 сопротивлением Я и ограничивающий резистор 16 сопротивлением Я0. Световой поток, прошедший через оптическое волокно 4, приемниками 24—30 преобразуется в электрический сигнал и, далее, попадает на усилитель 31. В микроконтроллере 6 сигнал преобразуется в цифровой код, поступает на приемопередатчик Я8232 (32), данные с которого поступают в компьютер, где записываются в виде файла. При статических нагружениях испытуемой конструкции имеет смысл производить опрос один раз за 10—20 с, а при испытаниях оптических волокон при постоянной нагрузке или фиксированном удлинении — раз за 10—15 мин. Дальнейшая обработка сигнала осуществляется с использованием программного обеспечения и состоит в цифровой фильтрации, определении ширины трещины — предразрушения и выполнении задач исследований, проводя расчет одновременно, например, для двадцать таких датчиков.
На рисунке (а) канал 6к служит в качестве опорного, сигнал с которого может быть использован для учета влияния температуры окружающей среды на мощность излучения светодиодов. Чтобы избежать влияния разогрева диодов при прохождении тока через них, выбран режим непрерывного опроса каналов, даже в том случае, если канал не используется или компьютер не запрашивает данные измерения в течение длительного времени. При этом можно считать тепловой режим работы излучателей относительно ста-
бильным, а мощность излучения неизменной. Для дополнительной стабилизации мощности излучения питание светодиодов осуществляется от стабилизированного источника напряжения.
Устройство используется для мониторинга образования трещин в конструкциях летательных аппаратов. В местах предполагаемого возникновения усталостных трещин аппаратов наклеиваются отрезки оптических волокон. Уменьшение, а затем и полное пропадание оптического сигнала в волокнах свидетельствует о зарождении и развитии трещин в испытуемой конструкции (образце).
По результатам этой работы создано устройство определения мест предразрушения конструкций "ОСП-7М".
Основные технические характеристики. Чувствительность к раскрытию трещин 20—25 мкм; число каналов 7 шт.; длина рабочей части датчика 20—2000 мм; диапазон рабочих температур 0— 50°С; время прогрева прибора <3 мин. Напряжение питания 220 ± 10 В, частота 50 Гц, потребляемая мощность <5 Вт; масса системы без э.в.м. <3.5 кг.
Световоды не подвержены коррозии, они также обеспечивают визуализацию места разрушения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рахимов Б.Н., Ларина Т.В., Кутенкова Е.Ю. Патент
РФ № 2462698 С2. Класс МПК G01N 11/16 // БИ.
2012. № 27.
2. Рахимов Н.Р. // ПТЭ. 2005. № 4. С. 161.
3. Рахимов Н.Р., Серьёзное А.Н. Патент РФ № 2316757.
Класс МПК 51. G 01 N 21/88 G 01 № 3/32// БИ.
2008. № 4.
Адрес для справок: Россия, 630108, Новосибирск, ул. Плахотного, 10, Сибирская государственная геодезическая академия; тел.: 8(383)344-40-58, факс +7(383)344-40-58, 8(383)344-40-58. E-mail: n_rah@ngs.ru.
ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
№ 4 2013
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.