зерными диодами. В первом положении переключателя 2 поток излучения лазерного диода 4 фокусируется, проходит через контролируемую жидкость 9, отражается от одной из двух поверхностей плоского зеркала 8, и вновь проходя через контролируемый образец 9, попадает на измерительный фотоприемник 11. Затем сигналы поступают в БОФС 16, где определяется отношение сигналов этого измерительного потока и компенсационного (от диода 3 и измерительного фотоприемника 10). Во втором положении переключателя 2 подключается вторая оптопара, процесс измерения повторяется, и так далее для остальных оптопар.
Полученный сигнал отношения пропорционален величине коэффициента пропускания и оптической плотности жидких сред или прозрачных твердых тел. С помощью колориметра можно также определять наличие и концентрации веществ (параметров) в растворе. Для этого необходимо иметь предварительно определенные градуировочные характеристики. Результаты подаются на измерительный прибор или ЭВМ 17, по показанию которого судят о параметрах жидких сред. ЭВМ обеспечивает автоматическое выполнение аналого-цифровых измерительных преобразований, вычислительных процедур, выдачу полученной информации, формирование командной и другой служебной информации, необходимой для функционирования оптоэлектронных многофункциональных автоматических контрольно-измерительных систем.
Предлагаемое устройство повышает точность проводимых измерений благодаря двукратному прохождению излучения через исследуемый объект и стационарному расположению кюветы, через которую пропускается жидкость.
Колориметр рекомендуется встраивать в технологический процесс для контроля параметров получаемых полупрозрачных жидкостей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ермолов И. Н. Неразрушающий контроль: Справочник. В 7-ми т. / Под ред. В. В. Клюева. Т. 6. Магнитные методы контроля, Оптический контроль, Радиоволновый контроль. — М.: Машиностроение, 2004.
2. Пат. 2413201 РФ, МПК51 G01N 21/03. Оптоэлектронный фотоколориметр / Б. Н. Рахимов, О. К. Ушаков, Е. Ю. Ку-тенкова, Т. В. Ларина // Бюл. — 2011. — № 6.
3. Рахимов Б. Н, Ушаков О. К., Кутенкова Е. Ю, Ларина Т. В. Оптоэлектронный автоматический колориметр // Приборы и техника эксперимента. — 2011. — № 5. — С. 161—162.
Елена Юрьевна Кутенкова — доцент кафедры технологии оптического производства Института оптики и оптических технологий Сибирской государственной геодезической академии.
® (383) 361-07-79
Е-таП: kutenkova.elena@yandex.ru □
УДК 624.21
СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЙ ПРОГИБОВ И КОЛЕБАНИЙ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ ПРИ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ
В. Ф. Гордеев, С. Ю. Малышков, С. Г. Шталин, В. И. Поливач, В. И. Галкин
Приведено описание многоканальной измерительной системы измерения вертикальных перемещений пролетных строений при статических и динамических нагрузках. В основу измерений положен принцип акустической локации. Показаны возможности системы для оценки несущей способности пролетных строений автодорожных мостов.
Ключевые слова: пролетны1е строения, прогибы!, статика, динамика, ультразвук, грузоподъемность.
При испытании пролетных строений искусственных сооружений на дорогах важно определять их статические и динамические характеристики1. Измерение квазистатических перемещений проводят, как правило, механическими прогибомерами (Максимова типа 6-ПАО), которые связываются с неподвижной опорой стальной струной. Точность показаний ±0,03 мм, при этом погрешности измерений определяются не только люфтами в механических соединениях, но физико-механически-
1 СНиП 3.06.07—86. "Мосты и трубы. Правила обследования и испытаний". — М.: Госстрой СССР, 1987.
ми характеристиками струны. Кроме того, слабая пружина прогибомера не позволяет выбрать кривизну стальной струны и при измерениях невозможно учесть деформацию от температуры окружающей среды. Показания с приборов снимаются визуально.
При измерениях частотных характеристик используют, как правило, механические вибрографы. Для определения частоты собственных колебаний пролетных строений с помощью этих приборов необходима специализированная автотехника и длительная остановка транспортного потока. В механических вибрографах показания регистрируются на бумажных носителях и
для обработки с помощью вычислительной техники необходима ручная оцифровка сигналов, что приводит к дополнительной погрешности.
В последнее время появились работы, в которых испытание конструкций мостов предлагается проводить с помощью пьезоэлектрических датчиков или акселерометров. Недостатком таких приборов является неравномерность амплитудно-частотных характеристик. Датчиками измеряется скорость или ускорение, а перемещение вычисляется интегрированием или двойным интегрированием, что приводит к вычислительной погрешности. Используемые на практике системы ДСА-2001, "КВАРЦ", ПР-200А и даже зарубежные имеют частотный диапазон 0,5 Гц...20 кГц и, чтобы измерить прогиб пролетного строения длиной 120 м, скорость испытательного автомобиля должна составлять не менее 60 км/ч.
Главной частью измерительного комплекса МИК-ДМ являются два прецизионных датчика угловых перемещений. В процессе нагружения моста датчики регистрируют изменение угла наклона балок пролета относительно исходного положения. Однако, данная система не позволяет оценить поперечную устойчивость пролетного строения.
В ИМКЭС СО РАН создан комплекс приборов, позволяющий проводить испытания мостов без длительной остановки транспортного потока, и программное обеспечение для экспресс оценки грузоподъемности его пролетных строений. Измерение статических прогибов и динамических характеристик пролетных строений мостов проводится одними и теми же приборами, что делает использование предложенной методики еще более привлекательным.
В разработанном нами комплексе (рис. 1) эти испытания проводятся с помощью измерительной системы вертикальных перемещений пролетных строений мостов "ФАЗА". Система (рис. 2) состоит из блока управления, шести выносных микроконтроллерных блоков, десяти ультразвуковых датчиков и управляется внешней ЭВМ через стандартный асинхронный последовательный порт Я8-232. Измерение вертикальных перемещений может проводиться по десяти каналам с частотой оцифровки 1 или 80 Гц в зависимости от вида
Рис. 1. Измерительная система вертикальных перемещений пролетных строений
Рис. 2. Схема измерительной системы "Фаза"
испытаний. Работа системы основана на регистрации времени прихода акустической волны, воспринимаемой приемником при его перемещении относительно источника этой волны (излучателя).
Перемещение Бп определяют по формуле: Бп =
= 20,067гУТ [м], где ? — время прихода акустической волны, с; Т — температура окружающего воздуха, К.
Генератор, расположенный в блоке питания и связи БПС, формирует импульс электрического сигнала с частотой, равной собственной частоте колебаний пары пьезоэлементов, один из которых является излучателем акустической волны (электроакустический преобразователь), а другой — ее приемником (акустоэлектричес-кий преобразователь). Этот сигнал поступает на излучатель каждого из измерительных каналов, где преобразуется в акустическую волну, которая, пройдя путь от излучателя до приемника, снова преобразуется в электрические колебания.
Пара излучатель—приемник лежит в основе ультразвукового датчика перемещений УДП. В выносном контроллере ВК определяется время прохождения акустической волны от излучателя до приемника, значение которого в виде 16-битного кода через интерфейс, расположенный в БПС, передается в персональный компьютер ПК. В ПК по времени и скорости акустической волны вычисляется расстояние между приемником и излучателем, один из которых механически связан с неподвижной опорой, а другой — с испытуемым объектом. При вычислении перемещений используется такой параметр, как скорость звука. Так как скорость звука в воздухе зависит от температуры, при подготовке к измерениям предусмотрен ввод с пульта ПК значения этого параметра. Кроме того, от изменения температуры в период измерений зависит и длина струны.
Блок УДП представляет собой цилиндрическую конструкцию, внутри которой расположен на неподвижном основании излучатель, а на подвижном штоке — приемник акустической волны. Шток связан с корпусом
40 _ вепвогв & Буагетв • № 4.2012
пружиной. Растяжками из стальных проволок (струн) УДП закрепляется вертикально под испытуемым объектом. При этом одна струна (связанная с корпусом) прикрепляется к точке измерения перемещения, а другая (связанная со штоком) — к неподвижной опоре (например, с помощью груза). В исходном состоянии натяжение струны устанавливают таким, чтобы в процессе измерений при максимальном перемещении подвижный шток не достигал верхнего или нижнего упоров корпуса УДП.
Схема расположения датчиков на пролетном строении моста показана на рис. 3.
Датчики УДП состыковываются с ВК, контроллеры собираются по два звена и пристыковываются к БПС, который связывается с ПК через последовательный порт.
Для учета упругого растяжения обеих струн под действием сил натяжения действительное значение перемещения объекта измерений £и определяется программно по формуле: £и = Sn(ki + k2)/k2, где k^ и £2 — жесткость пружины и струн, Н/м; Sn — регистрируемое перемещение приемника, мм.
Жесткость струны вычисляют по формуле: £2 =
= End 2/4/, где l — общая длина струн, м; E — модуль
Рис. 3. Схема расположения датчиков на пролетном строении моста
Рис. 4. Пример окна программы при анализе статических прогибов пролетного строения
Г|Т[Т 4_|_5 6 ¡Т|Т |TJTo 3 6 7 8 9 10 Ди.пр-таИ^гГЦ] nocip ншг
Hi K«mn6 1 K»«n7T ]
3]Клиент] .
П Ичг
|.з г.о г.г з.Эс
Скорость: Динамическим киффнцнснтИ.ПОг Декремент затухания: 0.09сск
а)
Анализ] дннамнка|
tpojl 2Э67ВЭ1о| n«.np-T»[H]J 60 f^j nactpjl итог
■ ] ' | Едку^ Г.^гД '] Кгечг^ } К.ТНЛ^ [ Иона^ 1 КОН1Л10} Заем ] Итгсг
Среднее
Дисперсия
Д.коэффицнещ Чает&та с.код |д.затухании ¡К.с.прагни
1 .гэаг 1.070s
1.1 юг
1 0760 1.0360 1.0298
1.0221 1.0161
6.В4 6.34 6. 54 В.ЙЛ 6.84 li.UJ 6.84 £.64
0 75 6.[18 0.67
щз.гзо
319.934
3.45 3.57 4/6 5.88 3.33
094.5вг 700.810 079.330
■пиля
026.570 450,434
Эпюры КПУ по кваз
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.