RU2685578C1 - Способ дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерных сооружений и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерных сооружений и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2685578C1
RU2685578C1 RU2018126703A RU2018126703A RU2685578C1 RU 2685578 C1 RU2685578 C1 RU 2685578C1 RU 2018126703 A RU2018126703 A RU 2018126703A RU 2018126703 A RU2018126703 A RU 2018126703A RU 2685578 C1 RU2685578 C1 RU 2685578C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
input
output
local oscillator
measurement units
Prior art date
Application number
RU2018126703A
Other languages
English (en)
Inventor
Юрий Александрович Бирюков
Дмитрий Владимирович Бирюков
Александр Николаевич Бирюков
Анатолий Петрович Лебедкин
Евгений Олегович Добрышкин
Виктор Иванович Дикарев
Николай Александрович Савчук
Сергей Андреевич Баранов
Андрей Владимирович Хабарков
Дмитрий Валерьевич Курлапов
Original Assignee
Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2018126703A priority Critical patent/RU2685578C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2685578C1 publication Critical patent/RU2685578C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures

Abstract

Предлагаемые технические решения относятся к контрольно-измерительной технике и могут быть использованы для непрерывного неразрушающего контроля, оценки и прогнозирования технического состояния конструкций и инженерных сооружений специальных объектов, например, потенциально-опасных участков трубопроводов систем жизнеобеспечения объектов военной инфраструктуры, в течение всего периода их эксплуатации. Техническим результатом является повышение принимаемой помехоустойчивости и достоверности обмена дискретной информацией между пунктом контроля и модемом путем использования двух частот и сложных сигналов с фазовой манипуляцией. Способ дистанционного контроля и диагностики состояния конструкции и инженерных сооружений заключается в том, что на пункте контроля регистрируют сигналы с блоков измерения, установленных в местах диагностирования конструкции, сравнивают их с заранее зафиксированными значениями и по отклонению поступивших сигналов от заранее зафиксированных судят о наличии изменений контролируемых параметров. При этом изготавливают элемент конструкции из того же материала, что и вся конструкция, размещают на нем блоки измерения и проводят метрологическую аттестацию элемента. Далее врезают элемент с установленными на нем блоками измерения в места диагностирования конструкции и по отклонению поступивших сигналов с блоков измерения от заранее зарегистрированных сигналов судят о состоянии конструкции, при этом блоки измерения и преобразователи выполняют в виде линий задержки на поверхностных акустических волнах. При преобразовании акустических волн в электромагнитный сигнал используется фазовая манипуляция, при этом структура сигнала отражает порядковый номер линии задержки и величину контролируемого параметра. Обмен дискретной информацией между пунктом контроля и модемом осуществляется путем использования двух частот и сложных сигналов с фазовой манипуляцией. Устройство, реализующее предполагаемый способ, содержит элемент 1 конструкции, блоки измерения: деформации 2, механического напряжения 3, вибрации 4, давления 5, расхода 6, температуры 7 транспортируемого продукта, температуры 8 грунта, электрического тока 9, электрического потенциала 10 с электродом сращения, преобразователи 11-19, контроллер 20, модем 21, линию радиосвязи 22 и пункт 23 контроля. Особенности конструкции блоков измерения, преобразователей, контроллера 20, пункта контроля 23 приведены в описании и на поясняющих чертежах. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Предлагаемые технические решения относятся к контрольно-измерительной технике и могут быть использованы для непрерывного неразрушающего контроля, оценки и прогнозирования технического состояния конструкций и инженерных сооружений специальных объектов, например, потенциально-опасных участков трубопроводов систем жизнеобеспечения объектов военной инфраструктуры, в течение всего периода их эксплуатации.
Известны способы и устройства дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерных сооружений (авт. свид. СССР №№901.828, 934.269, 1.458.647, 1.695.161, 1.733.837, 1.781.564, 1.812.386; патенты РФ №№2.037.797, 2.046.311, 2.079.829, 2.135.887, 2.146.810, 2.190.152, 2.194.919, 2.206.817, 2.229.703, 2.230.978, 2.247.958, 2.276.304, 2.291.345, 2.471.161; патенты США №№3.170.152, 3.851.521, 4.206.402, 5.894.092; патент Франции №2.294.389; Лапшин Б.М. и др. Автоматизированная система непрерывного контроля герметичности подводных нефтепроводов. - Нефтяное хозяйство, 1989, №10, с. 63, рис. 1; Кармазинов Ф.В., Заренков Д.В., Дикарев В.И., Койнаш Б.В. Вода, нефть, газ и трубы в нашей жизни. СПб, 2005, «Техническая книга», с. 179-214 и другие).
Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым являются «Способ дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерных сооружений и устройство для его осуществления» (патент РФ 2.471.161, G01М 7/00, 2011), которые и выбраны в качестве прототипов.
Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит элемент 1 конструкции, блоки измерения: деформации 2, механического напряжения 3, вибрации 4, давления 5, расхода 6, температуры 7 транспортируемого продукта, температуры 8 грунта, электрического тока 9, электрического потенциала 10 с электродом сравнения, преобразователи 11-19, контроллер 20, модем 21, линию 22 радиосвязи и пункт 23 контроля. Контроллер 20 содержит считыватель и микропроцессор 30 с запоминающим устройством. Блоки измерения и преобразователи выполнены в виде линий задержки на поверхностных акустических волнах. При этом каждая линия задержки содержит пьезокристалл.
Однако, используемая дуплексная радиосвязь 22 между модемом 21 и пунктом 23 контроля построена таким образом, что все передатчики и приемники работают на одной несущей частоте. Поэтому передатчики оказывают негативное влияние на собственные приемники, снижая их помехоустойчивость и достоверность принимаемой информации.
Технической задачей изобретения является повышение принимаемой помехоустойчивости и достоверности обмена дискретной информацией между пунктом контроля и модемом путем использования двух частот и сложных сигналов с фазовой манипуляцией
Поставленная задача решается тем, что способ дистанционного контроля и диагностики состояния конструкции и инженерных сооружений, заключающийся, в соответствии с ближайшим аналогом, в том, что на пункте контроля регистрируют сигналы с блоков измерения, установленных в местах диагностирования конструкции, сравнивают их с заранее зафиксированными значениями и по отклонению поступивших сигналов от заранее зафиксированных судят о наличии изменений контролируемых параметров, при этом изготавливают элемент конструкции из того же материала, что и вся конструкция, размещают на нем блоки измерения, проводят метрологическую аттестацию элемента с размещенными на нем блоками измерения путем установления зависимостей между сигналами с блоков измерения и калиброванными внешними воздействиями, регистрируют эти зависимости на пункте контроля и используют их в качестве заранее зафиксированных сигналов, врезают элемент с установленными на нем блоками измерения в места диагностирования конструкции и по отклонению поступивших сигналов с блоков измерения от заранее зарегистрированных сигналов судят о состоянии конструкции, при этом блоки измерения и преобразователи выполняют в виде линий задержки на поверхностных акустических волнах, на контроллере последовательно формируют m гармонических колебаний на разных несущих частотах, облучают ими линии задержки, настроенные на m несущие частоты, на каждой линии задержки электромагнитное гармоническое колебание преобразуют в акустическую волну, обеспечивают ее распространение по поверхности пьезокристалла и обратное отражение, преобразуют отраженную акустическую волну в электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией, внутренняя структура которого соответствует структуре встречно-штыревых преобразователей поверхностных акустических волн, которая отражает порядковый номер линии задержки и величину контролируемого параметра, сложный сигнал с фазовой манипуляцией излучают в эфир, принимают на контроллере, осуществляют синхронное детектирование, выделяют низкочастотное напряжение, соответствующее порядковому номеру линии задержки и фазовому сдвигу, соответствующему внешнему воздействию, и направляют его в микропроцессор с запоминающим устройством, в котором производят расчет и преобразование поступившей информации, отличается от ближайшего аналога тем, что на пункте контроля формируют высокочастотное колебание на частоте wв, манипулируют его по фазе модулирующим кодом M1(t), который является кодом запроса, образованный сложный сигнал с фазовой манипуляцией преобразуют по частоте с использованием частоты wr1 первого гетеродина, выделяют напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты, усиливают его по мощности, излучают в эфир на частоте WI=wup1=wв + wr1, улавливают модемом, усиливают по мощности, преобразуют по частоте с использованием частоты wr1 первого гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной (разностной) частоты wup2=wI-wr1, перемножают его с напряжением второго гетеродина, выделяют сложный сигнал с фазовой манипуляции на частоте wr1 первого гетеродина, осуществляют его синхронное детектирование с использованием напряжения первого гетеродина в качестве опорного напряжения, выделяют первое низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду M1(t) и направляют его в контролер для дальнейшей обработки, в модеме формируют высоко частотное колебание на чистоте wв, манипулируют его по фазе модулирующим кодом M2(t), который содержит информацию о наличии изменений контролируемых параметров, образованный сложный сигнал с фазовой манипуляцией преобразуют по частоте с использованием частоты wr2 второго гетеродина, выделяют напряжение промежуточной (разностной) частоты wup=wr2 - wв, усиливают его по мощности, излучают в эфир на частоте WII = wup, улавливают на пункте контроля, усиливают по мощности, преобразуют по частоте с использованием частоты wr2 второго гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной (разностной) частоты wup2 = wr2 - wup, перемножают его с напряжением первого гетеродина, выделяют сложный сигнал с фазовой манипуляцией на частоте wr2 второго гетеродина, осуществляют его синхронное детектирование с использованием напряжения второго гетеродина в качестве опорного напряжения, выделяют второе низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду M2(t), и направляют его в микропроцессор для дальнейшей обработки, причем частоты wr1 и wr2 гетеродинов разносят на значение второй промежуточной частоты wup2 = wr2 - wr1.
Поставленная задача решается тем, что устройство дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерных сооружений, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, пункт контроля, блоки измерения, размещенные в местах диагностирования конструкции, преобразователи, линию связи, контроллер, при этом блоки измерения размещены на метрологически аттестованном элементе конструкции, изготовленном из того же материала, что и вся конструкция, и врезанном в места диагностирования конструкции, элемент конструкции, с размещенными на нем блоками измерения, соединен с соответствующими преобразователями, связанными своими выходами с входом контроллера, подключенного к модему, который через линию связи своим выходом соединен с пунктом контроля, при этом контроллер снабжен считывателем, а каждый блок измерения и преобразователь выполнены в виде линии задержки на поверхностных акустических волнах, причем считыватель содержит последовательно включенные синхронизатор, синтезатор несущих частот, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, усилитель высокой частоты и фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом синтезатора несущих частот, а выход подключен к входу микропроцессора с запоминающим устройством, выход которого соединен с входом модема, каждая линия задержки содержит пьезокристалл, на поверхность которого нанесены входной и выходной встречно-штыревые преобразователи, входной и выходной поглотители, при этом входной встречно-штыревой преобразователь соединен с микрополосковой приемопередающей антенной, а выходной встречно-штыревой преобразователь соединен с согласованной нагрузкой, импеданс которой зависит от внешнего воздействия, отличается от ближайшего аналога тем, что пункт контроля выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с микропроцессором, первого смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной (суммарной) частоты, первого усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второго усилителя мощности, второго смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина, усилителя второй промежуточной (разностной) частоты, перемножителя, второй вход которого соединен со вторым выходом первого гетеродина, полосового фильтра и фазового детектора, второй вход которого соединен с вторым выходом второго гетеродина, а выход подключен к микропроцессору, модем выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого через формирователь модулирующего кода соединен с контроллером второго смесителя, второй вход которого соединен со вторым выходом второго гетеродина, усилителя промежуточной (разностной) частоты, второго усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, первого усилителя мощности, первого смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, усилителя второй промежуточной (разностной) частоты, перемножителя, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина, полосового фильтра и фазового детектора, второй вход которого соединен со вторым выходом первого гетеродина, а выход подключен к контроллеру, частоты wr1 и wr2 гетеродинов разнесены на значения второй промежуточной частоты wup2 = wr2 - wr1.
Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерных сооружений, представлена на рис. 1. Структурная схема контроллера 20 изображена на рис. 2. Функциональные схемы блоков измерения и преобразователей на основе линий задержки показаны на рис. 3. Структурные схемы пункта контроля 23 и модема 21 представлены на рис. 4 и 5 соответственно. Частотная диаграмма показана на рис. 6.
Устройство состоит из элемента 1 конструкции, изготовленного из того же материала, что и контролируемый участок конструкции, на котором расположены блоки измерения:
- деформации 2, механического напряжения 3, вибрации 4, давления 5, расхода 6, температуры 7 транспортируемого продукта, температуры 8 грунта, электрического тока 9, электрического потенциала 10 с электродом сравнения.
Выходы блоков 2-9 и 10 измерения соединены с входами соответствующих преобразователей 11-19, выходы которых, в свою очередь, соединены с входом контроллера 20. Выход контроллера 20 подключен к модему 21, который своим выходом соединен через линию связи 22 с входом удаленного пункта 23 контроля.
Контроллер 20 содержит последовательно включенные синхронизатор 24, соединенный с выходом фазового детектора 55, синтезатор 25 несущих частот, дуплексер 26, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 27, усилитель 28 высокой частоты, фазовый детектор 29, второй вход которого соединен с выходом синтезатора 25 несущих частоты, и микропроцессор 30 с запоминающим устройством, выход которого подключен к входу модема 21. Все блоки, кроме микропроцессора 30 с запоминающим устройством, образуют считыватель.
Каждый блок измерения и преобразователь выполнен в виде линии задержки на поверхностных акустических волнах (ПАВ) и содержит пьезокристалл 31.j, на поверхности которого нанесены входной 33.j и выходной 34.j встречно-штыревые преобразователи (ВШП), входной 35j и выходной 36.j поглотители. При этом входной ВШП 33.j соединен с микрополосковой приемопередающей антенной 32.j, а выходной ВШП 34.j соединен с согласованной нагрузкой 37.j, импеданс которой зависит от внешнего воздействия (деформации, механического напряжения, вибрации, давления, расхода, температуры, электрического тока) (j=1, 2,…, m).
Пункт контроля 23 содержит последовательно включенные задающей генератор 38, фазовый манипулятор 40, второй вход которого соединен с микропроцессором 39, первый смеситель 42, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина 41, усилитель 43 первой промежуточной (суммарной) частоты, первый усилитель частоты 44 мощности, дуплексор 45, вход- выход которого связан с приемопередающей антенной 46, второй усилитель 63 мощности, второй смеситель 65, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина 64, усилитель 66 второй промежуточный (разностной) частоты, перемножитель 67, второй вход которого соединен с вторым выходом первого гетеродина 41, полосовой фильтр 68 и фазовый детектор 69, второй вход которого соединен с вторым выходом второго гетеродина 64, а выход подключен к микропроцессору 39.
Модем 21 содержит последовательно включенные задающий генератор 56, фазовый манипулятор 58, второй вход которого через формирователь модулирующего кода соединен с выходом контроллера 20, второй смеситель 60, второй вход которого соединен со вторым выходом второго гетеродина 59, усилитель 61 промежуточный (разностной) частоты, второй усилитель 62 мощности, дуплексер 48, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 47, первый усилитель 49 мощности, первый смеситель 51, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина 50, усилитель 52 второй промежуточной (разностной) частоты, перемножитель 53, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина 59, полосовой фильтр 54 и фазовой детектор 55, второй вход которого соединен со вторым выходом первого гетеродина 50, а выход подключен к контроллеру 20.
Предлагаемой способ осуществляется описанным устройством следующим образом (на примере трубопровода системы жизнеобеспечения сооружения объектов военной инфраструктуры).
В процессе эксплуатации сооружений происходит изменение технологических параметров трубопроводов системы жизнеобеспечения объектов военной инфраструктуры, обусловленное старением и дефектами конструкции. Поскольку процесс деформации трубопровода очень медленный и только в экстренных ситуациях требуется непрерывный поток информации, алгоритм работы устройства позволяет задавать интервалы опроса блоков измерения от десятков секунд до 1 месяца. В большинстве случаев для мониторинга трубопровода достаточно 1-2 измерений в сутки. При этом в качестве блоков измерений и преобразователей используются линии задержки на ПАВ, основной особенностью которых являются малые габариты и отсутствие источников питания (батарей, аккумуляторов). Каждая линия задержки настроена на определенную частоту, которая зависит от количества электродов ВШП и расстояния между ними.
На пункте 23 контроля задающей генератор 38 формирует высокочастотное колебание:
Figure 00000001
где Vв1, wв, ϕв1, Тв1 - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания,
которое поступает на первый вход фазового манипулятора 40, на второй вход которого подается модулирующий вход M1(t) с выхода микропроцессора 39. В качестве модулирующего кода M1(t) является код, соответствующий заданному измерительному патрубку трубопровода. На выходе фазового манипулятора 40 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМН)
Figure 00000002
где ϕкв(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M1(t), причем ϕкв(t)=const при кτэ≤t≤(к+1)τэ и может изменяться скачком при t=кτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (к=1, 2,…, N)
τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Тв1(Тв1 = τэ × N),
который поступает на первый вход первого смесителя 42. На второй вход последнего подается напряжение первого гетеродина 41
Figure 00000003
На выходе смесителя 42 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 43 выделяется напряжение промежуточной (суммарной) частоты.
Figure 00000004
где
Figure 00000005
wup1 = wв + wr1 - первая промежуточная (суммарная) частота;
ϕup1 = ϕв1 + ϕr1.
Это напряжение после усиления в усилителе 44 мощности излучается приемопередающей антенной 46 в эфир на частоте wI = wup1, улавливается приемопередающей антенной 47 модема 21 и через дуплексер 48 и усилитель 49 мощности поступает на первый вход первого смесителя 51, на второй вход которого подается напряжение Ur1(t) первого гетеродина 50. На выходе первого смесителя 51 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 52 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты
Figure 00000006
где
Figure 00000007
wup2 = wI - wr1 - вторая промежуточная (разностная) частота;
ϕup2 = ϕup1 - ϕr1,
которое поступает на первой вход перемножителя 53. На второй вход перемножителя 53 подается напряжение второго гетеродина 59
Figure 00000008
При этом частоты wr1 и wr2 гетеродинов разнесены на значения второй промежуточной частоты (фиг. 6)
Figure 00000009
На выходе перемножителя образуется напряжение
Figure 00000010
где
Figure 00000011
которое выделяется полосовым фильтром 54 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 55. На второй (опорный) вход фазового детектора 55 подается напряжение Ur1(t) со второго выхода первого гетеродина 50. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 55 образуется низкочастотное напряжение
Figure 00000012
где
Figure 00000013
пропорциональное модулирующему коду M1(t). Это напряжение поступает на вход контролера 20 (синхронизатора 24) и переводит его из ждущего режима в режим измерения.
При этом синхронизатор 24 включает синтезатор 25 несущих частот, который последовательно формирует гармонические колебания:
Figure 00000014
которые через дуплексер 26 последовательно во времени поступают в приемопередающую антенну 23 и излучаются ею в эфир, обеспечивая облучение соответствующих линий задержки на ПАВ.
Энергия высокочастотного электромагнитного колебания, принимаемого микрополосковой приемопередающей антенной 32.j, поступает на электроды входного ВШП 33.j, вызывая механическое гармоническое колебание в пьезоэлектрической подложке линии задержки за счет явления обратного пьезоэффекта. Механические колебания порождают поверхностную акустическую волну (ПАВ), которая распространяется как в направлении выходного ВШП 34.j, так и в направлении входного поглотителя 35.j. Механические колебания приводят к изменению разности потенциалов между электродами ВШП 34.j (явление прямого пьезоэффекта), что вызывает появление высокочастотного тока, протекающего через цепь нагрузки 37.j. Отраженная от ВШП 34.j в сторону выходного поглотителя 36j и в сторону ВШП 33.j ПАВ, ослабленная по амплитуде за счет вносимых звукопроводом линии задержки потерь, приводит к изменению разности потенциалов между электродами ВШП 33.j, вызывая в нагрузке (микрополосковой приемопередающей антенне 32.j) высокочастотный ток (j=1, 2, …, m). Антенна 32.j излучает сложные ФМн-сигналы:
Figure 00000015
где ϕkj(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с внутренней структурой ВШП, отражающей порядковый номер j линии задержки;
Δϕj - фазовый сдвиг, соответствующий внешним воздействиям (деформации, механическое напряжение, вибрации, давление и т.п.), под влиянием которых изменяется импеданс нагрузки 37.j и коэффициент отражения.
Поглотители 35.j и 36.j обеспечивают режим бегущих акустических волн.
Сложные ФМн-сигналы Ucj(t) (j=1, 2, …, m) последовательно принимаются приемопередающей антенной 27 контроллера 20 и через дуплексер 26 и усилитель 28 высокой частоты поступают на первый вход фазового детектора 29, на второй вход которого подаются гармонические колебания Uj(t) с выхода синтезатора 25 несущих частот в качестве опорных напряжений. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 29 последовательно выделяются низкочастотные напряжения
Figure 00000016
где
Figure 00000017
пропорциональные порядковому номеру линии задержки и контролируемому параметру (деформации, механическому напряжению, вибрации, давлению и т.п).
Опрос и контроль линий задержки, характеризующих расход, температуру транспортируемого продукта, температуру грунта, величину электрического тока и электрического потенциала производится аналогичным образом. Низкочастотные напряжения с выхода фазового детектора 29 последовательно поступают в микропроцессор 30 с запоминающим устройством, который производит расчет и преобразование фазовых сдвигов Δϕj в цифровой вид. Результат вычислений последовательно подается на вход формирователя 57 модулирующего кода. Последней формирует модулирующий код M2(t), который поступает на второй вход фазового манипулятора 58. На первый вход фазового манипулятора 58 с выхода задающего генератора 56 подается высокочастотное колебание
Figure 00000018
На выходе фазового манипулятора 58 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн)
Figure 00000019
который поступает на первый вход второго смесителя 60, на второй вход которого подается напряжение Ur2(t) второго гетеродина 59.
На выходе смесителя 60 образуется напряжение комбинационных частот. Усилителем 61 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты
Figure 00000020
где
Figure 00000021
wup = wr2 - wв - вторая промежуточная (разностная) частота;
ϕup = ϕr2 - ϕв3.
Это напряжение после усиления в усилителе 62 мощности через дуплексер 48 поступает в приемопередающую антенну 47, излучается ею в эфир на частоте wII = wup, улавливается приемопередающей антенной 46 пункта контроля и через дуплексер 45 и усилитель 63 мощности поступает на первый вход второго смесителя 65, на второй вход которого подается напряжение Ur2(t) второго гетеродина 64. На выходе смесителя 65 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 66 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты
Figure 00000022
где
Figure 00000023
wup2 = wr2 - wup - вторая промежуточная (разностная) частота
ϕup3 = ϕr2 - ϕup,
которое поступает на первый вход перемножителя 67, на второй вход которого подается напряжение Ur1(t) первого гетеродина 41. На входе перемножителя 67 образуется напряжение
Figure 00000024
где
Figure 00000025
wr2 = wup2 + wr1;
ϕr2 = ϕup3 + ϕr1,
которое выделяется полосовым фильтром 68 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 69. На второй (опорный) вход фазового детектора 69 подается напряжение Ur2(t) второго гетеродина 64. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 69 образуется низкочастотное напряжение
Figure 00000026
где
Figure 00000027
пропорциональное модулирующему коду M2(t). Это напряжение поступает в микропроцессор 39, где сравнивается с данными, полученными при метрологической аттестации, и проводится анализ технического состояния трубопровода системы жизнеобеспечения объектов военной инфраструктуры.
При метрологической аттестации устройства определение статических характеристик линий задержки и всего устройства в целом проводится по ГОСТ 8.508-84, по которому статические характеристики определяются с заданными уровнями точности и достоверности в виде полиномов от задаваемых внешних воздействий.
Метрологическая аттестация патрубка осуществляется до его врезки в систему трубопровода.
Патрубок с установленными на нем датчиками, который после аттестации становится многоканальным измерительным устройством, устанавливают на потенциально-опасном участке системы, предварительно определенном проектом, и регистрируют поступающие сигналы, которые сравнивают с начальными, полученными при аттестации, и по статическим характеристикам, установив отклонение, оценивают состояние эксплуатационных характеристик участка трубопровода системы жизнеобеспечения объектов военной инфраструктуры.
Предлагаемые способ и устройство обеспечивают повышение эффективности дистанционного контроля и диагностики состояния конструкции и инженерных сооружений, например, потенциально-опасных участков систем жизнеобеспечения объектов, в течение всего периода их эксплуатации. Это достигается за счет снижения энергопотребления и повышения надежности датчиков, которые являются одним из основных элементов устройства, реализующего предлагаемый способ.
Основной особенностью датчиков в виде линий задержки на ПАВ являются малые габариты и отсутствие источников питания (батарей, аккумуляторов).
Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают повышение помехоустойчивости и достоверности обмена дискретной информацией между пунктом контроля и модемом. Это достигается использованием двух частот wI, wII и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.
Указанные сигналы обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.
Энергетическая скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. В следствие этого сложный ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМН-сигнала отнюдь не мала, она просто равномерно распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.
Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемников.
Сложные ФМн-сигналы открывают новые возможности в технике передачи дискретных сообщений и их защиты от несанкционированного доступа. Указанные сигналы позволяют применять новый вид селекций - структурную селекцию. Это значит, что появляется возможность выделять сложные ФМн-сигналы среди других сигналов и помех, действующих в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени. Данная возможность реализуется сверткой спектра сложных ФМн-сигналов.

Claims (2)

1. Способ дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерных сооружений, заключающийся в том, что на пункте контроля регистрируют сигналы с блоков измерения, установленных в местах диагностирования конструкции, сравнивают их с заранее зафиксированными значениями и по отклонению поступивших сигналов от заранее зафиксированных судят о наличии изменений контролируемых параметров, при этом изготавливают элемент конструкции из того же материала, что и вся конструкция, размещают на нем блоки измерения, проводят метрологическую аттестацию элемента с размещенными на нем блоками измерения путем установления зависимостей между сигналами с блоков измерения и калиброванными внешними воздействиями, регистрируют эти зависимости на пункте контроля и используют их в качестве заранее зафиксированных сигналов, врезают элемент с установленными на нем блоками измерения в места диагностирования конструкции и по отклонению поступивших сигналов с блоков измерения от заранее зарегистрированных сигналов судят о состоянии конструкции, при этом блоки измерения и преобразователи выполняют в виде линий задержки на поверхностных акустических волнах, на контроллере последовательно формируют m гармонических колебаний на разных несущих частотах, облучают ими линии задержки, настроенные на m несущие частоты, на каждой линии задержки электромагнитное гармоническое колебание преобразуют в акустическую волну, обеспечивают ее распространение по поверхности пьезокристалла и обратное отражение, преобразуют отраженную акустическую волну в электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией, внутренняя структура которого соответствует структуре встречно-штыревых преобразователей поверхностных акустических волн, которая отражает порядковый номер линии задержки и величину контролируемого параметра, сложный сигнал с фазовой манипуляцией излучают в эфир, принимают на контроллере, осуществляют синхронное детектирование, выделяют низкочастотное напряжение, соответствующее порядковому номеру линии задержки и фазовому сдвигу, соответствующему внешнему воздействию, и направляют его в микропроцессор с запоминающим устройством, в котором производят расчет и преобразование поступившей информации, отличающийся тем, что на пункте контроля формируют высокочастотное колебание на частоте wв, манипулируют его по фазе модулирующим кодом M1(t), который является кодом запроса, образованный сложный сигнал с фазовой манипуляцией преобразуют по частоте с использованием частоты wrl первого гетеродина, выделяют напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты, усиливают его по мощности, излучают в эфир на частоте w1=wupl=wв+wr1, улавливают модемом, усиливают по мощности, преобразуют по частоте с использованием частоты wr1 первого гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной (разностной) частоты wup2=w1-wr1, перемножают его с напряжением второго гетеродина, выделяют сложный сигнал с фазовой манипуляцией на частоте wr1 первого гетеродина, осуществляют его синхронное детектирование с использованием напряжения первого гетеродина в качестве опорного напряжения, пропорциональное модулирующему коду M1(t), и направляют его в контроллер для дальнейшей обработки, в модеме формируют высокочастотное колебание на частоте wв, манипулируют его по фазе модулирующим кодом M2(t), который содержит информацию о наличии изменений контролируемых параметров, образованный сложный сигнал с фазовой манипуляцией преобразуют по частоте с использованием частоты wr2, второго гетеродина, выделяют напряжение промежуточной (разностной) частоты wup=wr2-wв, усиливают его по мощности, излучают в эфир на частоте wup=w11, улавливают на пункте контроля, усиливают по мощности, преобразуют по частоте с использованием частоты wr2 второго гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной (разностной) частоты wup2=wr2-wup, перемножают его с напряжением первого гетеродина, выделяют сложный сигнал с фазовой манипуляцией на частоте wr2 второго гетеродина, осуществляют его синхронное детектирование с использованием напряжения второго гетеродина в качестве опорного напряжения, выделяют второе низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду М2(t), и направляют его в микропроцессор для дальнейшей обработки, причем частоты wr1 и wr2 гетеродинов разносят на значение второй промежуточной частоты wup2= wr2-wrl.
2. Устройство дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерных сооружений, содержащее пункт контроля, блоки измерения, размещенные в местах диагностирования конструкции, преобразователи, линию связи, контроллер, при этом блоки измерения размещены на метрологически аттестованном элементе конструкции, изготовленном из того же материала, что и вся конструкция, и врезанном в места диагностирования конструкции, элемент конструкции с размещенными на нем блоками измерения соединен с соответствующими преобразователями, связанными своими выходами с входом контроллера, подключенного к модему, который через линию связи своим выходом соединен с пунктом контроля, при этом контроллер снабжен считывателем, а каждый блок измерения и преобразователь выполнены в виде линии задержки на поверхностных акустических волнах, причем считыватель содержит последовательно включенные синхронизатор, синтезатор несущих частот, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, усилитель высокой частоты и фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом синтезатора несущих частот, а выход подключен к входу микропроцессора с запоминающим устройством, выход которого соединен с входом модема, каждая линия задержки содержит пьезокристалл, на поверхность которого нанесены входной и выходной встречно-штыревые преобразователи, входной и выходной поглотители, при этом входной встречно-штыревой преобразователь соединен с микрополосковой приемопередающей антенной, а выходной встречно-штыревой преобразователь соединен с согласованной нагрузкой, импеданс которой зависит от внешнего воздействия, отличающееся тем, что пункт контроля выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом микропроцессора, первого смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной (суммарной) частоты, первого усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второго усилителя мощности, второго смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина, усилителя второй промежуточной (разностной) частоты, перемножителя, второй вход которого соединен с вторым выходом первого гетеродина, полосового фильтра и фазового детектора, второй вход которого соединен с вторым выходом второго гетеродина, а выход подключен к микропроцессору, модем выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого через формирователь модулирующего кода соединен с контроллером, второго смесителя, второй вход которого соединен со вторым выходом второго гетеродина, усилителя промежуточной (разностной) частоты, второго усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, первого усилителя мощности, первого смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, усилителя второй промежуточной (разностной) частоты, перемножителя, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина, полосового фильтра и фазового детектора, второй вход которого соединен со вторым выходом первого гетеродина, а выход подключен к контроллеру, частоты wr1 и wr2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты wup2=wr2-wr1.
RU2018126703A 2018-07-19 2018-07-19 Способ дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерных сооружений и устройство для его осуществления RU2685578C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018126703A RU2685578C1 (ru) 2018-07-19 2018-07-19 Способ дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерных сооружений и устройство для его осуществления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018126703A RU2685578C1 (ru) 2018-07-19 2018-07-19 Способ дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерных сооружений и устройство для его осуществления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2685578C1 true RU2685578C1 (ru) 2019-04-22

Family

ID=66314410

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018126703A RU2685578C1 (ru) 2018-07-19 2018-07-19 Способ дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерных сооружений и устройство для его осуществления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2685578C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2718687C1 (ru) * 2019-07-23 2020-04-13 Открытое акционерное общество "Авангард" Система дистанционного контроля и управления солнечным концентраторным модулем
RU2734446C1 (ru) * 2020-03-25 2020-10-16 Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации Способ дистанционного контроля состояния конструкций и устройство для его осуществления
US20220090972A1 (en) * 2019-06-03 2022-03-24 Promocion Y Desarrollo De Sistemas Automaticos S.L.U. Method of measurement of the acting forces in a structure and/or the temperature in the structure

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH022924A (ja) * 1988-06-14 1990-01-08 Kawasaki Steel Corp 電縫管用超音波探傷装置
US5894092A (en) * 1996-09-27 1999-04-13 Industrial Quality, Inc. Method and system for obtaining near-surface characteristics of materials using ultrasonic Rayleigh waves
RU2247958C2 (ru) * 2003-03-28 2005-03-10 Дочернее открытое акционерное общество ДАО "Оргэнергогаз" Способ дистанционного контроля и диагностики состояния конструкции и инженерных сооружений и устройство для его осуществления
RU2471161C1 (ru) * 2011-09-19 2012-12-27 Открытое акционерное общество "Авангард" Способ дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерных сооружений и устройство для его осуществления
RU2473873C1 (ru) * 2011-08-23 2013-01-27 Виктор Иванович Дикарев Система дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерно-строительных сооружений

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH022924A (ja) * 1988-06-14 1990-01-08 Kawasaki Steel Corp 電縫管用超音波探傷装置
US5894092A (en) * 1996-09-27 1999-04-13 Industrial Quality, Inc. Method and system for obtaining near-surface characteristics of materials using ultrasonic Rayleigh waves
RU2247958C2 (ru) * 2003-03-28 2005-03-10 Дочернее открытое акционерное общество ДАО "Оргэнергогаз" Способ дистанционного контроля и диагностики состояния конструкции и инженерных сооружений и устройство для его осуществления
RU2473873C1 (ru) * 2011-08-23 2013-01-27 Виктор Иванович Дикарев Система дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерно-строительных сооружений
RU2471161C1 (ru) * 2011-09-19 2012-12-27 Открытое акционерное общество "Авангард" Способ дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерных сооружений и устройство для его осуществления

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220090972A1 (en) * 2019-06-03 2022-03-24 Promocion Y Desarrollo De Sistemas Automaticos S.L.U. Method of measurement of the acting forces in a structure and/or the temperature in the structure
RU2718687C1 (ru) * 2019-07-23 2020-04-13 Открытое акционерное общество "Авангард" Система дистанционного контроля и управления солнечным концентраторным модулем
RU2734446C1 (ru) * 2020-03-25 2020-10-16 Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации Способ дистанционного контроля состояния конструкций и устройство для его осуществления

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hutchins et al. Coded waveforms for optimised air-coupled ultrasonic nondestructive evaluation
RU2685578C1 (ru) Способ дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерных сооружений и устройство для его осуществления
US7654148B2 (en) Ultrasound communication system for metal structure and related methods
EP3317658B1 (en) Turbidity sensor based on ultrasound measurements
US11391863B2 (en) Method of free-field broadband calibration of hydrophone sensitivity based on pink noise
Jin et al. Monitoring of distributed pipeline systems by wireless sensor networks
RU2471161C1 (ru) Способ дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерных сооружений и устройство для его осуществления
CN111781276B (zh) 基于分维数的钢轨超声导波缺陷识别与定位方法及装置
CN111781275B (zh) 基于李雅普诺夫指数的钢轨超声导波缺陷识别与定位方法及装置
WO2018100507A1 (en) Method and apparatus for vibroacoustic modulation crack detection and characterization of conduits
Stepinski Novel instrument for inspecting rock bolt integrity using ultrasonic guided waves
CN108802203B (zh) 一种基于多模态技术的杆状构件内部缺陷定位方法
RU2453930C1 (ru) Способ параметрического приема волн различной физической природы в морской среде
RU2425396C1 (ru) Способ мониторинга состояния подземных сооружений метрополитена и система для его реализации
RU2473873C1 (ru) Система дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерно-строительных сооружений
Aleshin et al. Automatic ultrasonic inspection of large-diameter pipes
CN105486924A (zh) 基于磁声电效应的非接触式导体电导率测量方法
RU2196312C2 (ru) Устройство поиска мест утечек магистральных трубопроводов
CN104458913A (zh) 材料性能退化的非线性导波评估方法与装置
RU2734446C1 (ru) Способ дистанционного контроля состояния конструкций и устройство для его осуществления
RU2302584C1 (ru) Устройство для определения местонахождения утечек в магистральных трубопроводах
Li et al. Passive detection in water pipelines using ambient noise II: Field experiments
RU2010227C1 (ru) Способ определения местоположения источников акустической эмиссии в трубопроводах
US20210237120A1 (en) Multi-frequency wireless sensor
RU2485676C1 (ru) Устройство для дистанционного измерения параметров атмосферы

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200720