RU2696668C1 - Система дистанционного контроля состояния резьбовых соединений строительных элементов и конструкций - Google Patents
Система дистанционного контроля состояния резьбовых соединений строительных элементов и конструкций Download PDFInfo
- Publication number
- RU2696668C1 RU2696668C1 RU2018141915A RU2018141915A RU2696668C1 RU 2696668 C1 RU2696668 C1 RU 2696668C1 RU 2018141915 A RU2018141915 A RU 2018141915A RU 2018141915 A RU2018141915 A RU 2018141915A RU 2696668 C1 RU2696668 C1 RU 2696668C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- washer
- narrow
- phase
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
Предлагаемая система относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована при стопорении резьбовых соединений (болтов, шпилек), а также для дистанционного измерения усилий и температуры в различных резьбовых соединениях строительных элементов и конструкций, от состояния которых в значительной степени зависит вероятность аварийной ситуации на строительных сооружениях, имеющих важное стратегическое значение. Заявленная система содержит резьбовое соединение, считыватель и пункт контроля. Резьбовое соединение содержит гайку 1, резьбовый стержень 2, стопорный элемент 3, плоскую шайбу 4, шайбу с вуртом 5, соединяемую деталь 6, отверстие 7, боковые стенки 8, силоизмерительную шайбу 9. Силоизмерительная шайба 9 содержит приемопередающие антенны 10 и 11, разъемы 12 и 13, сквозные отверстия 14 и 15, высокочастотные кабели 16 и 17, шпоночную выточку 18, изолирующий защитный материал 19, резонаторы 20 и 21 на ПАВ, соединительный слой 22 и мягкий эластичный клей 23. Каждый резонатор 20 (21) на ПАВ содержит пьезокристалл 24 (25), электроды 26 (27), шины 28 (29) и 30 (31), набор отражателей 32 (33). Второй резонатор 21 содержит мембрану 34. Считыватель содержит задающий генератор 35, первый 36, второй 41 и третий 65 усилители мощности, дуплексер 37, приемопередающую антенну 38, первый 39, второй 46, третий 47, четвертый 54, и пятый 55 перемножители, первый 40, второй 48, третий 49 и четвертый 57 узкополостные фильтры, первый 42 и второй 43 усилители высокой частоты, первый 44 и второй 45 фазовые детекторы, первый 50 и второй 51 фазометры, блок 52 регистрации, демодулятор 53 ФМН-сигналов, блок 58 памяти, блок 59 сравнения, первый 60 и второй 62 аналого-цифровые преобразователи, линию задержки 61, сумматор 63 и фазовый манипулятор 64. Пункт контроля содержит компьютер 66, задающий генератор 67, фазовый манипулятор 68, усилитель 69 мощности, дуплексер 70, приемопередающую антенну 71, усилитель 72 высокой частоты, демодулятор 73 ФМН-сигналов, первый 74 и второй 75 перемножители, фильтр 76 нижних частот и узкополостной фильтр 77. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства путем дистанционного измерения усилий и температуры в различных резьбовых соединениях строительных элементов и конструкций с использованием пункта контроля дуплексной радиосвязи и сложных сигналов с фазовой манипуляцией. 8 ил.
Description
Предлагаемая система относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована при стопорении резьбовых соединений (болтов, шпилек), а также для дистанционного измерения усилий и температуры в различные резьбовые соединения строительных элементов и конструкций, от состояния которых в значительной степени зависит вероятность аварийной ситуации на строительных сооружениях, имеющих важное стратегическое значение.
Известны системы и устройства контроля состояния резьбовых соединений строительных элементов и конструкций (авт. свид. СССР №№627.557, 720.215, 860.281, 1.062.512, 1.159.153, 1.164.562, 1.193.454, 1.261.692, 1.415.048, 1.456.765, 1.481.589, 1.649.314, 1.682.264, 1.840.602; патенты РФ №№2.008.534, 2.014.579, 2.036.446, 2.082.121, 2.119.648, 2.123.672, 2.130.593, 2.247.954, 2.410.655: патенты США №№2.866.059, 3.216.475, 3.827.514, 4.107.985: патент ФРГ №2.900.614; патенты ЕР №№0.401.133, 0.927.869 и другие)
Из известных систем и устройств наиболее близким к предлагаемой системе является «Силоизмерительное устройство» (патент РФ №2.410.655, G01L 1/00, 2010), которое и выбрано в качестве базового объекта.
Известное силоизмерительное устройство содержит навинченную на резьбу стержня гайку, расположенную под гайкой подкладную шайбу, а также стопорный элемент из эластичного материала и шайбу с вуртом, размещенную на стержне со стороны соединяемой детали и обращенную вуртом в сторону гайки, при этом стопорный элемент выполнен в виде шайбы и расположен между шайбами с охватом резьбового стержня, подкладная шайба выполнена плоской диаметром, меньшим диаметра стопорного элемента, а наружный диаметр подкладной шайбы больше максимального торцевого размера гайки. Причем устройство снабжено плоской силоизмерительной шайбой диаметром, равным диаметру подкладной шайбы, с двумя резонаторами на поверхностных акустических болтах и считывателем, силоизмерительная шайба выполнена из нержавеющей стали и размещена между подкладной шайбой и стопорным элементом из эластичного материала, в шпоночной виточке силоизмерительной шайбы установлены два резонатора на поверхностных акустических волнах, первый из которых чувствительный к сжатию силоизмерительной шайбы посредством жесткого соединительного слоя, а второй - чувствительный к температуре окружающей среды посредством мягкого эластичного клея.
Однако известное устройство обеспечивает измерения усилий и температуры в различных резьбовых соединениях строительных элементов и конструкций непосредственно в месте установки этого устройства и не позволяет производить это дистанционно, что ограничивает его потенциальные возможности.
Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем дистанционного измерения усилий и температуры в различных резьбовых соединениях строительных элементов и конструкций с использованием пункта контроля дуплексной радиосвязи и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.
Поставленная задача решается тем, что система дистанционного контроля состояния резьбовых соединений строительных элементов и конструкций, включающее, в соответствии с ближайшим аналогом, силоизмерительное устройство, содержащее навинченную на резьбу стержня гайку, расположенную под гайкой подкладную шайбу, силоизмерительную шайбу, стопорный элемент из эластичного материала, шайбу с вуртом, размещенную на стержне со стороны соединенной детали и обращенную вуртом в сторону гайки, и считыватель, при этом стопорный элемент выполнен в виде шайбы и расположен между шайбами с охватом резьбового стержня, подкладная шайба выполнена плоской диаметром, меньшим диаметра стопорного элемента, а наружный диаметр подкладной шайбы больше максимального торцевого размера гайки, силоизмерительная шайба выполнена плоской диаметром, равным диаметру подкладной шайбы, из нержавеющей стали с двумя резонаторами на поверхностных акустических волнах, и размещена между подкладной шайбой и стопорным элементом из эластичного материала, в шпоночной выточке силоизмерительной шайбы установлены два резонатора на поверхностных акустических волнах, первый из которых чувствителен к сжатию силоизмерительной шайбы посредством жесткого соединительного слоя, а второй - чувствительный к температуре окружающей среды посредством мягкого эластичного клея, резонаторы на поверхностных акустических волнах через сквозные отверстия высокочастотными кабелями связаны соответственно с приемопередающими антеннами, каждый резонатор на поверхностных акустических волнах выполнен на пьезокристалле с нанесенным на его поверхность алюминевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем поверхностных акустических волн и набором отражателей, встречно-штыревой преобразователь состоит из двух гребенчатых систем электродов, нанесенных на поверхность пьезокристалла, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, которые, в свою очередь, соединены высокочастотным кабелем с приемопередающей антенной, во втором резонаторе на поверхностных акустических волнах между встречно-штыревым преобразователем и набором отражателей размещена мембрана, считыватель выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, первого усилителя мощности, дуплекера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, первого усилителя высокой частоты, первого фазового детектора, второй вход, которого соединен с выходом задающего генератора, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя высокой частоты, второго узкополосного фильтра, первого фазометра, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, и блока регистрации, второй вход которого соединен с выходом первого фазового детектора, последовательно подключенных к выходу дуплексера второго усилителя высокой частоты, второго фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, третьего перемножителя, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя высокой частоты, третьего узкополостного фильтра и второго фазометра, второй вход которого соединен с выходом первого узкополостного фильтра, а выход подключен к третьему входу блока регистрации, четвертый вход которого соединен с выходом второго фазового детектора, последовательно подключенных к выходу задающего генератора первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, первого узкополостного фильтра и второго усилителя мощности, выход которого соединен со вторым входом дуплексера, отличается от ближайшего аналога тем, что она снабжена четвертым и пятым перемножителями, четвертым узкополостным фильтром, фильтром нижних частот, блоком сравнения, блоком памяти, двумя аналого-цифровыми преобразователями, линией задержки, фазовым манипулятором; третьим усилителем мощности, сумматором и пунктом контроля, причем к выходу дуплексера последовательно подключены пятый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, четвертый узкополостной фильтр, четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом дуплексера, фильтр нижних частот и блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, а выход подключен к входу задающему генератору, к выходу первого фазометра последовательно подключены первый аналого-цифровой преобразователь, линия задержки, сумматор, второй вход которого через второй аналого- цифровой преобразователь соединен с выходом второго фазометра, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом четвертого узкополостного фильтра, и третий усилитель мощности, выход которого соединен с третьим входом дуплексера, пункт контроля выполнен в виде последовательно включенных компьютера, задающего генератора, второй вход которого соединен с вторым выходом компьютера, усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, усилителя высокой частоты, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополостного фильтра, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, и фильтра нижних частот, выход которого подключен к компьютеру.
На фиг. 1 изображено устройство для фиксации резьбового стержня до затяжки соединения, продольный разрез. На фиг. 2 - то же, после затяжки соединения. На фиг. 3 изображена силоизмерительная шайба, продельный разрез. На фиг. 4 представлена структурная схема считывателя. На фиг. 5 изображены функциональные схемы двух резонаторов на поверхностных акустических волнах. На фиг. 6 представлена структурная схема пункта контроля. На фиг. 7 показано взаимное расположение используемых частот. На фиг. 8 показаны временные диаграммы, поясняющие принцип работы силоизмерительного устройства.
Устройство для фиксации резьбового стержня содержит гайку 1, резьбовой стержень 2, охватывающий его в виде шайбы 3 из эластичного материала, плоскую шайбу 4, шайбу с вуртом 5 и силоизмерительную шайбу 9. При этом плоская шайба 4 и силоизмерительная шайба 9 установлены между гайкой 1 и стопорным элементом 3, шайба 5 с вуртом - между стопорным элементом 3 и соединяемой деталью 6, а диаметр плоской шайбы 4 равен диаметру силоизмерительной шайбы 9 и меньше диаметра стопорного элемента 3. В вариантах устройства для фиксации резьбового стержня 2 высота вурта 5 больше толщины стопорного элемента 3 или больше толщины стопорного элемента 3, плоской шайбы 4 и силоизмерительной шайбы 9. Наружный диаметр шайбы 4 и 9 больше наружного диаметра гайки 1. Диаметр отверстия шайбы с вуртом 5 больше диаметра отверстия стопорного элемента 3. Отверстие шайбы с вуртом 5 выполнено коническим в сторону соединяемое детали 6. Отверстие в шайбе с вуртом 5 может быть выполнено фигурным, например, в виде лепестков 7, секторов, сегментов. В фигурном отверстии шайбы с вуртом 5 боковые стенки 8 выполнены наклонными в сторону соединяемой детали 6.
Каждый резонатор 20 (21) на поверхностных акустических волнах (ПАВ) выполнен в виде пьезокристалла 24 (25) с нанесенным на его поверхность алюминевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем (ВШП) поверхностных акустических волн (ПАВ) и набором отражателей 32 (33). ВШП состоит из двух гребенчатых систем электродов 26 (27), нанесенных на поверхность пьезокристалла 24 (25). Электроды 26 (27) каждой их гребенок соединены друг с другом шинами 28 (29) и 30 (31), которые, в свою очередь, связаны высокочастотным кабелем 16 (17) с приемопередающей антенной 10 (11). Во втором резонаторе 21 между ВШП и набором отражателей 33 установлена мембрана 34.
Силоизмерительная шайба 9 содержит приемопередающие антенны 10 и 11, разъемы 12 и 13, сквозные отверстия 14 и 15 для высокочастотных кабелей 16 и 17, шпоночную выточку 18, резонатора 20 и 21 на ПАВ, изолирующий защитный материал 19 (силикон, компаунд и т.д.), соединительный слой 22 (клей, припой), мягкий эластичный клей 23 с хорошей теплопередачей.
Считыватель, содержащий последовательно включенные задающий генератор 35, первый усилитель 36 мощности, дуплексер 37, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 38, первый усилитель 42 высокой частоты, первый фазовый детектор 44, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 35, второй перемножитель 46, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 42 высокой частоты, второй узкополостной фильтр 48, первый фазометр 50, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 35, и блок 52 регистрации, второй вход которого соединен с выходом первого фазового детектора 44, последовательно подключенные к выходу дуплексера 37 второй усилитель 43 высокой частоты, второй фазовый детектор 45, второй вход которого соединен с выходом первого узкополостного фильтра 40, третий перемножитель 47, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 43 высокой частоты, третий узкополостной фильтр 49 и второй фазометр 51, второй вход которого соединен с выходом первого узкополостного фильтра 40, а выход подключен к третьему входу блока 52 регистрации, четвертый вход которого соединен с выходом второго фазового детектора 45, последовательно подключенные к выходу задающего генератора 35 первый перемножитель 39, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 35, первый узкополостной фильтр 40 и второй усилитель 41 мощности, выход которого соединен со вторым входом дуплексера 37, последовательно подключенные к выходу дуплексера 37 пятый перемножитель 55, второй вход которого соединен с выходом фильтра 56 нижней частотой, четвертый узкополостной фильтр 57, четвертый перемножитель 54, второй вход которого соединен с выходом дуплексера 37, фильтр 56 нижних частот и блок 59 сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока 58 памяти, а выход подключен ко входу задающего генератора 35, последовательно подключенные к выходу первого фазометра 50 первый аналого-цифровой преобразователь 60, линию 61 задержки, сумматор 63, второй вход которого через второй аналого-цифровой преобразователь 52 соединен с выходом второго фазометра 51, фазовый манипулятор 64, второй вход которого соединен с выходом четвертого узкополостного фильтра 57, и третий усилитель 65 мощности, выход которого соединен с третьим входом дуплексера 37.
Четвертый перемножитель 54, пятый перемножитель 55, фильтр 56 нижних частот и четвертый узкополостной фильтр 57 образуют демодулятор 53 фазоманипулированных (ФМН) сигналов.
Пункт контроля содержит последовательно включенный компьютер 66, задающий генератор 67, фазовый манипулятор 68, второй вход которого соединен с вторым входом компьютера 66, усилитель 69 мощности, дуплексер 70, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 71, усилитель 79 высокой частоты, второй перемножитель 75, второй вход которого соединен с выходом фильтра 76 нижних частот, узкополостной фильтр 77, первый перемножитель 74, второй вход которого соединен с выходом усилителя 79 высокой частоты, и фильтр 76 нижних частот, выход которого подключен к компьютеру 66.
Первый 74 и второй 75 перемножители, узкополостной фильтр 77 и фильтр 76 нижних частот образуют демодулятор 73 ФМН-сигналов.
Система дистанционного контроля состояния резьбовых соединений строительных элементов и конструкций работает следующим образом.
В различных строительных элементах и конструкциях, имеющих важное стратегическое значение, устанавливают силоизмерительные устройства. Для этого ввинчивают резьбовый стержень 2 в отверстие соединяемой детали 6. На резьбовой стержень 2 последовательно устанавливают шайбу с вуртом 5, стопорный элемент 3, силоизмерительную шайбу 9, подкладную шайбу 4 и гайку 1. Затем затягивают гайку 1, при этом стопорный элемент 3, деформируясь, фиксирует резьбовый стержень 2 от самопроизвольного отвинчивания.
Силу затягивания гайки 1 контролируют с помощью частот резонатора 20 на ПАВ, чувствительного к сжатию силоизмерительной шайбы 9 и установленного в шпоночной выточке 18 посредством жесткого соединительного слоя 22. В шпоночной выточке 18 устанавливается на мягкий эластичный клей 23 второй резонатор 21 на ПАВ, который не реагирует на деформацию сжатия шайбы 9, но чувствует температуру окружающей среды.
Частота резонаторов 20 и 21 на ПАВ определяется расстоянием между электродами 26 и 27. Резонансная частота первого резонатора 20 на ПАВ выбирается равной ωl, а второго резонатора 21 на ПАВ - равной ω2, ω2=2ω1 (фиг. 7).
При сжатии силоизмерительной шайбы 9 резонатор 20 на ПАВ изменяет свою резонаненую частоту за счет деформации пьезокристалла 24 и изменения расстояния между электродами 26. В свободном (ненапряженном состоянии) резонатор 20 на ПАВ имеет резонаненую частоту ω1. При штатном затягивании силоизмерительной шайбы 9 резонаненая частота незначительно увеличивается на величину Δω1.
Если происходит самопроизвольное откручивание гайки 1, то резонансная частота резонатора 20 на ПАВ начинает возвращаться к своей исходной частоте ω1, а если возникает слишком большое давление, которое ведет к увеличению силы сжатия силоизмерительной шайбы 9, то частота резонатора 20 на ПАВ увеличивается до значения ω1+Δω2.
Так как между частотой и фазой существует интегрально-дифференцированная связь, то любые изменения частоты приводят к изменению фазы. Поэтому целесообразно использовать фазовые сдвиги, связанные с изменением силы сжатия силоизмерительной шайбы 9. Любые изменения фазовых сдвигов Δϕ могут быть зафиксированы дистанционно с помощью считывателя, пункта контроля и дуплексной радиосвязи.
Во втором резонаторе 21 на ПАВ изменение температуры окружающей среды воздействует на мембрану 34, вызывая ее деформацию. Скорость ПАВ в области мембраны 34 изменяется, и фаза отраженной от решетки 33 акустической волны изменяется в соответствии с деформацией мембраны 34. Изменение фазы соответствующей изменению температуры окружающей среды, которое также можно дистанционно зафиксировать с помощью считывателя, пункта контроля и дуплексной радиосвязи.
На пункте контроля компьютер 66 в соответствии с заданной программой производит поочередный опрос резьбовых соединений строительных элементов и конструкций, имеющих важное стратегическое значение. Для этого командой с компьютера 66 включается задающий генератор 67, который формирует гармоническое колебание
uc(t)=Uc⋅cos(ωct+ϕс), 0≤t≤Тс.
Это колебание поступает на первый вход фазового манипулятора 68, на второй вход которого со второго выхода компьютера 66 подается модулирующий код M1(t), соответствующий идентификационному номеру запрашиваемого считывателя. На выходе фазового манипулятора 68 образуется сложный фазоманипулированный (ФМН) сигнал.
где ϕk1(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M1(t), который после усиления в усилителе 69 мощности через дуплексер 70 поступает в приемопередающую антенну 71, излучается ею в пространство, улавливается приемопередающей антенной 38 считывателя и через дуплексер 37 поступает на первые входы перемножителей 54 и 55. На второй вход перемножителя 54 с выхода узкополостного фильтра 57 подается опорное напряжение
uo1(t)=Uo1⋅cos(ωct+ϕс)
На выходе перемножителя 54 образуется суммарное напряжение
uΣ1(t)=Uн3⋅cosϕkl(t)+ϑн3cos[2(ωct+ϕk1(t)+2ϕc],
где 
из которого фильтром 56 нижних частот выделяется низкочастотное напряжение
uн3(t)=Uн3⋅cosϕkl(t)
Это напряжение поступает на второй вход перемножителя 55, на выходе которого образуется напряжение
uo1(t)=Uo⋅cos(ωct+ϕс)+Uo⋅cos[(ωct+2ϕk1(t)+ϕc]=2Uo⋅cos(ωct+ϕс)=Uol⋅cos(ωct+ϕс),
где 
которое используется в качестве опорного напряжения, выделяется узкополостным фильтром 57 и поступает на второй вход перемножителя 54.
Перемножители 54 и 55, фильтр 56 нижних частот и узкополостной фильтр 57 образуют демодулятор 53 ФМН-сигналов, который работает в двух режимах: переходный и стационарный.
Переходный режим образуется при включении питания, когда на нелинейных элементах образуется множество гармонических колебаний различных частот, в том числе и гармоничное колебание на частоте ωc. Это колебание попадает в полосу пропускания узкополостного фильтра 57 и подается на второй вход перемножителя 54. Далее демодулятор 53 переходит в стационарный режим работы, который описан выше.
Низкочастотное напряжение uн3(t), пропорциональное модулирующему коду М1(t), с выхода фильтра 56 нижних частот одновременно поступает на первый вход блока 59 сравнения, на второй вход которого с выхода блока 58 памяти поступает модулирующий код М1(t), который является идентификационным кодом данного считывателя. При равенстве кодов, поступающих на два входа блока 59 сравнения, последний срабатывает и формирует постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход задающего генератора 35 и включает его.
При включении задающий генератор 35 формирует высокочастотное колебание (фиг. 8, а)
u1(t)=U1⋅cosω1t+ϕ1), 0≤t≤Т1,
где Ul, ω1, ϕ1, Т1 - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания, которое после усиления в усилителе 36 мощности через дуплексер 37 поступает в приемопередающую антенну 38 и излучается ею в эфир.
Высокочастотное колебание u1(t) с выхода задающего генератора 35 одновременно поступает на два входа перемножителя 39, на выходе которого образуется высокочастотное колебание (фиг. 8, б)
u2(t)=U2⋅cosω2t+ϕ2), 0≤t≤Т1,
где 
(фиг. 7),
которое выделяется узкополостным фильтром 40 и после усиления в усилителе 41 мощности через дуплексер 37 поступает в приемопередающую антенну 38 и излучается в эфир.
Гармонические колебания u1(t) и u2(t) улавливаются приемопередающими антеннами 10 и 11 и через высокочастотные кабели 16 и 17 соответственно поступают на входы резонаторов 20 и 21 на ПАВ, первый из которых настроен на частоту ω1, а второй - на частоту ω2. С помощью ВШП электрические сигналы u1(t) и u2(t) преобразуются в акустические волны, которые распространяются на поверхности пьезокристаллов 24 и 25 соответственно, и отражаются набором отражателей 32 и 33. Затем отраженные акустические волны претерпевают обратное преобразование в электрические сигналы с фазовой манипуляцией (ФМН) (фиг. 8. г, д):
u3(t)=U3⋅cos[(ω1t+ϕk(t)+Δϕ1],
u4(t)=U4⋅cos[(ω2t+ϕk(t)+Δϕ2], 0≤t≤Т2,
где ϕk(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M1(t) (фиг. 8, в), причем ϕk(t)=const при kτэ<t<(k+1) τэ и может изменяться скачком при t=kτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (k=l, 2, …, N);
τэ,N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен ФМН-сигнал длительностью Т1(Т1=τэ⋅N);
Δϕ1 - фазовый сдвиг, обусловленный величиной силы сжатия силоизмерительной шайбы 9;
Δϕ2 - фазовый сдвиг, обусловленный величиной изменения температуры окружающей среды.
Модулирующий код M1(t) (фиг. 8, в) определяется внутренней структурой ВШП, носит индивидуальный характер и является идентификационным номером силоизмерительной шайбы 9, отображающим ее порядковый номер и место установки в строительном сооружении, имеющим важное стратегическое значение.
Сложные ФМН-сигналы u3(t) и u3(t) излучаются приемопередающими антеннами 10 и 11 в эфир, улавливаются приемопередающей антенной 38 считывается и через дуплексер 37 и усилителя 42 и 43 высокой частоты поступают соответственно на первые входы фазовых детекторов 44 и 45.
Частота настройки ωн1 усилителя 42 высокой частоты выбирается равной частоте ω1 (ωн1=ω1), а частота настройки ωн2 усилителя 43 высокой частоты выбирается равной ω2 (ωн2=ω2).
На вторые (опорные) входы фазовых детекторов 44 и 45 подаются гармонические колебания u1(t) и u2(t) с выходов задающего генератора 35 и узкополостного фильтра 40 соответственно. В результате синхронного детектирования на выходе фазовых детекторов 44 и 45 образуются низкочастотные напряжения (фиг. 8, е):
uнl(t)=Uнl⋅cosϕk(t),
uн2(t)=Uн2⋅cosϕk(t),
где 
пропорциональное моделирующему коду M(t) (фиг. 8, в).
Низкочастотные напряжения uHl(t) и uH2(t) фиксируются блоком 52 регистрации и одновременно поступают на первые входы перемножителей 46 и 47 соответственно. На вторые входы перемножителей 46 и 47 поступают сложные ФМН-сигналы u3(t) и u4(t) с выходов усилителей 42 и 43 высокой частоты соответственно. На выходы перемножителей 46 и 47 образуются следующие гармонические колебания:
u5(t)=U5⋅cos(ω1t+ϕ1+Δϕ1),
u6(t)=U6⋅cos(ω2t+ϕ2+Δϕ2), 0≤t≤Т1,
где 
которые выделяются узкополостными фильтрами 48 и 49 и поступают на первые входы фазометров 50 и 51 соответственно, на вторые входы которых подаются гармонические колебания u1(t) и u2(t) с выходов задающего генератора 35 и узкополостного фильтра 40. Фазометры 50 и 51 измеряют фазовые сдвиги Δϕ1 и Δϕ2, пропорциональные повышению силы сжатия и температуры силоизмерительной шайбы 9. Измеренные фазовые сдвиги Δϕ1 и Δϕ2 фиксируются блоком 52 регистрации и поступают на входы аналого-цифровых преобразователей 60 и 62 соответственно, где преобразуются в цифровые коды M2(t) и M3(t), пропорциональные фазовым сдвигам Δϕ1 и Δϕ2. Цифровой код M2(t) поступающий на вход линии 61 задержки, время задержки которой равно длительности Т2 цифрового кода M2(t) (τ3=Т2). Задержанный цифровой код M2(t) и цифровой код M3(t) поступают на два входа сумматора 63, на выходе которого суммируется суммарный цифровой код:
MΣ(t)=M3(t)+M2(t).
Гармоническое опорное напряжение
uo2(t)=Uo2⋅cos(ωct+ϕс), 0≤t≤Тc
с выхода узкополостного фильтра 57 одновременно поступающей на первый вход фазового манипулятора 64, на второй вход которого подается суммарный моделирующий код MΣ(t) с выхода сумматора 63. На выходе фазового манипулятора 64 формируется сложный ФМН-сигнал
uo2'(t)=Uo2⋅cos[ωct+ϕkΣ(t)+ϕc, 0≤t≤Тc,
где ϕkΣ(t)={0,π} - манипулирующая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с суммарным модулирующим кодом MΣ(t);
который после усиления в усилителе 65 мощности через дуплексер 37 поступает в приемопередающую антенну 38, излучается ею в пространство, улавливается приемопередающей антенной 71 пункта контроля и через дуплексер 70 и усилитель 72 высокой частоты поступает на первые входы перемножителей 74 и 75. На второй вход перемножителей 74 с выхода узкополостного фильтра 77 подается опорное напряжение
uo3(t)=Uo3⋅cos(ωct+ϕс)
На выходе перемножителя 74 образуется суммарное напряжение.
uΣ2(t)=Uн4⋅cosϕkΣ(t)+ϕн4⋅cos[2ωct+ϕkΣ(t)+ϕc],
где 
из которого фильтром 76 нижних частот выделяется низкочастотное напряжение
uH4(t)=Uн4⋅cosϕkΣ(t).
Это напряжение поступает на второй вход перемножителя 75, на выходе которого образуется напряжение
uo3(t)=U03⋅cos(ωct+ϕс)+Uo⋅cos[2ωct+2ϕkΣ(t)+ϕc]=2Uo⋅cos(ωct+ϕс)=U03⋅cos(ωct+ϕс),
которое используется в качестве опорного напряжения, выделяется узкополостным фильтром 77 и поступает на второй вход перемножителя 74.
Перемножители 74 и 75, фильтр 76 нижних частот и узкополостной фильтр 77 образуют демодулятор 73 ФМН-сигналов, который работает в двух режимах: переходной и стационарный. Эти режимы описаны выше.
Низкочастотное напряжение uн4(t) с выхода фильтра 76 нижних частот поступает в компьютер 66, где оно фиксируется и анализируются модулирующие коды M2(t) и M3(t), пропорциональные превышению силы сжатия и температуры силоизмерительной шайбы 9.
Разборку резьбового соединения производят в обратном порядке.
За счет деформации стопорного элемента 3 и схватывания шайб 4 и 5 с разных сторон повышается надежность стопорения резьбового соединения. Применение фигурного отверстия 7 с наклонными стенками 8 обеспечивает возможность центрирования стержня 2 и повышение надежности его фиксации.
Опрос очередных считывателей осуществляется компьютером 66 так, как это описано выше.
Таким образом, предлагаемая система по сравнению с базовым объектом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает дистанционное измерение усилия и температуры в различных резьбовых соединениях строительных элементов и конструкций, от состояния которых в значительной степени зависит вероятность аварийных ситуаций в строительных сооружениях, имеющих важное стратегическое значение. Это достигается использованием пункта контроля, дуплексной радиосвязи и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.
Сложные сигналы с фазовой манипуляцией обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.
Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени или по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого используемый сложный ФМН-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМН-сигнала отнюдь не мала, она просто 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 приемника.
Сложные ФМН-сигналы позволяют применять 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 те же промежутки времени. Данная возможность реализуется сверткой спектра сложных ФМН-сигналов.
Для синхронного детектирования сложных ФМН-сигналов используются демодуляторы, которые обеспечивают выделение необходимого опорного напряжения, непосредственно их принимаемого ФМН-сигнала и лишены такого недостатка, как явление «обратной работы», присущей известным демодуляторам (схема Пистолькорса А.А., Сифорова В.Н., Костаса Д.В., Травина Г.А.).
Тем самым функциональные возможности известного устройства расширены.
Claims (1)
- Система дистанционного контроля состояния резьбовых соединений строительных элементов и конструкций, включающая силоизмерительное устройство, содержащее навинченную на резьбу стержня гайку, расположенную под гайкой подкладную шайбу, силоизмерительную шайбу, стопорный элемент из эластичного материала, шайбу с вуртом, размещенную на стержне со стороны соединяемой детали и обращенную вуртом в сторону гайки, и считыватель, при этом стопорный элемент выполнен в виде шайбы и расположен между шайбами с охватом резьбового стержня, подкладная шайба выполнена плоской диаметром, меньшим диаметра стопорного элемента, а наружный диаметр подкладной шайбы больше максимального торцевого размера гайки, силоизмерительная шайба выполнена плоской диаметром, равным диаметру подкладной шайбы, из нержавеющей стали с двумя резонаторами на поверхностных акустических волнах, и размещена между подкладной шайбой и стопорным элементом из эластичного материала, в шпоночной выточке силоизмерительной шайбы установлены два резонатора на поверхностных акустических волнах, первый из которых чувствительный к сжатию силоизмерительной шайбы посредством жесткого соединительного слоя, а второй - чувствительный к температуре окружающей среды посредством мягкого эластичного клея, резонаторы на поверхностных акустических волнах через сквозные отверстия высокочастотными кабелями связаны соответственно с приемопередающими антеннами, каждый резонатор на поверхностных акустических волнах выполнен на пьезокристалле с нанесенным на его поверхность алюминевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем поверхностных акустических волн и набором отражателей, встречно-штыревой преобразователь состоит из двух гребенчатых систем электродов, нанесенных на поверхность пьезокристалла, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, которые, в свою очередь, соединены высокочастотными кабелями с приемопередающей антенной, во втором резонаторе на поверхностных акустических волнах между встречно-штыревым преобразователем и набором отражателей размещена мембрана, считыватель выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, первого усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, первого усилителя высокой частоты, первого фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя высокой частоты, второго узкополостного фильтра, первого фазометра, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, и блока регистрации, второй вход которого соединен с выходом первого фазового детектора, последовательно подключенных к выходу дуплексера второго усилителя высокой частоты, второго фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом первого узкополостного фильтра, третьего перемножителя, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя высокой частоты, третьего узкополостного фильтра и второго фазометра, второй вход которого соединен с выходом первого узкополостного фильтра, а выход подключен к третьему входу блока регистрации, четвертый вход которого соединен с выходом второго фазового детектора, последовательно подключенных к выходу задающего генератора первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, первого узкополостного фильтра и второго усилителя мощности, выход которого соединен со вторым входом дуплексера, отличающаяся тем, что она снабжена четвертым и пятым перемножителями, четвертым узкополостным фильтром, фильтром нижних частот, блоком сравнения, блоком памяти, двумя аналого-цифровыми преобразователями, линией задержки, фазовым манипулятором, третьим усилителем мощности, сумматором и пунктом контроля, причем к выходу дуплексера последовательно подключены пятый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, четвертый узкополостной фильтр, четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом дуплексера, фильтр нижних частот и блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, а выход подключен ко входу задающего генератора, к выходу первого фазометра последовательно подключены первый аналого-цифровой преобразователь, линия задержки, сумматор, второй вход которого через второй аналого-цифровой преобразователь соединен с выходом второго фазометра, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом четвертого узкополостного фильтра, и третий усилитель мощности, выход которого соединен с третьим входом дуплексера, пункт контроля выполнен в виде последовательно включенных компьютера, задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с вторым выходом компьютера, усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, усилитель высокой частоты, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополостного фильтра, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, и фильтра нижних частот, выход которого подключен к компьютеру.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018141915A RU2696668C1 (ru) | 2018-11-27 | 2018-11-27 | Система дистанционного контроля состояния резьбовых соединений строительных элементов и конструкций |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018141915A RU2696668C1 (ru) | 2018-11-27 | 2018-11-27 | Система дистанционного контроля состояния резьбовых соединений строительных элементов и конструкций |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2696668C1 true RU2696668C1 (ru) | 2019-08-05 |
Family
ID=67586555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018141915A RU2696668C1 (ru) | 2018-11-27 | 2018-11-27 | Система дистанционного контроля состояния резьбовых соединений строительных элементов и конструкций |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2696668C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0401133A1 (fr) * | 1989-05-30 | 1990-12-05 | TERRAILLON (société anonyme) | Dispositif de pesage à jauges de contrainte |
| RU2008534C1 (ru) * | 1991-05-07 | 1994-02-28 | Войсковая Часть 25840 | Устройство для фиксации резьбового стержня |
| RU2410655C1 (ru) * | 2010-01-11 | 2011-01-27 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Силоизмерительное устройство |
| RU2473873C1 (ru) * | 2011-08-23 | 2013-01-27 | Виктор Иванович Дикарев | Система дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерно-строительных сооружений |
-
2018
- 2018-11-27 RU RU2018141915A patent/RU2696668C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0401133A1 (fr) * | 1989-05-30 | 1990-12-05 | TERRAILLON (société anonyme) | Dispositif de pesage à jauges de contrainte |
| RU2008534C1 (ru) * | 1991-05-07 | 1994-02-28 | Войсковая Часть 25840 | Устройство для фиксации резьбового стержня |
| RU2410655C1 (ru) * | 2010-01-11 | 2011-01-27 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Силоизмерительное устройство |
| RU2473873C1 (ru) * | 2011-08-23 | 2013-01-27 | Виктор Иванович Дикарев | Система дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерно-строительных сооружений |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11003971B2 (en) | Ultra-wide-band saw sensor with hyperbolically frequency-modulated etched reflector | |
| RU2410655C1 (ru) | Силоизмерительное устройство | |
| US6114971A (en) | Frequency hopping spread spectrum passive acoustic wave identification device | |
| US6633226B1 (en) | Frequency hopping spread spectrum passive acoustic wave identification device | |
| Seifert et al. | Mechanical sensors based on surface acoustic waves | |
| US4625207A (en) | Surface acoustic wave passive transponder having amplitude and phase-modifying surface pads | |
| US9395392B2 (en) | Method of interrogation of a differential sensor of acoustic type having two resonances and device implementing the method of interrogation | |
| US8596862B1 (en) | Wireless passive radiation sensor | |
| US6810750B1 (en) | Encoded surface acoustic wave based strain sensor | |
| GB2165423A (en) | System for interrogating a passive transponder carrying phase-encoded information | |
| Manzaneque et al. | Lithium niobate MEMS chirp compressors for near zero power wake-up radios | |
| CA1228912A (en) | Surface acoustic wave passive transponder having amplitude and phase-modifying surface pads | |
| US4605929A (en) | Surface acoustic wave passive transponder having optimally-sized transducers | |
| RU2473873C1 (ru) | Система дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерно-строительных сооружений | |
| US3548306A (en) | Surface wave spectrum analyzer and interferometer | |
| RU2696668C1 (ru) | Система дистанционного контроля состояния резьбовых соединений строительных элементов и конструкций | |
| RU2585487C1 (ru) | Пассивный датчик температуры на поверхностных акустических волнах | |
| EP4302401A1 (en) | Two-port acoustic wave sensor device | |
| RU2621484C1 (ru) | Силоизмерительное устройство контроля качества соединения высокотехнологичных модульных систем полносборных зданий | |
| KR20170133601A (ko) | 무선 온도측정 시스템 | |
| Malocha et al. | Orthogonal frequency coded SAW sensors and RFID design principles | |
| Stelzer et al. | Wireless sensor marking and temperature measurement with SAW-identification tags | |
| RU2485676C1 (ru) | Устройство для дистанционного измерения параметров атмосферы | |
| US3197704A (en) | Passive radars for measuring thermal noise using plural local oscillations | |
| RU2244908C2 (ru) | Устройство для дистанционного измерения давления |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201128 |