RU2775396C2 - Устройство для мониторинга напряжённо-деформированного состояния металлоконструкций - Google Patents
Устройство для мониторинга напряжённо-деформированного состояния металлоконструкций Download PDFInfo
- Publication number
- RU2775396C2 RU2775396C2 RU2020140831A RU2020140831A RU2775396C2 RU 2775396 C2 RU2775396 C2 RU 2775396C2 RU 2020140831 A RU2020140831 A RU 2020140831A RU 2020140831 A RU2020140831 A RU 2020140831A RU 2775396 C2 RU2775396 C2 RU 2775396C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring
- windings
- stress
- strain state
- magnetic
- Prior art date
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 16
- 230000005291 magnetic Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 10
- 230000035882 stress Effects 0.000 abstract description 9
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 6
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 5
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к неразрушающему контролю механических напряжений в ферромагнитных материалах и может применяться для организации активного мониторинга напряженно-деформированного состояния металлоконструкций различных строительных и экологически опасных объектов, а также для создания интеллектуально-разумных строительных объектов с управляемой эксплуатационной надежностью. Устройство содержит магнитный датчик, состоящий из двух измерительных обмоток, магнитопроводов с квадратным поперечным сечением, расположенных взаимно перпендикулярно, возбуждающей обмотки датчика, размещенной на двух совмещенных полюсах сердечников магнитопроводов, и измерительный блок. Устройство дополнительно содержит генератор переменного тока высокой частоты, подключенный к обмотке возбуждения, совмещенные полюса сердечников магнитопроводов которой размещены симметрично, а измерительный блок выполнен в виде последовательно соединенных выпрямителей с низким падением напряжения на операционных усилителях, аналого-цифрового преобразователя, процессора, блока передачи данных по беспроводному интерфейсу и подключен к измерительным обмоткам. Технический результат: повышение точности и чувствительности измерений, а также возможность фиксации быстрых переходных процессов. 2 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к неразрушающему контролю механических напряжений в ферромагнитных материалах и может применяться для организации активного мониторинга напряженно-деформированного состояния металлоконструкций различных строительных и экологически опасных объектов, таких как атомные энергетические объекты и нефтеналивные резервуары, а также для создания интеллектуально-разумных строительных объектов с управляемой эксплуатационной надежностью.
Известно устройство определения дефектов в ферромагнитном материале по остаточной намагниченности, авторов Мужицкий В. Ф., Запускалов В. Г. и др., по патенту на полезную модель РФ №63062, МПК G01L 1/12, содержащее П-образный магнит с обмоткой индуктивности, уложенной между полюсами магнита, и индикатора остаточной намагниченности, генератор переменной частоты, схему обработки информации и регистратор [1].
Недостатком данного устройства является зависимость точности измерений от начальных параметров намагниченности исследуемого образца.
Известен магнитоупругий датчик, авторов Орехов Г. Т., Найденко В. Д., по патенту на изобретение СССР №881544, МПК G01L 1/12, содержащий корпус, измерительные обмотки и обмотку возбуждения со стержнями, соединенными по диагоналям прямоугольника перемычками, выполненными в виде дугообразных элементов, концы которых связаны со стержнями [2].
Недостатком данного устройства является его низкая точность, связанная с невозможностью обеспечения постоянства площади и надежности магнитного контакта между рабочими стержнями и гибкими диагональными элементами, вследствие использования магнитопровода из отдельных элементов.
Прототипом предлагаемого изобретения является магнитоупругий датчик, авторов Землянский А. А., Землянский К. А., по патенту на изобретение РФ №2295118, МПК G01L 1/12, G01B 7/24, содержащий корпус, измерительные обмотки и обмотку возбуждения с магнитопроводами, сердечники которых выполнены из отдельных листовых П-образных элементов, изготовленных из высококачественного вакуумного трансформаторного железа со строго квадратным поперечным сечением [3].
Недостатком выбранного прототипа является применение диодного моста Уитстона с большим падением напряжения, что приводит к снижению чувствительности и уменьшению диапазона измерений. Кроме того, показания датчика сводятся к измерению разности напряжения на двух измерительных катушках, что не позволяет зафиксировать направление механических напряжений. Несимметричная компоновка магнитопроводов приводит к искажению результатов измерения вследствие взаимного влияния измерительных катушек.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков и создание высокоточного устройства мониторинга напряженно-деформированного состояния металлоконструкций, позволяющего выполнять независимые друг от друга измерения механических напряжений в двух взаимно перпендикулярных направлениях в условиях двухосного напряженного состояния.
Технический результат предлагаемого решения заключается в следующем:
- повышение точности за счет использования двухканальной системы измерения, содержащей аналого-цифровой преобразователь напряжения;
- повышение точности за счет совмещения обмоток возбуждения для исключения влияния разности при намотке и сдвига по частоте;
- повышение точности и чувствительности измерений за счет введения в состав устройства для мониторинга напряженно-деформированного состояния металлоконструкций измерительного блока, выполненного в виде последовательно соединенных выпрямителей с низким падением напряжения на операционных усилителях, аналого-цифрового преобразователя, процессора, блока передачи данных по беспроводному интерфейсу;
- возможность фиксации быстрых переходных процессов за счет введения в состав устройства для мониторинга напряженно-деформированного состояния металлоконструкций генератора переменного тока высокой частоты питающего возбуждающего обмотку напряжением с частотой 400 Гц.
Технический результат достигается за счет того, что в устройстве для мониторинга напряженно-деформированного состояния металлоконструкций, содержащем магнитный датчик, состоящий из двух измерительных обмоток, магнитопроводов с квадратным поперечным сечением, расположенных взаимно перпендикулярно, возбуждающей обмотки датчика, размещенной на двух совмещенных полюсах сердечников магнитопроводов, и измерительный блок, введен генератор переменного тока высокой частоты, подключенный к обмотке возбуждения, совмещенные полюса сердечников магнитопроводов которой размещены симметрично, а измерительный блок выполнен в виде последовательно соединенных выпрямителей с низким падением напряжения на операционных усилителях, аналого-цифрового преобразователя, процессора, блока передачи данных по беспроводному интерфейсу, и подключен к измерительным обмоткам.
На фиг. 1 - общий вид устройства для мониторинга напряженно-деформированного состояния металлоконструкций;
на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.
На фиг. 1 изображено устройство для мониторинга напряженно-деформированного состояния металлоконструкций, содержащее, обмотку возбуждения 1, две симметрично и перпендикулярно расположенные относительно оси «О» измерительные обмотки 2, 3. Возбуждающая и измерительные обмотки соединены между собой магнитопроводами 4, 5 с квадратным поперечным сечением, выполненными из отдельных листовых П-образных элементов, изготовленных из высококачественного вакуумного трансформаторного железа. Полюса магнитопроводов 6, 7, 8, 9 расположены симметрично относительно оси «О», при этом полюса 7, 8 обмотки возбуждения совмещены. Кроме того, устройство содержит генератор переменного тока высокой частоты 10, выпрямители с низким падением напряжения на операционных усилителях 11, аналого-цифровой преобразователь 12, процессор 13, блок передачи данных по беспроводному интерфейсу 14, опору с винтовой регулировкой высоты 15. Выпрямители с низким падением напряжения на операционных усилителях 11, аналого-цифровой преобразователь 12, процессор 13, блок передачи данных по беспроводному интерфейсу 14 подключены последовательно и образуют измерительный блок.
Устройство для мониторинга напряженно-деформированного состояния металлоконструкций работает следующим образом.
После включения датчика генератор переменного тока высокой частоты 10, управляемый центральным процессором 13, подает сигнал заданной частоты на возбуждающую обмотку 1. Для исключения процессов намагничивания измеряемой поверхности подается сигнал симметричной относительно нулевой линии формы. Датчик устанавливается на ровный участок поверхности исследуемого образца металлоконструкции, при этом магнитные линии, проходящие через П-образные магнитопроводы 4, 5, замыкаются через участок поверхности исследуемого образца металлоконструкции, благодаря чему в измерительных обмотках 2, 3 наводится ЭДС, величина которой зависит от магнитной проницаемости образца, которая, согласно эффекту Форстера, зависит от направления и интенсивности действующих в образце механических напряжений.
Для преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение электрические сигналы, полученные с измерительных обмоток 2, 3, поступают на выпрямители с низким падением напряжения, выполненные с применением малошумящих операционных усилителей 11. Выпрямленный сигнал в аналого-цифровом преобразователе 12 преобразуется в цифровой сигнал, после чего поступает в центральный процессор 13, где после обработки передается через блок передачи данных по беспроводному интерфейсу 14 на устройство вывода данных.
До начала контроля механических напряжений для определения коэффициента перевода приходящего электрического сигнала в величину механического напряжения проводится калибровка датчика в соответствии с материалом и формой исследуемого образца.
Предлагаемое устройство для мониторинга напряженно-деформированного состояния металлоконструкций позволяет выполнять независимые друг от друга измерения в двух взаимно перпендикулярных направлениях в условиях двухосного напряженного состояния, что позволяет определять направление и величину как статических, так и динамических нагрузок, благодаря чему появляется возможность мониторинга напряженно-деформированного состояния строительных конструкций, мостов, зданий, оборудования и т.д.
Таким образом, использование устройства для мониторинга напряженно-деформированного состояния металлоконструкций позволяет повысить точность измерений за счет использования двухканальной системы измерения, совмещения обмоток возбуждения для исключения влияния разности при намотке и сдвига по частоте, симметричного расположения полюсов магнитопровода относительно оси «О». Кроме того, устройство для мониторинга напряженно-деформированного состояния металлоконструкций позволяет исключить постоянное намагничивание образца за счет питания обмотки возбуждения переменным током высокой частоты.
Источники информации
1. Патент № 63062 РФ, МПК G01L 1/12. Устройство определения дефектов в ферромагнитном материале по остаточной намагниченности. Мужицкий В. Ф., Запускалов В. Г., Загидулин Р. В., Загидулин Т. Р.- №2006145552/22; заявл. 22.12.2006; опубл. 10.05.2007 (аналог).
2. Патент № 881544 СССР, МПК G01L 1/12. Магнитоупругий датчик. Орехов Г. Т., Найденко В. Д. - №2898382; заявл. 24.03.1980; опубл. 15.11.1981 (аналог).
3. Патент № 2295118 РФ, МПК G01L 1/12, G01B 7/24. Магнитоупругий датчик. Землянский А. А., Землянский К. А. - 2005140216/28; заявл. 22.12.2005; опубл. 10.03.2007 (прототип).
4. Гуманюк М. Н. Магнитоупругие датчики в автоматике, К., 1972 г.
Claims (1)
- Устройство для мониторинга напряженно-деформированного состояния металлоконструкций, содержащее магнитный датчик, состоящий из двух измерительных обмоток, магнитопроводов с квадратным поперечным сечением, расположенных взаимно перпендикулярно, возбуждающей обмотки датчика, размещенной на двух совмещенных полюсах сердечников магнитопроводов, и измерительный блок, отличающееся тем, что содержит генератор переменного тока высокой частоты, подключенный к обмотке возбуждения, совмещенные полюса сердечников магнитопроводов которой размещены симметрично, а измерительный блок выполнен в виде последовательно соединенных выпрямителей с низким падением напряжения на операционных усилителях, аналого-цифрового преобразователя, процессора, блока передачи данных по беспроводному интерфейсу и подключен к измерительным обмоткам.
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020140831A RU2020140831A (ru) | 2022-06-14 |
| RU2775396C2 true RU2775396C2 (ru) | 2022-06-30 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1318810A1 (ru) * | 1986-01-21 | 1987-06-23 | Ленинградское высшее инженерное морское училище им.адм.С.О.Макарова | Магнитоанизотропный датчик механических усилий |
| UA7731U (en) * | 2004-09-27 | 2005-07-15 | Method for determining the direction of main stresses in the surface layer of ferromagnetic material by using an electromagnetic detector ?? ?? ?? ?? | |
| RU2295118C1 (ru) * | 2005-12-22 | 2007-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет | Магнитоупругий датчик |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1318810A1 (ru) * | 1986-01-21 | 1987-06-23 | Ленинградское высшее инженерное морское училище им.адм.С.О.Макарова | Магнитоанизотропный датчик механических усилий |
| UA7731U (en) * | 2004-09-27 | 2005-07-15 | Method for determining the direction of main stresses in the surface layer of ferromagnetic material by using an electromagnetic detector ?? ?? ?? ?? | |
| RU2295118C1 (ru) * | 2005-12-22 | 2007-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет | Магнитоупругий датчик |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5010299A (en) | Method for measuring stress on steel by determining the reverse magnetic permeability under a magnetic bias field | |
| SU973040A3 (ru) | Способ измерени параметров механической нагрузки на ферромагнитное тело и устройство дл его осуществлени | |
| CN108489641B (zh) | 一种预应力钢绞线应力测量装置及方法 | |
| RU2775396C2 (ru) | Устройство для мониторинга напряжённо-деформированного состояния металлоконструкций | |
| Ricken et al. | Improved multi-sensor for force measurement of pre-stressed steel cables by means of the eddy current technique | |
| US5423223A (en) | Fatigue detection in steel using squid magnetometry | |
| RU2295118C1 (ru) | Магнитоупругий датчик | |
| Bieńkowski | Some problems of measurement of magnetostriction in ferrites under stresses | |
| RU2365909C2 (ru) | Солемер | |
| RU2810894C1 (ru) | Магнитоупругий датчик для определения механических напряжений в ферромагнитных материалах | |
| RU2073856C1 (ru) | Способ определения механических напряжений и магнитоупругий датчик для определения механических напряжений | |
| RU2134428C1 (ru) | Датчик для измерения механических характеристик ферромагнитных материалов | |
| US3488577A (en) | Asymmetric orthogonal coil susceptibility meter | |
| SU824019A1 (ru) | Способ контрол физико-механическихпАРАМЕТРОВ фЕРРОМАгНиТНыХ МАТЕРиАлОВи пРЕОбРАзОВАТЕль дл ЕгО ОСущЕСТВлЕ-Ни | |
| RU2492459C1 (ru) | Магнитоупругий датчик для определения механических напряжений в ферромагнитных материалах | |
| SU922502A1 (ru) | Магнитоупругий датчик механических напр жений | |
| CN115031893A (zh) | 一种基于磁各向异性检测残余应力场的校准方法 | |
| RU2252422C1 (ru) | Способ измерения тока и устройство для его осуществления | |
| SU956972A1 (ru) | Измерительный преобразователь механических параметров | |
| RU2654827C1 (ru) | Датчик измерения механических деформаций | |
| Schonekess et al. | Improved multi-sensor for force measurement on pre-stressed steel cables by means of eddy current technique | |
| RU2034235C1 (ru) | Способ измерения глубины дефекта в ферромагнитном изделии и устройство для его осуществления | |
| Moskowicz | CA transductor-based magnetic field transducer: transduction function analysis | |
| SU917149A1 (ru) | Устройство дл контрол кольцевых магнитопроводов | |
| SU894624A1 (ru) | Способ измерени напр женности внутреннего размагничивающего пол ферромагнитного образца |