RU85238U1

RU85238U1 - DEVICE FOR SOUND CONTROL OF WOODEN SUPPORTS

Info

Publication number: RU85238U1
Application number: RU2009111865/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Викторович Гаврилов; Елена Зеликовна Коварская; Олег Александрович Кононов; Игорь Яковлевич Лиманов; Игорь Борисович Московенко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Электротехнические системы"
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2009-07-27

Abstract

1. Устройство для звукового контроля деревянных опор, содержащее приемник звукового сигнала, соединенный с усилителем, который соединен с устройством цифровой обработки сигнала, соединенным с дисплеем, отличающееся тем, что в предлагаемом устройстве в качестве устройства цифровой обработки сигнала использован микроконтроллер, один из выходов которого соединен со считывателем RFID, снабженного антенной для передачи сигнала на метку RFID, а в качестве приемника звукового излучения использован микрофон. ! 2. Устройство для звукового контроля деревянных опор по п.1, отличающееся тем, что один из входов микроконтроллера соединен с датчиком температуры. ! 3. Устройство для звукового контроля деревянных опор по п.1, отличающееся тем, что один из входов микроконтроллера соединен с клавиатурой.1. A device for sound monitoring of wooden poles, containing a sound signal receiver connected to an amplifier, which is connected to a digital signal processing device connected to a display, characterized in that the proposed device uses a microcontroller as a digital signal processing device, one of the outputs of which connected to an RFID reader equipped with an antenna for transmitting a signal to an RFID tag, and a microphone is used as a receiver of sound radiation. ! 2. The device for sound control of wooden supports according to claim 1, characterized in that one of the inputs of the microcontroller is connected to a temperature sensor. ! 3. The device for sound control of wooden supports according to claim 1, characterized in that one of the inputs of the microcontroller is connected to the keyboard.

Description

Настоящая полезная модель относится к приборам звукового контроля деревянных деталей, в частности, опор различных силовых линий передачи и связиThis utility model relates to sound control devices for wooden parts, in particular, supports of various power transmission and communication lines

Несмотря на то, что деревянные опоры обрабатывают различными защитными химическими препаратами, они подвержены разрушению, которое в большой степени зависит от параметров окружающей среды, таких как влажность, температура, наличие солей. Разрушение деревянных опор редко можно определить визуально, так как оно может начинаться изнутри. Поэтому необходим прибор, с помощью которого можно проводить постоянный мониторинг линии опор.Despite the fact that wooden supports are treated with various protective chemicals, they are subject to destruction, which largely depends on environmental parameters, such as humidity, temperature, and the presence of salts. The destruction of wooden supports can rarely be determined visually, as it can begin from the inside. Therefore, a device is needed with which you can constantly monitor the line of supports.

Известно устройство (RU, Патент №2272282, МПК G01N 29/04) для акустического контроля состояний деревянных изделий, в частности, для контроля деревянных опор линий электропередач.A device is known (RU, Patent No. 2272282, IPC G01N 29/04) for acoustic monitoring of the state of wooden products, in particular, for monitoring wooden poles of power lines.

Устройство состоит из передающего и приемного ультразвуковых преобразователей. Передающий преобразователь подключен к генератору электрических колебаний. Приемный преобразователь подключен к усилителю, который соединен с аналого-цифровым преобразователем, который соединен с анализатором. В рассматриваемом устройстве одновременно измеряют и анализируют амплитуду, длительность, энергию сигнала, принятого приемным преобразователем, и скорость прохождения ультразвукового сигнала через исследуемое изделие. При этом анализатор нормирует измеренные величины в определенном диапазоне, суммирует нормированные показатели и по результату суммирования судят о состоянии контролируемого изделия.The device consists of transmitting and receiving ultrasonic transducers. The transmitting converter is connected to an electric oscillation generator. The receiving converter is connected to an amplifier, which is connected to an analog-to-digital converter, which is connected to the analyzer. In the device in question, the amplitude, duration, energy of the signal received by the receiving transducer, and the speed of passage of the ultrasonic signal through the test article are simultaneously measured and analyzed. At the same time, the analyzer normalizes the measured values in a certain range, summarizes the normalized indicators and judges about the state of the controlled product based on the result of the summation.

Недостатком известного устройства является зависимость измеренных величин от состояния контактов преобразователей с поверхностью контролируемого изделия, состояние которой зависит от многих параметров, в том числе от погодных условий.A disadvantage of the known device is the dependence of the measured values on the state of the contacts of the transducers with the surface of the controlled product, the state of which depends on many parameters, including weather conditions.

Известно устройство для звукового контроля опор (US, патент №4702111 МПК G01N 29/04). По совокупности существенных признаков это устройство является наиболее близким к предлагаемому. Известный прибор основан на том, что с одной стороны контролируемой опоры установлен датчик, а с другой стороны возбуждают звуковые волны, например ударом молотка. Этот удар возбуждает звуковой сигнал, который проходит через толщу дерева и преобразуется датчиком в аналоговый электрический сигнал, который усиливается, преобразуется в цифровой сигнал и подается на устройство цифровой обработки сигала, при которой производится разложение сигнала в ряд Фурье, построение зависимости амплитуды от частоты, а результат обработки выводится на дисплей. По характеру этой зависимости делается вывод о качестве опоры.A device for sound control of supports is known (US Patent No. 4702111 IPC G01N 29/04). By the combination of essential features, this device is the closest to the offer. The known device is based on the fact that a sensor is installed on one side of the monitored support, and on the other hand, sound waves are excited, for example, by hammer blow. This shock excites an audio signal that passes through the thickness of the tree and is converted by a sensor into an analog electric signal, which is amplified, converted into a digital signal and fed to a digital signal processing device, in which the signal is expanded into a Fourier series, the dependence of the amplitude on frequency is constructed, and the processing result is displayed. By the nature of this dependence, a conclusion is made about the quality of the support.

Недостатком известного устройства является недостаточная достоверность измерений.A disadvantage of the known device is the lack of reliability of measurements.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является разработка устройства для контроля деревянных опор, в котором реализована возможность увеличения достоверности измерений.The task to which the proposed utility model is directed is the development of a device for monitoring wooden poles, in which the possibility of increasing the reliability of measurements is realized.

Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемое устройство для звукового контроля деревянных опор, так же, как и известное, содержит приемник звукового сигнала, соединенный с усилителем, соединенным с устройством цифровой обработки сигнала, соединенным с дисплеем. Но, в отличие от известного, в предлагаемом устройстве в качестве устройства цифровой обработки сигнала использован микроконтроллер, один из выходов которого соединен со считывателем RFID, снабженного антенной для передачи сигнала на метку RFID, а в качестве приемника звукового излучения использован микрофон.The problem is solved due to the fact that the proposed device for the sound control of wooden supports, as well as the known one, contains a sound signal receiver connected to an amplifier connected to a digital signal processing device connected to the display. But, unlike the known one, the microcontroller is used in the proposed device as a digital signal processing device, one of the outputs of which is connected to an RFID reader equipped with an antenna for transmitting a signal to the RFID tag, and a microphone is used as a receiver of sound radiation.

Достигаемый технический результат заключается в увеличении достоверности измерений. Он достигается за счет того, что предлагаемое устройство позволяет использовать новую методику измерений, которая позволяет не только проводить текущее измерение, но и провести сравнительный анализ с данными, которые были получены при проведении предыдущих измерений. При этом разница в измеренных величинах показывает, насколько изменилось состояние опоры за период между измерениями.The technical result achieved is to increase the reliability of measurements. It is achieved due to the fact that the proposed device allows the use of a new measurement technique, which allows not only to conduct the current measurement, but also to conduct a comparative analysis with the data that were obtained during previous measurements. In this case, the difference in the measured values shows how much the state of the support has changed over the period between measurements.

Работа устройства основана на наличии известной корреляционной зависимости между скоростью распространения и затухания акустических волн и такими свойствами древесины как прочность, нарушение структуры, степень загнивания.The operation of the device is based on the presence of a known correlation between the speed of propagation and attenuation of acoustic waves and such properties of wood as strength, structural disruption, and degree of decay.

Скорость распространения С_l (стержневая скорость звука) может быть оценена по результатам измерения частот собственных колебаний (ЧСК) на основании известной зависимостиThe propagation velocity C _l (pivotal speed of sound) can be estimated by measuring the frequencies of natural vibrations (CSC) based on the known dependence

fi=Fi·С_l, где fi - частота собственных колебаний определенного вида i,fi = Fi · С _l , where fi is the frequency of natural vibrations of a certain type i,

Fi - коэффициент формы, зависящий от формы и размеров изделия, вида возбуждаемых колебаний и коэффициента Пуассона,Fi is the shape factor, depending on the shape and size of the product, the type of excited vibrations and the Poisson's ratio,

, где where

Е - модуль нормальной упругости (модуль Юнга), ρ - плотность.E is the modulus of normal elasticity (Young's modulus), ρ is the density.

Технический результат достигается за счет того, что измеряют спектр ЧСК в заданном диапазоне частот и периодически повторяют это измерение, сравнивают его с предыдущим измерением и судят о наличии нарушения в структуре материала опоры по изменению значений ЧСК и их соотношения в спектре, а также по изменению амплитуды и соотношения амплитуд отдельных составляющих спектра в заданном диапазоне частот, которые произошли за промежуток времени, прошедший с момента предыдущего измерения.The technical result is achieved due to the fact that they measure the HSC spectrum in a given frequency range and periodically repeat this measurement, compare it with the previous measurement and judge if there is a violation in the structure of the support material by changing the HSC values and their ratio in the spectrum, as well as by changing the amplitude and the ratio of the amplitudes of the individual components of the spectrum in a given frequency range that occurred during the period of time that has passed since the previous measurement.

Совокупность признаков, сформулированных в пункте 2 формулы полезной модели, характеризует устройство для звукового контроля деревянных опор, в котором один из входов микроконтроллера соединен с датчиком температуры.The combination of features formulated in paragraph 2 of the utility model formula characterizes a device for sound control of wooden poles, in which one of the inputs of the microcontroller is connected to a temperature sensor.

Соединение датчика температуры с микроконтроллером позволяет учесть в разности показаний прибора, полученных в разное время, влияние температурного фактора.The connection of the temperature sensor with the microcontroller allows you to take into account the difference in the readings of the device obtained at different times, the influence of the temperature factor.

Совокупность признаков, сформулированных в пункте 3 формулы полезной модели, характеризует устройство для звукового контроля деревянных опор, в котором один из входов микроконтроллера соединен с клавиатурой.The combination of features formulated in paragraph 3 of the utility model formula characterizes a device for sound control of wooden poles, in which one of the inputs of the microcontroller is connected to the keyboard.

Клавиатура позволит ввести в микроконтроллер данные, касающиеся времени и даты измерения, а также позволит установить частотный под диапазон измерений.The keyboard allows you to enter data regarding the time and date of measurement into the microcontroller, and also allows you to set the frequency for the measurement range.

Предлагаемое устройство для звукового контроля деревянных опор иллюстрируется чертежом, на котором приведена его функциональная схема.The proposed device for the sound control of wooden poles is illustrated in the drawing, which shows its functional diagram.

В состав устройства входит приемник 1 звукового сигнала, в качестве которого использован микрофон. Он соединен с усилителем 2, сигнал с которого поступает на микроконтроллер 3, один из выходов которого соединен с дисплеем 4, в качестве которого может быть использован жидкокристаллический дисплей. Микроконтроллер соединен также со считывателем 5 RFID, который снабжен антенной 6 для передачи радиочастотного сигала на метку 7 RFID.The device includes a receiver 1 of an audio signal, which is used as a microphone. It is connected to an amplifier 2, the signal from which is supplied to the microcontroller 3, one of the outputs of which is connected to the display 4, which can be used as a liquid crystal display. The microcontroller is also connected to an RFID reader 5, which is equipped with an antenna 6 for transmitting an RF signal to RFID tag 7.

В примере выполнения устройства, который приведен на чертеже, один из входов микроконтроллера 3 соединен с датчиком температуры 8, другой вход соединен с клавиатурой 9.In the example embodiment of the device, which is shown in the drawing, one of the inputs of the microcontroller 3 is connected to the temperature sensor 8, the other input is connected to the keyboard 9.

В качестве контролируемых параметров используется комплекс параметров ЧСК: значения ЧСК различных составляющих спектра, их соотношения, а также характеристика затухания отдельных составляющих спектра. Эти параметры поступают на дисплей.As the controlled parameters, a set of CSC parameters is used: the CSC values of various components of the spectrum, their ratio, as well as the attenuation characteristic of the individual components of the spectrum. These parameters are displayed.

Эксперименты показали, что для получения более достоверных и повторяемых результатов можно использовать в качестве основной частоты (fi) частоту изгибных колебаний опоры f₄, в качестве второй f₅, а в качестве дополнительный f₈ или f₉.The experiments showed that to obtain more reliable and repeatable results, the frequency of bending vibrations of the support f ₄ can be used as the main frequency (fi), as the second f ₅ , and as an additional f ₈ or f ₉ .

При возбуждении звуковых колебаний определяется место по высоте опоры, где удается получить наиболее качественное измерение f₄, затем на этой высоте путем последовательных измерений по окружности отмечается наименьшее значение амплитуды f₄. Это место маркируется и в этой точке устанавливается метка RFID.When exciting sound vibrations, a place is determined by the height of the support, where it is possible to obtain the most qualitative measurement of f ₄ , then at this height by successive measurements around the circumference the smallest value of the amplitude f ₄ is noted. This place is marked and an RFID tag is set at this point.

Первичный контроль деревянных опор осуществляется следующим образом.The primary control of wooden supports is as follows.

Звуковые колебания возбуждаются ударом, например молотка по опоре, и преобразованные в электрические колебания усиливаются и поступают на микроконтроллер 3 и уже в цифровом виде сигнал поступает на дисплей, а также считывается считывателем 5 RFID, с которого через антенну 6 поступает на метку 7 RFID. Таким образом, на дисплей и на метку RFID поступает одинаковая информация. Та информация, которая поступает на дисплей, снимается оператором, а информация на метке RFID сохраняется для использования при сравнительном анализе при последующем измерении. Выбранная основная частота f₄ фиксируется как первый базовый отсчет на дисплее и заносится в паспорт опоры с одновременной записью параметров сигнала, характеризующих его затухание. Далее производится измерение остальных выбранных частот и их затухания. При этом на дисплее и в паспорте отражается температура, дата и время измерения. При следующем очередном контроле на дисплее будут отражены не только данные текущего контроля, но и данные предыдущего их измерения, что позволит увидеть и оценить динамику состояния опоры. Для этого на дисплей выводят данные, считанные с метки RFID.Sound vibrations are excited by a blow, for example, of a hammer on a support, and converted into electrical vibrations are amplified and fed to the microcontroller 3 and the signal is already digitally transmitted to the display, and is also read by the RFID reader 5, from which it passes through the antenna 6 to the RFID tag 7. Thus, the display and the RFID tag receive the same information. The information that appears on the display is taken by the operator, and the information on the RFID tag is stored for use in comparative analysis during subsequent measurement. The selected fundamental frequency f ₄ is fixed as the first basic reference on the display and is entered in the passport of the support with simultaneous recording of the signal parameters characterizing its attenuation. Next, the remaining selected frequencies and their attenuation are measured. In this case, the temperature, date and time of measurement are displayed on the display and in the passport. At the next next control, the display will show not only the data of the current control, but also the data of their previous measurement, which will allow you to see and evaluate the dynamics of the state of the support. To do this, the data read from the RFID tag is displayed.

Как видно из сказанного выше, все известные устройства для звукового контроля деревянных опор позволяют получить информацию об их состоянии только в текущий момент, а предлагаемое устройство позволяет дополнительно оценить изменение состояния опоры, произошедшее за установленный промежуток времени.As can be seen from the above, all known devices for sound monitoring of wooden poles can only receive information about their condition at the current moment, and the proposed device allows you to further evaluate the change in the state of the pole that has occurred over a specified period of time.

Claims

1. A device for sound monitoring of wooden poles, containing a sound signal receiver connected to an amplifier, which is connected to a digital signal processing device connected to a display, characterized in that the proposed device uses a microcontroller as a digital signal processing device, one of the outputs of which connected to an RFID reader equipped with an antenna for transmitting a signal to an RFID tag, and a microphone is used as a receiver of sound radiation.

2. The device for sound control of wooden supports according to claim 1, characterized in that one of the inputs of the microcontroller is connected to a temperature sensor.

3. The device for sound control of wooden supports according to claim 1, characterized in that one of the inputs of the microcontroller is connected to the keyboard.