SU1231428A1 - Устройство дл определени плотности грунтов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к приборам дл  определени  плоскости грунтов и поиска балластных мешков в основании железнодорожного полотна. Позвол ет повысить точность определени  плотности грунтов. Устройство содержит датчики-приемники колебаний 1 и 2, усилители 3 и 4, формирователи 5 и 6, узел блокировки 7, тригd )гер 8, генератор импульсов 9, узел сброса 10, ключ 11, счетчик 12, элемент пам ти 13 и индикаторный блок 14. Датчики-приемники колебаний 1 и 2 устанавливаютс  на поверхности исследуемого сооружени , возбуждаетс  ударна  волна, котора  достигает последовательно обоих датчиков. Формирователь 5 преобразует сигнал любой пол рности в положительнЕлй импульс . Импульсы подаютс  на вход счетчика 12. При достижении волной датчика 2 срабатывает узел сброса 10 и счетчик 12 прекращает счет. С регистра пам ти информаци  поступает на индикаторное устройство 14. Т.к. датчики 1 и 2 установлены на заданном рассто нии, возможно определить врем  распростран ни  ударного импульса . При отсутствии дефектов измеренное и расчетное врем  совпадают . Устройство повьппает точность измерени  времени ударного импульса, что позвол ет достаточно точно определ ть границы дефектных зон. Зил. Ф (Л ю со чЛ to сх фие.г

Description

Изобретение относитс  к приборам дл  определени  плотности грунтов и поиска балластных мешков в основании железнодорожного полотна о

Целью изобретени   вл етс  повышение точности определени .

На фиг.. 1 представлен график измерени  времени распространени  ударной волны между двум  датчиками, а также эпюры выходных сигналов формирователей; на фиг, 2 - функциональ на  схема устройства; на фиг. 3 - принципиальна  схема формирователей узла блокировки; на фиг. 4 - принципиальна  схема узла сброса, генератора импульсов, ключа, а также один разр д счетчика и регистра пам ти; на фиг. 5 - схема обнаружени  дефекта.

Устройство (фиг. 2) содержит датчики-приемники колебаний 1 и 2, усилители 3 и 4, формирователи 5 и 6, узел блокировки 7, триггер 8, генератор импульсов 9, узел сброса 10, ключ 11, счетчик 12, злемент пам ти 13 и индикаторный блок 14.

Формирователи 5 и 6 (фиг. 3) содержат диодные мосты 15 и 16, резисторы 17 и 18, инверторы 19 - 22, резисторы 23 и 24. Узел блокировки 7 (фиг. 3) содержит инвертор 25, логический элемент ШШ-НЕ 26, ключ 27, резистор 28, конденсатор 29, резистор 30, транзистор 31, инвертор 32.

Генератор импульсов 9 (фиг. 4) содержит инверторы 33, 34 и 35, резистор 36 и кварцевый резонатор 37.Узел сброса 10 (фиг. 4) содержит инверторы 38 - 43, логический элемент ИЛИ- НЕ 44, логический элемент И 45, резистор 46, конденсатор 47, инверторы 48 и 49.

Устройство работает следующим образом.

.На поверхности исследуемого сооружени  устанавливаютс  датчики-приемники колебаний 1 и 2. Затем возбуждаетс  ударна  волна таким образом, чтобы сначала она достигла датчик 1, а потом датчик 2. В датчике 1 упруга  волна преобразуетс  в электрический сигнал, который имеет вид за- гухающей синусоиды. Причем в зависи- мости от того, кака  волна распростран лась (волна сжати  или волна разрежени ), первое вступление синусоиды будет либо положительным, либо отрицательным. Усилитель 3 усиливаэ

5

0

5

0

5

0

5

0

ет сигнал датчика 1. Формирователь 5 преобразует входной сигнал любой пол рности в положительный П-импульс. Через узел блокировки 7 импульс проходит практически без задержки .(задержка составл ет пор дка 20 не, а точность устройства 0,1 мкс) на первый вход триггера 8, на выходе которого по вл етс  уровень логической единицы, открывающий ключ 11, через который временные импульсы генератора 9 подаютс  на вход счетчика 12, который начинает их считать. Когда упруга  волна, распростран  сь по сооружению, достигает датчик 2, она преобразуетс  в электрический сигнал, усиливаетс  усилителем 4 и формируетс  в положительный П-импульс формирователем 6. Этот импульс поступает на узел блокировки 7, второй вход триггера 8 и узел сброса 10. Узел блокировки закрывает первый канал на 1 с (врем  достаточное дл  затухани  отраженных волн), а триггер переключаетс  в исходное состо ние. Теперь, если какой-либо сигнал пос- тупает на первый вход, то он не сможет переключить триггер из-за закрытого узла блокировки. Триггер 8 закрывает ключ 11, и счетчик 12 прекращает счет. Входной импульс второго канала в узле сброса 10 задерживаетс  на врем , достаточное дл  прохождени  сигнала от второго датчика через триггер 8, ключ 11 и счетчик 12 (дл  микросхем серии К 155 это будет пор дка 800 не). Затем по переднему фронту вырабатываетс  корот- сий импульс, разрешающий запись информации счетчика 12 в регистр пам ти 13, а по заднему фронту вырабатываетс  импульс, стирающий информацию счетчика 12. С регистра пам ти информаци  поступает на индикаторное устройство 14.

Работу формирователей 5 и 6 рассмотрим на примере формировател  5. Входной сигнал, представл ющий собой затухающую синусоиду, подаетс  на диодный мост 15. На резисторе 17 имеем положительное пульсирующее напр жение . Как только амплитуда первой полуволны достигает уровн  переключени  инверторов 19 и 20, на выходе инвертора 20 по вл етс  логическа  единица. Когда входна  амплитуда уменьшаетс  до того же уровн , на выходе по вл етс  логический .ноль. Резистор 23, представл ющий

собой положительную обратную св зь, создает крутые фронт и срез выходного инлульса. Таким образом, каким бы вступлением не был входцой сигнал (положительный или отрицательный) на вбкоде формировател  имеем положительный импульс, длительность которого равна длительности входной полуволны на уровне переключени  инверторов . Использование предлагаемого формировател  позвол ет исключить ошибку при измерении времени распространени  волн раст рсени  (отрицательных полуволн). Аналогично работает и формирователь 6.

Устройство блокировки 10 работает следующим образом (см. фиг. 3). В исходном положении сигнал на выходе элемента 32 равен О, так как на его вход через открытьм транзистор 31 эмиттерного повторител  подаетс  положительный потенциал. Следовательно , на выходе элемента 25 и на втором входе элемента 27 будет 1. Если сигнал подают на первый вход элемента 27 (соединенный с выходом формировател  первого канала), то он проходит через ключ 27 практически без задержки (веро тна  ошибка в п ть раз меньше точности устройства). При подаче сигнала на второй вход элемента 26 (соединенный с выходом формировател  второго канала) отрицательный скачок напр жени  передаетс  через конденсатор 29 на эмиттерный повторитель на транзисторе 31 и далее на вход элемента 32. На его выходе устанавливаетс  сигнал 1, который Но цепи обратной св зи удерживает выход элемента 26 в состо нии О даже, если выходной импульс закончитс . Так как на входе элемента 25 имеетс  уровень логический 1, то на его выходе и, следовательно, на втором входе элемента 27 - логический О. Таким образом, при наличии сигнала на первом входе элемента 27, т.е. в первом канале, на выход этот сигнал не проходит - заблокируетс . Узел блокировки находитс  в таком состо нии до тех пор, пока напр жение на конденсаторе 29 не достигнет порога срабатывани  транзистора 31. После этого выходной сигнал элемента 26 равен 1,-сигнал элемента 32 - О и элемента 25 - 1. Врем , необходимое дл  установки узла блокировки в исходное состо ние, равно произведению сопротивлени  резистора 28 на

20

емкость конденсатора 29 и в устройстве составл ет 1с.

С целью стабилизации частоты в генераторе импульсов 9 применен квар- 5 цевый резонатор.

Узел сброса 10 работает следую- дим образом (см; фиг. 4). Импульс с формировател  второго канала задерживаетс  интегрирующей цепочкой на 10 резисторе 46 и конденсаторе 47 на 300 НС (врем , достаточное дл  прохождени  сигнала через триггер 8, ключ 11 и счетчик 12), Логические инверторы 48, 49 улучшают фронт и )5 срез задержанного импульса. Длительность импульса пор дка 200 мкс (не менее четверти периода входного низкочастотного ударного колебани ). На элементах 45, 38, 39 и 40 собран формирователь короткого импульса по переднему фронту входного им- . пульса. Этот короткий импульс .разрешает запись информации со счетчика 12 в регистр пам ти 13. После этого 25 короткий импульс, сформированный элементами 44, 41, 42 и 43 и по заднему фронту входного импульса, устанавливает счетчик 12 в О, т.е. в исходное состо ние.

Счетчик 12 представл ет собой четырехразр дный двоично-дес тичный счетчик. На фиг. 4 представлен мпад- ший разр д этого счетчика. Импульсы генератора 9 через ключ 11 подаютс  на счетный вход С1 счетчика 12. На выходе число импульсов представлено в двоичном коде. Выход счетчика 12 подаетс  на счетный вход следующего разр да. Входы установки в О всех разр дов подключены к первому выходу узла сброса. Счетчик устанавливаетс  в исходное состо ние коротким импульсом по окончании входного сигнала второго канала.

Регистр пам ти 13 работает сле- . дующим образом (см. фиг. 4), На каждый из четырех выходов счетчика 12 подключены D-входы четырех D-тригге- ров пам ти 13 (дл  остальных разр дов ана-логично). Таким образом на D-входах посто нно имеетс  информаци , измен юща с  во врем  счета. Однако на выходах D-триггеров изменений не будет до тех пор, пока на С-входах не по витс  импульс.Ког- 55 да во втором канале по вл етс  им- . пульс, счет прекращаетс  и на D-входах D-триггеров пам ти 13 имеетс  окончательна  информаци . В этот мо30

35

40

50

S

мент узел сброса 10 вырабатывает короткий импульс, которьм подаетс  на. С-входы, измен   состо ние триггеров т.е. происходит запись информации. Эта информаци  с триггеров подаетс  на индикаторный блок.

Дефектные зоны с помощью предл ага емого устройства обнаруживают таким образом. Датчики 1 и 2 устанавливаютс  на фиксированном рассто нии (см. фиг. 5). Зна  скорость ударного импульса, определ ют врем  распространени  его на заданном рассто нии . Возбуждают импульс слева от датчика 1 при отсутствии дефектов измеренное и расчетное врем  совпадают . Перемеща  датчики по исследуемой поверхности, при некотором положении датчиков (l и 2 ) замечают увеличениа времени распространени  ударного импульса . Следовательно,, слева от датчика 2 находитс  дефект , но не левее точки последнего бездефектного измерени , т.е. между точками А и В Чтобы определить это- одиночный дефект или дефектна  зона, второй датчик оставл ют на месте в точке 2, а первый датчик перемещают на такое же рассто ние только справа в точку 1 . Ударный импульс воз- буждают справа от первого датчика. Если измеренное врем  окажетс  равным расчетному, то в зоне АВ находитс  одиночный дефект (случай I); если же больше расчетного, то второй датчик находитс  в дефектной зоне (случай II). Дл  определени  границ дефектной зоны оба датчика перемещают вправо при сохранении рассто ни  между ними. Пока второй датчик нахо- дитс  в дефектной зоне, измеренное и расчетное врем  не совпадает. Точка С, в которой измеренное врем  равно расчетному (положение датчиков 1 и 2 ),  вл етс  границей дефектной зоны, т.е. между точками А и С находитс  трещиновата  зона. Причем, благодар  большой точности измерени  границы зоны определ ютс  с большой достоверностью.

Данное устройство позволит повысить точность измерени  времени распространени  ударног о импульса и с большей достоверностью определить границы дефектных зон.

5

10 15 20 5 о .

0

5

14286

Ф.о рмула изобретени  Устройство дл  определени - плотности грунтов, содержащее датчики колебаний, которые подключены ко входам соответствующих усилителей, триггер, выход которого соединен с одним из входов ключа, другой вход которого соединен с генератором импульсов , выход ключа подключен к одному из входов счетчика, другой вход которого соединен с одним выходом узла сброса, отличающее- с   тем, что, с целью повышени  точности определени , оно снабжено элементом пам ти, индикаторным блоком , двум  формировател ми, каждый из которых состоит из последовательно соединенных между собой диодного моста, первого резистора и двух инверторов , параллельно которым включен второй резистор, и узлом блокировки , который состоит из двух инверторов , логического элемента ИЛИ-НЕ, двух резисторов, транзистора,конденсатора и ключа, один из входов которого соединен с выходом первого инвертора , вход которого и один из входов элемента ИЛИ-НЕ объединены и соединены с выходом второго инвертора , выход элемента ИЛИ-НЕ подключен к одной ИЗ обкладок конденсатора, друга  обкладка которого подключена к базе транзистора и через пергый резистор - к коллектору транзистора, эмиттер которого со вторым резистором и входом второго инвертора , причем выходы усилителей подключены к одной из диагоналей соответствующих диодных мостов, которые  вл ютс  входами формирователей, выход первого формировател  подключен к другому входу ключа узла блокировки , который  вл етс  первым входом, вторым входом  вл етс  другой вход элемента .RTIIi-HE, который подключен к выходу второго формировател  и который подключен ко входу узла сброса и к oMHoNry из входов триггера, другой вход которого соединен с ключом , которьй  вл етс  выходом узла блокировки, а другой выход узла сброса соединен с одним из входов элемента пам ти, другой вход которого соединен с выходом счетчика, а выход элеме 1та пам ти подключен к индикаторному блоку.

1231428 1 2,7SM

1 V ik

/ X/ /V/x/

i

vT

rnn

li/ t

t np-ty-t

p-ty-t

фuг.i

ji

К триггеру 26

фиг.З

/( Stijrofy/nflvtte/oa S

фаг.

13

Claims (1)

1. Ф.о рмула изобретения Устройство для определения- плотности грунтов, содержащее датчики колебаний, которые подключены ко входам соответствующих усилителей, триггер, выход которого соединен с одним из входов ключа, другой вход которого соединен с генератором импульсов, выход ключа подключен к одному из входов счетчика, другой вход которого соединен с одним выходом узла сброса, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности определения, оно снабжено элементом памяти, индикаторным блоком, двумя формирователями, каждый из которых состоит из последовательно соединенных между собой диодного моста, первого резистора и двух инверторов, параллельно которым включен второй резистор, и узлом блокировки, который состоит из двух инверторов ,логического элемента ИЛИ-НЕ, двух резисторов, транзистора,конденсатора и ключа, один из входов которого соединен с выходом первого инвертора, вход которого и один из входов элемента ИЛИ-НЕ объединены и соединены с выходом второго инвертора, выход элемента ИЛИ-НЕ подключен к одной из' обкладок конденсатора, другая обкладка которого подключена к базе транзистора и через первый резистор - к коллектору транзистора, эмиттер которого соединен со вторым резистором и входом второго инвертора, причем выходы усилителей подключены к одной из диагоналей соответствующих диодных мостов, которые являются входами формирователей, выход первого формирователя подключен к другому входу ключа узла блокировки, который является первым входом, вторым входом является другой вход элемента ИЛИ-НЕ, который подключен к выходу второго формирователя и который подключен ко входу узла сброса и к одному из входов триггера, другой вход которого соединен с ключом, который является выходом узла блокировки, а другой выход 'узла сброса соединен с одним из входов элемента памяти, другой вход которого соединен с. выходом счетчика, а выход элемента памяти подключен к индикаторному блоку.

   ........... ......................................1 г 7* А А Ss 5 Abt 1__________________11