Устройство для звукового контроля деревянных опор

Устройство предназначено для звукового контроля деревянных опор линий электропередач, линий связи и т.п. Оно содержит 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. При первичном контроле на дисплее отображается информация о результатах текущего измерения. При последующем контроле на дисплей дополнительно выводится информация с метки RFID, что позволяет оценить изменения, которые произошли в состоянии опоры за временной промежуток между двумя измерениями.

Настоящая полезная модель относится к приборам звукового контроля деревянных деталей, в частности, опор различных силовых линий передачи и связи

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.

Известно устройство (RU, Патент 2272282, МПК G01N 29/04) для акустического контроля состояний деревянных изделий, в частности, для контроля деревянных опор линий электропередач.

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.

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.

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.

Недостатком известного устройства является недостаточная достоверность измерений.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является разработка устройства для контроля деревянных опор, в котором реализована возможность увеличения достоверности измерений.

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.

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.

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.

Скорость распространения С _l (стержневая скорость звука) может быть оценена по результатам измерения частот собственных колебаний (ЧСК) на основании известной зависимости

fi=Fi·С_l, где fi - частота собственных колебаний определенного вида i,

Fi - коэффициент формы, зависящий от формы и размеров изделия, вида возбуждаемых колебаний и коэффициента Пуассона,

, где

Е - модуль нормальной упругости (модуль Юнга), - плотность.

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.

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.

Соединение датчика температуры с микроконтроллером позволяет учесть в разности показаний прибора, полученных в разное время, влияние температурного фактора.

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.

Клавиатура позволит ввести в микроконтроллер данные, касающиеся времени и даты измерения, а также позволит установить частотный под диапазон измерений.

Предлагаемое устройство для звукового контроля деревянных опор иллюстрируется чертежом, на котором приведена его функциональная схема.

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.

В примере выполнения устройства, который приведен на чертеже, один из входов микроконтроллера 3 соединен с датчиком температуры 8, другой вход соединен с клавиатурой 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.

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.

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.

Первичный контроль деревянных опор осуществляется следующим образом.

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.

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.

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.