Устройство для контроля локальных повреждений конструкций

Устройство для контроля локальных повреждений конструкций относится к области измерительной техники, в частности к устройствам неразрушающего контроля стационарных конструкций, и может быть использовано для обнаружения локальных повреждений антенных матч и других конструкций используемых, в том числе, в составе систем вооружения и военной техники противовоздушной обороны. Предложенное решение обеспечивает возможность локализации места дефекта контролируемой конструкции и снижение количества используемого технологического оборудования при контроле группы объектов. Указанный технический результат достигается тем, что на контролируемую поверхность протяженной конструкции нанесены изоляционный слой, рисунок из электропроводящего слоя и предусмотрены отводы для обеспечения возможности измерения сопротивления отдельных участков рисунка, при этом рисунок нанесен таким образом, что в случае локального разрушения контролируемой конструкции происходит разрушение и нанесенного на поврежденную поверхность рисунка, выполненного из электропроводящего слоя. Для обеспечения предотвращения воздействий внешней среды (осадки, пыль, грязь) на электропроводящий слой нанесен защитный слой. Измерение значений сопротивлений участков контрольного рисунка и сравнение измеренных значений сопротивлений с эталонными проводят с помощью измерителя сопротивлений периодически, либо по мере необходимости.

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к области измерительной техники, в частности к устройствам неразрушающего контроля крупногабаритных стационарных конструкций, и может быть использована для обнаружения локальных повреждений антенных матч и других конструкций, используемых, в том числе, в составе систем вооружения и военной техники противовоздушной обороны.

Уровень техники

Известно устройство для контроля случайных повреждений конструкций, описанное в изобретении по патенту РФ 2120133 (кл. G01V 3/11, 1990 г.), принимаемое за прототип.

Устройство, принятое за прототип, включает в свой состав объект контроля в виде металлоконструкции с подключенным к нему оборудованием для пропускания через металлоконструкцию тока и измерения сопротивления электрической цепи, образуемой контролируемой металлоконструкцией.

Принцип действия устройства, принятого за прототип, заключается в том, что через металлоконструкцию пропускают ток I катодной защиты специальной формы, проводят непрерывное измерение потенциала V, наведенного в металлоконструкцию моделируемым током I катодной защиты, а также сопротивления R покрытия по соотношению (R=V/I), на основе чего выявляют повреждение металлоконструкции.

Недостатками прототипа являются:

- отсутствие возможности локализации места повреждения конструкции, вследствие чего, в случае обнаружения случайного повреждения, требуется проведение обследования всей конструкции. Процесс локализации места отказа может быть сопряжен с рядом трудностей. Во-первых, в зависимости от характера конструкции, зачастую трудно обеспечить доступ к самой конструкции для проведения дефектации. В частности, с подобным трудностями можно столкнуться в случаях протяженных конструкций, скрытых под землей, либо для обследования которых требуется работа на высоте. Во-вторых, не во всех случаях возможна локализация места дефекта путем визуального осмотра, т.к. дефект может быть скрытым и не вызывать серьезных видимых разрушений на поверхности конструкции. Таким образом, отсутствие возможности локализации места отказа приводит к значительным временным и финансовым затратам, связанным с необходимостью организации дорогостоящих процедур локализации места отказа;

- невозможность контроля неметаллических конструкций и металлических конструкций с перекрестными конструктивными связями;

- необходимость непрерывной подачи тока катодной защиты, что требует постоянного подключения к объекту контроля достаточно сложного стационарного оборудования. В случае контроля состояния двух и более конструкций количество необходимого оборудования равно количеству контролируемых объектов, что приводит к дополнительным финансовым затратам.

Сущность полезной модели

Техническим результатом от применения заявленного устройства является устранение недостатков прототипа, а именно:

- обеспечение более простой локализации места дефекта контролируемой конструкции;

- обеспечение возможности контроля металлических и неметаллических конструкций, а так же конструкций с перекрестными конструктивными связями;

- снижение количества необходимого технологического оборудования при контроле группы объектов.

Указанный технический результат достигается тем, что на контролируемую поверхность протяженной конструкции нанесен изоляционный слой, на который нанесен электропроводящий слой в виде секционированного рисунка, в котором предусмотрены отводы (фиг.1) для обеспечения возможности измерения сопротивления отдельных участков рисунка. При этом рисунок электропроводящего слоя нанесен таким образом, что в случае локального повреждения контролируемой конструкции происходит нарушение целостности нанесенного на поверхность этой конструкции рисунка, выполненного в виде электропроводящего слоя. Каждому нанесенному участку рисунка электропроводящего слоя между соседними отводами (фиг.1) соответствует участок контролируемой конструкции, на который рисунок наносится. Данное соответствие идентифицируется с помощью отводов (проводников), которые используются при локализации места обнаруженного дефекта. Это позволяет однозначно локализовать место возникновения дефекта конструкции. Для обеспечения предотвращения воздействий внешней среды (осадки, пыль, грязь) на электропроводящий слой может быть нанесен сверху изоляционный защитный слой.

Изоляционный, электропроводящий и дополнительный защитный изоляционный слои могут наноситься участками, как на металлические, так и на неметаллические конструкции, что дает возможность проводить контроль локальных разрушений и металлических, и неметаллических конструкций, включая секционированные сборные протяженные конструкции и конструкции с перекрестными конструкционными связями.

Перед началом эксплуатации конструкции проводят измерение сопротивления R_iэ участков нанесенного рисунка электропроводящего слоя и принимают полученные данные за эталонные. Устанавливают допуска на изменение сопротивления, в пределах которых не квалифицируется разрушение конструкции. В процессе последующей эксплуатации конструкции, в случае выхода контролируемого значения R_i сопротивления, измеренного на соответствующем участке рисунка, за пределы указанных допусков, делается заключение о наличии повреждения на данном участке конструкции.

В процессе эксплуатации конструкции, по истечении определенного промежутка времени T_k, устанавливаемого исходя из необходимости обеспечения требований работоспособности и вероятности выхода из строя контролируемой конструкции (на основании статистики частоты возникновения дефектов аналогичных конструкций), с помощью типовых переносных средств измерения проводят измерение сопротивлений R_i, участков нанесенного рисунка. Сравнивают полученные результаты измерения сопротивления R_i с установленными эталонными значениями с учетом допусков и делают вывод об исправности участков конструкции и контролируемой конструкции в целом или о наличии дефектов.

Превышение измеренного значения сопротивления R _i установленных допусков для данного участка рисунка электропроводящего слоя свидетельствует о наличии дефекта на данном участке контролируемой конструкции. Место дефекта идентифицируется по номеру отвода электрической цепи рисунка электропроводящего слоя (фиг.1), в которой впервые зафиксировано отклонение значения сопротивления R_i участка цепи.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 поясняется принцип осуществления заявленного устройства.

На фиг.2 представлена эквивалентная электрическая принципиальная схема электропроводящего слоя.

Осуществление полезной модели

Принцип технической реализации заявленного устройства поясняется на примере применения устройства при контроле состояния участка плоской протяженной конструкции.

Контролируемая конструкция 1 покрыта тремя слоями пленок материала (фиг.1): изоляционный слой материала 2; многосекционный электропроводящий слой материала 3; защитный слой материала 4.

Рекомендуемая ширина рисунка многосекционного электропроводящего слоя для обеспечения надежного обнаружения локальных повреждений конструкции составляет не более 2 см.

В случае необходимости контроля широкого участка конструкции параллельно наносятся дополнительные многосекционные электропроводящие слои.

На контролируемую конструкцию по всей ее длине нанесен многосекционный рисунок электропроводящего слоя. Исходя из возможного секционного построения конструкции (например, антенной мачты) и требуемой точности локализации дефектов произведено разделение наносимого рисунка на участки. С участков покрытий (для каждого участка в конструкции) предусмотрены отводы 5, например, в виде гибких проводников, которые подключены при контроле ко входу измерительного прибора 6. Для удобства контроля сопротивления участков цепей R_i отводы 5 могут быть объединены на диагностический разъем 7, к контактам которого поочередно подключают вход измерительного прибора 6.

Рисунок электропроводящего слоя можно представить в виде эквивалентной электрической принципиальной схемы (фиг.2) где, R₀₁ - сопротивление электропроводящего слоя между выводами 0 и 1, R₁₂ - сопротивление электропроводящего слоя между выводами 1 и 2 и т.д.

Для контроля состояния конструкции измерительный прибор 6 подключается общим контактом к началу электропроводящего слоя (точка «0»), а измерительный вход подключается к отводам (фиг.1) и производится измерение сопротивлений R₀₁, R₁₂, R ₂₃ R₃₄, R_4..n участков контролируемой конструкции. Полученные данные для исправной конструкции фиксируются как эталонные R_01u, R_01Э, R_12Э , R_23Э, R_34Э, R_4..nЭ., где R _01Э - эталонные значение сопротивления электропроводящего слоя между выводами 0 и 1 для исправного участка конструкции; R_12Э - эталонное значение сопротивления электропроводящего слоя между выводами 1 и 2 для следующего исправного участка конструкции - и т.д.

Устанавливают значения R₀₁, R₁₂, R₂₃, R₃₄, R_4..n допусков для каждого участка конструкции, в пределах которых изменение сопротивления электропроводящего слоя не квалифицируется как неисправность конструкции. Допуски устанавливают с учетом того, что в процессе эксплуатации конструкция подвергается различного рода нагрузкам, приводящим к механическим деформациям, таким как, сжатие и растяжение при которых происходят изменения сопротивления участка электропроводящего слоя, без повреждения конструкции. В дальнейшем в процессе эксплуатации конструкции, производятся периодические измерения значений сопротивлений электропроводящего слоя R_i на контролируемых участках конструкции, и сравнивают их с эталонными значениями (R_iэ +R_iэ). Измерения проводятся периодически с периодом T_k, установленным на основе статистики частоты возникновения дефектов аналогичных конструкций, или на основе расчетных данных.

Нахождение сопротивления участка электропроводящего слоя в заданных пределах свидетельствует об исправности протяженной конструкции на данном участке:

В случае разрушения участка конструкции происходит обрыв электропроводящего слоя. Сопротивление контролируемого участка цепи резко возрастает и выходит за границы допуска.

На основании процедуры сравнения измеренных значений R_i сопротивления с эталонными (R_iэ +R_iэ) согласно (1) и (2) делается заключение об исправности или о наличии повреждения (дефекта) контролируемого участка протяженной конструкции. Это позволяет локализовать место дефекта, на основе чего проводят более детальное обследования данного участка конструкции и его ремонт. Сокращается время поиска дефекта и предотвращаются возможные аварийные ситуации на крупногабаритных конструкциях (например, антенных мачтах радиолокационных постов).

В качестве многосекционного электропроводящего слоя может быть использован, например, материал по патенту РФ 2061713 «Электропроводящая полимерная композиция» (кл. C08L 27/18, С08К 3/00, 1993 г.) или любой другой материал с соответствующими свойствами. В качестве защитного покрытия может быть использован, например, материал по патенту РФ 2156268 «Состав защитного покрытия» (кл. C09D 191/06, C09D 5/00, 1999 г.) или другие материалы, обеспечивающие соответствующую защиту и стойкость. В качестве отводов, выполненных в виде проводников, соединяющих электропроводящий слой с общим диагностическим разъемом, могут использоваться отрезки многожильного гибкого изолированного провода, например многожильного гибкого термостойкого провода во фторопластовой изоляции (МГТФ).

В качестве средств измерений могут использоваться серийные измерительные приборы, например, универсальный цифровой вольтметр В7-38 или аналогичные приборы, работающие в режиме измерения сопротивления.

1. Устройство для контроля локальных повреждений конструкций, включающее в себя контролируемую конструкцию и подключенное к ней средство измерения электрического сопротивления, отличающееся тем, что на протяженные поверхности контролируемой конструкции нанесены изоляционный слой и слой электропроводящего материала, электропроводящий слой выполнен в виде секционированных рисунков, от каждого локального участка электропроводящего слоя, совпадающего с контролируемым участком конструкции, выполнены отводы в виде проводников, вторые концы проводников, соответствующие локальным участкам рисунка электропроводящего слоя, используются для подключения измерительного входа измерительного прибора, при этом наличие повреждения локальных участков конструкций устанавливают по отклонению измеренного значения сопротивления R_i локального участка электропроводящего рисунка сверх эталонного значения R_iэ сопротивления этого участка с учетом допусков R_iэ, причем эталонные значения сопротивлений локальных участков предварительно измеряются для исходного исправного состояния контролируемой конструкции.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на слой электропроводящего материала нанесен внешний изоляционный слой, защищающий электропроводящий слой от внешних воздействий.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вторые концы проводников соответствующие локальным участкам рисунка электропроводящего слоя, объединены на разъем, к контактам которого поочередно подключают измерительный прибор.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что его применяют как для контроля металлоконструкций, так и неметаллических конструкций, а также секционированных сборных протяженных конструкций и конструкций с перекрестными конструкционными связями.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подключение измерительных приборов и проверку целостности конструкции производят периодически с периодом T_k, установленным на основе статистики частоты возникновения дефектов аналогичных конструкций, или на основе расчетных данных.