ПРОЕКЦИОННЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ В МОНИТОРИНГЕ ТРЕЩИН В КОНСТРУКЦИЯХ

PROJECTION METHOD CONTROL IN MONITORING CRACKS IN STRUCTURES

Andrei Stativko

professor and Candidate Technical Sciences of the Belgorod Shukhov State Technological University,

Russia, Belgorod

Artem Golovanev

student of the Belgorod Shukhov State Technological University,

Russia, Belgorod

Vladislav Cherkasov

student of the Belgorod Shukhov State Technological University,

Russia, Belgorod

АННОТАЦИЯ

Цель статьи заключается в рассмотрение метода контроля в мониторинге трещин в конструкциях. Рассмотрены 2 устройства мониторинга трещин в строительстве, приведено их описание и положительные качества.

ABSTRACT

The purpose of the article was to review the method of control for monitoring cracks in structures. Two cracks are considered monitoring devices in the building and a description of their positive qualities.

Ключевые слова: ПЗС – матрица, мониторинг трещин, бесконтактное устройство.

Keywords: CCD – matrix, monitoring cracks, non-contact device.

Мониторинг трещин в конструкциях имеет большое значение, так как позволяет прогнозировать дальнейшее возникновение дефектов конструкции и принимать меры по предотвращению разрушения. Кафедра технологии машиностроения БГТУ им. В.Г. Шухова неоднократно использовала проекционный метод в устройствах и приборах контроля микрогеометрии объектов [1], его геометрических параметров [2] или пространственного положения [3].

Навык разработки конструкций приборов с применением ПЗС – матриц позволил произвести конструкции приборов, оценивающие размеры малых предметов, например, трещин в строительных и прочих конструкциях. Так, под руководством проф. Чепчурова М.С. доцентом Стативко А.А. были созданы приборы для диагностирования трещин в строительных конструкциях.

Прибор с ПЗС – матрицей для осмотра динамики трещин в строительных конструкциях является измерительной техникой и может применяться для обследования и контроля состояния конструкций зданий и других строительных сооружений, во время их эксплуатации [4].

В наше время есть приборы для измерения динамики величины трещин в строительных сооружениях, такие как [Катанов И.И. и др. Опубл. 2010.06.10], в которых находятся два уголка, жестко закрепленных своими торцами по разным сторонам трещины перпендикулярно стене, расположенную среди них гибкий сосуд с полупрозрачной (подцвеченной) жидкостью и мерную трубку, объединенную с колбой эластичной трубкой; в торцах мерной трубки находится излучатель света и фотоприемник. Недочетом устройства является невыполнимость передачи данных на расстоянии, а так же влияние температуры воздуха на измерение.

В качестве образца для устройства выбрана «Линейка-трещиномер» [Патент на полезную модель № 108832.Российская Федерация, МПК G01B5/28, авторов П.Н. Васильев и др.], а именно рейка, которая применяется в её конструкции.

Слабостью модели является неточность измерения, невозможность хранение информации и ее обработки, нехватка потенциала передачи данных, невозможность непрерывного контроля динамики трещины. Причина этих недостатков находится в том, что конструкция устройства не оборудована электронно-вычислительной аппаратурой и устройствами, способствующими обработки, хранению и передачи данных.

Суть, представленного коллективом авторов решения, заключается в том, что ПЗС используется для проверки динамики трещин в строительных конструкциях, содержащий рейки со шкалами и бегунки, оснащенные проушинами, с вставленными штырями и нанесенными делениями в сантиметрах и с возможностью их перемещения в направлении, перпендикулярном рейке, а концы реек соединены шарнирно между собой с допустимостью разворота одна относительно другой и фиксацией их под углом 90°, край рейки находится в блоке обработки данных, содержащий сверху светодиодный излучатель, а снизу фотодиодный приемник в виде ПЗС – линейки, содержащей электронное устройство, которое обрабатывает, хранит и передаёт информацию с помощью Wi-Fi модуля [4].

Задачей – является разработка устройства с широкими технологическими потенциальностями за счет обеспечения бесконтактного контроля динамики трещины в строительном объекте.

Такая задача достигается в силу того, что устройство снабжено корпусом, содержащий сверху светодиодный излучатель, а снизу фотодиодный приемник в виде ПЗС- линейки, включающий в себя электронный блок по обработке и передаче информации с помощью Wi-Fi.

Включение в устройство блока обработки данных позволяет следить и проверять динамику изменения трещин, не находясь при этом вблизи наблюдаемого объекта.

Техническая сущность ПЗС для контроля динамики трещин в строительных конструкциях описана на рис. 1.

ПЗС для контроля динамики трещин в строительных конструкциях включает в себя 1) рейку, 2) крепление к стенам здания, 3) механизм регулировки положения рейки, 4) светодиодный излучатель, 5) фотоприемник в виде ПЗС линейки, 6) модуль обработки, хранении и передачи данных при помощи устройства Wi-Fi, 7) элемент питания.

Принцип работы ПЗС для контроля динамики трещин в строительных конструкциях:

Рейка 1) крепится к стене креплением 2). Позиция рейки координируется механизмом регулировки 3) так, что её другой край входит в отверстие блока обработки и передачи данных 8). В блоке выше рейки находится светодиодный излучатель 4) светящий на рейку под углом 90°. Поэтому на фотоприемнике в виде ПЗС линейки 5) появляется затемненная область. Данные о количестве затемненных точек передается устройству обработки данных 6) и передает их на ПК по Wi-Fi, который с помощью специального ПО распознает поверхность и определяет величину инверсии трещины и выводит на экран её числовое значение, либо записывает данные на сменяемый портативный-носитель.

Достоинства заявляемой модели:

• высокая чувствительность;
• небольшое потребление энергии, именно при работе в импульсном режиме;
• малая инерционность системы;
• осуществимость записывать и хранить данные на самом устройстве;
• осуществимость передачи данных на расстоянии через устройство Wi-Fi;
• осуществимость замещения ПЗС – линейки на более эффективные и более точные модели;
• осуществимость замещения светодиодов на лазерные излучатели, что придаст еще большую точность данных.

Рисунок 1. Техническая сущность ПЗС для контроля динамики трещин

Другое устройство, предлагаемое разработчиками для мониторинга трещин в строительных конструкциях может использоваться для обследования строительных сооружений в процессе их функционирования. В качестве опытного образца были использованы: корпус с оптической системой, находящейся в нем. Оптическая система состоит из электронного блока, связанного с ПЗС – матрицей. На торце корпуса установлен объектив, а на боковой грани – осветитель. Электронный блок включает в себя видеоусилитель, с которым связан аналогово-цифровой преобразователь с контроллером последовательного действия. Электронный блок последовательно присоединен к модулю обработки информации о микрорельефе.

Минусом опытного образца является неспособность отстранения от диффузии света. Этот недостаток связан с тем, что устройство прототипа не способно должным образом осветить трещину.

Основной замысел предложенного решения заключается в том, что прибор бесконтактного исследования трещин в строительных конструкциях состоит из корпуса, в котором находится оптическая система, которая соединена с модулем обработки информации, а также осветителем, которые связанны с корпусом. Конструкция отличается наличием осветителей на устройстве, которые установлены на поворотных кронштейнах. Это служит для отстройки диффузии и настройки прибора с расширенными возможностями, которая достигается за счет обеспечения бесконтактного контроля динамики трещины в строительном объекте.

Выполнение поставленной задачи возможно благодаря тому, что устройство имеет не менее двух осветителей, которые крепятся на поворотные кронштейны. Это позволяет настроить устройство так, чтобы достигнуть минимальную диффузию света.

Рисунок 2. Техническая сущность устройства бесконтактного исследования трещин в конструкциях

Прибор бесконтактного мониторинга трещин в строительных конструкциях состоит из корпуса, в котором расположена оптическая система (1). Оптическая система (2) состоит из электронного блока (3), который связан с матрицей (4) с положительно-зарядовой связью (ПЗС). В корпусе 1 на передней грани находится объектив (5), а на боковых поверхностях-светодиоды (6). Электронный блок (3) включает в себя видеоусилитель (7) и связанный с ним аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) (8) с контроллером последовательного действия (9). Оптическая система (2) соединена с модулем обработки информации (10).

Принцип работы устройства бесконтактного мониторинга трещин в строительных конструкциях.

Световой поток, излучаемый осветителями 6, которые размещены на поворотных кронштейнах на боковом торце корпуса 1, падает на контролируемую поверхность, отражается и через объектив 5 образует на поверхности фотопреобразователя 4, входящего в оптическую систему 2, изображение поверхности. Фотопреобразователь 4 конвертирует изображение поверхности в электрический сигнал , обрабатываемый электронным блоком 3, который содержит видеоусилитель 7. видеоусилитель необходим для усиления аналогового сигнала и АЦП 8 [5], преобразующего аналоговый сигнал в цифровой с контроллером последовательного действия 9. Контроллер последовательного действия 9 передает через модуль обработки информации 10 сведения об изображении поверхности на компьютер, который при помощи специального программного обеспечения по фрактальным [6] зависимостям идентифицирует поверхность и определяет размеры трещины на поверхности изделия, и отображает на экране ее числовое значение.

Описанный прибор может вялятся дополнением к системе, описанной в [7], превращающей её в комплексную систему диагностики технологического оборудования.

Список литературы:

1. Чепчуров М.С., Афанаскова Ю.А. «Бесконтактный способ контроля шероховатости поверхности деталей пресс-форм и его реализация». Технология машиностроения. 2009. № 11. С. 15.
2. Чепчуров М.С., Жуков Е.М., Блудов. «Устройство оперативной бесконтактной диагностики отклонения профиля колеса железнодорожного». Механики ХХI веку. 2014. № 13. С. 139–144.
3. Чепчуров М.С., Четвериков Б.С., «Позиционирование изделия в процессе автоматизированного бесконтактного контроля формы его поверхности качения». Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. № 2. С. 99–103.
4. Чепчуров М.С., Стативко А.А., Павлов Д.А., Иванов А.А. Пат. РФ № 133280 Устройство бесконтактного мониторинга трещин в строительных конструкциях Опубл. 10.10.2013. Бюл. № 28.
5. Чепчуров М.С. «Использование АЦП для регистрации и обработки аналового сигнала в ПК» Ремонт, востановление, модернизация. 2008. № 6. С. 31–34.
6. Чепчуров М.С. «Контроль и регистрация параметров механической обработки крупногабаритных деталей». Монография, Чепчуров М.С., Белгород. 2008.
7. Чепчуров М.С., Маслова И.В., Лозовая С.Ю. «Дистанционная диагностика состояния опорных деталей сушильных барабанов» Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2013. Т. 19. № 3. С. 653–658.