ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Описание к ИЛ № 53-038-04

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

При реальных испытаниях железобетонных конст­рукций методом свободных колебаний нельзя изме­рять длительность первого периода сразу после окончания ударного импульсного воздействия, так как резонансные колебания устанавливаются с не­которой задержкой, обусловленной переходными процессами. Вследствие этого практически невоз­можно обеспечить высокую точность измерения частоты известными способами измерения перио­дов колебаний, что требует разработки новых алго­ритмов цифрового измерения, позволяющих обес­печить высокоточный контроль резонансной часто­ты и логарифмического декремента затухания с автоматической отстройкой от мешающих факто­ров, к том числе от нестабильности амплитуды ко­лебаний.

Для повышения достоверности и сокращения времени контроля частоты изгибных затухающих колебаний железобетонных изделий предлагается новый способ измерения периодов резонансных колебаний. Основное отличие предлагаемого способа заключается в изменении алгоритма обра­ботки экспериментальных данных, обеспечиваю­щего -значительное повышение точности измерений при относительно больших значениях логарифми­ческого декремента затухания колебаний.

Согласно предлагаемому способу, выходной сигнал датчика усиливается и сравнивается с двумя пороговыми напряжениями разной полярности ±u_ПОР, ,значения которых (по модулю) должны быть значительно меньше амплитудыu_Мвыход­ного сигнала усилителя в соответствии с условиемu_ПОР.<0,1u _m.

При этом формируются импульсы, длительность каждого из которых определяется вре­менем изменения выходного сигнала масштаби­рующего усилителяuy(t)=u _me- sinwtмежду двумя пороговыми напряжениями +u_ПОРи -u_ПОРи обратно пропорциональна мгновенной амплитудеu _mjкаждой полуволны затухающих колебаний:

(1)

Уменьшение амплитудыu _mзатухающих ко­лебаний приводит к дискретному увеличению дли­тельности каждого последующего импульса по сравнению с длительностью предыдущего, что соответствует и выражению (1). Изменение длительностей данных импульсов целесообразно использовать для коррекции результатов измерения периода затухающих колебаний.

Начало и конец изме­ряемого периода соответствуют середине длительности первого и третьего импуль­сов в рассматриваемом интервале измерения . Следовательно, если цикл измерения на­чинать по фронту любогоj-го импульса и закан­чивать но сразу (,j+ 3)-го импульса, то для вычис­ления периода можно использовать выражение вида:

,(2)

где и - длительности двух пауз между и м­пульсами.

Таблица 1

Погрешности измерений

В простейшем случае цифрового измерения пе­риода посредством его заполнения импульсами высокой опорной частоты, суммируемыми в счетчике, можно использовать менее точное выраже­ние, основанное на линейной аппроксимации дли­тельностей импульсов ЛТ ₂ ~ (at/ + АТ ₃)/2.При таком допущении не требуется выполнять опера­цию умножения на дробный коэффициент, и для расчета периода Т _х затухающих колебаний можно использовать формулу вида:

,(3)

Фактически при реализации формулы (3) нужно суммировать результаты измерений двух полупе­риодов колебаний, первый из которых начинается по фронту первого (j-го) импульса и заканчивает­ся по фронту второго ((j+1)-го), а второй полупе­риод колебания начинается позже - по срезу второ­го (j+ 1) -го и оканчивается по срезу третьего (j+ 2) -го импульса в цикле измерения Т _х .

Длительность периода резонансных колебаний Т _р связана с номинальным периодом затухающих колебаний Т _Х.НОМ через коэффициент затуханияd>1:

,

поэтому относительная погрешность измерения периода резонансных колебаний по формулам (2), (3) определяется выражением:

g_m=(t _x-t _p)/t _p (4)

Погрешностьg_mзависит как от относительно­го декремента затуханияd,так и от отношения пороговых уровнейu_ПОРкамплитуде колебанийu _m.Расчет данной погрешности при оценке дли­тельности периода по формуле (2) выполнен по программеmathcad, и его результаты приведены в таблице 2.

Использование предложенных алгоритмов расчета позволяет значительно - от трех до восьми раз уменьшить методическую погрешность измерения периодов Т _х затухающих колебаний при одинако­вых значениях параметровdиu_П0р /u _m.

Вычисления длительности периода колебаний Т _х по формулам (2) и (3) можно реализовать в цифровой форме не только с помощью микропро­цессора, но и на реверсивном счетчике, и выпол­нять умножение на коэффициент 0,5 посредством двукратного снижения частотыf_осчетных им­пульсов.