Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Структура построения ИИС для непрерывного мониторинга состояния сложных механических конструкций 9
1.1 Анализ требований к системе непрерывного мониторинга состояния прочности конструкций и определение необходимых типов первичных преобразователей 9
1.2 Определение сил для контроля массы и центровки самолета 15
1.3 Структура и основные характеристики ИИС 22
1.4 Требования к составу сервисного и специального программного обеспечения ИИС 34
Выводы к главе 1 36
Глава 2 Разработка методики и средств получения метрологических характеристик ИИС 38
2.1 Методика и средства получения метрологических характеристик измерительных каналов ИИС 38
2.2 Разработка автоматизированной калиброванной меры, имитирующей первичные преобразователи 58
2.3 Определение характеристик погрешности автоматического калибратора мер 66
2.4 Автоматизация процесса получения метрологических характеристик ИИС с программно-управляемой структурой измерительной части 78
Выводы к главе 2 86
Глава 3 Алгоритмы калибровки и коррекции результатов измерения ИИС 88
3.1 Организация контроля измерительных каналов 89
3.2 Алгоритмы и программы калибровки измерительных каналов 90
3.3 Алгоритмы и программы коррекции результатов измерения 94
Выводы к главе 3 100
Глава 4 Обработка данных непрерывного мониторинга состояния прочности конструкций. Опыт применения 101
4.1 Разработка алгоритма и особенности применения программ сбора и обработки тензометрической информации 101
4.2 Тензометрия и спектральный анализ в мониторинге состояния прочности конструкций и их программная реализация 112
4.3 Алгоритмы и программы представления данных мониторинга состояния прочности конструкций 115
4.4 Специальное и сервисное программное обеспечение 134
4.5 Анализ опыта применения ИИС для мониторинга состояния прочности мостовых конструкций 139
4.6 Исследования измерительного модуля с методическим объектом, имитатора полуоси шасси 146
Выводы к главе 4 154
Заключение 155
Литература 158
Приложение 1 Формирование калибровочных значений АКМ 162
Приложение 2 Результаты метрологических испытаний 180
- Определение сил для контроля массы и центровки самолета
- Разработка автоматизированной калиброванной меры, имитирующей первичные преобразователи
- Алгоритмы и программы калибровки измерительных каналов
- Тензометрия и спектральный анализ в мониторинге состояния прочности конструкций и их программная реализация
Введение к работе
Актуальность проблемы. С развитием информационных технологий и совершенствованием измерительной техники, появилась возможность создания систем непрерывного мониторинга состояния прочности сложных механических конструкций с целью обеспечения их безопасной эксплуатации. К таким сложным механическим конструкциям можно отнести самолёты, продуктопроводы и резервуары в нефтегазовой и химической отраслях, трубопроводную обвязку атомных реакторов и газоперекачивающих станций, плотины, мостовые и современные строительные сооружения и многие другие.
Непрерывный мониторинг состояния прочности позволяет в течение длительного времени получать информацию о напряженно-деформированном состоянии (НДС), о нагрузках, различных воздействиях и других показателях эксплуатации конструкции и принимать эффективные решения по управлению режимом эксплуатации. Средства непрерывного мониторинга состояния (НМС) прочности конструкции это система наблюдения за условиями работы и поведением конструкции, направленная на обеспечение сохранения её функциональных потребительских свойств в заданных пределах с использованием измерительной аппаратуры, обеспечивающей предоставление информации о состоянии конструкции в реальном масштабе времени.
Традиционно оценка технического состояния сложной механической конструкции осуществлялась на основе осмотров, обследований (осмотров сооружения, сопровождаемых инструментальными измерениями) или испытаний [1, 2, 3, 35, 36].
Осмотры сложных конструкций являются трудоемкими процессами из-за большого объема обследования и сложности доступа к контролируемым узлам конструкции. В результате осмотров могут быть выявлены лишь те дефекты, которые очевидно нарушают внешние конструктивные параметры конструкции (трещины, недопустимые деформации и т.п.). При этом причины появления указанных дефектов не всегда могут быть точно установлены, что затрудняет принятие решений по их конструктивному устранению и предупреждению.
Применение НМС позволяет фиксировать условия работы и реакцию конструкции непрерывно на внешние воздействия, поэтому внештатные или пиковые воздействия, такие как землетрясения, ураганные порывы ветра и т.п. вместе с соответствующими изменениями в условиях работы конструкции будут зарегистрированы.
Важное преимущество НМС сложной механической конструкции это накопление экспериментальных данных о нагрузках и воздействиях, об условиях работы конструкции, которые могут быть эффективно использованы для повышения надежности и сроков
безопасной эксплуатации других сооружений, в том числе при разработке нормативных документов и проектировании.
Основные задачи [20, 23, 30, 39] при создании системы НМС прочности связаны с разработкой достаточно совершенной измерительной системы, с применением которой персонал получает надёжную информацию о состоянии конструкции в реальном масштабе времени.
К этим задачам относятся:
выбор типа и количества регистрируемых параметров и аппаратных средств для сбора данных;
разработка алгоритмов преобразования регистрируемых данных к виду, пригодному для контроля;
сохранение данных и предоставление их по запросу;
выбор средств и форм предоставления данных для пользователя (разработка интерфейса «Измерительная система-пользователь»).
Основное отличие систем НМС прочности эксплуатируемых конструкций от измерительных систем для стендовых или лабораторных испытаний конструкций, или других испытаний это разнообразие измеряемых параметров и непрерывный режим работы, сопоставимый со сроками службы конструкции. Во многих случаях существует большая линейная протяженность объекта измерения, при которой использование одного измерительного прибора или нескольких локально расположенных приборов не возможно из-за ограничений в длине кабелей, присоединяющих датчики и средства вычислительной техники. В этих случаях, как по соображениям экономичности, так и по техническим характеристикам, целесообразно применение средств беспроводной связи.
Измерительные системы для НМС прочности должны иметь небольшие массогабаритные параметры, работать на открытом воздухе в условиях больших перепадов температур, высокой влажности, атмосферных осадков. Кроме того, эти системы должны обладать низким энергопотреблением, что позволяет обеспечивать бесперебойность их питания на довольно длительном промежутке времени от внутреннего источника электроэнергии.
Основными исходными данными о состоянии прочности конструкции являются общие перемещения и деформации конструкции или сооружения и его частей; напряжения (относительные деформации) в сечениях элементов; местные деформации (раскрытие трещин и швов, смещений в соединениях), а также угловые деформации, взаимные перемещения частей сооружения, усилий в элементах и т.п.
Выявление состояния прочности и условий работы конструкций и сооружений, при действии переменных нагрузок (в ограниченном диапазоне частот) должно выполнятся
системой мониторинга в реальном масштабе времени с применением методов спектрального анализа и подсчёта усталостного повреждения конструкции.
Особо важным фактором надёжности при длительной эксплуатации систем НМС прочности является наличие в ней встроенной подсистемы диагностики работоспособности и упрощённой оценки метрологических характеристик измерительных трактов. Периодическое детальное определение метрологических параметров системы НМС должно проводиться без демонтажа системы с объекта, что требует создания автоматизированных калибруемых мер, дистанционно управляемых по каналам беспроводной связи.
Учитывая вышеперечисленное, можно отметить, что в настоящее время существует проблема создания информационно-измерительных систем (ИИС) для непрерывного мониторинга состояния прочности сложных механических конструкций с целью обеспечения их безопасной эксплуатации.
В представленной работе, в отличие от ряда выполненных работ [6, 7, 20, 23, 30, 38, 41] по данной тематике, последовательно рассматриваются этапы исследований и разработки аппаратно-программных средств для создания информационно-измерительной системы и автоматизированной калибруемой меры (АКМ), обеспечивающей ее метрологические испытания. Решение каждого этапа потребовало значительных интеллектуальных и материальных затрат при проектировании, создании и внедрении ИИС.
Цель работы - разработка малогабаритной информационно-измерительной системы для непрерывного мониторинга состояния прочности сложных механических конструкций. Достижение цели включает разработку оригинальных способов реализации измерительных средств, сбора, преобразования и обработки измерительной информации, системного и прикладного программного обеспечения, разработку полностью автоматизированного процесса анализа основных метрологических характеристик ИИС, обеспечивающих единство измерений и сопоставимость результатов испытаний.
Методы исследований. Результаты разработок, изложенные в диссертации, базируются на системном подходе и получены путем теоретических и экспериментальных исследований. В работе использованы методы функционального, спектрального, корреляционного анализа, линейной алгебры, и современные методы измерительной и вычислительной техники.
Научная новизна. Сформулирована, обоснована и решена научно-техническая проблема создания малогабаритных ИИС для обеспечения непрерывного мониторинга состояния прочности сложных механических конструкций, имеющая важное народно-хозяйственное значение, связанная с созданием основ и практической реализацией специализированных средств измерения. Предложен подход к решению этой проблемы, базирующийся на разработанных автором методах и алгоритмах построения средств измерения, позволяющих автоматизировать процесс получения достоверной информации с многочисленной гаммы датчиков активного и пассивного
типов, территориально рассредоточенных и расположенных в критических зонах объекта испытания.
Этот подход потребовал создания новых аппаратно-программных средств: введения встроенного аварийно-профилактического контроля, предварительной калибровки и последующей коррекции результатов измерения в процессе эксплуатации, построения и разработки алгоритмов работы многофункциональной структуры измерительной части ИИС.
Предложены:
Вариант построения и алгоритмы управления измерительной частью переменной структуры ИИС;
метод калибровки ИИС для функционирования в широком температурном диапазоне эксплуатации (-40 — +60) С и алгоритмы коррекции результатов измерения в этих условиях эксплуатации;
метод построения автоматической калиброванной меры (АКМ) и алгоритмы полной автоматизации процесса получения метрологических характеристик многофункциональной многоканальной ИИС;
алгоритмы и программное обеспечение для мониторинга состояния прочности объекта контроля.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Полученные результаты позволяют обоснованно разрабатывать ИИС для измерений разнообразных величин при проведении испытаний на прочность и определения расхода ресурса сложных механических конструкций, вьшолнять непрерывный мониторинг состояния прочности при эксплуатации, а также автоматически оценивать основные метрологические характеристики системы.
Предложенные методы по реализации ИИС легли в основу создания ряда систем «ТЕНЗОР» [27, 28], используемых для системы измерения массы и центровки самолётов (СИМЦ) и непрерывного мониторинга прочности конструкции пешеходного моста из композитных материалов.
На защиту выносятся предложенные методы построения, алгоритмы функционирования и программное обеспечение для вновь разработанной информационно-измерительной системы.
Апробация работы. Доклад на научно-техническом симинаре (НТС) НИЦ «Комплекс» в ноябре 2007г. во «Всероссийском электротехническом институте имени В.И. Ленина». Доклад в марте 2008г. на НТС НИО-16 в «Центральном аэрогидродинамическом институте имени профессора Н.Е.Жуковского». Доклад на межкафедральном семинаре в июне 2008г. в «Российском государственном университете нефти и газа имени И.М.Губкина».
Публикации. Цикл статей в журнале издательства ИПУ РАН «Датчики и системы» №№ 5, 6, 8 и 10 за 2006 г [13, 14, 15, 16], разрешённый ВАК РФ для публикации материалов докторских и кандитатских диссертаций.
Определение сил для контроля массы и центровки самолета
Для задач обеспечения дефектоскопии и ресурса элементов конструкций производится следующая обработка данных: 1 Определение зависимости напряжений от действующих нагрузок, в частности, давления: а) в статической постановке методами сингулярного анализа; б) в динамической постановке методами анализа случайных процессов. 2 Определение характеристик случайных процессов для реализаций напряжений и действующих нагрузок, в частности, нагрузки в течение указываемого периода времени. 3 Определение усталостных характеристик случайных процессов для реализаций напряжений и действующих нагрузок, в частности, получение таблиц полных циклов, выделенных по методу полных циклов («дождя») в течение указываемого периода времени. 4 Регистрация реализаций напряжений и действующих нагрузок через равномерные интервалы времени в течение указываемого периода времени для последующего гармонического и/или усталостного анализа. 5 Аналогично пп. 1 — 4, но вместо напряжений используются показания датчиков перегрузок. Обязательным также является измерение параметров температурных характеристик, как самой измерительной аппаратуры, а также элементов конструкции. В большинстве случаев для этих целей в качестве первичных преобразователей используются термометры сопротивления или датчики термо-Э.Д.С. (термопары). Обширный ряд датчиков давления, перемещения и других типов в основном имеют потенциальный или токовый выходные сигналы.
Использование ИИС для обнаружения момента возникновения дефектов требует специальных методических проработок и на 1-м этапе проводится по следующим направлениям: 1 Обнаружение выхода из установленных пределов зависимости заданных компонент напряженного состояния от нагрузок. Зависимость компонент напряженного состояния от нагрузки определяется методами сингулярного анализа. 2 Появление дополнительных гармоник в анализируемых компонентах напряженного состояния, точнее, резкое изменение в передаточной функции «нагрузка- заданная компонента напряженного состояния», которая должна быть предварительно определена для исследуемой конструкции. 3 Резкое падение или возрастание накопленного усталостного повреждения. 4 Анализ изменений напряженно-деформированного состояния при гармоническом возбуждении элементов конструкций по стандартизируемым методикам. 5 При широком использовании системы необходимы также разработка специализированной базы данных по собираемым показаниям и ее программного обеспечения для автоматизации и, следовательно, более качественного отслеживания изменений, происходящих на объекте. Расчет долговечности и определение эквивалентов Одноосное погружение. Основным расчетным случаем является случай одноосного нагружения. Для определения долговечности и/или эквивалентов определяется усталостное повреждение и трехмерная таблица полных циклов в координатах сгтах — Лет — п, где Ттах - максимальное напряжение полного цикла, Л(7 - размах напряжений (удвоенная амплитуда), п — число полных циклов с параметрами ( хтах, Лет ). Таблица полных циклов позволяет определить при последующем анализе усталостное повреждение для других параметров кривой усталости, а также проанализировать напряжения, вызвавшие это повреждение. Для определения усталостного повреждения используются локальные напряжения в точке предполагаемого усталостного разрушения, определяемые на 1-м этапе в упругой постановке.
Для повышения точности при проведении расчетов рекомендуется использовать параметры так называемых «расчетных диаграмм усталости», получаемых не из результатов обычно используемых испытаний при регулярном нагружении, а определяемых из анализа разрушений в эксплуатации или из результатов испытаний по типизированным программам нагружения, отражающим основные особенности нагружения в эксплуатации.
При обработке таблицы полных циклов может использоваться полигональная аппроксимация кривой усталости в двойных логарифмических координатах lg(cr ) — lg(N,) и учет упругопластического поведения материала на основе реконструкции истории нагружения.
Частота нагружения может быть приближенно учтена (при наличии соответствующих экспериментальных данных) путем модификации кривой усталости, так как в эксплуатации обычно существует зависимость между амплитудой и частотой нагружения. При отсутствии необходимых экспериментальных данных влиянием частоты пренебрегается.
Долговечность считается в условных циклах. В качестве такого цикла может быть принят цикл подачи-сброса нагрузки. Для проведения расчетов необходимо определить повреждение от «типового» условного цикла на основе результатов натурных испытаний и/или расчетной оценки. Выбор условий нагружения в «типовом» условном цикле осуществляется заказчиком, исходя из данных о нагружении в эксплуатации. Это позволяет значительно повысить точность определения накапливаемого усталостного повреждения, так как фактически рассчитываются различия в повреждениях между разными условиями нагружения (определяются эквиваленты), а не абсолютные значения долговечности.
Расчет долговечности и эквивалентов при неодноосном нагружении производится с помощью введения эквивалентных напряжений, учитывающих влияние разных компонент. Учитывая слабую экспериментальную обоснованность используемых методик, для наиболее ответственных участков конструкции, показывающих при оценке низкую долговечность, необходимо провести экспериментальную оценку обоснованности метода для конкретных условий нагружения и типа (материал, технология) конструкции. Различаются 2 случая неодноосного нагружения: простое и сложное.
Разработка автоматизированной калиброванной меры, имитирующей первичные преобразователи
Проведение метрологических испытаний информационно-измеритеных систем является задачей, постоянно присутствующей в практической работе разработчиков ИИС. В связи с этим возникает необходимость в создании удобных программно-инструментальных средств, обеспечивающих быстрое решение этой задачи и интерпретацию получаемых результатов.
Разработка многофункционального автоматического калибратора мер (АКМ), формирующего в автоматическом режиме соответствующие образцовые значения сопротивлений резисторов и напряжений, предназначена для метрологической аттестации, поверки и диагностики многофункциональной проблемно-ориентированной ИИС. Полученный опыт разработки и создания специализированного АКМ будет полезен для метрологических испытаний других ИИС подобного класса.
Анализ отечественных и зарубежных литературных источников, а также патентные исследования не показали аналогичных разработок.
Необходимость выполнения этой разработки определяется требованиями полного исключения влияния субъективного фактора от действий оператора на этапе метрологических испытаний ИИС (в частности, подключение и переключение пределов образцовых средств, исключение временного фактора и т.д.).
Ориентировочная оценка времени проведения метрологической испытаний многофункциональной многоканальной ИИС с помощью программно-инструментальных средств показала, что применение АКМ позволит в десятки раз сократить этот этап. Учитывая уникальность разработки, а также большое число ( 50) измерительных программ в разработанной ИИС, имеющий широкий температурный диапазон эксплуатации (-40С — +60) С, с целью обеспечения гарантируемых метрологических характеристик ИИС предусмотрена его калибровка с помощью внутренних контрольных каналов. Калибровка выполняется с целью определения значений внутренних контрольных датчиков ИИС в диапазоне рабочих температур эксплуатации. Температурный диапазон разбивается на соответствующее число точек, для которых выполняются операции калибровки. Значения контрольных датчиков записываются в соотвествующие типам датчиков файлыЛх! и используются в дальнейшем для коррекции результатов измерений ИИС в процессе эксплуатации. Калибровка выполняется в автоматическом режиме также с помощью автоматического калибратора мер (АКМ).
Таким образом, для обеспечения высоких эксплуатационных параметров ИИС разработка АКМ является новой и актуальной задачей. Поэтому содержанием первого этапа разработки АКМ является анализ требований к его построению, выбор элементной базы и формирование облика АКМ на уровне функциональных и электрических схем, методов управления переключением образцовых резисторов и алгоритмов функционирования.
На основе анализа схемотехнических решений и режимов работы измерительной части многофункциональной многоканальной проблемно-ориентированной информационно-измерительной системы выбрана структура, и состав реализуемых функций автоматического калибратора мер (АКМ). (Приложение 1).
Целью разработки АКМ является создание программно-инструментального средства для проведения полностью автоматизируемых метрологических испытаний проблемно-ориентированных ИИС. В результате выполнения работы были разработаны: - функциональная схема АКМ; - принципиальные электрические схемы функциональных узлов; - алгоритмы управления и программное обеспечение для вычислительного ядра (на базе микроконтроллера) ИВМ и внешней ПЭВМ, обеспечивающие его взаимодействие с АКМ, обработку и представление данных. Проведен выбор элементной базы АКМ. В частности, с целью получения высокой точности АКМ предусмотрено использование резисторов типа Р2-67, С2-29В, С2-29С класса точности 0,02 - 0,005 %. В данной разработке АКМ предусмотрена, согласно выше представленной стандартной методики обработки данных, установка 11 калибровочных значений в диапазонах формируемых шкал. Основная расчетная погрешность АКМ 0,05 % при температуре окружающей среды 20±2 С. Время установления калибровочных значений не более 20 мкс. АКМ может обеспечить поверку или контроль метрологических характеристик одновременно для нескольких измерительных каналов ИИС, в зависимости от построения устройства сопряжения, в частности, которое разработано и апробировано для подключения 32 полнофункциональных измерительных каналов. Коды NT-DO ... NT-D4 определяют тип МИП. С помощью кода NT в АКМ формируется схема, являющаяся аналогом рабочего датчика из списка датчиков, обслуживаемых ИИС приведенного в таблице 2.1. В зависимости от типа МИП в UR1, UR3, UR5 формируется набор резисторов соответствующего номинального значения. Выбор набора резисторов по необходимому номинальному значению определяется кодом NP. Коды NP-D0 ... NP-D2 определяют номер параметра. С помощью кода NP выбираются: — для тензорезисторных МИП- набор резисторов в UR1, UR3, UR5 соответствующего номинального значения (100, 120, 200, 400, 800) Ом; — для термопреобразователей сопротивления — набор резисторов в UR4 для соответствующего диапазона измерения (0 - 17 Ом, 0 - 100 Ом, 0 - 1000) Ом; — для генераторных датчиков напряжения устанавливается в UN соответствующий диапазон выходного напряжения (±0,016 В, ±0,1 В, ±1,0 В); С помощью кодов N1 и DI для тензорезисторных МИП в UR2 выбирается набор резисторов для соответствующего диапазона измерения (±1 Ом, ±2 Ом, ±4 Ом).
Алгоритмы и программы калибровки измерительных каналов
Калибровка ИИС выполняется с целью определения значений сопротивления внутренних контрольных датчиков ИВМ в диапазоне рабочих температур эксплуатации системы. Температурный диапазон разбивается на соответствующее число точек, для которых выполняются операции калибровки. Значения контрольных датчиков записываются в соотвествующие типам датчиков файлы и используются в дальнейшем для коррекции результатов измерений ИИС в процессе эксплуатации.
Предварительно, перед калибровкой, ИВМ помещается в камеру тепла (холода). Температура внутри камеры определяется с помощью датчика температуры ИВМ.
Учитывая большое число измерительных программ в ИИС, калибровка выполняется в автоматическом режиме с помощью специально разработанного автоматического калибратора мер (АКМ). В АКМ использованы точные резисторы типа Р2-67, С2-29С. Так как паспортная точность резисторов 0,05- 0,005 гарантируема в узких пределах относительно нормальной температуры (20 С), поэтому при калибровке ИИС должны быть обеспечены соответствующие температурные условия эксплуатации АКМ (»20±2) С.
Чтобы исключить температурную погрешность АКМ и повысить удобство его использования независимо от температурных условий, после калибровки ИИС может быть выполнена калибровка АКМ. При этом АКМ помещают в камеру тепла (холода), а его показания измеряют с помощью откалиброванной ИИС. Температура внутри АКМ измеряют с помощью ИИС по показанию датчика температуры АКМ. Результаты измерений записываются в специальный файл, который является градуировочной характеристикой используемой АКМ.
Периодичность выполнения КИ определяется температурными условиями использования ИИС и устанавливается в процессе эксплуатации. Процесс калибровки осуществляется однократно или периодически через полгода потребителем ИИС из-за ожидаемого старения его элементов, а экспериментально-расчётные результаты поверки фиксируются в энергонезависимой памяти микроконтроллера измерительно-вычислительного модуля для использования при проведении автоматической коррекции результатов измерения в заданном температурном диапазоне эксплуатации ИИС. Сбор данных с использованием режима коррекции применяется в программе мониторинга для работы с ИИС. Алгоритм программы включает в себя последовательное выполнение следующих основных операций: - ввод данных; - контрольные измерения КИ2; - контрольные измерения КИЗ; - рабочие измерения РИ (сбор показаний рабочих датчиков); - коррекция и статистическая обработка результатов измерений. Основные особенности: 1. КИ2 используются для определения температуры ИВМ. На основании измерений КИ2-1, КИ2-2 и КИ2-3 расчитываются температура по формуле 3.1. 2. КИЗ используются для определения коэффициентов преобразования (А, В) MX ИИС КИЗ выполняются только для выбранных типов рабочих датчиков с целью сокращения общего времени проведения КИ и объема формируемых данных. 3. При проведении КИЗ должна быть обеспечена идентичность задания кодов ПИ для рабочих и контрольных измерений, а именно, одинаковые значения параметров измерения датчиков: - тип датчика, - RH (для тензорезисторных датчиков), - диапазон измерения, - значение Т„р 4. Коды ПИ для рабочих измерений формируются в процессе диалогового режима задания на ПЭВМ параметров измерения датчиков. Необходимо указать: - номер измерительного канала (НК).
Тензометрия и спектральный анализ в мониторинге состояния прочности конструкций и их программная реализация
Тензометрия представляет собой один полный цикл опрос датчиков ИИС, конфигурация которых обуславливается заданным набором МИП. В данном случае наибольший интерес представляют тензодатчики, однако МИП могут быть самых различных типов (см. параграф 1.2). Для тензодатчиков измерения осуществляются последовательно по уровням нагрузки, количество которых задается оператором. Для получения наиболее точных результатов при выбранной достоверности и отброса случайных воздействий, предусмотрена в ИВМ память, чтобы с каждого датчика снимать подряд N измерений, где N 255.
Спектральный анализ — это один из методов оценки механических воздействий, который позволяет охарактеризовать их частотный состав [18, 21, 25, 40]. В нашем случае исходным источником информации являются измерения, полученные с помощью МИП (тензодатчиков) с заданным интервалом времени. Зная интервал времени между измерениями каждого канала, с помощью преобразования Фурье, можно получить частотную картину механических воздействий. Кроме того, наибольший интерес представляет определение собственной частоты колебания конструкции [17].
Регистрация значений для спектрального анализа представляет собой последовательный опрос тензорезисторов ИИС, конфигурация которых задается в режиме настройки конфигурации. В процессе измерений оператор задает общее количество измерений на каждый датчик или общее время измерений. Регистрация значений начинается по команде оператора. Снятие измерений производится с переключением каналов, то есть на каждом канале проводиться по одному измерению, затем происходит переключение на другой канал.
Спектральных! анализ имеет важное значение в мониторинге сложных механических конструкций, так как он позволяет определить собственную частоту колебаний конструкции, оценить частотный спектр механических воздействий на элементы конструкций, определить их амплитуду (косвенно по напряжениям в материале), и выделить наиболее опасные воздействия для данной конструкции.
Алгоритм ПО заложенного в микроконтроллер ИВМ для проведения тензометрии показан на рисунке 4.8. Алгоритм по-блочно согласован с алгоритмом функционирования аналогой части ИВМ: - команда старт и сбое системы, команда получить номер модуля соотвествует алгоритмам рисунков 4.3а и 4.36; - команда задать параметры (номер канала, тип датчика) соотвествует алгоритмам рисунков 4.3в и 4.4; - команда прочитать данные КИ соотвествует алгоритму рисунка 4.5; - команда прочитать данные соотвествует алгоритму рисунка 4.6. Алгоритм ПО заложенного в микроконтроллер ИВМ для получения данных для спектрального анализа показан на рисунке 4.9. Основные отличия от алгоритма тензометрии (см. параграф 4.2.2): - на каждом канале проводится только одно измерение; - измерения регистрируются с переключением каналов; - отсутствует возможность КИ. Для мониторинга состояния прочности конструкций разработан отдельный алгоритм функционирования ИВМ, обеспечивающий непрерывную регистрацию контролируемых параметров с их частичной обработкой. Алгоритм был разработан с учётом следующих основных особенностей (в связи с практической реализацией ИИС): 1 Мониторинг состояния прочности конструкций представляет собой непрерывный контроль деформированного состояния основных силовых элементов конструкции в заданных зонах, её прогибов на протяжении жизненного цикла, а также появления трещин (срока эксплуатации 50 лет). Контроль деформированного состояния осуществляется с помощью одноосных тензорезисторов типа СКФ(н), температуры — термометров сопротивления 1ТС, прогибов- с помощью герконов и одноосных тензорезисторов. Этот контроль осуществляется ИИС «Тензор». Основные параметры системы: - Количество датчиков измерения деформаций - 13; - Количество датчиков измерения температуры - 12; - Количество каналов цифрового ввода (определение предельных прогибов) - 22; - Обмен информацией- с компьютером мобильной системы по беспроводной связи до 100 м (адаптер Bluetooth); - Максимальная частота регистрируемых процессов - 40 Гц. 2 Сохранение зарегистрированных данных при отсутствии питания и автоматическое продолжение работы при восстановлении питания. 3 Возможность считывания зарегистрированных данных по беспроводной связи с ориентировочной частотой 1 раз в месяц. 4 Возможность переключения на регистрацию данных для тензометрии и спектрального анализа и продолжение регистрации данных о текущем состоянии пролётных строений после её окончания. 5 Две команды сброса: первая — зануление только счетчиков и таблиц, вторая — переход в начальное состояние.
