устройство и способ для измерения усталостного состояния металлической конструкции

Формула изобретения

1. Устройство для измерения усталостного состояния металлической конструкции, содержащее:

оболочку, при этом оболочка имеет магнитные ножки для прикрепления оболочки к ферромагнитной конструкции;

по меньшей мере одну пару управляемых микропроцессором регуляторов напряжения, причем каждый регулятор напряжения имеет провод датчика к электрохимическому усталостному датчику, прикрепленному к конструкции, подлежащей анализу на наличие растущих трещин вследствие усталости металла в металлической конструкции;

источник питания; и

заземление,

при этом регулятор напряжения используется для осуществления мониторинга усталостного состояния металлической конструкции,

при этом каждый регулятор напряжения электрически изолирован от остальной части электрической монтажной платы устройства и содержит аналого-цифровой преобразователь.

2. Устройство по п.1, дополнительно содержащее сетевое соединение с компьютером.

3. Устройство по п.1, дополнительно содержащее запоминающее устройство.

4. Устройство по п.1, в котором оболочкой является водонепроницаемый бокс.

5. Устройство по п.1, в котором источником питания является перезаряжаемая батарея.

6. Устройство по п.1, в котором регуляторы напряжения содержат программируемые установки напряжения.

7. Устройство для измерения усталостного состояния металлической конструкции, содержащее:

водонепроницаемую оболочку, выполненную с магнитными ножками для прикрепления оболочки к ферромагнитной конструкции;

по меньшей мере одну пару управляемых микропроцессором регуляторов напряжения, причем каждый регулятор напряжения имеет провод датчика к электрохимическому усталостному датчику, прикрепленному к конструкции, подлежащей анализу на наличие растущих трещин вследствие усталости металла в металлической конструкции, и каждый регулятор напряжения имеет аналого-цифровой преобразователь;

микропроцессор;

запоминающее устройство;

по меньшей мере один порт передачи данных;

источник питания; и

заземление,

при этом регулятор напряжения используется для осуществления мониторинга усталостного состояния металлической конструкции,

при этом каждый регулятор напряжения электрически изолирован от остальной части электрической монтажной платы устройства.

8. Устройство по п.7, дополнительно содержащее CPU (центральный процессор), программно-аппаратные средства с процессорно-исполняемыми командами и память.

9. Устройство по п.7, в котором данные, производимые аналого-цифровым преобразователем, сохраняются в файлах на запоминающем устройстве.

10. Устройство по п.9, в котором запоминающим устройством является устройство флэш-памяти.

11. Устройство по п.7, в котором запоминающее устройство является съемным.

12. Устройство по п.7, в котором данные, производимые аналого-цифровым преобразователем, передаются в режиме реального времени на центральный компьютер.

13. Устройство по п.7, в котором беспроводное соединение передает данные, производимые аналого-цифровым преобразователем, на центральный компьютер.

14. Устройство по п.7, в котором порт передачи данных является портом Ethernet.

15. Устройство по п.7, в котором порт передачи данных является устройством беспроводной сети.

16. Способ измерения усталостного состояния металлической конструкции, при этом устройство для измерения усталостного состояния металлической конструкции содержит: по меньшей мере одну пару управляемых микропроцессором регуляторов напряжения и водонепроницаемую оболочку, выполненную с магнитными ножками для прикрепления оболочки к ферромагнитной конструкции; источник питания; по меньшей мере два провода датчика и по меньшей мере одно заземление, при этом каждый регулятор напряжения электрически изолирован от остальной части электрической монтажной платы устройства и содержит аналого-цифровой преобразователь

в котором электрохимический усталостный датчик (EFS) устанавливают на конце каждого провода и каждый датчик прикрепляют, поддерживая электрический контакт, к металлической конструкции, подлежащей анализу на усталостное состояние;

в котором посредством регулятора напряжения прикладывают напряжение через упомянутые датчики во время циклической нагрузки и измеряют ток, проходящий через упомянутые датчики, и оцифровывают результат измерения для анализа усталостного состояния металлической конструкции.

17. Способ по п.16, в котором дополнительно имеются центральный компьютер и одно или более устройств для измерения усталостного состояния металлической конструкции, при этом посредством каждого устройства для измерения усталостного состояния металлической конструкции передают данные в режиме реального времени на центральный компьютер.

18. Способ по п.16, в котором металлическую конструкцию выбирают из автодорожного или железнодорожного моста, крана, конструкции дорожных знаков, морской буровой платформы, судна и каркаса летательного аппарата.

19. Способ по п.18, в котором металлической конструкцией является автодорожный или железнодорожный мост.

20. Устройство для измерения усталостного состояния металлической конструкции, содержащее:

оболочку;

по меньшей мере одну пару управляемых микропроцессором регуляторов напряжения, причем каждый регулятор напряжения имеет провод датчика к электрохимическому усталостному датчику, прикрепленному к конструкции, подлежащей анализу на наличие растущих трещин вследствие усталости металла в металлической конструкции, и каждый регулятор напряжения содержит программируемую установку напряжения и аналого-цифровой преобразователь для принятого сигнала;

источник питания; и

заземление,

при этом регулятор напряжения используется для осуществления мониторинга усталостного состояния металлической конструкции,

при этом каждый регулятор напряжения электрически изолирован от остальной части электрической монтажной платы устройства.

21. Устройство по п.20, дополнительно содержащее сетевое соединение с компьютером.

22. Устройство по п.20, дополнительно содержащее запоминающее устройство.

23. Устройство по п.20, в котором оболочкой является водонепроницаемый бокс.

24. Устройство по п.20, в котором оболочка имеет магнитные ножки для прикрепления оболочки к ферромагнитной конструкции.

25. Устройство по п.20, в котором источником питания является перезаряжаемая батарея.

26. Устройство для измерения усталостного состояния металлической конструкции, содержащее:

водонепроницаемую оболочку;

по меньшей мере одну пару управляемых микропроцессором регуляторов напряжения, причем каждый регулятор напряжения имеет провод датчика к электрохимическому усталостному датчику, прикрепленному к конструкции, подлежащей анализу на наличие растущих трещин вследствие усталости металла в металлической конструкции, и каждый регулятор напряжения содержит программируемую установку напряжения и аналого-цифровой преобразователь для принятого сигнала;

микропроцессор;

запоминающее устройство;

по меньшей мере один порт передачи данных;

источник питания; и

заземление,

при этом регулятор напряжения используется для осуществления мониторинга усталостного состояния металлической конструкции,

при этом каждый регулятор напряжения электрически изолирован от остальной части электрической монтажной платы устройства.

27. Устройство по п.26, дополнительно содержащее CPU (центральный процессор), программно-аппаратные средства с процессорно-исполняемыми командами и память.

28. Устройство по п.26, в котором данные, производимые аналого-цифровым преобразователем, сохраняются в файлах на запоминающем устройстве.

29. Устройство по п.28, в котором запоминающим устройством является устройство флэш-памяти.

30. Устройство по п.26, в котором запоминающее устройство является съемным.

31. Устройство по п.26, в котором данные, производимые аналого-цифровым преобразователем, передаются в режиме реального времени на центральный компьютер.

32. Устройство по п.26, в котором беспроводное соединение передает данные, производимые аналого-цифровым преобразователем, на центральный компьютер.

33. Устройство по п.26, в котором порт передачи данных является портом Ethernet.

34. Устройство по п.26, в котором порт передачи данных является устройством беспроводной сети.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Обеспечивается блок канала (PDL) передачи данных для регулятора напряжения, который может удаленно осуществлять мониторинг образования и роста трещин в металлических конструкциях.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Системы электрохимических усталостных датчиков (EFS) известны в данной области техники как выполненные с возможностью обнаружения роста трещин вследствие усталости металла в металлических конструкциях, подвергающихся циклическим воздействиям, таких как автодорожные мосты. Система EFS для обнаружения усталостного состояния металлической конструкции включает в себя, по меньшей мере, два электрохимических датчика и регулятор напряжения для приложения поляризующего напряжения между конструкцией (основанием) и датчиками, что создает электролитическую ячейку. Датчики EFS, полезные для такого способа, раскрыты в WO 2007/040651.

Система EFS работает на электрохимических принципах. Конструкцию поляризуют для создания защитной пассивной пленки поверхности, подлежащей тестированию. Поляризующее напряжение между конструкцией и электродом производит постоянный базовый ток в ячейке. Если конструкция, исследуемая посредством EFS, подвергается циклическому воздействию, ток, текущий в ячейке, флуктуирует в сложной зависимости от варьирования состояния механического воздействия. Таким образом, на постоянный базовый ток накладывается переменный ток во время циклического воздействия. В зависимости от материала конструкции и условий нагрузки, а также состояния усталостных повреждений в конструкции, переходный ток ячейки обеспечивает информацию о состоянии усталостных повреждений.

Так как элементы металлической конструкции, подвергаемые циклической нагрузке и усталости, часто находятся в труднодоступных местоположениях, удаленное зондирование является привлекательным средством для осуществления мониторинга таких местоположений. Сенсорное устройство для удаленного использования с датчиками и беспроводной связью с центральным компьютером известны. См. например, беспроводной газоанализатор, продаваемый Global Security Solutions. http://www.global-security-solutions.com/WirelessMultiChannelHazMatMonitor.htm.

Системы EFS приобретают все возрастающее значение в качестве инструмента мониторинга для стареющих инфраструктур, в частности автодорожных мостов. Запланированный срок службы многих мостов, используемых в настоящее время, истек, и они выдерживают больший транспортный поток, чем предназначено, и усталость металлов является существенной проблемой. Следовательно, существует необходимость в улучшенных проверочных способах для проверки мостов и других более старых инфраструктур.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте изобретение обеспечивает блок канала (PDL) передачи данных для регулятора напряжения, включающий в себя герметичный бокс, содержащий два или более модифицированных регулятора напряжения, источник питания, CPU (центральный процессор), запоминающее устройство и возможность создания компьютерной сети. PDL может быть установлен в удаленном труднодоступном местоположении и не требовать обслуживания в течение периода времени от нескольких дней до нескольких месяцев. Бокс может быть водонепроницаемым. Внутри бокса находятся электронная монтажная плата и источник питания. Электронная монтажная плата включает в себя, по меньшей мере, два управляемых компьютером регулятора напряжения, микропроцессор, хранилище данных и функциональные возможности передачи данных. Провода датчика, электрические соединители и световые индикаторы выступают через стенку герметичного бокса.

В другом аспекте бокс включает в себя беспроводной канал передачи данных, основанный на стандарте беспроводной связи, например, 802.11b/g, для осуществления связи с центральным компьютером, расположенным удаленно от PDL.

В варианте осуществления источником питания является батарея. Батарея может быть перезаряжаемой. Альтернативно, PDL может быть соединен с муниципальной электросети. В другом варианте осуществления PDL может получать питание от солнечных элементов, которые могут быть дополнительно сконфигурированы с возможностью перезарядки батареи.

В другом аспекте PDL может иметь магнитные ножки, которые надежно прикрепляют бокс PDL к ферромагнитной конструкции, например стальной балке.

В другом аспекте это изобретение обеспечивает способ для измерения усталостного состояния металлических конструкций, включающий в себя канал передачи данных для регулятора напряжения, содержащий управляемый микропроцессором регулятор напряжения, источник питания и, по меньшей мере, два провода датчика, причем датчик EFS устанавливают на конце каждого провода, и каждый датчик прикрепляют, поддерживая электрический контакт, к металлической конструкции, подлежащей анализу на усталостное состояние. Регулятор напряжения прикладывает напряжение через датчики во время циклической нагрузки и измеряет ток, проходящий через датчики, оцифровывает измерение и передает оцифрованные данные на компьютер для анализа усталостного состояния металлической конструкции.

В некоторых вариантах осуществления PDL передает данные на центральный компьютер в режиме реального времени, позволяя оценить качество данных или позволяя инженеру оценить в режиме реального времени усталостное состояние анализируемой конструкции. Связь от PDL к центральному компьютеру может быть реализована посредством проводки кабелей Ethernet или посредством беспроводного канала передачи данных. В альтернативном варианте осуществления все данные хранятся во флэш-памяти, например съемной карте памяти. Данные затем могут быть извлечены либо посредством вынимания карты, или посредством беспроводной передачи данных на компьютер для последующего анализа для оценки усталостного состояния рассматриваемой конструкции.

Блок PDL согласно настоящему изобретению полезны для анализа усталостного состояния металла металлических конструкций, например автодорожных или железнодорожных мостов, конструкций дорожных знаков, морских буровых платформ, судов или каркасов летательных аппаратов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 является схемой варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 является видом в перспективе, показывающим совмещение верхней и нижней частей блока PDL.

Фиг.3 является блок-схемой электронной схемы PDL.

Фиг.4 является блок-схемой компонент модифицированного регулятора напряжения согласно настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Системы электрохимических усталостных датчиков (EFS) являются полезными инструментами для мониторинга усталостного состояния металлических конструкций, подвергающихся циклическим воздействиям. Фраза усталостное состояние подразумевает, что системы EFS позволяют оценить, растет ли трещина в металлической конструкции во время циклического воздействия. Циклическим воздействием является воздействие, прикладываемое к рассматриваемой конструкции, например, в автодорожном мосту, где поток транспортных средств накладывает циклическое воздействие на конструкцию. При обнаружении растущей трещины инженер может принять решение о серьезности проблемы и вероятности катастрофического отказа или необходимости ремонта.

Во многих конструкциях, подвергающихся циклическому воздействию, критические опорные элементы конструкции находятся в труднодоступных местоположениях. По этой причине может быть желательной установка сенсорного устройства в труднодоступном местоположении и удаленный мониторинг производимых данных. Кроме того, для систем EFS согласно изобретению желательно осуществлять мониторинг критических местоположений в течение длительного времени, от нескольких часов до нескольких месяцев, для получения наилучшей возможной картины усталостного состояния критического элемента конструкции.

Следовательно, это изобретение обеспечивает устройство канала (PDL) передачи данных для регулятора напряжения, которое может быть использовано в труднодоступных местоположениях. В одном варианте воплощения обеспечивают канал передачи данных для регулятора напряжения, который может включать в себя оболочку; по меньшей мере, одну пару управляемых микропроцессором регуляторов напряжения, причем каждый регулятор напряжения имеет провод датчика к датчику, прикрепленному к конструкции, подлежащей анализу на наличие растущих трещин вследствие усталости металла в металлической конструкции; источник питания; и заземление, причем регулятор напряжения используют для осуществления мониторинга усталостного состояния металлической конструкции.

В другом варианте осуществления это изобретение обеспечивает канал передачи данных для регулятора напряжения, который может включать в себя водонепроницаемую оболочку; по меньшей мере, одну пару управляемых микропроцессором регуляторов напряжения, причем каждый регулятор напряжения имеет провод датчика к датчику, прикрепленному к конструкции, подлежащей анализу на наличие растущих трещин вследствие усталости металла в металлической конструкции, и каждый регулятор напряжения имеет аналого-цифровой преобразователь; микропроцессор; запоминающее устройство; по меньшей мере, один порт передачи данных; источник питания; и заземление, причем регулятор напряжения используют для осуществления мониторинга усталостного состояния металлической конструкции.

В другом варианте осуществления это изобретение обеспечивает способ измерения усталостного состояния металлической конструкции, который может включать в себя канал передачи данных для регулятора напряжения, содержащий, по меньшей мере, одну пару управляемых микропроцессором регуляторов напряжения, источник питания, по меньшей мере, два провода датчика и, по меньшей мере, одно заземление, причем датчик EFS устанавливают на конце каждого провода, и каждый датчик прикрепляют, поддерживая электрический контакт, к металлической конструкции, подлежащей анализу на усталостное состояние; причем регулятор напряжения прикладывает напряжение через датчики во время циклической нагрузки и измеряет ток, проходящий через датчики, и оцифровывает измерение для анализа усталостного состояния металлической конструкции.

Схематическое представление системы по изобретению показано на Фиг.1, показывающей соотношение между различными частями при гипотетическом анализе усталости металла моста 7.

Блоки 2 PDL имеют все возможности сбора данных, обработки данных и хранения данных, необходимые для каждого проверяемого местоположения. PDL состоит из оболочки, электронной монтажной платы, источника питания и проводов датчика. Оболочка может быть водонепроницаемой. Блок PDL может иметь съемное запоминающее устройство 3 для хранения данных, такое как стандартная SD (Secure Digital, безопасная цифровая) карта или USB (универсальная последовательная шина) флэш-накопитель. Дополнительно, PDL будет иметь провода 4 датчика, соединенные с датчиками 5, прикрепленными к конструкции 7 (например, мосту), подлежащей анализу на усталость металла.

Источником питания может быть батарея, которая может быть перезаряжаемой. PDL может также иметь солнечные элементы, которые перезаряжают батарею.

Во время анализа конструкции блоков PDL по изобретению, по существу, являются робототизированными устройствами по отношению к местному центральному компьютеру 1, который может управлять различными аспектами анализа, например, временем сбора данных, напряжением, производимым регулятором напряжения, параметрами сбора данных или включением или выключением различных компонент для экономии питания. Центральный компьютер будет находиться в месте проведения анализа. Центральный компьютер в свою очередь может осуществлять связь с удаленным местоположением 9, которая может быть посредством Интернет 8, которое возможно расположено в тысячах миль от места, где специалисты и инженеры могут осуществлять мониторинг анализа.

Следовательно, PDL имеет возможность создания компьютерной сети для осуществления связи с местным центральным компьютером, и блок PDL может иметь порт RJ45 Ethernet (IEEE 802.3). Дополнительно, блок PDL может иметь беспроводной канал 10 связи, использующий стандартный сетевой протокол связи, такой как 802.11b/g. В вариантах осуществления, в которых PDL имеет возможность создания беспроводной сети, обеспечивают беспроводную точку доступа, которая является промышленным устройством, которое может физически находится внутри местного центрального компьютера или может быть обеспечена в качестве отдельного блока. Беспроводная точка доступа обычно является беспроводным маршрутизатором. Если блок PDL имеет беспроводной канал передачи данных, блок будет иметь антенну. Антенна может иметь провод, возможно до 10 футов в длину, и магнитное основание для прикрепления в подходящем местоположении для обеспечения хорошего радиосоединения с точкой доступа.

Блок PDL может иметь сильные магниты, прикрепленные к основанию, которые позволяют пользователю прикрепить PDL к стороне балки, например стальной балки.

ФИЗИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ PDL

Обращаясь к Фиг.2, блок PDL может иметь легкую металлическую оболочку или бокс. Предпочтительно, бокс выполнен из алюминия. Если блок предназначен для использования в открытом местоположении, бокс может быть погодоустойчивым и водонепроницаемым. Металлический корпус может обеспечить электромагнитное экранирование для электронных компонентов внутри бокса. В варианте осуществления бокс может быть исполнен с возможностью разделения на две части, верхнюю 100 и нижнюю 200. Монтажная плата 110 может быть установлена в верхней части 100, а батарея 210 может быть установлена в нижней части 200. Таким образом, и к батарее, и к монтажной плате можно легко получить доступ, не затрагивая другие компоненты.

В этом варианте осуществления верхняя и нижняя крышки бокса могут быть привинчены друг другу для скрепления двух половин, например, в виде герметичного устройства. Винты обозначены ссылочной позицией 225, а отверстия под винты - 220. Дополнительно, может быть обеспечена прокладка или резиновое уплотнение 240, которое обеспечивает водонепроницаемое уплотнение между верхней и нижней частями. Это позволяет PDL нормально функционировать в ненастную погоду без повреждения внутренних компонентов. Уплотнения могут быть также обеспечены вокруг переключателей, соединителей, ламп и т.д., где вода потенциально может протечь в устройство.

Бокс предпочтительно снабжают сильными редкоземельными магнитами 230 в качестве ножек на нижней части. Магниты допускают быструю и надежную установку на балках моста. Предпочтительно, резиновую прокладку вставляют между магнитами и боксом для минимизации вибраций, передаваемых от конструкции к PDL.

Бокс содержит несколько выводов, выступающих через стенку бокса. Эти выводы могут включать в себя: двухпозиционный переключатель 400; в предпочтительном варианте осуществления переключатель покрыт защитной скобой для предотвращения случайной активации во время перевозки; приемник 450 для зарядки батареи, позволяющий заряжать батарею без необходимости открытия бокса; один или более LED (светодиодные) индикаторы 430 с лампами различных цветов, например, для показа того, что устройство включено и батарея заряжена или что батарея заряжается или что заряд батареи низок; приемник 440 датчика для соединения кабелей датчика с боксом PDL; соединитель 410 RJ45 Ethernet; и антенный соединитель 420, где беспроводная антенна подключается к блоку PDL.

Батарея 210 соединена с монтажной платой 110 кабелями питания. Батарея может быть компактной свинцово-кислотной батареей или некоторого другого типа, предпочтительно перезаряжаемой, такой как литий-ионная или никель-металлгидридная. В альтернативных вариантах осуществления PDL может быть соединен с внешним источником питания.

ЭЛЕКТРОННАЯ МОНТАЖНАЯ ПЛАТА

Предпочтительно, все электронные схемы в PDL помещены на одну монтажную плату. Блок-схема показана на Фиг.3. Она может быть логически разбита на пять основных компонентов:

Регуляторы напряжения - состоят из множества отдельных компонентов регулятора напряжения и отвечают за сбор данных датчиками. Каждый блок PDL имеет, по меньшей мере, два регулятора напряжения (пара из трещинного и эталонного) с возможностью прикрепления дополнительных пар. Во время физического прикрепления к основной монтажной плате регулятор напряжения электрически изолируют для предотвращения влияния шумов от других схем.

CPU - центральный процессор, который выполняет команды и управляет другими компонентами.

Хранилище данных - в предпочтительном варианте осуществления PDL содержит устройство флэш-памяти, например стандартную карту Secure Digital (SD), использующую стандартный формат FAT файла. Возможны альтернативные запоминающие устройства, такие как USB флэш-память или компактный жесткий диск. Запоминающие устройства могут хранить данные EFS для будущего анализа и команды программирования для CPU. Флэш-память может быть съемной.

Передача данных - может быть обеспечен порт передачи данных. Он может использовать протокол (802.11b/g) беспроводной связи для осуществления связи с удаленным PC (персональным компьютером) посредством точки доступа для удаленного управления PDL и загрузки данных. Когда обеспечена беспроводная сеть, монтажная плата будет иметь модуль WiFi . Модуль WiFi также называют WiPort . Также может быть обеспечен соединитель RJ45 для проводной связности, например, основанный на стандартном протоколе Ethernet.

Управление питанием - уровни напряжения управляются посредством CPU на основе потребностей различных компонентов. В варианте осуществления применяют источник питания на 6 вольт. Он может быть обеспечен батарей на 6 вольт, но также возможны другие источники питания. Например, может быть обеспечен внешний источник питания или солнечные элементы, которые питают блок PDL или перезаряжают батарею, или и то, и другое одновременно.

Дополнительно, PDL может иметь другие признаки электронных аппаратных средств, такие как:

Часы реального времени, используемые для временных функциональных возможностей, таких как функциональные возможности сбора данных о времени. Часы реального времени должны иметь отдельную батарею для поддержания времени, даже когда плата полностью выключена.

Схема зарядки, которая позволяет PDL управлять зарядкой батареи, отключая ее, когда батарея полностью заряжена.

Светодиоды LED, которые используются для визуальной передачи состояния PDL.

Индикатор зарядки LED, который переключается с красного на зеленый, когда батарея полностью заряжена.

Отсоединяемые кабель датчика и антенна для удобства.

РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Регулятор напряжения является специально разработанной электронной схемой, управляемой посредством CPU, которая обеспечивает постоянное программируемое напряжение для датчика EFS. Блок-схема регулятора напряжения показана на Фиг.4. Регулятор напряжения измеряет ток, проходящий через датчик. Регулятор напряжения оцифровывает измерения тока с помощью аналого-цифрового преобразователя и обеспечивает механизм для прохождения данных на CPU. Из-за выполняемых чувствительных микроизмерений регулятор напряжения должен быть электрически изолирован от остальной части электрической монтажной платы для предотвращения появление шумов и искажения данных. Схема регулятора напряжения также включает в себя установки напряжения и коэффициента усиления, регулируемые с CPU, для возможности работы с различными типами металлов. Усиленный аналоговый выход данных может быть обеспечен для получения доступа к действительным аналоговым данным до их оцифровки.

Каждый регулятор напряжения соединен с датчиком EFS и заземлен на анализируемую конструкцию. Таким образом, между датчиком, конструкцией и землей образуется электролитическая ячейка регулятора напряжения.

Для анализа усталости металла у одной трещины требуются два датчика. Блоки PDL применяют регуляторы напряжения парами, называемые трещинным и эталонным регуляторами напряжения. Эталонный датчик помещают вблизи трещины или возможной трещины, но в местоположении, которое оценено как отличное от трещины. Трещинный датчик помещают на трещину или рядом с ней, предпочтительно над передним краем трещины. Разницу между сигналами регуляторов напряжения от двух датчиков применяют в анализе усталости металла.

В предпочтительном варианте осуществления две или более пары регуляторов напряжения и датчиков обеспечивают в одном блоке PDL. Таким образом, один блок PDL может одновременно оценивать множество трещин близко друг к другу. В некоторых вариантах осуществления два или более регулятора напряжения могут совместно использовать одно заземление на тестируемую конструкцию.

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ

Монтажную плату исполняют вокруг ее CPU, который является программируемым флэш-устройством. CPU может быть связан с центральным компьютером. Связь может осуществляться посредством сетевого соединения, или проводного соединения Ethernet, или беспроводного соединения, использующего такой протокол, как 802.11b/g. В другом варианте осуществления центральный компьютер используют для программирования каждого блока PDL до установки в месте измерения, где блоки PDL работают независимо в течение периода времени. В этом варианте осуществления все данные будут сохранены во внутреннем запоминающем устройстве, которое впоследствии вынимают и анализируют.

При обычной установке с сетевым соединением с каждым PDL в одном месте могут быть расположены несколько, возможно до нескольких дюжин, блоков PDL. Центральный компьютер программирует и управляет каждым блоком PDL. Управляемые параметры могут включать в себя время начала и остановки сбора данных, параметры напряжения для регулятора напряжения и параметры сбора данных, такие как частота дискретизации посредством аналого-цифрового преобразователя. Параметры напряжения могут варьироваться в зависимости от тестируемой конструкции, т.е. для каждой конструкции и набора датчиков существует напряжение, которое обеспечивает оптимальное соотношение сигнал-шум. Центральный компьютер может осуществлять мониторинг каждого PDL и передавать команды для оптимальных параметров сбора сигналов.

Данные с каждого PDL могут быть сохранены локально, например, на перезаписываемом носителе, таком как карта SD, и могут, необязательно, быть переданы на центральный компьютер в режиме реального времени. При передаче в режиме реального времени аналитик может осуществлять мониторинг сигнала обнаружения усталости в режиме реального времени для определения, например, качества сигнала или для проведения вручную оценки об усталостном состоянии тестируемой конструкции.

В варианте осуществления запоминающее устройство может быть устройством флэш-памяти, например картой SD или USB флэш-памятью. Флэш-память является энергонезависимой памятью компьютера, которая может быть электрически стерта и перепрограммирована. Эта технология в основном используется в картах памяти и USB флэш-памяти для общего хранения и передачи данных между компьютерами и другими цифровыми продуктами. Устройства флэш-памяти применяют конкретный тип EEPROM (электрически стираемой программируемой памяти только для чтения), которая стирается и программируется большими блоками. Флэш-память является энергонезависимой, и для поддержания информации, сохраненной в устройстве, не требуется питание.

CPU в PDL в настоящем изобретении поддерживает следующие функциональные возможности:

Рабочие команды для CPU хранятся в запоминающем устройстве, таком как флэш-память. Флэш-память является предпочтительной, благодаря низкому потреблению питания по сравнению с накопителем на дисках и допускает почти мгновенный запуск и остановку CPU канала PDL.

CPU может предоставлять или не предоставлять возможность питания на регулятор напряжения. Также он определяет напряжение регулятора напряжения и считывает оцифрованные данные. Он шифрует оцифрованные данные и хранит их в локальном буфере. Когда буфер заполнен, он записывает весь буфер данных во флэш-память.

CPU может принимать команды с центрального компьютера в отношении параметров сбора данных (время запуска, продолжительность, частота дискретизации и т.д.). Эти параметры хранятся во флэш-памяти и загружаются каждый раз при включении. Это дает возможность заранее устанавливать параметры сбора данных до сбора данных или даже до установки PDL в местоположении проверки.

CPU может синхронизировать встроенные часы реального времени с местным центральным компьютером (Фиг.1, № 1) каждый раз, когда компьютер соединяется с PDL, обеспечивая работу обоих устройств в единой временной системе отсчета. Часы реального времени используют для идентификации того, когда следует начать сбор данных на основе установленных предварительно параметров.

CPU может также экономить питание батареи, предоставляя или не предоставляя возможность питания на модуль WiFi (если он присутствует) и плату регулятора напряжения, основываясь на параметрах конфигурации. В частности, это является полезным признаком, когда местоположения проверки могут быть удалены при отсутствии внешнего питания, и PDL может быть сконфигурирован для сбора данных в течение продолжительного периода времени в несколько дней, недель или месяцев. В такой ситуации экономия питания может быть очень важной.

CPU может получить команду направлять данные датчика в режиме реального времени с регулятора напряжения на центральный компьютер посредством сетевого соединения. Это является существенным признаком при установке датчиков для обеспечения их правильной установки. Если проблемы обнаружены рано, это позволяет установщику решить проблему до того, как он покинет местоположение.

CPU выступает в качестве посредника для большинства связей с местным компьютером. Тем не менее, в некоторых случаях более эффективным является вывод CPU из канала связи. Например, при загрузке файла с данными CPU дает команду модулю WiFi осуществлять связь непосредственно с запоминающим устройством. Это увеличивает как скорость, так и эффективность.

CPU выполняет набор команд на программно-аппаратных средствах. Поведение CPU может быть модифицировано загрузкой новых программно-аппаратных средств. Программно-аппаратные средства хранятся во флэш-памяти, и они останутся там, даже когда батарея будет полностью вынута из PDL. Некоторыми аспектами программно-аппаратных средств PDL могут быть:

Возможность беспроводного обновления - с появлением новых улучшений в программно-аппаратных средствах, программно-аппаратные средства могут быть беспроводным образом загружены в PDL, допуская простое обновление.

Программируемый сбор данных - PDL может быть запрограммирован для беспроводного сбора данных в течение часов или дней в будущем, ограничиваясь только сроком службы батареи.

Возможности питания - PDL имеет несколько возможностей сохранять питание. Регуляторы напряжения могут быть не доступны, когда они не используются, и микросхема для беспроводной связи может быть выключена либо в течение выбранного количества минут за час, либо до определенного момента времени в будущем. Эти признаки могут значительно продлить срок службы батареи.

Потоковая передача данных в режиме реального времени - данные с регулятора напряжения могут быть или сохранены на карте SD, или беспроводным образом направлены на PC. Это допускает осуществление мониторинга датчика в режиме реального времени и раннее обнаружение проблем с установкой датчика.

Возможность удаленного конфигурирования - PDL может быть сконфигурирован удаленно, включая регулировку частоты дискретизации, напряжения регулятора напряжения, имени PDL и т.д.

Удаленный мониторинг - напряжение батареи, статус программы, список файлов с данными и т.д. могут просматриваться удаленно на PC.

Удаленная загрузка данных - данные могут быть беспроводным образом загружены в PC в будущем. Пользователь просто запрашивает список сохраненных файлов и выбирает требуемые файлы для загрузки.

Дополнительно, программно-аппаратные средства допускают обновления, поэтому новые признаки могут быть добавлены простым обновлением программно-аппаратных средств.

Промышленная карта флэш-памяти, такая как карта SD, является предпочтительной. В некоторых вариантах осуществления PDL был исполнен со встроенным разъемом для перезаписываемого носителя флэш-памяти, такого как стандартная мультимедийная флэш-карта SD формата FAT или USB флэш-накопитель. Это позволяет сохранять внутри данные для последующего анализа. SD карта данных или USB флэш-накопитель являются съемными и допускают простую загрузку и выгрузку данных. Флэш-память может хранить командную информацию, например, о том, когда следует собирать данные (т.е. конкретные моменты времени дня), какое количество данных собирать, и другие критические параметры. Хотя часто необходима загрузка данных в компьютер посредством беспроводного канала связи, иногда может быть проще подождать сбора всех данных, затем в более поздний удобный момент времени вынуть карту из PDL и выгрузить данные непосредственно в компьютер с устройства флэш-памяти.