Прилад для діагностики дерев акустичним методом

Реферат: Прилад для діагностики дерев акустичними методами містить у своєму складі датчик, який складається зі стрижня та перетворювача звукових сигналів, крім того стрижень складається з двох частин: одна проходить в дерево, а друга перебуває у вертикальному положенні та в контакті з п'єзопластиною, що закріплена паралельно поверхні землі, таким чином забезпечується щільний контакт п'єзопластини та стрижня, крім того п'єзопластина додатково навантажена, що забезпечує більш ефективну реєстрацію сигналів. UA 73551 U (54) ПРИЛАД ДЛЯ ДІАГНОСТИКИ ДЕРЕВ АКУСТИЧНИМ МЕТОДОМ UA 73551 U UA 73551 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Прилад для діагностики дерев акустичними методами належить до галузі дослідження фізико-механічних властивостей шаруватих твердих матеріалів - дерев, а саме, до дослідження таких характеристик, як швидкість поширення, частота, тощо і може бути застосований також в галузі біофізичних досліджень. Відомо багато різних способів діагностики дерев неруйнівними методами, які ґрунтуються на різних принципах роботи, наприклад, метод рентгенівської діагностики з опромінюванням дерев рентгенівським випромінюванням [1]; метод діагностики деревини за допомогою ультразвуку, в якому вимірюються варіації поглинання енергії в середовищі [2]; метод заснований на аналізі розповсюдження тепла в дереві [3]; методи, які базуються на вивченні модулю статичної та динамічної пружності [4, 5] тощо. Найбільш придатними для неруйнівної діагностики дерев є методи засновані на вимірювані швидкості розповсюдження звуку в деревині. Відомий прилад вимірювання швидкості проходження звуку в дереві, який складається з двох датчиків при вимірюванні швидкості звуку вздовж дерева. Конструкція датчику виконана у формі цвяху де п'єзоелектричну пластину притискає стрижень датчика, який вмонтовано у єдиний корпус [6]. Недоліком такої конструкції датчику є знаходження п'єзопластини у нерухомому корпусі що коливатиметься разом з п'єзопластиною, що може давати спотворення сигналу, а також заниження ефективності перетворення акустичного сигналу у електричний. Найбільш близьким до запропонованого за сукупністю ознак і технічному результату є прилад для вимірювання швидкості розповсюдження звуку в дереві (прототип) [7]. Цей прилад містить від 2 до 24 датчиків, які розміщуються навколо дерева. Вимірюється швидкість поширення звуку усіма датчиками одночасно, що дозволяє зробити зображення внутрішньої будови дерева в даній площині. Датчик складається з двох частин: з цвяху, що проходить кору та дає доступ до внутрішньої частини дерева, та з тіла датчика, яке складається з п'єзоелектричної пластини, яка притискається до цвяха у вертикальній площині. Недоліком такого приладу є знаходження п'єзопластини в вертикальному положенні, оскільки вона є недостатньо жорстко закріплена, що зменшує ефективність перетворення акустичного сигналу у електричний, а також на корпус датчика передаватимуться ті ж самі коливання зі стриженя, що призведе до коливань самого корпусу датчика та, як наслідок, послаблення амплітуди деформації п'єзопластини, що також зменшує ефективність детектування. В основу корисної моделі поставлено задачу створити такий прилад діагностики дерев акустичним методом, який би мав кращі властивості передачі звукової інформації. На відміну від приладу-прототипу, запропонований прилад містить п'єзопластину, що закріплена паралельно землі, це дає більш рівномірне навантаження на пластину іншої частини датчика (стрижня). Це дозволяє суттєво збільшити реакцію пластини, що в свою чергу збільшує амплітуду коливань вихідного сигналу, знижуючи шум при його підсиленні для реєстрації. Конструкція приладу показана на фіг. Прилад містить стрижень 1 та корпус 2, який вироблений з непровідного матеріалу. Загострена частина стрижня 3 виконує функцію цвяху, тобто пробиває кору для проходження сигналу крізь деревину, 4 - частина стрижня 1, яка прикріплена безпосередньо до п'єзоперетворювача 5. В середині корпусу знаходяться: 5 пластина з п'єзокераміки, 6 - демпфер з важкого матеріалу, 7 - пристрій для реєстрації звукових коливань. Датчик може працювати одночасно як передатчик і як отримувач сигналу. За наявності вихідного сигналу, сигнал проходить через п'єзопластину 5 до стрижня 1 і в деревину, або вихідний сигнал генерується, наприклад, ударом молотка. Вхідний імпульс знімається тим самим перетворювачем і передається до засобу реєстрації звуку 7. Засіб реєстрації звуку може складатися з одно- або багато- каскадного підсилювача та аналого-цифрового перетворювача. Між засобом реєстрації звуку та п'єзоперетворювачем знаходиться демпфер з важкого матеріалу, наприклад, свинцю, для того щоб посилити механічний контакт між перетворювачем та стрижнем. Також наявність демпфера підсилює якість реєстрації сигналу на низьких частотах. Між перетворювачем 5 та загостреною частиною стрижня 4 знаходиться рідина для підвищення акустичного контакту. Джерела інформації: 1. Пат. 4941357 США, МКИ G01М324. Method for estimating the strength of wood / Gary S. Schajer(CШA); Weyerhaeuser Company. - № 288534; Заявл. 23.12.88; Опубл. 17.07.90; НКИ 73/600. - 6 с. 1 UA 73551 U 5 10 15 20 25 2. Brashaw, Brian K. Nondestructive testing and evaluation of wood: a worldwide research update./ Brashaw Brian K., Bucur Voichita, Divos Ferenc et al. // Forest Products Journal. - 2009. - V. 59. - I. 3. - P. 7-14. 3. Meinlschmidt P. et al. Zerstorungsfreie Fehlererkennung mittels Thermografie. / Holzfehlererkennung, V. 780. - N. 52. 4. Пат. 7603904 США, МКИ G01N33/46, G01N29/07, G01N3/30. Method and apparatus for assessing or predicting the characteristics of wood / Paul David Harris, Alex James Stevenson, Paul Gamble et аі.(США); Waratah NZ Limited. - № 11/352466; Заявл. 10.02.06; Опубл. 20.12.09; НКИ 73/597, 73/602, 702/56. - 18 с. 5. Пат. 7043990 США, МКИ G01N33/46, G01N3/30. System for and method of performing evaluation techniques on a log or round timber/ Xiping Wang et al.(CUJA); Board of Control of Michigan Technological University. - № 10/470145; Заявл. 30.01.02; Опубл. 16.05.06; НКИ 73/597, 702/56. - 30 с. 6. Пат. 6871545 США, МКИ G01H005/00, G01N029/18, G01N033/46. System and method for measuring stiffness in standing trees/ Chin-Linn Huang(CШA); Weyerhaeuser Company. - № 10/600933; Заявл. 20.06.03; Опубл. 16.05.06; НКИ 73/573; 73/12.09; 73/597. - 11 с. 7. Пат. 6813948 США, МКИ G01N29/04. Device for investigating materials/ Frank Rinn (Нім.). № 10/019855; Заявл. 09.11.01; Опубл. 09.11.04; НКИ 73/584; 73/600; 73/602. - 11 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Прилад для діагностики дерев акустичними методами, що містить у своєму складі датчик, який складається зі стрижня та перетворювача звукових сигналів, який відрізняється тим, що стрижень складається з двох частин: одна проходить в дерево, а друга перебуває у вертикальному положенні та в контакті з п'єзопластиною, що закріплена паралельно поверхні землі, таким чином забезпечується щільний контакт п'єзопластини та стрижня, крім того п'єзопластина додатково навантажена, що забезпечує більш ефективну реєстрацію сигналів. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2