Всем здравствуйте.
Появилась задача, в которой необходимо контролировать целостность стального тросика (d=6mm) при длине в 120метров. Поискав сети, наткнулся на метод, в котором магнитострикционный датчик возбуждает в тросе акустические волны с частотой до 10кгц и далее анализирует эхо от поврежденных участков. Может ли кто то подсказать методику расчета подобных датчиков и\или иные методы возбуждения акустических волн в тросе. Заранее благодарен, ибо зашел в тупик.

В смысле, проверять, не порвался ли тросик ?

проверять повреждения тросика

В Москве есть фирма (я работал там 12 лет назад), занимающаяся производством приборов для дефектоскопии стальных канатов. Если вас интересует именно контроль, а не само создание прибора, то возможно стоит купить готовый.

Создание прибора. Но в нашем случае требуется закреплять датчик на конце троса и контролировать параметры без перемещения. Принцип действия я описывал выше. Может кто то может оказать помощь, в данной тематике.
Т.е. в данный момент хотелось бы услышать рекомендации, по возбуждение акустических волн на одной стороне и прием их.
Фактически нам надо посчитать и разработать конструкцию магнитострикционного преобразователя.

Акустика с двух концов вроде просто, бери и делай. Две катушки , операционник, и - вперед, ловим резонанс в автогенераторной схеме.
А сделать это как-нибудь без лазерного гироскопа и стоячих волн не приходила мысль?
Что, сложно из железа двойки согнуть скобу с контактным датчиком? Оборвался - замкнулось (или разомкнулось).
Или нужно обнаружить ржавчину в 50 микрон на тросе в процессе его эксплуатации? Предупредительная диагностика?

надо обнаружить повреждение, обрыв, изменение длинны. Это все практически в реалтайме.

Магнитострикционный эффект обратимый, излучатель - он же и микрофон. Таким образом, задача сводится к поиску подходящего датчика-излучателя и разработки крепления его к тросу, а остальная электроника вполне себе подъёмна даже "среднему" инженеру. Принцип функционирования устройства не отличается от других устройств эхолокации. Это общие соображения. Личного практического опыта по этой теме не имею.

дисциплина называется дефектоскопия или неразрушающий контроль, читать здесь http://defectoscopia.narod.ru/library.html там еще и журнал есть, можно многое подчерпнуть.

Ранее никогда не имел с подобными вещами дел. Однако уже разобрался с конструкциями магнитострикторов....самому, даже при наличии оборудования сделать практически не реально. Существующие не подходят, поскольку довольно громоздкие и рассчитаны на большие мощностя, а у меня толщина троса 6мм, энергетика совсем не большая нужна. Смотрю сейчас в сторону пьезоэлементов на частоты до 100-200кгц. По идее можно добиться такого же эффекта.

Просчитайте среду распространения, ибо, сотни кГц может оказаться много. Но и мало-тоже надо считать, потери там, резонансы проволочек в тросе и всё такое.... После этого хоть ясность в диапазоне появится.

Пьезокерамика. Пример - всем известные зажигалки. Вопрос - как подсоединить пьезоэлемент к тросу, т.е., как ввести в трос энергию. А если попробовать пропустить трос через ванночку с машинным маслом, в который погружен излучатель ?
Еще вариант - возбудить трос, например, резким щелчком. По тросу побежит волна, отражаясь от неоднородностей. Вот эти отражения нам и нужны ...

сделать переходник из материала с низким поглощением, который будет обжимать трос, а к ответной части присоединять пьезоэлемент. Таким образом передадим почти всю энергию в трос...ну это в теории. С другой стороны, граница двух материал с разной плотностью будет разделением среды и волна отразится от нее. Тоже кстати вопрос...

Так а где этот трос находится он растянут, или смотан в катушку? Он цельнометаллический или состоит из волокон?

Трос состоит из стальной проволоки (а как это цельнометаллический?) Натянут, но без напряжения, немного провисает.

Пьезоэлемент приклеить конторским клеем довольно трудно. Наденьте на него электромагнит миниатюрный (два, приемник- возбудитель)и пусть все это легонько вибрирует на резонансной частоте.
Частоту умеем измерять достаточно точно. Любое ее изменение будет говорить об изменении массы, усилия натяжения.
Когда-то игрался такой системой из двух незамысловатых катушечек и ОУ. Как только вблизи катушек оказывался пинцет, он начинал вибрировать на частоте своего резонанса. Причем, расстояние было достаточно большим. Отвертка, конечно, не резонировала, но трос будет. Достаточно стукнуть по любой мачтовой растяжке и , если глянуть вдоль нее, хорошо видно волну, бегущую туда-обратно.
Возможно, такое колебание легко будет возбудить. Не на звуковой частоте , передаваемой по тросу, там затухание будет огромным и нужно подключаться к торцам троса, а на механическом резонансе троса наподобие струны.
Короче, городите электрогитару-бас на 100м длины, сыграете хоть что-то простенькое
Дефекты же вроде надсечек, изломов, трещин - вряд ли так можно обнаружить. Вообще-то в кабелях связи методами сходными с радиолокацией обнаруживают все с точностью до 10м на длине километров в 30. Иначе, солдатикам пришлось бы для поиска обрыва и ремонта все 30 км раскапывать. Видны все спайки, участки где кабель промок и т.д. Заводят паспорт кабеля, где отмечают все спайки кусков и места ремонтов. Иначе, новые повреждения и не отличить.
Но вряд ли на 100м картинка такая получится. Нужны очень короткие зондирующие импульсы.
Возможно, эти импульсы можно дать механические, опять-таки электромагнитом. Тогда картинка отражений от любых неоднородностей будет в звуковом диапазоне. Важно только иметь хорошего толкователя невзрачных загогулинок на экране, где отображается эхо. Это - опыт.

Есть еще один метод - предупреждение повреждений ( обрыв легко идентифицировать ).

to Егоров
вот у нас сейчас и стоит проблема возбуждения механических колебаний. С катушками пробовали, но как то не пошло. Может что то не так делали. Поэтому и хотим с пьезоэлементом проверить идею.

Я слышал о ИК дефектоскопии силовых высотных конструкций, с помощью тепловизора
Фотографируют смотрят где темнее где светлее
Акустикой на мой взгляд труднее

Элементарно.Одевается на трос хомут с плоской площадкой, поверхность которой должна быть параллельна тросу, к этой плоской площадке прижимается пьезоэлемент, обязательно через смазку. Можно его даже приклеить на эпоксидку.

А разберитесь почему не пошло. Должно получиться.
Когда очень хочется, то получится. Как-то увидел оригинальное устройство.
В вагонах для насыпных грузов вечная проблема зимой - очистка от примерзшего к стенкам. Ходят мужики с кувалдами и лопатами и скребут. Малопроизводительная, тяжелая , грязная работа.
Вот умельцы и сделали электромолоток. Батарея конденсаторов заряжается и через мощный тиристор - на катушку. Возникает бросок магнитного поля, стенка вагона, притягиваясь к этому электромагниту, вся разом вздрагивает и все налипшее отваливается. И вмятин на стенках нет, и все равномерно очищено. Правда бабахает громко, но зато раз, а не долгий стук кувалд.
Так это же вагон на 60 тонн встряхнуть ощутимо нужно , а у Вас чуть-чуть тросик щелкнуть.

я не Егоров, но хочу заметить, что в струне колебания бывают продольные и поперечные. Мне думается, что для локации неоднородностей струны(троса) хорошо бы понимать, какие из них для сего процесса нужны. Удачи.

Доброе утро.
Нам требуются поперечные волны, которые будут распространяться вдоль троса.

отражения от неоднородностей троса продольных волн более просто поняты могут быть, а от поперечных, как-то не очень. это навскидку. в реальной среде будут и те и другие, конечно.

все равно остается открытый вопрос, какой частоты нужны волны и метод их возбуждения, дабы они бегали по тросу.

Да они, волны, сами себе длину выберут. Нужен только короткий, резкий зондирующий импульс. Далее - слушать эхо от неоднородностей в тросе.
Метод возбуждения ? Ну, электромагнит, наверное, и приемник тоже. Проволока, колеблющаяся в зазоре магнитопровода.

Нам приходилось разрабатывать предусилители малошумящие для фирмы, занимающейся ультразвуковой дефектоскопией. Возможно, у них есть конкретные наработки, могу спросить завтра.
Прочитав высказанные выше советы, хотел бы добавить, что понадибится еще обработка сигнала типа корелляционной, или анализ изменения отраженного сигнала, это тоже чего-то потребует.

В такой неоднородной среде, как витой трос, неизбежна проекция поперечных волн в продольные, с той или иной эффективностью.

Так, что.. поддерживаю Егорова по рассмотрению троса, как струны электрогитары, как с точки зрения возбуждения, так и приема колебаний.

Если пойдет разрушение троса - это будет сначала означать разрыв отдельных нитей, и именно это желательно находить.
Макроподход - рассматривать трос как струну - тоже имеет смысл, но без микроподхода (типа излучения и приема ВЧ-колебаний) вряд ли можно обойтись.

Ни разу не сказал, о возбуждении колебаний на собственной частоте.
Делайте эксперименты в широкой полосе частот и смотрите отклик.

насколько я понимаю, то электромагнит потом же и выступит приемником эхо сигнала, верно?



а можно у вас такой приобрести, ради экономии времени?

и еще насчет возбуждения, как я понял, в электромагнит мы посылаем импульс, без какого либо заполнения, т.е. делаем эдакий "щелчёк" по тросу и далее слушаем отклик в широкой полосе частот?

Ну, если рассматривать трос как струну, как Вы говорите - то подразумевается, что, какие бы высокие моды мы ни брали, все равно речь идет о длинах волн существенно больших, чем толщина троса, и скорее о поперечных колебаниях. А тут уже надо бы рассматривать кабель не как единое целое.
Да, конечно, широкополосное возбуждение и отклик кажутся вполне приемлемыми.


Позвоню, узнаю. Но, однако, эти вещи все были под пьезодатчики - если вести речь о магнитострикции, там у датчика (катушки) совсем другие параметры. Но пьезодатчик использовать тоже не кажется невозможным. А Вы в каком городе?

Конечно!
Тот прибор, который я упоминал для поиска дефектов кабеля (назывался он ИКЛ - измеритель кабельных линий) так и работал. Короткий импульс достаточной мощности и по его концу запускается развертка осциллографа. Видны по эху отражения от всех спаек (толстенный кабель пар на 30-50 а то и "сто четверок" клали его бухтами по 300-500м) , неоднородностей связанных с изменением диэлектрической проницаемости пары (намок кабель, гидроизоляция повреждена).
Другое дело, что только опытный специалист по форме эха мог приблизительно сказать что именно там случилось, но расстояние до повреждения определялось достаточно точно.
Похожим способом зондировали ионосферу. Когда связи почему-то не было сразу по многим сетям, искали "дырку" в эфире.
В пяти километрах от меня стоял 5кВт коротковолновый передатчик. Оператор по моей просьбе настраивал его, скажем, на 6 Мгц и подключал телеграфный аппарат, выдающий "точки" 50Гц. Я на приемнике подключал обычный осциллограф и смотрел картинку. Прямо от передатчика, по поверхности Земли приходила жирная метка от зондирующей "точки", дальше, т.е. позже, приходили метки от ионосферных слоев, много меньшей амплитуды, но хорошо различимые. Зарисовывалась качественная картинка (вроде хорошо, вроде неважно). Потом передатчик перестраивали на 6.5 МГц и опять снимали картинку. Так через полчаса добирались до 18-25 МГц и находили участок, где отражения (одно или 2-3 даже) было больше всего. Вот на этот участок и перегоняли связь.
Где-то так можно и трос, наверное, прозондировать, просто щелкая по нему и слушая эхо. От конца жестко закрепленного троса придет достаточно мощный отраженный импульс. А все, что интересно по неоднородностям, - на половине этого временного отрезка.

подскажите пожалуйста, а "щелчёк" по тросу и будет тем самым широкополосным возбуждением или нет?



я видимо даже из другой страны)) Украина, но в общем то проблемы не вижу, почту никто не отменял.

Я Вам в личку написал.