Timer FAKOPP do pomiaru czasu z dokładnością do mikrosekundy INSTRUKCJA UŻYTKOWNIKA FAKOPP Enterprise

Transkrypt

1 Timer FAKOPP do pomiaru czasu z dokładnością do mikrosekundy INSTRUKCJA UŻYTKOWNIKA FAKOPP Enterprise Wyprodukowany przez: Fakopp Enterprise H-9423 Agfalav, Fenyo u. 26. Węgry tel./faks:

2 Wstęp Urządzenia FAKOPP projektowane są do wykonywania oceny drzew żywych. Nasze urządzenia pozwalają na wykrywanie pustek, stref obumarłych i pęknięć wewnątrz drzew metodami nieniszczącymi. Timer FAKOPP służy do pomiaru czasu rozchodzenia się fali naprężenia pomiędzy dwoma przetwornikami. Zastosowanie urządzeń FAKOPP ma znaczenie w ocenach stanu zdrowia starych drzew. Dzięki temu służby leśne mogą optymalnie planować wycinki drzew. Kolejnym ważnym obszarem zastosowania urządzenia jest określanie resztkowej wytrzymałości starego drewna i ocena stanu kłód. Nazwa FAKOPP pochodzi od połączenia dwóch słów w języku węgierskim: 'fa' i 'kopp 1. Oznaczają one odpowiednio "drzewo" i "dźwięk". Podstawowe informacje o badaniu metodą ostukiwania Badanie metodą ostukiwania jest techniką wykorzystywaną od starożytności. Dzięcioły ostukują w ten sam sposób drzewa, aby znajdować insekty pod korą. Lekarze badają stan organizmu również ostukując ciało ludzkie. Ostukiwanie pozwala również na badanie żywych drzew. Materiał w zdrowym drzewie jest dobrym przewodnikiem fal dźwiękowych, natomiast martwe drzewo wchłania fale dźwiękowe. Prędkość dźwięku w nienaruszonym materiale drzewnym jest znacznie wyższa niż w strefach pustek i strefach martwych. Dlatego front fali naprężenia (impuls dźwiękowy) omija defekty w drzewie. Dwa przetworniki definiują linię przebiegającą przez drzewo, a fala naprężenia - wywołana przez ostukiwanie jednego z czujników - przechodzi prostą linią do przeciwległego czujnika (patrz Ilustracja 1.). Przetwornik, który jest ostukiwany będziemy nazywać przetwornikiem początkowym (nadajnikiem), a przetwornik odbierający falę - przetwornikiem końcowym (odbiornikiem), w odróżnieniu do przetwornika początkowego. Jeżeli linia wyznaczona przez dwa przetworniki przebiega przez strefę wady, fala naprężenia ją omija (patrz Ilustracja 2.). MARTWY KORZEŃ Ilustracja 1. Rozchodzenie się fali dźwiękowej w zdrowym drzewie. Ilustracja 2. Rozchodzenie się fali dźwiękowej w przegniłym drzewie. Technika pozwala na badanie tylko w linii definiowanej przez przetworniki. Jeżeli wada zlokalizowana jest poza środkiem pnia drzewa, istnieje ryzyko, że wada nie będzie wykryta. Aby uniknąć takiego ryzyka, badanie powinno być wykonywane w dwóch kierunkach prostopadłych do siebie. Prędkość rozchodzenia się fal naprężenia w zdrowym drzewie prostopadle do kierunku włókien wynosi m/s, w zależności od gatunku (patrz Tabela 1).

3 Gatunek drzewa Prędkość radialna [m/s] Brzoza 1140 Świerk 1310 Jodła pospolita 1360 Jodła japońska 1450 Sosna zwyczajna 1470 Jodła czarna 1480 Modrzew 1490 Dąb 1620 Buk 1670 Lipa 1690 Klon 1690 Tabela 1. Prędkość fali naprężenia w kierunku radialnym dla drzewa zdrowego. Prędkość w kierunku radialnym i stycznym jest zbliżona. Odchylenie względne nie przekracza tu 10%. Istotny jest wpływ wilgotności poniżej punktu nasycenia włókna (30-40% MC). Powyżej punktu nasycenia włókien, prędkość nie ma większego znaczenia, ponieważ włókna są odpowiedzialne za rozchodzenie się fali. W przypadku wilgotności drzew żywych, jest ona zawsze wyższa niż punkt nasycenia włókien. Innym parametrem wpływającym na prędkość fali jest temperatura. Na szczęście jej wpływ nie ma dużego znaczenia, ponieważ przy wzroście temperatury o 1 C prędkość obniża się o ok. 3 m/s, przy zakresie temperatur 0-40 C. Prędkość radialna jest parametrem wrażliwym na wady wewnętrzne. Jeżeli zmierzona prędkość jest niższa niż prędkość w drzewie zdrowym, wewnątrz pnia występuje wada. Odchylenie pomiędzy dwoma pomiarami prędkości zależy od wielkości wady. Pomiar prędkości fali naprężenia: Jak zmierzyć prędkość dźwięku w kierunku radialnym drzewa? Zgodnie ze wzorem V=s/t, należy zmierzyć odległość i czas rozchodzenia się fali. Odległość można zmierzyć przymiarem do obmiaru drzewa. Aby dokładnie określić prędkość, czas powinien być zmierzony z dokładnością do mikrosekundy. Firma FAKOPP stworzyła urządzenie do precyzyjnego pomiaru czasu rozchodzenia się fali dźwiękowej. Po zakończeniu badania pnia oznakować miejsce badania. Badanie wykonywać w płaszczyźnie prostopadłej do włókien. Szczególną uwagę zwrócić na pęknięcia wzdłużne i pęknięcia mrozowe, ponieważ głębokie szczeliny w pęknięciach będą wykrywane przez urządzenie jako wady. Pnie z długimi pęknięciami mrozowymi powinny być badane przy pęknięciu, w taki sposób, aby linia wyznaczona przez czujniki nie przecinała się z pęknięciem. Wprowadzić szpilki przetworników w drzewo, używając przesuwnego wybijaka. Igła powinna przejść przez korę do pnia. Kora drzewa zakłóca badanie, dlatego igła przetwornika pomaga w ominięciu kory przez falę dźwiękową. Drugą z funkcji szpilek jest mocowanie przetworników. Wymaganiem dokładnych pomiarów jest stabilne mocowanie przetworników. Do wbijania przetworników można używać młoteczka, jednak należy zachować ostrożność, aby nie uderzyć w złącze, a kora nie uszkodziła przewodu przetwornika. Nie zamieniać pozycji przetwornika początkowego i końcowego! Uruchomić urządzenie. Po włączeniu nacisnąć przycisk "Reset" i uderzyć w czujnik początkowy. Timer FAKOPP wskaże czas rozchodzenia się fali w mikrosekundach. Po zapisaniu wyniku ponownie nacisnąć przycisk RESET i uderzyć w czujnik. Zapisać wynik. Zaleca się obliczenie średniej z 3 uderzeń. Zalecana waga młoteczka wynosi g. Możliwe jest aktywowanie funkcji resetowania automatycznego. W tym celu przytrzymać wciśnięty przycisk RESET podczas uruchamiania przyrządu.

4 Jeżeli średnica badanego drzewa jest duża, uderzać mocniej. Pomiar czasu rozchodzenia się fali nie jest w znaczącym zakresie zależny od siły uderzenia w czujnik. Do obliczenia prędkości dźwięku można podzielić odległość zmierzoną przymiarem przez czas rozchodzenia się fali zmierzony timerem FAKOPP. Do obliczeń użyć kalkulatora kieszonkowego. Etapy badania: Określenie odległości pomiędzy przetwornikami przymiaru Pomiar czasu rozchodzenia się fali Przymocowanie przetworników Po uruchomieniu maszyny - resetowanie + ostukanie czujnika początkowego Określanie prędkości dźwięku - Ocena Ocena: Pierwszym krokiem oceny jest określenie prędkości referencyjnej. Prędkość referencyjną można uzyskać na podstawie pomiarów zdrowej części badanego drzewa. Jeżeli brak takiej możliwości, można użyć danych przedstawionych w Tabeli 1. Możliwe jest określenie efektywnej wielkości wady. Potrzebne są wartości prędkości dźwięku zmierzonej (V mes) i referencyjnej (V ref). Przy zastosowaniu poniższego wzoru, można otrzymać procentowy, względny spadek prędkości dźwięku. Względny spadek prędkości dźwięku = (V ref - V mes) / V ref * 100 Powyższe wartości przedstawiono w Tabeli 2 w drugiej kolumnie. Możliwe jest użycie wartości z tabeli. Czasami w przypadku silnie schorowanych drzew względny spadek zmierzonej prędkości dźwięku może przekraczać nawet 60%. Przyczyną może być wbicie przetwornika do martwej strefy drzewa. Badanie jest wykonywane wzdłuż linii wyznaczonej przez czujniki. Jeżeli strefy martwe lub pustki nie występują w środku pnia, czasami badanie może ich nie wykryć. Aby uniknąć takiego ryzyka, zaleca się wykonywanie badania w trzech kierunkach prostopadłych do siebie. Strefa martwa w % Spadek prędkości względnej w % >50 >50 Tabela 2. Spadek prędkości względnej jako funkcja współczynnika obszaru martwego.

5 Określanie prędkości fali naprężeniowej w kierunku włókien: Przyrząd FAKOPP wykorzystywany jest do pomiaru prędkości fali naprężeniowej w kierunku włókien w drzewach lub w drewnie. Wbić szpilki przetworników w drzewo, zgodnie z ilustracją 3. odległość Ilustracja 3. Przygotowanie do pomiaru prędkości w kierunku włókien. Kąt (α) pomiędzy igłą przetwornika i włóknami ma niewielki wpływ na czas rozchodzenia się fali, patrz ilustracja 4. Zalecamy stosowanie kąta 45 stopni, ale mniej niż 60. Powyżej 60 stopni pomiar będzie niewiarygodny. Odczyt (us) Kąt pomiędzy trzpieniem i włóknem Ilustracja 4. Czas rozchodzenia się fali jako funkcja kąta pomiędzy szpilką przetwornika i włóknami. Podczas badania drzewa, szpilka przetwornika musi przechodzić przez korę. Szpilka nakierowuje falę i mocuje przetwornik. Jeżeli przetwornik nie będzie prawidłowo przymocowany, zachodzi wysokie rozproszenia pomiarów czasu. Zmierzyć czas rozchodzenia się fali zgodnie z rozdziałem "Pomiar prędkości fali naprężeniowej" oraz odległość (patrz ilustracja 3) pomiędzy przetwornikami. Wybrać odległość 2 m. Prędkość wyliczana jest ze wzoru: V = odległość / (czas rozchodzenia się fali - korekcja) Powodem korekcji jest ruch fali naprężeniowej w przetwornikach i zwłoka obwodów elektronicznych. Dokładną wartość korekcji przedstawiono na ostatniej stronie instrukcji. Zwykle stosuje się wartość 7.

6 Zalecenia dotyczące używania portu RS232 Urządzenie FAKOPP wyposażono w zintegrowany port RS232. Port oferuje prostą metodę zapisu danych. W terenie można używać papieru i ołówka, jednak użytkownik nie ma wtedy wolnych rąk, a przetworniki i młotek trzeba obsługiwać ręcznie. Częste przerywanie pracy spowalnia proces badania. Oprogramowanie do komunikacji znajduje się na dysku pod nazwą pliku Fak-PC.exe. Opis Ten prosty program obsługuje komunikację pomiędzy przyrządem FAKOPP i komputerem PC. Po uruchomieniu programu wybrać port szeregowy do komunikacji z systemem FAKOPP. Po wyborze odpowiedniego portu i uderzeniu akcelerometru, zmierzony czas wyświetlany jest w oknie odczytu. Przy wyborze trybu automatycznego zapisu, dane będą automatycznie zapisywane w pliku TempData.txt. Przy wyborze ręcznego zapisu należy każdorazowo nacisnąć przycisk Accept (Akceptuj). Naciśnięcie przycisku A na klawiaturze wywołuje ten sam skutek, co kliknięcie przycisku akceptacji. Kliknięcie przycisku "Next tree" (Następne drzewo) dodaje kolejny wiersz do pliku. Naciśnięcie przycisku N na klawiaturze wywołuje ten sam skutek. Po kliknięciu Save (Zapisz), program otwiera okno do podania nazwy pliku, do którego zostaną skopiowane dane z pliku TempData.txt. Jest to wymagane, ponieważ plik TempData.txt będzie zawsze nadpisywany po nowym uruchomieniu programu. Zapisywanie danych tymczasowych w pliku TempData jest pomocne, jeżeli program zostanie zamknięty bez kliknięcia polecenia Zapisz. W takim przypadku dane ostatniej sesji można znaleźć w pliku TempData.txt, pod warunkiem, że program nie zostanie ponownie uruchomiony. Po kliknięciu przycisku Help otwierany jest plik pomocy. Instalacja Program nie wymaga instalacji, wystarczy skopiować go do docelowego folderu. Wykaz plików Fak-PC.exe - plik programu Fak-PC.c - kod źródłowy programu C Help.txt - plik pomocy Wymagania System operacyjny Windows 9x, ME, 2000, XP Port szeregowy 50 kb wolnego miejsca na dysku Warunki licencji Program oferowany jest jako Freeware, więc może być on rozpowszechniany nieodpłatnie, a plik źródłowy może być dowolnie modyfikowany, jednak w takim przypadku prosimy również o przesłanie zmodyfikowanej wersji do nas. Program stworzono oryginalnie w środowisku programowania Lcc-Win32.

7 Ilustracja 5. Ekran komunikacji FAKOPP -> komputer PC. Konserwacja: Bateria wytrzymuje dłużej, jeżeli po użyciu urządzenia jest odłączana. Konieczność wymiany baterii sygnalizowana jest komunikatem "LO BAT" (niski stan baterii). - Wyjąć baterię z komory otwierając jej pokrywę nożem lub małą monetą. - Wymienić na nową baterię 9V. Prace w terenie powodują zanieczyszczenia urządzenia. Do czyszczenia używać szmatki bawełnianej nasączonej wodą z mydłem. Przyrząd FAKOPP i jego akcesoria: Gwarancja: - Przyrząd FAKOPP - Czujnik początkowy i czujnik końcowy - Młoteczek - Pręt aluminiowy (44 cm, opcja) - Instrukcja użytkownika - Torba do transportu - Kabel RS232 i dysk z oprogramowaniem. Przyrząd FAKOPP i jego dwa czujniki objęte są gwarancją na okres jednego roku. Gwarancja rozpoczyna się z datą wystawienia potwierdzenia zakupu i obowiązuje przez kolejny rok. Naprawy można zlecać producentowi. Gwarancja nie obejmuje świadomego uszkodzenia urządzenia.

8 Dane techniczne: Wymiary urządzenia (bez czujników): 29 x 80 x 156 mm Waga: 220 g Sterowanie: przycisk reset i wyłącznik on/off Napięcie akumulatora: bateria 9V Zużycie mocy przed naciśnięciem i po na ciśnięciu przycisku reset: 14/50 mw Obudowa przyrządu: tworzywo, brak wodoodporności Sygnalizacja niskiego stanu baterii: komunikat "LO BAT" Wyświetlacz: LCD 4-cyfrowy Standardowe odchylenie czasu: ± 1 μs Czujniki (identyczne): Wysoko-czuły czujnik wibracji: SD-02 Stała prędkość transmisji przez RS232: 300 bps Typ złącza: DIL 9, męskie Zakres temperatury użytkowania i przechowywania: C Specyfikacja techniczna czujnika drgań SD-02 Waga czujnik: łącznie: 22 g 62 g Wymiary długość: szerokość w kierunku kabla: 92 mm 40 mm (+50mm luzu dla kabla) normalna szerokość do kabla: 20 mm Czułość (160 Hz) tryb siły ("force sensor"), element czujnika: 1,35 pc/m/s 2 typowa tryb ładunku ("charge sensor"), łącznie: 23 pc/n ( 1 ) Częstotliwość rezonansowa czujnik: 23 khz, typowa całkowita: (nie określa się) ( 2 ) Pojemność bez kabla: 260 pf ±5% tylko kabel: 100 pf/m ±5% Bieguny: dodatni na szpilce do uderzania Maks. odporność na wstrząsy ( 3 ) w kierunku pracy: m/s 2 w kierunku poprzecznym: 3000 m/s 2 Zakres temperatury: C 1 Siła działa na końcówkę szpilki w kierunku roboczym. 2 3 Silna zależność od mechanicznego połączenia szpilki z drewnem. Czujnik ma wytrzymywać uderzenia przy wbijaniu młotkiem stalowym.

9 Czujnik wibracji SD-02 osłona (stal hartowana) widok z boku część czujnika (aluminium) rurka ochronna z miękkiego, przezroczystego PVC kabel koncentryczny szpilka (stal hartowana) kierunek roboczy widok z góry Uwaga: elementy stalowe z wykończeniem czarnym

10 Pręt kalibracyjny Zapewniono aluminiowy pręt do kalibracji. Wymiary pręta: długość: 440 mm, średnica: 20mm. Na obu końcach znajduje się drewniana końcówka (średnica: 13 mm, długość 28 mm) do połączenia szpilek przetworników z aluminiowym prętem. Standardowy czas rozchodzenia się fali wynosi 89+/-2 μs, przy szpilkach wprowadzonych na głębokość 12 mm do drewnianej końcówki. Prędkość fali naprężenia w pręcie aluminiowym wynosi 5290+/- 20 m/s przy temperaturze pokojowej. Do wykonania testu zaleca się użycie małego młotka (100 g). Po intensywnym użytkowaniu pręta kalibracyjnego, wymagana jest wymiana drewnianej końcówki. Gwarancja nie obejmuje uszkodzeń drewnianej końcówki. Personel techniczny może ją łatwo wymienić. Aluminiowy pręt testowy może również służyć użytkownikowi do sprawdzenia działania timera FAKOPP. Rozwiązywanie usterek Problem Przyczyny Czynności Brak działania ekranu Niski stan baterii Wymienić baterię Wyłącznik w niewłaściwym położeniu Wyłączyć i ponownie włączyć urządzenie Problem z komorą baterii Wyjąć i ponownie włożyć Wysokie rozproszenie wyników pomiarów czasu Zamiana przetwornika początkowego i końcowego Nieprawidłowe przymocowanie przetwornika końcowego (odbiornika). Nieprawidłowe używanie młoteczka. Zbyt delikatne uderzenie. Zastosowano komputer inny niż Błąd komunikacji z komputerem IBM. Niewłaściwe podłączenie. Niewłaściwy numer portu. Niski stan baterii. baterię Podłączyć przetwornik początkowy (nadajnik) do złącza przetwornika początkowego. Poprawić mocowanie. Pozwolić na odbicie się młoteczka po uderzeniu. Uderzać zgodnie z kierunkiem szpilki. Uderzyć mocniej. Użyć kompatybilnego komputera IBM. Sprawdzić złącza. Wybrać właściwy numer portu. Wymienić baterię.

11 Szybka instrukcja FAKOPP 1. Podłączyć przetworniki do obudowy timera. 2. Włączyć timer. Przed każdym uderzeniem nacisnąć przycisk zerowania "Reset". Aby użyć funkcji zerowania automatycznego, podczas włączania timera przytrzymać wciśnięty przycisk "Reset". W tym przypadku, po każdym uderzeniu czujnika wyświetlany jest wynik odczytu, bez konieczności naciskania przycisku zerowania. 3. Przetworniki są identyczne. Wybrać przetwornik podłączony do złącza "Start". Kolorowy znacznik ułatwia zidentyfikowanie przetwornika początkowego. Uderzyć czujnik początkowy młoteczkiem. Uderzać zawsze prostopadle do osi szpilki. Pozwolić na odbicie się młotka. Zabrania się używania młotków o masie powyżej 200 g. 4. Po zakończeniu wyłączyć urządzenie. Możliwa konfiguracja.