Регистратор деформаций ледяного покрова

Регистратор деформаций ледяного покрова предназначен для измерения степени сжатия или растяжения припайного льда, взаимодействующего с прибрежными инженерными сооружениями. Измерение деформаций выполняется с помощью мерной проволоки, натянутой между двумя вмороженными в лед опорными штангами и датчика линейных перемещений в форме измерительного колеса, связанного с многооборотным потенциометром и электронной измерительной схемой. Измерения и регистрация выполняются в автономном режиме с заданной периодичностью за продолжительный период времени.

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для исследования деформаций припайного льда, взаимодействующего с береговыми инженерными сооружениями.

Известно устройство для определения деформаций и углового положения подвижного объекта, которое может быть использовано для исследования ледяных образований. Устройство содержит трехкомпонентный магнитометр, трехкомпонентный акселерометр, инерциальное устройство, регистрирующий блок и вычислительное устройство (патент RU 2005112132) [1]. Недостатком данного устройства, предназначенного главным образом для регистрации углового положения объекта, является невозможность измерять с достаточным разрешением и точностью линейные перемещения и деформации.

Известна также информационно-измерительная система перемещений и деформаций объекта, которая может использоваться для исследований трехмерных объектов, подверженных тепловым и упругим возмущениям (патент RU 2292012) [2]. Система содержит четыре датчика линейных перемещений, подключенных к соответствующим измерительным преобразователям, и блок обработки информации, включающий в себя шесть блоков сложения, четыре блока вычитания, шестнадцать блоков умножения, пять блоков деления и блок памяти. Недостатком системы для исследования одномерных объектов является сложность технической реализации, высокая стоимость и как следствие - низкая технико-экономическая эффективность.

Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели по совокупности признаков является "Информационно-измерительная система перемещений и деформаций ледника" (патент RU 2362971) [3]. Система состоит из несущей конструкции в виде опорной трубчатой штанги и установленного на штанге герметичного контейнера. Внутри контейнера размещены датчик перемещений на основе навигационного приемника спутниковой системы GPS/ГЛОНАКС, а также датчик угловых перемещений и акселерометр. Система может измерять как большие перемещения ледника в сотни метров, так и мелкие скачкообразные перемещения, связанные с образованием трещин и разломов ледника.

Недостатком данной системы с точки зрения поставленной задачи является избыточная сложность и ограниченная разрешающая способность при измерении малых перемещений порядка единиц сантиметров.

Задачей предлагаемого технического решения является измерение и регистрация относительно малых одномерных деформаций ледяного покрова порядка одного метра с разрешающей способностью в доли миллиметра. При этом устройство должно быть достаточно простым и иметь низкую стоимость, чтобы отвечать требованиям технико-экономической эффективности.

Технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем две опорных штанги, вмороженных в лед на расстоянии нескольких метров, и установленным на первой штанге приборным контейнером с размещенными в нем датчиком линейных перемещений, аналого-цифровым преобразователем (АЦП), блоком памяти, интерфейсным блоком и батарейным источником питания, датчик линейных перемещений выполнен в виде мерной проволоки, натянутой горизонтально между опорными штангами и намотанной со стороны первой штанги на измерительное колесо в направляющую канавку, колесо связано с многооборотным потенциометром, выход которого подан на АЦП, а выход АЦП подключен к блоку памяти.

Регистратор характеризуется также тем, что к свободному концу мерной проволоки, сходящей с измерительного колеса, подвешен груз, создающий постоянное натяжение проволоки независимо от величины измеряемой деформации.

Устройство регистратора показана на фигурах 1 и 2. В состав устройства входят две опорные штанги 1, забуренные в лед на расстоянии нескольких метров одна от другой. Штанги устанавливаются в направлении ожидаемых деформаций льда. На первой штанге установлен приборный контейнер 2, в состав которого входят датчик линейных перемещений 3, аналого-цифровой (АЦП) 4, блок памяти 5 с интерфейсным блоком 6 и источник батарейного питания 7. Датчик линейных перемещений состоит из мерной проволоки 8, натянутой горизонтально между опорными штангами 1, измерительного колеса 9 и многооборотного потенциометра 10. Мерная проволока натянута с помощью груза 11.

Работа устройства происходит следующим образом. После включения питания батарейного источника 6 срабатывает таймер в аналого-цифровом преобразователе 4 и запускает в работу устройство с заданной периодичностью. Вследствие деформации ледяного покрова происходит изменение расстояния между опорными штангами 1. Мерная проволока 8, натянутая между штангами, сматывается или наматывается на измерительное колесо 9 в зависимости от направления деформации. Постоянный натяг мерной проволоки поддерживается грузом 11. Поворот мерного колеса передается на многооборотный потенциометр 10, который преобразует угол поворота в аналоговый выходной сигнал. Выходной сигнал потенциометра 10 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 4 и преобразуется в цифровую форму. Высокая разрешающая способность регистратора по линейному перемещению порядка 0,1 мм обеспечивается многооборотным потенциометром. Диапазон измеряемых деформаций около 1 м обеспечивается диаметром измерительного колеса и допустимым числом оборотов потенциометра. С выхода АЦП сигнал поступает в блок памяти 5 и запоминается в формате файла данных. На этом единичный цикл измерения деформации ледяного покрова заканчивается. Следующее измерение происходит по команде таймера через заданный промежуток времени. После завершения работы приборный контейнер подключается к компьютеру через интерфейсный блок 6 и осуществляется считывание данных из блока памяти.

Результаты натурных испытаний опытного образца регистратора подтвердили ожидаемые характеристики по диапазону измерений деформации льда и разрешающей способности.

Источники информации:

1. RU 2005112132, 2006.10.27 "Устройство для определения углового положения подвижного объекта"

2. RU 2292912, 2007.01.20 "Информационно-измерительная система перемещений и деформаций объекта"

3. RU 2362971. 2009.07.27 "Информационно-измерительная система перемещений и деформаций ледника"

1. Регистратор деформаций ледяного покрова, содержащий две опорные штанги, вмороженные в лед на расстоянии нескольких метров одна от другой, и установленный на первой штанге приборный контейнер с установленными в нем датчиком линейных перемещений, аналого-цифровым преобразователем (АЦП), блоком памяти и батарейным источником питания, отличающийся тем, что датчик линейных перемещений выполнен в виде тонкой проволоки, натянутой между опорными штангами и намотанной на мерное колесо в направляющую канавку, связанное с многооборотным потенциометром, выход которого подключен к АЦП, а выход АЦП соединен с блоком памяти.

2. Регистратор по п.1, отличающийся тем, что к свободному концу проволоки, сходящей с измерительного колеса, подвешен груз, создающий постоянное натяжение проволоки независимо от величины измеряемой деформации льда.