Устройство мониторинга трещин строительных конструкций

Устройство мониторинга трещин строительных конструкций относится к измерительной технике и может использоваться при обследовании и мониторинге состояния конструкции зданий и иных строительных сооружений в процессе их эксплуатации. Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в возможности регистрации в автономном режиме линейных и угловых размеров трещин и швов с фиксацией в памяти как высокоскоростных процессов - скоростей и ускорений вибраций, так и медленных трендов на длительных временных интервалах.

Устройство мониторинга трещин строительных конструкций, содержащее датчик линейных перемещений и датчик температуры, соединенные с первым и вторым входом аналого-цифрового преобразователя, блок памяти и соединенный с его выходом блок интерфейса, а также генератор такта измерений, выход которого подключен ко входам синхронизации датчика линейных перемещений, датчика температуры и аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что в него дополнительно введены блок сжатия и компоновки и таймер; первый вход блока сжатия и компоновки соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а его выход - со входом блока памяти; выход таймера соединен с генератором такта измерений и вторым входом блока сжатия и компоновки, а генератор такта измерений выполнен в виде управляемого генератора импульсов.

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности, к измерению линейных размеров и перемещений и может использоваться при обследовании и мониторинге состояния конструкции зданий и иных строительных сооружений в процессе их эксплуатации.

При обследовании строительных конструкций наиболее ответственным этапом является изучение трещин, выявление причин их возникновения и динамики развития. Они могут быть вызваны самыми разными причинами и иметь различные последствия. При наличии трещин на несущих конструкциях зданий и сооружений необходимо организовать систематическое наблюдение за их состоянием и возможным развитием с тем, чтобы выяснить характер деформаций конструкций и степень их опасности для дальнейшей эксплуатации.

Контроль за состоянием трещин осуществляется периодическими осмотрами и непрерывным наблюдением - мониторингом. Противоречивость требований, предъявляемых к системе мониторинга, заложена в самой задаче: с одной стороны, разрушение зданий - это длительный процесс (иногда десятилетия), хотя и требующий постоянного мониторинга, но допускающий периодичность наблюдений с большим интервалом; с другой стороны, большое количество информации содержится в быстропротекающих процессах - амплитуде и скорости вибрации, ускорении и т.п.

Известны способы наблюдения за трещинами, базирующиеся на применении устройств двух типов. К первому типу относятся различные конструкции маяков - асбестовых или цементных пластин, которые при развитии трещины разрываются. Например, пластинчатый маяк, состоящий из двух пластин с рисками, маяк с острыми штырями, на которые при осмотре накалывается лист картона и т.п. (Ю.В.Вишняков Наблюдение за трещинами в стенах, "Жилищное строительство" 9/2005 02.11.2005). Недостатками этого типа устройств являются невозможность регистрации динамических процессов и получение только одного измерения в момент осмотра.

Ко второму типу относятся устройства, построенные на базе цифровых измерительных систем (патент РФ 78935, опубликован 10.12.2008, патент РФ 86007, опубликован 20.08.2009). Эти известные устройства содержат датчики, линии связи, аналого-цифровые преобразователи сигналов (АЦП), цифровые запоминающие устройства и блок обработки информации, выполненный в виде компьютера либо другого специализированного устройства с дисплеем, клавиатурой и т.п.

Недостатком таких устройств является невозможность их использования в длительном автономном режиме из-за необходимости постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Наиболее близким аналогом-прототипом заявляемого устройства является измерительный комплекс на базе универсального многоканального регистратора Терем-4.1" с программой связи с компьютером, разработанный НПЦ "Стройдиагностика", НПП "Интерприбор", г.Челябинск (Многопараметрический регистрирующий комплекс «ТЕРЕМ-4», описание прибора //http://www.interpribor.ru/docs//terem4.rar, 23 декабря 2009 г). "Терем-4.1" предназначен для контроля, регистрации в памяти и отображения информации, поступающей от датчиков различного вида - датчиков перемещений, теплового потока, влажности, силового воздействия, давления, напряжений и других.

Устройство состоит из распределенной сети датчиков линейных и угловых перемещений и датчиков температуры, блоков аналого-цифровых преобразователей (адаптеров) и центрального блока, включающего в себя блок обработки и формирования данных, блок памяти, блок интерфейса и генератор такта измерений, а также клавиатуру и дисплей. Выходы датчиков линейных и угловых перемещений и датчиков температуры подключены ко входам аналого-цифровых преобразователей, выходы которых соединены с входами центрального блока. Программа связи с компьютером предназначена для просмотра, сохранения и распечатки зарегистрированных данных, сохраненных в энергонезависимой памяти прибора. Связь прибора с компьютером осуществляется по стандартному интерфейсу USB.

Недостатком описанного устройства является то, что все блоки выполнены в виде отдельных устройств, из-за чего возникает необходимость объединения всех устанавливаемых на стене здания датчиков проводами связи с блоком аналого-цифровых преобразователей, а затем - с центральным блоком. Это усложняет процесс монтажа и увеличивает стоимость системы. Кроме того, центральный блок с дисплеем и клавиатурой может стать объектом атаки вандалов, что делает весь комплекс неприменимым в легкодоступных для посторонних людей местах.

Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является устранение вышеуказанных недостатков - сложность монтажа, невозможность автономной работы устройства и необходимость использования переносных измерительных приборов, регистраторов и концентраторов.

Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в возможности регистрации в длительном автономном режиме как высокоскоростных процессов - скоростей и ускорений вибраций, так и медленных трендов, фиксируемых на длительных временных интервалах. Для получения указанного технического результата в устройство, содержащее датчик линейных перемещений и датчик температуры, соединенные с первым и

вторым входом аналого-цифрового преобразователя, блок памяти и соединенный с его выходом блок интерфейса, генератор такта измерений, выход которого подключен ко входам синхронизации датчика линейных перемещений, датчика температуры и аналого-цифрового преобразователя, дополнительно вводится блок сжатия и компоновки и таймер; первый вход блока сжатия и компоновки соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а его выход - со входом блока памяти; выход таймера соединен с генератором такта измерений и вторым входом блока сжатия и компоновки, а генератор такта измерений выполнен в виде управляемого генератора импульсов.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства.

На фиг.2 приведена временная диаграмма работы генератора такта измерений в зависимости от выхода таймера.

Устройство содержит (фиг.1) датчик линейных перемещений 1, датчик температуры 2, аналого-цифровой преобразователь 3, блок сжатия и компоновки 4, блок памяти 5, блок интерфейса 6, генератор такта измерений 7 и таймер 8. Блоки 1, 3, 4, 5 и 6 соединены последовательно, входы синхронизации блоков 1, 2, 3 соединены с выходом блока 7, входы управления режимом работы блоков 4 и 7 соединены с выходом блока 8, а выход блока 2 соединен со вторым входом блока 3.

Устройство работает следующим образом.

Предлагаемое устройство закрепляется на стене здания по обеим сторонам трещины так, чтобы передающая часть датчика линейных перемещений 1 была укреплена на одной стороне трещины, а принимающая - на другой. С интервалом, заданным с помощью генератора такта измерений 7, например, от 1 с до 10 мин, измеренное датчиком 1 значение ширины щели по одной или по двум координатам преобразуется в цифру блоком аналого-цифрового преобразования 3 и записывается в блок памяти 5. Процесс измерения и записи в память занимает не более 10 микросекунд, поэтому большую часть времени устройство находится в спящем режиме с минимальным потреблением энергии. Запись информации сопровождается записью отметок времени таймера 8. Для записи быстрых вибраций предусмотрен режим кратковременного автоматического переключения интервала записи, например, на величину 0.05-0.5 с. Переключение режима генератора такта измерений 7 производит таймер 8, который может быть запрограммирован на интервал до одного месяца. Сезонные перепады температур оказывают двоякое влияние на измерения: во-первых, меняется сам контролируемый параметр (например, раскрытие трещин на морозе), а во-вторых, происходит температурный дрейф параметров датчика. Для учета первого эффекта показания датчика температуры 2 периодически записываются в блок памяти. Съем накопленной информации производится при плановом осмотре устройства простым извлечением съемной карты памяти, и не требует никаких носимых устройств. Таким образом, обслуживание установленного на стене здания заявляемого устройства сводится к замене карты памяти и батареи питания.

Датчиком линейных перемещений 1 могут служить, например, магнитные или индуктивные датчики фирм Baumer, Balluff и др.

Датчиком температуры 2, аналого-цифровым преобразователем 3 и блоком интерфейса 6 являются известные технические устройства, не требующие пояснений.

Блок сжатия и компоновки 4 предназначен для первичной обработки информации датчиков (фильтрация, нормировка), сжатия информации и ее компоновки. Сжатие записываемой информации использует ее статистические свойства для уменьшения объема памяти. Например, если в память записывать не саму измеренную величину, а разность соседних отсчетов, в идеальном случае (при неподвижной трещине) в память будет записано только одно первое значение. Компоновка данных необходима для облегчения последующего декодирования при передаче сложного сообщения, содержащего метки времени, данные измерений по двум координатам и данные датчика температуры. Блок сжатия и компоновки может быть выполнен, например, на микропроцессоре.

Генератор такта измерений 7 работает в одном из двух режимов (фиг.2) - нормальном, предназначенном для контроля медленных изменений, и ускоренном - для записи быстрых вибраций. Управление режимами осуществляется таймером 8. Генератор такта измерений 7 может быть выполнен, например, на том же микропроцессоре.

Таймер 8 предназначен для переключения режимов работы и может быть выполнен, например, на микросхеме DS12887A фирмы MAXIM.

Все блоки устройства размещаются в одном корпусе, не требуют дополнительного соединения проводами в процессе монтажа, а каждое устройство является полностью автономным (интеллектуальный датчик) за счет объединения в нем датчиков, цифровых блоков, блока питания, и блока памяти. Объем памяти и потребление от встроенной батареи рассчитаны на автономную работу устройства в течение года. Анализ и обработка измерений производится не на объекте мониторинга, а в лабораторных условиях на компьютере после изъятия информации и не требует демонтажа устройства.

Устройство мониторинга трещин строительных конструкций, содержащее датчик линейных перемещений и датчик температуры, соединенные с первым и вторым входом аналого-цифрового преобразователя, блок памяти и соединенный с его выходом блок интерфейса, а также генератор такта измерений, выход которого подключен ко входам синхронизации датчика линейных перемещений, датчика температуры и аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что в него дополнительно введены блок сжатия и компоновки и таймер; первый вход блока сжатия и компоновки соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а его выход - со входом блока памяти; выход таймера соединен с генератором такта измерений и вторым входом блока сжатия и компоновки, а генератор такта измерений выполнен в виде управляемого генератора импульсов.