Устройство для измерения вертикальных деформаций и наклонов

 

Использование1 в геофизическом приборостроении для непрерывных наблюдений за наклонами и деформациями земной коры и за поведением инженерных сооружений Сущность изобретения заключается в размещении эталона длины в вертикальном термостатированном, заполненном жидкостью сосуде. Эталон длины разделен на две части, скрепленные с измеряемым объектом подвесами, причем верхней части эталона длины придана отрицательная плаоучесть, нижней - положительная Внутренними концами эталон длины взаимодействует с датчиками смещений, соединенными с блоком обработки и регистрации , а также через блок автоматического регулирования с исполнительным механизмом перемещения верхней части эталона длины. 1 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИ/ ЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1УБПИК (stls 6 01 Ч 1/16

ГОСУДАГСТБЕ1+!Ь1Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ пРи гкнт сссР

К АВТОРСКОМУ СВИДFTEJlbCTBY ! (21) 4842841/25 (22) 17.05,90 (46) 15,08.92. Бюл, N 30 (75) В.С.Яковенко (56) Разоренов А.А, Емкостной двухкоорди11атный цилиндрический наклономер. Сейсмические приборы, Вып. 19. M. Наука, 1987, с.56 — 65.

Михелев Д,Ж. и др. Геодезические изме-. рения при изучении деформаций крупных инженерных сооружений. М:: Недра. 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕРТИКАЛЫ(ЫХ ДЕФОРМАЦИЙ И HAK/lQНОВ (57) Использование: в геофизическом приборостроении для непрерывных наблюдеИзобретение относится к геофизическому приборостроению и может быть применено для непрерывных наблюдений эа наклонами и деформациями земной коры и контроля эа поведением инженерных сооружений, Известен двухкоординатный цилиндрический наклономер, содержащий цилиндрический груз, закрепленный на одиночном жидком подвесе в цилиндрическом контейнере, на котором в районе расположения груза размещены четыре изолированных цилиндрических электрода, образующих с проводящим грузом четыре емкостных датчика с переменным зазором, величины емкостей которых изме11яются в соответствии с величиной и направлением наклона продольной оси контейнера.

Устройство имеет малую чувствительность к наклонам из-за малой длины подвеса и сложную нелинейную зависимость

„„ U „„1755228 А1 ний за наклонами и деформациями земной коры и за поведением инженерных сооружений. Сущность изобретения заключается в размещении эталона длины в вертикальНоМ термостатированном, заполненном жидкостью сосуде. Эталон длины разделен на две части, скрепленные с измеряемым обьектом подвесами, причем верхней части эталона длины придана отрицательная плавучесть, нижней — положительная, Внутренними концами эталон длины взаимодействует сдатчиками смещений, соединенными с блоком обработки и регистрации, а также через блок автоматического регулирования с исполнительным механизмом перемещения верхней части эталона длины. 1 H/l, выходных сип1алов от наклона, которая определяется конструкцией датчика.

Известно также устройство для измерения вертикальных деформаций и наклонов, содержащее вертикальный сосуд или GKBBжину, где на требуемой глубине бетонируется якорь. с якорем жестко скрепляется инварная проволока, другой конец проволоки скреплен со штоком, соединенным через коромысло со свободно плавающим в ванне поплавком, Ванна крепится к измеряемому объекту. Выталкивающая сила поплавка всегда поддерживает проволоку в нэтянутом отвесном положений, чтО ДаЕт всэмОжность определять относительно нее различные смещения измеряемого обьекта.

Однако точность измерения наклонов и вертикальных перемещений здесь мала и для измерения длительных процессов, развивающихся с малой скоростью, оно не может быть применено, Причины следующие.

Эталоном длины, относительно которого из1755228 меряются вертикальные перемещения обьекта, является инварная проволока, находящаяся под постоянной нагрузкой со стороны поплавка и собственного веса. Чтобы образовать достаточно надежную верти- 5 каль, проволоке должна быть придана значительная вертикальная нагрузка. Следствием этих нагрузок являются собственные деформации эталона длины. приводящие к погрешности измерений. При 10 использовании обратного отвеса для измерения наклонов он оснащается датчиками смещений измеряемого объекта относительно вертикали, например двухкоординатным цилиндрическим датчиком 15 емкостного типа. В данном варианте использования устройства, измеряемые емкостными датчиками смещения являются сложной, . нелинейной функцией измеряемых углов наклона, Погрешность измере- 20 ний, обусловленная линеаризацией, достигает 10

Целью изобретения является повышение точности и долговременной стабильности, 25

Эта цель достигается тем, что эталон длины размещен в вертикальном. заполненном жидкостью сосуде и разделен на две части, скрепленные с измеряемым обьектом подвесами, при этом нижняя часть сосуда 30 снабжена якорем, с которым соединен нижний гибкий подвес эталона длины, верхний гибкий подвес которого связан с установочными элементами, причем верхняя часть эталона длины снабжена грузом, а 35 нижняя — поплавком. части эталона длины связаны между собой датчиками смещений, соединенными с блоками обработки и регистрации сигналов, а также через блоки автоматического регулирования с 40 исполнительными механизмами установочных элементов.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит вертикальный, за- 45 полненный жидкостью термостатирооанный сосуд 1, разделенный на две части эталон 2 длины, скрепленный подвесами 3 с якорем 4 и столом 5. снабженным устройством 6 первоначальной установки, и испол- 50 нительные механизмы перемещения верхней части эталона длины по горизонтали и вертикали. содержащие ползун 7, который приводится в движение двухкоординатным линейным преобразова- 55 телем 8 горизонтальных перемещений, и преобразователь 9 вертикальных перемещений, со своим приводом 10. Исполнительные механизмы перемещения управляются сигналами емкостных датчиков 11 преобразователей смещений, вызываемыми наклонами и вертикальными деформациями обьекта через блоки 12 и 13 автоматического регулирования, С них же снимаются и подаются на обрабатывающие и регистрирующие устройства 14 и 15 сигналы, пропорциональные наклонам и вертикальным деформациям. К эталону 2 длины крепятся поплавки или грузы 16 для придания частям эталона длины необходимой плавучести. Вертикальный сосуд помещен о термостат 17.

Устройство для измерения вертикальных деформаций и наклонов работает следующим образом, Устройство монтируется в заранее предусмотренном и подготовленном месте в теле измеряемого обьекта, вертикальные деформации и наклоны которого необходимо изучать или контролировать. Производигся первоначальная установка и настройка устройства. Вертикальное деформирование измеряемого объекта изменяет расстояние между точками закрепления якоря 4 и стола 5, при этом части эталона 2 длины получают линейное относительное перемещение вдоль вертикальной оси, которое преобразуется емкостным датчиком 11 в электрический сигнал, пропорциональный величине перемещения, Этот сигнал через блок 13 автоматического регулирования управляет приводом l0, реализуя таким образом компенсационный принцип измерений. В качестве преобразователя 9 вертикальных перемещений используется датчик мембранного типа, представляющий собой резервуар с толстыми стенками, куда под давлением вводится жидкость, например ртуть. При изменении давления резервуар деформируется, эти, микросмещония используются для реализации вертикальных перемещений эталона длины при измерениях, Ртуть о полости датчика подводитсл через гибкий шланг, высота которого изменяетсл приводом 10.

При наклонах измеряемого обьекта половины эталона 2 длины получают смещение вертикальных осей, которое приводит к изменениям зазоров двухкоординатного емкостного датчика 11 горизонтальных перемещений. Они преобразуются каждый своим каналом в электрические сигналы, пропорциональные перемещениям и через блок 12 автоматического регулированил подаются. на двухкоординатный линейный преобразователь 8, перемещающий с помощью ползуна 7 точку подвеса верхней части эталона длины по двум горизонтальным осям, приводя вертикальные оси обеих половин эталона длины к соосности, При

1755220 этом также реализуется компенсационный принцип измерения наклонов. оризантальные перемещения точки подвеса производятся двумерным вибрацианным приводом волнового типа с точечным контактам звеньев, Перемещения по координатам независимые.

Увеличение точности и долговременной надежности измерений достигается эа счет размещения эталона 2 длины, датчиков 11 перемещений и дополнительных подвесов 3 в условиях постоянной температуры и инертной жидкости, введения компенсационного принципа измерений, размещения датчиков.преобразователей смещений в середине эталона длины, Размещение основных элементов устройства в жидкости позволяет увеличить долговременную стабильность их геометрических размеров и тем самым точность измерений, кроме того, разгрузить эталон длины, хотя бы частично, от нагрузок, вызванных собственным весам и приводящих к его крипу. За счет размещения датчиков в середине эталона длины NGKlllo÷àåòñÿ почти полностью погрешность измерений. возникающая при закреплении груза в одной точке вследствие нелинейной зависимости измеряемых при этом зазоров емкостных датчиков от угла наклона измеряемого обьекта. Известно, что для маятникового нэкланомера с двухкаординатным емкостным датчиком максимального типа с частотным выходом частота сигнала на выходе Ю зависит от измеряемого угла наклона и следующим образом:

Лг=а S,(1+ а Zo), где So — крутизна характеристики преобразователя,Гц/град;

Zo — параметр, определяющийся геометрическими характеристиками наклономера.

Частота на выходе датчика является нелинейной функцией угла наклона, При градуировке эту зависимость линеэризуют зависимостью вида

Л Гл=- cl Son, где Юл и Son, соответственно, часто а и крутизна линеаризованного датчика, При этом возникает погрешность линеаризации д равная разности этих функций;

Р з

5 д= K Son Zo(l где К вЂ” коэффициент, зависящий от выбора номинального значения угла HBKhOHB % и

Son минимизирующих для Я» величину Г

Погрешность преобразователя явл;ет !0 ся функцией быстро растущей при увеличении измеряемого угла наклона.

Г1ри размеще ии емкостных дат.иков перемещений в середине разделенного на две части эталона длины пластины их оста15 ются параллельными при любых наклонах измеряемого объекта, изменяются только рэсстая ия между ними, и сигнал на выходе частотного преобразователя пропорционален при этом величине QSo. Исчезает па20 грешность линеаризации и повышается точность измерения наклонов и деформаций. Этому же способствует и применение компенсационного принципа измерений.

Формула изобретения

25 Устройства для измерения вертикальных деформаций и наклонов, содержащее эталон длины. снабженный датчиками смещений, поплавком, помещенным в жидкости, l» гибкими подвесами на концах, и

3О размещенный вертикально в сосуде, снабженном в нижней части якорем, с которым соединен нижний гибкий подвес эталона длины, верхний гибкий подвес которого связан с установочными. элементами, соединенными

35 через исполнительные механизмы и блоки автоматического регулирования с соответствующими датчиками смещений, соединенными также с блоками обработки и регистрации сигналов, а т л и ч а ю щ е е с я

40 те л, что, с целью повышения точности и долговременной стабильности, эталон длины выполнен из двух отдельных частей, связанных между собой датчиками смещений, причем верхняя часть эталона длины снаб45 жена грузом, а нижняя связана с поплавком, при этом сосуд заполнен жидкостью.

1755228

Составитель Д. Заргарян

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Е, Папп

Редактор H. Горват

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2891 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК (Т СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5