Способ контроля состояния длинномерного объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее к.контролю параметров длинномерных конструкций цилиндрической формы, к которым относятся трубопроводы, гибкие шланги, бурильные , и водоотводящие колонны, тросы, силовые и информационные кабели, балки, строительные конструкции, мачтовые и башенные сооружения. Целью изобретения является селективное определение видов деформации осевой линии цилиндрической длинномерной конструкции при одновременном повышении точности измерения распределений кривизны и кручения. Поставленная цель достигается тем, что вдоль поверхности конструкции по образующим размещают не менее трех измерительных волноводных линий, закрепляют их.на поверхности недеформированной конструкции равномерно по ее периметру, а кривизну и кручение осевой линии при установке трех измерительных линий определяют по измеренным ЕОЛНОВОДНЫМИ линиями распределениям кривизны по трем образующим цилиндрической конструкции. 5 ил. СП с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

COl )ИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 01 В 15/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ! (61) 1742615

4 (21) 4319013/28, (22) 30.10.87 (46) 30.01.93.Бюл.N - 4 (71) Центральный научно-исследовательский геологоразведочный инс1итут цветных и благородных металлов (72) С.M.Ìèõååâ, В.Н:Земеров, П.В.Елшанский и Ю,В.Поляков (56) Авторское свидетельство СССР

No 1742615 кл. G 01 В 15/00, 1978. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ

ДЛИННОМЕРНОГО ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к измерительной технике, а точнее к контролю параметров длинномерных конструкций цилиндрической формы, к которым относятся трубопроводы, гибкие шланги, бурильные. и водоотводящие колонны, тросы, Изобретение относится к измерительной технике, а точнее, к контролю параметров длинномерных конструкций цилиндрической формы, к которым относятся трубопроводы, гибкие шланги, бурильные и водоотделяющие колонны, тросы, силовые и информационные кабели. балки, строительные конструкции, мачтовые и башенные сооружения, и является усовершенствованием известного способа контроля состояния длинномерного объекта, описанного в авт.св.СССР N 1742615.

Цель дополнительного изобретения— повышение селективности и точности контроля состояния цилиндрической конструкции за счет раздельного определения

SU «1791702 А2 силовые и информационные кабели, балки. строительные конструкции, мачтовые и башенные сооружения. Целью изобретения является селективное определение видов деформации осевой линии цилиндрической длинномерной конструкции при одновременном floBb!øåíèè точности измерения распределений кривизны и кручения. Поставленная цель достигается тем, что вдоль поверхности конструкции по образующим размещают не менее трех измерительных волноводных линий, закрепляют их на поверхности недеформированной конструкции равномерно по ее периметру, а кривизну и кручение осевой линии при установке трех измерительных линий определяют по измеренным волноводными линиями распределениям кривизны по трем образующим цилиндрической конструкции. 5 ил. распределения кривизны и кручения вдоль оси конструкции и исключения погрешностей, связанных с взаимным влиянием указанных деформаций друг на друга.

На фиг,1 приведена схема реализации способа; на фиг,2 и 3 показаны элементы трубопровода, соответственно, при наличии чистого изгиба и чистого кручения; на фиг.4 и 5 — эпюры кривизны в поперечном сечении элементов трубопровода соответственно при чистом изгибе и чистом кручении.

Схема реализации способа включает . длинномерную цилиндрическую конструкцию, например, трубопровод 1 и устройство контроля с тремя волноводами 2, установленными по образующим трубопровода 1 и

1791702 которое верно при

Kj(p)=KNj COS (p — po), ,Ф б

35 Ко +

dS (7) де или в матричной форме ю

Ко

К1

Кг выходами, подключенными к блоку 3 обработки информации через последовательно соединенные пространственный фильтр 4 и демодулятор 5 каждый, На вход каждого вол новода 2 подключен модулятор 6, содержащий последовательно соединенные генератор 7 и пространственный фильтр 8, к выходу которого подключено устройство 9 отображения.

Для пояснения сущности заявленного технического решения необходимо установить минимальное необходимое число измерительных волноводных линий и требования к их размещению на поверхности цилиндрической длинномерной конструкции, На основе известных положений дифференциальной геометрии и теоремы . Менье в случае чистого изгиба кривизна Ki (ф) образующей линии цилиндрической длинномерной конструкции в сечении с параметром Я (Я вЂ” дуговая координата осевой, линии) выражается при условии d«Ri формулой где Кщ=(В;- — ) — кривизна образующей

d -1 цилиндрической поверхности в плоскости изгиба; р Е(0;211) — текущее значение угла, отсчитываемого в плоскости поперечного сечения цилиндрической конструкции;

po — угол в плоскости поперечного сечения между начальной образующей и образующей, лежащей в плоскости чистого изгиба конструкции;

Ri — радиус кривизны;

d — диаметр цилиндра

Выражение (1) можно представить в виК;(р)=Км cos p cos у+Ко sin cpo sin р =

= К1 cos p+Kz sin ср, (2) где K1=KN; cos уЪ; Кг=Кщ sin Ъ. (3)Из (2) следует, что км= Я g) . (4)

Таким образом, для определения KNi через К1 и Кг достаточно пройзвести измерения кривизны образующих в плоскости поперечного сечения конструкции при . двух значениях угла р, например при ф= 0 и р=- —.

При известных K1=Kj - - и K2=Ki(0 ) на основании (4), (3), (2) легко определить ро и

K (p) При одновременном наличии изгиба и кручения конструкции будет иметь место выражение для кривизны образующей при угле

,Г /

Kj(p)=KoiK1 cos p+Kz sin p. (5) Это следует из того. что при чистом кручении кривизна для всех образующих будет

10 постоянной, т.е. не зависитотр а при отсутствии кручения определяется формулой (2).

Отсюда при условии Kj(po)=Ko. опреДеляется угол ро, характеризующий сечение, на котором вклад в кручение образующей

15 обуславливается только кручением поверхности цилиндра вокруг оси, Это приводит к соотношению

K1 COS Ро+Кг Sin УЪ=О, 20

К1-Кщ sin po и Кг--KNj cos р, 25 где о км= 4Яy j

К1

Отсюда р< -агс19 . а кручение осеК2

30. вой линии определяется в соответствии с известной формулой дифференциальной геометрии м м

Для определения Ko, Ki. Кг следует про-, извести три измерения Kj(p) при трех yrnax

40 р, например, @=0, сщ=120, рз=240о. Это приведет к п.ростой системе уравнений

Ki(0 )=Ко+К1+О К2;..

1 V3

45 К (120 )=Ко — 2 K1 + 2 К2:

1 V3

Kj(240+Ko — 2 К1 — 2 К2

Ki(0о) f 1 0

К(120 )

2 2

55 1 Д

Ki(240о) 1

2 2. (9)

Из(9) получается следующее матричное выражение!

79!702

1 1

3 3

2 1

3 3 3

3

3

1 3

Кп

К {О") Kr{!20 )

Ki{240о) (!0) Kz к () = P< > + < >, т() =, () + где уо($)=-а гС1О

Kl S

К2($) 1 1

3 3

2 1

3 3 о

3

Э

1 3

К.($) Kf(0о

К!(1200, S)

К (240, S) K1(S) К2 (S) вания. На выходе блока 3 обработки могут быть подключены различные сигнальные и исполнительные устройства или, например, видеотерминальное устройство 9 отображе5 ния геометрии оси трубопровода 1 в пространстве.

Таким образом, установка по крайней мере трех измерительных волноводов 2 и обработка по определенной зависимости

10 информации с их выходов указанным выше путем позволяет селективно определить распределения кривизны и кручения вдоль оси цилиндрической длинномерной конструкции, а также, в отличие от известных

15 способов, повысить точность измерения этих видов деформаций эа счет исключения погрешностей, связанных с взаимным влиянием деформаций друг на друга при организации их измерений.

Способ контроля состояния длинномерного объекта по авт,св. hL 1742615, о т25 л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения селективности и точности контроля состояния цилиндрической конструкции дополйительно используют (и-1) идентичных первому волноводу, все и вол30 новодов закрепляют вдоль образующих цилиндрической конструкции равномерно по периметру ее основания, для каждого волновода по сигналам с его выхода определяют распределения кривизны вдоль

35 образующей конструкции, а в качестве физико-механических данных о состоянии конн ° Р

К(ОО,S), К(120О, S), К(240, $) — соответственно, распределения кривизны, измеренные с помощью волноводов 2, которые устанавливают по трем образующим цилиндрической поверхности конструкции под углом 120, Работа каждого волновода 2, включающего один опорный и один измерительный каналы, осуществляется следующим образом, После жесткого закрепления волновода 2 вдоль образующих протяженной цилиндрической конструкции (трубопровода 1) равномерно по ее периметру (под углом 120О) произвоцится возбуждение через входной пространственный фильтр 8 его опорного канала на входе сигналом конечной длительности, например, в оптическом диапазоне, Эгот сигнал, распространяясь вдоль волновода 2, возбуждает измерительные каналы за счет связи между модами каналов, которая функционально зависит от распределения измеряемой кривизны образующей цилиндрической конструкции, а следовательно, и кривизны самого волновода 2. Тем самым осуществляется пространственная модуляция опорного и измерительного сигналов, За счет разности фазовых и групповых скоростей мод опорного и измерительного каналов на выходе волновода получается временная модуляция сигналов. Выделенный на выходе волновода 2 сигнал, характеризующий распределение кривизны вдоль волновода

2, через распределительный пространственный фильтр 4 и демодулятор 5 поступает на блок 3 обработки информации, который осуществляет указанные выше преобразоФормула изобретения

1791 02 струкции используют кривизну оси цилиндрической конструкции и ее кручение. которые определяют как Функции определенных рзспределений кривизны.

179 1 7())

Ki

Составитель И. Рекунова

Редактор 3. Ходакова Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Л.Филь

Заказ 146 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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