Устройство для измерения вертикальных деформаций и наклонов

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИЛЛИСТИЧЕСК ЕСГТУ)5 601 Ч 1/ ОМИТЕТОТКРЫТИЯ ГОСУДЛГСТОЕННЬЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМпРи гкнт сссе ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТСНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Разоренов А.А, Емкостной двухкоординатный цилиндрический наклономер. Сейсмические приборы, Вып. 19, М Наука, 1987,с.56 - 65,Михелев Д,Ж. и др. Геодезические изме-.рения при изучении деформаций крупныхинженерных сооружений. М:; Недра. 1977,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ И НАКЛОНОВ(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,Изоестен двухкоординатный цилиндрический наклономер, содержащий цилиндрический груз, закрепленный на одиночном жидком подвесе о цилиндрическом контейнере, на котором в районе расположения груза размещены четыре изолированных цилиндрических электрода, образующих с прооодящим грузом четыре емкостных дат-. чика с переменным зазором, величины емкостей которых изменяются о соответствии с величиной и направлением наклона продольной оси контейнера,Устройство имеет малую чувствительость к наклонам иэ-за.малой длины подоеи сложную нелинейную зависимость ний эа 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 плаоучесть, 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 ил,выходных сигналов от наклона, которая определяется конструкцией датчика.Известно также устройство для измерения вертикальных деформаций и наклонов, содержащее вертикальный сосуд или скоажину, где на требуемой глубине бетонирует ся якорь, с якорем жестко скрепляется иноарная проволока, другой конец проволоки скреплен со штоком, соединенным через коромысло со соободно плавающим о ванне поплаоком, Ванна крепится к измеряемому объекту. Въ 1 талкивающая сила поплавка всегда поддерживает проволоку о натянутом отвесном положений, что дает возможность определять относительно нее различгп 1 е 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 из -меряются вертикальные перемещения обьекта, является инварная проволока, находящаяся под постоянной нагрузкой состороны поплавка и собственного веса, Чтобы образовать достаточно надежную вертикаль, проволоке должна быть приданазначительная вертикальная нагрузка. Следствием этих нагрузок являются собственные деформации эталона длины.приводящие к погрешности измерений. При 10использовании обратного отвеса для измерения наклонов он оснащается датчикамисмещений измеряемого обьекта относительно вертикали, например двухкоординатным цилиндрическим датчиком 15емкостного типа. В данном варианте использования устройства, измеряемые емкостными датчиками смещения являютсясложной, . нелинейной функцией измеряемых углов наклона, Погрешность измерений, обусловленная линеаризацией,достигает 10 о ,Целью изобретения является повышение точности и долговременной стабильности, 25Эта цель достигается тем, что эталондлины размещен в вертикальном. заполненном жидкостью сосуде и разделен на двечасти, скрепленные с измеряемым обьектомподвесами, при этом нижняя часть сосуда 30снабжена якорем, с которым соединен нижний гибкий подвес эталона длины, верхнийгибкий подвес которого связан с установочными элементами, причем верхняячасть эталона длины снабжена грузом, а 35нижняя - поплавком, части эталона длинысвязаны между собой датчиками смещений,соединенными с блоками обработки и регистрации сигналов, а также через блоки автоматического регулирования с 40исполнительными механизмами установочных элементов.На чертеже приведена принципиальнаясхема устройства.Устройство содержит вертикальный, заполненный жидкостью термостатированный сосуд 1, разделенный на две частиэталон 2 длины, скрепленный подвесами 3с якорем 4 и столом 5. снабженным устройством 6 первоначальной установки, и исполнительные механизмы перемещенияверхней части эталона длины по горизонтали и вертикали, содержащие ползун 7, который приводится в движениедвухкоординатным линейным преобразователем 8 горизонтальных перемещений, ипреобразователь 9 вертикальных перемещений, со своим приводом 10. Исполнительные механизмы перемещенияуправляются 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 17Устройство 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 10, 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, микросмещания используются для реализации вертикальных перемещений эталона длины при измерениях, Ртуть в полости датчика подводится через гибкий шланг, высота которого изменяется приводом 10,При наклонах измеряемого объекта 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 регулирования 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, Приэтом также реализуется компенсационный принцип измерения наклонов, Горизонтальные перемещения точки падоеса производятся двумерным оибрациаоным приводом волнового типа с точечным контактам зоеньео, Перемещения по координатам независимые.Увеличение точности и долговременной надежности измерений достигается эа счет размещения эталона 2 длинь, датчиков 11 перемещений и дополнительных подвесоо 3 в условиях постоянной температуры и инертной жидкости, введения компенсационного принципа измерений, размещения датчиков.преобразователей смещений в середине эталона длины,Размещение основных элементов устройства о жидкости позволяет увеличить долговременную стабильность их геометрических рззмероо и тем самым точность измерений, кроме того, разгрузить эталон длины, хотя бы частично, от нагрузок, вызванных собственным весом и приводящих к его крипу. За счет размещения датчиков в середине эталона длины исклюается 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 ммэятникооого нэкланомера с двухкаординатным емкостным датчиком максимального типа с частотным выходом частота сигнала на выходе Ю зависит от измеряемого угла наклона а следующим образом:ЛГ=а Я,(1+ аЪ,),где 50 - крутизна характеристики преобразователя,Гц/град;Ео - пэраметр, определяощийся геометрическими характеристиками наклономера.Частота на выходе датчика является нелинейной функцией угла наклона, При градуирооке эту зависимость линеэризуют зависимостью видаЛ Гл- Х Зол где ЛГл и Зол, соатветстоенна, частоа икрутизна линеаризовзнного датчика,При этом возникает пагрециость линеаризации д равная розгасти этих функций;)з5 д= КЯол 7 осС,где К - коэффициент, зависящий от вьбораноминального значения угла наклона % иЬол, минимизирующих для ан величину ГПогрецпость преобразователя явл;ет 10 ся функцией быстро растущей при увеличении измеряемого угла наклона.Г 1 ри размеще ии емкостных датчиковперемещений о середине разделенного надве части эталона длины пластины их оста 15 ются параллельными при любых наклонахизмеряемого объекта, изменяются толькорэсстаяия между ними, и сигнал на выходечастотного преобразователя пропорционален при этом величине й Яо, Исчезает па 20 грешность линеаризации и повышаетсяточность измерения наклоноо и деформаций. Этому же способствует и применениекомпенсационного принципа измерений.Формула изобретения25 Устройства для измерения вертикальных деформаций и накпоноо, содержащееэталон длины. снабженный датчиками смещений, поплавком, помещенным в жидкости, и гибкими подвесами на концах, и30 размещенный вертикально о сосуде, снабженном в нижней части якорем, с которымсоединен нижний гибкий подвес эталона длины,верхний гибкий подоес которого связан сустановочными,элементами, соединенными35 через исполнительные механизмы и блокиавтоматического регулирования с саотоетствуощими датчиками смещений, соединенными также с блоками обработки ирегистрации сигналов, а т л и ч ао щ е е с я40 тем, что, с целью повышения точности идолговременной стабильности, эталон длины выполнен из двух отдельных чЬстей, соязанных между собой датчиками смещений,причем верхняя часть эталона длины снзб 45 женз грузом, а нижняя связана с поплавком, при этом сосуд заполнен жидкостью.1755228 Составитель Д, 3 Техред М,Морге ря Корректор Е, П дактор Н. Горва Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 эказ 2891 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5