Устройство для определения угла наклона

Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл. С 01 С 9/18Е 21 В 47/02 Государственный комитет СССР по деяам изобретений н открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛАНАКЛОНА Изобретение относится к области приборостроения, а именно к приборам для измерения углов наклона, основанных на гидростатистике и предназначенных преимущественно для измерения нак-з лонов массива грунта и сооружений, подверженных воздействию сейсмических волн от взрывов или землетрясений.Известно, что при землетрясениях и взрывах грунт и сооружения, заглуб О ленные в нем и находящиеся на поверхности, приходят в движение, которое происходит как в период прохождения сейсмовзрывных волн, так и в течение длительного времени после взрыва. Это 15 движение является сложным процессом, вызывающим линейные перемещения, азимутальные развороты и наклоны массива грунта относительно вертикали.Известно устройство для измерения 20 углов. наклона, содержащее цилиндрический корпус, на верхнем основании которого на шарнире укреплен маятник, соединенный щи помощи гибкого элемента, проходящего через направляющее отверстие, с сердечником, установленным в осевом отверстии катушки индуктивного преобразователя. При наклонах корпуса маятник стремится сохранить отвесное положение и посредством гибкого элемента перемещает сердечник, что приводит к выдаче сигнала 1. Недостатками этого устройства является то, что в нем не предусмотрено демпфирование колебаний маятника и с помощью его не предусмотрены измерения наклона при значительных динамических нагрузках до десятков "д"), что имеет место особенно при взрывах.Известны маятниковые уровни, в которых для предохранения от ударов и торможения подвижных частей использу" ют каплю вязкой жидкости. Благодаря поверхностному натяжению на расстоянии меньшем, чем размер капли, жидкость связывает две поверхности, которые перемещаются одна относительно другой. В этих приборах стержень маятника подвешен на пяти тонких нитях, что повышает удароустойчивость преобразователя 121.Однако и эти приборы ненадежны при работе в условиях динамических перегрузок, вызываемых взрывом, так как при сложном движении грунта нити могут перекручиваться, что внесет значительные искажения при измерении наклонов. Кроме того, они не позволяют производить измерения в нескольких направлениях.Для определения ориентации относительно вертикали тела, закрепленного в грунте в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, известны приборы, которые содержат один или два маятни. ка,качающиеся во взаимно перпендикулярных плоскостях. Каждый маятник содержит магнит, взаимодействующий с 40 датчиком Холла, который выдает сиГнал в функции направления колебаниймаятника 31.10Эти приборы неустойчивы и ненадежны в работе при больших динамических 1нагрузках и не предназначены для установки на больших глубинах при измерениях наклонов грунта. Кроме того,они имеют большое время затухания коебаний маятника и недостаточную разешающую способность.Известен уровень, в герметичномкорпусе которого залита жидкость ирасположены четыре изолированных 20сектора из магнитопроводящего материала, равномерно расположенных поокружности вокруг подвешенного на проволоке маятника. Против каждого сектора помещен магнитопроводящий сердечник, на которыи надета катушка собмоткой. Все четыре катушки закреплены в корпусе прибора. При подаченапряжения на сектора каждая парадиаметрально расположенных сердеч- З 0ников со своими обмотками будет работать, как дифференциальный трансформатор. При наклоне маятника трансформатор выдает сигнал, пропорциональный углу и напряжению наклона 4.В данном приборе жидкость служит,для демпфирования маятника. При этомподъемная сила жидкости не влияетна время затухания колебаний маятника.Подвеска маятника на проволокеснижает достоверность и надежностьизмерений при динамических нагрузках, так как при азимутальных разворотах грунта возможно прижатиесердечников маятника к стенкам. , д 5Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является гидростатический датчик угла наклона, который содержитзаполненный жидкостью закрытый резервуар и поплавок, полностью пог, руженный в жидкость. Поплавок подвешен на гибком элементе. Шарнир подвески маятника расположен в нижнейчасти резервуара, отделенной от него эластичной диафрагмой 51.Съем информации о положении поплавка относительно корпуса осуществляется дистанционно за счет того,что при наклоне корпуса поплавок поддействием подъемной силы отклоняется 60относительно его и при определенномугле наклона нижний конец подвескимаятника замыкает контакт,Недостатком этого прибора является .то, что он является предельным и Я не дает информации а динамике наклона.Кроме того, при взрывах элементподвески маятника также, как и впредыдущих приборах, имеет возможностьзакручиваться и искажать тем самымдостоверность измерений.Целью изобретения является повышение точности измерений наклоновгрунтового массива и сооружений вусловиях динамических нагрузок.Указанная цель достигается тем,чтов известном устройстве для определения угла наклона, имеющем корпус,заполненный жидкостью, поплавок,полностью погруженный в жидкость,подвеску поплавка, преобразовательи систему для дистанционного съемаинформации, поплавок выполнен в виде пустотелого конуса, вершина которого связана с основанием корпуса припомощи двухстепенного шарнира, а вверхней частипоплавка укреплена крестовина,стержни которой, выполненныеиз ферромагнитного материала, входятв осевые отверстия катушек, расположенных в корпусе и образующих со стержнями индуктивный преобразователь.Ферромагнитные сердечники, связанные с крестовиной, установленной наосновании поплавка и входящие в осевые отверстия катушек, образуют индуктивный преобразователь, обеспечивающий непрерывный съем информации обуглах и направлении наклона в динамике по всему диапазону.Выполнение поплавка в виде конуса обеспечивает увеличение восстанавливающего момента поплавка, за счетподнятия его центра тяжести, что приводит к более быстрому успокоению поплавка и способствует повышению точности измерений,Важным фактором при измерении наклонов по глубине грунтового массивас использованием приборных скважинявляется соответствие объемных весовизмерительного прибора и грунта, вкотором он установлен, так как чембольше эта разница, тем больше вероятность сдвига прибора относительно грунта за счет сил инерции вовремя взрыва, что снижает точностьизмерений. Поэтому для снижения общего веса прибора и выравнивания темсамым объемных весов прибора и грунта без увеличения габаритов приборав данном случае поплавок выполненпустотелым по всей длине из прочного устойчивого к намоканию материала.Закрепление поплавка с помощьюдвухстепенного шарнира предотвращаетвращение его вокруг вертикальнойоси при взрыве и предотвращает прижимподвижных элементов преобразователяк стенкам катушек, а также позволяетпроизводить измерения в двух направлениях.г.разрез А-А на Фиг.1.Устройство содержит корпус 1, поплавок 2, шарнир 3 и катушки индуктивности 4. С поплавком связана крестовина 5, с которой соединены стержни6 индуктивного преобразователя, вйполненные из Ферромагнитного материала, Верхняя часть корпуса заканчивается прозрачной сферической формы пробкой 7, под которой находится Опузырек 8С их помощью обеспечивается юстировка маятника при установкеустройства на сооружении. Верхняячасть корпуса закрыта крыакой 9,крепящейся болтом 10, 3Выводы от катушек индуктивностивыполнены через герметичный разъем11 и соединены кабалем 12 с регистрирующей аппаратурой. Внутри корпуса залита жидкость 13. 20Поплавок 2 выполнен конусным исоединен вершиной с основанием корпуса через двухступенной шарнир 3,который позволяет поплавку наклоняться по двум перпендикулярным направлениям относительно вертикальнойоси.Стержни 6 входят в осевые отверстия закрепленных на корпусе катушекиндуктивности 4 и являются подвижным элементом преобразователя. ЗЬДля закрепления датчика на сооружении предусмотрена резьбовая часть14. Для,измерения наклонов в глубинемассива устройство опускают в приборную скважИну на жесткой штанге из 3звеньев труб, которая при помощиспециального отцепа крепится к переходнику 15 на крышке, устройства,После опускания его заливают грунтоцементным раствором, у которого свойства после отвердевания близки с окружающим грунтом.При наклоне грунта или сооружения, что имеет место при взрыве, корпус 1 наклоняется, при этом подъемная сила жидкости, воздействуя на поплавок 2, отклоняет его в проти" воположную сторону относительно корпуса, а стержни 6 меняют свое положение относительно катушек 4, изменяя тем самым индуктивность пропорционально углу наклона, что и фиксируется регистрирующей аппаратурой.Формула изобретенияУстройство для определения угла наклона, содержащее заполненный жидкостью корпус, погруженный полностью в жидкость поплавок на подвеске, преобразователь и систему для дистанционного съема информации о положении поплавка относительно корпуса, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений в условиях динамических нагрузок, поплавок выполнен в виде пустотелого конуса, вершина которого связана с основанием корпуса при помощи двукступенного шарнира, а в верхней части поплавка на основании укреплена крестовина, стержни которой выполнены из ферромагнитного материала и входят в осевые отверстия катушек, расположенных в корпусе и образующих со стержнями индуктивный преобразователь.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1; Патент Японии 9 46-21212,кл. Ш Л 31, 1971. 2. Патент Великобритании 9 3081552, кл. 6 1 Р, 1970.3, Заявка Франции 9 2134466, кл. Е 21 В 47/00, 1970.4. Патент Великобритании М 965347, кл. 0 1 Н, 1963.5. Авторское свидетельство СССР В 188046, кл, 0 1 С 9/18, 1960 (прототип).