Устройство для крепления датчиков измерения кинематических параметров движения

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ДАТЧИКОВ ИЗМЕРЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКИХПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ал(57) Изобретение рений, в частност и ускорений. Цел увеличение надеж шение точности и тажа, Устройство содержит закреп конструкции конт относится к обл и к измерению ью изобретени ности креплен мерений и удо для креплени яемый на стр йнер, в которы о" НаМето- ования нов Фие б ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Сборник Ь 83/40 "Взрывное делучно-технического горного обществадики измерения и аппаратура для исследдействия взрыва" /Под ред, В.Н.РодиоА.Г.фомичева, М,: Недра, 1982, с. 99.Там же. с. 81. асти изме- скоростей я является ия и повыбства моня датчиков оительной й устанав1723488 ливается блок с датчиками скорости и ускорения. Контейнер выполняется в виде трубы 3 с днищем 4 на одном конце и ступенчатым фланцем 5 на другомБлок выполняется жестким с двумя парами взаимно перпендикулярных попарно параллельных отверстий с резьбой под соответствующие датчики. Установка блока с датчиками в контейнер производится посредством жесткого диска 9, к центральной части которого на болтах креИзобретение относится к области измерений, испытаний, а именно к измерению скоростей и ускорений.Известны жидкостные измерители скорости(ЖИС), которые могут быть исполнены для горизонтальной или для вертикальной установки. Их крепление к строительной конструкции осуществляется путем вворачивания в заранее устроенные соответственно вертикальные или горизонтальные отверстия с резьбой, например в приваренных к металлическим частям конструкции элементам с такими отверстиями.Недостатком такого технического решения является низкая точность измерений.Наиболее близким к изобретению является платформа (контейнер) для установки взаимно перпендикулярных датчиков ЖИС на массиве горной породы. Она имеет резьбовые отверстия, выполнена из стального уголка и установлена на поверхности на цементном растворе таким образом, чтобы обеспечить .вертикальную и горизонтальную ориентацию датчиков в пространстве.Укаэанное устройство обладает недостатками,Во-первых, оно не может обеспечить высокую точность измерений, так как резьбовые отверстия отклоняются от горизонтального или вертикального направления вследствие неточностей приварки, ручной установки на цементном растворе и т.д,Во-вторых, указанная платформа неудобна при монтаже системы измерений (в эксплуатации). Это вызвано тем, что ориентация платформы производится вручную без вспомогательных устройств, а фиксация его в нужном положении - с помощью цементного раствора, который долго набирает прочность (а платформа до его эатвердевания может сместиться по каким-либо причинам), подвержен деформациям усадок и т.д. Кроме того, после установки датчиков на платформе они находятся в открытом незащищенном положении и легко могут быть пится блок. Диск 9 устанавливается в цилиндрический уступ ступенчатого фланца и с помощью трех регулировочных винтов 11 выводится строго в заданное положение, для чего можно использовать уровень, отвес и т.д. Свободное пространство контейнера после установки в него блока с датчиками может заполняться вяжущим материалом, например цементно-песчаным раствором, эпоксидной смолой и т.п. 2 з,п, ф-лы, 6 ил,повреждены при монтаже системы измерений и при проведении испытаний,Цель изобретения - увеличение надежности крепления и повышение точности из мерений и удобства монтажа.Поставленная цель достигается тем, чтов устройстве для крепления датчиков изме-.рения кинематических параметров движения преимущественно строительной 10 конструкции при динамическом воздействии, содержащем контейнер с узлом крепления датчиков скорости и ускорения, узел крепления датчиков выполнен в виде установленногов контейнере блока с механиз мом его ориентации относительно блока иприжимным кольцом, причем контейнер выполнен в виде трубы .с днищем на одном конце и ступенчатым фланцем на другом, а механизм ориентации - в виде установлен ного с возможностью поворота на нижнейступени фланца и закрепленного к блоку жесткого диска с по крайней мере тремя регулировочными винтами, взаимодействующим с нижней ступенью фланца, при этом 25 прижимное кольцо закреплено к наружнойверхней ступени фланца по крайней мере в трех точках, а блок выполнен жестким с двумя парами взаимно перпендикулярных попарно параллельных отверстий с резьбой 30 для крепления датчиков, причем в каждойпаре ось одного из отверстий перпендикулярна плоскости диска, Кроме того, диск снабжен цанговыми зажимами для вывоДа монтажных проводов,. а свободное про странство контейнера заполнено вяжущимматериалом, преимущественно цементно- песчаным раствором или эпоксидной смолой, а в диске выполнено отверстие для нагнетания с наружной стороны через шту цер вяжущего материала. На фиг,1 показана схема установки уст- ройства на строительную конструкцию; на фиг.2 - то же, на наклонную конструкцию;45 на фиг.3 - то же, на вертикальную конструкцию; на фиг.4 - то же, на горизонтальнуюконструкцию; на фиг.5 - устройство, общий во внимание возможность определенноговид; на фиг,6 - сечение А - А на фиг.5. его перемещения при установке.Устройство для установки датчиков из- Крепление контейнера 2 к металличемерения кинематических параметров дви- . ской конструкции(фиг,4)осуществляютприжения строительной конструкции при варкой в двух уровнях (в уровне днища и вдинамическом воздействии содержит жест уровне около фланца) во всему периметру.ко монтируемый (вмонтирываемый) верти- Возможно применение каких-либо мощных .кально или горизонтально (на фиг.1-4 в тело стальных накладок,строительной конструкции контейнер 2. В . Во внутренний цилиндрический уступслучае горизонтального расположения кон ступенчатого фланца 5 на его нижнюю стутейнера его продольная ось еще должна. пень 8 устанавливается жесткий круглыйбыть направлена в заданном направлении.в металлический диск 9, который за счет зазогоризонтальной плоскости, например на ис- ра с краем верхней ступени 10 имеет возточник динамического воздействия (в соот- можность поворота в своей плоскости. Дискветствии с задачей эксперимента), 15 9 снабжен устройством ориентации относиКонтейнер 2 представляет собой (фиг.5) тельно плоскости фланца 5, которое состоитметаллическую (стальную) трубу 3, имею- из трех (или более) винтов 1.1, вворачиваещую на торце, вмонтирываемом в конструк- мых в диск 9 и упираемых в нижнюю ступеньцию, днище 4, приваренное по контуру, На 8 фланца 5. Устройство ориентации преддругом торце трубы 3 жестко закреплен 20 назначено для установки диска 9 в строго(приварен) ступенчатый фланец 5. Контей- вертикальную (с помощью отвеса) или внер 2 монтируется в строительную конст- строго горизонтальную(с помощью уровня)рукцию таким образом, чтобы ступенчатый плоскость (фланец 5 отклонен от этого полофланец 5 выступал над ее поверхностьюжения до 10 вследствие неточности уста(ориентировочно не менее, чем на 20 мм), 25 новки контейнера 2 при монтажепри этом его положение для наклонных по- строительных конструкций).верхностей .выбирается (вертикальное или Диск 9 жестко крепится к фланцу 5 (игоризонтальное) с учетом наименьшего по- всему контейнеру 2) посредством установкиворота плоскости фланца 5 от плоскости нанегометаллического(стального)прижимстроительной конструкции 1 до вертикаль ного кольца 12, притягиваемого к наружнойного(фиг.1) или горизонтального (фиг.2) по-верхней ступени 10 тремя или более болталожения оси ВС контейнера 2. Ступенчатый ми 13. Внутренний диаметр прижимногофланец 5 может быть обращен как вверх для кольца 12 выбирается так, чтобы обеспечитьэлементов пола (фиг.4), так и вниз для пото- надежное опирание кольца по. краю диска 9лочных элементов (фиг.1), Отклонение оси 35 по всему контуру, а наружный диаметр цеконтейнера 2 от вертикального, горизон- лесообразно выбрать равнымвнешнемудитального или третьего заданного направле- аметру фланца 5,ония может составлять до 10, что легко .К внутренней стороне диска 9 жесткообеспечивается при проведении строитель- закрепляется, преимущественно на болтахно-монтажных работ без применения спе 14, обращенный внутрь контейнера 2 блокциальных приборов. 15 с вертикальным 16 и горизонтальным 17Установку контейнера 2 в тело железо- датчиками скорости, с вертикальным 18 ибетонной строительной конструкции целе- горизонтальным 19 датчиками ускорения.сообразно производить до бетонирования, Блок 15 с целью исключения вибраций выприменяя анкера 6 (фиг.1-4) для крепления 45 полняется цельнометаллическим, преимук арматуре или опалубке, что после бетони- щественно из дюралюминия, Для установки .рования обеспечит надежное эамоноличи- указанных датчиков предусмотрены две павание и исключит вибрации. Если на ры взаимно перпендикулярных попарно паповерхности железобетонной конструкции раллельных отверстий с соответствующейпредусмотрена металлоизоляция 7 (фиг,З), 50 резьбой: отверстия 20 и 21 для датчиковто необходимо предусмотреть зазор между скорости и отверстия. 22 и 23 для датчиковкраемвыреза внейитрубкойЗконтейнера ускорения взаимно перпендикулярны; отпо всему периметру с целью исключения верстия 20 и 22 и отверстия 21 и 23 попарновлияния вибраций металлоизоляции 7. 55 .параллельны. Оси вертикальных отверстийДлина контейнера 2 (стальной трубы 3) 20 и 22 (и датчики 16 и 18) перпендикулярныможет выбираться разной в зависимости от плоскости блока 15, соприкасающейся сместа и условий установки (на наклонных плоскостью диска 9, а следовательно, перповерхностях - длиннее), а внутренний ди- пендикулярны плоскости диска 9, Отвераметр трубы 3 должен обеспечивать разме- стия 21 и 23(и датчиков 17 и 19) параллельныщение в ней блока с датчиками, принимая плоскости диска 9,ФПоскольку блок 15 выполняется в завод- жесткость и прочность крепления. На фиг.5 скихусловияхс высокойточностью, перпен- показан вариант компоновки блока 15 для дикулярность и параллельность укаэанных датчиков скорости ЖИС и датчиков ускореотверстий между собой и относительно пло- ния типа АП.5 Блок 15 надежно закрепляется преимуДатчики скорости ЖИС могут крепиться щественно с помощью нескольких болтов 14 к блоку 15 при помощи двух гаек 24 (датчик к диску 9, при этом монтажные провода 17), вворачиваемых с двух сторон в отвер- от датчиков 16-19 выводятся в отверстия в стие. Они могут крепиться также в глухом диске 9 через цанговые зажимы 26 и зажиотверстии (отверстие 20) с помощью одной 10 маются, Если провода намного тоньше, чем гайки 24 (датчик 16), В обоих вариантах дат- отверстия в зажиме, то можно использовать чик закреплен (зажат) с двух сторон, что жгут из какого-либо упругого герметика резко снижает вибрации по сравнению с (мягкой резины и т,п,) и в один зажим проконсольным вариантом и способствует су- пускать несколько проводов,щественному повышению точности измере Затем диск 9 с блоком 15 устанавливаний, Монтажные провода 25 от датчиков ется в контейнер 2 (фиг.5) блоком 15 внутрь выводятся в отверстие в гайке 24(датчик 17) контейнера, а диском 9 в уступ фланца 5 на или в отверстие в блоке 15 (датчик 16), его нижнюю ступень 8, После этого целесоДля вывода монтажных проводов 25 от образно установить прижимное кольцо 12 датчиковизконтейнера 2 вдиске 9 имеются 20 наболтах 13,незатягиваяих. Этонеобходиотверстия, снабженные на наружной повер-, мо в случае расположения контейнера хности его цанговыми зажимами 26 для фланцем 5 вниз (фиг.1) и фланцем в верти- предотвращения рения обрыва при сильных дина- кальной плоскости (фиг.2,3) для того, чтобы мических воздействиях (больших ускоре- при ориентации диска 9 с блоком 15 они ниях). 25 самопроизвольно не выпадали из контейнеПосле установки блока 15 с датчиками в ра 2.контейнер 2, вывода диска 9 с помощью Далее производится установка блока 15 устройства ориентации в горизонтальное с датчиками в требуемое положение, т.е. (вертикальное) положение и закрепления таким образом, чтобы два отверстия (и датприжимногокольца 12 свободноепростран чика) были вертикальны (например,.отверство внутри контейнера 2 с целью предотв- стия 21 и 23 в положениях контейнера на ращения возможных вибраций (и фиг 2 и 3 илиотверстия 20 и 22 вположениях искажений в показаниях датчиков) может контейнера на фиг.1 и 4), а другие два отверзаполняться через штуцер 27 вяжущим ма- стия (и датчика) - горизонтальны (отверстия териалом 28, например, цементно-песча 20 и 22 вположенияхконтейнеранафиг.2.и ным раствором, эпоксидной смолой, или 3 отверстия 21 и 23 в положениях конжидким стеклом с отвердителем или т.п, тейнера на фиг,1 и 4). Кроме того, во всехПредложенное устройство работает случаях горизонтальные отверстия (и датчиследующим образом, ки) должны быть направлены в заданномВ строительную конструкцию 1 (фиг.1- 40 направлении в горизонтальной плоскости.4) в период строительно-монтажных работ в Как правило это направление (третье в прове тикальное или горизонтальное положе- странственных координатах) задается от ние с точностью до 10 монтируется контей- точки установки датчика на точку источника нер 2 (стальная труба 3 с днищем 4 и динамическоговоздейетвияилижесоответ 45 ствует пересечению горизонтальной плоВ период монтажа системы измерений скости (где находится ось горизонтального . к блоку 15 крепятся датчики скорости 16,17 датчика) с плоскостью поперечного сечения и ускорения 18,19. Эти операции по крепле- протяженного сооружения.нию датчиков можно осуществлять как в по- В случае вертикального расположения левых условиях, так и в лабораторных 50 контейнера 2 (фиг.1,4) установка блока 15 (заранее). При этом цельнометаллический производится следующим образом.блок 15 можно изготовить под любые датчи- Пока болты 13 на затянуты, путем повоки скорости и ускорения; важно соблюдать рота диска 9 в своей плоскости производит- взаимную перпендикулярностьи попарную ся установка осей горизонтальных (в атом параллельность отверстий для их крепления 55 случае) датчиков 17 и 19 в заданном третьем к блоку (следовательно, и осей чувствитель- направлении в горизонтальной плоскости, ности соответствующих датчиков), а также Для ориентации в этом случае можно ис. перпендикулярность двух из укаэанных от- пользовать выступающие наружу из диска 9 верстий плоскости блока 15, соприкасаю- головки болтов 14 (фиг.5, вид сверху), но в щейся с плоскостью диска 9, и надежную этомслучаелиния,ихсоединяющая,должнабыть параллельна осям отверстий 21 и 23; к этим болтам (а с точки зрения геометрии и к болту 15) можно также закрепить какое-либо прицельное приспособление (мушку и пластинку с прорезью) и использовать его, Можно также на диске 9 в заводских условиях нанести две взаимно перпендикулярных линии (бороздки), одна из которых должна быть параллельна осям датчиков 17 и 19 и ориентировать диск 9 (и блок 15) по ним. После этого посредством вращения трех болтов 11 устройства ориентации производится, например с помощью пузырькового уровня, установка диска 9 (а следовательно и датчиков 17 и 19) в строго горизонтальное положение. Для контейнера, расположенного фланцем 5 (фиг.1), целесообразно использовать специальную магнитную полочку с зеркальцем, устанавливаемую на диск 9 снизу, на которой можно размещать уровень,В случае горизонтального расположения контейнера (фиг.2,3) установка блока 15 производится следующим образом.Путем поворота диска 9 в своей плоскости по отвесу, ориентируясь на головки болтов 11 или на другие специально предусмотренные ориентиры, оси отверстий 21 и 23 (и датчиков 17 и. 19) выводятся в вертикальную плоскость (но пока еще не в вертикальное положение), направленную приблизительно по оси ВС контейнера. Затем путем вращения винтов 11 устройства ориентации производится установка диска 9 таким образом, чтобы последний строго встал в вертикальную плоскость (по отвесу), а оси отверстий 20 и 22 (и датчиков 16 и 18), оказавшиеся при этом строго в горизонтальной плоскости, были направлены в заданном направлении (например, на источник динамического воздействия), для чего можно испольэовать специально вворачиваемый в блок 15 через отверстие в диске 9 стержень (его ось должна быть параллельна осям отверстий 20 и 22).Если же контейнер 2 расположен фланцем вниз (фиг.1) или вертикально (фиг,2,3), вращение болтов 11 при установке диска 9 в гбриэонтальное или вертикальное положение необходимо сопровождать соответству; ющим подтягиванием или отпусканием болтов 13 крепления прижимного кольца 12, так как под собственным весом диск с контейнером отходит от фланца 5.После установки блока 15 плоскость диска 9 будет отклонена от плоскости фланца5 на определенный угол а (фиг,1-3), который по существу будет равен углу, соответствующему неточной установке контейнера при проведении строительно-монтажныхработ,После установки блока 15 с датчиками свысокой точностью в требуемое положение3 производится установка прижимного кольца 12 и надежное его притягивание к фланцу5.болтами 13. Поскольку опирание диска 9на нижнюю ступень 8 фланца 5 происходитпо болтам 11, то для более надежного опи 10 рания (уменьшения пролета) и исключениявибраций при динамическом воздействии ктрем болтам 11 устройства ориентации целесообразно добавить, разместив междуними.по окружности того же диаметра, еще15 несколько болтов (три или шесть), закрутивих и уперев в нижнюю ступень 8 после притягивания прижимного кольца 12 (фиг,1, видсверху). Это будет способствовать такжеудобству установки диска 9 в требуемые по 20 ложения, так как из большего количествавинтов.11 для ориентации оператору можновыбрать три из них, наиболее доступные иудобно расположенные.После проведения указанных операций25 и подключения монтажных проводов к усилителям, регистраторам и т.д, устройствоготово к измерению кинематических параметров движения строительной конструкции. При этом с высокой точностью30 вертикальные датчики находятся в вертикальном положении, а горизонтальные - вгоризонтальном и направлены в заданномнаправлении, что обеспечивает высокуюточность измерений, При необходимости35 блок с датчиками можно демонтировать изконтейнера и использовать повторно надругих объектах испытаний, не говоря ужеоб использовании при повторных нагружениях той же строительной конструкции. При40 этом следует отметить, что если при первомнагружении строительная конструкция получила большие остаточные смещения (повороты), то предложенное устройствопозволяет скорректировать положение бло 45 ка 15 (устройством ориентации и поворотом диска 9 в своей плоскости) всоответствии с задачей эксперимента и свысокой точностью измерить кинематиче. ские параметры движения при втором (и50 т,д.) нагружении.Для более надежного исключения вибраций и крепления датчиков к строительнойконструкции, особенно при сильных динамических воздействиях, пространство внут 55 ри. контейнера можно заполнять вяжущимматериалом 28 (фиг .5), который закачивается в контейнер 2 через штуцер 27. Вослезатвердевания вяжущего материала 28строительная конструкция 1, контейнер 2,блок 15 и датчики 16,17,18,19 практическипредставляют собой единое целое, что исключает любые вибрации и обеспечивает высокую точность измерений и достоверность результатов. Однако в этом случае датчики и блок невозможно демонтировать и использовать на других объектах испытаний.При динамическом воздействии устройство работает следующим образом,Строительная конструкция под действием динамической нагрузки приходит в движение, характеризуемое (помимо других параметров) скоростью и ускорением своих отдельных точек (элементов). Контейнеры 2 (устанавливаемые как,правило в характерных точках) исходя из опыта теоретических и экспериментальных исследований) вместе с жестко и надежно закрепленными блоками, датчиками и т.д. приобретают те же величины скоростей и ускорений, что и строительная конструкция. При этом все описанные элементы устройства и его конструктивные особенности исключают (или сводят до минимума) влияние неточностей установки датчиков в требуемые положения, а также помехи от вибраций. Сигналы от датчиков посредством принятой системы измерений усиливаются с помощью усилителей и регистрируются с помощью регистраторов (осциллографов, магнитографов и т,и.). ф о р мул а и зо бр етен ия1, Устройство для крепления датчиковизмерения кинематических параметровдвижения преимущественно строительнойконструкции при динамическом воздействии, содержащее контейнер с узлом крепления датчиков скорости и ускорения, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличениянадежности крепления и повышения точно 5 сти измерений и удобства монтажа датчиков, узел крепления датчиков выполнен ввиде установленного в контейнере блока смеханизмом его ориентации относительноблока и прижимным кольцом, причем кон 10 тейнер выполнен в виде трубы с днищем наодном конце и ступенчатым фланцем на другом, а механизм ориентации - в виде установленного с возможностью поворота нанижней ступени фланца и прикрепленного к15 блоку жесткого диска с по крайней меретремя регулировочными винтами, взаимодействующими с нижней ступенью фланца,при этом прижимное кольцо закреплено нанаружной верхней ступени фланца по край 20 ней мере в трех точках, а блок выполненжестким с двумя парами взаимно перпендикулярных попарно параллельных отверстийс резьбой для крепления датчиков, причемв каждой паре ось одного из отверстий пер 25 пендикулярна плоскости диска,2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю ще ес я тем, что диск снабжен цанговыми зажимами для вывода монтажных проводов.3. Устройство поп.1, отл ич а ю щее 30 с я тем, что свободное пространство контейнера заполнено вяжущим материалом,преимущественно цементно-песчаным раствором или эпоксидной смолой, а в дискевыполнено отверстие для нагнетания с на 35 ружной стороны через штуцер вяжущего материала.