Способ контроля состояния длинномерного объекта и устройство для его осуществления

,о 179 1.8 1 5 И Т Е ИЗОБ ПИСА АВТОРСКО У СВИДЕТЕЛЬСТ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт цветныхи благородных металлов(56) Авторское свидетельство СССРМ 1742615, кл. О 01 В 16/00, 1987.(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯДЛИННОМЕРНОГО ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике физико-механических величин и может быть использованодля контроля координат характерных точек Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, и может быть использовано для контроля координат характерных точек в комбинированных средах,Целью изобретения является контроль в нестабильной (.одной) среде положения свободного конца троса, второй конец которого закреплен за чет использования неподвижной системы координат и параметров длинномерного объекта - троса.На фиг,1 показан длинномерный объект в виде троса с закрепленными буем и якорем-массивом; на фиг,2 - поперечное сечение троса с оболочкой и волноводами; на фиг.3 - нижняя часть тросас волноводами и элементами врем иной задержки в их каналах; на фиг,4 представлена функциональная схема устройства, на примере его испольэо 2 в нестабильных средах, Цель изобретения -контроль в нестабильной среде положения конца троса, второй конец которого закреплен, Для этого используют не менее 3 волноводов; которйе закрепляют на тросе . вдоль его оси так, что плоскости их размещения образуют равные пространственные углы, С помощью волноводовопределяют распределение кривизны и кручения вдоль оси троса и используют полученные данные для определения полокения егосвободного конца. Способ осуществляется с помощью устройства, которое содержит трос в цилиндрической оболочке, по образующим которой жестко закреплены волноводы, в верхней точке троса. закреплен буй с ан 1 енной и аппаратурой приема передачи, а в нижней якорь-массив. 2 с.п.ф-лы, 7 ил.Ф вания для определения йоложени 1 плавс-редства при его использовании в качестве базы измерений; а на фиг,5 - структурная схема устройства, реализующего этот принцип; на фиг.б изображена структурная схема- устройства контроля повышенной надекности при организации базы измерений вне плавсредства, а на фиг,7 поясняющее работу этой схемы геометрическое построение,Устройство для контроля состояния длинномерного объекта содержит длинно- мерный объект в виде троса 1 с закрепленным на его Свободном конце буем 2, а на другом конце -якорем-массивом 3, причем трос содержит грузонесущие жилы 4 и заключен в защитную оболочку 5, два многомодовых волновода 6, выполненных в виде вытянутых по длине троса 1 и жестко эакрепленных на нем петель, плоскости которых образуют пространственный угол 900, элементы 7 задержки, каждый из которых установлен в средней части соответствующей петли волновода 6 э одном из его каналов, подключенные к входу каждого волновода 6 последовательно соединенные источник модулированной волновой энергии, выпЬлй 6 Мый в виде последовательно соединенйыхблока 8 запуска и модулятора 9, и простр 4 нственный фильтр 10, подключенные к выходу каждого волновода 6 последовательно соединенные пространственный фильтр 11, демодулятор 12, передатчик 13 сигналов и коммутатор 14, выход которого подключен к блоку 8 запуска и имеющий связь с антенной 15, установленной на буе 2 и предназначенной для дистанционного управления функционированием волноводов 6 и связи с блоком 16 обработки информации; Все блоки устройства размещены в буе 2. В случае использования результатов контроля для определения положения и скорости плавсредства 17 (фиг.5) устройство дополнительно содержит размещенные на плавсредстве 17 две антенны 18, позволяющие использовать его корпус в качестве базы, каждая из которых соединена с приемником 19 и передатчиком 20 на плавсредстве 17 через свой коммутатор, а выхо- ды обоих приемников 19 являются входами блока 16 обработки информации. Для более надежного определения координат и скоро сти плавсредства 17 (фиг.6) может быть использован дополнительный трос 1 с закрепленными на его концах дополнительными буем 2 и якорем-массивом 3, при этом якори-массивы 3 соединены между собой тросом, вдоль которого в оболочке также закреплены волноводы 6, являющиеся продолжением ранее указанных волноводов 6. Способ контроля состояния длинномерного обьекта с помощью устройства осуществляется следующим образом,Для исключения использования воды вкачестве среды распространения сигналов(фиг.1) от поверхности до дна устана- вливается длинномерный обьект в виде троса 1 с, закрепленными в верхней точке буем 2 и внижней якорем-массивом 3, Длина троса 1,плавучесть буя 2 и масса якоря 3 выбираются из известных соображений для фиксацйинижней точки троса 1 на дне и нахождениибуя 2 на поверхности воды с учетом волнения для заданного района и глубины,Для измерения распределений кривизны и кручения вдоль оси цилиндрическогодлинномерного обьекта-троса 1, которыеявляются натуральными уравнениями пространственной кривой и однозначно определяют ее форму и положение в пространстве, достаточно разместить по образующимпод одинаковым углом в плоскости попереч 5 ного сечения конструкции по крайней меретри волновода 6 для измерения кривизныобразующих. В то же время удобство размещения электронной аппаратуры в буе 2 (отсутствие требований к глубоководному10 исполнению и доступность при эксплуатации), а также возможность установки элементов 7 временной задержки в точкеприсоединения троса 1 к якорю 3 в одном изканалов волновода 6 с помощью перегиба15 последнего у якоря 3, позволяет с помощьюлишь двух волноводов 6 организовать наповерхности троса 1 четыре измерительныхволноводных линии под углом 90 друг кдругу, Введение элемента 7 временной за 20 держки, величина которой выбирается равной максимальной длительности сигнала вопорно-информативном канале к = - д, гдес- длина троса(волновода 6 в одном направ- .25 лении): с - , скорость света в вакууме илискорость звука в среде заполнения волновода 6; Р - замедлениев волноводе 6, позволяет разделить на выходе волновода 6сигналы, пропорциональные распределе 30 нию кривизны вдоль диаметрально-противоположных образующих троса 1,С помощью измеренных с помощьюволноводов 6 четырех распределений кривизны К(Я) вычисляется радиус-вектора й(Я)35 определяющий положение буя 2 по отношению к якорю 3 1 см. фиг.4), Для определенияположения и скорости плавсредства 17 поместим начало пространственной инерциальной декартовой системы координат40 ОХУ 7 в определяемое дальностями б 1 и б 2положение буя 2, направив координату Е по,оси недеформированного вертикально расположенного троса 1, соединенного на днес якорем 3. Под действием внешних возму 45 цений буй 2 сместится и займет положениеО, определяемое радиус-вектором В (3). Вэтом случае новое положение буя 2 будетхарактеризоваться й (Я) на оси ОХ и ОУ вгоризонтальной плоскости поверхности во 50 ды соответственно дх и ду, а также новымидальностями б 1 и б 2 до антенн плавсредст :ва 17 образующими базу Ь. Затем, определяя дальности б 1 и б 2 любым известнымметодом, с помощью значений базы Ь, от 55 ключений дх и ду определяется положениеплавсредства 17 по отношению к точке О,По сформированным передатчикам 13на плавсредстве 17 в СВЧ или оптическомдиапазоне волн сигналам, передаваемымЛО (1)4 Ь 55 дуг - ду 1) через свой коммутатор 22 и антенну 18, по.очередно возбуждается антенна 15, расположенная на буе 2, принятым сигналом, с которой через коммутатор 14 также на буе 2 включается блок 8 запуска модулятора 9, 5 Модулятор 9 генерирует также в СВЧ или оптическом диапазоне пространственные волны через фильтр 10, возбуждающие опорные каналы волноводов 6 (на фиг,5 для упрощения рисунка показан один волновод 6), например, в оптическом диапазон е, Этот сигнал, распространяясь вдоль волновода 6, возбуждает измерительные каналы за счет связи между модами каналов, которая функционально зависит вдоль волновода 6 от распределения измеряемой кривизны троса, а следовательно и кривизны самого волновода 6, Тем самым осуществляется пространственная модуляция опорного и измерительных сигналов, За счет разности 20фазовых и групповых скоростей мод опор-. ного и измерительного каналов на выходе каждого волновода 6 получается временная модуляция сигналов, Выделяя на выходе волновода 6 измерительный и опорный сигналы через разделительный пространственный фильтр 11, по их временной модуляции с помощью масштабных преобразований определяется распределение кривизны К (Я) вдоль оси волновода, в тем самым и кривизны троса. На выходе демодулятора 12 после поступления информации на его вход через фильтр 11 с выхода измерительного канала волновода 6 вырабатывается сигнал, пропорциональный кривизне образующей оболочки троса 1 от буя 2 до якоря-массива 3, Этот сигнал, усиленный и подготовленный к распределению через воздушную среду передатчиком 13, с помощью коммутатора 14 подводится к антенне 15 на буе 2 и передается на антенны 18 плавсредства 17. После прохождения через коммутатор 21 и поступления в приемник 19 информация с буя 2 обрабатывается блоком 16 на плавсредстве 17 и после определения двух дальностей и положения 45 буя 2 относительно якоря-массива 3 вычисляются координаты плавсредства 17 в локальной донной системе координат. В качестве блока 16 обработки информации может использоваться стандартная микроЭВМ или 50 микропроцессор. Далее полученная информация из блока 16 поступает в систему динамического позиционирования и на видеоконтрольные устройства (на фиг,5 не показаны). По известному положению плавсредства 17 относительно якоря-массива 3 через приращения в единицу времени определяется абсолютная скорость плавсредства 17 относительно дна. Можно также использовать допплеровский эффект, определяя сдвиг частот при установке пассивного отражателя (нэпример, зеркального сферического) на буе 2.Устройство (фиг.6) работает аналогично ранее описанному с отличиями в том, что с помощью волноводов 6 вдоль троса 1 нэ участке между якорями-массивами 3 определяется расстояние между последними, которое является неподвижной измерительной базой. Подробнее работа устройства по фиг,б иллюстрируется геометрическим построением. на фиг.7, где исходное положение плавсредства 17 обозначено Р, положение якорей-массивов 3 на дне В 1 и В 2, а буев 2, соответственно, В 1 и Вг. Поместим начало 0 неподвижной плоскости (горизонтал ьной) системы декартовых координат ХОУ в середину базы Ь, образованной точками В 1 и В 2, ось ОУ направим перпендикулярно В 1 В 2, а ось ОХ вправо вдоль базы Ь. Соединим отрезками прямых точку 3 с тачками В 1 и В 2, получив две дальности, соответственно, д 1 и бг, определяющие йоложение плавсредства 17 в донной системе координат, тогда о =(о 1+ ог) /2 Л= о 1 ог,В декартовой системе положение плавсредства 17 определяется известным образом из соотношений: В реальных условиях на плавсредстве 17 определяют дальности с 11 и ог да буев 2 1й (й + бг )й А с 11 бг и отклонения буев 2 от якорей-массивов 3, обозначенные на фиг,70 соответственно дх 1, дхг,ду 1,д уг.На основании тригонометрических соотношений и условия ьдх 1,2, (легко достигаемое на практике, так как отклонения заякорного буя составляет несколько десятков метров, а база Ь при глубине более километра из соображений удобства спуска якорей-массивов и размещающей способности по дальности, должна быть больше глубины, т,е, несколько километров), на плавсредства 17 определяется мгновенное значение новой, подвижной базы Ь1791757 и мгновенные координаты плавсредства 17 ния указанных величин в зоне проведения в подвижной системе Х О У, центр О кото- работ.рой помещен в середину базы Ь, образованнойбуями 81 и б 2,- : Формула изобретения( т(,1, Способ контроля состояния длинно - мерного объекта по авт. св. М 1742615, о т 4 Ьл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью контроляв нестабильной среде положения свободно у (.ъ Ь ч ЛО 10 го конца троса, второй конец которого за 2 2 4креплен, используют дополнительно немейее двух волноводов, все волноводы жестко закрепляют на тросе вдоль его оси вЗатем окончательно определяютсяплоскостях,проходящих через эту ось и об- .скорректированные по положению подвижной базы Ь 1 параметры д и о15 разующих равные пространственные угль(,д и по выходным сигналам волноводов определяют распределение кривизны и кручеЛюЛ+2 у . -- ь ние вдоль оси троса, характеризующие-У 1 У 22 д + Л 2 Ь - Ь . коордйнаты свободного. конца троса отно 20 сительно точки закрепления его второгодх 1 . Вхэ + .: конца,2 Л - Л , 2, Устройство для контроля состояниядлинномерного объекта по авт, св, М1742 бтб, о т п и ч а ю щ е е с я тем, что, сч х - ,25 цепью контроля е водной среде положения2 б - Лсвободного конца троса, второй конец которого закреплен на дне, оно снабжено буем,закрепленным на сеоббдном конце троса,2 б +Ь 2 д, - Ь. дополнительным волнаводом, последова 30 тельно соединенными вторым источникомдх 1 дхэ: .модулированной вопноабиэнергииитретьим .2 б ь Лл 24( - Лл прострайственным фильтрпм, подключенным к входу дополнительного волновода, подх 1 дхэ следовательнгуо "соединенными четвертым2 б + Ль 2 ат": - Л35 пространственнь(м фильтром й вторымдемодуляторем, подключенным к выходудополнительного волно вода, попарно-послеа нна осниогвании вь(РажениЯ (1) знамени ста- довательно сое иненными и е тдовательно соединенными передатчикамиНаходя приращениястационарнь(х ко дам демодуляторов, и коммутаторами, выхоординат на известный интервал времен ды кото ых по ключены к тды которых подключены к источникамЖ, нетрудно определить составляющие и мод ли" ованной волново эне и ажмодулированной волновой энергии, каждыйсаму величину абсолютной скоРости плавс из которых выполнен в виде последовательредс в 1 св эан о с дном локальной но связанных блока запуска и модулятора,системе координат45 причем все блоки устройства размещены вбуе, связанной с коммутатором антенной,ю ф - 1 . у У у : - установленной на буе и преднаэначеннойдля дистанционнбго управления функцио.нированием волноводов и связи с блокомЧх+Чу50 обработки информации, и двумя элементаь(= 2 2ми задержки, волноводы выполнены в видеКроме указанной области применения, вытянутых по длине троса и жестко закрепизобретение позволяет также контролиро- ленных на йем петель, плоскости которыхвать высоту волнения, а при размещении образуют пространственный угол 90 О, а каждополнительного волновода 6 от буя 2 до 55 дый элемент задержки установлен в среднейякоря-массива 3, реагирующего на измене- части соответствующей петли волновода в одние.температуры и давления, распределе- ном из его каналов.1791757 едакт орректор О, Гус аказ 149 Тираж По ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям 113035, Москва, Ж, Раушская наб, ул.Гагарина, 10 оставитель хред М,Мо екунотал сноеткрытиям при ГКНТ ССС