NO147046B - Apparat for bestemmelse av deformasjonsdata under peling - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et apparat for bestemmelse av deformasjonsdata under peling, omfattende en deformasjonsmåler-transduktor tilpasset til å bli montert direkte på en pele, hvilken transduktor er forbundet med med kretsmiddel som frembringer vekselstrømsignaler, av-følingsmidler som kan tilkobles over transduktoren en forsterker koblet til å motta utmatninger fra avfølingsmidlene,

en demodulator koblet til forsterkerens utgang for å frembringe demodulerte signaler hvor spenning er proporsjonal med deformasjon, en første spenningsstyrt oscillator som styres av utmatninger fra demodulatoren, via et filter, en telemetrisender koblet til utgangen av første oscillator,

via en blander, en antenne tilpasset til å bli festet direkte til pelen, idet en andre spenningsstyrt oscillator har sin utgang via blanderen koblet til nevnte sender og blir alternativt koblet til nevnte demodulator via filteret eller til aksellerometeret, og en andre forsterker som kan tilkobles for å forsterke utmatninger for aksellerometeret.

Et apparat av denne type er bl.a. kjent fra US^patententene 3.156.910 og 3.535.919.

Oppfinnelsen kan eksempelvis, men ikke utelukkende anvendes

for fjernbestemmelse av deformasjonsdata under peling til sjøs.

Ved kjente løsninger for oppnåelse av deformasjonsdata under peling når deformasjonsmålere er festet til en stålpele,

hvilken drives og er koblet til et normalt likestrøms-eksiteringssignal og kondisjoneringsanlegg, er den elek-

triske utmatningen som frembringes en funksjon av deforma-sjonsnivået som er tilstede under deformasjonsmålerne pluss visse selvgenererende reaksjoner. Disse selvgenererende reaksjoner som ikke skjer på grunn av motstandsmessige endringer i deformasjonsmålerne stammer fra blant.lannét hastigheten av deformasjonsmålerbroen gjennom magnetiske felt som kan være tilstede, deres styrke, lukkede sløyfe-områder og øyeblikkelige magnetiseringsegenskaper i pele-materialet under høye belastningsnivåer. Således kan data

som frembringes ved slike kjente metoder bli høyst feil-aktige.

Når peling skjer til sjøs er det ofte vanskelig og umulig

å utføre slik peling med kabler som bærer deformasjonsdata fra deformasjonsmålere plassert på pelen til en lekter eller lignende fra hvilken pelingene utføres. I mange tilfeller må slik peling utføres uten at noen deformasjonsdata bestemmes. Dette kan bli uhyre kostbart ettersom sikker-hetsfaktorene, må oppgraderes ved fravær av pålitelig data.

Det er et formål ved denforeliggende oppfinnelse å overvinne de ovennevnte ulemper og tillate at nøyaktige deformasjonsdata bestemmes fra et fjerntliggende sted.

Det innledningsvis nevnte apparat kjennetegnes ifølge oppfinnelsen ved en første tidskrets koblet til å bli aktivert av en utmatning fra den andre forsterkeren og som er koblet til å aktivere en effektbryter som kobler på nevnte kretsmidler og nevnte sender under en forutbestemt tidsvarighet , og en andre tidskrets også aktivert fra effektbryteren som er koblet til å bli aktivert av den første tidskretsen og kalibreringsmotstander aktivert av effekt-transistor-bryteren anordnet til å bli koblet til transduktoren, ved hjelp av den andre tidskretsen, under en forutbestemt tidsvarighet ved begynnelsen av matingen av veksel-strømsignalene til transduktoren.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil lettere forstås fra den etterfølgende beskrivelse av en foretrukket utførelse av denne, i eksempels form, under henvisning til de ved-lagt tegninger. Fig. 1 er et blokkdiagram av et apparat for montering på en pele for bestemmelse av deformasjonsdata. Fig. 2 er et kretsdiagram av en del av apparatet i fig. 1 Fig. 3 er et blokkdiagram av en mottager for anvendelse av

data som er sendt fra apparatet i fig. 1.

Fig. 4 er et adskilt perspektivriss av en antenne for anvendelse med apparatet Fig. 5 er et sidesnitt^riss gjennom en pele som viser apparatet i fig. 1 og 2 montert på pelen. Fig. 6 er en bølgeform som viser operasjonsfrekvensen for apparatet i fig. 1 og 2. Fig. 7 gjengir en del av en reell registrering oppnådd under utprøvning av et apparat som vist i fig. 1, 2 og 3.

I figur 1 er det vist et blokkdiagran av et apparat for montering på en pele for bestemmelse av deformasjonsdata.

En deformasjonsmåler transduktOE 10 omfatter resistive de- m formasjonsmålere 11 som er koblet i en brokobling. Transduktoren 10 er koblet til et signal-kondis jonerings anlegg 12

via en kabel 13. En firkant^bølge vekselstrøms generator 14

er koblet over en side av brotransduktoren 10 for således å tilveiebringe eksitering til dennne. Generatoren 14 frembringer en topp-ti]-topp spenning på 5 volt ved en frekvens på lOKHz. En firkant-bølge-oscillator anvendes i stedet f°r en sinus-bølge-oscillator av flere grunner: (1) bølgeformen er lettere å generere elektrisk og opprettholde stabil, (2) filterkravene etter demodulering er ikke strenge, og (3) be-hovet for en kapasitiv balanse fjernes når kort eller vel balansert inngangskobling anvendes.

Utgangen fra d^ormasjonsmåler-broen 10 er koblet via en inn-gangstransformator 15 til en forforsterker 16 som har en høy og fast forsterkning på 100. Signalet går så, sammen med bærefrekvensen, inn i en fasefølsom demodulator 17 hvor det deformasjonsinduserte signalet trekkes ut fra bæreren. Et DC til 2 KHz annen ordens filter 18 tilveiebringer utjevning.

Den totale signal-kondisjonering&-anlegg forsterkningen kan justeres ved hjelp av en innloddbar motstand (RI, fig. 2) som justerer forsterkningen i demodulatortrinnet. Denne forsterkningsjustering er ønskelig for å få plass til forskjellige deformasjonsnivåer som er tilstede på forskjellige peler og drifts tilstander.

En fjerntliggende elektronisk påkoblings, i krets befinner seg innenfor signal konisjoneringsanlegget 12 • Et piezoelek^-

trisk akselerometer 19 som er fast festet på pelen er koblet til den elektroniske kretsen slik at når 60 G eller mer er tilstede blir en elektronsik<:>bryter Sl slukket, hvorved kraft tilføres senderen og den gjenværende signal kondisjonerings anleggs elektronikken. Tidskretsen som skal beskrive i det etterfølgende er anordnet slik at så snart bryteren Sl er lukket forblir den lukket i ca. 1 minutta under hvilken tid kontinuerlig data sende. Etter åpning lukkes bryteren igjen ved det neste hammerslaget i en periode av ca. ett minutt. Ved hver bryterlukning blir en shunt-kaliberings motstand også automatisk shuntet over en av deformasjonsmålerne i broen for å simulere en deformasjon. Dette vil bli omtalt i detalj under henvisning til fig. 2 Forskjellig kalibre-ringsmotstand kan velges etter behov basert på forventede deformasjonsnivåer.

Utgangen fra filteret 18 mates til to spenningsstyrte oscillatorer 119, hvis frekvens kan varieres fra en forutbestémt senterfrekvens ved hjelp av en inngangsspenning fra signal kondisjoneringsanlegget 12. I dette system er et par spenningsstyrte oscillatorer 119 koblet i parallell slik at data-signalet ikke mistes i tilfellet av en feil på en av oscil-latorene. Senterfrekvensen for de spenningsstyrte oscilla-torene 119 blir valgt lik 32 KH^ og 64 KHZ med evnen til å

bli modulert i frekvens pluss eller minus 40 % fra senter-frekvensen ettersom inngangsspenningene varierer + 2,5 volt fra + 2,5 volt. De to utgangssignalene blir så blandet line-ært i en blander 20 for å danne et enkelt sammensatt signal med tilstrekkelig størrelse til å drive en sender 21. En slik anordning tillater det sammensatte av de overflødige spenningsstyrte oscillator utmatningene til å avvike sender-bærefrekvensen for en enkelt sender. Alternativt kunne en av en-hetene 119 kobles til akselerometeret 19 for å tilveiebringe

ytterligere data.

Senderen 21 kan oppdeles i tre hoveddeler. En krystallstyrt oscillator anvendes for å frembringe en høyt stabil bærefrek-vens som er praktisk talt immun mot frekvensdrift tilknyttet sjokk og ekstreme temperaturer. Den andre delen er en modula-tor som avviker bærefrekvensen proprsjonalt med utgangssiganlet fra blanderen 20. Denne modulasjomsmåte benevnes frekvensmodulasjon (FM) eller fasemodulasjon. Ettersom signalet som genereres av oscillatoren har meget lav effekt, trengs det en effektforsterker for å øke effekten til et tilstrekkelig høyt nivå for å drive en antenne 22.

I fig. 2 blir utmatningen fra akselerometeret 19 matet via

to transistorer Tl og T2, hvilke forsterker utgangssignalet, for å aktivere en tidskrets 23 som frembringer en utmatning i et minutt. Kretsen 2 3 aktiverer effektbryteren Sl som i sin tur aktiverer en ytterligere tidskrets 24 som frembringer en utamtning i fem sekunder. Kretsen 24 aktiverer en felt-effekt transistorbryter S2 for å koble kalibreringsmotstandene 25 over deformasjonsmålerbroen 10 under fem sekunders varig-heten. Effektbryteren Sl vil i tillegg til å aktivere kretsen 24 også aktivene firkant bølge generator 14 og senderen 21.

Firkant-bølge generatoren 14 omfatter en D.C. regulator 26,

en strømforsterkningstransistor T3, en tidskrets 27 som tilveiebringer 10 KHZ på/av signalet.og en drivtransistor T4

for å drive tidskretsen 27 og tilveiebringe invertering.

Filteret 18 er tilveiebragt av en kondesåtorene Cl og C2 med forsterkeren 28 som tilveiebringer forspenning og en usym-metrisk utgang til de spenningsstyrte oscilatorene 119.

I figur 3 er det vist en krets for mottagelse og anvendelse

av signalenesom sendes fra antennen 22 (fig.l).

En mottager antenne 30 har en enkel koaksial k nstruksjon med en kvart bølgelengde, 33,02 cm stråler og 33,02 cm jordavskjerm-ing. Monteringen fullføres ved hjelp av et 1,90 cm. rør skrudd på et rustfritt stålrør. Alle utsatte metalldeler er plettert for å være motstandsdyktige mot vær og vind. Sig- i naiet detekteres av antennen 30 og mates gjennom standard koaksial kabel til en mottager 31. Lengden av kabelen bør be-grenses til ca. 30,5 meter på grunn av de tap som eksisterer.

Mottageren 31 er en frekvensmodulert (FM) type mottager som

er permanent innstilt på frekvensen for senderen (219,500 MHZ). Innbefattet i mottageren 31 er en støysperre krets som sperrer utgangen hvis enten intet signal mottas eller det mottatte signal er for svakt for gunstig signal til støyforhold. Ettersom en frekvensmodulasjon anvendes, er avvisningen av uønskede signaler og atmosfæriske forstyrrelser metget stor, slik som slike signaler frembragt av elektrisk buesveise-utstyr.

Det multipleksede signalet fra mottageren 31 mates til to parallellkoblede diskrLminatorer 32 som demodulerer hver av de modulerte hjelpebærerer frekvenseneog frembringer et utgangssignal som er proporsjonalt med det opprinnelige signalet. Diskriminatorene 32 inneholder begge null-forskyvnings og forsterkningskontroller for anvendelse i oppsetting av den registrerende instrumentering. Nullkontrollen justerer ut-gangsspenningen til null volt med hjelpebæreren på en senterfrekvens eller en nulldatatilstand. Forsterkningen justerer størrelsen av dataene eller deformasjonen til et passende nivå for registrering. Et DC til 2 KK^ utgangsfilter befinner seg i hver diskriminator 32 for i stor grad å minske alle frekvenser utenfor dette bånd innvefattende hjelpebærerfre-kvensen, for således å forbedre signal til støyforholdet. Utgangen fra diskriminatorene 32 er koblet til standard regi^ strerings eller fremvisningsanordninger (ikke vist). 1 fig. 4 er det vist et adskilt perspektivriss av en antenne-enhet som er hensiktmessig som senderantenne 22. Antennen 2 2 er montert på en underplate 4 0 som i sin tur er montert på en basisplate 41 for festing til en pele 42, f.eks. ved svei-sing. Et hull 43 er dannet i pelen for å muliggjøre elek-triske forbindelser til antennen 22. Antennen 22 er beskyttet av en beskyttende deksel 44 av syntetisk plast som passer ned på basisplaten 41.

Fig. 5 viser et snitt gjennom en pele 42 og vi^er antennen 22 plassert på den ytre overflaten av pelen. Akselerometeret 19 er vist festet til den indre overflaten av pelen 42. Fire krokorganer 45 er sveiset til den indre overflaten av pelen 42 og tjener til å bære en monteringsplate 46' ved hjelp av fire ettergivende steg 47 som er festet til disse ved hjelp av fastspenningsorganer 48. Monteringsplaten 4 6 bærer kretsen som vist i fig. 1 oppbevart og innkapslet i to hus 4 9 og bærer også et oppladbart nikkel kadmium batteri 50. Snittet av en péle 42 er et peleforlengelsesorgan som er festet til toppen av en pele forut for neddrivning. Deformasjonsmålerne 11 er festet til den indre overflaten av den aktuelle pelen som skal neddrives og er elektrisk koblet til kabelen 13.

Når man har apparatet plassert på en pele som skal drives néd bevirker det første hammerslaget akselerometeret 19 til å slå på elektronikken, slik det er beskrevet i detalj under henvisning til fig. 2. Fig. 6 viser dettemed bølgeformen 60

hvor ved punktet 60 a apparatet slås på, ved punktet 60b, etter fem sekunder, kalibreringen slås av og punktet 60c, etter ett minutt hvor hele utstyret slås av. Når man antar at neddrivingen fortsetter starter det neste hammerslaget den neste operasjonssyklusen og slike sykluser fortsetter inntil neddrivingen opphører.

På denne måte tilveiebringer utstyret kontinuerlig kalibre-ringssignaler for å muliggjøre lett bedømmelse, av registrerte data og på samme tid sikrer at strøm kun trekkes fra batteriet 5 0 under neddriving av en pele for således å redusere ned-koblingstiden for utstyret ved ladning av batteriet 50.

Ingen kabelforbindelser kreves mellom pelen og dataregistrer-ingsutstyret og muliggjør derfor enkel anvendelse ved peling til sjøs. Ved videre å anvende vekselstrømssignal—kondisjo-neringsanlegget 12 gir dataene som oppnås nøyaktige indika-sjoner av den reelle deformasjonen.

Et prototype apparat som vist er blitt bygget og utprøvet og fig. 7 viser en gjengivelse av-en del av reell data som er registrert i forstørret skala sammenlignet med fig. 6.

Claims (1)

1. Apparat for bestemmelse av deformasjonsdata under peling, omfattende en deformasjonsmåler-transduktor (10) tilpasset til å bli montert direkte på en pele (42), hvilken transduktor er forbundet med kretsmiddél (14) som frembringer veksel-strømssignaler, avfølingsmidler (15) som kan tilkobles over transduktoren (10), en forsterker (16) koblet til å motta utmatninger fra avfølingsmidlene (15), en demodulator (17) koblet til forsterkerens (16) utgang for å frembringe demodulerte signaler hvor spenning er proposjonal med deformasjon, en første spenningsstyrt oscillator (119) som styres av utmatninger fra demodulatoren(17), via et filter (18), en telemetrisender(21) koblet til utgangen av den første oscillatoren (119), via en blander (20), en antenne (22) tilpasset

   til å bli festet direkte til pelen (42) og bli elektrisk koblet til utgangen av senderen (21), et aksellerometer (19) som kan kobles direkte til pelen (42), idet en andre spenningsstyrt oscillator (119) har sin utgang koblet til nevnte sender (21) og blir alternativt koblet til nevnte demodulator (17) via filteret (18) eller til aksellerometeret (19), og en andre forsterker (Tl, T2) som kan tilkobles for å forsterke utmatninger for aksellerometeret (19), karakterisert ved en første tidskrets (23) koblet til å bli aktivert av en utmatning fra den andre forsterkeren (Tl T2) og som er koblet til å aktivere en effektbryter (Sl) som kobler på nevnte kretsmidler (i4) og nevnte sender (21) under en forutbestemt tidsvarighet, og en andre tidskrets (24) også aktivert fra effektbryteren (Sl) som er koblet til å bli aktivert av den første tidskretsen (23) og kalibreringsmotstander (25) aktivert av effekttrasistorbryteren (S2) anordnet til å bli koblet til transduktoren (10), ved hjelp av den andre tidskretsen (24), under en forutbestemt tidsvarighet ved begynnelsen av matingen av vekselstrømsignalene til transduktoren (10).