PL210419B1 - Urządzenie laserowe do pomiaru przemieszczeń drutu wahadła - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie laserowe do pomiaru przemieszczeń drutu wahadła, przeznaczone do kontroli odchyleń od pionu wysokich obiektów, zwłaszcza obiektów hydrotechnicznych.

Wszystkie wysokie budowle ulegają odchyleniom od pionu, głównie na skutek działania naprężeń wewnętrznych i czynników zewnętrznych. Ze względu na bezpieczeństwo wysokich budowli, a w szczególności budowli hydrotechnicznych, konieczna jest systematyczna kontrola zmian odchyleń. Do tego celu najczęściej stosuje się wahadło mocowane w możliwie najwyższym punkcie obiektu i składające się z drutu i obciążnika zanurzonego w zbiorniku z olejem w celu tłumienia drgań, a tym samym zwiększenia dokładności pomiaru. Osoba dokonująca pomiaru mierzy przesunięcie cienia drutu wahadła w stosunku do noniusza urzą dzenia pomiarowego. Stanowiska pomiarowe są usytuowane na róż nych wysokościach powyżej obciążnika.

Znane jest z patentu EP nr 1 524 498 urządzenie fotodetekcyjne z obrotowym systemem laserowym do wykrywania wielkości i kierunku nachylenia płaszczyzny do poziomu. Urządzenie fotodetekcyjne składa się przynajmniej z trzech fotodetektorów usytuowanych w taki sposób, że co najmniej jeden z nich jest umieszczony poza prostą łączącą pozostałe fotodetektory. Natomiast system laserowy emituje przynajmniej dwie wirujące półkoliste wiązki laserowe pod znanym kątem w stosunku do płaszczyzny poziomej i mające znany kąt rozwarcia między sobą. Zasada pomiaru polega na określeniu odległości pomiędzy obrotowym systemem laserowym a urządzeniem fotodetekcyjnym na podstawie różnic czasowych w odbiorze półkolistych wiązek laserowych przez fotodetektory. Gdy obrotowy system laserowy znajduje się w znanym punkcie, to do określenia odległości pomiędzy systemem laserowym a urządzeniem fotodetekcyjnym można zastosować GPS.

Znane jest również z patentu PL nr 152 157 urządzenie do pomiaru zmian nachylenia w pionie, zwłaszcza wysokich elementów budowlanych składające się z dwóch układów oświetlacz-fotodetektor ustawionych względem siebie pod kątem prostym. Na drucie wahadła na wprost układów oświetlacz-fotodetektor są zamocowane dwie przesłony ze szczelinami pionowymi. Przesłony muszą być bardzo dokładnie przymocowane do drutu wahadła w celu uzyskania wysokiej dokładności pomiaru. Wadą tego urządzenia jest możliwość zaniku sygnału pomiarowego, przy obrocie przesłon zamocowanych na drucie wahadła o kąt 90 stopni, wynikającym ze skręcenia drutu na skutek działania siły Coriolisa.

W rozwiązaniu według wynalazku urządzenie składa się z laserowego źródła ś wiatła, elementu odbijającego w postaci wirującego lustra lub pryzmatu, dwóch detektorów znaczników i dwóch detektorów odbiorczych zamkniętych we wspólnej obudowie. Wyemitowana przez laserowe źródło światłą wiązka odbija się od wirującego lustra lub pryzmatu i pada na detektory znaczników, które generują impulsy elektryczne. Natomiast wiązka odbita od drutu wahadła pada na detektory odbiorcze, które również wzbudzają impulsy elektryczne. Różnice czasowe w odbiorze impulsów elektrycznych generowanych przez detektory znaczników i detektory odbiorcze są funkcją kątowych przemieszczeń drutu wahadła. Urządzenie jest instalowane na obiekcie w taki sposób, aby drut wahadła znajdował się między dwiema prostymi przecinającymi się w osi obrotu elementu odbijającego i przechodzącymi przez pierwszy i drugi detektor znaczników.

Urządzenie według wynalazku dzięki zastosowaniu wirującej wiązki laserowej umożliwia ciągły pomiar zmian nachylenia obiektów względem drutu wahadła, a zastosowanie układu elektronicznego pozwala na zdalny, niezawodny, a przede wszystkim precyzyjny pomiar tych zmian. Wahadła kontrolowane przez urządzenia ze zdalnym pomiarem odchyleń mają możliwość włączenia w automatyczne systemy kontroli budowli hydrotechnicznych.

Wynalazek zostanie bliżej przedstawiony w przykładzie wykonania uwidocznionym na rysunku, na którym przedstawiono schematycznie urządzenie laserowe do pomiaru odchyleń od pionu drutu wahadła w widoku z góry.

Urządzenie laserowe do pomiaru odchyleń drutu wahadła składa się z laserowego źródła światła 1, elementu odbijającego 2 w postaci lustra lub pryzmatu przymocowanego do tarczy 3 silnika 4 i wprawianego w ruch obrotowy przez silnik 4, dwóch detektorów znaczników 5 i 5) i dwóch detektorów odbiorczych 6 i 6) służących do wzbudzania impulsów elektrycznych. Wiązka laserowa emitowana przez laserowe źródło światła 1 pada na wirujące lustro lub pryzmat 2 i odbita oświetla detektory znaczników 5 i 5), które generują impulsy elektryczne, natomiast wiązka odbita od drutu wahadła 7 pada na detektory odbiorcze 6 i 6), które również wzbudzają impulsy elektryczne. Na podstawie czasu pomierzonego pomiędzy impulsem powstałym na skutek odbicia wiązki laserowej od pierwszego dePL 210 419 B1 tektora znaczników 5 a momentem wygenerowania impulsu elektrycznego w wyniku oświetlenia detektora odbiorczego 6 przez wiązkę laserową odbitą od drutu 7 wahadła oraz czasu pomierzonego pomiędzy impulsem wygenerowanym przez detektory znaczników 5 i 5' można określić kąt między linią wytyczoną przez oś obrotu lustra 2 i oś drutu 7 a osią odniesienia, a tym samym wyznaczyć kątowe przemieszczenie drutu względem osi odniesienia.

Rejestracja czasów wzbudzania impulsów elektrycznych przez detektory, wyznaczenie wartości wzorcowego kąta α pomiędzy prostą przechodzącą przez oś wirującego lustra 2 oraz detektory znaczników 5 i 5 oraz kąta β między prostymi przechodzącymi przez oś wirującego lustra 2, detektor znaczników 5 i drut 7 wahadła, na ich podstawie wyznaczenie położenia drutu wahadła w stosunku do detektorów znaczników i wreszcie wyznaczenie kątowego przemieszczenia drutu względem osi odniesienia jest realizowane przez układ elektroniczny 8 usytuowany obok detektorów i wirującego lustra. Całość zamknięta jest w obudowie w celu zabezpieczenia urządzenia przed wpływem warunków zewnętrznych, takich jak: woda, kurz, osady, itp. Konstrukcja obudowy pozwala na jej częściowe otwarcie na czas pomiaru. Montując dwa identyczne urządzenia laserowe ustawione względem siebie pod kątem prostym, można określić położenie budowli względem drutu wahadła w dwóch płaszczyznach.

Claims (2)

1. Urządzenie laserowe do pomiaru przemieszczeń drutu wahadła składające się z laserowego źródła światła, elementu odbijającego, dwóch detektorów znaczników i dwóch detektorów odbiorczych umieszczonych w obudowie, znamienne tym, że element odbijający (2) ma postać wirującego lustra lub pryzmatu i odbija wiązkę laserową emitowaną przez laserowe źródło światła (1), która następnie pada na detektory znaczników (5) i (5) i w wyniku oświetlenia detektory znaczników (5) i (5) generują impulsy elektryczne, natomiast wiązka odbita od drutu (7) wahadła pada na detektory odbiorcze (6) i (6), które również wzbudzają impulsy elektryczne, przy czym różnice czasowe w odbiorze impulsów elektrycznych generowanych przez detektory znaczników i detektory odbiorcze są funkcją kątowych przemieszczeń drutu (7) wahadła.

2. Urządzenie laserowe według zastrz. 1, znamienne tym, że drut (7) wahadła jest usytuowany między dwiema prostymi przecinającymi się w osi obrotu elementu odbijającego (2) i z których jedna przechodzi przez detektor znacznika (5), a druga przez detektor znacznika (5).