PL71570Y1 - Układ do monitorowania ukształtowania dna przy podporach mostowych - Google Patents

Description

Opis wzoru Przedmiotem wzoru u?ytkowego jest uk?ad do monitorowania ukszta?towania dna przy podporach mostowych, mocowany do podpory mostu i pracuj?cy w systemie zdalnym i automatycznym.

Ukszta?towanie dna wokó? podpór mostów zmienia si? pod wp?ywem silnego nurtu, powstaj?cego zw?aszcza podczas przej?cia wysokiej wody powodziowej. Obserwacja szybko?ci oraz stopnia zmian ukszta?towania dna w czasie rzeczywistym jest niezb?dna do zapewnienia bezpiecze?stwa budowli i szybkiego reagowania w przypadku wyst?powania podmy? podpór, które s? niebezpieczne dla budowli i gro?? katastrof?.

Na podstawie polskich i zagranicznych opisów patentowych i opisów wzorów u?ytkowych, których przedmiotem s? systemy monitorowania podpór mostowych i ich otoczenia ustalono, ?e znane s? w skali mi?dzynarodowej patenty japo?skie, korea?skie, chi?skie oraz ameryka?skie dotycz?ce przedmiotowego tematu.

Znany z opisu patentowego CN102087360 wynalazek dotyczy systemu i sposobu obserwacji lokalnego rozmycia dna przy podporze. Jako nadajnik sygna?u, u?ywanego do pobierania danych podwodnych, zosta? zastosowany zespó? sond ultrad?wi?kowych. Dane odczytywane z sygna?u zwrotnego s? transmitowane do serwera, na którym zainstalowano specjalny modu? do interpretacji informacji o stopniu rozmycia dna wokó? podpory. System mo?e pobiera? dane w czasie rzeczywistym poprzez sondowanie du?ej powierzchni wokó? badanej podpory oraz przekazywa? dane do serwera poprzez modu? komunikacji bezprzewodowej.

W opisie patentowym KR100832924 przedstawiono instrument pomiarowy, skonstruowany w celu precyzyjnego pomiaru stopnia rozmycia dna wokó? podpór mostowych. Instrument sk?ada si? z sondy, g?ównego korpusu, podno?nika oraz jednostki pomiarowej. Sonda jest umieszczana pod wod? i ma sta?y kontakt z pod?o?em tak, aby obni?a? swój poziom równolegle do stopnia rozmycia. G?ówna cz??? urz?dzenia, o kszta?cie cylindrycznym, jest instalowana na obiekcie mostowym i sk?ada si? z podno?nika oraz jednostki pomiarowej. Podno?nik jest po??czony z sond?. Jednostka pomiarowa mierzy warto??, o któr? przemie?ci?a si? sonda w dó?.

Metoda pomiaru rozmycia dna oraz urz?dzenie do tego celu s? przedmiotem wynalazku, przedstawionego w opisie patentowym US 5479724. Urz?dzenie wykorzystuje przyci?ganie magnetyczne pomi?dzy ci??arkiem, spoczywaj?cym na dnie cieku wodnego, a sond? magnetyczn?, umieszczon? wewn?trz komory prowadz?cej, z któr? po??czony jest ci??arek. Oddzia?ywanie magnetyczne pomi?dzy sond? i ci??arkiem powoduje utrzymywanie pomi?dzy nimi ustalonej pozycji. To pozwala u?ytkownikowi wykry? zmniejszon? si?? w linie podtrzymuj?cej i zidentyfikowa? po?o?enie ci??arka, a zatem i samego dna. W drugim przyk?adzie zastosowania opisanym w tym samym wynalazku, urz?dzenie dodatkowo zawiera drugi ci??arek, umieszczony na dnie rzeki i przesuwnie zamocowany do prowadnicy w sposób umo?liwiaj?cy pomiar wype?nienia rozmycia dna wokó? podpór. Czujnik jest osadzony w komorze i ma mo?liwo?? swobodnego opadania a? do poziomu ci??arka gdzie oddzia?ywanie magnetyczne podtrzymuje ten czujnik.

Rozwi?zanie, przedstawione w polskim opisie zg?oszeniowym P.358347, umo?liwiaj?ce zobrazowanie stanu dna akwenu, polega na tym, ?e echosond? wraz z systemem GPS montuje si? do jednostki p?ywaj?cej. Echosonda podczas pomiaru jest zanurzona w wodzie. Nad echosond? jest umieszczony GPS z anten? po??czony wraz z echosond? z rejestratorem, na którym zapisywane s? dane z echosondy, jak odleg?o?? mi?dzy lustrem wody a dnem, temperatur? wody oraz dna, po?o?enie echosondy, dat? i czas. Lokalizacja pomiaru jest rejestrowana przez GPS, wspó?dzia?aj?cy z satelit?.

Celem rozwi?zania wed?ug wzoru jest opracowanie uk?adu do monitoringu, który po zainstalowaniu przy podporze mostu, umo?liwi zdalne sterowanie pomiarami oraz dostarczenie i zarejestrowanie wyników pomiarów, daj?cych kompleksow? informacj? hydrologiczno-hydrograficzn? m.in. o ukszta?towaniu dna badanego sektora w okolicach podpory, temperaturze i poziomie wody.

Uk?ad wed?ug wzoru przeznaczony jest do zainstalowania przy podporze mostu i sk?ada si? z sonaru, wyposa?onego w przetwornik hydroakustyczny z mechanizmem obrotowym do jego pozycjonowania, sterownika sonaru i centrali steruj?cej, po??czonej przewodowo z sonarem.

Centrala steruj?ca umo?liwia bezprzewodowe po??czenie z komputerami odbieraj?cymi wyniki pomiarów.

Sonar poprzez sterownik po??czony jest kablem zasilaj?co-sygna?owym z central? steruj?c?, która sk?ada si? z komputera monitoruj?co-steruj?cego oraz modu?u ??czno?ci bezprzewodowej, przekazuj?cej dane do komputerów odbieraj?cych wyniki pomiarów: komputera przechowuj?cego dane oraz komputera u?ytkownika - operatora.

Sonar ma szczeln? obudow? w kszta?cie czaszy, w której oprócz przetwornika hydroakustycznego z mechanizmem obrotowym znajduje si? tak?e czujnik temperatury i ci?nieniowy czujnik g??boko?ci wody, po??czony kablem zasilaj?co-sygna?owym z central? steruj?c?. Os?ona sonaru i czujnika jest zamocowana do sztywnego wysi?gnika, który s?u?y do zamocowania do podpory mostu.

Uk?ad przeznaczony jest do zamocowania do podpory mostu w taki sposób, ?e sonar z czujnikiem znajduje si? poni?ej lustra wody, natomiast centrala steruj?ca znajduje si? powy?ej lustra wody i jest po??czona ze ?ród?em energii poprzez zasilacz lub jest wyposa?ona w akumulator po??czony z bateri? s?oneczn? ewentualnie elektrowni? wiatrow?.

Pomiar odleg?o?ci do dna w ca?ym badanym sektorze ma na celu zgromadzenie informacji o g??boko?ci rozmycia dna wokó? podpory. Do tego celu s?u?y przetwornik hydroakustyczny, który mierzy odleg?o?? do dna w danej pozycji. Pozycja przetwornika zmieniana jest poprzez uk?ad obrotowy, skonstruowany na zasadzie silników krokowych. Skok pomi?dzy dwoma kolejnymi po?o?eniami mo?e by? zaprogramowany przed wykonaniem cyklu pomiarowego. Zainstalowany uk?ad wykonuje pomiar w danym sektorze, zmieniaj?c po?o?enie k?towe przetwornika w dwóch osiach obrotu, co sk?ada si? na jeden pe?ny cykl pomiarowy. Ci?nieniowy czujnik g??boko?ci s?u?y do kontroli odleg?o?ci do lustra wody. Zmierzona odleg?o?? w danym czasie mo?e zosta? dodana do wyników pomiarów batymetrycznych lub s?u?y? jako kontrola poziomu wody. Czujnik temperatury s?u?y do okre?lenia temperatury wody potrzebnej do oszacowania pr?dko?ci rozchodzenia si? d?wi?ku w wodzie, niezb?dnej przy obliczaniu odleg?o?ci od przetwornika do dna.

Po??czenie centrali steruj?cej z zewn?trznym ?ród?em energii oraz wyposa?enie jej w nadajnik do bezprzewodowej ??czno?ci z komputerem odbiorczym operatora umo?liwia zdalne sterowanie tj. uruchamianie systemu pomiarowego, programowanie cz?sto?ci wykonywania cyklu pomiarów, zmniejszenie lub zwi?kszenie sektora pomiarowego, kontrol? stanu pracy urz?dzenia.

Pomiary wykonywane przy u?yciu uk?adu wed?ug wzoru dostarczaj? kompleksowych informacji: - hydrograficznych, poprzez pomiar ukszta?towania dna - w postaci zbioru punktów w przestrzeni w uk?adzie lokalnym, mo?liwy do przedstawienia w postaci wykresów 2D lub 3D, - hydrologicznych, poprzez pomiar poziomu i temperatury wody za pomoc? czujnika ci?nieniowego i temperaturowego.

Przedmiot wzoru jest przedstawiony na schematach rysunku, na którym fig. 1 przedstawia ogólny uk?ad monitoringu, zainstalowany przy podporze mostu, fig. 2 - cz??? uk?adu zamontowan? przy podporze mostu, fig. 3 - budow? sonaru, fig. 4 - zamocowanie uchwytu sonaru do podpory mostu, fig. 5 - central? steruj?c?, fig. 6 - ?ród?a zasilania centrali w energi?, fig. 7 - przep?yw danych z pomiarów.

Uk?ad sk?ada si? z sonaru 1, czujnika temperatury wody i ci?nienia wody 2 uchwytu 3, do którego zamocowany jest sonar i, centrali steruj?cej 4, po??czonej kablem zasilaj?co-sygna?owym 14 z sonarem 1 i czujnikiem 2.

Sonar 1 sk?ada si? z przetwornika hydroakustycznego 10, mechanizmu pozycjonuj?cego 11 przetwornik 10, sterownika 12, po??czonego kablem zasilaj?co-sygna?owym 14 z central? steruj?c? 4 oraz ze szczelnej obudowy 9 w kszta?cie czaszy. Mechanizm pozycjonuj?cy 11 jest wyposa?ony w mechanizm obrotowy, skonstruowany na zasadzie silników krokowych. Sonar 1 wraz z czujnikiem 2, mierz?cym temperatur? wody i ci?nienie wody, osadzony jest w sztywnej os?onie 15, po??czonej z uchwytem 3, który s?u?y do zamocowania uk?adu do podpory mostu 8 przy u?yciu elementów mocuj?cych 16, w wyznaczonym miejscu, tak, aby sonar 1 wraz z czujnikiem 2 znajdowa? si? poni?ej lustra wody. Czujnik 2, mierz?cy temperatur? oraz ci?nienie wody, jest zintegrowany z ca?ym uk?adem przez po??czenie kablem zasilaj?co-sygna?owym 14 z central? steruj?c? 4.

Centrala steruj?ca 4 sk?ada si? z komputera monitoruj?co-steruj?cego 17 oraz modu?u ??czno?ci bezprzewodowej 18. Centrala 4 jest umieszczona w obudowie, wyposa?onej w gniazdo do pod??czenia zasilania. W obudowie centrali 4 jest przewidziane miejsce do umieszczenia akumulatora 19, który mo?e by? zamontowany w przypadku zasilania z baterii s?onecznej 20 lub elektrowni wiatrowej 21 Jako zewn?trzne ?ród?o zasilania 5. mo?e by? wykorzystana tak?e sie? elektryczna z l?du 22, w takim przypadku nale?y zastosowa? izolowan? przetwornic? napi?cia AC/DC 230/12 V. Przetwornica nie jest elementem uk?adu, lecz stanowi dodatkowe doposa?enie instalacyjne.

Z uk?adu, stanowi?cego przedmiot wzoru, zamontowanego przy podporze mostu 8, poprzez central? steruj?c? 4, wynik pomiarów jest przekazywany bezprzewodowo, zdalnie, do komputera 6, zapisuj?cego kopi? danych z pomiarów i komputera u?ytkownika - operatora 7 z wymaganym oprogramowaniem, znajduj?cych si? poza podpor? mostu, w odleg?ym od niej miejscu i bezprzewodowo, np. systemem GPRS, nale??c? do uk?adu. Inicjacja uk?adu nast?puje w momencie pod??czenia zasilania do zainstalowanej na podporze mostu 8 centrali steruj?cej 4. po??czonej z sonarem 1. Komputer monitoruj?co-steruj?cy 17, znajduj?cy si? w centrali 4 automatycznie rozpoczyna ka?de badanie zadane wg wcze?niej zdefiniowanego harmonogramu. Komputer monitoruj?co-steruj?cy 17 rozpoczyna prac? poprzez wys?anie komendy do sterownika 12 sonaru 1 oraz do czujnika temperatury i ci?nienia wody 2. Czujnik ten rozpoczyna pomiar przekazuj?c dane bezpo?rednio do komputera monitoruj?co-steruj?cego 17. Sterownik 12 sonaru 1 wprawia w ruch mechanizm pozycjonuj?cy 11 przetwornik 10 oraz pobudza ten przetwornik do pracy. Przetwornik 10 wysy?a i odbiera impulsy akustyczne, które s? przetwarzane na sygna? elektryczny przesy?any do sterownika 12. Sterownik ten przetwarza odebrany sygna? do postaci binarnej i przesy?a je do komputera monitoruj?co-steruj?cego 17, w którym s? gromadzone dane od chwili rozpocz?cia do zako?czenia pe?nego cyklu pracy sonaru 1. Po wykonaniu badania dane s? wst?pnie analizowane pod k?tem konieczno?ci nadania alarmu. W przypadku konieczno?ci nadania alarmu generowana jest odpowiednia wiadomo?? i wysy?ana poprzez sie? GSM (email, sms). Nast?pnie, komputer monitoruj?co-steruj?cy 17 przesy?a dane do komputera przechowuj?cego kopi? danych 6 poprzez modu? ??czno?ci bezprzewodowej 18. Na komend? wys?an? z komputera operatora 7, dane s? pobierane z komputera 6 na komputer u?ytkownika-operatora 7 i wprowadzane do oprogramowania. Oprogramowanie przedstawia wyniki w formie graficznej i wy?wietla je w oknach dialogowych na ekranie monitora. Dane mog? by? zapisywane do plików graficznych. Operator ze swojego stanowiska ma mo?liwo?? bezpo?redniej komunikacji z komputerem monitoruj?co-steruj?cym 17 w celu aktualizacji parametrów pracy, takich jak harmonogram bada?, zakres bada?, lista osób, do których trafi wiadomo?? z alarmem. Operator ma tak?e mo?liwo?? zadania dodatkowego badania wykonanego poza harmonogramem. Na tym etapie ko?czy si? przep?yw informacji.

Uk?ad do monitorowania wed?ug wzoru jest szczególnie przydatny do obserwacji dna wokó? podpór mostowych nara?onych na zmieniaj?cy si? w czasie nurt wody, zw?aszcza podczas powodzi. Sonar z czujnikiem montuje si? poprzez uchwyt na podporach mostu, od strony nap?ywaj?cej wody i po dwóch bokach, gdy? s? to miejsca, przy których podczas powodzi nast?puje najwi?ksze rozmycie. Uruchomienie uk?adu umo?liwia zdaln? obserwacj?, na bie??co, ukszta?towania dna wokó? podpory w uk?adzie trójwymiarowym. W sytuacjach awaryjnych, gdy rozmycie dna przy podporze przekroczy warto?? graniczn? z centrali steruj?cej uk?adu wed?ug wzoru, wysy?ane s? sygna?y alarmowe do wskazanych osób, odpowiedzialnych za bezpiecze?stwo mostu, poprzez komputery, co mo?e zapobiec katastrofie i zniszczeniu przeprawy mostowej.

Mo?liwo?? uzyskania trójwymiarowego obrazu ukszta?towania dna wokó? podpory mostu pozwala na intuicyjne rozpoznawanie czy sytuacja hydrologiczna stwarza zagro?enie dla stabilno?ci konstrukcji mostu. Umo?liwia tak?e na dok?adn? ocen? zagro?enia i miejsca jego wyst?powania.

Claims (1)

1. Uk?ad do monitorowania ukszta?towania dna przy podporach mostowych, zawieraj?cy sonar, modu? ??czno?ci bezprzewodowej oraz komputer do zbierania danych z pomiaru, znamienny tym, ?e sonar (1) jest po??czony kablem zasilaj?co-sygna?owym (14) z komputerem monitoruj?co-sterujacym (17), zamontowanym w centrali steruj?cej (4) w postaci pudelka, w którym umieszczony jest modu? ??czno?ci bezprzewodowej (18) oraz akumulator (19) komputera (17) zasilany przewodem w energi? (5), przy czym sonar (1) ma posta? czaszy, zamocowanej do sztywnego uchwytu (3), a w czaszy znajduje si? przetwornik hydroakustyczny (10) z mechanizmem pozycjonuj?cym (11) i sterownik (12) przetwornika (10), pod??czony do kabla (14). Uk?ad wed?ug zastrz. 1, znamienny tym, ?e czasza sonaru (1) jest osadzona w os?onie (15), doktórej, przy czaszy sonaru (1), zamocowany jest czujnik temperatury i ci?nienia wody (2), po??czony kablem zasilaj?co-sygna?owym (14) z komputerem monitoruj?co-steruj?cym (17).