SU1078244A1 - Гидростатический нивелир - Google Patents

Abstract

ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ НИВЕЛИР, содержащий сообщакадиес  сосуды с жидкостью, соединенные трубопроводом , в торце которых установлены акустические преобразователи, синхронизатор , триггер, последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, усилитель- ограничитель , измеритель времени, а также последовательно соединенные блок опроса и арифметический блок с индикатором , формирователь, вьйсод которого соединен с вторым входом блока опроса, отличающийс   тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей, он снабжен фильтром-смесителем, раз делительным фильтром, блоком задерж ки, коммутатором, блоком ИЛ1 с магистральным усилителем, блоком селекции и кода начала измерений, причем последовательно включены фильтрсмеситель , первый вход которого подключен к точке соединени  формировател  и синхронизатора., а второй - к вьоходу источника питани , разделительный фильтр, первый выход которого соединен с входом триггера, а остальные - с шинами питани  блоков, блок задержки, включенный между первым выходом триггера, соединенным с вторым вхос дом измерител  времени и входом генератора зондирующих импульсов, (Л последовательно включены коммутатор многоканальные входы которого подключены к соответствующим акустическим преобразовател м, первый одноканальный вход - к второму выходу триггера, второй - к выходу генератора зондирующих импульсов, блок ИЛИ с магистральным усилителем , одноканальный вход которогд оо ьо подключён к второму выходу триггера , а многоканальный - к выходу измерител  времени, магистральный уси литель, выход которого соединен с многоканальным входом блока опроса, 4;: блок селекции и кода начала изме4i рений, выход которого соединен с вторыми входами блока опроса и формировател .

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к устройствам дл  определени  превышений с помощью сообщающихс  сосудов, наполненных однородной жидкостью, и «южет быть использовано дл  систематических измерений осадок промышленных и специальных сооружений .

Известны гидростатические нивелиры , содержащие два и более измерительных сосудов, соединенныхтрубопроводом и заполненных рабочей жидкостью, снабженные электродами дл  регистрации уровн  жидкости в с рудах контактным способом, в частHOCTVL приборы, основанные на определении момента замыкани  контактов электрической цепи жидкостью tl3.

Известны гидродинамические нивелиры , содержащие сообщающиес  сосуды с расположенными в них электроJ--лми дл  регистрации уров.н  жидкости , устройство дл  измерени  уровн  жидкости в сосудах и блок обработки информации 2 - 4.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту  вл етс  гидростатический нивелир, содержащий сообщающиес  сосуды с жидкостью , последовательно соединенные синхронизатор, триггер, первый генератор зондирующих импульсов, к выходу которого подключен первый акустический преобразователь, размещенный в верхней части первого сооби1ающегос  сосуда, первый усилитель , измеритель времени, блок опроса , арифметический блок и индикатор , а также последовательно соединенные второй генератор зондирующих импульсов, вход которого соединен с первым выходом триггера, а выход - с вторым акустическим преобразователем , установленным аналогично первому во втором сообщающемс  сосуде, и усилитель, выход которого подключен к второму входу измерител  времени, а также формирователь , включенный между вторым выходом триггера, соединенным с вторым входом блока опроса, и вторым

входом арифметического блока Csj.

I

Однако известный нивелир при его использовании в качестве прогибомера характеризуетс  низкой оперативностью: необходим многократный перемонтаж и переприв зка сосудов-датчиков , так как дл  определени  прогиба необходимо знать превышени  по крайней мере в трех точках конструкции . Особенно велики потери времени и экономические затраты при производстве контрол  конструкций с большими пролетами. Таким образом, известное устройство характеризуетс 

недостаточными функциональными возможност ми .

Целью изобретени   вл етс  расшрение функциональных возможностей устройства.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство, содержащее сообщающиес  сосуды с жидкостью, соединенные трубопроводом, в торце которых установлены акустические преобразователи, синхронизатор, триггер, последовательно соединенные генератор зондирующих импульсо усилитель-ограничитель, измеритель времени, а также последовательно соединенные блок опроса и арифметический блок с индикатором, формирователь, выход которого соединен с вторым входом блока опроса снабжено фильтром-смесителем, разделительным фильтром, блоком задерки , коммутатором, блоком ИЛИ с магистральным усилителем, блоком слекции и кода начала измерений, причем последовательно включены фильтр-смеситель, первый вход которого подключен к точке соединени  формировател  и синхронизатора, а второй - к выходу источника питани , разделительный фильтр, первый выход которого соединен с входом триггера, а остальные - с шинами питани  блоков, блок задержки, включенный между первым выходом триггера, соединенным с вторым входом измерител  времени, и входом генератора зондирующих импульсов, последовательно включены коммутатор , многоканальные входы которого подключены к соответстсвующим акустическим преобразовател м, первый одноканальный вход - к второму выходу триггера, второй - к выходу генератора зондирующих импульсов, блок ИЛИ с магистральным усилителем , одноканальный вход которого подключен к второму выходу триггера , а многоканальный - к выходу измерител  времени, магистральный усилитель, выход которого соединен с многоканальным входом блока опроса , блок селекции и кода начала измерений, выход которого соединен с вторыми входами блока опроса и формировател .

На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства.

Гидростатический нивелир содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, фильтр-смеситель 2, второй вход которого подключен к выходу источника 3 питани , разделительный фильтр 4, триггер 5, блок 6 задержки, генератор 7 зондирующих импульсов, усилитель-ограничитель 8, измеритель 9 времени, второй вход которого соединен с первым выходом триггера 5, блок

ИЛИ 10 с магистральнЕлм усилителем, одиоканальный вход которого подключен к второму выходу триггера 5, м гистральный усилитель 11, блок 12 опроса, первий одноканальный вход которого подключен к выходу синхронизатора 1 через формирователь 13, вход которого соединен с вторы одноканальным входом блока 12 опроса и выходом блока 14 селекции кода начала измерений. Вход которого соединен с выходом магистраль ного усилител  11. К выходу блока 12 опроса подключен арифметический блок 15 с индикатором. Кроме того , устройство снабжено по крайней мере двум  акустическими преобразовател гФ 16 и 17, подключенными к соответствующим входам кo lмyтaтoра 16, первый одноканальный вход к торого соединен с вторым выходом триггера 5, а второй - с выходом генератора 7 зондирующих импульсов причем акустические преобразователи 16 и 17 установлены в торцах, например, верхних сосудов 19, соединенных между собой трубопроводом 20 и заполненных частично жидкостью 21.

Устройство работает следующим образом.

Перед проведением измерений сосуды 19, соединенные трубопроводом 20, заполн ют жидкостью 21 и устанавливают на исследуемом объекте: если выполн етс  нивелировка, то один из сосудов 19 размещают На репере; если определ етс  прогиб конструкции, то сосуды 19 размещают с заданным шагом вдоль изгибаег-юго элемента. (Жидкость 21 по трубопроводу 20 распредел етс  в сосудах 19 согласно закону сообщающихс  сосудов. При включении ус ройства Напр жение от источника 3 питани  подаетс  на основные блоки , в том числе через фильтр-смеситель 2, коаксиальный кабель и разделительный фильтр 4 на шины питани  блоков 5-10 и 18. В арифметический блок 15 ввод т соответствующую программу обработки числовы результатов.

Синхронизатор 1 вырабатывает короткие периодически следующие импульсы , которые через фильтр-смеситель 2, коаксиальный кабель и разделительный фильтр 4 подаютс  на счетный вход триггера 5, вызыва  каждый раз изменение его состо ни . Положительный потенциал (выбор пол рности исключительно дл  нагл дности описани  ) , по вл ющийс  на втором выходе триггера 5, вызывает изменение состо ни  счетчика коммутатора 18, вследствие чего к входу генератора 7 зондирующих импульсор подключаетс  акустический преобразователь 16 или 17 (на практике число акустических преобразователей может быть много больше ) , номер которого определ етс  выходным кодом счетчика коммутатора 18. .

С приходом очередного синхроимпульса триггер 5 измен ет свое состо ние , и положительный потенциал по вл етс  на его первом выходе. При этом измеритель 9 времени переводитс  в режим измерени : осущестл етс  сброс информации в его встренном счетчике, после чего начинаетс  счет времени. Спуст  интервал времени, необходимый дл  перевода измерител  9 времени в режим измерений , на выходе блока 6 задержки тоже по вл етс  импульс, которым осуществл етс  запуск генератора 7 зондирующих импульсов. Выходным импульсом генератора 7 возбуждае тс  акустический преобразователь 16 или 17 (или иной, если устройство содержит большее число акустически преобразователей), который был подключен коммутатором 18 в предшествующем цикле. Акустический преобразователь 16 (17) посылает в направлении поверхности жидкости 21 ультразвуковой импульс, который отражаетс  от ее поверхности и вновь преобразуетс  в электрический сигнал, поступающий через коммутатор 18 на вход усилител -огран чител  8. На выходе последнего вырабатываетс  импульс, передний фронт которого совпадает по времег ни с моментом регистрации эхо-импульса . Этот импульс останавливает процесс отсчета времени в измерителе 9, вследствие чего в счетчике блока 9 сохран етс  число, равное времени распространени  ультразвукового сигнала от момента его посылки до момента регистрации эхо-ипульса .

Поскольку скорость распространени  ультразвука в воздухе известна , то по измеренном времени можн вычислить рассто ние от поверхности акустического преобразовател  до поверхности жидкости. Дл  этого предназначены прочие блоки устройства , которые работают следующим образом.

Входы блока ИЛИ 10 подключены к выходам счетчиков коммутатора 18 и измерител  9 времени. Если на выходе триггера 5 имеетс  положительный потенциал, то на выходе блока ИЛИ 10 по вл етс  выходной код (номера подключенного акустического преобразовател ) встроенного счетчика коммутатора 18, усиленный с помощью внутреннего магистрального усилител . В противном случае на выходе блока 10 по вмчотс  код реэультата измерени  времени встроенного счетчика измерител  9 времени . В1лходные потенциалы блока ИЛИ 10 с магистральным усилителем переаютс  по многожильному низкочастотному кабелю на вход магистрального усилител  11. Необходимость введени  указанных магистральных усилителей обусловлена тем, что в случае использовани  устройства в подвижных измерительных лаборатори х рассто ние между зоной контро  и самим комплексом может изме тьс  сотн ми метров. При этом возникает необходимость согласовани  выходного сопротивлени  блока ИЛИ 10 и входного сопротивлени  бло ков, которые рассмотрены далее, с волновым сопротивлением низкочастотного кабел .

Конструктивно сосуды. 19 выполнены таким образом, что между рабочей поверхностью акустического преобразовател  16 (17) и. поверхн остью жидкости 21 всегда имеетс  воздушный зазор, а следовательно, результат измерени  времени всегда тличен от нул . Состо ние встроенного счетчика коммутатора 18 мо- ат быть равным 00... О в начальном цикле измерени . Код 00...О выдел етс  блоком 14 селекции коa начала измерений, который выраатывает импульс установки исходного состо ни  блока 12 опроса и форировател  13 только при поступлении названного кода. Код 00...О по вл етс  каждый раз после опросу всех акустических преобразователей 16 (17) и других, если они предусмотрены устройством.

Благодар  установке начального состо ни , формирователь 13 вырабатывает управл ющие сигналы, поступающие На вход блока 12 опроса, только при поступлении на его вход четных импульсов от синхронизатора 1. При этом на входе блока 12 опроса по вл етс  код результата измерени  времени, поступающий с выхода магистрального усилител  11. Блок 12 опроса последовательно вводит в соответствующие регистры арифметического блока 15 числовые значени  результатов измерени  времени , а затем автоматически вырабатывает команду перевода арифмети ческого блока 15 в режим вычи лений . Результат вычислений отображает с  на индикаторе блока 15. При поступлении на вход формировател  13 нечетных импульсов с выхода синхронизатора 1 импульс запуска блока 12 опроса не вырабатываетс . Данное состо ние совпадает с интервалом времени, когда на многоканальный вход формировател  13 поступает код номера подключенного акустического

преобразовател  16 (17). Этот код используетс  дл  переключени  счетчика регистра адреса блока 12 опроса . Дл  этого используетс  не импульсное , а потенциальное управление , осуществл емое по выходу формировател  13. Конструктивно это обеспечиваетс  включением в структуру формировател  13 симметричного триггера, переключаемого импульсами

синхронизатора 1 и устанавливаемого в исходное состо ние выходным импуль сом блока 14 селекции кода начала измерений.

Указанные операции повтор ютс  до завершени  всего цикла опроса всех акустических преобразователей 16 (17). В момент окончани  ввода в арифметический блок 15 последнег результата измерений программно ввдитс  команда на окончательные вычислени , в процессе которых опредл ютс  искомые значени  превышений Затем цикл измерений повтор етс  в изложенной последовательности.

Технический эффект предлагаемого изобретени  состоит в повышении оперативности измерений в р де точек контрол  (по крайней мере в дв.ух) , что позвол ет расширить фунциональные возможности устроЯств а: нивелир может использоватьс  как прогибомер, если число точек контрол  (сосудов) более трех. Кроме того, предложенна  совокупность блоков и цепей их св зи позвол ет использовать устройство.в системах дистанционного контрол , например, на больших сооружени х и в составе подвижных измерительных комплексов , где рассто ние от системы сосудов-датчиков до измеритепьных блоков может быть велико. При этом снимаютс  ограничени  на число подключаемых сосудов-датчиков, что исключено в известном устройстве. Кроме того, исключаетс  необходимость применени  подъемного бака, что позвол ет уменьшить (в 100 и более раз) объем рабочей жидкости и ошибки отсчета, св занные с нестабильностью уровн  жидкости в баке , исключаютс  ошибки отсчета, обусловленные работой подъемно-кодовых блоков, представл ющих собой как правило, электро-механические узлы, акустический способ измерени  не чувствителен к состо нию и химическому составу жидкости, а по точности превосходит контактные устройства более чем в 10 раз (простейша  система измерений с погрешностью определени  времени + 1 МКС обеспечивает погрешность измерени  превышени  не хуже +0,2 мм, использование методов фазометрии позвол ет определить на

ванные рассто ни  с точностью не менее 10 -) .

Экономический эффект от внедрени  устройства зависит от числа примененных сосудов-датчиков. Опрос двух датчиков при использовании объекта как нивелира дает положитель ный эффект относительно стандартных методов геодезии и устройств гидродинамического нивелировани 

ft ft

с контактными датчиками. Однако при использовании устройства как прогйбомера исключаютс  расходы на перемонтаж и.дополнительную прив зку сосудов-датчиков в смежных точках контрол , Основным преимуществом изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей устройства:оно может использоват с  и как нивелир,и как прогибомер.

21- -

8

7ff

rff

Claims (1)

1. ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ НИВЕЛИР, содержащий сообщающиеся сосуды с жидкостью, соединенные трубопроводом, в торце которых установлены акустические преобразователи, синхронизатор, триггер, последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, усилитель-ограничитель, измеритель времени, а также последовательно соединенные блок опроса и арифметический блок с индикатором, формирователь, выход которого соединен с вторым входом блока опроса, отличающийс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он снабжен фильтром-смесителем, разделительным фильтром, блоком задерж· ки, коммутатором, блоком ИЛИ с магистральным усилителем, блоком селекции и кода начала измерений, причем последовательно включены фильтрсмеситель, первый вход которого подключен к точке соединения формирователя и синхронизатора., а второй - к выходу источника питания, разделительный фильтр, первый выход которого соединен с входом триггера, а остальные - с шинами питания блоков, блок задержки, включенный между первым выходом триггера, соединенным с вторым входом измерителя времени и входом генератора зондирующих импульсов, последовательно включены коммутатор многоканальные входы которого подключены к соответствующим акустическим преобразователям, первый одноканальный вход - к второму выходу триггера, второй - к выходу генератора зондирующих импульсов, блок ИЛИ с магистральным усилителем, одноканальный вход которого подключён к второму выходу триггера, а многоканальный - к выходу измерителя времени, магистральный уси литель, выход которого соединен с многоканальным входом блока опроса, блок селекции и кода начала измерений, выход которого соединен с вторыми входами блока опроса и формирователя.